行走運動控制

1、,,第一節(jié) 與運動相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與反射第二節(jié) 運動控制的調(diào)節(jié)第三節(jié) 運動控制,第三節(jié) 運動控制,姿勢控制,上肢控制,行走運動控制,一,三,二,行走運動控制,步態(tài)分析的時空參數(shù)身體重心的轉(zhuǎn)移與控制關(guān)節(jié)運動學(xué)肌運動學(xué)步態(tài)控制機制步態(tài)異常,步態(tài)分析的時空參數(shù),步態(tài)周期（gait cycle） ：行走最基本的組成單元 始于一側(cè)足跟與地的接觸止于同側(cè)足跟再次著地 跨步長（stride length）：是指同一

2、足的足跟相繼觸地之間的距離步長（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),步寬（step width）：是指兩次連續(xù)的足觸地時雙側(cè)足弓之間的距離，通常是7～9cm 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（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：一個完整步態(tài)循環(huán)的時間

3、步時：完成左或右足一步的時間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 ：足跟觸地足平放中期支撐足跟離地足趾離地,擺動階段早期擺動中期擺動末期擺動,站立與擺動階段,身體重心的轉(zhuǎn)移與控制,行走可被定義為一系列的失衡與恢復(fù)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(fù)平衡。

4、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(fù)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(fù)平衡，行走就停止了。,身體重心垂直的轉(zhuǎn)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 身體重心的最低點發(fā)生于兩側(cè)下肢支撐期的中點（步態(tài)周期的5％和55

5、％）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(zhuǎn)移,行走時身體重心的橫向轉(zhuǎn)移形成了在水平方向的正弦波身體重心在右側(cè)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％）身體重心在左側(cè)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

6、。相反，當處于支撐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(cè)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30％～80％）,動能和潛能,最大運動能量在雙下肢支撐期（步態(tài)周期的5％～55％）最小運動能量在支撐中期（步態(tài)周期的30％～80％），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

7、的能。而動能由潛能補給,關(guān)節(jié)運動學(xué),矢狀面：關(guān)節(jié)的角旋轉(zhuǎn)主要發(fā)生在矢狀面冠狀面：重心旋轉(zhuǎn)非常重要，特別是在髖關(guān)節(jié)和距下關(guān)節(jié) 水平面：研究很有限,關(guān)節(jié)運動學(xué),矢狀面運動,關(guān)節(jié)運動學(xué)——矢狀面運動,骨盆在矢狀面的運動向前、后傾斜的范圍是很小的（大約為2°～4°）發(fā)生在髖部（骨盆與股骨間的屈伸）和腰骶關(guān)節(jié)（骨盆與腰椎間的屈伸） 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 骨盆的運動范圍會隨著

8、行走速度的增加而增加有屈髖關(guān)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30％～60％ ）就會出現(xiàn)極其嚴重的骨盆前傾,關(guān)節(jié)運動學(xué)——矢狀面運動,髖關(guān)節(jié)在矢狀面的運動正常行走時，髖關(guān)節(jié)大約需要30°的前屈和10°的后伸 運動幅度與行走速度呈正相關(guān)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(guān)節(jié)運動學(xué)——矢狀面運動,膝關(guān)節(jié)在矢狀面的運動當足跟觸

9、地時，膝關(guān)節(jié)大約屈曲5°在步態(tài)周期的前15％，再屈曲10°～15° 之后膝關(guān)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％）膝關(guān)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％）最大膝關(guān)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(guān)節(jié)運動學(xué)——矢狀面運動,踝關(guān)節(jié)在矢狀面的運動當足跟觸地時，踝關(guān)節(jié)處于輕度的跖屈（0 °

