馮茹 楊辰

摘 ?要：目的：本文旨在綜合國(guó)內(nèi)外對(duì)于倒走的研究，總結(jié)倒走與正向行走的生物力學(xué)差異及倒走在健身和康復(fù)訓(xùn)練中的效益，并為后續(xù)如何實(shí)施倒走運(yùn)動(dòng)方案提供參考。方法：查閱近年來(lái)國(guó)內(nèi)外有關(guān)倒走運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析、倒走訓(xùn)練的干預(yù)研究的文獻(xiàn)資料，對(duì)資料中的信息進(jìn)行匯總歸納和整理。結(jié)果：倒走與正向行走對(duì)比，步長(zhǎng)短，步頻更快，步寬減少，膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的活動(dòng)幅度與正向行走存在差異，髖關(guān)節(jié)無(wú)差異;倒走中膝關(guān)節(jié)作用力，髕骨關(guān)節(jié)間作用力較小;下肢肌肉的激活時(shí)序和激活程度在單雙支撐相都與一般行走存在顯著差異，腘繩肌和腰背肌群的激活程度也顯著增大。結(jié)論：倒走可提高平衡能力，作為老年人的日常健身項(xiàng)目;倒走顯著激活了腰部肌群，對(duì)于腰部慢性損傷患者具有較好的鍛煉效益;由于倒走運(yùn)動(dòng)具有較小的下肢關(guān)節(jié)受力，同時(shí)激活更多下肢肌肉，在下肢運(yùn)動(dòng)損傷康復(fù)階段，可作為鍛煉項(xiàng)目之一。

關(guān)鍵詞：倒走運(yùn)動(dòng) ?生物力學(xué) ?康復(fù) ?步態(tài)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：G808 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2813（2020）09（a）-0043-05

Abstract： Objective： This study summarized the biomechanical differences between backward walking and forward walking and the benefits of backward walking in fitness and rehabilitation training by integrating the domestic and foreign studies on reverse walking. So it could provide references for the application of backward walking in the future. Methods： It was a review study so we search the literatures about the biomechanics analysis and the intervention research of backward walking at home and abroad in recent years，. and summarize and sort out the information in the data. Results： Compared with forward walking， step length， frequency and width of backward walking were different. There were differences in the activity amplitude of knee joint and ankle joint，，but no difference in hip joint. In backward walking， the force of knee joint and patella joints was smaller than that of forward walking. The activation sequence and activation degree of lower limb muscles were significantly different from that of forward walking. The activation degrees of hamstring and lumbar dorsal muscles were significantly increased. Conclusion： Backward walking can effectively improve the balance ability， and can be used as a daily fitness program for the elderly. Backward walking significantly activated the lumbar muscle group， which had good benefits for patients with chronic lumbar pain. Since it has less stress on lower limb joints and more lower limb muscles are activated at the same time， it can be used as one of the exercise in the rehabilitation stage of lower limb sports injury.

Key Words： Backward walking; Biomechanics; Rehabilitation; Gait analysis

步行是一般人類(lèi)必備的行動(dòng)能力，經(jīng)由神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的控制，下肢各環(huán)節(jié)配合形成周期化的步行動(dòng)作。一旦神經(jīng)骨骼肌肉系統(tǒng)任一環(huán)節(jié)受到損害，人的行走步態(tài)就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變[1]。在日常生活中根據(jù)各種活動(dòng)需求，下肢完成不同的動(dòng)作，包括步行、跑、跳、側(cè)滑等。一直以來(lái)都有研究進(jìn)行不同動(dòng)作的下肢動(dòng)作模式和受力情況的分析，為下肢損傷的機(jī)制和康復(fù)手段提供理論基礎(chǔ)[2]。如步行時(shí)膝關(guān)節(jié)受力僅略高于體重;而側(cè)滑和前滑等動(dòng)作的受力約為2倍體重;慢跑則為2.5倍體重;快跑則接近4倍體重;而跳則超過(guò)5倍以上的體重[3]。

