步态分析 | 步态的生物力学原理及步态分析

来源：康复小南宁

编辑：KF姐

步行动作的一般生物力学原理

步态是人类步行的行为特征。步行是人类生存的基础，是人类与其它动物区别的关键特征之一。正常步行并不需要思考，然而步行的控制十分复杂，包括中枢命令，身体平衡和协调控制，涉及足、踝、膝、髋、躯干、 颈、肩、臂的肌肉和关节协同运动。任何环节的失调都可能影响步态。步行是全身肌肉参与,包括人体重心移位,骨盆倾 斜旋转,髋、膝、踝关节伸屈及内外旋展等,使人体位移 的一种复杂的随意运动。

行走过程中,从一侧脚跟着地开始到该脚跟再次着地构成1个步态周期。对指定的 下肢而言,1个步态周期的活动可分为支撑时相和摆动时相。支撑时相又分为脚跟着地、趾着地、支撑中期、脚 跟离地、蹬离期和趾离地诸动作阶段。摆动时相分为加速期、摆动期和减速期。常速行走时,支撑时相约占整个步态周期的 60%-65% ,因此,当一侧下肢进入支撑 时相时,另侧下肢尚未离地,两下肢同时负重称为双肢负重期。双肢负重期约占全周期的 28.8% ,占支撑时相的44.8% ,支撑时相的其它时间为单肢负重期。

随着年龄的增长,单、双支撑时相占步态周期的比例也随之增加。不同性别和身高的人,其支撑时相和摆动时相所占 的比例无明显差异。

步态的生物力学参数

步行是人体通过和地面的相互作用，在一定的空间里， 经历一定时间的机械运动。其运动规律可以通过生物力学的运动学和动力学参数加以描述。

步行的时间参数

步行是周期性的动作，在1个动作周期中，根据腿部动作的特征，可以分为支撑阶段和摆动阶段。

步行周期及其术语

从一侧足跟着地，到此侧足跟再次着地，为1个步行周期或称为1复步，其间每一足都经历1个与地面 接触的支撑期及离地挪动的摆动期 。支撑期包括5个环节，依次为足跟着地，足掌着地，支撑中期，足 跟离地，足指离地。摆动期则包括2个环节，即经加速期至摆动中期，此时下肢处于垂直位；再经减速期终止于足跟着地。步行周期中两足的支撑期长于摆动期， 自一侧足跟着地至对侧足趾离地，约有15%的时间两足都处于支撑期，称为双侧支撑期。双侧支撑期的存在为步行的特征，此期消失，出现双足离地为跑步的特征。

支撑阶段

支撑阶段由5个环节组成，其1为初始着地期，从足跟着地到足掌着地前。其2为支撑反应期，从足掌着地到重心移至支撑脚中心前，足(脚)底平行。其3为中点支撑期，从中点支撑到足跟离地前。其4为 支撑后期，从足跟离地到足指离地前。其5为摆动前期 (推离期)，指足离地阶段。

摆动阶段

摆动阶段由2个环节组成

其1为摆动早期，腿加速摆动阶段。这个阶段从足指离地开始到摆动中期，即腿摆动通过支撑腿 (平足摆动)时结束。

其2为摆动后期，腿减速摆动阶段(足下落)，这个阶段从摆动 中期开始到足跟着地结束。步态是指人体步行时的姿态,人体通过髋、膝、踝、足趾的一系列连续活动, 使身体沿着一定方向移动的 过程。正常步态具有稳定性、周期性和节律性、方向性、协调性以及个体差异性，然而,当人们存在疾病时,以上的步态特征将有明显的变化。

步行的空间参数

行走时左右足跟(或趾尖)间的纵间距离称为步长, 而同侧足跟(或趾尖)两次着地间的距离称为步周长或周期跨距。步长与身高显著相关,身高相同的男、女性, 其步长无显著性差异,且步长随着年龄的增大而下降

步长是指同侧足跟或足尖到迈步后足跟或足尖之间的距离 ,其值为跨步长的两倍,正常大约150-160cm;跨步长为一侧足跟到对侧足跟之间的距离,正常大约75-83cm;

步宽是指人们在行走时, 两侧足内侧弓之间的距离，正常大约5-10 cm

步频或步速是指行走时每min迈出的步数，正常一般在95-125步/min.步长与步频及身高等因素有关，一般男性为每一复步150-160cm，步宽约8±3.5cm，足角约 6°-7°身体质心上下起伏的幅度约为 44ｃｍ。

步行的时空参数

髋、膝、踝关节在行走中的角度变化主要以步态周期中的角度-时间关系曲线为标征, 单一的角度数值变化意义不大。通过对研究对象各关节在不同平面上活动的角度-时间关系曲线与正常人,或左右脚之间, 或治疗前与治疗后不同时期的角度-时间关系曲线的比较, 可以反映研究对象各关节的功能情况和治疗效果。角度-角度曲线可以形象地表现行走中两个关节间的协调关系,当神经、肌肉功能异常时,角度 -角度曲线也出现异常,表明两侧下肢的协调性差。

步行时，最显著的运动是髋、膝、踝关节的屈伸运动。正常步行时，这些关节的屈伸发生时机及幅度。步行中身体的重心沿一复杂的螺旋形曲线向前运动，在矢状面及水平面上的投影各呈一正弦曲线，其幅度分别为3cm及2cm，向前运动也有交替的加速与减速。 为了减少重心上、下及侧向移动，以使运动更为平稳并降低能耗，骨盆也配合步行周期而做左右旋转、左右倾斜及侧向移动。最大前旋见于同侧足跟着地时，最大后旋见于同侧支撑中期，幅度各约 8°。向左右倾斜见于右足及左足的摆动中期，幅度约为5度，最大左右移动见于同侧支撑中期，幅度约为 4.5cm，骨盆向前旋转时，同侧股骨及胫骨也分别内旋 8°-9°，使足跟着地时下肢内旋25°左右，在支撑期结束时恢复外旋。步行周期中上肢作下肢相反方向的摆动。步行周期中多组肌肉的协调收缩，起到平衡身体、加速、减速及吸收震动的作用。利用多导联肌电图可以观察各组肌肉的工作，分析其收缩时机及强度。正常的常速步行时，肌肉作功不多，在很大程度上利用重心的 惯性前移及反复的失平衡过程向前推进。平地常速步行时的能耗约为 0.33kj/(min. kg),步速增加及步态改变 时能耗增加。

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