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步态分析及步行能力训练 临沂市交通医院康复医学科 尚有人将步态分析比作是核心武器 一 概述1 相关术语2 步行发育与控制二 步态参数分类1 时空参数2 运动学参数3 动力学参数4 表面肌电5 参量代谢三 临床步态分析及异常步态析因 一 概述 行走及其步态是中枢神经系统的终极目标在生物力学水平上的体现 神经学水平肌肉水平关节水平 生物学水平 生物力学水平 步行 步行是人类最重要的运动能力 全国康复医学培训班 步行的价值 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步行的基本功能 从某一地方安全 有效地移动到另一地方 步态 步态是人类步行的行为特征 步态特征 根据一个人走路的姿势可以认出是谁 步态与康复治疗 康复治疗的目标之一就是在现有功能障碍基础上帮助患者实现较高水平的功能独立步行是功能独立的基本要素之一 很多疾患均可导致步行能力障碍及步行姿势异常 步态与康复治疗 康复治疗常以恢复或改善步行能力与步态为目标步态分析就是分析步行姿态 步行效率 关节及肌肉活动 平衡协调控制等多方面因素的一种检查方式明确特定步态异常的特征及其原因 辅助诊断并指导治疗方案的制订评估治疗效果 确定辅助具选择是否得当等 步行的发育 儿童学习行走需要激活身体多部位肌肉复杂的收缩模式 而产生协调的迈步运动必须有强壮的肢体来支撑体重足够的平衡控制能力学会随着环境变化而调整步态 胎儿期的发育 上下肢的分离运动在胎儿期9周出现下肢交替的类似出生后步行的运动大约在胎儿16周的时候行成 早期的步行行为 新生儿在正确的条件下引出步行动作 例如将双手置于腋下使其处于直立姿势 足底着地并使身体微向前倾 可以表现出一种类似步行的协调性运动 踏步反射1个月后难以引出 2个月后消失 数月后又重新出现 高级神经系统发育成熟后对原始反射的抑制4个月的婴儿在水中能出现迈步动作 去除了体重的影响 步行发育的7步 McGraw 1踏步反射2踏步反射消失3踏步反射重新出现4辅助行走5行走时手位于高处6直立行走时手在身体两侧7直立行走时身体和头部逐渐直立 早期步行的特点 第1年 站立期没有蹬地动作步宽很宽手臂位置较高依靠躯干前倾来推动身体前进摆动期很短高步频摆动期髋屈曲增加 踝关节屈曲减少 伴足下垂 早期步行的特点 1年以后 骨盆倾斜 髋部外展外旋减少足触地时膝关节屈曲波出现2岁时75 的儿童出现上肢的交替摆动摆动期踝关节背屈 足下垂消失2岁末 站立期开始出现蹬地动作 独立行走的发育和成熟 第一阶段 行走3 6月 学会平衡控制第二阶段 行走5年以上 运动能力逐步提高一般在7岁时 步行的大多数肌肉和运动模式和成人非常相似 步行控制 步态模式发生器下传影响感觉反馈和步态适应 全国康复医学培训班 步行中枢 正常步行并不需要思考然而步行的控制十分复杂 中枢命令 皮层 脊髓 步行中枢 身体平衡和协调控制足 踝 膝 髋 躯干 颈 肩 臂肌肉和关节协同运动 任何环节的失调都可能影响步态 而某些异常也有可能被代偿或掩盖 步态模式发生器1 CPG脊髓离断猫在跑步机上行走的肌肉活动类似于正常猫 减重下 在站立相膝和踝的伸肌活动早于爪的着地证明了伸展不是接触地面反应的简单反射 而是中枢程序的一部分当脊髓离断猫从走变成跑步时 它充分募集了脊髓内的运动单元 步态模式发生器2 脊髓被离断的猫可以适应步态循环障碍穿越吗 是的如果用一根玻璃棒触碰摆动相的猫爪顶部时 被刺激腿将表现屈曲反应 同时对侧伸展 它抬起刺激腿并越过障碍物 并且对侧腿表现为支撑姿势而在站立相时以同样的方式去刺激猫爪背面 可导致伸展增加 并使猫爪迅速绕过障碍因此 在迈步循环不同时相中对皮肤进行相同的刺激 可功能性的激活不同部分的肌肉以适应性的代偿猫爪在受不同障碍物干扰时的反应 步态模式发生器3 为弄清网装系统是怎样精细地协调而使运动中不同的肌肉群在适当的时间工作 对八日鳗的脊髓及脑干网状系统中的模式发生回路的研究表明 不同的调节系统在脊髓网状系统中工作来改变脉冲活动的比率 步态模式发生器4 尽管脊髓模式发生器可以引起传统刻板运动模式并且表现出特定的适应功能 高位中枢的下传通路和外周感觉反馈将允许运动模式和环境适应性有广泛的变化 下传影响 来自脑高位中枢的下传影响对运动活动的控制同样重要中脑运动区小脑在步态循环调节中的作用 下传影响 中脑运动区 去大脑的猫不能在跑步机上正常行走 但是刺激中脑运动区 猫开始正常步行 来自中脑运动区的神经元激活了内侧网状结构 然后激活脊髓运动系统特征为体重支持 主动前进 下传影响 小脑 小脑接受感觉感受器的传入反馈 并通过中脑核向脊髓传递 并且向脑干发出传递信号 根据任务的需要精细的协调运动两个假设 1肌肉的传入信号到小脑 