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功能问题可能出在运动链的代偿

时间:2024-01-27 00:59 作者:admin 点击:

  人体的运动并不是单一环节的运动,而是几个相邻环节以关节为枢纽在骨骼肌的驱动作用下,相互协调配合完成的,因此,人体环节运动链的概念被提出。人体环节运动链是探索人体运动时骨骼、关节和肌肉的相互作用及功能转化规律的科学模式。两个相邻骨环节之间的可动性连接称为生物运动。两个或两个以上生物运动偶的串联式的连接称为生物运动链,即人体环节运动链。

  动链中某一环节由于损伤或限制而失去运动能力时, 人体可以通过运动链其他运动环节运动结构的改变来达到预定的动作任务。

  如在关于下腰痛病人在不稳定椅中身体动态稳定性的研究中发现,下腰痛病人髋关节活动范围增加而脊柱活动范围角度降低。而下腰痛病人与正常人在不稳定椅上重新获得平衡所需要的时间没有差异。也就是说,下腰痛病人腰部脊柱的活动受限,但通过髋关节的活动补偿性地保持了身体的平衡。

  此外,中风病人一侧肢体表现有特定肌肉功能减弱,肌肉张力不正常,姿势调整不正常等功能性障碍, 而在其以坐位用功能障碍侧的手臂完成指定动作任务时,虽然表现出完成动作时间长,动作卡顿,精确度和协调性差的缺陷,但即使是机能损伤最为严重的中风病人也可以完成动作任务,可见中风病人肘和肩带关节活动受限时,其可应用躯干活动来完成动作。

  以上可以看出,人体运动链中某一环节因为功能受限而影响到整体动作的完成时,中枢神经系统会自然地调整运动链其他环节的动作结构,通过其他 环节运动功能的补偿来达到完成指定动作的目的。这种通过调整及控制人体运动链中各运动环节的动作结构来弥补某一运动环节运动功能不足的策略即称为人体运动链补偿策略。

  人体各环节在完成既定的运动任务时并不需要肌肉全部的活动能力参与。主动肌肌力与对抗肌肌力的协同有多种组合方式,如主动肌肌力F1与被动肌肌力F2,两力产生转动的力臂分别为d1、d2,则关节产生的转动力矩为M=F1·d1一F2·d2如。从以上公式可以看出,由于主动肌与被动肌肌力F1、F2的值可以有无限多个,因此关节在此方向上产生的转动力矩的值也可以是无限多个,由此我们知道人体环节所产生的动作模式也是多种多样的。

  人体在完成某一动作任务时,神经系统可募集不同的肌肉力量方式,而最终获得相同的关节力矩,完成同一个关节动作任务。人体运动环节肌肉在活动中可以有多种肌肉激活模式,而在平常的运动表现中,中枢神经系统常常选择最佳的肌肉激活模式。

  也就是说虽然我人体环节产生的动作模式很多,但是中枢会选择最佳的肌肉激活模式。一旦发生损伤或疼痛或炎症等等,中枢就会通过其它肌肉激活模式来进行补偿。

  人体运动环节链是在多个肌肉参与下,可在多个方向上运动的系统。一个运动链要想完成任意一个动作任务,使身体环节到达想要的位置并对准预定的方向,需要运动链的环节中包含至少6个运动学自由度。据研究,整个人体运动系统,共包含244个运动学自由度,远远超过了一个运动链完成各种动作所需要的6个自由度。 因此,单从人体自由度数量上讲人体运动系统在完成 指定动作任务时,关节自由度并没有被完全应用,存在运动链各关节自由度的富余。显然,中枢神经系统选择了有限的运动链关节自由度来完成指定动作任务。

  骨骼肌肉系统功能富余以及各关节自由度的富余,使人体运动链可以有多种肌肉活动模式来完成目标动作,促进人体运动链对不同运动环境的适应。中枢神经系统总是选择最佳的肌肉激活模式来优化运动链的目标动作。即使是在运动链中的某一环节损失运动功能后,神经 系统也会选择在这种情况下的最佳动作结构来完成动作任务。这是神经系统可塑性的 功能表现。

  补偿策略正是在神经系统这一控制特性的调控下,来完成功能补偿效应的。由于运动链中各环节的自由度并不由神经系统进行功能单位类型区分,所以在某一环节功能自由度受限的情况下,中枢神经系统保持开发运动系统冗余功能的能力,用新的环节运动要素来替换损失的环节运动要素,完成功能目标。

  在运动中,如果人体运动链某环节产生功能损失, 会引发中枢神经系统对运动动作的调节,通过补偿策略保证目标动作的顺利完成。但在完成动作过程中, 由于运动链某环节功能的损伤,改变了原有的动作结构,表现为动作的运动学及动力学特征发生改变。动作结构的变化导致了人体环节承受外力的变化。

  前交叉韧带重建手术是治疗前交叉韧带损伤的最有效手段。在对前交叉韧带重建后运动员腿部生物力学测量的实验中发现,韧带重建过的膝关节相对于对 侧膝关节在落地时会补偿性地表现出明显的屈曲时间延长、胫骨向外侧旋转、胫骨内侧位移等运动学及解剖学特征。产生这些变化的原因是为补偿前交叉韧带损伤带来的韧带力量下降及活动能力受限。且这些运动学变化特征连同跳跃时产生的冲击力一同造成了膝关节外伤性关节炎的风险。

  另外一个例子就是,肌肉疲劳研究发现, 髋外展肌疲劳后,在所有落地动作中,脚与地面接触开始的一段时间内,为补偿髋关节外展肌力量下降而使膝关节角度更加内收;并且在腿部支撑受力阶段产生更大的内部膝关节内收力矩。尽管通过补偿策略使运动链完成了动作,但由于补偿策略引起的这些人体环节生物力学特征的不正常以及动作结构不对称,与运动损伤极为相关。

  通过上述例子可以看出,运动链功能损失或疲劳造成的补偿效应,常会改变运动链原有的动作结构。 这些动作结构改变会增加运动链中提供补偿环节的运动负荷,增加了这些环节的运动损伤风险。

  当运动链内环节由于损伤或疲劳暂时失去运动功能时,通过环节补偿策略完成指定动作会使运动链原 有的环节间运动结构产生变化。由于原有的运动链动 作结构是在运动中枢神经控制下不断优化而得到的最佳运动链动作结构,因此由于损伤引发的环节补偿而形成的动作结构相比于原有动作结构,必然表现出不协调和作用效果差等现象。

  这种由环节功能损失而引发的动作结构改变,如果对其不进行修正不仅会引起动作不协调以及动作效率低下,还会影响损伤环节的功能恢复。除此之外,长期因为运动链补偿产生动作结构改变,并一直以错误动作进行训练会使运动链各环节受力及活动紊乱,如肌肉过度缩短及关节位置错乱等现象,严重的会影响身体正常结构,必须进行矫形治疗。因此在技术动作训练中,应该时刻注意动作技术的合理化,在功能恢复性训练中要注意功能动作的筛选。

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