Dáng đi và phân tích dáng đi

1. Các giai đoạn trong dáng đi ở người
Dáng đi được định nghĩa là chuỗi liên tục thành nhịp các giai đoạn đu đưa (swing) và tựa (support) của hai chân khi bàn chân hoặc ở trong không (đu đưa) hoặc tiếp xúc với đất (tựa). Đi được đặc trưng bởi có một giai đoạn tựa kép trong đó cả hai chân tiếp xúc với đất, xen kẽ với các giai đoạn tựa đơn khi chân kia đưa tới trước để bước tiếp. Trong khi đi không có giai đoạn hai chân đều hở đất (nghĩa là giai đoạn bay).
Giai đoạn tựa là khi bàn chân tiếp xúc với đất (từ điểm bàn chân chạm đất đến khi bàn chân rời khỏi đất). Giai đoạn này thường được chia thành chạm gót, bàn chân bằng (hoặc đáp ứng tải), giữa thì tựa, cuối thì tựa (nhấc gót), và tiền đu đưa (nhấc ngón chân).
Giai đoạn đu đưa xảy ra từ lúc bàn chân rời đất đến khi bàn chân đó chạm đất lại. Giai đoạn này thường được chia thành đầu thì đu đưa, giữa thì đu đưa và cuối thì đu đưa.
Tỷ lệ thời gian tương ứng sử dụng trong hai giai đoạn đu đưa và tựa này thay đổi đáng kể khi đi và chạy. Khi đi bình thường thì tựa chiếm 60%, thì đua đưa chiếm 40%. Khi đi nhanh và chạy, thời gian giai đoạn tựa giảm đi. Ví dụ chạy vừa 55%, chạy nhanh 50%.

Hình 1: Các thì của dáng đi bình thường
(Ghi chú: IC = Initial Contact (chạm gót); LR = Loading Response (đáp ứng tải); M St = Mid support (giữa thì tựa); T St = Terminal support (cuối thì tựa); PS = Pre swing (tiền đu đưa); I Sw = Initial swing (đầu thì đu đưa); M Sw = Mid swing (giữa thì đu đưa); T Sw = Terminal swing (cuối thì đu đưa).
 
2 Phương pháp phân tích định lượng dáng đi
Để có những thông tin định lượng chính xác về dáng đi bình thường cũng như bất thường, người ta thường sử dụng những phương tiện đo lường từ đơn giản đến phức tạp. Các tham số thu được có thể là các thông tin về chuyển động học thẳng và góc cũng như những thông tin về lực động học và năng lượng. Hầu hết các phòng thí nghiệm lượng giá dáng đi đều trang bị những camera (6-8 camerra) ghi hình vận động của cơ thể trong một khoảng không gian nhất định. Mặt nền của đường đi có trang bị những bản ghi lực (force plate) để đo lực phản ứng, từ đó cung cấp các thông tin về lực động học và năng lượng tiêu hao. Cơ thể người được lượng giá được gắn những bộ cảm biến để nhận biết các điểm mốc giải phẫu và cả những điện cực ghi điện cơ đồ. Tất cả những thông tin này được đưa vào một hệ thống máy vi tính xử lý để cho ra những đường biểu diễn về chuyển động học và lực động học dáng đi của đối tượng (hình 7-2). Từ đó, chúng ta sẽ có thể phân tích chính xác về dáng đi của đối tượng để đưa ra kết luận tương ứng.

Hình 2: Một phòng thí nghiệm phân tích dáng đi với hệ thống camerra và bản ghi lực.
3. Chuyển động học thẳng khi đi và chạy
3.1. Đặc điểm chuyển động học thẳng của dáng đi
+ Nhịp bước đi (Stride): là khoảng từ một sự kiện của một chi đến cùng sự kiện của cùng chi đó ở lần tiếp xúc tiếp theo. Ví dụ: từ lúc chạm gót chân phải đến lúc chạm gót chân phải. Có thể chia nhịp bước đi thành hai bước đi.
+ Bước (step): phần của nhịp bước đi từ một sự kiện xảy ra ở chân này đến cùng một sự kiện ở chân kia. Ví dụ: từ lúc chân phải chạm đất đến lúc chân trái chạm đất. Như vậy hai bước thành một stride hay còn gọi là chu kỳ dáng đi.
Các tham số thường đo là:

• Chiều dài bước chân (step length)
• Chiều dài nhịp bước chân (stride length)
• Độ rộng bước chân (Step width): khoảng cách từ đường đi chân phải đến chân trái
• Tốc độ bước chân (cadence): số bước chân/giây (bình thường 1,9 bước/giây)
• Tốc độ chạy/đi (speed) = chiều dài nhịp bước chân * tốc độ nhịp bước chân

Hình 3. Nhịp bước chân (stride) và bước (step) trong chu kỳ dáng đi.
Như vậy có thể gia tăng tốc độ đi/chạy bằng cách gia tăng chiều dài bước chân hoặc tốc độ bước hoặc cả hai. Nhiều nghiên cứu cho thấy để tăng tốc độ, ban đầu người chạy gia tăng chiều dài bước chân. Tuy nhiên, mức gia tăng này có giới hạn và để chạy nhanh hơn, người đó phải gia tăng tốc độ bước chân.
Mỗi người thường có một tốc độ đi ưa thích quen thuộc. Tốc độ này thường khoảng 1,46m/s.
Các thông số dáng đi được điều chỉnh khi các điều kiện cơ thể hoặc môi trường cản trở chu kỳ dáng đi. Ví dụ, một người khiếm khuyết thể chất (như bại não… ) thường đi với vận tốc và nhịp độ chậm hơn bằng cách tăng thì tựa, giảm thì đu đưa, và chiều dài bước đi ngắn lại. Các yếu tố môi trường cũng ảnh hưởng tốc độ đi, ví dụ khi đi trên đường trơn trượt, hầu hết giảm chiều dài bước chân và tăng độ rộng bước. Điều này giảm thiểu khả năng ngã bằng cách tăng góc đánh gót với đất và giảm khả năng dịch chuyển bàn chân trên mặt phẳng trơn trượt.
3.2. Đặc điểm chuyển động học góc của dáng đi
Phân tích chuyển động góc khi đi và chạy thường là biểu diễn hình học các hoạt động của các khớp theo thời gian. Sự thay đổi tầm vận động nhiều nhất là ở mặt phẳng đứng dọc, và có thể xác định bằng phân tích 2D. Một phân tích đầy đủ hơn (ba mặt phẳng) đòi hỏi đánh giá bằng phân tích 3D.
Hình 7-4 biểu diễn sự thay đổi chuyển động học góc của các khớp chi dưới cả ở ba mặt phẳng theo thứ tự là mặt phẳng trán, đứng dọc, và mặt phẳng ngang khi đi.
 
Hình 4: Chuyển động góc của các khớp chi dưới khi đi ở ba mặt phẳng
4. Phân tích lực động học thẳng động tác đi.
Các vận động khi đi là kết quả của co cơ. Hình 7-5 tóm lược hoạt động cơ trong khi đi. Các cơ chủ yếu để khởi đầu và ngừng các vận động của chi.  Hầu hết hoạt động đong đưa của chân là do tác dụng như quả lắc của trọng lượng và không cần co cơ gắng sức.

Hình 5: Hoạt động cơ trong khi đi. Trục ngang biểu diễn phần trăm của một nhịp bước chân (zero: chạm gót và 100% là chạm gót cùng chân nhịp tiếp theo).
Đánh giá lực động học thường được thực hiện đầu tiên bằng cách đo lực phản ứng của mặt nền lên cơ thể. Hình 7-6 cho thấy đường biểu diễn phản lực nền điển hình khi đi. Đường biểu diễn cho thấy đặc điểm của các giai đoạn tựa đơn và tựa kép và sự chuyển lực từ bàn chân này sang bàn chân kia. Giai đoạn tựa kép, là giai đoạn chuyển lực từ bàn chân này sang bàn chân kia, cho phép kiểm soát tốc độ tải (độ dốc của đường cong) và giữ tốc độ chuyển tương đối thấp. Lực thẳng đứng vẫn giữ tương đối bằng trọng lượng cơ thể suốt giai đoạn tựa đơn, và lực tối đa vào lúc chạm gót và nhấc chân chỉ cao hơn trọng lượng cơ thể một ít. Lực cao ở hai thời điểm này là do cơ thể giảm tốc vào lúc đánh gót và sau đó tăng tốc vào lúc nhấc ngón.