并在运动中定向激活2接受脊髓中央模式发生器输出的信息改变步态类型 经过不平坦地面 腿依靠视觉对障碍物的测量来抬高或降低 肌肉反应模式可以调整小脑根据视觉输入信号下传肢体屈曲 伸展 的指令 下传影响 大脑皮层 判断来自不同观察点的事件 比如的有冲突的信息 加工后下传指令 感觉反馈和步态适应 步态调整中的反应性策略躯体感觉系统前庭系统视觉预先反应策略视觉用于发现环境中潜在的障碍物预知性常用来估计潜在的失稳效果 并且与其对步行周期进行调控 预先反应策略 避免性策略改变足的放置增加地面廓清以避免障碍当发现不能廓清障碍时 改变步行方向停止适应性策略涉及长期调控 例如在冰面上行走时减小步长 爬楼梯时将来自踝关节的推进力转移到髋膝关节的肌肉 自然步态的要点 合理的步长 步宽 步频上身姿势稳定最佳能量消耗 自然步态的生物力学因素 具备控制肢体前向运动的肌力或机械能可以在足触地时有效地吸收机械能 以减小撞击 并控制身体的前向进程支撑相有合理的肌力及髋膝踝角度 重力方向 以及充分的支撑面 足的位置 摆动相有足够的推进力 充分的下肢地面廓清和合理的足触地姿势控制 二 步态参数分类 时空参数运动学参数动力学参数表面肌电能量代谢 1 时空参数 时空参数基本术语包括步长 步幅 步频 步速 步行周期 步行时相 其中步长 步频和步速是步态分析中最常用的3大要素 其内涵是有关行走的生物力学分析所涉及的最基本知识 步长 steplength 行走时一侧足跟着地到紧接着的对侧足跟着地所行进的距离称为步长 又称单步长 如下图示 通常用cm表示 健康人平地行走时 一般步长约为50 80cm 影响步长的因素 足落地的位置 如足下垂者下肢的单支撑能力下肢摆动的能力下肢推进力身高穿鞋 跨步长 stridelength 行走时 由一侧足跟着地到该侧足跟再次着地所进行的距离称为步幅 又称复步长或跨步长 如上图示 用cm表示 通常是步长的两倍 步宽 stridewidth 在行走中左 右两足间的距离称为步宽 通常以足跟中点为测量参考点 如上图示 通常用cm表示 健康人约为8 3 5cm 足角 footangle 在行走中前进的方向与足的长轴所形成的夹角称为足角 如下图示 通常用 表示 健全人约为6 75 步频 cadence 行走中每分钟迈出的步数称为步频 又称步调 健全人通常步频大约是95 125steps min 双人并肩行走时 一般是短腿者步频大于长腿者 步速 walkingvelocity 行走时单位时间内在行进的方向上整体移动的直线距离称为步速 即行走速度 通常用m min表示 约为65 95m min 推进力 个人习惯 中枢控制 步频可影响步速 2 运动学参数 1 步行周期 进行步态分析所必须的基础知识 基本坐标面水平面Horizontalplane额状面Frontalplane矢状面Sagittalplane基本坐标轴X方向 向前 矢状面内的矢状轴Y方向 向上 垂直于水平面的垂直轴Z方向 向右 水平面内的额状轴 站立相 stancephase 步行周期中从足跟着地到足趾离地的过程 约占60 GC 其中包含两个双支撑期和一个单支撑期 双支撑 doublesupport 行走中双脚与地面同时接触的时期 以秒为计时单位 或步行周期百分比表示 各占10 GC 共20 GC 单支撑 singlesupport 行走中仅一侧下肢与地面接触的时期 以秒为计时单位 或以步行周期百分比表示 行走时 一侧下肢单支撑期所占时间实际上完全等于对侧下肢的迈步相时间 摆动相 swingphase 步行周期中从足趾离地到同侧足跟再次着地的过程 约占40 GC 一侧下肢迈步相时间等于对侧下肢单支撑期时间 站立相分期 首次着地足放平 负荷反应期 预负荷 站立中期足跟离地 站立相末期 足趾离地 迈步相前期 首次着地 0 步行周期和站立相的起始点 指足跟或足底的其它部位第一次接触地面的瞬间 足放平 承重反应 0 10 GC 首次着地至支撑腿于站立相过程中膝关节达到最大屈曲角度的时期 此时对侧足趾离地 站立中期 10 40 GC 从对侧下肢离地到该侧支撑腿脚跟离地 主要功能是保持膝关节稳定 控制胫骨前向惯性运动 为下肢向前推进做准备 站立末期 40 50 GC 开始于同侧足跟抬起 结束于对侧足跟着地 主要功能是为对侧下肢向前推动作支撑 摆动前期 50 60 GC 指从对侧下肢足跟着地到支撑腿足趾离地 在缓慢步行时可以没有蹬离 而只是足趾离开地面 称之为足趾离地 toeoff 迈步相分期 初期中期末期 迈步相初期 60 70 GC 从支撑腿离地到该腿膝关节达到最大屈曲时 主要的动作为足廓清地面和屈髋带动屈膝 加速肢体前向摆动 迈步相中期 70 85 GC 指下肢向前摆动的动作过程中 从膝关节最大屈曲摆动到小腿与地面垂直的时期 足廓清依然是主要目的 迈步相末期 85 100 GC 从与地面垂直的小腿向前摆动到该侧足跟再次着地之前 