הליכת בני אדם

הליכה היא צורת התנועה והניידות העצמית העיקרית של בני אדם ושל בעלי חיים על פני הקרקע. פרק זה ייוחד להליכת בני אדם, משמע להליכה על שתיים. תינוקות מפתחים את יכולת ההליכה באופן עצמאי בממוצע בין גיל 9 חודשים ל-15 חודשים. מטרת ההליכה היא להעביר את הגוף בבטחה וביעילות במישור או בשיפוע. בדרך כלל ההתייחסות להליכה היא להליכה לפנים (קדימה) אבל, היא אפשרית לכל כיוון. חיוניות ההליכה לתפקוד בני האדם גדולה ועל כן לא מפליא הוא שמספר המחקרים והמאמרים העוסקים באספקטים שונים של יכולת ההליכה הוא אלפים רבים. חלקם של הפרסומים מוקדש להליכת אנשים בריאים (normal gait) וחלקם האחר למגוון גדול מאוד של הליכות אב-נורמאליות (פתולוגיות). מכיוון שהן בהליכה נורמאלית והן בהליכה פתולוגית מרכיבים רבים של ההליכה הם תלויי מין וגיל, מקובל להתייחס בנפרד לגברים ולנשים כמו גם לקבוצות גיל שונות. 1. מסוגלות הגפיים התחתונות (הרגליים) לתמוך בגו, בראש ובגפיים העליונות. תמיכה זו מופעלת כנגד כוח הכבד ואי יכולת למלא פונקציה זו עשויה לגרור "התמוטטות" 2. שמירה על יציבה זקופה ועל שווי המשקל של הגוף. מכיוון שההולך נשען על שתי כפות הרגליים (ובחלק ניכר מהזמן על אחת בלבד), כשל במילוי תנאי זה ימנע את יכולת ההליכה. 3. פיקוח על מסלול הגף הנעה קדימה באוויר מרגע הנפתה ועד לנחיתתה. פגיעה בפונקציה זו עלולה לגרום למעידה או נפילה עד כדי מניעת היכולת להתקדם בהליכה. 4. יצור אנרגיה לצורך ההתקדמות ולשם ביצוע שינויי מהירות. אי יכולת, עלולה לגרום להליכה לא פונקציונלית עד כדי מניעת היכולת ללכת. די בתנאים אלו כדי להצביע על התרומה של מערכות הגוף השונות לביצוע הליכה תקינה: בראש ובראשונה, מערכת העצבים, השרירים והשלד; ובנוסף, מערכת הנשימה ומערכת הלב וכלי הדם ובהמשך, כל שאר מערכות הגוף שפעולתן התקינה מתחזקת ומאפשרת את הביצוע התקין וההשקעה האנרגטית הכרוכה בהליכה. הליכה נורמאלית ופתולוגית נחקרת בתחומי מדע שונים המשיקים זה לזה: בביומכניקה, הדגש הוא על חקר שלבי ההליכה, ועל הכוחות המשמשים לביצועה. בהתאם לכך תשומת הלב מופנית לחקר תנועות המפרקים ופעילות השרירים ולמנגנונים המפקחים ומווסתים פעולות אלו. ניתן להוסיף כאן מחקרים באביזרי עזר וברובוטיקה. בפיזיולוגיה, המחקר נסב על פעילות מערכות הגוף התומכות בהליכה ובראשונה על מערכת הנשימה וכלי דם. הליכה נחקרת במעבדות מחקר, בעולם הפתוח ובקליניקה. לכל אחת מסביבות מחקר אלו תרומה להבנת מנגנוני ההליכה ולשפור או שיקום ההליכה במקרים של פגיעות. הליכה היא מטבעה תנועה מחזורית המורכבת מצעדים חוזרים הדומים זה לזה.;במהלך ההליכה כל גף נמצאת על הקרקע (שלב התמיכה, Stance or support phase), כ-60% ממשך מחזור ההליכה (מוגדר בפסקה הבאה), ומונפת באוויר (שלב ההנפה, Swing phase) כ-40% ממחזור ההליכה. כאשר גף אחת באוויר, הגף השנייה תומכת לבד במשקל הגוף (Single stance). האתגר בשמירת שווי המשקל בהליכה ניכר מנתון זה. רק במשך כ-20% ממחזור ההליכה שתי כפות