陳娟，馬燕紅，胡海，陳康，姚葉林

倒走是一種流行的健身鍛煉和康復(fù)訓(xùn)練方法[1]。國(guó)外已有很多學(xué)者對(duì)倒走的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)倒走對(duì)下肢、軀干以及神經(jīng)系統(tǒng)有其獨(dú)特的作用機(jī)制[2]。但國(guó)內(nèi)對(duì)倒走的研究?jī)H為臨床療效觀察，對(duì)倒走的生物力學(xué)研究較少見(jiàn)。本文對(duì)倒走的臨床和生物力學(xué)研究進(jìn)行了綜述，為今后倒走的進(jìn)一步研究提供依據(jù)。

1 倒走在臨床康復(fù)中的應(yīng)用

倒走訓(xùn)練能夠增加代謝，增強(qiáng)心肺耐力。以同樣恒定速度倒走或倒跑時(shí)，攝氧量、心率及血乳酸含量均較正走或正跑高[3]。水下倒走時(shí)心率高于正走，速度快時(shí)兩者差異更明顯。提示倒走對(duì)心肺功能訓(xùn)練效率較正走高。倒走對(duì)下腰痛及下肢骨關(guān)節(jié)疾病有良好的康復(fù)治療作用。下腰痛患者進(jìn)行倒走或倒走結(jié)合其它中醫(yī)療法可減輕腰痛并增加腰部活動(dòng)范圍，預(yù)防下腰痛復(fù)發(fā)[4-6]。學(xué)者對(duì)120例腰椎間盤(pán)突出患者進(jìn)行3年隨診，觀察倒走聯(lián)合八段錦訓(xùn)練對(duì)預(yù)防腰痛復(fù)發(fā)的效果，發(fā)現(xiàn)治療組(正規(guī)康復(fù)治療、倒走聯(lián)合八段錦訓(xùn)練)的復(fù)發(fā)率為21.7%，對(duì)照組(正規(guī)康復(fù)治療)的復(fù)發(fā)率為38.3%[6]。相比于正走，倒走髕股關(guān)節(jié)內(nèi)壓力較小，可作為髕股關(guān)節(jié)疼痛患者的康復(fù)訓(xùn)練方法，且對(duì)膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎有一定的預(yù)防作用[7-9]。此外，倒走時(shí)足底壓力分布更均勻，對(duì)糖尿病足的發(fā)病有一定預(yù)防作用[10-11]。因此，對(duì)于糖尿病患者，倒走能預(yù)防糖尿病足、骨性膝關(guān)節(jié)炎以及增強(qiáng)心肺功能，一舉多得。倒走可提高中風(fēng)后偏癱患者的步行能力，能否改善患者不對(duì)稱(chēng)的步態(tài)模式還存在不同觀點(diǎn)[12-13]。一項(xiàng)關(guān)于中風(fēng)偏癱患者進(jìn)行為期3周，每周3次，每次40min倒走訓(xùn)練的研究發(fā)現(xiàn)，相比于對(duì)照組(力量、功能、轉(zhuǎn)移活動(dòng)以及步態(tài)訓(xùn)練)，實(shí)驗(yàn)組(除對(duì)照組的訓(xùn)練外，再加30min倒走訓(xùn)練)患者的步長(zhǎng)、步速以及步態(tài)的對(duì)稱(chēng)性顯著提高，能有效改善中風(fēng)患者的步態(tài)模式[13]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)側(cè)走比倒走訓(xùn)練更有利于改善患者步態(tài)模式[12]。

倒走作為一種特殊的、有效的康復(fù)方法，相比于正走，其特有的生物力學(xué)機(jī)制值得我們深入研究。倒走與心肺功能的關(guān)系可能與兩者肌肉活動(dòng)水平差異相關(guān)。下腰痛患者倒走訓(xùn)練的作用機(jī)制尚不清楚，根據(jù)以往文獻(xiàn)推測(cè)其可能作用機(jī)制：第一，倒走可鍛煉核心肌群的力量，改善腰部血液循環(huán)及核心肌群的協(xié)調(diào)模式，已有研究表明下腰痛患者核心肌群的協(xié)調(diào)模式與正常人有顯著差異[14]；第二，倒走時(shí)重心后移，脊柱受力更符合生理曲度；第三，倒走時(shí)軀干穩(wěn)定性增加。倒走對(duì)下肢、軀干、及心肺功能的康復(fù)機(jī)制可從生物力學(xué)進(jìn)行探究，以期更合理有效地運(yùn)用倒走進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。

