第四章 運動控制與步態(tài) 第三節(jié) 行走運動控制

1、第四章第四章 運動控制與步態(tài)運動控制與步態(tài)內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 與運動相關的神經(jīng)系統(tǒng)結構與反射與運動相關的神經(jīng)系統(tǒng)結構與反射第二節(jié)第二節(jié) 運動控制的調(diào)節(jié)運動控制的調(diào)節(jié)第三節(jié)第三節(jié) 運動控制運動控制第三節(jié)第三節(jié) 運動控制運動控制姿勢控制上肢控制行走運動控制一三二學習內(nèi)容學習內(nèi)容行走運動控制u步態(tài)分析的時空參數(shù)步態(tài)分析的時空參數(shù)u身體重心的轉移與控制身體重心的轉移與控制u關節(jié)運動學關節(jié)運動學u肌運動學肌運動學u步態(tài)控制機制步態(tài)控制機制u步態(tài)異常步態(tài)異常步態(tài)分析的時空參數(shù)步態(tài)步態(tài)周期（周期（gait cycle） ：u行走最基本的組成單元 u始于一側足跟與地的接觸止于同側足跟再次著地 跨步長（跨步長（s

2、tride length）：）：是指同一足的足跟相繼觸地之間的距離步長（步長（step length） ：是指不同足的足跟相繼觸地之間的距離步態(tài)分析的時空參數(shù)步步寬（寬（step width）：）：是指兩次連續(xù)的足觸地時雙側足弓之間的距離，通常是79cm 足角（足角（foot angle）：）：是身體前進的方向與足的長軸之間的夾角，正常人大約是7步態(tài)分析的時空參數(shù)步頻（步頻（stride rate）：是對步態(tài)最基本的時間描述 ，即每分鐘的步數(shù) 步態(tài)周期步態(tài)周期：一個完整步態(tài)循環(huán)的時間步時步時：完成左或右足一步的時間u通常情況下對稱的步態(tài)其步時決定于步頻，步時是步頻的倒數(shù)。步態(tài)分析的時空參數(shù)站立

3、與擺動階段步態(tài)周期的階段劃分站立與擺動階段的分期支撐階段支撐階段 ：u足跟觸地u足平放u中期支撐u足跟離地u足趾離地 擺動階段擺動階段u早期擺動u中期擺動u末期擺動 站立與擺動階段身體重心的轉移與控制行走可被定義為一系列的失衡與恢復平衡。在行走初期身體是向前傾斜的，為了防跌，需要把另一只足向前移到一個新的位置而暫時的恢復平衡。一旦開始行走，身體向前的動力會使身體的重心向前越過足的位置，這樣就迫使另一只足向前一步。通過雙足連續(xù)的、交替的移動而使身體向前進。只要身體還在向前移動，這種流暢的、受控制的恢復平衡的行為會一直持續(xù)。當足的位置阻礙了身體向前移動的動力，并且在雙足支撐的靜止時期恢復平衡，行走

4、就停止了。身體重心垂直的轉移在垂直方向，每一個步態(tài)周期中身體重心可由兩個完整的正弦波來描述 u身體重心的最低點發(fā)生于兩側下肢支撐期的中點（步態(tài)周期的5和55）u身體重心的最高點發(fā)生于兩次單下肢支撐期的中點（步態(tài)周期的30和80） 身體重心的橫向轉移行走時身體重心的橫向轉移形成了在水平方向的正弦波u身體重心在右側的最遠點發(fā)生于右下肢支撐階段的中點（步態(tài)周期的30）u身體重心在左側的最遠點發(fā)生于左下肢支撐階段的中點（步態(tài)周期的80）。 動能和潛能盡管從表面上看，步行以一個恒定的前進速度進行的，但事實上每一步的速度都在發(fā)生變化。當處于支撐階段的下肢位于身體重心的前方時，速度就慢下來。相反，當處于支撐

5、階段的下肢位于身體重心的后方時，速度就快起來。因此，在支撐中期，一旦身體上移至支撐下肢，它就達到它的最低速度；在雙下肢支撐期，一旦身體從支撐下肢下移并尚未上移至對側下肢時，它就達到它的最高速度。最小運動能量在支撐中期（步態(tài)周期的3080） 動能和潛能最大運動能量在雙下肢支撐期（步態(tài)周期的555）最小運動能量在支撐中期（步態(tài)周期的3080），潛能是指地心引力作用于身體重量和身體重心的高度時所產(chǎn)生的能。而動能由潛能補給 關節(jié)運動學矢狀面：關節(jié)的角旋轉主要發(fā)生在矢狀面冠狀面：重心旋轉非常重要，特別是在髖關節(jié)和距下關節(jié) 水平面：研究很有限關節(jié)運動學矢狀面運動關節(jié)運動學矢狀面運動骨盆在矢狀面的運動u向前

