戴銘宗物理治療師

以演化的觀點來看,最有效的步態就是效率高的步態,也就是指在步態過程中能讓個別的組織同時發揮最大的應變力來維持生存的基本需求,所以Gracovetsky的理論(spine engine)認為步態過程是一種能量的傳導作用,而非能量的消耗,脊椎、骨盤與下肢這樣的系統可以讓步態中能量的消耗達到最小,這包含了三種能量之間微妙的變化,包含動能(kinetic)、位能(potential)與彈性位能(elastic),彈性位能是指像韌帶這樣的組織經由變形所聚集的能量,因此,步態是一連串能量傳導的結果,轉換髖關節伸直肌的縱向力量化為旋轉骨盤的水平力量(back knee的病人,這部份的能力可能缺少),從下肢開始,肌肉的化學能量先用於對抗地心引力,在這裡化學能量會以位能(potential)的方式儲存起來,當身體向前傾時,位能會轉換成動能,然後形成在腳跟觸地期的壓迫性脈衝(compressive pulse),這樣的脈衝會經由膝關節與薦腸關節的韌帶組織適當地過濾,然後上傳至脊椎,傳到脊椎的能量會適當地分配到各個脊椎關節,以對抗骨盤與肩關節所產生的扭力,同時也針對肩關節對頸錐的作用產生去旋轉(derotation)效果維持頭部的穩定。

Gregersonm與Lucas這兩位學者研究在步態過程中,不同脊椎的旋轉度與方向,

下圖顯示,整體脊椎的旋轉是以T7為分界點,也就是靠近肩膀與靠近骨盤的脊椎其旋轉方向不同,下圖B顯示,個別椎體的旋轉度以T7為最大,依序向兩方向減少,這不曉得與脊椎側彎是否有關聯,幾乎所有胸椎型脊椎側彎其突出頂端(apex)都是落在T6至T9的範圍內。

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在Gracovetsky理論裡,動力是由下肢往上傳至脊椎,臀大肌與膕旁肌是主要的髖關節伸直肌,因此有能力直接或間接地使脊椎產生去旋轉作用(derotation),下肢本身有足夠的肌肉塊來釋放跑步與走路時所需的化學能量,而下肢本身也是提供與地面接觸的組織,可以調節腳跟觸地期(heel strike)所產生的脈衝能量傳到脊椎前的時機(timing)、時間(duration)與強度(amplitude),而脊椎則是利用這樣的能量產生所需的縱軸性旋轉(axial rotation),然後造成骨盤的旋轉,所以下肢以執行這樣的功能來確保在面對不同狀況時能有適當的步態與速度出現,簡單來說就是下肢是提供脊椎動態控制的一個重要角色,這肌肉力量會經由兩條路徑直接傳到脊椎與軀幹。

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脊椎的去旋轉作用(derotation

臀大肌與膕旁肌一般是當作髖關節伸直肌,這樣的觀念算是對,但不完全,這些肌肉除了是當作髖關節伸直肌外,它們還可以直接或間接的使脊椎產生去旋轉作用。

(1)針對脊椎的伸直作用:在腳跟觸地期(heel strike)時,脊椎在矢狀面上是呈現彎曲的,而此時脊椎的前凸弧度會因為不同的腰薦角度(lumbosacral angle)被反轉過來,如下圖,以一個步行速度2.16m/s的個體來看,腰椎前凸弧度會有8度左右的變化,而用於讓脊椎伸直的機制也同時適用於讓脊椎產生去旋轉作用。

而臀大肌本身因與腸骨及薦骨都有相連,所以分別可以對薦骨的上半部與下半部產生拉力,第一個拉力是經由腸骨連接腰髂肋肌(iliocostalis lumborum)與腰最長肌(longissimus lumborum)來使脊椎產生伸直動作,如下圖,因此主要是貢獻於薦骨的上半部鎖住機制,而第二個拉力主要是作用於薦骨下半部,因為肌肉收縮的關係讓薦骨下半部塞進薦腸關節裡,這樣的動作主要是產生脊椎骨盤共同體的伸直力矩,因此,可以確保薦骨下半部的鎖住機制,而腸骨的閉鎖則是由犁狀肌負責。另外膕旁肌也有相同的效應,它是經由薦骨粗隆韌帶與胸髂肋肌作用於胸椎上。

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(2)針對脊椎的去旋轉作用:在左腳腳跟觸地之前,脊椎是呈現側彎向左的姿勢,而脊突(spinal process)則是以順時鐘方向旋轉,如下圖A。