2 倒走的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

學(xué)者對(duì)健康人倒走與正走的步態(tài)周期，踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)以及軀干的關(guān)節(jié)角度變化進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)兩者的步態(tài)周期及軀干的關(guān)節(jié)角度變化特征有明顯差異，兩者踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度變化基本成鏡面關(guān)系，但在步態(tài)周期關(guān)鍵點(diǎn)上兩者差異顯著，且踝關(guān)節(jié)較膝關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)更顯著[15-23]。(鏡面關(guān)系即：完整步態(tài)周期中正走步態(tài)參數(shù)變化曲線(xiàn)與倒走時(shí)間逆轉(zhuǎn)步態(tài)參數(shù)變化曲線(xiàn)相比，兩者變化特征相同。)

倒走時(shí)兩者支撐相百分比無(wú)明顯差異，其步速、步頻、步幅較正走小[15, 19-20]，但其耗能卻較正走高[3]， 這與能量高效利用的規(guī)律不符，其原因值得我們深入研究。此外學(xué)者發(fā)現(xiàn)水中倒走支撐相百分比較正走小，差異較陸地顯著，可能與水中的浮力及阻力等因素相關(guān)[16-17]。倒走踝關(guān)節(jié)背屈角度明顯大于正走。學(xué)者發(fā)現(xiàn)倒走擺動(dòng)相至承重反應(yīng)相踝關(guān)節(jié)背屈角度明顯大于正走擺動(dòng)前相至擺動(dòng)相，且踝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍正走大于倒走[15]。另一研究發(fā)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)背屈角度正走為(13.7±4.4)°，倒走為(20.8±5.5)°，趾屈角度兩者無(wú)顯著差異[24]。因此，倒走可用于踝關(guān)節(jié)背屈受限的康復(fù)訓(xùn)練。

正走與倒走膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度變化曲線(xiàn)并非完美的鏡面關(guān)系，在步態(tài)周期關(guān)鍵點(diǎn)上存在較大差異。支撐相膝關(guān)節(jié)角度變化趨勢(shì)，正走為屈曲相，平臺(tái)相，伸展相；而倒走幾乎為單一的屈曲相[19]。膝關(guān)節(jié)屈曲角度，正走承重反應(yīng)相大于倒走初始擺動(dòng)相，倒走擺動(dòng)相末期大于正走擺動(dòng)相早期，屈曲范圍正走大于倒走[15]。正走與倒走髖關(guān)節(jié)的角度變化存在差異，相比踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)其差異較小。髖關(guān)節(jié)屈曲角度，倒走足跟離地時(shí)角度大于正走足首次觸地時(shí)角度；其伸展角度，倒走承重反應(yīng)相小于正走擺動(dòng)初始相[15]。而水下足首次觸地時(shí)髖關(guān)節(jié)屈曲角度正走大于倒走[17]。

學(xué)者對(duì)軀干的運(yùn)動(dòng)學(xué)有不同見(jiàn)解。有學(xué)者認(rèn)為倒走時(shí)脊柱活動(dòng)減少，脊柱下段非常穩(wěn)定，隨著運(yùn)動(dòng)難度的增加，脊柱各節(jié)段形成整體，此外，頭部及骨盆的穩(wěn)定性也增加[21]。而另有學(xué)者認(rèn)為倒走會(huì)降低軀干局部動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，尤其是前后方向的穩(wěn)定性[23]。兩位學(xué)者得出相反結(jié)論可能由倒走的速度、方法差異(地面和跑步機(jī))等因素導(dǎo)致。脊柱穩(wěn)定性下降是下腰痛發(fā)病的一個(gè)重要原因[25]。研究證實(shí)腰托可減少腰椎的活動(dòng)，前屈、后伸、側(cè)彎及旋轉(zhuǎn)分別減少了40%、27%、32%、58%，從而減輕腰痛[26-27]。由此可知，若倒走時(shí)軀干穩(wěn)定性增加，則可用于緩解腰痛[28]。反之，則有害無(wú)利。因此，倒走時(shí)軀干的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步研究，同時(shí)可結(jié)合腰背肌的活動(dòng)來(lái)探索倒走與下腰痛的關(guān)系。

