步态分析的基础概念和临床分析
简介
步态是步行的行为特征。步行是人类生存的基础，是人类与其它动物区别的关键特征之一。
正常步行并不需要思考，然而步行的控制十分复杂，包括中枢命令、身体平衡和协调控制，涉及足、踝、膝、髋、躯干、颈、肩、臂的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。
临床步态分析旨在通过生物力学和运动学手段，揭示步态异常的关键环节和影响因素，从而协助康复评估和治疗，也有助于协助临床诊断、疗效评估、机理研究等。近10年来计算机技术的发展促进了步态数据处理和分析能力，极大地推动了步态分析的发展和临床应用。
正常步态
基本概念
1、步行的基本功能
从某一地方安全、有效地移动到另一地方。
2、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。
3、自然步态的生物力学因素
(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(重力方向)，以及充分的支撑面(足的位置)。
(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。
步态周期
1、 支撑相
足接触地面和承受重力的时相，占步态周期的60%，包括：
(1)早期(early stance)：
包括首次触地和承重反应，正常步速时大约为步态周期的10%~12%。首次触地是指足跟接触地面的瞬间，使下肢前向运动减速，落实足在支撑相的位置。
首次触地的正常部位为足跟，参与的肌肉主要包括胫前肌、譬大肌腘绳肌。首次触地异常是造成支撑相异常的最常见原因之一。承重反应指首次触地之后重心由足跟向全足转移的过程，骨盆运动在此期间趋向稳定，参与的肌肉包括股四头肌、臀中肌、腓肠肌。
支撑足首次触地及承重反应期相当于对侧足的减重反应和足离地。由于此时双足均在地面，又称之为双支撑相。双支撑相的时间与步行速度成反比。跑步时双支撑相消失，表现为双足腾空。首次触地时GRP一般相当于体重和加速度的综合，正常步速时为体重的
120%~140%。步速越快，GRF越高。
下肢承重能力降低时可以通过减慢步速，减少肢体首次触地负荷。缓慢步态的GRF等于体重。
(2)中期(mid stance):
支撑足全部着地，对侧足处于摆动相，是唯一单足支撑全部重力的时相，正常步速时大约为步态周期的38%~40%。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。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，以将重心迅速转移到另一足，保持身体平衡。
(3)末期(terminal stance)：
指下肢主动加速蹬离(push off)的阶段，开始于足跟抬起，结束于足离地。此阶段身体重心向对侧下肢转移，又称为摆动前期。
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 (toe off)。
对侧足处于支撑相早期，属于双支撑相，约为步态周期的10%~12%。踝关节保持蹠屈，髖关节主动屈曲，参与的肌肉主要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)。
2、摆动相
足在空中向前摆动的时相，占步态周期的40%，包括：
(1)早期(initial swing)：
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，占步态周期的13%~15%。参与的肌肉主要为胫前肌、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。
(2)中期(mid swing)：
足廓清仍然是主要任务，占步态周期的10%。参与的肌肉主要为胫前肌，保持踝关节背屈。
(3)末期(terminal swing)：
主要任务是下肢前向运动减速，准备足着地的姿势，占步态周期的15%。参与的肌肉包括腘绳肌、臀大肌、胫前肌、股四头肌。
步态周期和时相与步行速度关系密切，在分析时必须加以考虑。
步态周期中主要肌肉的作用
运动学和动力学特征
1、运动学特征
(1) 人体重心：人体重心位于第二骶骨前缘，两髋关节中央。直线运动时该中心是身体上下和左右摆动度最小的部位。
从运动学角度，身体重心摆动包括：
①骨盆前后倾斜：摆动侧的髖关节前向速度高于支撑侧的髖关节，造成骨盆前倾。
②骨盆左右倾斜：摆动侧骨盆平面低于支撑侧骨盆。
③骨盆侧移：支撑相骨盆向支撑腿的方向侧移。
④重力中心纵向摆动：重力中心在单足支撑相时最高，在双足支撑相时最低。上下摆动距离一般为8~10 cm。
⑤膝关节支撑相早期屈曲：支撑侧膝关节屈曲15度。
⑥体重转移：支撑侧早期在蹠屈肌的作用下体重由足跟转移到全足。⑦膝关节支撑相晚期屈曲：支撑侧膝关节屈曲30~40度。
步行时降低身体重心摆动是降低能耗的关键。
(2) 廓清机制：
