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步行和步态分析的前世今生

 xyf4345 2016-08-06

来源:河南中医一附院康复中心(HNK666),已获授权

 步行是人用脚从一处移动到另一处的基本功能,是人类每天进行的最常见功能活动之一。理想状态下人类有效的步行可以减少疲劳,而安全的步行可以减少跌倒和伤害。


 虽然健康人步行时看起来毫不费力,但是通过观察人类生长发育的一生的两个极端-----幼儿和老年,会发现,行走对人们来说是一个相当的挑战。在幼儿时期,孩子需要15个月才能逐渐学会站立和行走,而且一旦站稳了脚步,孩子们就会完善他们的步行姿态,当5岁左右时,孩子们的步态就已经很像成年人了。成年后步行会经过不断练习达到进一步完善,使人们以最小的努力去处理破坏行走的不稳定因素。

 到了老年,行走常常会变得越来越有挑战性,由于力量、平衡能力的下降以及疾病等因素,老年人不能像年轻时那么稳定而自如的行走了,往往需要手杖或步行器来帮忙才能安全的行走。


帕特拉曾经说“没有什么比能够以我们自身的力量独立地从一处移动到另一处更能体现出我们独立的水平和对高品质生活的追求了。  我们庆幸这种能力能在孩子身上发展并设法在整个生命周期中得以培养和完善。”想更好的研究步行就要首先从观察步行姿势开始,每个人的步行姿态都带有很强烈的特质性,从而带有其本人的特点和印迹。


 步态分析的历史

  步行是人类最重要的功能之一,而丧失行走能力被认为是人类重要的残疾之一,会严重影响生活质量。从人类进化的角度上说,步行被认为是大脑发育的重要影响因素,由此恩格斯曾认为“直立行走”是从猿到人转变的重要一步。对步行特征的分析一直是人类对自身奥秘研究的重要领域之一。

  人类的步态,最早可追溯至360万年前。1978年路易斯在坦桑尼亚的利特里发现的一行足迹被认为是人类直立行走的第一份证据。这些脚印表明至少有两个人走过此地,且他们的脚印有与现代人类似的圆形脚跟和直立的大脚趾,这些证明不是猿,而是两个人在行走,我们甚至可以想象一个温馨的场景,一个爸爸牵着孩子的手走过此地。

       坦桑尼亚的足迹化石

最早的书面文字来描述人类步行的是亚里士多德,他对人类步行的观察记录与同时期大量关于人行走的绘画和雕塑相互佐证,显示人们很早就对步行有着浓厚的兴趣。尽管如此,直到1836年韦伯兄弟才出版了第一本关于步态的科学著作,当然他们的成果得益于伽利略、博列利和牛顿等科学大咖的研究基础。

生理学家埃德沃德利用秒表、尺子等工具测量了步态的基本要素,如步长、步频等术语至今仍在应用。马雷发明了步态测量用的仪器鞋扩充了我们的步态知识。菲洛特想出一个聪明的主意,将绑在鞋子和肢体上小喷嘴内充满墨汁,这样人步行时墨汁会洒在地面和墙上,从而提供了运动的永久记录。

电影摄影技术应用于步态分析开创了一个新的研究模式,马布里奇是那个时代的杰出代表人物,他利用摄影机观察到快速奔跑的马有极短的时间出现四蹄同时离地的情况,从而平息了这个古老的争议。费舍尔被认为是第一个对行走的人进行三维分析的学者,这些工作集中于1895年到1904年。进入20世纪后,随着科技的巨大进步,各种步态分析的研究应运而生,其中著名的学者包括:莫里、英曼、温特和佩里。尤其是物理治疗师莫里,她的一些论文研究数据对残疾个体运动学奠定了基础,并影响到了后来人工关节和假肢的设计。后来的研究又对足与地面接触的力学进行了研究。随着表面肌电的发展,温特赫英曼对行走时肌电图的研究做出了重要贡献。

今天步态分析系统已经成为生物力学研究室的重要组成部分,它可以很好的反应下肢关节运动轨迹、活动范围、力与力矩、做功情况,这些数据被描述与正常和异常的步态,使得各种影响步行的患者受益。