3 倒走的動(dòng)力學(xué)特征

倒走足底壓力分布更均勻[10-11, 29]。學(xué)者對(duì)正走和倒走時(shí)足底壓力分析發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者倒走時(shí)的第1趾、第2～5趾、第1跖骨、足弓、足跟內(nèi)側(cè)及足跟外側(cè)區(qū)壓力峰值較正走大，第3跖骨區(qū)壓力峰值明顯較正走小，各區(qū)的壓力峰值差距明顯小于正走[10]。糖尿病患者因感覺(jué)神經(jīng)病變合并局部機(jī)械應(yīng)力過(guò)高易引起足部潰瘍和感染，而倒走時(shí)足底壓力分布較均勻，可用于糖尿病患者的運(yùn)動(dòng)治療。

健康人倒走與正走的地面反作用力存在差異[8, 15, 19]。垂直方向地面反作用力，倒走與正走均有兩個(gè)主要峰值，依次為重心加速向上和加速向下，正走時(shí)兩個(gè)峰值基本對(duì)稱(chēng)，倒走時(shí)第一個(gè)峰值總比第二個(gè)高[19]。表明倒走時(shí)支撐腿負(fù)重小于蹬離地面的力，正走時(shí)兩者基本相同，由此可知倒走時(shí)支撐腿關(guān)節(jié)內(nèi)的受力較正走小，與倒走可預(yù)防膝骨性關(guān)節(jié)炎的觀點(diǎn)相符。足長(zhǎng)軸方向的剪切力：正走時(shí)支撐相早期重心減速向前移動(dòng)，剪切力指向后，支撐相中期和末期重心加速向前移動(dòng)，剪切力指向前；倒走時(shí)支撐相早期重心減速向后移動(dòng)，剪切力指向前；支撐相中期剪切力接近零，支撐相末期重心加速向后移動(dòng)，剪切力指向后。表明正走和倒走時(shí)支撐腿均在支撐相早期起制動(dòng)作用，中期及末期起驅(qū)動(dòng)作用。

健康人正走與倒走時(shí)踝關(guān)節(jié)力矩曲線(xiàn)成鏡面關(guān)系[15, 22, 30]。兩者踝關(guān)節(jié)做功存在差異[15]。踝關(guān)節(jié)正走時(shí)產(chǎn)生的最大功率大于倒走，吸收的最大功率小于倒走，相比于膝關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)，倒走時(shí)踝關(guān)節(jié)產(chǎn)生的最大功率更大。倒走時(shí)踝關(guān)節(jié)在承重反應(yīng)期產(chǎn)生最大趾屈力矩，此時(shí)起減速、吸收震動(dòng)作用。他們認(rèn)為踝關(guān)節(jié)是產(chǎn)生推進(jìn)力和吸收震動(dòng)的主要關(guān)節(jié)，而不是膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)。因此，倒走可鍛煉踝關(guān)節(jié)的同時(shí)保護(hù)膝關(guān)節(jié)及髖關(guān)節(jié)。

健康人正走與倒走時(shí)膝關(guān)節(jié)力矩曲線(xiàn)并非簡(jiǎn)單的鏡面關(guān)系[15, 30]。正走時(shí)膝關(guān)節(jié)最大屈曲力矩明顯大于倒走，產(chǎn)生的最大功率與倒走無(wú)差異，吸收的最大功率大于倒走[15]。如此，倒走用于運(yùn)動(dòng)鍛煉可減少因膝關(guān)節(jié)內(nèi)應(yīng)力過(guò)高而導(dǎo)致的骨性膝關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。此外，倒走時(shí)髕股關(guān)節(jié)內(nèi)壓力小于正走[7-8]，這與另一學(xué)者伸膝肌功率峰值及總功均小于正走[31]的結(jié)論相符。因此，倒走對(duì)于髕股關(guān)節(jié)疼痛的患者是一項(xiàng)較好的訓(xùn)練方法。