הרגליים נמצאות על הקרקע (Double stance). בהליכה, בניגוד לריצה, אין פזה שבה שתי הרגליים נמצאות באוויר באותה עת. מקובל להגדיר "אירועים" מסוימים בהליכה של כל רגל בנפרד, כגון האירוע של הנחיתה (רגע הנחיתה, משמע, הנגיעה הראשונית) בקרקע, או רגע העזיבה של כף הרגל את הקרקע. מקובל להגדיר את מחזור ההליכה כצעד (Stride): צעד, הוא המרווח בין "אירוע" המתרחש ברגל אחת במהלך ההליכה להתרחשות העוקבת של אותו אירוע באותה רגל. אפשר להגדיר צעד במונחי זמן (stride period) לדוגמה: משך הזמן בשניות של צעד ברגל ימין, הוא משך הזמן מהנחיתה (בדרך כלל העקב נוחת ראשון) של רגל ימין על הקרקע לבין הנחיתה העוקבת של רגל ימין על הקרקע. לחלופין, אפשר להגדיר צעד ביחידות מרחק (stride length): המרחק שעשתה רגל ימין מאירוע מסוים כגון הנחיתה על הקרקע עד להתרחשות הבאה של הנחיתה ברגל ימין. פסיעה (step), מגדירה את המרווח בין אירוע המתרחש ברגל אחת בהליכה לבין התרחשות אותו אירוע ברגל הנגדית. לדוגמה, בין נחיתת רגל ימין על הקרקע לבין נחיתת רגל שמאל. כמו לגבי צעד גם כאן ניתן להגדיר את משך הפסיעה במדידות זמן ואת משכה ביחידות מרחק. בהליכה נורמאלית משך הזמן או המרחק של step הוא מחצית הstride. אין במילון העברי הבחנה בין stride לstep והמונח "פסיעה" נקבע כאן לשם בידול מ"צעד" בהקשר לתוכן זה. הליכה נורמאלית מאופיינת בסימטריות שביטויה בביצוע השווה/דומה של הגף הימנית והגף השמאלית. כאשר ההליכה אינה סימטרית זוהי צליעה. יש לזכור שבהליכה הרגליים נמצאות בתנועה כל הזמן; משמע הן הגף התומכת והן המונפת נמצאות בתנועה ומצבן משתנה אפוא בכל נקודת זמן. מקובל לציין בשלב התמיכה חמש פזות המגדירות את מצב/תנועת הגף בשלב זה, ואת שלב ההנפה-בשלוש פזות. חלוקה זו מאפשרת בין השאר לאבחן הפרעה בהליכה המתרחשת בשלב ספציפי במחזור ההליכה. לדוגמה, גרירת הרגל על הקרקע בשלב ההנפה כולו או בחלקו, או, נחיתה על קדמת כף הרגל במקום על העקב בשלב התמיכה. במסגרת זו אין מקום לפירוט שלבים אלו המוגדרים במקורות רבים (לדוגמה, מובאות 1-2). קצב ההליכה (cadence, rate) הוא מספר הפסיעות (steps) או מספר הצעדים (strides) ביחידת זמן. מקובל להשתמש ב steps/minute כלומר מספר הפסיעות בדקה. ממוצע קצב ההליכה באדם מבוגר בריא הוא 100steps/min. כאשר הולכים בהנחיית מטרונום ההולך צריך להתאים את קצב ההליכה למקצב המטרונום. מהירות ההליכה (gait speed) היא המרחק שעשה ההולך ביחידת זמן. מקובל להשתמש במטרים/שנייה. ניתן להגדיל את מהירות ההליכה על ידי הגדלת קצב ההליכה או על ידי הגדלת אורך הצעדים. מהירות ההליכה הממוצעת של אדם מבוגר בריא היא כ-1.4 מ/שנ. כאשר הולכים על מסוע (treadmill) על ההולך להתאים את מהירות הליכתו למהירות תנועת המסילה. הליכה עצמאית של אנשים בריאים מאופיינת בשונות מסוימת. שונות זו קיימת בכל פרט בנפרד באותה ההליכה ובין הליכות בזמנים או בתנאים שונים. כאשר זו נמוכה או גבוהה מהנורמה הדבר מעיד על חריגה מהליכה נורמאלית שעלולה להיות