脑瘫青少年跨越障碍物的步态研究综述①

隋连香 李世明 康学娇 胡晓娜

(1.鲁东大学体育学院 山东烟台 264039； 2.鲁东大学科学技术处 山东烟台 264039； 3.即墨市第二十八中学 山东青岛 266200)

提起脑瘫，这是一个沉重的话题，步态又是一个人人皆知的行走过程，对脑瘫人群的步态研究也是目前的热点，但是对于在行走过程中遇到障碍物的情形，目前的研究比较少，脑瘫是由于自受孕开始至婴儿期非进行性脑损伤和发育缺陷所致的综合征，由于表现出的步态异常，直接影响到日常的生活质量。步态是指人体步行时的姿态，是人体通过髋、膝、踝、足趾的一系列连续活动，使身体沿着一定方向移动的过程，正常步态具有稳定性、周期性、节律性、方向性、协调性，以及个体差异性，然而当人们存在疾病时，以上的步态特征将有明显改变，本文拟采用实验的方法分析脑瘫青少年在跨越不同高度障碍物时的表现，分析其异常的原因，制定行之有效的训练方法，帮助脑瘫青少年尽可能的恢复其基本的行走功能，提高生活自理能力。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究以8名脑瘫患者为对象，在实验前告知其实验目的及过程，在获得其同意的情况下进行试验，受试者均为辅助学校的脑瘫青少年，年龄为（15.95±5.19）岁，身高为（162.34±10.82）cm，体重为（44.29±7.24）kg，腿长（80±12）cm，这8名学生存在不同程度的智力和肢体障碍，属于轻度和中度脑瘫。

1.2 研究方法

本实验以8名脑瘫青少年为研究对象，使用4台常速摄像机从不同角度拍摄人体的实验行走过程，并使用2台三维测力台采集足—地接触力数据，分别针对不同的障碍物高度和行进速度，完成对每个研究对象的数据测量工作，运用SIMI运动解析软件对录像进行打点解析，运用JE-TB0810八通道肌电采集系统，在受试者下肢主要肌肉点安装marker对采集到的数据利用肌电信号分析软件进行分析；分析了行走过程中和跨越障碍物时下肢各环节及各关节步态的运动学和动力学特征及其变化规律，采用SPSS统计软件和Excel对实验数据进行了统计分析，并作为本课题的研究依据。

2 目前的研究现状

国外很早就对步态进行了大量的研究，国内则从1982年戴克戎等人开始接触步态并进行研究。对正常步态的研究比较多，张瑞红等对多个健康人在上下坡、上下楼梯、平地行走等状态下的测试表明，各路况下人体步态差异很大，各关节所提供的力矩也各不相同。对一些特殊步态的研究也比较多，冯玉蓉等对老年女性正常行走与跨越不同高度障碍物足底压力特征比较研究发现动作方式是影响压力重心轨迹变化的主要原因。赵星对老年人跨越障碍动作控制能力的研究发现，老年人在跨越障碍时双足之间支撑面较小，领先足落点距障碍较近可能是发生磕绊造成跌倒的原因。王卫强和王卫平在偏瘫步态的研究进展中发现，患者由于中枢神经系统的调节功能产生障碍，患者走路时下肢伸肌及外展肌群的肌张力增高，膝关节不能协调的屈曲和踝关节背曲，容易出现异常步态等。Bell等对8例脑瘫青少年进行平均4.4年的步态分析，研究脑瘫青少年步态在没有手术干预下的自然进展，与经过手术干预的脑瘫青少年相比，其行走功能下降。本文力求在以上的研究基础上对脑瘫青少年跨越不同高度的障碍物进行分析研究。

