步行的基本功能为从某一地方安全、有效地移动到另一地方。步行是涉及全身众多关节和肌群的一种周期性运动。正常步行是高度自动化的协调、对称、匀称、稳定的运动,也是高度节约能耗的运动。
(一)正常步态特征
通常采用目测方法,就能够判断考察对象步态是否异常。正常步态应该体现出如下特征:①合理的步长、步宽、步频。②上身姿势稳定。③最佳能量消耗或最省力的步行姿态。
从运动生物力学的观点来考察步行运动,其正常步态应该具备出如下生物力学特征:①具备控制肢体前向运动的肌力或机械能。②可以在足触地时有效地吸收机械能,以减小撞击,并控制身体的前向进程。③支撑相有合理的肌力及髋膝踝角度,以及充分的支撑面。④摆动相有足够的推进力、充分的下肢地面廓清和合理的足触地姿势控制。
(二)正常步态各时相参与工作的肌群及生物力学机理
正常步行过程可以分为支撑时相和摆动时相,每个时相又可以分为早期、中期和末期。各个时期,参与工作的肌肉及其肌肉工作的性质都不尽相同,表现出来的生物力学特征和机理也有很大的差异。这方面的研究,是步态分析要点,特别是在临床诊断、手术方案的确定,疗效的评价等方面,都有重要的应用意义。
1.支撑相
下肢接触地面和承受重力的时相,占步行周期的60%,包括:
(1)早期:包括首次触地和承重反应,正常步速时占步行周期的10%~12%。①首次触地:指足跟接触地面的瞬间,使下肢前向运动减速,落实足在支撑相的位置的动作。参与的肌肉包括胫前肌、臀大肌、腘绳肌。首次触地异常是造成支撑相异常的最常见原因之一。②承重反应:指首次触地之后重心由足跟向全足转移的过程。骨盆运动在此期间趋向稳定,参与的肌肉包括股四头肌、臀中肌、腓肠肌。③双支撑相:支撑足首次触地及承重反应期相当于对侧足的减重反应和足离地,由于此时双足均在地面,又称之为双支撑相。双支撑相是步行周期中最稳定的时期。双支撑相的时间与步行速度成反比。双支撑相时间延长,使步行速度越慢,步行越稳定;而双支撑相时间缩短,使步行速度加快,但步行越不稳定;到跑步时双支撑相消失,表现为双足腾空。患者步行障碍时往往首先出现的异常就是双支撑相时间延长,步行速度减慢,以增加步行的稳定性。④地面反作用力(GRF):首次触地时的GRF一般相当于体重和加速度的综合,正常步速时为体重的120%~140%。步速越快,GRF越高。下肢承重能力降低时可以通过减慢步速,减少肢体首次触地负荷。缓慢步态的GRF等于体重。患者在下肢承重能力减退时往往通过减慢步行速度以减轻下肢承重负荷。(www.daowen.com)
(2)中期:支撑足全部着地,对侧足处于摆动相,是唯一单足支撑全部重力的时相,正常步速时大约为步行周期的38%~40%。主要功能是保持膝关节稳定,控制胫骨前向惯性运动,为下肢向前推进做准备。参与的肌肉主要为腓肠肌和比目鱼肌。下肢承重力小于体重或身体不稳定时此期缩短,以将重心迅速转移到另一足,保持身体平衡。
(3)末期:指下肢主动加速蹬离的阶段。开始于足跟抬起,结束于足离地约为步行周期的10%~12%。此阶段身体重心向对侧下肢转移,又称为摆动前期。在缓慢步行时可以没有蹬离,而只是足趾离开地面,称之为足趾离地。踝关节保持蹠屈,髋关节主动屈曲,参与的肌肉为腓肠肌和比目鱼肌(等长收缩)、股四头肌和髂腰肌(向心性收缩)。
2.摆动相
下肢在空中向前摆动的时相,占步行周期的40%,包括:
(1)早期:主要的动作为足廓清地面和屈髋带动屈膝,加速肢体前向摆动,占步行周期的13%~15%。参与的肌肉为胫前肌、髂腰肌、股四头肌。如果廓清地面障碍(如足下垂)或加速障碍(髂腰肌和股四头肌肌力不足),将影响下肢前向摆动,导致步态异常。
(2)中期:足廓清仍然是主要任务,占步行周期的10%。参与的肌肉主要为胫前肌,保持踝关节背屈。
(3)末期:主要任务是下肢前向运动减速,准备足着地的姿势,占步行周期的15%。参与的肌肉包括腘绳肌、臀大肌、胫前肌和股四头肌。步行周期和时相与步行速度关系密切,在分析时必须加以考虑。
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