פתולוגית המטרה של ניתוח הליכה היא לאפיין את ההליכה של הפרט, ללמוד על הכוחות הפועלים בעת ההליכה ועל פעולת השרירים בכל פזה של ההליכה. ניתוח הליכה מדויק נעשה במעבדות הליכה באמצעות מיכשור תואם ועל ידי אנשי מקצוע המיומנים במדידות אלו. (תיאור של מעבדת הליכה ניתן למצוא בקישורים החיצוניים. פירוט המדידות - בשתי המובאות הראשונות בהערות השוליים מדידות זמן - מרחק הן המדידות השכיחות ביותר. הכוונה היא למרחק של כל צעד או של מספר צעדים ושל זמן הביצוע. בדרך כלל מקובל לחשב מתוך נתונים אלו את מהירות ההליכה. לרוב נדרש מרחק הליכה של 10 מטרים לפחות כדי להעריך את מהירות ההליכה בתנאים מסוימים. קיימים מכשירים שונים למדידת נתונים אלו, החל המסלולים ייעודיים הממוקמים במעבדה וכלה בסטופרים ובמדי תאוצה המצויים במכשירי טלפונים ניידים. מדידות קינמטיות הן מדידות של תנועת כל הגוף או של מפרקים בודדים. כאשר מתייחסים לכל הגוף, המדידה היא בדרך כלל של מיקום, מהירות או תאוצה של מרכז הכובד הנמצא באגן. אשר למפרקים בודדים, רוב המדידות הן של טווח התנועה של מפרקי הירך, הברך והקרסול. גם באילו ההתייחסות היא למיקום המוחלט או היחסי של כל מפרק, למהירות תנועתו ולתאוצה. מדידות אלו מתייחסות לא רק להליכה קדימה אלא גם לתנועתיות במישורים נוספים כמו מצד לצד ומעלה מטה. מכשירי המדידה הקינמטים העיקריים מורכבים ממערכת מצלמות, כמו גם ממכשירי ניטור מקומיים כמו מדי מהירות, מדי תאוצה וגירוסקופים. בשנים האחרונות שוכללו מאוד חיישנים אלו ובאפשרותם ניתן לבצע מדידות קינמטיות לא רק במעבדה סגורה אלא גם בעולם הפתוח. מדידות קינטיות: קינטיקה היא הענף העוסק במשתנים הגורמים לתנועה כגון, כוחות שרירים, המומנטים שכוחות השרירים יוצרים במפרקים, מדגמי ההספקים ((power) של עבודת השרירים. אחד המשתנים הקינטים החשובים הנמדדים במעבדת הליכה הוא כוח התגובה המופעל ממשטח ההליכה על ההולך. המכשיר המשמש לכך הוא פלטת כוח (force plate). הכוחות הנמדדים באמצעות הפלטה הם של הכוח האנכי המופעל עליה (זהו למעשה כוח הזהה לכוח המופעל על ידי שרירי הגוף כנגד כוח הכובד) ושל כוחות החיכוך (המונעים החלקה בכוונים אפקיים). הכוח המופעל על ידי ההולך על הקרקע אינו אחיד לאורך מחזור ההליכה. הוא גבוה ממשקל הגוף בעת הנחיתה ובעת הניתוק של כף הרגל מהקרקע ונמוך ממשקל הגוף בעת שרגל אחת נמצאת כולה על הקרקע ובאותה העת הרגל השנייה באוויר. היכולת לשמור על זקיפות גופנו בעת ההליכה ולשאת ולהעביר את משקל הגוף קדימה בעיקר כאשר רק גף אחת תומכת במשקל הגוף, תלויה בכות השקול של שרירי המיישרים של גופנו (extensor muscles) הממוקמים בצד האחורי של השוק, הירך, האגן והגב כולל הצוואר. במצב של חולשה קיצונית של שרירי המיישרים של הגף התחתון היא איננה מסוגלת לשאת את משקל הגוף ו"תתמוטט". במקרה זה ייתכן שמיכשור כמו סד או אביזר עזר כמו מקל או הליכון יסייעו לנשיאת ולהעברת משקל גוף קדימה על פני כף הרגל. מדידות עבודת השרירים (אלקטרומיוגרפיה, EMG): מדידות