3 研究的主要内容

研究内容为不同类型脑瘫青少年跨越两个不同高度的障碍物时步态特征的运动学分析。通过调查以及查阅相关文献发现，脑性瘫痪患儿不能保持正确站立和行走姿势，降低了其平衡功能和运动能力。因其下肢伸肌肌力减退，其拮抗肌肌张力增高及关节角度异常，脑瘫患儿步行时可见迈步困难，为保持身体平衡必须及时地用双足支撑，待调整身体重心平衡后再迈出下一单步。与同龄正常儿童相比，脑瘫患儿步长缩短，脑瘫患儿为保持身体平衡在步态周期中会相应增加双足支撑期的时间比例。因此在遇到障碍物时，脑瘫青少年的行走能力会更低，我们预期先测量每名脑瘫青少年的腿长，根据各自的腿长比例设定了两种高度，观察受试者在跨越障碍物的整个过程中的步态特征。

3.1 脑瘫青少年跨越障碍物的运动学参数

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，主要围绕影响在行走与遇到障碍物时步态的因素的测量，来进行运动学分析，获取以下参数。

（1）时间参数：支撑时相、摆动时相。

（2）空间参数：步长、步频、步速、步宽、步向角、躯干倾角的变化等。

（3）时空参数：髋、膝、踝关节在行走及跨越障碍物过程中角度变化，各关节的角度-时间曲线，重心在行走过程中的变化等。

3.2 脑瘫青少年跨越障碍物的动力学参数

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。主要从受力—时间曲线、受力曲线的极值或峰值、矢量图、抛物线曲线回归分析法、功率谱分析几个方面进行研究。每个单步脚—地接触时垂直、前后、左右方向的反作用力；根据反作用力计算出髋、膝、踝关节力矩。

3.3 脑瘫青少年跨越障碍物的肌电学参数

肌电测试已成为运动生物力学研究的一个重要手段。运用表面肌电仪测得肌肉的电信号，进而进行单一频谱分析、平均化数据分析，测量并记录脑瘫青少年跨越障碍物时的肌电，通过对不同肌肉在运动过程中所表现出来的时域、频域上的不同特征的分析，可以了解他们在跨越障碍物时不同部位的肌肉参与活动的强度，参与工作的时间顺序及相互协作关系，为运动技术分析提供依据。

4 研究结果与建议

脑瘫青少年在跨越障碍物时不能控制下肢的某些肌群，因此越过障碍物时缓冲动作不明显甚至没有，习惯于将领先腿在跨越障碍物时尽可能的抬的很高且步长较大，障碍物越高，这个情况越明显，当摆动腿越过障碍物要落下时，缓冲动作可以大大减缓冲击力，避免人体的损伤，脑瘫青少年面对障碍物，自身感觉到有一定的困难和恐惧感，因此表现出的动作比较夸张，髋、膝关节角度变化明显，落地时足与地面的夹角减小，用整个脚底着地甚至是脚后跟先着地用。通过三维测力研究发现，脑瘫青少年跨越障碍物时初始着地时的冲击力较大，压力中心点由足部中心往前移，左右足压力分布差异较大。目前国内对脑瘫青少年步态研究是一个空白，本文旨在对脑瘫青少年跨越两种不同高度障碍时的步态特征进行比较，并分析随跨越高度增加足底压力与各关节角度变化的情况，为进一步研究异常步态行为方式提供参考依据并可以填补这方面的空缺，为脑瘫青少年制定行之有效的训练方式提供依据。

[1] 戴克戎.平地常速行走时的步态观察[J].中国生物医学工程学报,1982(1):15.

[2] David A,Winter PHD.Human balance and posture control during standing and walking[J].Gait and Posture,1995,12(3):193-214.

[3] 高学民.智障学生全脑型体育教育模式的理论与实践研究[J].体育科学,2007,27(12):81-93.

[4] 李世明.运动生物力学理论与方法[M].北京:科学出版社,2006.

[5] 杨林林,李世明.不同类型智障学生步态的运动学分析[J].鲁东大学学报,2012,28(1):92-96.

[6] 田麦久.运动训练学[M].人民体育出版社,2000.

[7] 陆爱云.体育院校通用教材,运动生物力学[M].北京:人们体育出版社,2009.

[8] 冯玉蓉,张翠,冯遵鹏.老年女性正常行走与跨越不同高度障碍物足底压力特征比较研究[J].北京体育大学学报,2010.

[9] 赵星.对老年人跨越障碍动作控制能力的研究[D].北京体育大学硕士学位论文,2011.