行走时左右足跟(或趾尖)间的纵间距离称为步长，而同侧足跟(或趾尖)两次着地间的距离称为步周长或周期跨距。步长与身高显著相关，身高相同的男、女性，其步长无显著性差异，且步长随着年龄的增大而下降。

(一)步长

步长是指同侧足跟或足尖到迈步后足跟或足尖之间的距离(图2-9)，其值为跨步长的两倍，正常大约150～160cm;跨步长为一侧足跟到对侧足跟之间的距离，正常大约75～83cm。

图2-9　步长

(二)步宽

步宽是指人们在行走时两侧足内侧弓之间的距离，正常大约5～10cm。

(三)步频或步速

步频或步速是指行走时每分钟(min)迈出的步数，正常一般在95～125步/min。步长与步频及身高等因素有关，一般男性为每一复步150～160cm，步宽约8±3.5cm，足角约6°～7°，身体质心上下起伏的幅度约为44cm。

(四)步行的时空参数

髋、膝、踝关节在行走中的角度变化主要以步态周期中的角度—时间关系曲线为标征，单一的角度数值变化意义不大。我们通过对研究对象各关节在不同平面上活动的角度—时间关系曲线，以及不同时期的角度—时间关系曲线的比较，可以反映研究对象各关节的功能情况。角度—角度曲线可以形象地表现行走中两个关节间的协调关系。当神经、肌肉功能异常时，角度—角度曲线也出现异常，表明两侧下肢的协调性差。

正常步行时，最显著的运动是髋、膝、踝关节的屈伸运动。步行中身体的重心沿一复杂的螺旋形曲线向前运动，在矢状面及水平面上的投影各呈一正弦曲线，其幅度分别为3cm及2cm，向前运动也有交替的加速与减速。为了减少重心上、下及侧向移动，以使运动更为平稳并降低能耗，骨盆也配合步行周期而做左右旋转、左右倾斜及侧向移动。最大前旋见于同侧足跟着地时，最大后旋见于同侧支撑中期，幅度各约8°。向左右倾斜见于右足及左足的摆动中期，幅度约为5°，最大左右移动见于同侧支撑中期，幅度约为4.5cm，骨盆向前旋转时，同侧股骨及胫骨也分别内旋8°～9°，使足跟着地时下肢内旋25°左右，在支撑期结束时恢复外旋。步行周期中上肢做与下肢相反方向的摆动。步行周期中多组肌肉的协调收缩，起到平衡身体、加速、减速及吸收震动的作用。利用多导联肌电图可以观察各组肌肉的工作，分析其收缩时机及强度。正常的常速步行时，肌肉做功不多，在很大程度上利用重心的惯性前移及反复的失平衡过程向前推进。平地常速步行时的能耗约为0.33kj/(min.kg)，步速增加及步态改变时能耗增加。

(五)步行动作的足底压力变化

如图2-10、图2-11所示，绝大部分人的跑步是以脚跟部位先着地，着地的同时产生一瞬间很大的地表反作用力;人体施加在鞋底上的压力点会迅速由后跟部位转移到前掌部位，此时压力达到主要的高峰值并一直持续到脚尖离开地面时为止。在整个着地期的最后阶段，脚底的前半段先被压缩而后反弹，整个身体则先减速(被压缩时)而后再加速(反弹)。在步行的状况下，典型的最大地表反作用力是体重的1.5～2倍;如果穿了鞋且在坚硬的地表上跑步，其最大地表反作用力则高达体重的2.5～3倍。如体重70kg，鞋底后跟最大压力值150kg，鞋底的前掌部位最大压力值可达200kg。

图2-10　步行时足底压力变化

图2-11　步行中不同时间段的足底压力变化

(六)步行的运动学特征

先看看人体重心的变化，人体重心位于第二骶骨前缘，两髋关节中央。直线运动时该中心是身体上下和左右摆动度最小的部位。身体重心摆动包括:

