4-7岁健康儿童步态运动学参数分析

张海涛，陆阿明

(苏州大学 体育学院，江苏 苏州 215006)



4-7岁健康儿童步态运动学参数分析

张海涛，陆阿明

(苏州大学 体育学院，江苏 苏州 215006)

目的：通过分析4～7岁儿童步态运动学特点，揭示儿童行走规律，掌握儿童行走时步态特点。方法:以27例4～7岁健康儿童(男童12名女童15名)为测试对象。使用Zebris步态分析跑台，测得儿童行走时运动学参数，采用的时间参数包括支撑期、摆动期、单支撑时相比率和步频；空间参数包括：步长、步宽、足偏角。结果:时间参数特征，4岁儿童支撑期较长，随着年龄的增长呈下降趋势，单腿支撑时间较成人短， 5岁以后与成人接近，4～5岁儿童步频明显高于成人水平，6岁之后与成人接近；空间参数特征：4～7岁步宽随年龄增加呈下降趋势，但仍然高于成人水平。儿童足偏角小于成人水平，左右脚无显著性差异。结论：儿童步态与青年人有明显差异，表现为单支撑时间较短，步宽较大，步频较快，足偏角小于成人。

健康儿童；步态；运动学特征

行走是人类最基本的运动行为，既是人体结构与功能、行为与心理活动的外在表现，也是人体运动功能的综合表现。步态是指人体行走时的姿态，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。随着测量技术的发展和测试设备的改进,我们能够对人体行走时所表现出来的外部特征，尤其是下肢运动情况进行动态的定量分析，因此就出现了步态分析。步态分析对人体运动系统和神经系统疾病的病因分析和诊断，功能、疗效与残疾评定，截瘫病人的行走功能重建等均有重要意义，已成为基础和临床研究中不可缺少的评定方法之一。

儿童行走时的步态与成人行走步态存在非常大的差异。为了对异常或患病儿童步态进行描述、研究并采取即时治疗，人们必须要了解正常儿童的步态与成人步态之间的差异、儿童步态达到成熟的时间、影响儿童步态成熟的因素[1]。国外从19世纪开始就开始对正常儿童行走步态展开研究[2]，而国内对正常儿童步态特征的研究还比较少，多数是对肥胖儿童步态特征及足底压力分布进行研究[3,4]，以及对脑瘫患儿的步态特征[5-8]研究较多，缺乏对儿童行走的步态特征变化情况的详细描述。本研究为了指明儿童在不同年龄阶段步态运动学特征的变化情况，了解正常儿童的步态与成人步态之间的差异。为提高儿童的身体素质，也为患病幼儿步态诊断和治疗提供定量参考依据

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

实验于2016年1月在苏州大学实验室对27名年龄为4～7岁的儿童进行行走步态运动学数据采集。受试者儿童均来自于苏州大学职工子女，所有儿童自愿参加本次测试。

表1 实验对象基本情况

1.2 研究方法

采用德国生产Zebris步态分析跑台，对儿童常速行走时步态运动学参数进行采集。所有儿童都赤足在跑台上行走，采集数据前将跑台速度调至低速让受试者在跑台上试走几次，适应了跑台的行走模式之后，将速度增加至儿童能够正常步行走的速度，适应3～5min，在儿童步态稳定后开始采集，采集时间为30s。采集数据时不给儿童任何提示。本实验采用Excle2010、SPSS21.0数据处理软件包对实验数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 正常步态周期描述

行走属于周期性的动作系统。在行走过程中，从一侧脚跟着地开始到该脚跟再次着地构成一个步态周期，一个步态周期也称为一个复步，期间左右足都经历一个与地面接触的支撑过程及离地前摆的摆动过程，对其分别称为步态周期活动的支撑时相和摆动时相。支撑时相又分为脚跟着地、趾着地、支撑中期、脚跟离地 蹬离期和趾离地诸动作阶段。摆动时相分为加速期、摆动期和减速期。成人常速行走时,支撑时相约占整个步态周期的60%～65%[9]。一只腿离开地面的时期为单支撑期。当一侧下肢进入支撑时相时。另侧下肢尚未离地，两下肢同时负重称为双支撑期。随着年龄的增长，单 、双支撑时相占步态周期的比例也随之变化。不同性别和身高的人，其支撑时相和摆动时相所占的比例无明显差异[10]。

