人體步態(tài)的生物力學(xué)特征與步態(tài)分析

姜丹陽

摘 要 步行是人類運(yùn)動最基本的方式， 加強(qiáng)對步態(tài)的動作研究，有利于我們對人體運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行更深入的了解，有利于人體運(yùn)動障礙疾病的治療和恢復(fù)。本文在國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納出步態(tài)的一般生物力學(xué)原理和步態(tài)分析的基本方法，為進(jìn)一步對步態(tài)的研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 步態(tài) 生物力學(xué) 研究方法 分析

一、步態(tài)的生物力學(xué)原理

步態(tài)是人類步行的行為特征。步行是人類生存的基礎(chǔ)，是人類與其它動物區(qū)別開來的關(guān)鍵特征之一。正常時的步行不需要思考，然而步行的控制卻是十分復(fù)雜的，包括中樞命令，身體平衡以及協(xié)調(diào)控制，涉及足、踝、膝、髖、軀干、頸、肩、臂的肌肉和關(guān)節(jié)的協(xié)同運(yùn)動。其中任何環(huán)節(jié)的失調(diào)都有可能影響到步態(tài)。 步行是全身肌肉參與，包括人體重心移位，骨盆傾斜旋轉(zhuǎn)，髖、膝、踝關(guān)節(jié)伸屈及內(nèi)外旋展等，使人體發(fā)生位移的一種復(fù)雜的隨意性運(yùn)動。行走過程中，從一側(cè)腳跟著地開始到該腳跟再次著地形成1個步態(tài)周期。對指定的下肢而言，1個步態(tài)周期活動可分為支撐時相和擺動時相。支撐時相又分為腳跟著地、腳趾著地、支撐中期、腳跟離地、蹬離期和趾離地諸動作階段。擺動時相分為加速期、擺動期和減速期。正常行走時，支撐時相約占整個步態(tài)周期的60%—65%，因此，當(dāng)一側(cè)下肢進(jìn)入支撐時相時，另側(cè)下肢尚未離地，兩下肢同時負(fù)重稱為雙肢負(fù)重期。雙肢負(fù)重期約占全周期的28.8%，占支撐時相的44.8%，支撐時相的其它時間為單肢負(fù)重期。隨著年齡的增長，單、雙支撐時相占步態(tài)周期的比例也隨之增加。不同性別和身高的人，其支撐時相和擺動時相所占的比例無明顯差異。

二、步態(tài)分析

步態(tài)分析是用運(yùn)動生物力學(xué)的概念、處理手段和已經(jīng)掌握的人體解剖、生理學(xué)知識對人體行走的功能狀態(tài)進(jìn)行分析的一種生物力學(xué)研究方法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，由先進(jìn)的傳感器、高速攝像機(jī)、微型計算機(jī)等組成的綜合步態(tài)分析系統(tǒng)，使步態(tài)分析方法得以在康復(fù)醫(yī)學(xué)研究中越來越深入的開展，該系統(tǒng)可不受外界干擾，同時提供行走時人體的重心的空間位移、速度、加速度、地面支反力、肌肉及關(guān)節(jié)活動情況、關(guān)節(jié)內(nèi)力及力距的變化等多種人體運(yùn)動的信息，1個人的步態(tài)將會像體溫、血壓那樣，從1個側(cè)面反映出人體的健康狀況和病態(tài)特征。其中影響步態(tài)的六大因素分別為：髖部旋轉(zhuǎn)，髖部側(cè)面下降，支撐階段的膝關(guān)節(jié)彎曲，踝關(guān)節(jié)的滾動運(yùn)動，下肢在平面中的轉(zhuǎn)動以及膝內(nèi)收。

（一）步態(tài)的運(yùn)動學(xué)分析。運(yùn)動學(xué)是研究步行時肢體運(yùn)動時間和空間變化規(guī)律的科學(xué)方法，主要包括：步行整體時間與空間測定和肢體節(jié)段性運(yùn)動方向測定，主要圍繞影響步態(tài)的6大因素的測量，來進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析