            莫里的步态分析研究

步行的发育

  正常人步行不需要主动思考或用力,因为步行是从孩提时代就逐渐掌握的一直技巧型活动。人体发育的重要特征是出生后的几年内生长发育最快。此时,中枢和外周神经系统逐步发育成熟,步行也逐渐形成。

 

 步行的发育是按照典型的运动发育模式进行的:从头到脚、从近到远、从粗大到精细的发展。虽然每个孩子的生长发育可能略有不同,但发育过程中的关键标志性活动是确定的。
在孩子出生后2个月开始,作为步行的先决条件之一的头部控制能力开始表现出来,3个月时,头部控制能力进一步改善,同时开始出现坐位下的原始反射和偶尔的头部摆动。

 4-6个月起,儿童开始学会俯卧支撑和翻身。翻身多是先由俯卧位翻至仰卧位,然后从仰卧位翻至俯卧位,而且逐渐学会手臂支撑下的独立坐位不保持。

 9个月时,随着爬和手膝支撑站立活动的出现,孩子的活动能力会明显提高。掌握住上述技能以及学会坐、爬、支撑站立是实现支撑步行和独立步行的前提。独立步行是孩子在平衡和支撑两大技能掌握后,由支撑步行下逐渐练习和掌握的技巧。

  一般8-10个月时孩子开始扶持物体挪动步行,此期一般持续2个月左右,但具有较大的变化。此期孩子步行的特点是:用手臂做支撑下步行,步态周期时间延长,支撑相时间延长,步长变异较大以及步速较慢。据统计,此期的平均步行速度是39cm/s,跨步长是44cm,而支撑相时间占整个步行周期的65%而从运动学角度观察,孩子支撑步行时屈髋角度过大,伸髋模式变异较大,支撑相时屈膝角度明显过大,流畅度下降。学会支撑步行后,孩子开始以一种尚未成熟的步态开始步行,一般成为蹒跚学步期,这也是步行向成熟模式过渡的阶段。此期特征是:步态模式变异大,步宽增大,屈髋角度增大以及缺乏手臂交互摆动。一般到3-5岁时,孩子的步行功能基本发育成熟,萨瑟兰曾提出成熟步态的5重要条件:单腿支撑时长、步行速度、步频、步长以及骨盆横径与双踝间距的比例。


        总之,正常的步行发育是一个极为复杂的过程,而病理步态的形成更为复杂。因此,步态分析是比传统的神经发育评估方法更为敏感的方法。我们鼓励康复的医师和治疗师在掌握步行发育的基础上,多了解步态分析的知识,并能够在动态过程中鉴别病理步态。

步态周期

行走是一系列周期性的动作组合的结果,因此,可以利用其最基本的组成单位----步态周期来清楚明白的描述步行的特征。步态分析的起始点是一足跟着地,其终点是该足跟再次着地。

一跨步是发生在相同足跟连续着地之间的序列事件,而一步则是发生在对侧足跟连续着地的序列事件,由此可以认为,一个步态周期包括两步:左步和右步。


步态周期


从时间上描述,步态的基本单位有步频,跨步时间和步速。步频是每分钟内行走的单步数。跨步时间就是一个步态周期所用的时间。步速是单位时间内走过的距离,它结合了空间和时间的信息。一般一个健康的成年人一个步态周期需要花费1秒多一点的时间,走过约1.44m,故步速就是1.37m/s。

从空间上描述,步态的基本单位是跨步长(步幅)、步长、步宽和步偏角。跨步长是相同足连续两次着地之间的距离,即一个步态周期行走的长度。步长是不同两足连续两次着地的距离。步宽是两簇两次足着地的足跟中心的横向距离,正常在8-10cm。步偏角是身体前进方向和足长轴之间的夹角,一般成人是5-7度。







有两种方法来提高行走速度:1.增加步长,2.增加步频。通常,一个健康的成人通过组合两种策略达到最优化选择。因此,可以发现步态分析的时空参数值均依赖或取决于步行速度。

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