Hình 6: Các lực thẳng đứng điển hình trong dáng đi bình thường
Các lực trước-sau (hình 7-7) cho thấy các lực tác dụng dọc hướng của vận động, lực này là các lực hãm (braking) hoặc lực tiến (driving) phụ thuộc vào hướng của chúng. Vào lúc đánh gót lực tác động theo hướng ngược với vận động nên là lực hãm. Khi tâm khối đi qua bàn chân và bắt đầu xuất hiện lực tiến, do đó lực trở nên dương và là lực đi tới. Điểm mà lực thay đổi từ lực hãm sang lực tiến tới thường giữa 45% – 50% tổng thời gian tựa. Những thay đổi với mẫu bình thường này sẽ gợi ý một dáng đi bất thường.

Hình 7. Các lực trước-sau điển hình trong dáng đi bình thường.
Một khía cạnh phân tích khác là công cơ học của cơ. Công của cơ là tích của moment khớp và dịch chuyển góc khớp. Công dương khi có hoạt động co cơ hướng tâm, như các moment gấp tạo nên vận động gấp. Công âm khi các hoạt động ly tâm, moment của lực ngược chiều với vận động. Ví dụ, công âm sẽ tạo nên moment duỗi gối khi khớp gối đang gấp. Thường thì công dao động quanh giá trị âm và dương nhiều lần trong chu chuyển đi và chạy.
Hình 8 mô tả chuyển động học khớp, moment lực tổng của cơ, và công tương ứng ở khớp háng, gối và cổ chân trong một bước đi.

Hình 8. Dịch chuyển góc, moment lực, và công trong một nhịp bước đi. A. Háng, B. Gối, C. Cổ chân. Đường dọc đậm phân cách thì tựa và thì đu đưa.
Ở khớp háng, có một moment duỗi háng ở đầu thì tựa cho đến giữa thì tựa. Vào cuối thì tựa, có một hấp thụ công khi các cơ gấp háng co làm giảm tốc độ duỗi háng. Chuẩn bị cho nhấc chân, cơ gấp háng co lại để tạo công khởi đầu giai đoạn đong đưa. Háng tiếp tục gấp trong thì đong đưa qua công được tạo nên bởi moment cơ gấp háng cho đến cuối giai đoạn đong đưa bởi một moment duỗi háng.
Ở khớp gối, giai đoạn đáp ứng tải có sự gấp gối được kiểm soát bởi một moment duỗi gối từ lúc chạm chân đến giữa thì tựa. Vào cuối thì tựa, lại có một moment gấp gối và di chuyển đến một moment duỗi gối nhỏ. Trong thì đu đưa, ít có tạo công cho đến cuối giai đoạn đu đưa, khi các cơ gấp gối hoạt động ly tâm để làm chậm động tác duỗi gối để chạm gót chân.
Ở cổ chân có một moment gập mu bàn chân ngắn trong giai đoạn đầu của thì tựa khi bàn chân được hạ xuống mặt đất. Sự chuyển sang moment gấp lòng bàn chân ban đầu xảy ra qua hoạt động gấp lòng bàn chân để kiểm soát sự xoay của cẳng chân lên bàn chân. Sau đó là tiếp tục moment gấp lòng bàn chân khi các cơ gấp lòng bàn chân co đồng tâm để đẩy chân đi tới. Vào lúc bắt đầu thì đong đưa, sự gấp lòng bàn chân tiếp tục xảy ra dưới sự kiểm soát của hoạt động cơ gấp mu bàn chân co ly tâm. Khi ở thì đong đưa, ở cổ chân ít có công được tạo ra.
Vai trò của chi trên trong dáng đi: như một yếu tố làm vững hạn chế các thay đổi trong động lượng góc của cơ thể và do đó bảo tồn năng lượng. Nếu không có tay thì cơ thể (thân) sẽ lắc lư nhiều (động lượng góc) khi chân xoay ra trước và ra sau.
Hai tay đong đưa theo kiểu đối nghịch với hai chân (nghĩa là tay phải gấp vai và khuỷu tối đa khi chân phải nhấc ngón và duỗi vai và khuỷu khi đánh gót phải). Do đó, thân trên xoay theo hướng ngược với xương chậu. Hoạt động của hai tay tạo nên một động lượng góc đối nghịch với chân và do đó giảm sự thay đổi động lượng góc của toàn cơ thể.
Ghi chú: mặc dù khối lượng của chân lớn hơn tay, hai tay có thể tạo động lượng hầu như bằng với động lượng của hai chân. Điều này là do hai tay ở vị trí xa đường giữa hơn và do đó cần ít khối lượng hơn để có cùng moment quán tính
Động lượng góc (L) = moment quán tính (I) * vận tốc góc (ω)
Trong mặt phẳng ngang, hai tay không có tác dụng bởi vì chúng hoạt động theo hướng đối nghịch, nghĩa là tay này ra trước và tay kia ra sau. Về phương thẳng đứng hai tay đóng góp khoảng < 5% lực nâng của cơ thể.
5. Các thay đổi dáng đi trên lâm sàng
Nhiều bệnh lý ảnh hưởng đến dáng đi và chức năng đi lại. Một số dáng đi bệnh lý thường gặp là:
5.1. Dáng đi chống đau: đây là dáng đi của người bị đau khớp. Để giảm đau bệnh nhân rút ngắn thời gian tựa ở bên đau và nhanh chóng chuyển trọng lượng sang chân kia.
5.2. Dáng đi cứng khớp háng: Khi khớp háng bị cứng, bệnh nhân không thể gấp khớp háng khi đi để nhấc chân lên hở đất trong thì đu đưa.
5.3. Dáng đi khớp háng không vững:
Sự vững của khớp háng khi đi là nhờ các đầu xương của khớp được giữ trong vị trí vững bởi các cơ và dây chằng quanh khớp.