（二）步態(tài)的動力學(xué)分析。動力學(xué)分析是對步行時作用力、反作用力強(qiáng)度、方向和時間的研究方法。牛頓定律、多體系統(tǒng)動力學(xué)原理是動力學(xué)分析的理論基礎(chǔ)。

（三）正常步態(tài)分析。步行的基本功能從某一地方安全有效地移動到另一地方步行是涉及全身眾多關(guān)節(jié)和肌群的一種周期性運(yùn)動，正常步行是高度自動化的協(xié)調(diào)穩(wěn)定的運(yùn)動，也是高度節(jié)約能耗的運(yùn)動。通常采用目測方法，就能夠判斷考察對象步態(tài)是否異常。正常步態(tài)應(yīng)該體現(xiàn)出如下特征：（1）合理的步長、步寬、步頻。（2）上身姿勢穩(wěn)定。（3）最佳能量消耗或最省力的步行姿態(tài)。從運(yùn)動生物力學(xué)的觀點(diǎn)來考察步行運(yùn)動，其正常步態(tài)應(yīng)該具備出如下生物力學(xué)特征：（1）具備控制肢體前向運(yùn)動的肌力或機(jī)械能。（2）可以在足觸地時有效地吸收機(jī)械能，以減小撞擊，并控制身體的前向進(jìn)程。（3）支撐相有合理的肌力及髖膝踝角度，以及充分的支撐面。（4）擺動相有足夠的推進(jìn)力、充分的下肢地面廓清和合理的足觸地姿勢控制。

（四）異常步態(tài)分析。人體由于遺傳、疾病、意外傷害等諸多因素，都有可能造成步行障礙，使步行周期中某環(huán)節(jié)發(fā)生改變，導(dǎo)致步態(tài)改變，出現(xiàn)錯誤步態(tài)。嚴(yán)重改變還會導(dǎo)致病理步態(tài)，甚至喪失步行能力。異常步態(tài)分為以下幾種：支撐相障礙，擺動相障礙，傾斜步態(tài)，回旋步態(tài)以及硬膝步態(tài)。造成上述錯誤步態(tài)的主要原因是：（1）關(guān)節(jié)僵硬肌肉攣縮使肌肉群的平衡性遭到破壞。（2）臀肌，股四頭肌和腓腸肌的軟弱無力使患肢支撐力不足。 所以，骨折后早期的功能鍛練要根據(jù)各自骨折的不同特點(diǎn)，注意加強(qiáng)臀肌，股四頭肌和腓腸肌的功能鍛煉，為日后的正常步行做好準(zhǔn)備。

三、結(jié)論

臨床上的不同疾病會產(chǎn)生不同的步態(tài)異?，F(xiàn)象，有些疾病甚至?xí)霈F(xiàn)典型的步態(tài)，例如小兒麻痹癥的跛足步態(tài)，帕金斯綜合癥的小碎步步態(tài)，腦卒中病人的劃圈步態(tài)。所以，加強(qiáng)對典型步態(tài)的研究，有利于對相關(guān)疾病的診斷、治療和恢復(fù)。 隨著現(xiàn)代測量技術(shù)、電子技術(shù)，尤其是計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能化的步態(tài)分析系統(tǒng)也在不斷完善。這使定量、客觀評價不同狀態(tài)下人體行走功能的研究領(lǐng)域大大拓寬，使有些復(fù)雜的功能性問題的研究同樣成為了可能。步態(tài)分析對人體運(yùn)動系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的疾病病因分析和診斷，手術(shù)和康復(fù)訓(xùn)練成效的判定，骨關(guān)節(jié)假體的設(shè)計以及截癱病人行走功能的重建等都具有重要意義，目前已經(jīng)成為了臨床研究中不可或缺的重要手段之一。

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