步态分析与训练

步态分析与训练李勇强一、步行的定义•步行：是涉及全身多关节和肌群的一种周期性、移动性运动。正常步行是高度自动化的协调、均匀、稳定的运动，也是高度节能的运动二、步态分析的目的1.异常步态的诊断2.异常步态的严重程度3.比较不同的辅助具、矫形器、手术等对步态的影响和作用三、步行的功能•从一个地方安全有效的转移到另一地方四、自然步态的要点1.合理的步长、步宽、步频2.上身姿势稳定3.最佳能量消耗或最省力的步行姿态五、步行的生物力学因素1.控制身体向前肌肉力量2.在足触地时有效地吸收机械能，减小撞击，并控制身体的前向进程3.有合理髋膝踝角度和充分的支撑面4.充分的下肢地面廓清和合理的足触地姿势控制六、步行周期•支撑相（Stancephase)–早期–中期–末期•摆动相(Swingphase)–早期–中期–末期支撑相（60%）•早期：正常步速下，占步行周期10%~12%①首次触地-足跟触地瞬间，下肢前向运动减速，参与肌肉包括胫前肌、臀大肌、腘绳肌②承重反应-首次触地后重心由足跟向全足转移过程，骨盆运动趋向稳定，参与肌肉包括股四头肌、臀中肌、腓肠肌③双支撑相-支撑足触地相当于对侧足减重，此时双足均在地面，双支撑相越长，速度越慢，步行越稳定，反之。。。跑步时双支撑相消失，很多步行障碍患者双支撑相延长，速度减慢，稳定性增加④地面反作用力-正常步速时，GRF为体重的120%~140%，步速越快，GRF越高，缓慢步态的GRF等于体重，患者在下肢承重能力减退时往往通过减慢步行速度以减轻下肢承重负荷支撑相•中期(midstance)：支撑足全部着地，对侧足处于摆动相，是单足支撑全部重力的时相，正常步速时大约为步行周期的38%~40%–支撑相中期功能：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–参与的肌肉主要为腓肠肌和比目鱼肌–下肢承重力小于体重或身体不稳定时此期缩短，患者会将重心迅速转移到另一足，保持身体平衡支撑相•末期(terminalstance)：下肢主动加速蹬离(push-off)的阶段，开始于足跟抬起，结束于足离地约为步行周期的10%~12%–此阶段身体重心向对侧下肢转移，又称摆动前期–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)–踝关节保持跖屈，髖关节主动屈曲，参与的肌肉为腓肠肌和比目鱼肌(等长收缩)、股四头肌和髂腰肌(向心性收缩)摆动相（40%）•早期(initialswing)-足廓清地面和屈髋带动屈膝，加速肢体前向摆动，占步行周期的13%~15%，参与的肌肉为胫前肌、髂腰肌、股四头肌–如果廓清地面障碍(如足下垂)，或加速障碍(髂腰肌和股四头肌肌力不足)，将影响下肢前向摆动，导致步态异常•中期(midswing)-足廓清仍然是主要任务，占步行周期的10%，参与肌肉主要为胫前肌，保持踝关节背屈•末期(terminalswing)-主要任务是下肢前向运动减速，准备足着地的姿势，占步行周期的15%。参与的肌肉包括腘绳肌、臀大肌、胫前肌、股四头肌正常步行周期中主要肌肉的作用肌肉步行周期的作用腓肠肌和比目鱼肌支撑相中期至蹬离，首次触地臀大肌摆动相末期-首次触地至支撑相中腘绳肌摆动相中期-首次触地至承重反应结束髂腰肌和股内收肌足离地至摆动相早期股四头肌摆动相末期，首次触地至支撑相中期足离地至摆动相早期胫前肌首次触地至承重反应结束足离地至再次首次触地右足支撑相摆动相早期中期末期早期中期末期双支撑双支撑左足支撑相摆动相支撑相末期早期中期末期早期中期双支撑双支撑步行周期步态分析运动学特征•人体重心：人体重心位于第二骶骨前缘•骨盆运动–骨盆前后倾斜-摆动侧的髖关节前向速度高于支撑侧，造成骨盆前倾–骨盆左右倾斜-摆动侧骨盆平面低于支撑侧–骨盆侧移-支撑相骨盆向支撑腿的方向侧移•膝关节运动–膝关节支撑相早期屈曲-支撑侧膝关节屈曲15度–膝关节支撑相晚期屈曲-支撑侧膝关节屈曲30~40度–步行时减少重心摆动