第四章 运动控制与步态 第三节 行走运动控制

1、第四章第四章 运动控制与步态运动控制与步态内容第一节第一节 与运动相关的神经系统结构与反射与运动相关的神经系统结构与反射第二节第二节 运动控制的调节运动控制的调节第三节第三节 运动控制运动控制第三节第三节 运动控制运动控制姿势控制上肢控制行走运动控制一三二学习内容学习内容行走运动控制u步态分析的时空参数步态分析的时空参数u身体重心的转移与控制身体重心的转移与控制u关节运动学关节运动学u肌运动学肌运动学u步态控制机制步态控制机制u步态异常步态异常步态分析的时空参数步态步态周期（周期（gait cycle） ：u行走最基本的组成单元 u始于一侧足跟与地的接触止于同侧足跟再次着地 跨步长（跨步长（s

2、tride length）：）：是指同一足的足跟相继触地之间的距离步长（步长（step length） ：是指不同足的足跟相继触地之间的距离步态分析的时空参数步步宽（宽（step width）：）：是指两次连续的足触地时双侧足弓之间的距离，通常是79cm 足角（足角（foot angle）：）：是身体前进的方向与足的长轴之间的夹角，正常人大约是7步态分析的时空参数步频（步频（stride rate）：是对步态最基本的时间描述 ，即每分钟的步数 步态周期步态周期：一个完整步态循环的时间步时步时：完成左或右足一步的时间u通常情况下对称的步态其步时决定于步频，步时是步频的倒数。步态分析的时空参数站立

3、与摆动阶段步态周期的阶段划分站立与摆动阶段的分期支撑阶段支撑阶段 ：u足跟触地u足平放u中期支撑u足跟离地u足趾离地 摆动阶段摆动阶段u早期摆动u中期摆动u末期摆动 站立与摆动阶段身体重心的转移与控制行走可被定义为一系列的失衡与恢复平衡。在行走初期身体是向前倾斜的，为了防跌，需要把另一只足向前移到一个新的位置而暂时的恢复平衡。一旦开始行走，身体向前的动力会使身体的重心向前越过足的位置，这样就迫使另一只足向前一步。通过双足连续的、交替的移动而使身体向前进。只要身体还在向前移动，这种流畅的、受控制的恢复平衡的行为会一直持续。当足的位置阻碍了身体向前移动的动力，并且在双足支撑的静止时期恢复平衡，行走

4、就停止了。身体重心垂直的转移在垂直方向，每一个步态周期中身体重心可由两个完整的正弦波来描述 u身体重心的最低点发生于两侧下肢支撑期的中点（步态周期的5和55）u身体重心的最高点发生于两次单下肢支撑期的中点（步态周期的30和80） 身体重心的横向转移行走时身体重心的横向转移形成了在水平方向的正弦波u身体重心在右侧的最远点发生于右下肢支撑阶段的中点（步态周期的30）u身体重心在左侧的最远点发生于左下肢支撑阶段的中点（步态周期的80）。 动能和潜能尽管从表面上看，步行以一个恒定的前进速度进行的，但事实上每一步的速度都在发生变化。当处于支撑阶段的下肢位于身体重心的前方时，速度就慢下来。相反，当处于支撑

5、阶段的下肢位于身体重心的后方时，速度就快起来。因此，在支撑中期，一旦身体上移至支撑下肢，它就达到它的最低速度；在双下肢支撑期，一旦身体从支撑下肢下移并尚未上移至对侧下肢时，它就达到它的最高速度。最小运动能量在支撑中期（步态周期的3080） 动能和潜能最大运动能量在双下肢支撑期（步态周期的555）最小运动能量在支撑中期（步态周期的3080），潜能是指地心引力作用于身体重量和身体重心的高度时所产生的能。而动能由潜能补给 关节运动学矢状面：关节的角旋转主要发生在矢状面冠状面：重心旋转非常重要，特别是在髋关节和距下关节 水平面：研究很有限关节运动学矢状面运动关节运动学矢状面运动骨盆在矢状面的运动u向前