健康人正走與倒走髖關(guān)節(jié)力矩變化曲線(xiàn)基本成鏡面關(guān)系[15, 22, 30]。正走與倒走髖關(guān)節(jié)力矩變化曲線(xiàn)并非完全相似，倒走力矩變化較正走簡(jiǎn)單，此外，正走時(shí)髖關(guān)節(jié)的伸髖及屈髖力矩均明顯大于倒走，髖關(guān)節(jié)產(chǎn)生的最大功率也大于倒走[15]。

4 倒走的肌電圖特征

健康人倒走與正走大部分肌肉激活時(shí)間無(wú)顯著差異，倒走肌肉活動(dòng)持續(xù)時(shí)間普遍較正走長(zhǎng)[31]。股二頭肌在倒走時(shí)支撐相的8%開(kāi)始激活，在正走時(shí)支撐相的10%開(kāi)始激活；脛骨前肌在倒走時(shí)支撐相的20%開(kāi)始激活；正走與倒走時(shí)股直肌、股外側(cè)肌、股內(nèi)側(cè)肌及腓腸肌外側(cè)頭均在足跟著地時(shí)開(kāi)始激活。腓腸肌外側(cè)頭活動(dòng)持續(xù)時(shí)間正走大于倒走，股直肌、股外側(cè)肌、股內(nèi)側(cè)肌、股二頭肌、脛骨前肌的活動(dòng)持續(xù)時(shí)間均為倒走大于正走，支撐相下肢肌肉活動(dòng)持續(xù)時(shí)間正走為45%～50%，倒走為58%～77%，此可解釋倒走的高代謝水平。

健康人倒走與正走下肢肌肉活動(dòng)順序存在顯著差異[19]。正走時(shí)肌肉活動(dòng)順序：支撐相早期為臀大肌、股直肌、股外側(cè)肌及脛骨前肌，中期為腓腸肌外側(cè)頭，末期為臀大??；擺動(dòng)相早期為股直肌及股外側(cè)肌。倒走時(shí)肌肉活動(dòng)順序：承重期為脛骨前?。恢蜗嘣缙跒楣芍奔?、股外側(cè)肌及腓腸肌外側(cè)頭，中期為臀大肌、股直肌及股外側(cè)肌，末期為腓腸肌外側(cè)頭。兩者肌肉活動(dòng)順序的差異表明倒走與正走的運(yùn)動(dòng)控制不同，可用于改善中風(fēng)患者的運(yùn)動(dòng)控制。

健康人倒走與正走的肌肉活動(dòng)強(qiáng)度存在不同觀點(diǎn)。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)倒走時(shí)下肢肌肉活動(dòng)強(qiáng)度普遍較正走高[19]。另有學(xué)者發(fā)現(xiàn)正走和倒走時(shí)的肌電峰值，比目魚(yú)肌及股外側(cè)肌兩者相似，脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)頭和股二頭肌倒走明顯較正走小，股直肌倒走較正走大[20]。兩位學(xué)者均認(rèn)為股四頭肌的活動(dòng)強(qiáng)度倒走較正走高。由此可知，倒走可用于股四頭肌的肌力訓(xùn)練。而兩位學(xué)者結(jié)果不同之處可能由個(gè)體間差異、地面與跑步機(jī)的差異、或速度的差異等因素造成。因此倒走時(shí)下肢肌肉活動(dòng)強(qiáng)度仍需進(jìn)一步研究。

健康人倒走與正走下肢肌肉活動(dòng)模式也存在顯著差異[19-20, 32]。除股直肌與股外側(cè)肌外，脛骨前肌、比目魚(yú)肌、腓腸肌外側(cè)頭、股二頭肌的活動(dòng)倒走與正走存在一定相位差，提示倒走與正走的肌肉活動(dòng)模式存在差異，此外，倒走時(shí)下肢肌肉活動(dòng)模式在個(gè)體之間也存在差異[20]。

