理解与上楼梯时相关感觉和运动要求对于技能再训练来说是非常重要的。甚至对于没有残疾的人群来说，楼梯都表现出一个显著的危险性。在公共场合，楼梯步行是所有摔倒中比例最高的，有4/5在下楼梯时发生。楼梯步行与水平面上的步行的相同点在于它们都包含有下肢的刻板的相互交替运动（Craik et al.，1982；Simoneauet al.，1991）。
像普通运动一样，楼梯步行也有3个要求：产生推动身体上楼梯的主要向心力量，或者控制身体下楼梯的离心力量（行进）；同时在持续改变的支持面内控制重心（稳定性）；为了适应变化的楼梯环境，例如高度、宽度和有无栏杆等，根据这些情况在行进和稳定性要求中的调适的能力（适应性）（McFadyen & Winter，1988）。
从平地走上一段楼梯，需要增加关节活动度和肌肉力量。支撑下肢体需要承受体重，同时保持负重时的身体稳定，摆动侧肢体必须很快的屈曲关节，从支撑侧肢体下面的踏板迈向上一个踏板。
1.活动方式
楼梯步态的测试，从测试者面对楼梯，站立于平地（楼梯0）开始。每个肢体从平地迈向台阶的第1步，不是讨论的核心，因为这时的步态周期不完善，易产生误导。由平地迈向第1个台阶（0~1）只是简短的摆动，而对侧肢体从平地迈向第2个台阶（0~2）是从一个较稳定的部位启动，摆动期相对较长。肢体接触第3个台阶时，才能形成完整步态的力学机制。此时肢体开始表现出正常的步态周期，接下来向上的步态，肢体都是迈向另一侧肢体刚刚接触的台阶，交替进行。
上楼梯时，支撑相肢体支持和抬高身体，而摆动相肢体经过3个步骤：①竖板；②支撑相肢体正在占据的踏板；③更高一个台阶的竖板，至此，摆动足开始着地，启动下一步。
图1 上楼梯、下楼梯、平地行走时髋关节活动的对比。
图2 上楼梯、下楼梯、平地行走时膝关节活动的对比。
图3 上楼梯、下楼梯、平地行走时踝关节活动的对比。
肢体开始上楼梯时，首先屈曲髋关节（50°~60°）和膝关节（50°~70°）（图1、图2）。随后迅速伸展髋、膝关节，并持续的负重期和支撑相中期。
支撑相对末期，髋（10°~15°）、膝（5°~15°）轻度屈曲，维持到足趾离地前。
初始着地发生在前足。踝关节背屈（5°~10°），如果髋、膝关节极度屈曲（图3），也可能有跖屈存在。身体经过台阶时，随着承受体重，踝关节背屈增加5°。由于身体重量转向一侧肢体，双侧肢体支撑相末期迅速反转至跖屈（10°~20°）。
摆动相开始时，所有3个关节都屈曲。为使足顺利的离开台阶边缘，摆动相中期，髋、膝关节屈曲达到峰值，至少比支撑相所需要的多10°左右。然后，髋、膝关节减少屈曲度，准备踏上第2个台阶并完成初始着地，踝关节同时获得5°~10°的背屈。
2.肌肉控制
能否轻松地走上一段楼梯取决于一个人下肢的肌力和关节活动度。从功能上可以将上楼梯的周期分为3个时期：承重（WA）、单下肢支撑（SLS）、肢体肢体摆动前进（SLA）。
上楼梯时，优势肌肉在每一个支撑相抬起身体。在7个针对上下楼梯肌肉功能的肌电图研究中，2位研究者应用肌肉插入电极，分别在步态和徒手测试肌力时，收集髋和膝部肌肉的电活动信息，从而定量获取相关肌肉收缩强度占最大强度和相对作用大小的百分比数据。
2.1 承重
图4 上台阶时，承受体重所需要的肌肉。臀大肌、长收肌、臀中肌强有力的收缩稳定髋关节。作用于膝关节上的股四头肌活动达到峰值，腘绳肌较低水平的收缩加强髋关节伸展，对抗胫骨前移。踝部，比目鱼肌控制承受体重时肢体的前移。
承重时（图4），主要支撑侧下肢必须承受由后侧肢体传送的体重，并且开始在新的支撑面依次抬起头、手臂与躯干。必须同时维持向前和向上迈进时身体的稳定。
