人体直立行走的工作原理及其紊乱力学结构

（一）改变平衡位置与偏离平衡位置相结合

若要使直立行走能够长时间持续进行，就必须遵循耦合共振，若要实现耦合共振，人体就必须通过张拉整体结构控制部分与非控制部分有机协调配合完成。张拉整体结构控制部分为非控制部分提供共振平台或框架。非控制部分是完成耦合共振的自由摆动主体。

人体直立行走及运动是这两种方式的综合体，其中直立行走时，身体张拉整体结构控制部分通过改变结构平衡位置完成运动。非控制部分就是采用偏离平衡位置方式运动，而且非控制部分的偏离平衡位置的运动带动控制部分的改变结构平衡位置的运动，其中控制部分为非控制部分提供结构框架。同时，控制部位的改变平衡位置的运动模式受非控制部分偏离平衡位置的运动模式的影响，比如非控制部分为自由摆动模式必然导致控制部分出现类似的自由摆动模式，非控制部分为非自由摆动模式必然导致控制部分出现类似的非自由摆动模式。

因此，人体张拉整体结构控制部分与非控制部分在耦合共振的直立行走过程中相互影响，如果某一部位出现变化，必然导致其他部位的结构应力及运动模式做出调整，这种调整是为了使直立行走遵循耦合共振原理。从病理角度看，一个部位变化引起其他部位相应变化，必然导致出现相应部位的不同层面上的形态学变化，即病理变化，从而形成一个人相应的疾病谱。

直立行走是指直立条件下的行走，人体力学结构既要满足直立需求，还要满足行走基本需求。然而，个体间力学结构存在着差异，其必然导致行走的模式出现差异。这些模式的差异表现为运动力学结构出现局部张力、应力、负荷均衡性差异，行走模式差异带来的问题就是运动系统的退变差异。退变的组织结构表现为：张应力结构的断裂，压应力结构的变形及接触面的磨损。空间上，力学结构差异决定退变部位的差异。时间上，力学结构差异决定了各个退变部位的退变速度差异。每个人都有特异的力学结构，产生退变的时空特异性，由此导致时空上独特的疾病谱。另外，由于人体紊乱力学结构导致躯体出现部分区域或整体肌肉及筋膜高张力状态，进而继发出现高血压、睡眠差、头晕及偏头痛等功能性变化及症状。

（二）耦合共振对直立行走多样性的选择

人体紊乱力学结构在耦合共振直立行走时表现为双侧的非对称性。行走中的这种非对称性表现为：对左右足支撑期的身体结构形态变化产生显著差异，这种差异表现为稳定性差异，可以通过单足站立试验验证。让双侧足分别提足单脚站立，会出现一侧站立时间长，足底压力集中于足跟中或偏外，全身感觉轻松。另一侧反之，站立时间短，足底压力集中于足跟中或偏外，全身紧张感，而且，稳定侧骨盆及躯干较非稳定侧更倾斜，非稳定侧骨盆时常出现水平，甚至反倾斜，躯干会出现显著的反弓。支撑侧支撑时不稳定的差异表现为这种差异的变化，这种不对称对人体结构的变形影响非常明显。

高稳定侧较低稳定侧的躯干感觉更轻松，说明高稳定侧的肌肉参与量、工作强度及筋膜韧带张力数量及强度较低稳定侧少或低。这也说明，高稳定侧支撑期，骨骼的空间排列更加顺应躯体力学结构要求的力学结构，而这种高顺应性意味着高稳定侧支撑期，人体肢体、骨盆及躯干的各种摆动及扭动更加符合自由摆动震动原理及耦合共振原理，属于低耗能运动。这就说明各个参与运动的关节的相对运动轨迹更加顺应关节的解剖结构，这种运动轨迹使参与关节运动软骨结构及椎间盘结构处于低应力集中状态，韧带、肌腱处于低张力集中状态，肌肉工作处于低强度状态。