是降低能耗的关键•廓清机制–廓清：步行摆动相下肢适当离开地面，以保证肢体向前进，包括摆动相早期-中期髖关节屈曲–摆动相早期膝关节屈曲，摆动相中-后期踝关节背屈–支撑相的影响：支撑中期踝跖屈控制(防止胫骨过分前向行进)，中期至末期膝关节伸展和末期足跟抬起(踝跖屈)动力学特征•垂直重力–首次触地时身体GRF超过体重，表现为第一次高峰–身体重心越过重力线，体重向对侧转移，GRF降低到最低点–然后蹬地反作用力，GRF增加，与承重期应力相似–足离地时压力降低到零，进入摆动相•剪力–垂直剪力在首次触地时向前，越过重心线时剪力向后•力矩–力矩是外力与内力的综合，是动力学与运动学的结合，受肌肉力量、关节稳定度和运动方向的影响步态临床分析1.病史回顾：既往手术、损伤、神经病变病史2.体格检查：•腱反射和病理反射•肌力和肌张力•关节活动度•感觉（触觉/痛觉/本体感觉）•压痛、肿胀、皮肤状况(溃疡/颜色)步态临床分析3.步态观察：注意全身姿势和步态，包括步行节律、稳定性、流畅性、对称性、重心偏移、手臂摆动、诸关节姿态与角度、患者神态与表情、辅助装置(矫形器、助行器)的作用等–在自然步态观察的基础上，可以要求患者加快步速，减少足接触面（踮足或足跟步行）或步宽（两足沿中线步行），以凸现异常–也可以通过增大接触面或给予支撑（足矫形垫或矫形器），以改善异常，从而协助评估•诊断性治疗–诊断性神经阻滞(局部麻醉剂注射)有助于鉴别肢体畸形的原因和指导康复治疗–关节畸形可以分为动态畸形和静态畸形–动态畸形指肌痉挛或张力过高导致肌肉控制失平衡，关节活动受限，诊断性治疗可明显改善功能–静态畸形指骨骼畸形以及关节或肌肉挛缩导致的关节活动受限，诊断性治疗无变化步态临床观察要点步态内容观察要点步行周期时相是否合理左右是否对称行进是否稳定和流畅步行节律节奏是否匀称速率是否合理疼痛是否干扰步行部位、性质与程度与步行障碍的关系发作时间与步行障碍的关系肩、臂塌陷或抬高前后退缩肩活动度降低躯干前屈或侧屈扭转摆动过度或不足骨盆前、后倾斜左、右抬高旋转或扭转膝关节摆动相是否可屈曲支撑相是否可伸直关节是否稳定踝关节是否可背屈和蹠屈是否下垂/内翻/外翻关节是否稳定足是否为足着地跟是否为足趾离地是否稳定足接触面足是否全部着地两足间距是否合理是否稳定步行障碍的原因•骨关节因素–运动损伤–骨关节疾病–先天畸形–截肢–手术–疼痛–关节松弛•神经肌肉因素–中风脑外伤（偏瘫步态)–脊髓损伤–脑瘫（痉挛步态、、剪刀步态、共济失调步态）–帕金森（蹒跚步态）–外周神经损伤（臀大肌步态、臀中肌步态、股四头肌步态）临床观察的局限性•时间局限－步行速度较快，肉眼很难同时观察到瞬间变化的情况，例如足在摆动相的旋转，足跟着地时的旋转倾斜、髋、膝、踝关节角度变化•空间局限－人的视觉局限，难以进行三维方向观察•记忆局限－人的记忆能力难以对长期纵向变化进行客观和全面对比分析•思维局限－步态的临床观察主要依赖个人的观察能力和经验，缺乏客观数据，难以进行定量评估，从而在一定程度上影响评估的客观性和准确性步态运动学分析方法•足印法－①步长(Steplength)③步幅(Stridelength)④步行周期(cycletime)⑤步频(cadence)⑥步速(velocity)⑦步宽(walkingbase)⑧足偏角(toeoutangle)•足开关－足开关是微型电子开关，装置在鞋垫形状的测板内，分别置放于前脚掌和脚跟－测支撑相和摆动相•电子步态垫－足印法和足开关的结合，有若干个压感电阻均匀分布在垫下，计算机求出上述所有参数•同步摄像分析－在步行通道上设置2~３台摄像机，摄取受试者步行，同步慢放，分解分析步行动作•三维步态数字化分析－若干台特殊摄像机连续获取受试者步行时关节标记物的信号，通过计算机转换为数字信号，分析受试者的三维运动特征省人医步态试验室步态动力学分析方法•测力平台－步行时人体GRF通过测力台记录，分析力的强度、方向和时间，测力台测定运动时的垂直力和剪力，与运动学参数结合可分析内力，即肌肉、肌腱、韧带和关节所产生的外力的动力，一般以力矩表示•足测力板－采用超薄测力垫直接插入到受试者鞋内，测定站立或步行时足底受力分布及重心移动的静态或动态变化，协助设计合适的矫形鞋和步态分析•动态肌电图－动态肌电图指在活动状态同步检测多块肌肉电活动，揭示肌肉活动与步态的关系常见病理步态1.