前足着地就开始了承重期。髋、膝关节屈曲约60°，踝关节背屈5°。髋关节伸肌（臀大肌下部和大收肌）和膝关节伸肌（股外侧肌和股内侧肌）同时强有力地收缩，伸展髋、膝关节。{为接下来的支撑稳定做准备，在摆动相末期，髋、膝关节肌肉变得活跃。臀大肌下部（30%最大自主收缩强度MVC）和大收肌（40%MVC）在初始着地时产生中等强度的髋关节伸展。同时，臀大肌上部（40%MVC）和臀中肌（60%MVC）强有力的维持髋关节外侧的稳定。而两个主要的腘绳肌的活动不明显，半膜肌为0~15%MVC，股二头肌长头0~10%MVC。股四头肌的股外侧肌表现中等活跃（30%MMT），随着负荷的增加，强度迅速增至峰值（60%MMT）。表面肌电图显示股内侧肌活跃时段与股外侧肌类似。}
到负重中期，臀大肌下部（30%MVC）和股四头肌（60%MMT）达到峰值，在增加体重负荷时，提供足够的力伸直关节。这个时期，髋、膝关节产生的力量迅速增加。较强作用的腘绳肌（半膜肌和股二头肌外侧头）协助伸展关节，同时对抗股四头肌牵拉胫骨的作用，稳定关节。在冠状面上，髋外展肌（臀中肌和臀大肌上部）维持稳定，并承受踏上新的支撑面转移的体重。
踝关节承受体重的特点是增加背屈，从开始的5°到承重反应末期的12°。比目鱼肌迅速增加的收缩遏制了胫骨前移，这个作用在对侧足离地前达到最高峰。
2.2 单侧肢体支撑
图5 上台阶时，单侧下肢支撑时所需要的肌肉。单侧下肢支撑时，由于关节位于较伸展的位置，髋、膝关节伸展力量减小。半膜肌和股二头肌外侧头作用增加，控制髋、膝关节。跖屈肌（比目鱼肌、腓肠肌内侧头）肌力增加。
上楼梯单侧肢体支撑时，身体平稳地向前移动至支撑侧肢体是关键环节（图5）。其次是身体的接续抬升。
单侧下肢支撑开始于对侧足趾离地，垂直方向的地面反作用力很快达到峰值（1.12BW）。由于双侧下肢关节均呈屈曲位，单侧下肢支撑时期的前半段主要是伸展力矩。
髋、膝关节伸展肌持续收缩，伸展关节，抬升头、手臂与躯干。单侧肢体支撑开始时作用于髋、膝关节的爆发力使关节快速伸直。
由于身体重量移向逐渐伸直的髋、膝关节，相对于这些关节的头、手臂与躯干的对线所产生的部分被动稳定取代了对动力肌稳定的需求，屈曲力矩取代伸直力矩。
支撑相末期，髋、膝关节伸展达到峰值（即，关节10°屈曲），髋伸展肌（臀大肌、长收肌）、髋外展肌（臀中肌、阔筋膜张肌）、膝关节伸肌（股外侧肌、股内侧肌）等保持静止状态。这时，逐渐增强的半膜肌和股二头肌外侧头提供主要的髋、膝关节稳定。
踝关节在单侧肢体支撑时段协助抬高身体。此时，踝关节背屈角度减小，从支撑相中期峰值的12°，减小至支撑相末期的接近中立位。
单侧下肢支撑时段跖屈力矩的迅速增加说明需要比目鱼肌和腓肠肌内侧头肌力来伸展踝关节。
2.3 肢体摆动前进
图6 上楼梯摆动相时所需肌肉。摆动相早期，后方肢体跖屈活动加强，将体重转移至前方肢体。股二头肌短头活动加强，促使膝关节屈曲。当足从台阶抬起时，股二头肌短头和胫骨前肌活动迅速增加，确保膝关节和踝关节适度屈曲，便于迈向高一级台阶。摆动相末期，髋关节伸肌群活动增加，准备承受体重。
对侧肢体接触参照侧肢体之上的台阶即开始肢体的摆动向前。摆动前期肢体准备就绪进入摆动期。这是快速跖屈的时段，从开始踝关节背屈5°最后达到20°跖屈。随后腓肠肌内侧头和比目鱼肌强力收缩，并达到跖屈力矩的峰值。这个时期可以记录到跖屈肌同时收缩产生的踝关节强有力的爆发力（2.2~2.5W/kg）。后方肢体跖屈增加有助于抬高身体，将体重转移至引导侧肢体上部。髋、膝关节开始继续维持单下肢支撑时段的微屈（10°）的姿势，摆动前期结束时屈曲角度略增加。摆动前期股二头肌短头的快速收缩协助屈曲关节。
当体重转移到对侧肢体时，参考侧肢体自由摆动。下肢3个关节迅速屈曲，确保足离开地面踏上台阶（图6）；
摆动相中期，髋（60°~70°屈曲）、膝（80°~95°屈曲）达到屈曲峰值；
摆动相末期，踝关节达到峰值（10°背屈）。在摆动相早期，股二头肌短头强力屈曲关节达到峰值，使膝关节出现短时间爆发力。
在摆动相中期前段，髋关节也出现短暂爆发力，随后迅速屈曲。有研究表明这个期间股直肌达到继发性收缩峰值，其他髋屈肌（比如髂腰肌）的作用尚未检测。摆动相中期，胫骨前肌活动也达到峰值来协助踝背屈。
摆动相中期的后半部分，由于肢体达到接触下一个台阶的最后体位，膝关节开始伸直。