10、;～5°） 在足跟觸地后不久，足平放于地面 當脛骨前移越過支撐足時，踝背屈增加到10°（步態(tài)周期的8％～45％） 在足跟離地不久（步態(tài)周期的40%），踝關(guān)節(jié)開始跖屈，最大到15°～20°，一直到足趾離地 在擺動階段，踝關(guān)節(jié)再次背屈到中立位以使足趾完全離地,關(guān)節(jié)運動學(xué)——矢狀面運動,踝關(guān)節(jié)跖屈受限可能會導(dǎo)致前移推動力下降，也可能會導(dǎo)致步長縮短 如果由于跟腱攣縮導(dǎo)致支撐期不充分的踝背屈，可能

11、引起不完全的足跟離地，導(dǎo)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(guān)節(jié)的屈曲,關(guān)節(jié)運動學(xué)——矢狀面運動,第一跗跖關(guān)節(jié)在矢狀面的運動可進行輕度的跖屈和背屈，以便在行走時為足內(nèi)側(cè)縱弓提供靈活性。,關(guān)節(jié)運動學(xué)——矢狀面運動,第一跖趾關(guān)節(jié)在矢狀面的運動足跟觸地時，第一跖趾關(guān)節(jié)呈輕度的

12、過伸位 從足跟觸地后不久到足跟離地，第一跖趾關(guān)節(jié)處于相對的中立位 從足跟離地到足趾離地前，第一跖趾關(guān)節(jié)處于45°～55°的過伸位 在支撐階段的后半期和擺動初期，該關(guān)節(jié)屈曲從而位回到中立位,關(guān)節(jié)運動學(xué)——矢狀面運動,第一跖趾關(guān)節(jié)在矢狀面的運動軟組織的損傷，可導(dǎo)致第一跖趾關(guān)節(jié)過伸受限，例如關(guān)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(dǎo)致不能有效地前移，還會增加膝關(guān)節(jié)和足內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)的壓力,關(guān)節(jié)運動學(xué)——冠

13、狀面運動,骨盆在冠狀面的運動 從前方或后方觀察髂嵴的升降 在支撐下肢的骨盆―股骨間總的內(nèi)收和外展幅度大約為10°～15°,關(guān)節(jié)運動學(xué)——冠狀面運動,髖關(guān)節(jié)在冠狀面的運動 髂嵴的升降反映了髖部在冠狀面上的運動 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 在擺動階段，骨盆和股骨的運動導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)回到中立位,關(guān)節(jié)運動學(xué)——冠狀面運動,膝關(guān)節(jié)在冠狀面的運動 膝關(guān)節(jié)在冠狀面上是穩(wěn)定的 踝關(guān)節(jié)

14、背屈時可伴隨輕度的外翻和外展踝關(guān)節(jié)跖屈時伴隨著輕度的內(nèi)翻與內(nèi)收,關(guān)節(jié)運動學(xué)——冠狀面運動,距下關(guān)節(jié)在冠狀面的運動旋前與旋后的三維運動是距下關(guān)節(jié)與橫向的跗骨關(guān)節(jié)相互作用的結(jié)果 旋前運動包含了外翻、外展和背屈 旋后運動包含了內(nèi)翻、內(nèi)收和跖屈,關(guān)節(jié)運動學(xué)——冠狀面運動,距下關(guān)節(jié)在冠狀面的運動 在足跟觸地時，距下關(guān)節(jié)內(nèi)翻的角度大約為2°～3° 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3

15、0％～35％），最大外翻角大約為2°。與此同時，距下關(guān)節(jié)向相反的方向運動，開始向內(nèi)翻,關(guān)節(jié)運動學(xué)——冠狀面運動,距下關(guān)節(jié)在冠狀面的運動 在步態(tài)周期的40％～45％（接近足跟離地時），跟骨處于相對中立的位置 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(guān)節(jié)運動學(xué)——冠狀面運動,δ=冠狀面的距下關(guān)節(jié)角,測量后距下關(guān)節(jié)活動的方法。它的翻轉(zhuǎn)角度δ