正向行走是最簡(jiǎn)單的基本動(dòng)作，一般提到的步態(tài)分析即為正向行走的分析。但自20世紀(jì)80年代以來(lái)，背向行走（backward walking，倒走）開(kāi)始進(jìn)入到人們的視野。它是一種建立在正向行走基礎(chǔ)上的人類(lèi)的一種本能。倒走健身也越來(lái)越多成為當(dāng)下的健身趨勢(shì)，在健身和康復(fù)訓(xùn)練中得到應(yīng)用，但目前對(duì)于倒走這種運(yùn)動(dòng)的分析研究并不太多。

本文綜合目前為止國(guó)內(nèi)外對(duì)于倒走的研究，總結(jié)倒走運(yùn)動(dòng)與正向行走對(duì)比的生物力學(xué)特征，旨在研究倒走在健身中的作用和在康復(fù)訓(xùn)練中能達(dá)到的效益。提供較完善的倒走運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為倒走運(yùn)動(dòng)的適用人群、適用的運(yùn)動(dòng)損傷及其在康復(fù)中的適用階段提供合理建議，并為后續(xù)如何實(shí)施合理的倒走運(yùn)動(dòng)方案的研究提供參數(shù)和研究思路。

1 ?倒走在康復(fù)和健身中的應(yīng)用

1.1 倒走在康復(fù)中的應(yīng)用

在臨床上，倒走作為一種鍛煉手段被應(yīng)用于各種損傷和疾病的康復(fù)治療，很多研究也證實(shí)了這種倒走訓(xùn)練所能達(dá)到的康復(fù)效益。倒走可以提高下肢的平衡能力和肌肉力量，且倒走訓(xùn)練提供了神經(jīng)肌肉系統(tǒng)和心血管功能的雙重訓(xùn)練[4]。

倒走訓(xùn)練可以用于偏癱患者，來(lái)提高他們的運(yùn)動(dòng)控制能力以實(shí)現(xiàn)更佳的步態(tài)表現(xiàn);Thomas也提到可以避免中風(fēng)患者下肢的協(xié)同作用產(chǎn)生，可增進(jìn)下肢的選擇性動(dòng)作的產(chǎn)生[5]。YANG等對(duì)25名Brunnstorm分級(jí)為3～4級(jí)的中風(fēng)患者以常規(guī)步態(tài)訓(xùn)練完成后再進(jìn)行3次/周，30min/次，共進(jìn)行3周的倒走練習(xí)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行倒走練習(xí)的患者步速明顯提高、步幅明顯增大，中風(fēng)病人不對(duì)稱(chēng)的步態(tài)也可以通過(guò)倒走訓(xùn)練進(jìn)行糾正[6]。Hackney對(duì)帕金森患者進(jìn)行為期2個(gè)月的倒走訓(xùn)練，證實(shí)這種運(yùn)動(dòng)顯著改善帕金森氏癥患者的功能靈活性、步態(tài)表現(xiàn)、平衡能力[7]。

倒走訓(xùn)練不僅用于偏癱等神經(jīng)病損的病人，也同樣多用于下肢骨關(guān)節(jié)損傷的康復(fù)期[8]。相對(duì)于正向行走，髕骨關(guān)節(jié)的應(yīng)力大大減小，對(duì)下肢疲勞性損傷的患者非常有益。有學(xué)者對(duì)單側(cè)前交叉韌帶斷裂術(shù)后3～6個(gè)月內(nèi)的病人利用運(yùn)動(dòng)平板進(jìn)行倒走訓(xùn)練，前交叉韌帶重建術(shù)后患者的位置覺(jué)和運(yùn)動(dòng)覺(jué)都得到了提高。訓(xùn)練中適度提高平板傾斜角度能夠增強(qiáng)治療的效果。倒走訓(xùn)練也一樣用于髕骨關(guān)節(jié)綜合征和膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎病人的日常訓(xùn)練中。