אלו נועדו ללמוד על תרומת שריר או קבוצת שרירים להליכה. בדרך כלל הן מבוצעות באמצעות אלקטרודות המוצמדות לשרירים שאת פעילותם רוצים למדוד וקליטת האות החשמלי באלקטרודה בזמן פעילות השריר. הקלט נרשם, נשמר ומעובד באמצעות מיכשור ייעודי. ישנם מדדים רבים ושונים הנלמדים מתוך רישומי הEMG. בעיקר חשוב התזמון של פעילות כל שריר בשלב ספציפי במחזור ההליכה (כמו גם אי פעילותו בשלב שבו אינו אמור לפעול). בנוסף יש חשיבות לעצמת פעילותו בכל פזה של מחזור ההליכה, להדדיות בפעילות בשתי הרגליים או עם שרירים אחרים באותה הגף ועוד. כוון חדשני בניתוח הליכה בשנים האחרונות נועד לאפשר ביצוע ניתוח הליכה בסביבות שונות מהמעבדה, בעיקר בקליניקה ובמרחב החיצוני. לשם כך בוטלה המטלה של הצמדת חיישנים לנקודות מפתח בגוף, כמו גם השימוש במיכשור ייעודי לשם איסוף וניתוח הנתונים. במקום זאת מוצע שימוש בניתוח של צילומי וידאו רגילים ושכיחים והסתמכות על אלגוריתמים של למידת מכונה. פעילות תקינה של הרמות השונות של מערכת העצבים המרכזית החל מחוט השדרה וכלה במוחות הגולגולת חיונית להליכה נורמאלית. בחוט השדרה, ידוע שמחולל תנועה מרכזי (CPG -Central Pattern Generator), שהוא רשת תאי עצב הקשורים זה לזה דו צדדית ברמות הנמוכות של חוט השדרה, מסוגל לחולל תנועות הליכה קצביות ומתואמות בשתי הגפיים התחתונות. אולם, על מנת לשמור על קומה זקופה ועל שווי משקל בהליכה דרושה גם מעורבות של גזע המוח, המוחון (Cerebellum) וגרעיני הבסיס (Basal Ganglia). יתרה מזו, אזורים שונים ורבים של קליפת המוח מעורבים בהליכה ומעורבותם גדלה ככל שמטלת ההליכה מורכבת וכוללת משימות קוגניטיביות ואחרות. בשנים האחרונות מעורבות המרכזים המוחיים הגבוהים בהליכה נחקרת במסגרות רבות. מעבר לעניין התאורטי והשאיפה להבנת מגבלות שונות בהליכה, יש למחקר זה מניע מעשי והוא שיקום הליכה באמצעות יצירת קשר בין המחשב למוח. צריכת האנרגיה בהליכה תלויה ביכולת הגוף להשתמש בחמצן. ככל שיכולת זו טובה יותר הן מבחינת קצב ניצול החמצן והן מבחינת אורך הזמן, כך, יכולת צריכת האנרגיה טובה יותר. מהירות ההליכה היא מדד טבעי ואמין לצריכת האנרגיה, קרי לניצול חמצן בהליכה. בממוצע, ההולך במהירות הנוחה לו צורך 12.1 מיליליטר/קג/דקה (12.1 מיליליטר חמצן לקג ממשקל הגוף בדקה) ואילו במהירות גבוהה הצריכה הממוצעת היא 18.4מל/קג/דקה. באדם מבוגר ובריא הגברת מהירות ההליכה מלווה בהגדלת קצב הלב ועל כן היכולת להעלות את קצב הלב היא מדד לכושר גופני, קרי ליכולת ניצול החמצן בצורה מיטבית. עם הזקנה, אי יכולת של מערכות הגוף, בעיקר מערכת הלב וכלי הדם ומערכת הנשימה לספק את כמות החמצן הדרושה תגרום באופן טבעי להורדת מהירות ההליכה. הליכה היא ספורט חובבים נפוץ. היא מקדמת את הבריאות ויכולה להיעשות כמעט בכל מקום. בשנים האחרונות ערים רבות מקדמות את נושא ההליכתיות (Walkability) כדי להיות נעימות יותר להולכי הרגל, בין היתר במטרה להקטין את השימוש ברכב הפרטי וכתוצאה מכך את זיהום האוויר ופקקי