6、、后倾斜的范围是很小的（大约为24）u发生在髋部（骨盆与股骨间的屈伸）和腰骶关节（骨盆与腰椎间的屈伸） u骨盆在整个步态周期中的运动模式就类似两个完整波形的正弦波 u骨盆的运动范围会随着行走速度的增加而增加u有屈髋关节肌明显挛缩的病人在支撑期的后半部分（步态周期的3060 ）就会出现极其严重的骨盆前倾 关节运动学矢状面运动髋关节在矢状面的运动u正常行走时，髋关节大约需要30的前屈和10的后伸 u运动幅度与行走速度呈正相关u有髋部活动受限的病人在行走时也许不会出现步态的偏离，这是由于骨盆和腰椎的运动可对减少的髋部运动进行代偿 关节运动学矢状面运动膝关节在矢状面的运动u当足跟触地时，膝关节大约屈曲

7、5u在步态周期的前15，再屈曲1015 u之后膝关节逐渐伸直到几乎完全的伸直位一直到足跟离地（步态周期的40）u膝关节开始屈曲，到达大约35的屈曲角度时，足趾离地（步态周期的60）u最大膝关节屈曲角度为60，是发生在摆动中期开始时（步态周期的73）关节运动学矢状面运动踝关节在矢状面的运动u当足跟触地时，踝关节处于轻度的跖屈（0 5） u在足跟触地后不久，足平放于地面 u当胫骨前移越过支撑足时，踝背屈增加到10（步态周期的845） u在足跟离地不久（步态周期的40%），踝关节开始跖屈，最大到1520，一直到足趾离地 u在摆动阶段，踝关节再次背屈到中立位以使足趾完全离地 关节运动学矢状面运动踝关节

8、跖屈受限可能会导致前移推动力下降，也可能会导致步长缩短 如果由于跟腱挛缩导致支撑期不充分的踝背屈，可能引起不完全的足跟离地，导致“跳跃”步态 ，限制了身体的前移，步长也会缩短 患有马蹄足畸形的病人，以过度伸直的足趾行走，而足跟却不能触地，最常见于脑瘫患者 踝背屈受限也会影响摆动阶段的足趾离地。为了代偿，就必须增加髋或膝关节的屈曲 关节运动学矢状面运动第一跗跖关节在矢状面的运动u可进行轻度的跖屈和背屈，以便在行走时为足内侧纵弓提供灵活性。关节运动学矢状面运动第一跖趾关节在矢状面的运动u足跟触地时，第一跖趾关节呈轻度的过伸位 u从足跟触地后不久到足跟离地，第一跖趾关节处于相对的中立位 u从足跟离地

9、到足趾离地前，第一跖趾关节处于4555的过伸位 u在支撑阶段的后半期和摆动初期，该关节屈曲从而位回到中立位 关节运动学矢状面运动第一跖趾关节在矢状面的运动u软组织的损伤，可导致第一跖趾关节过伸受限，例如关节的扭伤或退形性改变，均可引起明显的“外八字”步态。导致不能有效地前移，还会增加膝关节和足内侧结构的压力 关节运动学冠状面运动骨盆在冠状面的运动 u从前方或后方观察髂嵴的升降 u在支撑下肢的骨盆股骨间总的内收和外展幅度大约为1015 关节运动学冠状面运动髋关节在冠状面的运动 u髂嵴的升降反映了髋部在冠状面上的运动 u在支撑阶段，髋部在冠状面的运动几乎完全源于骨盆与股骨间的运动 u在摆动阶段，骨

10、盆和股骨的运动导致髋关节回到中立位 关节运动学冠状面运动膝关节在冠状面的运动 u膝关节在冠状面上是稳定的 u踝关节背屈时可伴随轻度的外翻和外展u踝关节跖屈时伴随着轻度的内翻与内收 关节运动学冠状面运动距下关节在冠状面的运动u旋前与旋后的三维运动是距下关节与横向的跗骨关节相互作用的结果 u旋前运动包含了外翻、外展和背屈 u旋后运动包含了内翻、内收和跖屈 关节运动学冠状面运动距下关节在冠状面的运动 u在足跟触地时，距下关节内翻的角度大约为23 u足跟触地后不久，跟骨开始快速外翻并一直持续到支撑中期（步态周期的3035），最大外翻角大约为2。与此同时，距下关节向相反的方向运动，开始向内翻 关节运动学