1.2 倒走在健身中的應(yīng)用

倒走訓(xùn)練由于排除了視覺(jué)刺激對(duì)于平衡的調(diào)控，本體感覺(jué)對(duì)于平衡的控制發(fā)揮更多的作用，因此倒走訓(xùn)練可以顯著提高平衡能力已經(jīng)得到廣泛認(rèn)同。Campbell等學(xué)者對(duì)233名老年婦女分組進(jìn)行為期6個(gè)月的包含了倒走、側(cè)向運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)身、跨越障礙的鍛煉，結(jié)果證實(shí)，實(shí)驗(yàn)組的平衡能力得到顯著提高，成功地預(yù)防了老年人摔倒[9]。我國(guó)有學(xué)者對(duì)30名女性老年人（實(shí)驗(yàn)組）進(jìn)行為期4個(gè)月的倒走訓(xùn)練，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于一般行走訓(xùn)練的對(duì)照組，他們?cè)谡Ｐ凶邥r(shí)的抬腳高度有明顯增加，實(shí)驗(yàn)組的左、右腳單支撐時(shí)間較對(duì)照組更長(zhǎng)，抬膝高度、擺動(dòng)角速度都有顯著性提高，表示背向行走對(duì)膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生良好的影響，對(duì)提高正向行走能力以及運(yùn)動(dòng)控制、防止跌摔有積極的意義[10]。

綜上所述，近10年來(lái)，倒走被越來(lái)越多地利用到健身和康復(fù)領(lǐng)域，相對(duì)于一般步行鍛煉，它可以更顯著地提高平衡能力，同時(shí)，它并不是單純是行走的逆過(guò)程，它會(huì)激活與步行不同的肌肉神經(jīng)環(huán)節(jié)，達(dá)到不同的鍛煉效果。在下肢環(huán)節(jié)損傷后，它也可以用于康復(fù)訓(xùn)練中，膝關(guān)節(jié)損傷術(shù)后倒走可以促進(jìn)組織的康復(fù)，而對(duì)于慢性膝骨關(guān)節(jié)疼痛，倒走訓(xùn)練也可以緩解疼痛，改善下肢環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)功能。

2 ?倒走的生物力學(xué)分析

2.1 倒走的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

一個(gè)完整的步態(tài)包括兩個(gè)連續(xù)的步伐，一個(gè)步伐又可以劃分為兩個(gè)時(shí)相：?jiǎn)沃蜗嗪碗p支撐相。與行走一樣，倒走也是一個(gè)周期性運(yùn)動(dòng)。日本學(xué)者對(duì)17名男性和10名女性的自然正向和逆向行走的基本步態(tài)參數(shù)進(jìn)行了分析，指出在健康成年人在倒走步態(tài)中，都顯著減小了步行的步寬、步頻和行走速度，且在倒走中雙支撐時(shí)相比例明顯增加[11]。Grasso以7名健康的成年人為受試者測(cè)量正常行走與背向行走，發(fā)現(xiàn)背向行走的跨步長(zhǎng)為1.16m明顯小于正常行走的1.24m;步行速度正向行走為1.01m/s，背向行走為0.94m/s，所以完成一個(gè)步態(tài)周期背向行走為1.36s，正向行走為1.42s[12];但與前研究相反的單支撐相和雙支撐相比例正向和逆向行走并沒(méi)有太大差別。從年齡角度上來(lái)說(shuō)，不論是年輕人還是老年人，在背向行走時(shí)，皆有步速變慢、步長(zhǎng)變短和雙腳支撐期時(shí)間加長(zhǎng)與擺動(dòng)期時(shí)間減少的情況發(fā)生，但老年人更為明顯[13]。學(xué)者建議將倒走作為老年人健身手段時(shí)，應(yīng)考慮不同年齡步態(tài)的特點(diǎn)和差異，方能達(dá)到最佳效果。