支撑相障碍–支撑面异常：足内翻、足外翻、单纯踝内翻、单纯踝外翻、足趾屈曲、踇趾背伸–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2.摆动相障碍–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、髋关节内收常见异常步态-足内翻常见异常步态-足内翻•最常见的病理步态–多见上运动神经元病变，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，特别是第五蹠骨基底部，常有承重部位疼痛，导致踝关节不稳，而影响全身平衡–髋关节也可发生代偿性屈曲，患肢摆动相地面廓清能力降低，步态障碍患者纠正足内翻往往是改善步态的第一要素–与足内翻畸形相关的肌肉：胫前肌、胫后肌、趾长屈肌、腓肠肌、比目鱼肌、踇长伸肌和腓骨长肌足外翻•骨骼发育尚未成熟儿童或年轻患者（如脑瘫），表现为支撑相足内侧触地，常有足趾屈曲畸形•导致舟骨部位胼胝生成和足内侧(第一蹠骨)疼痛，明显影响支撑相负重•步行时身体重心主要落在踝前内侧，踝背屈往往受限，同样影响胫骨前向移动，增加外翻•严重畸形者可导致两腿长度不等，跟距关节疼痛和踝关节不稳•早期支撑相可有膝关节过伸，足蹬离缺乏力量，摆动相踝关节蹠屈导致肢体廓清障碍(膝关节和髋关节可产生代偿性屈曲)•动态肌电图：腓骨长肌、腓骨短肌、趾长屈肌、腓肠肌、比目鱼肌过度活跃或痉挛，胫前肌、胫后肌活动降低或肌力下降足外翻足下垂–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：摆动相增加同侧屈髖、屈膝，下肢划圈行进，躯干向对侧倾斜–常见的病因：胫前肌无活动或活动时相异常–单纯的足下垂：脊髓损伤、儿麻和外周神经损伤足下垂足趾卷曲•支撑相足趾保持屈曲–常见于神经损伤、反射性交感神经营养障碍、长期制动和挛缩–常伴有足下垂和内翻–患者主诉穿鞋时足趾尖和蹠趾关节背面疼痛，伴胼胝生成–患者常缩短患肢步长和支撑时间，导致足推进相力量减少–动态肌电图：趾长屈肌、踇长屈肌活动时间明显延长，腓肠肌和比目鱼肌异常活跃，趾长伸肌活动减弱踇趾背伸•多见于中枢神经损伤患者•患者步行时踇趾均背伸，常伴有足下垂和足内翻•患者主诉：支撑相踇趾和足底第一蹠趾关节处疼痛，在支撑相早期和中期负重困难，因此常缩短受累侧支撑相，使摆动相时间超过支撑相，从而影响支撑相末期或摆动前期的足蹬离力•动态肌电图示腓肠肌群过度活跃；摆动相拇长伸肌加强活动，以代偿足下垂，相应地趾长屈肌活动减弱；胫前肌和胫后肌则有可能减弱，但也可以活跃膝塌陷•小腿三头肌或股四头肌无力，胫骨在支撑相中期后期向前行进过分，致踝关节不稳或膝塌陷•患者膝关节过早屈曲，同时对侧步长缩短，同侧足推进延迟，如果患者采用股四头肌收缩方式避免膝过早屈曲，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•患者在不能维持膝关节稳定时，必须使用上肢支持膝关节，以进行代偿•有关的肌肉包括：腓肠肌-比目鱼肌和股四头肌，股四头肌肌电活动可延长或者过度活跃膝僵直•支撑相末期和摆动初期的膝关节屈曲角度40度（正常为60度），同时髋关节屈曲程度及时相均延迟•摆动相膝关节屈曲是由髋关节屈曲带动，髋关节屈曲减少将减少膝关节屈曲度，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•动态肌电图通常显示股四头肌过分活跃，髂腰肌活动降低，有时臀大肌和腘绳肌活动增加•如果同时存在足内翻，将加重膝僵直•膝僵直常见于上运动神经元病变、踝关节蹠屈或髖关节屈曲畸形，