התנועה הכבדים הנלווים לו, וכן להגביר את מידת הפעילות הגופנית של התושבים. תנועת בעלי חיים ביבשה הולך רגל הפרעות הליכה באבחון מחלות תמונות של ניתוח הליכה מעבדת ההליכה ויציבה בבית החולים תל השומר נילופר מרצ'נט: יש לך פגישה? צא להליכה! – הרצאה באנגלית מאתר TED עם כתוביות בעברית הליכה, דף שער בספרייה הלאומית Winter DA, Biomechanics and motor control of human gait: normal, elderly and pathological - 2nd edition, WATERLOO, Canada 364 WARRINGTON DRIVE N2L 2P6: WATERLOO BIOMECHANICS, 1991 Judith Burnfield Jacquelin Perry, Gait Analysis: Normal and Pathological Function (English) Second Edition, Thorofare, New Jersey: SLACK Incorporated, 2010 Herssens N, Verbecque E, Hallemans A, Vereeck L, Van Rompaey V, Saeys W., Do spatiotemporal parameters and gait variability differ across the lifespan of healthy adults? A systematic review., Gait and Posture 64, 2018, עמ' 181-190 Olivier Beauchet a Gilles Allali b Cédric Annweiler a Stephanie Bridenbaugh d Frederic Assal b Reto W. Kressig d François R. Herrmann c, Gait Variability among Healthy Adults: Low and High Stride-to-Stride Variability Are Both a Reflection of Gait Stability, Gerontology 55, 2009, עמ' 702–706 Dylan Kobsar, Jesse M. Charlton, Calvin T.F. Tse, Jean-Francois, Angelo Graffos Natasha M. Krowchuk, Daniel Thatcher and Michael A. Hunt*, Validity and reliability of wearable inertial sensors in healthy adult walking: a systematic review and meta-analysis, Journal of Neuroengineering and Rehabilitation, 2020, עמ' 1-21 Łukasz Kidziński , Bryan Yang , Jennifer L Hicks , Apoorva Rajagopal , Scott L Delp , Michael H Schwartz, Deep neural networks enable quantitative movement analysis using single-camera videos, Nat Commun 13, 2020, עמ' 4054 doi: https://doi.org/10.1038/s41467-020-17807-z Łukasz Kidziński, Scott Delp, Michael Schwartz, Automatic real-time gait event detection in children using deep neural networks, PLoS One . 14, 2019, עמ' 1-11 doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0211466 Arnaud Delval, Madli Bayot, Luc Defebvre and Kathy Dujardin, Cortical Oscillations during Gait: Wouldn’t Walking Be So Automatic?, Brain Sciences February, 2020 Dixie L. Thompson,, Fitness Focus Copy-and-Share: What is Oxygen Consumption?, ACSM's Health & Fitness Journal 14, 2010, עמ' January-February Fonseca Alves, David J.; Bartholomeu-Neto, João; Júnior, Edis Rodrigues; Ribeiro Zarricueta, Bárbara S, Walking Speed, Risk Factors, and Cardiovascular Events in Older Adults—Systematic Review, Journal of Strength and Conditioning Research 31, 2017, עמ' 3235-3244