理解與上樓梯時相關(guān)感覺和運動要求對于技能再訓練來說是非常重要的。甚至對于沒有殘疾的人群來說，樓梯都表現(xiàn)出一個顯著的危險性。在公共場合，樓梯步行是所有摔倒中比例最高的，有4/5在下樓梯時發(fā)生。樓梯步行與水平面上的步行的相同點在于它們都包含有下肢的刻板的相互交替運動（Craik et al.，1982；Simoneauet al.，1991）。
像普通運動一樣，樓梯步行也有3個要求：產(chǎn)生推動身體上樓梯的主要向心力量，或者控制身體下樓梯的離心力量（行進）；同時在持續(xù)改變的支持面內(nèi)控制重心（穩(wěn)定性）；為了適應(yīng)變化的樓梯環(huán)境，例如高度、寬度和有無欄桿等，根據(jù)這些情況在行進和穩(wěn)定性要求中的調(diào)適的能力（適應(yīng)性）（McFadyen & Winter，1988）。
從平地走上一段樓梯，需要增加關(guān)節(jié)活動度和肌肉力量。支撐下肢體需要承受體重，同時保持負重時的身體穩(wěn)定，擺動側(cè)肢體必須很快的屈曲關(guān)節(jié)，從支撐側(cè)肢體下面的踏板邁向上一個踏板。
1.活動方式
樓梯步態(tài)的測試，從測試者面對樓梯，站立于平地（樓梯0）開始。每個肢體從平地邁向臺階的第1步，不是討論的核心，因為這時的步態(tài)周期不完善，易產(chǎn)生誤導(dǎo)。由平地邁向第1個臺階（0~1）只是簡短的擺動，而對側(cè)肢體從平地邁向第2個臺階（0~2）是從一個較穩(wěn)定的部位啟動，擺動期相對較長。肢體接觸第3個臺階時，才能形成完整步態(tài)的力學機制。此時肢體開始表現(xiàn)出正常的步態(tài)周期，接下來向上的步態(tài)，肢體都是邁向另一側(cè)肢體剛剛接觸的臺階，交替進行。
上樓梯時，支撐相肢體支持和抬高身體，而擺動相肢體經(jīng)過3個步驟：①豎板；②支撐相肢體正在占據(jù)的踏板；③更高一個臺階的豎板，至此，擺動足開始著地，啟動下一步。
圖1 上樓梯、下樓梯、平地行走時髖關(guān)節(jié)活動的對比。
圖2 上樓梯、下樓梯、平地行走時膝關(guān)節(jié)活動的對比。
圖3 上樓梯、下樓梯、平地行走時踝關(guān)節(jié)活動的對比。
肢體開始上樓梯時，首先屈曲髖關(guān)節(jié)（50°~60°）和膝關(guān)節(jié)（50°~70°）（圖1、圖2）。隨后迅速伸展髖、膝關(guān)節(jié)，并持續(xù)的負重期和支撐相中期。
支撐相對末期，髖（10°~15°）、膝（5°~15°）輕度屈曲，維持到足趾離地前。
初始著地發(fā)生在前足。踝關(guān)節(jié)背屈（5°~10°），如果髖、膝關(guān)節(jié)極度屈曲（圖3），也可能有跖屈存在。身體經(jīng)過臺階時，隨著承受體重，踝關(guān)節(jié)背屈增加5°。由于身體重量轉(zhuǎn)向一側(cè)肢體，雙側(cè)肢體支撐相末期迅速反轉(zhuǎn)至跖屈（10°~20°）。
擺動相開始時，所有3個關(guān)節(jié)都屈曲。為使足順利的離開臺階邊緣，擺動相中期，髖、膝關(guān)節(jié)屈曲達到峰值，至少比支撐相所需要的多10°左右。然后，髖、膝關(guān)節(jié)減少屈曲度，準備踏上第2個臺階并完成初始著地，踝關(guān)節(jié)同時獲得5°~10°的背屈。
2.肌肉控制
能否輕松地走上一段樓梯取決于一個人下肢的肌力和關(guān)節(jié)活動度。從功能上可以將上樓梯的周期分為3個時期：承重（WA）、單下肢支撐（SLS）、肢體肢體擺動前進（SLA）。
上樓梯時，優(yōu)勢肌肉在每一個支撐相抬起身體。在7個針對上下樓梯肌肉功能的肌電圖研究中，2位研究者應(yīng)用肌肉插入電極，分別在步態(tài)和徒手測試肌力時，收集髖和膝部肌肉的電活動信息，從而定量獲取相關(guān)肌肉收縮強度占最大強度和相對作用大小的百分比數(shù)據(jù)。
2.1 承重