6、、后傾斜的范圍是很小的（大約為24）u發(fā)生在髖部（骨盆與股骨間的屈伸）和腰骶關節(jié)（骨盆與腰椎間的屈伸） u骨盆在整個步態(tài)周期中的運動模式就類似兩個完整波形的正弦波 u骨盆的運動范圍會隨著行走速度的增加而增加u有屈髖關節(jié)肌明顯攣縮的病人在支撐期的后半部分（步態(tài)周期的3060 ）就會出現(xiàn)極其嚴重的骨盆前傾 關節(jié)運動學矢狀面運動髖關節(jié)在矢狀面的運動u正常行走時，髖關節(jié)大約需要30的前屈和10的后伸 u運動幅度與行走速度呈正相關u有髖部活動受限的病人在行走時也許不會出現(xiàn)步態(tài)的偏離，這是由于骨盆和腰椎的運動可對減少的髖部運動進行代償 關節(jié)運動學矢狀面運動膝關節(jié)在矢狀面的運動u當足跟觸地時，膝關節(jié)大約屈曲

7、5u在步態(tài)周期的前15，再屈曲1015 u之后膝關節(jié)逐漸伸直到幾乎完全的伸直位一直到足跟離地（步態(tài)周期的40）u膝關節(jié)開始屈曲，到達大約35的屈曲角度時，足趾離地（步態(tài)周期的60）u最大膝關節(jié)屈曲角度為60，是發(fā)生在擺動中期開始時（步態(tài)周期的73）關節(jié)運動學矢狀面運動踝關節(jié)在矢狀面的運動u當足跟觸地時，踝關節(jié)處于輕度的跖屈（0 5） u在足跟觸地后不久，足平放于地面 u當脛骨前移越過支撐足時，踝背屈增加到10（步態(tài)周期的845） u在足跟離地不久（步態(tài)周期的40%），踝關節(jié)開始跖屈，最大到1520，一直到足趾離地 u在擺動階段，踝關節(jié)再次背屈到中立位以使足趾完全離地 關節(jié)運動學矢狀面運動踝關節(jié)

8、跖屈受限可能會導致前移推動力下降，也可能會導致步長縮短 如果由于跟腱攣縮導致支撐期不充分的踝背屈，可能引起不完全的足跟離地，導致“跳躍”步態(tài) ，限制了身體的前移，步長也會縮短 患有馬蹄足畸形的病人，以過度伸直的足趾行走，而足跟卻不能觸地，最常見于腦癱患者 踝背屈受限也會影響擺動階段的足趾離地。為了代償，就必須增加髖或膝關節(jié)的屈曲 關節(jié)運動學矢狀面運動第一跗跖關節(jié)在矢狀面的運動u可進行輕度的跖屈和背屈，以便在行走時為足內(nèi)側縱弓提供靈活性。關節(jié)運動學矢狀面運動第一跖趾關節(jié)在矢狀面的運動u足跟觸地時，第一跖趾關節(jié)呈輕度的過伸位 u從足跟觸地后不久到足跟離地，第一跖趾關節(jié)處于相對的中立位 u從足跟離地

9、到足趾離地前，第一跖趾關節(jié)處于4555的過伸位 u在支撐階段的后半期和擺動初期，該關節(jié)屈曲從而位回到中立位 關節(jié)運動學矢狀面運動第一跖趾關節(jié)在矢狀面的運動u軟組織的損傷，可導致第一跖趾關節(jié)過伸受限，例如關節(jié)的扭傷或退形性改變，均可引起明顯的“外八字”步態(tài)。導致不能有效地前移，還會增加膝關節(jié)和足內(nèi)側結構的壓力 關節(jié)運動學冠狀面運動骨盆在冠狀面的運動 u從前方或后方觀察髂嵴的升降 u在支撐下肢的骨盆股骨間總的內(nèi)收和外展幅度大約為1015 關節(jié)運動學冠狀面運動髖關節(jié)在冠狀面的運動 u髂嵴的升降反映了髖部在冠狀面上的運動 u在支撐階段，髖部在冠狀面的運動幾乎完全源于骨盆與股骨間的運動 u在擺動階段，骨

10、盆和股骨的運動導致髖關節(jié)回到中立位 關節(jié)運動學冠狀面運動膝關節(jié)在冠狀面的運動 u膝關節(jié)在冠狀面上是穩(wěn)定的 u踝關節(jié)背屈時可伴隨輕度的外翻和外展u踝關節(jié)跖屈時伴隨著輕度的內(nèi)翻與內(nèi)收 關節(jié)運動學冠狀面運動距下關節(jié)在冠狀面的運動u旋前與旋后的三維運動是距下關節(jié)與橫向的跗骨關節(jié)相互作用的結果 u旋前運動包含了外翻、外展和背屈 u旋后運動包含了內(nèi)翻、內(nèi)收和跖屈 關節(jié)運動學冠狀面運動距下關節(jié)在冠狀面的運動 u在足跟觸地時，距下關節(jié)內(nèi)翻的角度大約為23 u足跟觸地后不久，跟骨開始快速外翻并一直持續(xù)到支撐中期（步態(tài)周期的3035），最大外翻角大約為2。與此同時，距下關節(jié)向相反的方向運動，開始向內(nèi)翻 關節(jié)運動學