11、冠状面运动距下关节在冠状面的运动 u在步态周期的4045（接近足跟离地时），跟骨处于相对中立的位置 u从足跟离地到足趾离地这段时间，跟骨继续内翻直到大约6的内翻角u在摆动阶段，跟骨处于轻度内翻姿势，直到下一次足跟触地 关节运动学冠状面运动=冠状面的距下关节角测量后距下关节活动的方法。它的翻转角度 是由两条线构成，分别是下肢的轴线和跟骨线。这个测量可以作为足内旋角度的测量指标 关节运动学水平面运动骨盆在水平面的运动u骨盆向每个方向旋转的角度为34。在步速和步长增加时，会出现较大的骨盆旋转 股骨在在水平面的运动u股骨向每个方向旋转的角度为67 胫骨在在水平面的运动u向每个方向旋转的角度大约为89

12、关节运动学水平面运动关节运动学水平面运动髋关节在水平面的运动u股骨与骨盆几乎同时发生旋转 膝关节在水平面的运动u在足跟触地时，膝关节处于大约23的相对于股骨的外旋位 u到足趾离地时，膝关节处于大约5的相对内旋位 踝关节和足在在水平面的运动u运动范围很小，可以不用考虑 关节运动学水平面运动关节运动学躯干与上肢躯干u躯干的移动方式是在水平面上围绕垂直轴进行旋转u肩带骨的旋转是与骨盆的方向相反的，平均旋转范围大约为7u行走时，躯干活动受限将导致能量消耗提高10 关节运动学躯干与上肢肩关节u在矢状面，肩关节呈现的是正弦的运动模式 u当股骨后伸时，同侧的肱骨就前屈 u在足跟触地时，肩关节处于最大的后伸位

13、，从中立位测量大约为25 u在步态周期的50，肩关节逐渐旋前达到最大前屈角度，约为10 u肩关节的运动幅度随着步速的增加而增加 u上肢的摆动不完全是被动的，有部分主动的成分 关节运动学躯干与上肢肘关节u肘关节在足跟触地时大约处于20的屈曲位 u在步态周期的前50，肩关节前屈，肘关节也前屈到最大角度约45 u在步态周期的后半段，肩关节后伸，肘关节回到20的屈曲位 减少能量消耗的关节运动学行走时的能量消耗是以每公斤体重行走每米消耗了多少千卡来计算，即kcal/m/kg。通常，能量消耗是直接通过耗氧量来计算的。行走时，身体尽力使能量消耗最小。能量节约是通过减少身体重心的转移幅度而获得的。节约能量最适

14、的步速大约为1.33m/s，或80m/min。该速度不但可使身体最大效率地利用能量，同时也与人们在街上自由行走所采用的速度是完全一致的。大于或慢于最适速度都会增加行走时的能量消耗。减少能量消耗的关节运动学减少能力消耗的关节运动学减少身体重心水平转移的方法减少身体重心水平转移的方法肌运动学在一个步态周期中，下肢的大多数肌肉都有一到两次电活动的爆发，持续约100400ms（步态周期的1040）。像所有其它步态的构成元素一样，肌肉的电活动形式在每一步都是重复的。假如临床医生通过肌肉的电活动对特定的肌肉在步行时的功能有全面的了解，那么步态异常将很容易的被人理解和得到很好的治疗。肌运动学右图为步态周期中下肢各肌群的肌电变化肌运动学右图为步态周期中下肢各肌群的肌电变化步态控制机制神经成分u脊髓存在步态模式发生器，可产生原始的刻板的运动模式并且表现出特定的适应性 u高位中枢的下传通路和外周感觉反馈使得运动模式和环境适应性有广泛的变化 非神经成分u躯体感觉、视觉和前庭均在反应性和运动控制反馈中起作用 步态异常减痛步态（antalgic gait）为疼痛引起的非正常步态模式 u主要表现为步长缩短、疼痛下肢的支撑时间和对侧下肢的摆动时间缩短 步态异常神经系统疾病引起的步态异常u在脑瘫和脑血管疾病患者，下肢伸肌肌张力增高，步态模式