圖4 上臺階時，承受體重所需要的肌肉。臀大肌、長收肌、臀中肌強有力的收縮穩(wěn)定髖關(guān)節(jié)。作用于膝關(guān)節(jié)上的股四頭肌活動達到峰值，腘繩肌較低水平的收縮加強髖關(guān)節(jié)伸展，對抗脛骨前移。踝部，比目魚肌控制承受體重時肢體的前移。
承重時（圖4），主要支撐側(cè)下肢必須承受由后側(cè)肢體傳送的體重，并且開始在新的支撐面依次抬起頭、手臂與軀干。必須同時維持向前和向上邁進時身體的穩(wěn)定。
前足著地就開始了承重期。髖、膝關(guān)節(jié)屈曲約60°，踝關(guān)節(jié)背屈5°。髖關(guān)節(jié)伸?。ㄍ未蠹∠虏亢痛笫占。┖拖リP(guān)節(jié)伸?。ü赏鈧?cè)肌和股內(nèi)側(cè)?。┩瑫r強有力地收縮，伸展髖、膝關(guān)節(jié)。{為接下來的支撐穩(wěn)定做準備，在擺動相末期，髖、膝關(guān)節(jié)肌肉變得活躍。臀大肌下部（30%最大自主收縮強度MVC）和大收?。?0%MVC）在初始著地時產(chǎn)生中等強度的髖關(guān)節(jié)伸展。同時，臀大肌上部（40%MVC）和臀中?。?0%MVC）強有力的維持髖關(guān)節(jié)外側(cè)的穩(wěn)定。而兩個主要的腘繩肌的活動不明顯，半膜肌為0~15%MVC，股二頭肌長頭0~10%MVC。股四頭肌的股外側(cè)肌表現(xiàn)中等活躍（30%MMT），隨著負荷的增加，強度迅速增至峰值（60%MMT）。表面肌電圖顯示股內(nèi)側(cè)肌活躍時段與股外側(cè)肌類似。}
到負重中期，臀大肌下部（30%MVC）和股四頭肌（60%MMT）達到峰值，在增加體重負荷時，提供足夠的力伸直關(guān)節(jié)。這個時期，髖、膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生的力量迅速增加。較強作用的腘繩?。ò肽ぜ『凸啥^肌外側(cè)頭）協(xié)助伸展關(guān)節(jié)，同時對抗股四頭肌牽拉脛骨的作用，穩(wěn)定關(guān)節(jié)。在冠狀面上，髖外展?。ㄍ沃屑『屯未蠹∩喜浚┚S持穩(wěn)定，并承受踏上新的支撐面轉(zhuǎn)移的體重。
踝關(guān)節(jié)承受體重的特點是增加背屈，從開始的5°到承重反應(yīng)末期的12°。比目魚肌迅速增加的收縮遏制了脛骨前移，這個作用在對側(cè)足離地前達到最高峰。
2.2 單側(cè)肢體支撐
圖5 上臺階時，單側(cè)下肢支撐時所需要的肌肉。單側(cè)下肢支撐時，由于關(guān)節(jié)位于較伸展的位置，髖、膝關(guān)節(jié)伸展力量減小。半膜肌和股二頭肌外側(cè)頭作用增加，控制髖、膝關(guān)節(jié)。跖屈肌（比目魚肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)頭）肌力增加。
上樓梯單側(cè)肢體支撐時，身體平穩(wěn)地向前移動至支撐側(cè)肢體是關(guān)鍵環(huán)節(jié)（圖5）。其次是身體的接續(xù)抬升。
單側(cè)下肢支撐開始于對側(cè)足趾離地，垂直方向的地面反作用力很快達到峰值（1.12BW）。由于雙側(cè)下肢關(guān)節(jié)均呈屈曲位，單側(cè)下肢支撐時期的前半段主要是伸展力矩。
髖、膝關(guān)節(jié)伸展肌持續(xù)收縮，伸展關(guān)節(jié)，抬升頭、手臂與軀干。單側(cè)肢體支撐開始時作用于髖、膝關(guān)節(jié)的爆發(fā)力使關(guān)節(jié)快速伸直。
由于身體重量移向逐漸伸直的髖、膝關(guān)節(jié)，相對于這些關(guān)節(jié)的頭、手臂與軀干的對線所產(chǎn)生的部分被動穩(wěn)定取代了對動力肌穩(wěn)定的需求，屈曲力矩取代伸直力矩。