16、 是由兩條線構(gòu)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(guān)節(jié)運動學(xué)——水平面運動,骨盆在水平面的運動骨盆向每個方向旋轉(zhuǎn)的角度為3°～4°。在步速和步長增加時，會出現(xiàn)較大的骨盆旋轉(zhuǎn) 股骨在在水平面的運動股骨向每個方向旋轉(zhuǎn)的角度為6°～7° 脛骨在在水平面的運動向每個方向旋轉(zhuǎn)的角度大約為8°～9°,關(guān)節(jié)運動學(xué)——水平面運動,關(guān)節(jié)運動學(xué)——水平

17、面運動,髖關(guān)節(jié)在水平面的運動股骨與骨盆幾乎同時發(fā)生旋轉(zhuǎn) 膝關(guān)節(jié)在水平面的運動在足跟觸地時，膝關(guān)節(jié)處于大約2°～3°的相對于股骨的外旋位 到足趾離地時，膝關(guān)節(jié)處于大約5°的相對內(nèi)旋位 踝關(guān)節(jié)和足在在水平面的運動運動范圍很小，可以不用考慮,關(guān)節(jié)運動學(xué)——水平面運動,關(guān)節(jié)運動學(xué)——軀干與上肢,軀干軀干的移動方式是在水平面上圍繞垂直軸進行旋轉(zhuǎn)肩帶骨的旋轉(zhuǎn)是與骨盆的方向相反的，平均旋轉(zhuǎn)范圍大約為7

18、°行走時，軀干活動受限將導(dǎo)致能量消耗提高10％,關(guān)節(jié)運動學(xué)——軀干與上肢,肩關(guān)節(jié)在矢狀面，肩關(guān)節(jié)呈現(xiàn)的是正弦的運動模式 當股骨后伸時，同側(cè)的肱骨就前屈 在足跟觸地時，肩關(guān)節(jié)處于最大的后伸位，從中立位測量大約為25° 在步態(tài)周期的50％，肩關(guān)節(jié)逐漸旋前達到最大前屈角度，約為10° 肩關(guān)節(jié)的運動幅度隨著步速的增加而增加 上肢的擺動不完全是被動的，有部分主動的成分,關(guān)節(jié)運動學(xué)——軀干與上肢,肘關(guān)節(jié)

19、肘關(guān)節(jié)在足跟觸地時大約處于20°的屈曲位 在步態(tài)周期的前50％，肩關(guān)節(jié)前屈，肘關(guān)節(jié)也前屈到最大角度約45° 在步態(tài)周期的后半段，肩關(guān)節(jié)后伸，肘關(guān)節(jié)回到20°的屈曲位,減少能量消耗的關(guān)節(jié)運動學(xué),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(zhuǎn)移幅度而獲得的。節(jié)約能量最適

20、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(guān)節(jié)運動學(xué),減少能力消耗的關(guān)節(jié)運動學(xué),減少身體重心水平轉(zhuǎn)移的方法,肌運動學(xué),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100～400ms（步態(tài)周期的10％～40％）。像所有其它步態(tài)的構(gòu)成元素一樣，肌肉的電活動形式在每一

21、步都是重復(fù)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(xué),右圖為步態(tài)周期中下肢各肌群的肌電變化,肌運動學(xué),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(yīng)性 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(yīng)性有廣泛的變化 非神經(jīng)成分軀體感覺、視覺和前庭均在反

22、應(yīng)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 主要表現(xiàn)為步長縮短、疼痛下肢的支撐時間和對側(cè)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)模式表現(xiàn)為下肢僵硬、劃圈和拖步 剪刀步態(tài)是由于髖關(guān)節(jié)的過度內(nèi)收引起的慌張步態(tài)見于帕金森病 步態(tài)失用主要表現(xiàn)為寬基底步態(tài)、步長縮短和拖步 有感覺和平衡障礙的患者通常表現(xiàn)為步態(tài)