正常功能及基本成分
正常成人的行走是用尽可能少的能量消耗使重心在空间移动。这种运动需要很少的肌肉活动,并且呈节奏性和对称性。正常成人每分钟约行走100步。
双足水平行走是一种很不稳定的运动。当身体由一侧下肢支撑时,较大的重力和前冲可引起身体不稳。这种身体内在的不稳定性需要复杂的控制。
肌电图研究表明,在步行周期中,肌肉活动只是在很短的时间内起作用。肢体向前大范围地运动是靠自身的冲量。肌肉活动更多的是参与减速运动而不是参与主动向前的运动。例如,胫前伸肌的主要活动不是发生在足抬高的时候,而是在足跟触地后的瞬间以减低脚的速度。臀大肌的主要作用是在足跟触地后的短时间内,并在支撑期的末期再次发生作用。
腘绳肌的收缩活动在足跟触地的片刻及支撑期的末期达到高峰。股四头肌的主要活动是在足跟触地前和触地时以减低脚的速度,并在足跟触地后控制腿的屈曲来吸收冲量。股直肌的作用是在摆动前期控制膝屈曲。
正常行走时,能量的利用是高效的。因为肌肉的收缩、躯干和四肢节段的位移以及短暂的肌肉活跃期之间存在着精确的关系。这些因素也保证了正常的行走是用自然的频率有节奏地进行的。
学术界研究中枢神经系统对运动的控制已有多年。动物实验显示,步行运动的根源不是反射,它是由脊髓神经元发生的,受脊髓以上、大脑结构下行控制调节,产生节奏性的输出,而不需要感觉的反馈。尽管感觉输入不是运动模式的基础,但它对调节步行以适应环境的变化是重要的,它可以根据环境变化提出的要求来调节运动方案。
步行时有一个短暂的双足支撑阶段,但为描述方便,步行可分为主要的站立期(支撑期)和摆动期。
站立期始于足跟触地。它的特征是踝关节先跖屈后背屈;膝关节先屈曲后伸展,到此期末又屈曲;整个站立期,髋关节保持伸展。这些运动成分使重心前移,站立末期髋关节的伸展是该下肢摆动期启动的基础,从而能由一个时相转到下一个时相。膝关节的屈曲-伸展-屈曲使得步行更顺畅协调。当重心前移和侧移时,支撑腿髋外展肌收缩和对侧躯干侧屈肌收缩,来防止同侧骨盆异常下坠或向对侧倾斜。站立腿髋关节外展肌的收缩也可控制骨盆的侧方移动,而使对侧腿摆动过程中重心侧移最小。
摆动期开始时,膝关节的早期屈曲减低了下肢的转动惯量。在髋屈曲时,实际上膝已完成了屈曲动作。这样髋屈曲和膝屈曲相结合,使下肢缩短,并使摆动足在足趾离地后紧接着摆过去。因此,摆动期早期的特点是髋屈曲、膝屈曲和踝背屈。最后阶段包括足跟触地前伸膝和踝背屈,而在足跟触地后,随即终止踝背屈。
身体重心的前移是通过踝和髋的运动使整个重心前移来完成的。在步行中,身体的稳定性与支撑面的宽度有关。在站立时,双脚相距十余厘米是正常的,但在步行中,双足处于这种位置就会引起骨盆过度的水平侧方移动。因此,双脚应以互相紧靠的方式直接前移,这使得侧方摆动限制到最低程度,而同时保持稳定。为了保持平衡,重心移动需要躯干和颈部代偿调节。当正常行走时,这种需要是最小的,但当速度减慢时这种需要加大。过慢地行走,不仅需要更多的平衡,而且使人的习惯行走形式发生变化。快速行走时需要的姿势调节较少。
在正常步行时,骨盆在水平面上旋转,但旋转量很小(在中轴向侧方偏4°),在足跟触地时,偏移最大。骨盆的这种旋转与胸椎旋转的方向相反。由于骨盆是一个坚硬的结构,它的旋转是由髋关节和脊柱关节引起的。在摆动期,髋关节内旋一直到支撑期完全负重,之后髋关节便会外旋。骨盆在矢状面上的旋转(骨盆前后倾斜),大约平均偏离3°。最大的前倾发生在足跟触地前的瞬间,最大的后倾发生在站立早期。
行走时,臂放松摆动的方向与躯干从支撑腿反方向旋转的趋势相反。例如,当右腿向前摆动时,骨盆有转向左侧的趋势,这时左肩会带动左臂向前摆动来抵消它。因此,步行的基本成分,具体如下所示。
1.站立期
(1)髋关节保持伸展(髋和踝发生角度位移)。(https://www.daowen.com)
(2)躯干和骨盆在水平面侧移(大约4~5cm)。
(3)在足跟触地时,开始屈膝(大约15°),紧接着伸膝,然后在趾离地前屈膝。
2.摆动期
(1)屈膝伴髋关节伸展。
(2)趾离地时,骨盆在水平面上向下倾斜(大约5°)。
(3)屈髋。
(4)摆动腿,骨盆前转(依据跨步长,向中心轴两侧偏3°~4°)。
(5)足跟触地前瞬间伸膝,同时踝背屈。
以上成分是行走的主要决定因素,或生物力学的要求。
3.向后行走的要点
它与向前行走时重心转移的形式不同,摆动期重心不向后移动。因为由于此运动本身的不稳定性,在重心转移之前要有一个新的支撑面。它的摆动期,髋和膝屈曲,并在保持屈膝时髋稍伸展,直至足趾触地。
只有进一步伸展支撑的髋关节和伸膝关节时,重心才后移。向后行走比向前行走要慢。因为视觉的暗示较少,步长较短。肌电图研究表明,向后行走时肌肉活动比向前行走更为活跃,这可能是因为在带动腿向后时,相对缺少冲量所致。
4.上下楼梯动作的要点
上楼梯和水平行走的运动成分相似,但牵涉到的关节运动范围和所需要的肌肉活动不同。例如,所需的屈髋和屈膝的程度较大。当脚迈到阶梯上时,身体在支撑的踝关节上向前倾,同时,重心向前上移至前腿。下楼梯主要考虑安全性,它与行走和上楼梯不同,重心要保持在后面的支撑腿上。运动是由支撑腿的髋关节和膝关节伸肌群控制的离心(延长)收缩来完成的。