支撐相末期，髖、膝關(guān)節(jié)伸展達到峰值（即，關(guān)節(jié)10°屈曲），髖伸展?。ㄍ未蠹?、長收肌）、髖外展?。ㄍ沃屑?、闊筋膜張?。?、膝關(guān)節(jié)伸?。ü赏鈧?cè)肌、股內(nèi)側(cè)?。┑缺３朱o止狀態(tài)。這時，逐漸增強的半膜肌和股二頭肌外側(cè)頭提供主要的髖、膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定。
踝關(guān)節(jié)在單側(cè)肢體支撐時段協(xié)助抬高身體。此時，踝關(guān)節(jié)背屈角度減小，從支撐相中期峰值的12°，減小至支撐相末期的接近中立位。
單側(cè)下肢支撐時段跖屈力矩的迅速增加說明需要比目魚肌和腓腸肌內(nèi)側(cè)頭肌力來伸展踝關(guān)節(jié)。
2.3 肢體擺動前進
圖6 上樓梯擺動相時所需肌肉。擺動相早期，后方肢體跖屈活動加強，將體重轉(zhuǎn)移至前方肢體。股二頭肌短頭活動加強，促使膝關(guān)節(jié)屈曲。當足從臺階抬起時，股二頭肌短頭和脛骨前肌活動迅速增加，確保膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)適度屈曲，便于邁向高一級臺階。擺動相末期，髖關(guān)節(jié)伸肌群活動增加，準備承受體重。
對側(cè)肢體接觸參照側(cè)肢體之上的臺階即開始肢體的擺動向前。擺動前期肢體準備就緒進入擺動期。這是快速跖屈的時段，從開始踝關(guān)節(jié)背屈5°最后達到20°跖屈。隨后腓腸肌內(nèi)側(cè)頭和比目魚肌強力收縮，并達到跖屈力矩的峰值。這個時期可以記錄到跖屈肌同時收縮產(chǎn)生的踝關(guān)節(jié)強有力的爆發(fā)力（2.2~2.5W/kg）。后方肢體跖屈增加有助于抬高身體，將體重轉(zhuǎn)移至引導(dǎo)側(cè)肢體上部。髖、膝關(guān)節(jié)開始繼續(xù)維持單下肢支撐時段的微屈（10°）的姿勢，擺動前期結(jié)束時屈曲角度略增加。擺動前期股二頭肌短頭的快速收縮協(xié)助屈曲關(guān)節(jié)。
當體重轉(zhuǎn)移到對側(cè)肢體時，參考側(cè)肢體自由擺動。下肢3個關(guān)節(jié)迅速屈曲，確保足離開地面踏上臺階（圖6）；
擺動相中期，髖（60°~70°屈曲）、膝（80°~95°屈曲）達到屈曲峰值；
擺動相末期，踝關(guān)節(jié)達到峰值（10°背屈）。在擺動相早期，股二頭肌短頭強力屈曲關(guān)節(jié)達到峰值，使膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)短時間爆發(fā)力。
在擺動相中期前段，髖關(guān)節(jié)也出現(xiàn)短暫爆發(fā)力，隨后迅速屈曲。有研究表明這個期間股直肌達到繼發(fā)性收縮峰值，其他髖屈?。ū热琪难。┑淖饔蒙形礄z測。擺動相中期，脛骨前肌活動也達到峰值來協(xié)助踝背屈。
擺動相中期的后半部分，由于肢體達到接觸下一個臺階的最后體位，膝關(guān)節(jié)開始伸直。
擺動相末期，股外側(cè)肌低水平的收縮確保初始著地前適度的膝關(guān)節(jié)伸直，同時增加穩(wěn)定性，準備承受體重。擺動相末期，髖關(guān)節(jié)輕度收縮（5°~10°范圍）以確定肢體在下一個臺階踏板的位置。在此期間，腘繩?。垂啥^肌長頭、半膜肌、半腱?。┛刂企y、膝關(guān)節(jié)的前向活動。
3.作用力
3.1 地面反作用力
上樓梯時，垂直于地面的瞬時力呈現(xiàn)2個峰值。
第1個峰值出現(xiàn)在單下肢支撐開始，相當于1.12個體重單位。
擺動前期的第2個峰值略大些（1.23個體重單位）。
這比較接近平地行走時的第1個峰值（1.19個體重單位）和第2個峰值（1.17個體重單位）的特征。
上樓梯時前后地面反作用力與平地行走時的模式類似，但幅度較小。
支撐相的前半段，地面反作用力的合力方向偏后，協(xié)助阻止足在樓梯上向前滑動。