摆动相末期，股外侧肌低水平的收缩确保初始着地前适度的膝关节伸直，同时增加稳定性，准备承受体重。摆动相末期，髋关节轻度收缩（5°~10°范围）以确定肢体在下一个台阶踏板的位置。在此期间，腘绳肌（即股二头肌长头、半膜肌、半腱肌）控制髋、膝关节的前向活动。
3.作用力
3.1 地面反作用力
上楼梯时，垂直于地面的瞬时力呈现2个峰值。
第1个峰值出现在单下肢支撑开始，相当于1.12个体重单位。
摆动前期的第2个峰值略大些（1.23个体重单位）。
这比较接近平地行走时的第1个峰值（1.19个体重单位）和第2个峰值（1.17个体重单位）的特征。
上楼梯时前后地面反作用力与平地行走时的模式类似，但幅度较小。
支撑相的前半段，地面反作用力的合力方向偏后，协助阻止足在楼梯上向前滑动。
在支撑相后半段，地面反作用力合力偏向前方，阻止足部向后滑动。
3.2力矩
上台阶时，髋、膝、踝关节以伸展力矩为主。
文献通常报道髋关节在整个支撑相都表现为伸展力矩。3个研究团队观察到支撑相后1/3时段，髋关节转向短暂、相对较小的屈曲力矩。也有报道发现支撑相开始时出现短暂的屈曲力矩，随后很快转为伸展力矩。然而，这些表现并不常见。研究普遍认为躯干的姿势是影响髋关节力矩变化的因素。
膝关节在初始着地后紧接着会出现短暂的、低强度的屈曲力矩，随后在负重期至支撑相中期，迅速转为高强度的伸展力矩。膝关节伸展力矩的峰值，文献报道差异较大，为0.5~1.5N·m/kg。躯干姿势未能控制将影响力矩的测量。
在支撑相末期，膝关节伸展力矩转为屈曲力矩。摆动前期的特征为膝内侧的屈曲力矩。
踝关节在支撑相跖屈力矩表现为两个峰值。支撑相末期的第2个峰值（1.2~1.5N·m/kg）通常大于支撑相早期出现的最高值（15%~20%步态周期）。
3.3 动力
在整个支撑相，一系列动力爆发抬高并将身体向前推动。
髋关节在负重时产生爆发力（7%步态周期时1.01W/kg），膝关节在支撑相中期（18%步态周期时1.79W/kg）协助向前抬高身体。
支撑相末期，踝关节产生很强的爆发力（53%步态周期时2.53W/kg），因而有助于将身体重心转向另一侧肢体。只有踝关节的力量强度与平地行走时接近。
4.上楼梯与步行
与步态相似，上楼梯也被分为了两个时相：站立相大约持续了整个周期64%，摆动相持续了周期的36%。另外，楼梯步行的每个时相被进一步分为反映各时相需要完成的目标。
在上楼梯时，站立相又被分为承重期、身体上提期和向前持续推进期，摆动相又分为足廓清期和足放置期。
在站立相，承重期起始于足的中部至前部。身体上提期的发生是由于膝和踝的伸肌活动引起，主要是股外侧肌和比目鱼肌的向心性收缩。楼梯步行不同于水平步行有2个方面：①完成上楼需要的力量是控制水平步行的2倍；②在上楼梯时膝关节伸肌产生了大部分力量使身体向前进。最后，在向前持续推进期，踝关节产生了向前和上提的力量：然而，在楼梯步行的向前行进期之后踝关节的力量不是主要的力量根源。在楼梯步行的平衡控制中，最大的不稳定来自对侧足尖抬离地面，单侧脚承担了整个身体的重量时，髋、膝、踝关节都是屈曲的（McFandyen & Winter，1988）。
个体在上楼梯时的摆动相与水平步行很相似，包括足廓清和合适的摆放足，以使体重会在下一个站立相被接受。足廓清是由胫前肌背屈踝关节，腘绳肌屈曲膝关节来完成的。股直肌离心性收缩通过中期摆动逆转这个动作。摆动腿通过摆动腿屈髋肌的激活及对侧站立腿的运动来带动它向上向前。最后足的放置是由伸髋肌和踝关节的背屈肌来控制的（McFandyen & Winter，1988）。
“人世间的灵魂，疯癫的青春；幸福者所挽留的今天，不幸者所翘盼的来日。把冷漠狭隘当眼镜的人啊，继续在阴暗里寻求你的白日吧，一切都会按照你的妄想涂上颜色。”
——胡安娜·伊内斯·德·拉·克鲁斯《人类生命中令人心醉的青春》
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