图1 步态时相划分

2.2 时间参数

2.2.1 支撑期、摆动期、单支撑时相比。从表2可以看出，4～7岁儿童支撑期随着年龄的增加逐渐减小，5岁后支撑期达60%～65%之间，接近成人水平，4～7儿童支撑期左右脚之间无显著性差异(P=0.27)。摆动期随着年龄的增加逐渐增大，表明儿童随着年龄的增加稳定性增加，并且各年龄段儿童摆动期左右脚之间无显著性差异(P=0.34)。表明在行走过程中左右脚差异较小，左右脚协调性较好。王新[13]等人对健康儿童步态特征分析的研究中表明，3岁以后儿童的支撑期便接近成人水平，而本实验表明儿童4岁时支撑期依然高于成人水平，这可能与跑台行走步态与地面行走步态差异有关。也可能由于儿童不适跑步机的行走模式所导致。

同时，从表2中可以看出4～7岁儿童单支撑时相比随着年龄的增长呈增加趋势，5岁之后约为35%接近成人水平，4～7岁儿童单支撑时相比在左右脚之间无显著性差异(P=0.35)。表明儿童随着年龄的增加运动系统、自身姿势控制能力不断增强，单足支撑时间变小依然能够调节身体的平衡和协调性，与国外研究一致[11，12]。单足支撑时相比，指单足支撑时间在整个在整个步态周期中所占的比例，是一个能够反映步态成熟的重要参数，这是因为单足平衡能力是人类双足行走的标志。单足支撑时间不仅能够反映步态稳定性，还为行走中的摆动提供了充足的时间。

表2 4～7岁儿童步行时间参数

2.2.2 步频。步频指行走时每分钟迈出的步数，正常成年人一般在90～125步/min。儿童稳定性差，步频较快，从图2中可以看出，4～5岁儿童步频在130以上，随着年龄增长有下降趋势。6岁以后步频在120以下，与成人接近。张少伟对7岁男童步态特征分析，结果显示7岁健康儿童步频在62步左右/min，本实验数据显示7岁儿童的步频仍在100以上，这可能与在跑台上行走有关，儿童的适应能力有限，所有参加本实验的儿童都是第一次尝试在跑台上行走，有研究表明[16]，儿童9岁以前对物体三维空间改变的适应以及认知的发展受到任务的复杂程度、指导语、思维发展水平等因素干扰。所以在本实验中7岁步频仍然较快，儿童的快速步态，是导致儿童摔倒的重要因素，所以儿童步行初期和发展期，一定要注意锻炼和家人的看护，减少摔倒的次数。

图2 儿童步频变化图

2.3 空间参数

2.3.1 步宽。人们在行走时，两侧足内侧弓之间的距离成为步宽，正常为5～8cm。步宽是衡量横行稳定性的一个重要因素。当人体稳定性下降或者肢体患病出现稳定性障碍时，在行走时步宽会增大以增大支撑面积，增加肢体的稳定性。从图2中可以看出，随着年龄的增长步宽减小，并趋于稳定，约为10cm，与成人相比，大于成人水平。这是由于儿童稳定性差，不得不增加步宽，增大支撑面，维持重心稳定。研究表明[17]如果步宽值过大的话，就会在横向产生无效分力的作用，导致身体的左右摇晃幅度增大，这对儿童长时间行走也是不利的，容易产生过多的无效能量消耗。另外，步宽过宽的话，则需要足弓的内侧产生较大的相对下陷来缓冲力量，维持足部的稳定性，长时间行走，则导致胫骨后肌群肌肉容易疲劳，同时足部稳定功能低下导致足部的损伤。