在支撐相后半段，地面反作用力合力偏向前方，阻止足部向后滑動。
3.2力矩
上臺階時，髖、膝、踝關(guān)節(jié)以伸展力矩為主。
文獻通常報道髖關(guān)節(jié)在整個支撐相都表現(xiàn)為伸展力矩。3個研究團隊觀察到支撐相后1/3時段，髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)向短暫、相對較小的屈曲力矩。也有報道發(fā)現(xiàn)支撐相開始時出現(xiàn)短暫的屈曲力矩，隨后很快轉(zhuǎn)為伸展力矩。然而，這些表現(xiàn)并不常見。研究普遍認為軀干的姿勢是影響髖關(guān)節(jié)力矩變化的因素。
膝關(guān)節(jié)在初始著地后緊接著會出現(xiàn)短暫的、低強度的屈曲力矩，隨后在負重期至支撐相中期，迅速轉(zhuǎn)為高強度的伸展力矩。膝關(guān)節(jié)伸展力矩的峰值，文獻報道差異較大，為0.5~1.5N·m/kg。軀干姿勢未能控制將影響力矩的測量。
在支撐相末期，膝關(guān)節(jié)伸展力矩轉(zhuǎn)為屈曲力矩。擺動前期的特征為膝內(nèi)側(cè)的屈曲力矩。
踝關(guān)節(jié)在支撐相跖屈力矩表現(xiàn)為兩個峰值。支撐相末期的第2個峰值（1.2~1.5N·m/kg）通常大于支撐相早期出現(xiàn)的最高值（15%~20%步態(tài)周期）。
3.3 動力
在整個支撐相，一系列動力爆發(fā)抬高并將身體向前推動。
髖關(guān)節(jié)在負重時產(chǎn)生爆發(fā)力（7%步態(tài)周期時1.01W/kg），膝關(guān)節(jié)在支撐相中期（18%步態(tài)周期時1.79W/kg）協(xié)助向前抬高身體。
支撐相末期，踝關(guān)節(jié)產(chǎn)生很強的爆發(fā)力（53%步態(tài)周期時2.53W/kg），因而有助于將身體重心轉(zhuǎn)向另一側(cè)肢體。只有踝關(guān)節(jié)的力量強度與平地行走時接近。
4.上樓梯與步行
與步態(tài)相似，上樓梯也被分為了兩個時相：站立相大約持續(xù)了整個周期64%，擺動相持續(xù)了周期的36%。另外，樓梯步行的每個時相被進一步分為反映各時相需要完成的目標。
在上樓梯時，站立相又被分為承重期、身體上提期和向前持續(xù)推進期，擺動相又分為足廓清期和足放置期。
在站立相，承重期起始于足的中部至前部。身體上提期的發(fā)生是由于膝和踝的伸肌活動引起，主要是股外側(cè)肌和比目魚肌的向心性收縮。樓梯步行不同于水平步行有2個方面：①完成上樓需要的力量是控制水平步行的2倍；②在上樓梯時膝關(guān)節(jié)伸肌產(chǎn)生了大部分力量使身體向前進。最后，在向前持續(xù)推進期，踝關(guān)節(jié)產(chǎn)生了向前和上提的力量：然而，在樓梯步行的向前行進期之后踝關(guān)節(jié)的力量不是主要的力量根源。在樓梯步行的平衡控制中，最大的不穩(wěn)定來自對側(cè)足尖抬離地面，單側(cè)腳承擔了整個身體的重量時，髖、膝、踝關(guān)節(jié)都是屈曲的（McFandyen & Winter，1988）。
個體在上樓梯時的擺動相與水平步行很相似，包括足廓清和合適的擺放足，以使體重會在下一個站立相被接受。足廓清是由脛前肌背屈踝關(guān)節(jié)，腘繩肌屈曲膝關(guān)節(jié)來完成的。股直肌離心性收縮通過中期擺動逆轉(zhuǎn)這個動作。擺動腿通過擺動腿屈髖肌的激活及對側(cè)站立腿的運動來帶動它向上向前。最后足的放置是由伸髖肌和踝關(guān)節(jié)的背屈肌來控制的（McFandyen & Winter，1988）。
“人世間的靈魂，瘋癲的青春；幸福者所挽留的今天，不幸者所翹盼的來日。把冷漠狹隘當眼鏡的人啊，繼續(xù)在陰暗里尋求你的白日吧，一切都會按照你的妄想涂上顏色。”
——胡安娜·伊內(nèi)斯·德·拉·克魯斯《人類生命中令人心醉的青春》
聯(lián)系客服