相反，低稳定侧支撑期，骨骼的空间排列不能顺应躯体力学结构要求的力学结构，这种低顺应性意味着低稳定侧支撑期，人体肢体、骨盆及躯干的各种摆动及扭动比较小程度地符合自由摆动震动原理及耦合共振原理，属于低耗能运动。这就说明各个参与运动的关节的相对运动轨迹有部分不顺应关节的解剖结构，这种运动轨迹使参与关节运动软骨结构及椎间盘结构处于高应力集中状态，韧带、肌腱处于高张力集中状态，肌肉工作处于高强度状态。这些韧带、肌腱的高张力及肌肉高强度工作状态也是弥补骨骼形态及排列结构不能满足行走时力学结构及运动模式的要求，同时也通过增生及变形重新塑造人体骨骼结构，最终实现耦合共振的低能耗人体运动工作模式。然而，各种生活及社会工作的需要以及人体老化，如骨质疏松和肌肉萎缩，还有疾病及医源性因素，使这种替补的平衡很快被打破。

人体结构劳损的速度取决于运动的紊乱模式，比如颈椎、腰椎、膝关节的退变，仅仅其运动轨迹在冠状面、矢状面及横断面的单个平面出现异常，退变速度较慢，但是两个平面同时发生异常，退变是加速进行的，笔者将此称为共轭退变效应。

人体力学结构，随着骨骺愈合停止生长之后，年龄增加且没有锻炼的病人开始出现全身肌肉萎缩、骨钙流失、骨结构体积逐渐萎缩，而且年龄越大，流失及萎缩得越快，肌肉萎缩越快，人体骨骼结构形态会继续顺势而行，脊柱椎体骨结构逐渐呈现楔形变化，必然导致脊柱形态发生相应变化。临床观察发现矢状面上，胸椎后凸加重，腰椎出现两种方向的变化：骨盆前倾的病人前凸加重，尤其肥胖病人。骨盆后倾的病人腰椎前凸减小，甚至出现平背后凸，并相应导致站立及行走时屈髋屈膝严重。冠状面上，脊椎侧弯部位随着年龄进一步加重，“X”形及“O”形腿也会进一步加重。横断面上，会导致脊柱的旋转进一步加重，胸肩部圆肩含胸进一步加重。

（三）人体紊乱力学结构维持耦合共振的直立行走策略

1.张拉整体结构控制部分的调整，要优先最低耗能模式。

2.张拉整体结构控制部分的调整，必须保证非控制部分的摆动侧下肢能够最小耗能地离地摆动。

3.张拉整体结构控制部分的调整模式：尽可能保障颅脑在水平前移时无转动，减少左右摆动。

4.张拉整体结构控制部分的具体调整方式为：

（1）张拉整体结构控制部分的支撑侧足的落地点的内外移动。

（2）张拉整体结构控制的支撑侧内移导致其他张拉整体结构控制部分的相应改变。

（3）张拉整体结构控制部分冠状面常常顺应调整为“C”形。

（4）张拉整体结构控制部分的下肢踝、膝关节、髋关节的各关节的矢状面屈曲位，维持身体重心不升高，各关节的参与度决定上半身部分呈现“C”形、“S”形及“C＋S”形。

（5）张拉整体结构控制部分调整时，其各个部位的相互协调策略遵循可变结构随行不变结构。

（四）满足耦合共振直立行走的人体紊乱力学结构的具体表现

1.压应力结构的表现

（1）扁平足→踝关节外翻→膝关节外翻→骨盆前倾→腰椎前凸明显→胸椎后凸加重→双侧肩部圆肩→颈部前屈

（2）高足弓→踝关节内翻→膝关节内翻→骨盆后倾→腰椎前凸减弱→胸椎后凸减轻→双侧肩部外展→颈部前屈

（3）胫骨后外弓→踝关节外翻→胫骨后外弓→膝关节对侧过伸及内翻→骨盆前倾→腰椎前凸明显→胸椎后凸加重→双侧肩部圆肩→颈部前屈

（4）O型腿→踝关节内翻→膝关节内翻→骨盆后倾→腰椎前凸减弱→胸椎后突减轻→双侧肩部圆肩内聚、缩肩→颈部前屈

（5）X型腿→踝关节外翻→膝关节外翻→骨盆前倾→腰椎前凸增加→胸椎后突减轻→双侧肩部外展→颈部后伸(www.xing528.com)

（6）下肢不等长→踝关节短侧中立位+长侧内翻位→膝关节短侧伸直及中立位+长侧屈曲及内翻位→骨盆短侧倾斜短侧减少+长侧倾斜短侧增加→腰椎短侧倾斜短侧减少+长侧倾斜短侧增加→肩部运动短侧被动前摆+长侧主动前摆→颈部偏侧更偏+另侧少偏。

