倒走在健身和康復中的應用

馮茹 楊辰

摘 ?要：目的：本文旨在綜合國內外對于倒走的研究，總結倒走與正向行走的生物力學差異及倒走在健身和康復訓練中的效益，并為后續(xù)如何實施倒走運動方案提供參考。方法：查閱近年來國內外有關倒走運動生物力學分析、倒走訓練的干預研究的文獻資料，對資料中的信息進行匯總歸納和整理。結果：倒走與正向行走對比，步長短，步頻更快，步寬減少，膝關節(jié)和踝關節(jié)的活動幅度與正向行走存在差異，髖關節(jié)無差異;倒走中膝關節(jié)作用力，髕骨關節(jié)間作用力較小;下肢肌肉的激活時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。結論：倒走可提高平衡能力，作為老年人的日常健身項目;倒走顯著激活了腰部肌群，對于腰部慢性損傷患者具有較好的鍛煉效益;由于倒走運動具有較小的下肢關節(jié)受力，同時激活更多下肢肌肉，在下肢運動損傷康復階段，可作為鍛煉項目之一。

關鍵詞：倒走運動 ?生物力學 ?康復 ?步態(tài)分析

中圖分類號：G808 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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

步行是一般人類必備的行動能力，經由神經肌肉系統的控制，下肢各環(huán)節(jié)配合形成周期化的步行動作。一旦神經骨骼肌肉系統任一環(huán)節(jié)受到損害，人的行走步態(tài)就會發(fā)生相應的改變[1]。在日常生活中根據各種活動需求，下肢完成不同的動作，包括步行、跑、跳、側滑等。一直以來都有研究進行不同動作的下肢動作模式和受力情況的分析，為下肢損傷的機制和康復手段提供理論基礎[2]。如步行時膝關節(jié)受力僅略高于體重;而側滑和前滑等動作的受力約為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5倍以上的體重[3]。

正向行走是最簡單的基本動作，一般提到的步態(tài)分析即為正向行走的分析。但自20世紀80年代以來，背向行走（backward walking，倒走）開始進入到人們的視野。它是一種建立在正向行走基礎上的人類的一種本能。倒走健身也越來越多成為當下的健身趨勢，在健身和康復訓練中得到應用，但目前對于倒走這種運動的分析研究并不太多。

本文綜合目前為止國內外對于倒走的研究，總結倒走運動與正向行走對比的生物力學特征，旨在研究倒走在健身中的作用和在康復訓練中能達到的效益。提供較完善的倒走運動的運動學動力學參數，為倒走運動的適用人群、適用的運動損傷及其在康復中的適用階段提供合理建議，并為后續(xù)如何實施合理的倒走運動方案的研究提供參數和研究思路。

1 ?倒走在康復和健身中的應用

1.1 倒走在康復中的應用

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

倒走訓練可以用于偏癱患者，來提高他們的運動控制能力以實現更佳的步態(tài)表現;Thomas也提到可以避免中風患者下肢的協同作用產生，可增進下肢的選擇性動作的產生[5]。YANG等對25名Brunnstorm分級為3～4級的中風患者以常規(guī)步態(tài)訓練完成后再進行3次/周，30min/次，共進行3周的倒走練習，對比發(fā)現，進行倒走練習的患者步速明顯提高、步幅明顯增大，中風病人不對稱的步態(tài)也可以通過倒走訓練進行糾正[6]。Hackney對帕金森患者進行為期2個月的倒走訓練，證實這種運動顯著改善帕金森氏癥患者的功能靈活性、步態(tài)表現、平衡能力[7]。

倒走訓練不僅用于偏癱等神經病損的病人，也同樣多用于下肢骨關節(jié)損傷的康復期[8]。相對于正向行走，髕骨關節(jié)的應力大大減小，對下肢疲勞性損傷的患者非常有益。有學者對單側前交叉韌帶斷裂術后3～6個月內的病人利用運動平板進行倒走訓練，前交叉韌帶重建術后患者的位置覺和運動覺都得到了提高。訓練中適度提高平板傾斜角度能夠增強治療的效果。倒走訓練也一樣用于髕骨關節(jié)綜合征和膝關節(jié)骨性關節(jié)炎病人的日常訓練中。

1.2 倒走在健身中的應用

倒走訓練由于排除了視覺刺激對于平衡的調控，本體感覺對于平衡的控制發(fā)揮更多的作用，因此倒走訓練可以顯著提高平衡能力已經得到廣泛認同。Campbell等學者對233名老年婦女分組進行為期6個月的包含了倒走、側向運動、轉身、跨越障礙的鍛煉，結果證實，實驗組的平衡能力得到顯著提高，成功地預防了老年人摔倒[9]。我國有學者對30名女性老年人（實驗組）進行為期4個月的倒走訓練，結果發(fā)現，相對于一般行走訓練的對照組，他們在正常行走時的抬腳高度有明顯增加，實驗組的左、右腳單支撐時間較對照組更長，抬膝高度、擺動角速度都有顯著性提高，表示背向行走對膝關節(jié)產生良好的影響，對提高正向行走能力以及運動控制、防止跌摔有積極的意義[10]。

綜上所述，近10年來，倒走被越來越多地利用到健身和康復領域，相對于一般步行鍛煉，它可以更顯著地提高平衡能力，同時，它并不是單純是行走的逆過程，它會激活與步行不同的肌肉神經環(huán)節(jié)，達到不同的鍛煉效果。在下肢環(huán)節(jié)損傷后，它也可以用于康復訓練中，膝關節(jié)損傷術后倒走可以促進組織的康復，而對于慢性膝骨關節(jié)疼痛，倒走訓練也可以緩解疼痛，改善下肢環(huán)節(jié)的運動功能。