图3 儿童步宽变化图

2.3.2 步长。步长是指同侧足跟或足尖到迈步后足跟到足尖的距离，步长随年龄、身高差异较大。已有研究证实，身高对步长有影响[14]。Stansfield[15]等人提出，在对进行步态研究时，对不同身体形态人群进行比较时，需要对数据进行无量纲化(non-dimentional normalization)。本实验对步长做了无量纲化后。从图4中可以看出，随着年龄的增加趋势，基本趋于平稳。5岁以后步长身高比在55%以上接近于成人水平。Sutherland对4～7岁儿童步态特征研究时发现，对儿童步长无量纲化后，步长曲线不会发生显著性变化[1]。

图4 步长与身高比

2.3.3 足偏角。足偏角是指平地行走时脚与步行方向中线所成的角,正常人约为15°,左右脚分别计算。这个角度是由大腿骨颈部的前屈和小腿胫骨扭曲使下肢关节外旋所造成的,如果大腿骨颈和小腿胫骨扭曲异常,足偏角就会产生明显的变化。从图5可以看出,随着年龄增长足偏角有增加趋势，4岁到5岁增加较快，5岁到6岁变化较小，但4-7岁儿童的足偏角均小于成人水平,这可能与幼儿发育状况有关。同时从图5中可以看出儿童左右脚具有不对称性，但左右脚无统计学差异(P=0.13)。提示家长，在儿童步态稳定初期需要特别关注左右脚的对称性，预防长短腿，扁平足的发生。

图5 儿童左、右足偏角变化

综上所述，儿童的步态运动学特征与成人比较具有一定的差异性。本研究中，儿童的单支撑时相、步频、步宽均大于成人，这可能与儿童的下肢肌肉力量发展特点有关。有研究表明[18]儿童身体肌肉发育具有一定的顺序性，规律一般为：先发展躯干肌再发展四肢肌肉，屈肌先于伸肌，大块肌肉先于小块肌肉，先发展上肢肌肉再发展下肢肌肉，一般8、9岁以后，肌肉发育的速度开始加快，力量逐渐增加。儿童在行走早期稳定性较差，协调性不够，提醒家长应注意看护儿童，减少摔跤和磕绊的风险。并且在儿童行走早期注意儿童左右足协调性，避免出现长短腿，高低肩等不良姿势，对儿童的身体形态造成不良影响。

3 结 论

3.1 4岁儿童支撑期较长，5岁之后支撑期接近成人水平。摆动期随着年龄的增长呈增加趋势。4岁时，单足支撑期较短，5岁左右单足支撑时间与成人接近。5岁之前为了保持身体平衡儿童步频较快，随年龄的增加步频逐渐减小，6岁后接近成人水平。

3.2 4～7岁儿童步态发展不成熟，行走时稳定性较差，随着年龄的增长步宽减小，并趋于稳定，约为10cm，但仍高于成人水平。随着年龄的增加趋势，步长身高比基本趋于平稳。5岁以后步长身高比在55%以上接近于成人水平。

3.3 4～7岁儿童足偏角均随年龄增长呈增加趋势，但均小于成人水平，并且左右脚之间无显著性差异。

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Gait Kinematics Parameter Analysis on Healthy Children Aged 4 to 7

ZHANG Hai-tao,LU A-ming

(PE College ,Suzhou University, Suzhou 215006， China)

Objective: Through the analysis of children aged 4 to 7 walking gait kinematics characteristics, revealing the rules and characteristics of children walking gait master. Methods:27healthy children aged 4 to 7(boys 12 and girls 15) were selected. Use the Zebris treadmill gait analysis, measured kinematic parameters of children walking, using the time parameter including support, swing, rate and frequency compared to the single support. Spatial parameters include: step length. step width, foot angle.,Results: The time parameters of 4 year old children support over a long period of time, decreased with age, single leg support time is short after the age of 5 adults, and adults to stride 4～5 years old children was significantly higher than that of adults, and adults after the age of 6 near; spatial parameter characteristics: 4～7 years step width decreased with the increase of age, but still higher than the adult level. Children less than a foot angle level, there were no significant difference on foot. Conclusion: There are significant differences in children's gait with young people, showed a single support time is shorter, the step width is larger, faster pace, foot angle less than adults.

healthy children; gait; kinematics characteristics

2016-10-08

张海涛(1991-)，女，在读硕士研究生，研究方向：运动生物力学.

G804.64

A

1004-3624(2016)06-0103-04