(1)骨盆前后倾斜，摆动侧的髖关节前向速度高于支撑侧，造成骨盆前倾。

(2)骨盆左右倾斜，摆动侧骨盆平面低于支撑侧。

(3)骨盆侧移，支撑相骨盆向支撑腿的方向侧移。

(4)纵向摆动重力中心在单支撑相时最高，双支撑相时最低。上下摆动8～10cm。

(5)膝关节支撑相早期屈曲，支撑侧膝关节屈曲约15°。

(6)体重转移，支撑侧早期在蹠屈肌的作用下体重由足跟转移到全足。

(7)膝关节支撑相晚期屈曲，支撑侧膝关节屈曲30°～40°。

(8)步行时减少重心摆动是降低能耗的关键。

(七)廓清机制(www.daowen.com)

廓清指步行摆动相下肢适当离开地面，以保证肢体向前行进，包括摆动相早期—中期髋关节屈曲、摆动相早期膝关节屈曲、摆动相中—后期踝关节背屈。骨盆稳定性参与廓清机制。支撑相的影响包括:支撑中期踝跖屈控制(防止胫骨过分前向行进)，中期至末期膝关节伸展和末期足跟抬起(踝跖屈)。

(八)步行的动力学特征

人体行走时身体重力和惯性力全部由着地足承受，在一个站立相即将结束以及下一个站立相将来到时，着地足所受的垂直约束力最大，除了身体重力外还包括向下的惯性力，表明此时身体有向上的加速度，以使另一只脚能抬起作摆动。在即将进入摆动相时，踝关节向后蹬力逐渐增大，考虑到摆动相时踝关节仅受很小的惯性力，故可认为后蹬力促使了摆动，而足离地后腿的摆动完全由惯性实现。由于摆动腿的关节受力很小，所以地面对足的反作用力主要用于产生身体和着地足的加速度，实现人体向前移动，但这些水平方向的约束力时而为正、时而为负的特性表明:人体行走实际上是一连串的失去平衡和恢复平衡过程，一条腿支撑，一条腿摆动，失去平衡后紧接着恢复平衡，如此循环往复，使得人体的大部分肌肉在步行中呈放松状态。

(九)足—地接触力

足—地接触力通常可按垂直、前后和左右方向做三维记录。临床应用时，主要观察力—时间曲线的特征，即谷峰值、谷值的出现时间和幅度的变化。行走时足—地接触力在垂直方向上的分力最大，在每个步态周期转折点出现极值，足跟着地时有一极大值，随足部逐渐放平，受力面积逐渐增大，受力减小，足部完全放平时受力达最小，至足跟离地，足趾登地时出现另一极大值，即在整个步态周期中，垂直方向受力曲线具有典型的对称双峰性质。正常人足—地接触力在水平、前后方向受力较小，且基本对称。研究认为不同年龄人体的足—地接触力无显著性差异。

(1)垂直重力:垂直重力呈双峰型，即首次触地时身体的地面反作用力(GRF)超过体重，表现为第一次高峰;在身体重心越过重力线时，体重向对侧下肢转移，至对侧下肢首次触地并进入承重期时GRF降低到最低点;然后由于蹬离的反作用力，GRF增加，一般与承重期的应力相似;在足离地时压力降低到零，进入摆动相。在下肢承重能力降低时，可以通过减慢步行速度，以减轻关节承重，此时GRF的双高峰曲线消失，表现为与体重一致的单峰波形。

(2)剪力:垂直剪力在首次触地时向前，越过重心线时剪力向后。表现为前后反向的尖峰图形。左右(内外)剪力形态相似，但是幅度较小。

(3)力矩:力矩是机体外力与内力作用的综合，是动力学与运动学的结合，受肌肉力量、关节稳定度和运动方向的影响。

(十)踝关节力

布瑞斯勒(Bresler)和弗兰克尔(Frankel)于1950年曾估算踝关节力超过2倍体重。塞瑞格(Seireg)等在1975年采用数学模型方法，测定踝关节反作用力为5.2倍体重。斯托弗(Stauffer)等在1977年测算的踝关节反作用力约为5倍体重。沃克(Walker)于1977年估算踝关节力在3.59～6倍体重之间。汤荣光等人对单肢负重期踝关节力进行了测定，测得在单肢负重期踝关节力出现最大值，约4.67倍体重。因此，可以确定人体踝关节力约为5倍体重。男、女性踝关节力经检验无显著性差异。