此时小腿减速向前摆动 2 步行中关节运动轨迹 进行步态分析所必须的基础知识 基本坐标面水平面Horizontalplane额状面Frontalplane矢状面Sagittalplane基本坐标轴X方向 向前 矢状面内的矢状轴Y方向 向上 垂直于水平面的垂直轴Z方向 向右 水平面内的额状轴 足跟着地 骨盆 5 旋前髋关节 30 屈曲膝关节 0 踝关节 0 承重反应期 骨盆 5 旋前髋关节 30 屈曲膝关节 0 15 屈曲踝关节 0 15 跖屈 站立中期 骨盆 中立位髋关节 30 0 膝关节 15 0 踝关节 15 跖屈 10 背屈 足跟离地 站立末期 骨盆 5 后旋髋关节 0 10 过伸展膝关节 0 踝关节 10 背屈 0 趾关节 0 10 过伸展 足趾离地 迈步前期 骨盆 5 后旋髋关节 10 过伸展 0 膝关节 0 35 踝关节 0 20 跖屈 关键点 膝关节被动屈曲 迈步相初期 骨盆 5 后旋髋关节 0 20 屈曲膝关节 35 60 屈曲踝关节 20 10 跖屈 迈步相中期 骨盆 中立位髋关节 20 30 屈曲膝关节 60 30 屈曲踝关节 10 跖屈 0 迈步相末期 骨盆 5 旋前髋关节 30 屈曲膝关节 30 屈曲 0 踝关节 0 踝和足 距小腿关节在着地瞬间 踝关节中立位或稍内翻3 5 首次触地到承重反应期 随着足完全落地 踝关节跖屈到最大值7 在支撑相中期 由于小腿绕支撑腿踝关节向前及内侧转动 踝关节背屈到达最大值15 支撑末期和摆动前期 当身体重心转移到对侧下肢 踝关节跖屈约15 足尖离地时 踝关节迅速背屈至中立位 参与廓清机制 然后在摆动过程中保持背屈状态 摆动相末期可轻微跖屈为落地做准备 距下关节 在承重反应期 距下关节开始外翻直到在支撑相中期时达到最大外翻值 平均约4 6 迅速外翻之后接着是逐渐的内翻 在摆动前期达到最大内翻值摆动相足移回中立位 摆动相后期足可轻度内翻 跗骨间关节 跗骨间关节绕横轴的运动影响足的纵弓在承重反应期伴随着足前部着地 单支撑相纵弓变平 足跟离地时足弓得到恢复 足前部和趾间关节 正常人在首次触地时 足尖不接触地面 跖趾关节伸展25 在承重反应后期足前部着地后 脚趾开始屈曲回到中立位 在支撑相中持续保持中立位支撑相末 趾伸可达最大值58 摆动相时足趾开始轻微屈曲 摆动相末足趾会有逐渐增大的伸展角度 为着地做准备 膝关节 屈伸 在首次触地时 膝关节接近伸直位承重反应时逐渐屈曲到支撑相的屈曲峰值20 随后继续伸展摆动相前膝关节屈曲到约40 在摆动过程中膝关节继续屈曲 到摆动相中期时达到最大值60 70 然后再次伸展为首次触地做准备 膝关节 内收 外展 胫骨旋转 在运动的内收 外展平面内 由于膝关节内外侧副韧带和关节囊的因素 支撑相的膝关节处于相对伸展位时比较稳定 股骨和胫骨的对位对线对膝关节在膝关节内收 外展运动中起着重要作用 正常成年人膝关节内收 外展范围均为2 3 膝关节的内旋 外旋主要指的是胫骨在股骨上发生的运动 也受到骨和韧带结构限制 伸直位活动度很小 屈曲位活动度较大正常成年人在整个步态周期中胫骨外旋在10 左右 髋关节 屈伸 首次触地时 髋关节大约屈曲30 在整个支撑末期髋关节保持伸展直到10 的伸展角在摆动前期和大部分的摆动期 髋关节屈曲约35 之后开始下一个首次触地之前的伸展 髋关节 内收 外展 髋关节在首次触地时无内收 外展运动在双支撑相结束时或者支撑相中期的开始 髋关节到达内收的最大角度 约5 在剩余的支撑相中 在足尖离地时髋关节外展到大约10 摆动相中后期持续内收 髋关节 旋转 不同人的髋关节旋转运动会有较大的变化在首次触地时 髋关节向外旋转约5 保持到承重反应期和支撑相中期在支撑末期的中期髋关节开始内旋到最大 约2 然后向相反的方向外旋 当足跟开始离地时 在摆动前期时到达外旋的最大角度15 摆动中期随着摆动腿摆过对侧的支撑腿 髋关节内旋到3 以内 然后再摆动后期时在3 5 之间外旋 骨盆 在首次触地时 骨盆大约前倾7 旋前大约5 承重反应期支撑腿一侧的骨盆向上倾斜达到最大的5 然后骨盆在对侧腿摆动到首次触地时回到中立位在支撑阶段 骨盆在支撑腿侧旋后及前倾在前后方向的总倾斜大约为5 侧方倾斜度约5 旋前和旋后范围约10 躯干 步行过程中躯干和骨盆的运动是相反方向的 或者说其相位不同例如 在首次触地时 躯干大约旋后3 而骨盆大约旋前5 用肩胛带的移动来表现躯干节段的角位移的幅度能通过与骨盆运动的对比来解释 Gaitcycle 骨盆和躯干运动 重心变化 步行可以看作是反复失去平衡又恢复平衡的过程起步时首先身体前倾 接着通过移动某一侧下肢到新的位置以使身体保持平衡起步之后 身体向前的力矩将使身体重心移到支撑脚上 另一脚迈出 重心变化 垂直方向 在一个步态周期中 重心在垂直方向上产生两个正弦波在两个双支撑相时是重心的最低点 在两个单支撑相时重心达到最高点在正常成年男性自然步行时 