從下肢各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)看，在倒走和正常行走中，髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)幾乎表現(xiàn)為完全相反，即倒走的髖關(guān)節(jié)角度即為時(shí)間軸倒置的正向行走，但膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)表現(xiàn)出差異[14，15]。Van研究了青年人在倒走和正常步走，一樣證實(shí)了運(yùn)動(dòng)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)主要在膝、踝關(guān)節(jié)存在差異[16]。Minhyeon Lee對(duì)26名青年男性和5名女性的正向和逆向行走的步態(tài)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)下肢髖膝踝在整個(gè)步態(tài)中的關(guān)節(jié)活動(dòng)的角度范圍都減小，且在特殊時(shí)刻點(diǎn)（著地、離地）的踝膝關(guān)節(jié)角度都顯著不同，所以倒走并不僅是時(shí)間軸顛倒的正向行走[17]。

2.2 倒走的動(dòng)力學(xué)分析

目前，對(duì)于倒走的動(dòng)力學(xué)分析的研究并不多，但目前幾乎所有的文獻(xiàn)都表明倒走相對(duì)于正走，地面反作用力、關(guān)節(jié)間作用力、關(guān)節(jié)力矩都存在明顯差別。Lee[18]等人利用三維捕捉和測(cè)力臺(tái)對(duì)比了正向和逆向行走的差別，發(fā)現(xiàn)倒走時(shí)支撐時(shí)相的屈膝力矩和膝關(guān)節(jié)功率峰值都明顯小于正走。我國(guó)學(xué)者對(duì)比了10m內(nèi)的倒走和正走的動(dòng)力學(xué)差異，發(fā)現(xiàn)在支撐相早期地面反作用力比正走更大，但支撐相晚期較正走時(shí)小，倒走在支撐相顯著減輕膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)負(fù)荷[19]。當(dāng)然更多的研究表面倒走相對(duì)于正走大大減小了地面反作用力峰值，但這可能與倒走速度相對(duì)于正走更小有關(guān)，以后的研究可以結(jié)合相同步速下的正向行走和倒走的對(duì)比[20-21]。從各環(huán)節(jié)的蹬伸作用中，踝關(guān)節(jié)在蹬伸和緩沖過(guò)程在倒走運(yùn)動(dòng)中貢獻(xiàn)更大，這與正向行走髖膝主要用來(lái)緩沖存在很大差異[22]。

從足底壓力的角度來(lái)分析，Albensi[23]等在觀察正走、倒走過(guò)程中個(gè)體體重對(duì)足跟壓力的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，正走對(duì)足跟的壓力大于倒走對(duì)足跟的壓力，倒走也可減少對(duì)跟骨的沖擊導(dǎo)致的損傷。國(guó)內(nèi)一些學(xué)者也對(duì)倒走的足底壓力分布狀況做了研究，更有研究分析了糖尿病病人的正走和倒走的足底壓力對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)倒走時(shí)較前行時(shí)足底壓力區(qū)域分布更為均勻，前足掌壓力減輕，緩解了前掌的疲勞損傷，能起到預(yù)防糖尿病足的作用[24]。

2.3 倒走的肌電分析

表面肌電采集可以反映不同運(yùn)動(dòng)中的肌肉激活程度，也可以進(jìn)行疲勞評(píng)價(jià)。Eisner[14]采集了健康成人正向和逆向行走中股外側(cè)肌、股直肌、腘繩肌、脛骨前肌等下肢肌肉的肌電信號(hào)，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于正向行走，倒走中腘繩肌的激活程度大大增加，而作為膝關(guān)節(jié)的主要屈曲肌群，腘繩肌的激活大大增加了膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。Grasso[8]通過(guò)對(duì)比正向和逆向行走的下肢肌電，指出倒走和正向行走在肌電上幾乎沒(méi)有相關(guān)性，正走的推進(jìn)力來(lái)源于跖屈肌群，而倒走的推進(jìn)力主要來(lái)源于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的伸肌群。

