步行和步態分析的前世今生

07-08

來源：河南中醫一附院康復中心（HNK666）,已獲授權

步行是人用腳從一處移動到另一處的基本功能，是人類每天進行的最常見功能活動之一。理想狀態下人類有效的步行可以減少疲勞，而安全的步行可以減少跌倒和傷害。

雖然健康人步行時看起來毫不費力，但是通過觀察人類生長發育的一生的兩個極端-----幼兒和老年，會發現，行走對人們來說是一個相當的挑戰。在幼兒時期，孩子需要15個月才能逐漸學會站立和行走，而且一旦站穩了腳步，孩子們就會完善他們的步行姿態，當5歲左右時，孩子們的步態就已經很像成年人了。成年後步行會經過不斷練習達到進一步完善，使人們以最小的努力去處理破壞行走的不穩定因素。

到了老年，行走常常會變得越來越有挑戰性，由於力量、平衡能力的下降以及疾病等因素，老年人不能像年輕時那麼穩定而自如的行走了，往往需要手杖或步行器來幫忙才能安全的行走。

帕特拉曾經說「沒有什麼比能夠以我們自身的力量獨立地從一處移動到另一處更能體現出我們獨立的水平和對高品質生活的追求了。我們慶幸這種能力能在孩子身上發展並設法在整個生命周期中得以培養和完善。」想更好的研究步行就要首先從觀察步行姿勢開始，每個人的步行姿態都帶有很強烈的特質性，從而帶有其本人的特點和印跡。

步態分析的歷史

步行是人類最重要的功能之一，而喪失行走能力被認為是人類重要的殘疾之一，會嚴重影響生活質量。從人類進化的角度上說，步行被認為是大腦發育的重要影響因素，由此恩格斯曾認為「直立行走」是從猿到人轉變的重要一步。對步行特徵的分析一直是人類對自身奧秘研究的重要領域之一。

人類的步態，最早可追溯至360萬年前。1978年路易斯在坦尚尼亞的利特里發現的一行足跡被認為是人類直立行走的第一份證據。這些腳印表明至少有兩個人走過此地，且他們的腳印有與現代人類似的圓形腳跟和直立的大腳趾，這些證明不是猿，而是兩個人在行走，我們甚至可以想像一個溫馨的場景，一個爸爸牽著孩子的手走過此地。

坦尚尼亞的足跡化石

最早的書面文字來描述人類步行的是亞里士多德，他對人類步行的觀察記錄與同時期大量關於人行走的繪畫和雕塑相互佐證，顯示人們很早就對步行有著濃厚的興趣。儘管如此，直到1836年韋伯兄弟才出版了第一本關於步態的科學著作，當然他們的成果得益於伽利略、博列利和牛頓等科學大咖的研究基礎。

生理學家埃德沃德利用秒錶、尺子等工具測量了步態的基本要素，如步長、步頻等術語至今仍在應用。馬雷發明了步態測量用的儀器鞋擴充了我們的步態知識。菲洛特想出一個聰明的主意，將綁在鞋子和肢體上小噴嘴內充滿墨汁，這樣人步行時墨汁會灑在地面和牆上，從而提供了運動的永久記錄。

電影攝影技術應用於步態分析開創了一個新的研究模式，馬布里奇是那個時代的傑出代表人物，他利用攝影機觀察到快速奔跑的馬有極短的時間出現四蹄同時離地的情況，從而平息了這個古老的爭議。費舍爾被認為是第一個對行走的人進行三維分析的學者，這些工作集中於1895年到1904年。進入20世紀後，隨著科技的巨大進步，各種步態分析的研究應運而生，其中著名的學者包括：莫里、英曼、溫特和佩里。尤其是物理治療師莫里，她的一些論文研究數據對殘疾個體運動學奠定了基礎，並影響到了後來人工關節和假肢的設計。後來的研究又對足與地面接觸的力學進行了研究。隨著表面肌電的發展，溫特赫英曼對行走時肌電圖的研究做出了重要貢獻。

今天步態分析系統已經成為生物力學研究室的重要組成部分，它可以很好的反應下肢關節運動軌跡、活動範圍、力與力矩、做功情況，這些數據被描述與正常和異常的步態，使得各種影響步行的患者受益。