重心垂直方向上总的位移约5cm 重心变化 水平方向 重心在左右方向的移动形成单个正弦波形右下肢支撑相中点时 重心向右侧的位移最大 左侧支撑相中点时 重心向左侧的位移最大正常步态时重心左右移动范围约4cm当患者的步行支撑面增大时重心左右方向的位移增大 反之亦然 重心 整体描述 从右下肢首次触地开始 重心向前 上和右侧移动 并在前30 的步态周期中 维持这一趋势 身体将重量逐渐转移到右腿上在右支撑相中期 重心垂直方向位移达到最高 向右的位移最大 随后重心向前并开始向下移动 并逐渐转向左侧 因此重量逐渐离开右腿这时左腿处于摆动相 为保持身体稳定 左腿必须落地实现重心的转移 在左腿首次触地后的双支撑相中 重心居中并达到垂直方向的最低点 然后继续向前 向左移动在右足离地到左侧支撑相中期 重心向前 向上和左移动到左腿上 达到垂直方向上的最高点和水平方向左侧最大位移随后 重心移向下方和右侧 直到右足再次触地 重心 整体描述 在步行过程中 重心一般不会处于支撑面正上方 这也说明了步行过程中的相对不稳定性为防止在冠状面内失去平衡 脚必须在重心前进路径的稍外侧 以控制其左右方向的运动 3 动力学参数 地面反作用力变化各关节的力矩和功率变化 地面反作用力 groundreactionforce GRF步行过程中 地面对脚施加的力称为地面反作用力 根据牛顿第三定律 这个力和脚对地面施加的力大小相等地面反作用力可以分解为三个轴向 垂直方向 前后方向和左右方向 地面反作用力 垂直方向 在步态周期中有两个峰值 在承重反应和支撑相末期时 此力稍大于体重 在支撑相中期 此力稍小于体重 这一波动是重心在垂直方向的加速度导致的在承重反应期 重心向下移动时 地面反作用力大于体重可使其减慢下降速度并开始上升 就像跳到体重计上读到的体重比正常体重大一样在支撑相中期 垂直分力小于体重是由于支撑相早期重心获得的向上的力矩带来的 减重效应 支撑相末的力大于体重反映了踝跖屈肌的推进力和将重心向下的运动逆转为向上的需要 地面反作用力 前后方向 足跟触地时 地面反作用力是向后的 这时需要足和地面之间的摩擦力使足不至于向前滑动 并使身体减速在支撑相末和摆动相之前 此时足向后蹬地 地面剪力转向前方以推动身体前进这一力的大小和步速有关 尤其是在加速的时候会明显增大 如果地面剪力不足会导致足向后滑动而不能将身体推进前后向分力的最大峰值约为体重的20 地面反作用力 左右方向 相对较小 低于5 体重 且个体差异较大在步态周期的前5 10 一个很小的向外侧的分力以控制足落地时内外侧方向的速度在剩下的支撑相中 重心位于足的内侧使足对地面产生向外侧的力 因此地面的反作用力向内侧随后 向内的分力使重心向对侧下肢的运动加速 以使对侧下肢向前摆动并落地 地面反作用力 左右方向 虽然正常步行时左右方向的阻力较小不易察觉 但在大跨步和左右跳跃的时候左右向分力会明显增大步寛比较大的患者中左右侧的分力较为明显 关节力矩和关节功率 踝关节膝关节髋关节 关节力矩 torque 关节力矩是指所研究的关节产生的内部力矩 是根据外力矩逆推动力学计算得到的 其定义是力和关节中心点到此力作用线的垂直距离步行过程中 地面反作用力产生对下肢的外力矩在右腿承重反应期 地面反作用力的位置在踝关 膝关节后方 髋关节前方 因此 首次触地时地面反作用力产生踝跖屈 屈膝和屈髋作用 为防止下肢的塌陷 踝背伸肌 伸膝肌和伸髋肌必须产生内力矩以对抗外力矩 关节力矩 torque 大部分力矩是由关节周围肌肉活动产生的关节力矩和肌肉活动相对应病理状态下 关节力矩可由软组织例如畸形的关节囊和韧带的被动牵拉产生即使在检查肌电图时没有看到关节周围的肌电活动 关节力矩也可能产生事实上 很多肌肉功能异常的患者常使用关节的被动牵拉产生力矩来步行 踝关节力矩 矢状面内 在矢状面内 脚跟着地后会产生一个较小的踝关节背伸力矩这一力矩用于离心性地控制跟骨承受体重时的踝跖屈动作在后面的支撑相中踝跖屈力矩始终存在 用于控制胫骨前移 然后产生蹬离时的踝关节跖屈摆动相中有一个较小的踝背伸力矩以廓清足趾 关节功率 power 力所做的功分为产生和吸收两种产生是指肌肉向心性收缩产生速度吸收是指肌肉离心性收缩减慢速度 或抵抗相反的运动 踝关节功率 矢状面内 矢状面内足尖离地前的功率吸收反映了踝跖屈肌肉的离心性活动然后踝跖屈肌强力收缩带来一个较大的功率产生 吸收 产生 踝关节力矩 冠状面和水平面 冠状面和水平面的力矩非常小 个体差异很大在冠状面内 支撑相有一个较小的外翻力矩 0 20 步态周期 和内翻力矩 20 45 步态周期 以及足尖离地前一个更小的外翻力矩在水平面内 在支撑相有一个外旋力矩 实际上应称为足外展力矩 膝关节力矩 矢状面 足跟触地时 约步态周期的前4 主要是屈膝力矩使膝关节落地时的位置有利于缓冲震动承重反应时有一个较大的伸膝力矩直到步态周期的20 