Flynn0and[5]對(duì)6位健康男性進(jìn)行背向跑步實(shí)驗(yàn)，測(cè)的肌群包括有股直肌、股內(nèi)肌、股二頭肌、腓腸肌以及脛骨前肌，結(jié)果顯示股四頭肌肌群，是背向跑步時(shí)主要等長(zhǎng)及向心收縮肌群，并建議背向跑步可當(dāng)作增強(qiáng)膝關(guān)節(jié)伸肌力量的方式。Grasso[19]對(duì)正向和逆向行走的下肢肌肉的肌電進(jìn)行采集，顯示背向行走的平均EMG活動(dòng)量是比正常行走更活躍。Masumoto[17]對(duì)11名青年男性倒和正常步走時(shí)的腰背部肌群進(jìn)行表面肌電分析，發(fā)現(xiàn)倒走時(shí)腰背部肌群放電量顯著大于正常步走。Flynn[25]等也通過(guò)肌電采集證實(shí)倒走可以更大程度激活豎脊肌。因此有學(xué)者提出，倒走可以作為慢性腰背疼痛，腰椎間盤(pán)突出患者的鍛煉方式。

3 ?倒走的生物力學(xué)分析的研究展望

自20世紀(jì)80年代倒走這種運(yùn)動(dòng)方式開(kāi)始出現(xiàn)，關(guān)于倒走的研究也開(kāi)始興起，20世紀(jì)90年代關(guān)于倒走的研究較為多見(jiàn)，但這幾年關(guān)于倒走的研究并不多見(jiàn)，研究也多集中在倒走訓(xùn)練對(duì)于不同人群所達(dá)到的健康效益。但對(duì)于倒走這種運(yùn)動(dòng)一個(gè)完善的運(yùn)動(dòng)模式，下肢各環(huán)節(jié)在倒走運(yùn)動(dòng)中的受力狀態(tài)并沒(méi)有一個(gè)完善的研究。

目前的研究可以較明確提供以下信息：行走運(yùn)動(dòng)與正向行走具有不同的運(yùn)動(dòng)模式，從而引起骨骼—肌肉系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的不同反應(yīng)，相對(duì)于正向行走可以達(dá)到不同的健身效益;倒走訓(xùn)練有效提高平衡能力，增加行走中上肢的擺動(dòng)幅度，增加左右兩側(cè)在行走中的均衡，可以作為老年人的日常健身項(xiàng)目，有效減小老年人日常活動(dòng)中的跌倒風(fēng)險(xiǎn);倒走顯著激活了腰部肌群，對(duì)于腰部慢性損傷（腰肌勞損、腰椎間盤(pán)突出）患者具有較好的鍛煉效益;由于倒走運(yùn)動(dòng)具有較小的下肢關(guān)節(jié)受力，同時(shí)激活更多下肢肌肉，在髖膝踝關(guān)節(jié)損傷或者下肢組織損傷康復(fù)階段，根據(jù)負(fù)重程度，可以作為康復(fù)期的鍛煉項(xiàng)目之一。

但在對(duì)近些年來(lái)相關(guān)文獻(xiàn)的總結(jié)中，發(fā)現(xiàn)即使是同類(lèi)研究的實(shí)驗(yàn)，也出現(xiàn)了很多混合性的結(jié)果，出現(xiàn)了不同甚至相反的研究結(jié)論。提示實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性需要得到提高，很多研究結(jié)論可能基于人群和步行速度的不嚴(yán)謹(jǐn)，在未來(lái)的研究中，可以結(jié)合不同速度下進(jìn)行正向和逆向行走的對(duì)比。同時(shí)對(duì)倒走下肢各環(huán)節(jié)的受力進(jìn)行更明確的分析，以為以后專(zhuān)業(yè)的倒走訓(xùn)練設(shè)備的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

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