人体步态的生物力学特征与步态分析.doc

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摘要步行是人类运动最基本的方式,加强对步态的动作研究,有利于我们对人体运动规律进行更深入的了解,有利于人体运动障碍疾病的治疗和恢复。本文在国内外相关研究成果的基础上,总结归纳出步态的一般生物力学原理和步态分析的基本方法,为进一步对步态的研究奠定基础。
关键词步态生物力学研究方法分析
一、步态的生物力学原理
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开来的关键特征之一。正常时的步行不需要思考,然而步行的控制却是十分复杂的,包括中枢命令,身体平衡以及协调控制,涉及足、踝、膝、髋、躯干、颈、肩、臂的肌肉和关节的协同运动。其中任何环节的失调都有可能影响到步态。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,使人体发生位移的一种复杂的随意性运动。行走过程中,从一侧脚跟着地开始到该脚跟再次着地形成1个步态周期。对指定的下肢而言,1个步态周期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、脚趾着地、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。正常行走时,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。%,%,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。
二、步态分析
步态分析是用运动生物力学的概念、处理手段和已经掌握的人体解剖、生理学知识对人体行走的功能状态进行分析的一种生物力学研究方法。随着科学技术的发展,由先进的传感器、高速摄像机、微型计算机等组成的综合步态分析系统,使步态分析方法得以在康复医学研究中越来越深入的开展,该系统可不受外界干扰,同时提供行走时人体的重心的空间位移、速度、加速度、地面支反力、肌肉及关节活动情况、关节内力及力距的变化等多种人体运动的信息,1个人的步态将会像体温、血压那样,从1个侧面反映出人体的健康状况和病态特征。其中影响步态的六大因素分别为:髋部旋转,髋部侧面下降,支撑阶段的膝关节弯曲,踝关节的滚动运动,下肢在平面中的转动以及膝内收。
(一)步态的运动学分析。运动学是研究步行时肢体运动时间和空间变化规律的科学方法,主要包括:步行整体时间与空间测定和肢体节段性运动方向测定,主要围绕影响步态的6大因素的测量,来进行运动学分析
(二)步态的动力学分析。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。牛顿定律、多体系统动力学原理是动力学分析的理论基础。
(三)正常步态分析。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行是涉及全身众多关节和肌群的一种周期性运动,正常步行是高度自动化的协调稳定的运动,也是高度节约能耗的运动。通常采用目测方法,就能够判断考察对象步态是否异常。正常步态应该体现出如下特征:(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。从运动生物力学的观点来考察步行运动,其正常步态应该具备出如下生物力学特征:(1)具备控制肢体前向运动的肌力或机械能。(2)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。(3)支撑相有合理的肌力及髋膝踝角度,以及充分的支撑面。(4)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。
(四)异常步态分析。人体由于遗传、疾病、意外伤害等诸多因素,都有可能造成步行障碍,使步行周期中某环节发生改变,导致步态改变,出现错误步态。严重改变还会导致病理步态,甚至丧失步行能力。异常步态分为以下几种:支撑相障碍,摆动相障碍,倾斜步态,回旋步态以及硬膝步态。造成上述错误步态的主要原因是:(1)关节僵硬肌肉挛缩使肌肉群的平衡性遭到破坏。(2)臀肌,股四头肌和腓肠肌的软弱无力使患肢支撑力不足。所以,骨折后早期的功能锻练要根据各自骨折的不同特点,注意加强臀肌,股四头肌和腓肠肌的功能锻炼,为日后的正常步行做好准备。
三、结论
临床上的不同疾病会产生不同的步态异常现象,有些疾病甚至会出现典型的步态,例如小儿麻痹症的跛足步态,帕金斯综合症的小碎步步态,脑卒中病人的划圈步态。所以,加强对典型步态的研究,有利于对相关疾病的诊断、治疗和恢复。随着现代测量技术、电子技术,尤其是计算机技术的迅猛发展,智能化的步态分析系统也在不断完善。这使定量、客观评价不同状态下人体行走功能的研究领域大大拓宽,使有些复杂的功能性问题的研究同样成为了可能。步态分析对人体运动系统和神经系统的疾病病因分析和诊断,手术和康复训练成效的判定,骨关节假体的设计以及截瘫病人行走功能的重建等都具有重要意义,目前已经成为了临床研究中不可或缺的重要手段之一。
参考文献:
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