用于控制膝关节的屈曲和开始伸膝在20 50 步态周期屈膝肌收缩产生的屈膝力 此时帼绳肌的收缩力量较小 其力矩可能是由膝关节囊后部受到牵拉产生的然而 在脚尖离地前会产生一个小的伸膝力矩以控制膝关节的屈曲在摆动期末转变为一个较小的屈膝力矩来降低伸膝速度 膝关节功率 矢状面 矢状面内的功率曲线反应了膝关节周围肌肉的活动支撑相早期短暂的功率生成反映了屈膝力矩产生了屈膝动作随后发生的功率吸收反映了股四头肌的离心性收缩然后又是一个功率生成的高峰提示膝关节开始伸展在足尖离地前 由于伸膝肌控制屈膝导致功率逐渐吸收在摆动相末 帼绳肌吸收功率 腿的摆动减速 膝关节力矩和功率 冠状面 身体内部产生的膝外展力矩以对抗经过支撑腿膝关节内侧导致膝内翻的地面反作用力这一膝外展内力矩是由髂胫束 阔筋膜张肌和膝关节囊外侧副韧带产生的冠状面内膝关节角速度很低 因此这一平面的功率很小 膝关节力矩和功率 水平面 支撑相前半部分胫骨在股骨上的外旋力矩 后半部分内旋力矩和髋关节力矩相似 它们由膝关节韧带对髋关节水平面内力矩的反应在承重反应期 膝关节囊和韧带组织产生对胫骨内旋运动的抵抗 因此有一个小的功率吸收 髋关节力矩 矢状面 支撑相早期 髋周肌肉在矢状面内产生一个伸髋力矩以承受体重 在支撑相中期 产生一个屈曲力矩以减慢伸髋速度这一屈髋力矩是屈髋肌和髋关节囊前部受到牵拉产生的摆动初期 屈髋肌的收缩产生一个屈曲的小力矩 使髋关节屈曲在摆动相末期 需要有伸髋力矩来减慢屈髋的速度 髋关节功率 矢状面 在步态周期的前35 髋关节功率的作用是稳定身体 升高重心 控制躯干并使身体推进在随后的时间到50 55 步态周期时 功率被吸收 反映了款关节囊前部和屈髋肌的离心收缩所致的伸髋减速摆动相之前和摆动相前期 产生的功率用来屈曲髋关节 髋关节力矩和功率 冠状面 支撑相中产生一个较大的外展力矩来稳定身体重心位于髋关节内侧在对侧骨盆下降开始时的功率吸收反映了髋外展肌的离心性收缩在步态周期20 60 由于骨盆上升 也可见功率产生 髋关节力矩和功率 水平面 水平面内 前20 步态周期中外旋力矩用于降低股骨内旋的速度然后产生内旋力矩使对侧骨盆在剩下的支撑相中向前移动注意这些力矩都较小 大约只有冠状面和矢状面的力矩的15 步态周期前20 的髋外旋肌的离心性活动产生这一阶段的功率吸收 4 表面肌电 单纯以肌肉来分析 站立相摆动相 股四头肌收缩活动始于摆动相末期 至支撑相负重期达最大值 此时作为膝关节伸肌 产生离心性收缩以控制膝关节屈曲度 从而使支撑中期免于出现因膝关节过度屈曲而跪倒的情况 步行周期中 股四头肌的第二个较小的收缩活动见于足跟离地后 足趾离地后达峰值 此时具有双重作用 其一 作为髋关节屈肌 提拉起下肢进入摆动相 其二 作为膝关节伸肌 通过离心性收缩来限制和控制小腿在摆动相初 中期向后的摆动 从而使下肢向前摆动成为可能 站立相摆动相 腘绳肌 摆动相末期 腘绳肌离心性收缩使小腿向前的摆动减速 以配合臀大肌收缩活动 使大腿向前摆动减速 为足跟着地做准备 足跟着地时及着地后 腘绳肌又作为伸髋肌 协助臀大肌伸髋 同时通过稳定骨盆 防止躯干前倾 站立相摆动相 小腿三头肌 在站立相 能固定踝关节和膝关节 以防止身体向前倾斜 站立相摆动相 胫前肌 足跟着地时 胫前肌离心性收缩以控制踝关节跖屈度 防止在足放平时出现足前部拍击地面的情况 足趾离地时 胫前肌收缩 再次控制或减少此时踝关节的跖屈度 保证足趾在摆动相能够离开地面 使足离地动作顺利完成 臀大肌 在摆动相后期臀大肌收缩 其目的在于使向前摆动的大腿减速 为下一个步行周期作准备 在支撑相 臀大肌起稳定骨盆 控制躯干向前维持髋关节于伸展位的作用 髂腰肌 为对抗髋关节伸展 从支持相中期开始至足趾离地前 髂腰肌呈离心性收缩 最终使髋关节从支撑相末期由伸展转为屈曲 髂腰肌第二次收缩活动始于摆动相初期 使髋关节屈曲 以保证下肢向前摆动 肌肉活动 以关节来描述 髋关节膝关节踝关节躯干 髋关节 屈髋肌 髂腰肌在足尖离地之前开始兴奋 减少伸髋角度 此时肌肉由离心收缩变为向心收缩产生屈曲动作虽然整个摆动相髋关节都处于屈曲状态 但髂腰肌只在摆动相前半部分活动 后半部分的屈髋是大腿在前半部分获得的动量所致股直肌也参与屈髋活动 缝匠肌的作用与屈髋肌相似屈髋肌的主要作用是抬高下肢 使足尖离地顺利廓清 髋关节 伸髋肌 臀大肌在摆动相末期以离心收缩的形式开始活动 这一轻度的收缩目的在于减小屈髋度数 为支撑相承重做准备首次触地时 臀大肌强力收缩以伸髋及防止躯干在股骨上屈曲支撑相前30 臀大肌都保持收缩以支撑体重 维持伸髋当足稳定接触地面时 臀大肌强力收缩也能间接辅助伸膝 髋关节 外展肌群 髋外展肌包括臀中肌 臀小肌和阔筋膜张肌主要作用是在矢状面内稳定骨盆臀中肌在摆动相末激活 为首次触地做准备臀中肌 臀小肌在支撑相前40 