1. Dáng đi Trendelenberg: như trường hợp phá vỡ giải phẫu bên phải trong gãy cổ xương đùi chưa liền. Hoạt động của cơ mông nhỡ kéo xương chậu xuống dưới trong thì tựa không hiệu quả hoặc yếu do mất một điểm tựa vững. Xương chậu hạ xuống ở phía bên kia (tức là bên trái) gây nên mất vững.
2. Dáng đi cơ mông nhỡ: khi cơ mông nhỡ phải bị liệt, nó không thể kéo xương chậu phải xuống do giảm chức năng cơ dạng ở trong thì tựa.

5.4. Dáng đi chân ngắn: chân ngắn chân dài trở nên rõ khi một chân ngắn hơn chân kia 1 inch (2,5 cm). Dáng đi nghiêng chậu xuống dưới rõ và biến dạng bàn chân ngựa.
5.5. Dáng đi bước cao: khi bàn chân rũ (yếu cơ gập mu chân), bàn chân vỗ lên đất khi đánh gót và sau đó rũ xuống trong thì đu đưa. Để đưa bàn chân hở đất, khớp háng gấp nhiều hơn tạo nên dáng đi bước cao.
5.6. Dáng đi cây kéo: đây là dáng đi đặc trưng của một trẻ bại não, co cứng rõ rệt hai háng và cổ chân gập lòng.
5.7. Dáng đi bệnh nhân Parkinson: thân người gập về phía trước,  đi bước nhỏ, nhanh, chân đi với tầm vận động nhỏ hơn…
5.8. Dáng đi liệt nửa người: quét vòng (dạng chân) để hở chân liệt trong thì đu đưa.
5.9. Dáng đi thất điều: đi lảo đảo, mất thăng bằng như người say rượu
5.10. Dáng đi lật bật (dồn): bệnh nhân đi lên các ngón chân như bị đẩy, bắt đầu đi chậm sau nhanh dần cho đến khi bệnh nhân vịn để ngừng lại
5.11. Dáng đi chân ngựa: đi gập cổ chân do hoạt động quá mức cơ gấp lòng bàn chân.
5.12. Dáng đi co cứng: thấy trong liệt cứng hai chân, vận động cứng, hai chân sát nhau, háng và gối gấp nhẹ, co rút bàn chân.

Hình 9: Tóm lược các chuyển động góc của khớp và hoạt động cơ ở mặt phẳng đứng dọc trong dáng đi bình thường.