倒走能增加腰背肌的活動(dòng)[33-34]。與正走相比，倒走訓(xùn)練使中年女性的腹直肌、腹外斜肌、豎脊肌及臀大肌的肌力增強(qiáng)；腹直肌及腹外斜肌的肌力增強(qiáng)更明顯[34]。表明倒走時(shí)軀干肌的活動(dòng)增強(qiáng)，這可能是倒走能緩解及預(yù)防腰痛的一個(gè)重要原因。實(shí)驗(yàn)不足之處在于沒(méi)有結(jié)合倒走時(shí)的步態(tài)、骨盆和軀干的運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)腰背肌活動(dòng)模式進(jìn)行分析。

5 倒走的運(yùn)動(dòng)控制

步行是一種節(jié)律運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)生節(jié)律運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)環(huán)路被稱(chēng)為中樞模式發(fā)生器(central pattern generators，CPGs)。研究證明在很多脊椎動(dòng)物的脊髓里都存在CPGs[35-36]。人類(lèi)可能存在相似的CPGs[37-38]。目前認(rèn)為神經(jīng)環(huán)路可以共用，共用的神經(jīng)環(huán)路可以通過(guò)重組參加不同的行為控制，且不同行為共用的神經(jīng)環(huán)路的范圍取決于肌肉活動(dòng)模式或肢體運(yùn)動(dòng)結(jié)果的相似程度[39]。

目前不少研究認(rèn)為正走與倒走擁有同樣的CPGs[19-20, 40-41]。學(xué)者研究正走和倒走皮反射(cutaneous reflexes)相位調(diào)制模式發(fā)現(xiàn)，從腓腸神經(jīng)到所研究的下肢肌肉之間，存在促進(jìn)和抑制兩種神經(jīng)環(huán)路，并且這些神經(jīng)環(huán)路之間活動(dòng)的平衡都存在相位依賴(lài)，表明皮反射的相位依賴(lài)調(diào)制很大程度依賴(lài)于一個(gè)中樞運(yùn)動(dòng)程序，而倒走的運(yùn)動(dòng)程序同樣可用于正走，但這個(gè)程序可能是逆向運(yùn)行，由此造成了反射逆轉(zhuǎn)時(shí)間序列和反射抑制期的相位移位[41]。另有學(xué)者發(fā)現(xiàn)雖然正走與倒走下肢肌肉活動(dòng)的時(shí)間順序和肌肉的協(xié)調(diào)組織明顯不同，但正走與倒走的下肢活動(dòng)(運(yùn)動(dòng)學(xué))很相似，由此他們推斷完全重組協(xié)同肌來(lái)逆轉(zhuǎn)步態(tài)繼而保持正走與倒走運(yùn)動(dòng)學(xué)上相似[19]，這可能是一個(gè)涉及運(yùn)動(dòng)控制的中央網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的行為學(xué)目的。

控制正走和倒走、左腿和右腿的步態(tài)模式的神經(jīng)環(huán)路具有專(zhuān)一性[39]。學(xué)者認(rèn)為控制正走和倒走的功能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是獨(dú)立的，并且控制左腿和右腿的神經(jīng)環(huán)路可以單獨(dú)訓(xùn)練。這表明涉及正走和倒走運(yùn)動(dòng)模式生成的功能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以被獨(dú)立地改變，但并非整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在空間上是完全獨(dú)立的。

關(guān)于倒走與正走的運(yùn)動(dòng)控制，目前學(xué)者觀點(diǎn)不完全一致。倒走與正走是擁有完全相同的CPGs還是部分相同的CPGs，這值得大家進(jìn)一步探索。若倒走與正走的CPGs部分相同，其功能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是獨(dú)立的，則可用倒走來(lái)糾正異常步態(tài)模式；若兩者的CPGs完全相同，則倒走不能起到改善步態(tài)模式的作用。

6 小結(jié)

綜上所述，倒走時(shí)下肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)特征與正走基本成鏡面關(guān)系，但下肢肌肉的活動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)控制以及軀干的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征存在爭(zhēng)議。倒走時(shí)軀干的穩(wěn)定性增加還是減小有待進(jìn)一步研究。倒走訓(xùn)練治療及預(yù)防下腰痛在臨床上應(yīng)用較廣泛，但其作用機(jī)制目前還不明確。軀干的生物力學(xué)變化與下腰痛有著緊密聯(lián)系，因此，從軀干的生物力學(xué)來(lái)研究倒走對(duì)下腰痛的作用機(jī)制將是我們下一個(gè)研究方向。

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