尤其是单支撑相时最为活跃髋外展肌通过离心性收缩的方式控制骨盆向摆动腿侧的下降在后面的步态周期中髋外展肌转为向心性收缩 髋关节 内收肌群 髋内收肌在步态周期中有两个活动高峰髋内收肌群前一个活动高峰位于首次触地时 主要和伸髋肌及髋外展肌协同收缩以稳定髋关节 在这一阶段内收肌群还可能辅助伸髋第二次活动高峰是足尖离地时 辅助屈髋肌产生屈髋动作 髋关节旋转肌群 髋内旋肌群在支撑相整个过程中都较为活跃 使对侧骨盆向前移动 辅助摆动腿的摆动髋外旋肌群与髋内旋肌群一起控制髋关节在水平面单过的对线另外 他们还控制腿支撑时的骨盆旋转支撑相早期髋外旋肌群的离心收缩有利于控制下肢的内旋 膝关节 伸膝肌 股四头肌在摆动相末时开始活动 但其收缩的高峰在首次触地之后出现 此时股四头肌的主要功能是控制步态周期前10 中膝关节的屈曲股四头肌的离心性收缩作为下肢触地时的缓冲 预防膝关节过度屈曲随后股四头肌开始向心性收缩产生伸膝动作 在支撑相中期支撑体重某些人在足尖离地时股四头肌也有一个收缩峰值 这反映了股直肌参与屈髋的功能 股直肌 股内外侧肌 膝关节 屈膝肌 帼绳肌在首次触地前后最为活跃在触地之前 帼绳肌减小伸膝度数使膝关节准备落地在支撑相前10 中 帼绳肌用于辅助伸髋肌 同时与股四头肌协同收缩稳定膝关节股二头肌短头在摆动相中还辅助屈膝动作 半腱半膜肌 踝关节 胫骨前肌 胫骨前肌有两个活跃峰值 足跟触地时 胫骨前肌强有力的离心性收缩以减小重力引起的被动踝跖屈如果没有胫骨前肌和其他踝背伸肌肉的抵抗 足会拍打地面 发出声响从首次触地到承重反应过程中 胫骨前肌离心收缩辅助控制足外翻胫骨前肌的第二次活跃峰值是在摆动相背伸踝关节 其收缩的主要目的是使足廓清离开地面 踝关节 趾长伸肌和拇长伸肌 与胫骨前肌的功能相似 趾长伸肌和拇长伸肌主要是在首次触地时减小踝跖屈度数在摆动相 拇长伸肌能辅助踝背伸参与廓清机制在足蹬离时拇长伸肌与趾长伸肌与踝跖屈肌协同收缩以稳定踝关节 趾 拇 踝关节 踝跖屈肌 腓肠肌和比目鱼肌在支撑相都很活跃在步态周期的10 40 过程中 踝跖屈肌离心收缩以控制胫骨前移过度的胫骨前移如没有控制好可能会导致膝关节塌陷踝跖屈肌最大的收缩位于蹬离阶段 当足跟离地后快速降到零 在这一过程中踝跖屈肌的强力收缩产生的踝跖屈力矩提供了身体前进的动力 腓肠肌在摆动相初期也保持一定的活动 可能是辅助膝关节屈曲 比目鱼肌 踝关节 胫后肌 胫骨后肌主要功能是足内翻 在步态周期的5 55 范围内较为活跃 主要是在5 35 步态周期内限制足外翻 并在35 55 步态周期内使足内翻 踝关节 腓骨长短肌 在步态周期的20 30 时开始活动并维持到足离地时 它们不仅作为踝跖屈肌 其足外翻功能可与胫骨前肌和胫骨后肌所致的足内翻对抗腓骨长短肌参与稳定距下关节 腓骨长短肌 足底固有肌群 足固有肌群在支撑相中期到足离地过程中最为活跃 主要稳定前足和提高内侧纵弓 为支撑相末和摆动相前的踝跖屈提供一个固定的杠杆 足底固有肌 躯干肌群 竖脊肌 腰中部的竖脊肌主要产生两个活跃期 第一期从首次触地到步态周期的前20 第二期位于45 到70 的步态周期中 主要作用为在每一步足跟着地时控制躯干的前移 躯干肌群 腹直肌 在步态周期中腹直肌只有很小的活动 但在20 和70 步态周期时活动峰值增大 可能是与竖脊肌协同收缩以在冠状面内稳定躯干腹直肌的收缩也和屈髋肌的活动是同步的 其作用在于稳定脊柱和骨盆 使屈髋肌的近端附着点保持稳定 肌肉活动根据步态周期分析 支撑相早期中期末期摆动相早期中期后期 肌肉活动 首次触地 肌肉活动 承重反应 肌肉活动 单支撑相 肌肉活动 支撑相末期 肌肉活动 摆动相早期 肌肉活动 摆动相中期 5 能量代谢 通过分析呼出气体的成分 来计算能量消耗水平用于步行的能量分析 三 临床步态分析 肉眼观察和体检录象观察足印法三维数字化运动分析系统运动学分析 时间 空间参数测定动力学分析 测力平 压力测定表面肌电足底压力测定气体代谢 时空参数评测方法 足印法足开关法电子步态垫法三维数字化分析 基于红外线摄像机 新型红外线感应Optogait 运动学参数 Kinematics 肢体节段性运动测定 躯干 上肢 骨盆 髋 膝 踝 足的运动 人体重心 节段性运动 运动学参数评测方法 摄像法MyoVedio日本KineAnalyz三维数字化分析 基于红外线摄像机 MotionanalysisVickon加速度计法 全国康复医学培训班 动力学分析 kenetics 动力学分析是对步行时作用力 反作用力强度 方向和时间的研究方法牛顿第三定律 作用力 反作用力 是动力学分析的理论基础测力平台 forceplate 用于记录步行时压力变化的规律 足测力板 footpressure 采用特制超薄的测力垫插入受试者鞋内 测定站立或步行时足底受力的静态或动态变化 协助设计矫形鞋和纠正步态 动力学参数评测方法 压力板法鞋垫法电子步态垫法 全国康复医学培训班 动态肌电图 