而就在左腳腳跟觸地後,骨盤仍是呈現傾斜狀態,同時吸收由下肢上傳的壓迫性衝量,此時,右腸骨會快速地下降,而腰背筋膜的黏彈性特質使得筋膜立即變的緊繃,這對脊突產生一個向右向下的拉力,藉此確保椎間關節的伸直與去旋轉動作發生,必須注意的是,腸骨後上脊(PSIS)是位於L4、L5之後,這樣可以增加影響的效果,如下圖B。

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在左腳腳跟觸地後,腰髂肋肌與腰最長肌經由腰肌間腱膜來作用於使脊椎產生旋轉作用,實際上,作用於橫突的力會產生一個逆時鐘的扭力(torque),如下圖C。

同時,右闊背肌會收縮,這會同時對上肢與腰椎脊突產生拉力,這裡有一個重點,就是發育良好的上肢,此時所產生的慣性正好可以用於反轉上肢的動作上,如此,闊背肌的肌肉收縮就可以拉腰椎脊突上,如下圖D,而左邊腰背筋膜此時是鬆弛的,因為左邊骨盤才剛要下降(drop)而已,因此右邊筋膜的拉力作用就可以完全發揮,不受左邊筋膜的影響。

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此外,因twisted spine現在已是伸直的,所以小面關節(facet joint)此時是鎖住的,同時,這也是腳跟觸地後的壓迫性衝量到達把鄰近小面關節壓迫在一起,藉以增加去旋轉的效果。

簡單說,此時同時有四種不同的力作用於椎間關節上產生持續性的扭力用於脊椎的去旋轉機制上,如下圖A。

當骨盤回到水平面時,脊椎也回到垂直面,但這並不意指著此時就沒有任何的扭力進一步作用於脊椎的去旋轉作用上,可以推算,當小面關節回復正常位置後,雖然不利於扭力的傳送,不過因為此時是軸性旋轉(axial rotation)角速度最大時,所以此時椎間盤的環狀纖維(annulus fibers)是承受最大扭力之時,這黏彈性的特質會變僵硬,藉以確保由環狀纖維所送的扭力是最大值。最後順序,如圖B所示,在右腳腳跟觸地之前,重複上述的動作流程。

在Gracovetsky spine engine模式理論裡,上肢在步態行進中扮演著幾個重要的腳色,上肢在步態行進中的慣性(inertia)對於骨盤與肩關節所產生的對抗扭力中有一重要地位,經由闊背肌,上肢也可以幫助穩定脊椎,在腳跟觸地期後對脊椎產生去旋轉(derotation)作用,因此任何上肢與肩關節的問題都可以在步態中表現出來。

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   Gracovetsky spine engine理論中可以看到spine arch structure的壓縮力,也可以看到spine tensegrity的張力傳導,若要讓它達到圓滿起終點一致,符合一筆畫定理,有幾各mucsle chains可以參考,(1)anatomy trains 的spiral line,它的螺旋特性可以把重心拉向站立肢(從heel strike 到toe off)。

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(2)把關節的動作特性以齒輪來表現(Philipp Richter),兩各相接的齒輪在轉動時,一各順時針,另一各就會是逆時針,若再接第三各,第三各一定是順時針,以,好比抬起大腿,在順勢的情況下,膝關節會彎曲,踝關節背屈,又例如,當腰椎胸椎頸椎各以齒輪來表現時,腰椎往後凸,會帶動下胸椎往後凸,而上胸椎會連同頸椎往前凸。

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因此,在整個步態機制中,針對有問題地方的代償機制可以上看至脊椎對側運動(contralateral spinal movement)功能喪失或受抑制的地方,例如膝關節受傷的例子,膝關節受傷會明顯地妨礙下肢傳導能量的功能,使得肌肉必須額外做工來代償能量的不足,由強力的髖關節伸直肌所釋放出來的化學能量會在腳跟觸地期(heel strike)以能量脈衝的方式保存下來,而這能量脈衝必須能重新回到震動性結構(oscillating structure)裡,如果沒有,這將造成步態中能量的耗損增加,就像是在軟沙裡跑步一樣,當足部踏進沙裡時,能量就喪失了,此時就必須靠額外的腹斜肌作用來引起適當的脊椎動作與控制骨盤,因此在臨床上,如要改善步態對側運動(contralateral gait movement)功能就必須由脊椎開始著手,通常這樣的治療方向也可以明顯見到上肢與下肢動作模式的改變。

若要前來物理治療所處理 請記得攜帶醫師的診斷、照會或醫囑。

圖片來源與參考資料:

1.The Spinal Engine , 2010 by Serge Gracovetsky 

2. Anatomy Trains: Myofascial Meridians for Manual and Movement Therapists, 2nd Edition by Thomas W. Myers

3. Trigger Points and Muscle Chains in Osteopathy by Philipp Richter, DO, Eric Hebgen, DO, MRO

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