人体运动学

　　人体步行不仅仅是将一侧足部放置于另一侧足前方的单一动作。而是全身均处于运动状态。运动能力是由后天学习而来，并非先天所具备。婴儿在父母的搀扶下学步的事实也从侧面印证了该能力是由后天学习所得。

　　学习的结果是将起初独立发挥作用的各个系统整合为一个综合运用的神经肌肉运动系统。一旦个体开始学习如何步行，上述运动机制都会进行相应的适应与调整。

　　协调的运动系统是由全身多个结构共同作用完成。如髋关节或膝关节僵硬、畸形同样会在足部的功能上有所反映。尽管双足步行的机制大致相同，但个体差异仍使其具有可识别性。没有两个人的步态是完全一样的，即使同一人的步态也不是一成不变的，随环境的不同，可通过系统整合来维持协调的步态，如鞋的类型、机体疲劳程度、体重变化等。

　　单独测量步态生物力学相关参数的均值意义不大，更应了解各个结构之间相互作用的关系。该理念在解剖结构复杂的足部时尤为适用。如果仅用参数的均值作为衡量标准，便无法解释一些生物力学参数偏离了均值的足部却仍保持良好的功能，而一些足部拥有接近于均值的生物力学参数，但功能却差强人意。因此，本章节内容将重点介绍功能关系而不仅仅是一系列生物力学参数的测量方法。

   身体垂直方向的位移变化

　　图1：重心的正弦曲线运动轨迹(引自Saunders JB, Inman VT, Eberhart HD: The major determinants in normal and pathological gait. J Bone Joint Surg Am35A:543-558, 1953.)

　　行走过程中身体垂直高度的交替变化是必须的。在步态周期中，身体的重心轨迹呈一条正弦曲线，上下振幅在4到5cm(图1)。身体重心在体重由一侧下肢完全传递给对侧下肢时达到最高点，之后开始下降，直到对侧下肢在摆动相末期足跟着地时为止。骨盆及髋关节的运动对上述正弦曲线的路径以及振幅产生影响，但膝、踝及足的协调作用可将该曲线转化得更加平滑，当然，这种转化需要上述三部分结构协调且精确的配合。

　　下肢在重心下降过程中遇到阻力，处于减速状态，在这一过程中，膝关节通过屈曲来对抗收缩的股四头肌，踝关节通过跖屈来对抗收缩的胫前肌群，当足底完全放平后，足部在韧带承受范围内进行旋前使重心在下降过程中得到进一步缓冲。

　　值得强调的是，在膝屈曲及踝跖屈来缓冲的同时，后足的旋前运动也起到了重要的附加作用。如果在行走中膝及踝关节均保持僵硬状态，那么重心在下降过程中将会对机体产生瞬时的冲击力，并导致整个运动系统动能的损失。重心在达到最低点后开始上升，同时向处于支撑相的一侧下肢转移。在这一过程中，处于支撑相的一侧下肢会产生功能性的伸展，该动作通过膝关节短暂的伸展、踝关节进一步跖屈以及足跟离地后的旋后运动来实现。在这一过程中，足跟离地的高度是重心加速上升程度的主要因素。

　　身体的侧方的位移变化

　　图2A, 双足间距较小时重心横向摆动产生的轨迹。 B双足间距较大时重心横向摆动产生的轨迹(引自 Saunders JB, Inman VT, Eberhart HD: The major determinants in normal and pathological gait. J Bone Joint Surg Am 35A:543-558, 1953.)

　　行走过程中，机体的运动轨迹在水平方向上并非保持一条直线，而是处于轻度的左右横向摆动。正如两人并肩步行时，若步调未能保持一致，那么二者的身体很可能会因为左右摆动而发生碰撞。

　　在步态周期中，身体重心随承重下肢变换而左右轻度摆动的轨迹，在水平面上呈一振幅约4-5cm的正弦曲线。振幅大小与两腿间距大小呈正相关(图2)。通常来讲，由于膝关节生理性的轻度外翻，使得胫骨保持与水平面的垂直，而股骨与骨盆的成角使双足距离减小，从而令上述横向位移最小化。

　　下肢的水平旋转

　　身体在横向与纵向移动的同时，还存在一系列水平面轴向的旋转。骨盆与肩部在做轴向旋转。此外，股骨与胫骨亦发生相似的旋转。胫骨沿其长轴旋转，在摆动相及支撑相第一阶段内旋，在支撑相后两个阶段外旋。上述旋转的程度个体化差异较大。在一组12名成年男性的测量中发现，胫骨水平旋转的平均角度为19°，但其波动范围则达到了13°到25°。

　　足跟落地后，由骨盆、股骨以及胫骨组成的下肢进一步发生内旋，且在足底完全放平时达到最大。这种内旋始于距下关节并转为外翻，其外翻程度取决于足底的柔韧性以及韧带的牵拉。大约进行到整个步态周期的12%时，对侧足尖离地，下肢开始外旋，且在该侧足尖离地时达到最大值，之后该下肢重新开始内旋(图3)。足落地后，下肢的外旋可能是由对侧下肢的摆动使得骨盆向前移动后，与支撑相一侧下肢形成可外旋的角度而引起的。这一外旋力由骨盆通过股骨与胫骨，经由踝关节传递至距下关节，使其反向旋转，且在足尖离地时达到最大。而踝关节沿轴线的外旋、跖骨及足底筋膜的共同作用使得下肢外旋程度进一步增加。

　　图3步行期间下肢的横向旋转。下肢内旋至步态周期进行到15%，之后发生外旋，到足趾离地后开始重新内旋。