动态肌电图指在活动状态同步测定多块肌肉电活动 揭示肌肉活动与步态关系的肌肉电生理研究 是临床步态分析必不可少的环节 表面肌电图 Noraxon8通道 表面肌电的评测方法 Noraxon表面肌电仪有线 MYOSYSTEM1400A无线 TELEMYOClinicalDTS 表面肌电与步态同步的重要性 能反映肌肉在步态周期不同分期的活动情况为肌肉无力 痉挛及控制异常的诊断提供依据实时监测下训练结合电刺激能实现瘫痪肢体的步行训练 气体代谢 通过分析呼出气体的成分 来计算能量消耗水平用于步行的能量分析 步态参数异常 步长缩短步速减慢步宽增大单支撑时间缩短 步长缩短 步长缩短是病理步态时最常见的特征性表现 当摆动腿的推进力不足 摆动能力不足或对侧腿的支撑能力较差时 就会导致步长缩短帕金森病的 慌张步态 典型的表现就是步长变短下肢肌肉张力增高 关节活动受限时也会导致步长变短 步速减慢 步行稳定性较差常常首先表现为步速减慢 步宽增大 步宽反应了支撑面的大小当步行稳定性差时 增大步宽是一个代偿性策略偏瘫患者常通过外旋髋关节增大步宽 共济协调障碍的患者步宽明显增大膝外翻畸形也能导致步宽明显增大 单支撑时间缩短 患侧下肢通常承重能力较差 但在步态周期中总支撑相时间不一定变短 最能反映下肢支撑能力的就是单支撑时间下肢骨折的患者下肢肌力不足偏瘫患者疼痛 步态异常的基础分类 按照步态周期来分 撑相异常 摆动相异常按照病因来分神经系统疾患引起的步态障碍脑卒中脑瘫脊髓损伤周围神经损伤骨关节系统疾患引起的步态障碍 按照步行周期来分 支撑相异常摆动相异常 支撑相异常 支撑面异常 足内翻 足外翻 足趾屈曲 拇趾背伸肢体不稳 由于肌力障碍或关节畸形导致支撑相踝过分背屈 膝关节屈曲或过伸 膝内翻或外翻 髋关节内收或屈曲 致使肢体不稳躯干不稳 一般为髋 膝 踝关节异常导致的代偿性改变 摆动相障碍 属于开链运动 各关节可以有孤立的姿势改变 但是往往引起对侧下肢姿态发生代偿性改变 近端轴 髋关节 的影响最大肢体廓清障碍 垂足 膝僵硬 髋关节屈曲受限 髋关节内收受限肢体行进障碍 膝僵硬 髋关节屈曲受限或对侧髋关节后伸受限 髋关节内收 步态异常原因的分析 踝关节 首次触地支撑相中期支撑相末摆动相膝关节 髋关节 躯干 踝关节异常 首次触地 足拍打地面 首次触地时前足拍打地面 踝背伸肌肉瘫痪或无力 或受到抑制足尖触地 足尖代替足跟触地 双下肢不等长 跟腱挛缩 踝跖屈肌挛缩 痉挛 踝背伸肌瘫痪 足跟疼痛全足着地 踝关节僵硬 踝背伸肌肉软瘫或力弱 本体感觉障碍 踝关节异常 支撑相中期 踝跖屈过度胫骨没能从踝跖屈10 位恢复到中立位 踝跖屈肌痉挛 跟腱挛缩踮足足跟在支撑相中期不能着地 踝跖屈痉挛踝背伸过度 胫骨快速向前移动 导致超过正常的踝背伸角度 踝跖屈肌不能控制胫骨前移 屈髋或屈膝肌挛缩 或胫骨前肌痉挛脚趾抓地 足底抓握反射整合不全 阳性支撑反射 趾屈肌痉挛 足趾卷曲 支撑相足趾保持屈曲 常合并足下垂和内翻 多见于中枢神经损伤 长期制动和挛缩穿鞋步行时足趾尖和跖趾关节背面常有疼痛 表现为疼痛步态相关肌肉包括 趾长屈肌 拇长伸肌和屈肌 拇趾背伸 支撑相和摆动相拇趾均背屈 常伴有足下垂和足内翻主诉支撑相拇趾和足底第一跖趾关节处疼痛 表现为疼痛步态相关肌肉包括 腓肠肌 拇长伸肌 趾长屈肌 胫前肌和胫后肌 踝关节异常 支撑相末 蹬离时 没有从足跟到足尖的滚动变化 重力不能从足跟外侧转移到前足内侧 踝足僵硬 踝跖屈肌 内翻肌 屈趾肌软瘫或受抑制 踝背伸和跖屈肌协同收缩 僵硬 前足疼痛 踝关节异常 摆动相 足拖地 踝背伸不充分 前足和足趾不能廓清地面 踝背伸和趾伸肌无力 踝跖屈肌痉挛 屈膝 屈髋不充分足内翻 内翻肌痉挛 外翻肌无力踝关节过度背伸 足下垂 足下垂指摆动相踝关节背屈不足 常与足内翻或外翻同时存在 可导致廓清障碍 代偿机制包括 摆动相增加同侧屈髖 屈膝 下肢划圈行进 躯干向对侧倾斜常见病因是胫前肌无活动或活动时相异常 小腿三头肌和胫骨后肌张力过高所致的足下垂在脑瘫患儿中较为常见单纯的足下垂主要见于脊髓损伤 儿麻和外周神经损伤 足内翻 常合并足下垂和足趾卷屈步行时足触地部位主要是足前外侧缘 特别是第五跖骨基底部 常有承重部位疼痛 导致踝关节不稳 进而影响全身平衡较常见原因是腓骨长短肌无力 胫前肌 胫后肌和 或拇长伸肌张力过高中枢神经系统损伤时较为常见 膝关节异常 首次触地 膝过度屈曲 膝关节屈曲或 打软 膝关节疼痛 屈膝肌痉挛 或股四头肌无力 对侧下肢偏短 膝关节异常 承重反应 支撑相中期 膝过伸 承重反应时比正常伸膝角度更大 支撑相中期重心转移至前足时胫骨仍在踝关节后方 踝关节处于跖屈位 股四头肌无力 臀大肌比目鱼肌代偿收缩使下肢伸展 股四头肌痉挛 踝跖屈畸形的代偿 膝过伸 膝过伸很常见 但一般是代偿性改变 多见于支撑相中末期跖屈肌痉挛或挛缩导致膝过伸膝塌陷步态时采用膝过伸代偿支撑相伸膝肌痉挛躯干前屈时重力线落在膝关节中心前方 