莫里的步態分析研究

步行的發育

正常人步行不需要主動思考或用力，因為步行是從孩提時代就逐漸掌握的一直技巧型活動。人體發育的重要特徵是出生後的幾年內生長發育最快。此時，中樞和外周神經系統逐步發育成熟，步行也逐漸形成。

步行的發育是按照典型的運動發育模式進行的：從頭到腳、從近到遠、從粗大到精細的發展。雖然每個孩子的生長發育可能略有不同，但發育過程中的關鍵標誌性活動是確定的。

在孩子出生後2個月開始，作為步行的先決條件之一的頭部控制能力開始表現出來，3個月時，頭部控制能力進一步改善，同時開始出現坐位下的原始反射和偶爾的頭部擺動。

4-6個月起，兒童開始學會俯卧支撐和翻身。翻身多是先由俯卧位翻至仰卧位，然後從仰卧位翻至俯卧位，而且逐漸學會手臂支撐下的獨立坐位不保持。

9個月時，隨著爬和手膝支撐站立活動的出現，孩子的活動能力會明顯提高。掌握住上述技能以及學會坐、爬、支撐站立是實現支撐步行和獨立步行的前提。獨立步行是孩子在平衡和支撐兩大技能掌握後，由支撐步行下逐漸練習和掌握的技巧。

一般8-10個月時孩子開始扶持物體挪動步行，此期一般持續2個月左右，但具有較大的變化。此期孩子步行的特點是：用手臂做支撐下步行，步態周期時間延長，支撐相時間延長，步長變異較大以及步速較慢。據統計，此期的平均步行速度是39cm/s,跨步長是44cm，而支撐相時間占整個步行周期的65%。而從運動學角度觀察，孩子支撐步行時屈髖角度過大，伸髖模式變異較大，支撐相時屈膝角度明顯過大，流暢度下降。學會支撐步行後，孩子開始以一種尚未成熟的步態開始步行，一般成為蹣跚學步期，這也是步行向成熟模式過渡的階段。此期特徵是：步態模式變異大，步寬增大，屈髖角度增大以及缺乏手臂交互擺動。一般到3-5歲時，孩子的步行功能基本發育成熟，薩瑟蘭曾提出成熟步態的5個重要條件：單腿支撐時長、步行速度、步頻、步長以及骨盆橫徑與雙踝間距的比例。

總之，正常的步行發育是一個極為複雜的過程，而病理步態的形成更為複雜。因此，步態分析是比傳統的神經發育評估方法更為敏感的方法。我們鼓勵康復的醫師和治療師在掌握步行發育的基礎上，多了解步態分析的知識，並能夠在動態過程中鑒別病理步態。

步態周期

行走是一系列周期性的動作組合的結果，因此，可以利用其最基本的組成單位----步態周期來清楚明白的描述步行的特徵。步態分析的起始點是一足跟著地，其終點是該足跟再次著地。

一跨步是發生在相同足跟連續著地之間的序列事件，而一步則是發生在對側足跟連續著地的序列事件，由此可以認為，一個步態周期包括兩步：左步和右步。

步態周期

從時間上描述，步態的基本單位有步頻，跨步時間和步速。步頻是每分鐘內行走的單步數。跨步時間就是一個步態周期所用的時間。步速是單位時間內走過的距離，它結合了空間和時間的信息。一般一個健康的成年人一個步態周期需要花費1秒多一點的時間，走過約1.44m，故步速就是1.37m/s。

從空間上描述，步態的基本單位是跨步長（步幅）、步長、步寬和步偏角。跨步長是相同足連續兩次著地之間的距離，即一個步態周期行走的長度。步長是不同兩足連續兩次著地的距離。步寬是兩簇兩次足著地的足跟中心的橫向距離，正常在8-10cm。步偏角是身體前進方向和足長軸之間的夾角，一般成人是5-7度。

有兩種方法來提高行走速度：1.增加步長，2.增加步頻。通常，一個健康的成人通過組合兩種策略達到最優化選擇。因此，可以發現步態分析的時空參數值均依賴或取決於步行速度。