2 ?倒走的生物力學分析

2.1 倒走的運動學分析

一個完整的步態(tài)包括兩個連續(xù)的步伐，一個步伐又可以劃分為兩個時相：單支撐相和雙支撐相。與行走一樣，倒走也是一個周期性運動。日本學者對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)參數進行了分析，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相比例明顯增加[11]。Grasso以7名健康的成年人為受試者測量正常行走與背向行走，發(fā)現背向行走的跨步長為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有太大差別。從年齡角度上來說，不論是年輕人還是老年人，在背向行走時，皆有步速變慢、步長變短和雙腳支撐期時間加長與擺動期時間減少的情況發(fā)生，但老年人更為明顯[13]。學者建議將倒走作為老年人健身手段時，應考慮不同年齡步態(tài)的特點和差異，方能達到最佳效果。

從下肢各關節(jié)的運動學數據來看，在倒走和正常行走中，髖關節(jié)的運動學數據幾乎表現為完全相反，即倒走的髖關節(jié)角度即為時間軸倒置的正向行走，但膝關節(jié)和踝關節(jié)運動學表現出差異[14，15]。Van研究了青年人在倒走和正常步走，一樣證實了運動過程中運動學指標主要在膝、踝關節(jié)存在差異[16]。Minhyeon Lee對26名青年男性和5名女性的正向和逆向行走的步態(tài)進行分析，發(fā)現下肢髖膝踝在整個步態(tài)中的關節(jié)活動的角度范圍都減小，且在特殊時刻點（著地、離地）的踝膝關節(jié)角度都顯著不同，所以倒走并不僅是時間軸顛倒的正向行走[17]。

2.2 倒走的動力學分析

目前，對于倒走的動力學分析的研究并不多，但目前幾乎所有的文獻都表明倒走相對于正走，地面反作用力、關節(jié)間作用力、關節(jié)力矩都存在明顯差別。Lee[18]等人利用三維捕捉和測力臺對比了正向和逆向行走的差別，發(fā)現倒走時支撐時相的屈膝力矩和膝關節(jié)功率峰值都明顯小于正走。我國學者對比了10m內的倒走和正走的動力學差異，發(fā)現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小，倒走在支撐相顯著減輕膝關節(jié)內外側負荷[19]。當然更多的研究表面倒走相對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于正走更小有關，以后的研究可以結合相同步速下的正向行走和倒走的對比[20-21]。從各環(huán)節(jié)的蹬伸作用中，踝關節(jié)在蹬伸和緩沖過程在倒走運動中貢獻更大，這與正向行走髖膝主要用來緩沖存在很大差異[22]。

從足底壓力的角度來分析，Albensi[23]等在觀察正走、倒走過程中個體體重對足跟壓力的影響時發(fā)現，正走對足跟的壓力大于倒走對足跟的壓力，倒走也可減少對跟骨的沖擊導致的損傷。國內一些學者也對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比，結果發(fā)現倒走時較前行時足底壓力區(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動中的肌肉激活程度，也可以進行疲勞評價。Eisner[14]采集了健康成人正向和逆向行走中股外側肌、股直肌、腘繩肌、脛骨前肌等下肢肌肉的肌電信號，發(fā)現相對于正向行走，倒走中腘繩肌的激活程度大大增加，而作為膝關節(jié)的主要屈曲肌群，腘繩肌的激活大大增加了膝關節(jié)的穩(wěn)定性。Grasso[8]通過對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有相關性，正走的推進力來源于跖屈肌群，而倒走的推進力主要來源于髖關節(jié)和膝關節(jié)的伸肌群。

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

3 ?倒走的生物力學分析的研究展望

自20世紀80年代倒走這種運動方式開始出現，關于倒走的研究也開始興起，20世紀90年代關于倒走的研究較為多見，但這幾年關于倒走的研究并不多見，研究也多集中在倒走訓練對于不同人群所達到的健康效益。但對于倒走這種運動一個完善的運動模式，下肢各環(huán)節(jié)在倒走運動中的受力狀態(tài)并沒有一個完善的研究。

目前的研究可以較明確提供以下信息：行走運動與正向行走具有不同的運動模式，從而引起骨骼—肌肉系統和神經系統的不同反應，相對于正向行走可以達到不同的健身效益;倒走訓練有效提高平衡能力，增加行走中上肢的擺動幅度，增加左右兩側在行走中的均衡，可以作為老年人的日常健身項目，有效減小老年人日常活動中的跌倒風險;倒走顯著激活了腰部肌群，對于腰部慢性損傷（腰肌勞損、腰椎間盤突出）患者具有較好的鍛煉效益;由于倒走運動具有較小的下肢關節(jié)受力，同時激活更多下肢肌肉，在髖膝踝關節(jié)損傷或者下肢組織損傷康復階段，根據負重程度，可以作為康復期的鍛煉項目之一。

但在對近些年來相關文獻的總結中，發(fā)現即使是同類研究的實驗，也出現了很多混合性的結果，出現了不同甚至相反的研究結論。提示實驗的嚴謹性需要得到提高，很多研究結論可能基于人群和步行速度的不嚴謹，在未來的研究中，可以結合不同速度下進行正向和逆向行走的對比。同時對倒走下肢各環(huán)節(jié)的受力進行更明確的分析，以為以后專業(yè)的倒走訓練設備的設計提供理論基礎。

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