廓清指步行摆动相下肢适当离开地面，以保证肢体向前行进，包括摆动相早期-中期髖关节屈曲，摆动相早期膝关节屈曲（60度左右），摆动相中-后期踝关节背屈。骨盆稳定性参与廓清机制。
支撑相对廓清机制的影响因素包括：支撑中期踝蹠屈控制 (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(踝蹠屈)。
2、动力学特征
步态的动力学特征与步行速度有关。临床步态分析一般采用舒适步行速度，即受试者最舒服和能量使用效率最高的步行方式。其动力学特征如下：
(1)垂直重力：
垂直重力呈双峰型，即首次触地时身体GRF超过体重，表现为第一次高峰；在身体重心越过重力线时，体重向对侧下肢转移，至对侧下肢首次触地并进入承重期时GRF降低到最低点；然后由于蹬离的反作用力，GRF增加，一般与承重期的应力相似；在足离地时压力降低到零，进入摆动相。在下肢承重能力降低时，可以通过减慢步行速度，以减轻关节承重，此时GRF的双高峰曲线消失，表现为与体重一致的单峰波形。
(2)剪力：
垂直剪力在首次触地时向前，越过重心线时剪力向后。表现为前后反向的尖峰图形。左右（内外）剪力形态相似，但是幅度较小。
(3)力矩：
力矩是机体外力与内力作用的综合，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。在康复治疗机理研究方面有较大的价值。
步态临床分析
临床分析是步态评估的基础。步态实验室的检查结果最终都必须与临床分析结合。
1、临床分析的内容
（1）病史回顾：
患者既往的手术、损伤、神经病变等病史对判断步态异常有重要参考价值。例如小儿麻痹后遗症患者发病10～15年之后再度出现步态恶化，其原因既可以是儿麻后综合症所造成的神经肌肉功能恶化，也可以是下肢骨关节退行性改变造成的疼痛性步态，脊柱退行性改变或腰椎间盘病变造成脊髓神经压迫也是常见原因。
此外，老年性痴呆、下肢血管病变、帕金森氏综合症、糖尿病足病、痛风等同样可能是潜在的原因，心理功能障碍也可造成异常步态。假肢和矫形器的设计与制作决定了截肢或瘫痪患者的步态特征。
（2）体格检查：
体检是研究步态的基础，侧重于神经反射(腱反射、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)等。
（3）步态观察：
注意患者全身姿势，包括动态(步行)和静态(站立)姿势；步态概况，包括步行节律、稳定性、流畅性、对称性、身体重心偏移、手臂摆动、诸关节在步行周期的姿态与角度、患者神态与表情、辅助装置(支具、助行器)的作用等（表2）。
观察应该包括前面、侧面和后面，注意对称比较，注意疼痛对步态的影响。患者要充分暴露下肢，并可以显示躯干和上肢的基本活动。受试者一般采取自然步态，必要时可以使用助行器。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（足矫形垫或支具），以改善异常，从而协助评估。
（4）诊断性治疗：
诊断性神经阻滞(采用利多卡因等局部麻醉剂)，有助于鉴别肢体畸形的原因和指导康复治疗。从肌肉动力学角度关节畸形可以分为动态畸形和静态畸形。动态畸形指肌肉痉挛或张力过高导致肌肉控制失平衡，使关节活动受限，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。
2、常见步态障碍的病因和病理基础
步态障碍主要表现为活动障碍、安全性降低和疼痛。异常步态的代偿导致步行能耗增加。障碍的主要原因为神经肌肉因素和骨关节因素。
(1)骨关节因素：
由于运动损伤、骨关节疾病、先天畸形、截肢、手术等造成的躯干、骨盆、髋、膝、踝、足静态畸形和两下肢长度不一致。疼痛和关节松弛等也对步态产生明显影响。
( 2 ）神经肌肉因素：
中枢神经损伤，包括中风、脑外伤、脊髓损伤和疾病、脑瘫、帕金森、偏瘫步态、剪刀步态、共济失调步态、蹒跚步态等。
原发性原因主要是中枢神经对肢体运动调节失控导致肌肉张力失衡和肌肉痉挛萎缩崎形、代偿性步态改变等。外同神经损伤，包括神经丛损伤、神经干损伤、外周神经病变等导致的特定肌肉无力性步态，例虹臀大肌步态、臀中肌步态、股四头肌步态等。原发因素为肌肉失神经支配，肌肉无力或瘫痪；继发因素包括肌肉萎缩、关节和肌腱猥琐畸形、代偿性步态改变；儿童患者可伴有继发性骨骼发育异常，导致步态异常。
3、临床观察的局限性
（1）时间局限：
由于步行速度较快，临床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、踝关节角度变化等。
（2）空间局限：
由于人的视觉局限，因此难以对步行运动同时进行多维方向全面观察。
图片
（3）记忆局限：
人的记忆能力有限，难以对纵向变化进行客观和全面的对比分析。
（4）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。
由于临床观察的局限性，现代步态分析才得以发展，成为步态障碍评估的重要工具。
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