11、冠狀面運動距下關節(jié)在冠狀面的運動 u在步態(tài)周期的4045（接近足跟離地時），跟骨處于相對中立的位置 u從足跟離地到足趾離地這段時間，跟骨繼續(xù)內(nèi)翻直到大約6的內(nèi)翻角u在擺動階段，跟骨處于輕度內(nèi)翻姿勢，直到下一次足跟觸地 關節(jié)運動學冠狀面運動=冠狀面的距下關節(jié)角測量后距下關節(jié)活動的方法。它的翻轉角度 是由兩條線構成，分別是下肢的軸線和跟骨線。這個測量可以作為足內(nèi)旋角度的測量指標 關節(jié)運動學水平面運動骨盆在水平面的運動u骨盆向每個方向旋轉的角度為34。在步速和步長增加時，會出現(xiàn)較大的骨盆旋轉 股骨在在水平面的運動u股骨向每個方向旋轉的角度為67 脛骨在在水平面的運動u向每個方向旋轉的角度大約為89

12、關節(jié)運動學水平面運動關節(jié)運動學水平面運動髖關節(jié)在水平面的運動u股骨與骨盆幾乎同時發(fā)生旋轉 膝關節(jié)在水平面的運動u在足跟觸地時，膝關節(jié)處于大約23的相對于股骨的外旋位 u到足趾離地時，膝關節(jié)處于大約5的相對內(nèi)旋位 踝關節(jié)和足在在水平面的運動u運動范圍很小，可以不用考慮 關節(jié)運動學水平面運動關節(jié)運動學軀干與上肢軀干u軀干的移動方式是在水平面上圍繞垂直軸進行旋轉u肩帶骨的旋轉是與骨盆的方向相反的，平均旋轉范圍大約為7u行走時，軀干活動受限將導致能量消耗提高10 關節(jié)運動學軀干與上肢肩關節(jié)u在矢狀面，肩關節(jié)呈現(xiàn)的是正弦的運動模式 u當股骨后伸時，同側的肱骨就前屈 u在足跟觸地時，肩關節(jié)處于最大的后伸位

13、，從中立位測量大約為25 u在步態(tài)周期的50，肩關節(jié)逐漸旋前達到最大前屈角度，約為10 u肩關節(jié)的運動幅度隨著步速的增加而增加 u上肢的擺動不完全是被動的，有部分主動的成分 關節(jié)運動學軀干與上肢肘關節(jié)u肘關節(jié)在足跟觸地時大約處于20的屈曲位 u在步態(tài)周期的前50，肩關節(jié)前屈，肘關節(jié)也前屈到最大角度約45 u在步態(tài)周期的后半段，肩關節(jié)后伸，肘關節(jié)回到20的屈曲位 減少能量消耗的關節(jié)運動學行走時的能量消耗是以每公斤體重行走每米消耗了多少千卡來計算，即kcal/m/kg。通常，能量消耗是直接通過耗氧量來計算的。行走時，身體盡力使能量消耗最小。能量節(jié)約是通過減少身體重心的轉移幅度而獲得的。節(jié)約能量最適

14、的步速大約為1.33m/s，或80m/min。該速度不但可使身體最大效率地利用能量，同時也與人們在街上自由行走所采用的速度是完全一致的。大于或慢于最適速度都會增加行走時的能量消耗。減少能量消耗的關節(jié)運動學減少能力消耗的關節(jié)運動學減少身體重心水平轉移的方法減少身體重心水平轉移的方法肌運動學在一個步態(tài)周期中，下肢的大多數(shù)肌肉都有一到兩次電活動的爆發(fā)，持續(xù)約100400ms（步態(tài)周期的1040）。像所有其它步態(tài)的構成元素一樣，肌肉的電活動形式在每一步都是重復的。假如臨床醫(yī)生通過肌肉的電活動對特定的肌肉在步行時的功能有全面的了解，那么步態(tài)異常將很容易的被人理解和得到很好的治療。肌運動學右圖為步態(tài)周期中下肢各肌群的肌電變化肌運動學右圖為步態(tài)周期中下肢各肌群的肌電變化步態(tài)控制機制神經(jīng)成分u脊髓存在步態(tài)模式發(fā)生器，可產(chǎn)生原始的刻板的運動模式并且表現(xiàn)出特定的適應性 u高位中樞的下傳通路和外周感覺反饋使得運動模式和環(huán)境適應性有廣泛的變化 非神經(jīng)成分u軀體感覺、視覺和前庭均在反應性和運動控制反饋中起作用 步態(tài)異常減痛步態(tài)（antalgic gait）為疼痛引起的非正常步態(tài)模式 u主要表現(xiàn)為步長縮短、疼痛下肢的支撐時間和對側下肢的擺動時間縮短 步態(tài)異常神經(jīng)系統(tǒng)疾病引起的步態(tài)異常u在腦癱和腦血管疾病患者，下肢伸肌肌張力增高，步態(tài)模式