Цикл Ходи: Біомеханіка Ходьби

Визначення циклу ходи

Цикл ходи є фундаментальною одиницею аналізу ходьби. Він визначається як послідовність подій, що відбувається між ударом однієї п’ятої ноги та наступним ударом цієї ж п’ятої ноги. Іншими словами, якщо ваша права п'ята стосується землі, цикл ходи вважається завершеним лише тоді, коли ваша права п'ята стосується землі знову після повного кроку, в якому вже проходила ліва нога. Цей повний цикл також називається кроком, на відміну від кроку, який проходить від удару однієї п’ятої ноги до удару п’ятої протилежної ноги. Оскільки швидкість ходьби, довжина кроку та індивідуальні пропорції тіла значно різняться у різних людей, біомеханіки нормалізують весь цикл від 0% — моменту удару п'ятою — до 100%, що відповідає моменту, коли ця ж п’ята знову стосується землі. Це нормалізація дозволяє клініку оцінювати ходьбу п’ятирічної дитини порівняно з ходьбою вікової людини, або відмінену кінцівку пацієнта порівняти з невідміненою, використовуючи один і той самий універсальний часовий проміжок незалежно від того, наскільки швидко чи повільно ходить кожна людина. Будь-яка подія в циклі, така як коли інша нога залишає землю або коли колінний суглоб досягає максимального згинання, може бути виражена у відсотках вздовж цієї нормалізованої шкали, що робить дані про ходьбу порівнянними між дослідженнями, пацієнтами та видами.

Фаза стійки проти Фази коливання

Цикл ходьби розділений на дві основні фази, які відрізняються тим, чи стопа опорного контакту з землею. Фаза стійки охоплює приблизно 60% циклу та описує весь період, коли стопа залишається у контакті з землею, несе вагу тіла та забезпечує стабільну платформу, необхідну для підтримки та просування тіла вперед. Фаза коливання охоплює решту приблизно 40% циклу та описує період, коли стопа піднімається над землею та рухається вперед у повітрі, щоб переміститися в наступне зіткнення. Це розподіл 60/40 є середнім показником для комфортної швидкості ходьби; відношення змінюється дещо при швидшій чи повільнішій ходьбі, і різко змінюється при бігу, коли фаза стійки зменшується, а фаза коливання домінує. Розділення стійка-коливання має значення для клінічних потреб, оскільки різні патології схильні більше порушувати одну фазу, ніж іншу. Слабість м’язів, що несуть вагу, таких як абдомінальні м’язи або квадріцепси, зазвичай призводить до нестабільності під час стійки, тоді як обмежена рухливість суглобів, спазмічність або пошкодження нервів, такі як ураження сідничного нерва, частіше порушують плавний рух кінцівки вперед, змушуючи пальці зачіпати або тягнути землю. Визначення, яка фаза уражена, часто є першим діагностичним підказкою при клінічній оцінці ходи.

Фази тривольної позі

Тривольна поза сама складається з п’яти послідовних субфаз, кожна з яких має чітку біомеханічну роль. Перший контакт, також відомий як удар гомілкою, відбувається на 0% циклу, коли підошва першою торкається землі, починаючи процес поглинання удару та прийняття ваги тіла. Після цього настає фаза навантаження приблизно з 0 до 10%, коли вся стопа опускається на землю і кінцівка поглинає удар від перенесення ваги тіла. Середнє положення, що охоплює приблизно 10-30% циклу, - це час, коли вага тіла проходить безпосередньо над опорною ногою, яка тепер повинна самостійно стабілізувати все тіло, оскільки інша нога піднята для власного фазу руху. Термінальна тривольна поза, також відома як відрив п'ятки, триває приблизно з 30 до 50%, коли підошва піднімається від землі, а вага тіла переноситься вперед на п’яту для відштовхування. Нарешті, перед рухом, також відомий як відрив носка, відбувається приблизно з 50 до 60%, що позначає остаточний ривок пальців проти землі, який штовхає кінцівку вгору та повністю передає обов’язки підтримки іншій нозі. Разом ці п'ять субфаз описують плавний і контрольований перехід ваги від п'ятки до носка.

Фази повільного руху та одностадійного опори

Після того, як стопа покидає землю на етапі відштовхування, фаза повільного руху триває через три підфази. Початковий повільний рух, приблизно 60-73% циклу, передбачає швидке згинання стегон і колін для підняття стопи та її звільнення від землі. Середній повільний рух, приблизно 73-87%, приводить обертання коливається обертання ліквірування до того, як він проходить безпосередньо під тілом, з розгином гомілковостопного суглоба для запобігання ковзанню пальців. Кінцевий повільний рух, приблизно 87-100%, уповільнює рух кінцівки та розгинає коліно, щоб стопа могла приземлитися перед тілом, готуючи наступний удар п'ятою та відновлюючи цикл. Усі ці фази переплетені двома короткими періодами одностадійної опори, що виникають приблизно на 0-10% і знову близько 50-60% циклу, коли обидва стопи одночасно торкаються землі. Ці моменти існують тому, що одна нога завершує свій фазу завантаження, а інша ще закінчує попередній рух та відштовхування. Одностадійна опора є визначальною біомеханічною відмінністю ходьби та бігу: у бігу швидкість вперед і довжина кроку збільшуються настільки, що ніколи не настає момент, коли обидві ноги одночасно торкаються землі, замість цього відбувається фаза польоту, коли обидві ноги знаходяться в повітрі. Будь-який рух з тривалими періодами одностадійної опори за визначенням є ходьбою, а не бігом.

Клінічні застосування аналізу циклу ходи

Лікарі використовують аналіз циклу ходи для діагностики та моніторингу широкого спектру опорно-рухових та неврологічних станів, порівнюючи фазу часу, кути суглобів та активацію м’язів з нормальними посиланнями, зібраними від здорової популяції. Оскільки цикл нормалізований до 0 до 100%, відхилення стають миттєво видимими: фаза стояння, яка незвично коротка з одного боку, свідчить про те, що пацієнт уникає навантаження через біль, часто називається антиалгійна хода. Хода Трендленбурга, викликана слабкістю м’язів тазового дістатора, особливо глютеуса медиа, проявляється як надмірний опускання вниз або боковий нахил тазу під час середини фази стояння з боку ураженого боку, оскільки ці м’язи зазвичай тримають таз рівномірно, поки протилежне нога розгойдується. Хода з падінням стопи, часто викликана пошкодженням або стисненням сідничного нерва, проявляється під час фази ходи як нездатність розгинати щиколотку догори, змушуючи пацієнта або смикати пальці ніг, або піднімати коліно надмірно високо, щоб уникнути стопи, що називається ходою степпедж. Інструментовані лабораторії ходи використовують системи захоплення руху камер, датчики тиску та електроміографію для кількісного визначення цих відхилень точно, відстежуючи кути суглобів у тазі, колінах і щиколот протягом нормалізованого циклу. Ця інформація допомагає приймати рішення щодо лікування, такі як ортезні витяжки, цільові програми зміцнення м’язів, хірургічне планування та відстеження прогресу відновлення після травми або інсульту, показуючи, чи рухаються криві ходи пацієнта назад до нормального посилання в межах часу.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте The Gait Cycle: The Biomechanics of Walking і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.