（7）踝关节内翻不对称←膝关节内翻不对称←骨盆旋转不对称+斜侧易前摆←骨盆不对称倾斜←脊柱C形侧弯→肩部倾斜不对称→颈部左右侧曲不对称。

（8）踝关节内翻不对称←膝关节内翻不对称←骨盆旋转不对称+斜侧易前摆←骨盆不对称倾斜←脊柱S形侧弯→肩部倾斜不对称→颈部左右侧曲不对称。

（9）腰椎侧弯→椎体间应力分布差异（同侧支撑相异常均衡，对侧支撑相异常高）→椎间盘结构向低应力方向持续变形移行导致突出（图3-4）。

图3-4 直立行走时脊椎形态的椎间盘形态变化

（10）脊柱侧弯或者骨盆左右倾斜，伴有骨盆前倾或者腰椎过分前突时，无论哪一侧支撑相，导致其中一侧的关节突、椎弓根及椎板峡部始终都比对侧承担更大的压应力、剪切力，逐渐累积导致腰椎峡部裂、椎弓根断裂或者关节突肥厚增生，进而导致滑脱。

2.拉应力结构的表现

现代人的工作大部分都是双上肢在胸腹前工作，导致胸部肌群发达，胸后背肌群因此减弱，胸背后弓，前胸内含，双肩内合，肩关节盂面旋前，与行走摆臂摆动方向失耦合，脊椎的侧弯导致一侧或两侧关节周围结构应力及运动轨迹异常不均，产生损伤、增生等各种退变。同时，颈部前移，颈背部韧带肌群高张力，脊椎侧弯使颈部摆动轨迹异常，导致应力集中区的关节边缘增生，肌肉疲劳劳损，椎间盘退变突出，韧带增生肥厚乃至骨化等对抗性变化。

3.非张拉整体结构控制部分的紊乱表现

（1）摆动长度调整，不仅影响摆动速率，也影响与张拉整体结构控制部分连接点应力。

（2）摆动方向的调整，影响与张拉整体结构控制部分连接处相对运动轨迹。

（3）变化肌肉收缩行为，影响摆动速率的调整，影响与张拉整体结构控制部分连接处相对运动轨迹及应力。

4.张拉整体结构的调整策略

先通过肌肉力量调整，完成直立行走，但易疲劳、高耗能、易劳损；再通过增加工作肌肉数量体积，增加肌肉力量，完成直立行走，无疲劳、高耗能、劳损低；最终改变骨骼形态，改变支点位置，利用杠杆原理减少肌肉工作强度，完成直立行走，无疲劳、低耗能，以关节磨损、软组织劳损为代价。在临床中会发现相当一部分长期健身、全身肌肉强健的人，即使压应力结构源性的紊乱很明显，但依然症状较轻或无症状，临床一般解释为各个部位稳定性好，但笔者理解为张拉整体结构的压应力结构出现异常造成的拉应力结构中肌肉的疲劳，可以通过足够量的肌纤维轮值工作方式缓解，但如果不能保证运动轨迹匹配解剖结构，依然会出现拉应力结构中筋膜韧带及压应力结构中软骨椎间盘的劳损，因此还是有部分年轻的、肌肉强健的人因出现各种临床症状而就诊，比如运动员及军事训练人员。

另外，由于社会分工不同，人们的工作多为某些动作持续性及重复性的劳动，故导致相应部位肌肉及韧带筋膜增生及相应部位肌肉及韧带筋膜拉伸减弱，如果这些变化契合改善力学结构的紊乱，常常可以降低退变、磨损及劳损。反之，这些变化契合加重力学结构的紊乱，故常常加速退变、磨损及劳损。因此，对于不同的人从事不同的工作，通过评估工作的行为动作对人体力学结构的影响，提出不同的解决方案。

现在很多职业及工作，比如伏案、汽车及飞机驾驶等，都需要长时间坐姿手伸及，尤其战斗机飞行员还要戴一定重量的头盔，并完成各种﹢Gz过载的空中特技动及﹣Gx过载的着舰拦阻索动作，这些都要依靠张拉整体结构实现头颈、躯干、骨盆的直立位，双侧上肢前伸活动。当然，长时间的坐姿手伸及导致头颈躯干前屈，故出现腰椎前突度降低趋势，胸椎后突增加趋势，坐姿手伸及时，如果减少肌肉韧带等拉应力结构，并减少骨骼、软骨及椎间盘等压应力结构的应力集中及强度，增加人体耐受力，可提高工作效能，同时减少相关结构的退变速率。现实生活中，人们发明的靠背座椅就可以维持中立位姿势，但由于人体力学结构的多样性，需要座椅的结构尽可能耦合人体力学结构，以减少坐姿伸及时产生的应力集中及强度的增加。对于这方面的临床工作，笔者也进行了探索，通过分析患者力学结构，调整座椅的结构及形态，这些方法明显提高了患者坐姿手伸及的耐受性，临床症状也得到缓解。当然，对于战斗机飞行员还要辅以其他个性化措施以适应其飞行工作。