(十一)身体重心的加速度

行走时人体重心不仅在运动方向，而且在垂直方向上不断改变着位置和速度，其中，身体重心在垂直方向的速度变化与各关节及其活动肌的力学状况有密切关系。例如，分析一侧膝关节在行走期间的关节内力时，需要分析膝关节以上身体各部分重心的位置和加速度变化，有关的参数值是进行下肢膝关节受力分析时必不可少的基础数据。

(十二)步态分析

步态分析是用运动生物力学的概念、处理手段和已经掌握的人体解剖、生理学知识对人体行走的功能状态进行分析的一种生物力学研究方法。随着科学技术的发展，由先进的传感器、高速摄像机、微型计算机等组成的综合步态分析系统，使步态分析方法得以在康复医学研究中越来越深入的开展，该系统可不受外界干扰，同时提供行走时人体的重心的空间位移、速度、加速度、地面支反力、肌肉及关节活动情况、关节内力及力矩的变化等多种人体运动的信息，一个人的步态将会像体温、血压那样，从一个侧面反映出人体的健康状况和病态特征。

(十三)影响步态的六大因素

1.髋部旋转

正常步行过程中，髋部左右两个髋关节连线，相对于人体纵轴有一个前后自然转动过程，通过脚跟着地时髋部前旋，脚趾离地时髋部后旋，来增加腿的长度，这种运动能够有效加大步幅。

2.髋部侧面下降

在步态周期中，一侧髋关节也有一个上下起伏的过程，在脚趾离地和脚跟着地时，摆动腿一侧骨盆下降，可以有效增加腿的长度，而在摆动过程中髋关节稍提起，形成骨盆绕矢状轴的转动，这种运动，有利于保持人态分析是用运动生物力学的概念、处理手段和已经掌握的人体解剖、生理学知识对人体行走的功能状态进行分析的一种生物力学研究方法。随着科学技术的发展，由先进的传感器、高速摄像机、微型计算机等组成的综合步态分析系统，使步态分析方法得以在康复医学研究中越来越深入地开展，该系统可不受外界干扰，同时提供行走时人体的重心的空间位移、速度、加速度、地面支反力、肌肉及关节活动情况、关节内力及力矩的变化等多种人体运动的信息，一个人的步态将会像体温、血压那样使重心在一个相对水平的位置上运动。

3.支撑阶段的膝关节弯曲

膝关节在步行支撑阶段有屈伸运动，在脚跟着地和脚趾离地时膝关节处于伸直状态，而在单腿支撑阶段膝关节轻微弯曲，这样既有利于蹬伸阶段大腿肌群的用力，又可以降低重心波动。

4.踝关节的滚动运动

在支撑阶段踝关节绕额状轴产生转动动作，从脚跟着地时脚背屈，到脚趾离地时脚掌屈，这种活动在增加腿长的同时，可有利于缓冲着地时的阻力，增加离地时蹬地力量。

5.下肢在平面中的转动

小腿在步行周期中有绕其纵轴的转动动作。由于有半月板的特殊结构，膝关节在伸直最后10°～20°时，外侧半月板，向后滑动，内侧不动，造成胫骨绕其纵轴外旋4°～15°。因而，在脚趾离地时膝关节蹬伸，小腿旋外，并伴有脚的外展，而到脚跟着地时小腿旋内、脚内收，再到脚趾离地时的旋外，形成下肢在平面中的转动。下肢通过旋外伸长，旋内缩短。

6.膝内收

为了在步行中获得正常的步宽，膝关节要有内收动作。膝关节在解剖上的外翻，允许步行有一个狭窄的宽度。如果没有膝内收动作，很容易造成宽幅步态，甚至造成身体重心的S形行进。

以上六个人体步行过程的运动学参数，已经成为国际步态研究领域进行步态分析时比较公认的六大因素。