促使膝关节后伸以保持平衡 膝塌陷步态 小腿三头肌 比目鱼肌为主 无力或瘫痪时 胫骨在支撑相中期和末期前向行进过分 支撑相膝关节过早屈曲 同时伴有对侧步长缩短 同侧足推进延迟 如果患者采用增加股四头肌收缩的方式避免膝关节过早屈曲 并稳定膝关节 将导致同侧膝关节在支撑相末期屈曲延迟 最终导致伸膝肌过用综合症在不能维持膝关节稳定时往往使用上肢支撑持膝关节 以进行代偿相关肌肉包括 小腿三头肌和股四头肌 膝关节异常 支撑相末 膝过屈 足蹬离时屈膝超过40 躯干 髋膝僵硬 屈曲回缩反射 脑卒中后的下肢屈曲模式屈膝角度不足 未能达到正常的屈膝40 角度 股四头肌或小腿三头肌痉挛 膝屈曲步态 蹲踞步态 膝关节异常 摆动相中期 屈膝过度 屈膝超过65 屈肌回缩反射 辩距不良屈膝受限 膝关节疼痛 膝关节活动范围受限 伸肌痉挛 膝僵直 支撑相晚期和摆动初期的关节屈曲角度 40 正常为60 同时髋屈曲程度及时相均延迟摆动相膝屈曲是由髋屈曲带动 髋屈曲减少将减少膝屈曲度 从而减少其摆动相力矩 结果导致拖足患者往往在摆动相采用划圈步态 尽量抬髋或对侧下肢踮足 过早提踵 来代偿相关肌肉包括 股直肌 股中间肌 股内肌和股外肌 髂腰肌 臀大肌和腘绳肌 髋关节异常 首次触地到承重反应 过度屈髋 屈髋超过30 屈髋或屈膝肌挛缩 股四头肌和比目鱼肌无力所致的膝屈曲 屈髋肌痉挛屈髋不足 屈髋小于30 屈髋肌无力 屈髋活动度受限 髋关节异常 支撑相早中期 伸髋不足 髋关节未到中立位 屈髋肌痉挛或挛缩髋关节内旋 下肢处于内旋位 内旋肌痉挛 外旋肌无力 对侧骨盆的过度旋前髋关节外旋 下肢处于外旋位 对侧骨盆过度旋后髋内收 下肢处于内收位 屈髋肌和内收肌痉挛 骨盆向对侧下降髋外展 下肢处于外展位 臀中肌挛缩 躯干向同侧倾斜 髋过度屈曲 表现为支撑相髋关节屈曲 特别在支撑相中末期如果发生在单侧下肢 则对侧下肢呈现功能性过长 步长缩短 同时采用抬髋行进或躯干倾斜以代偿摆动相的廓清功能相关肌肉包括 髂腰肌 股直肌 髋内收肌 伸髋肌和棘旁肌 髋内收过度 髋关节内收过分即剪刀步态 常见于脑瘫摆动相髋内收 与对侧下肢交叉 步宽或足支撑面缩小 致使平衡困难 同时影响摆动相地面廓清和肢体前向运动此外还干扰生活活动 如穿衣 卫生 入厕和性生活相关肌肉包括 髋内收肌群 髋外展肌群 髂腰肌 耻骨肌 缝匠肌 内侧腘绳肌和臀大肌 髋屈曲不足 屈髋肌无力或伸髋肌痉挛 挛缩可造成髖关节屈曲不足 引起廓清障碍患者可通过髖关节外旋 采用内收肌收缩来代偿对侧鞋抬高可以适当代偿 髋关节异常 摆动相 划圈 整体下肢从外展 外旋到内收 内旋的划圈动作 屈髋肌力量不足 不能廓清地面的代偿抬髋 腰方肌收缩以缩短摆动腿长度 屈膝或踝背伸不足的代偿 也可能是摆动腿伸肌痉挛的代偿过度屈髋 超过20 30 尝试在足下垂时缩短下肢 屈肌模式 躯干异常 支撑相 躯干侧倾 躯干向支撑下肢倾斜 臀中肌步态 支撑腿臀中肌无力 不能控制对侧骨盆的下降 通过躯干倾斜来代偿 也见于有髋关节疼痛的患者躯干后倾 臀大肌步态 支撑腿臀大肌无力 骨盆旋前躯干前倾 屈髋所致 股四头肌无力代偿 屈髋屈膝肌挛缩 神经系统疾患所致步态障碍 按照症状分 肌肉无力 肌肉痉挛按照疾病分 脑卒中脑瘫脑外伤脊髓损伤周围神经损伤 肌肉无力 臀大肌步态臀中肌步态屈髋肌无力步态股四头肌无力步态踝背屈肌无力步态腓肠肌 比目鱼肌无力步态 臀大肌步态 臀大肌是主要的伸髋及脊柱稳定肌 在足触地时控制重心向前肌力下降时其作用由韧带支持及棘旁肌代偿 导致在支撑相早期臀部突然后退 中期腰部前凸 以保持重力线在髋关节之后腘绳肌可以部分代偿臀大肌 但是外周神经损伤时 腘绳肌与臀大肌的神经支配往往同时损伤臀大肌步态表现出支撑相躯干前后摆动显著增加 类似鹅行姿态 又称为鹅步 臀中肌步态 患者在支撑相早期和中期骨盆向患侧下移超过5 髋关节向患侧凸 患者肩和腰出现代偿性侧弯 以增加骨盆稳定度臀中肌步态表现为支撑相躯干左右摆动显著增加 类似鸭行 又称为鸭步 屈髋肌无力步态 屈髋肌是摆动相主要的加速肌 肌力降低造成肢体行进缺乏动力 只有通过躯干在支撑相末期向后 摆动相早期突然向前摆动来进行代偿 患侧步长明显缩短 股四头肌无力步态 股四头肌无力使支撑相早期膝关节处于过伸位 用臀大肌保持股骨近端位置 用比目鱼肌保持股骨远端位置 从而保持膝关节稳定膝关节过伸导致躯干前屈 产生额外的膝关节后向力矩长期处于此状态将极大地增加膝关节韧带和关节囊负荷 导致损伤和疼痛 踝背屈肌无力步态 在足触地后 由于踝关节不能控制跖屈 所以支撑相早期缩短 迅速进入支撑相中期严重时患者在摆动相出现足下垂 导致下肢功能性过长 往往以过分屈髋屈膝代偿 上台阶步态 同时支撑相早期由全脚掌或前脚掌先接触地面 腓肠肌 比目鱼肌无力步态 表现为膝塌陷步态 痉挛步态 股四头肌痉挛帼