（五）人体紊乱力学结构行走后产生的临床表现

笔者在临床观察发现，通过单侧赤足站立试验，测得近95%（保守估计）的病人的相对不稳定侧的半侧头颅部、口腔颌面、颈、躯干、肢体出现系列症候群，因为单足站立能够复制出行走支撑相的张拉结构控制部分的应力形态，从支撑侧头枕部、支撑侧口腔颌面、支撑侧颈肩部、支撑侧胸背部、支撑侧腰骶部、支撑侧臀部、支撑侧膝关节到支撑侧踝关节，这些部位的酸胀、疼痛等临床症状出现的时间不同，有早有晚，大部分早起偶发，后来频次越来越高，常常被临床各科诊断为：头晕、头痛、耳鸣、枕大神经痛、各型颈椎病、肩周炎、颈背筋膜炎、胸背筋膜炎、腰背筋膜炎、腰肌劳损、棘上韧带炎、腰椎间盘突出症、腰椎管狭窄、腰椎峡部裂、骶髂关节炎、股外侧筋膜炎、梨状肌出口综合征、膝关节炎、踝关节炎和踝部易发骨折。当然，也有相当人数出现对侧有这些症状，结合病人体验，分析其力学结构，发现在行走支撑相不稳定侧为高张力状态，因此，可将所有这些症状通称为高张力支撑相综合征（High Tension Stance Phase Syndrome，HTSPS）。

另外，临床也观察到有一小部分病人出现截然相反的情况，故称低张力支撑相综合征（Low Tension Stance Phase Syndrome，LTSPS），表现为病人一侧尽管轻松稳定地单独站立，仍可诱发相应主诉症状的出现。

临床症状常常发生的部位包括：头颈部、胸肩部、胸腰部、腰骶部、骨盆臀部、大腿部、膝关节部、小腿部、足踝区等。通过临床观察，为了便于临床诊治，可将高张力综合征进行分型。

笔者发现，站立位、赤足、直膝的人体全长片上显示，骨盆前倾的病人喜欢穿平底鞋，如果高跟鞋行走时全身肌肉酸痛，甚至不能行走。而骨盆后倾的病人，如果穿高跟鞋行走时比较轻松，而且部分症状减轻或者消失，穿平底鞋则加重症状。但是，对于婴幼儿及儿童除外。人类穿鞋的历史仅仅数千年，而人类进化出人体及足踝的结构是在数百万年赤足状态下演变而成的，观察原始部落人群的足踝，发现他们极少发生扁平足及外翻情况，而且弹性柔韧性都非常好，故儿童应该在防止损伤的情况下尽可能赤足，让儿童足踝在正常运动力学环境中发育。

很多家长经常带孩子就诊，反映孩子时常运动后下肢痛，我们过去常常解释为生长痛，实际是力学结构紊乱导致，通过针对紊乱的原因矫正，患者症状很快缓解。有些家长或老师时常抱怨孩子总是坐姿不正，或者睡姿不正，认为孩子教育不够，养成不良习惯，屡教不改，这实际上也是力学结构问题，因为孩子必须顺着这种紊乱的力学结构坐卧，这样可以减少肌肉工作强度，否则，持续强制性维持我们认为的正确姿势，会导致相应高强度工作的肌肉出现疲劳，最后也不得不放弃，恢复原样。其实，这不仅发生在未成年人身上，也发生在成年人身上。

表3-1 高张力综合征分型

另外，根据人体力学结构原理，通过分析站立位时头颈的空间位置是否为中立位，可以判断咀嚼的主侧，可以判断哪一侧最先出现龋齿，这已经在临床病例中得到印证。同时，由此也可以推断颌面部的骨结构，包括下颌骨的形态、牙齿排列以及面部肌肉等软组织的形态和工作状态，还有咀嚼、咬合等口腔运动模式，都会受人体力学结构的影响。