单侧负重行走对无负重侧下肢生物力学特征的影响
作者单位：北京体育大学
会议名称：《第十二届全国体育科学大会》
会议日期：2022年
学科分类：0403[教育学-体育学] 040302[教育学-运动人体科学(可授教育学、理学、医学学位)] 04[教育学]
摘 要：研究目的:单侧负重行走在日常生活中随处可见,单肩背包对于女性来说,给她们带来了不少的方便,同时又起着点缀的作用,因此女性更爱选择背单肩包,而忽略它潜移默化的影响。外部负重物作用于人体,改变了身体和重物总质心的位置,人体会相应地调整步态和身体姿势,从而保持身体平衡。由于包的重量、包的外形、携带方法和携带位置的不同,携带包可能就会引起不正常的姿势,并影响骨骼肌肉系统,因此会导致疼痛和脊柱病变。研究已经证明,长时间的单侧负重,会造成肩部、颈部和背损伤酸疼、高低肩和脊柱侧弯,负重会造成身体姿势的改变,对于短期负重,也许只产生局部肌肉疲劳,但对于长时间或长期的不对称或过重的负荷,将可能造成肌肉、骨骼及关节的永久性伤害。目前单侧负重的研究集中在躯干部肌电情况、步态时空参数和足底压力,但鲜有研究考虑其对于无负重侧下肢生物力学特征的影响,因此有必要进行相关探索,有助于了解无负重侧下肢损伤的潜在风险。本研究旨在测量不同单侧负重条件下无负重侧下肢的生物力学特征,探讨无负重侧下肢各关节的补偿机制,为分析单侧负重行走时无负重侧下肢可能出现的关节损伤提供依据。研究方法:选取12名健康女大学生,纳入标准:右利手,无背单肩包习惯,无神经系统和肌肉骨骼系统疾病,且实验前24h内未从事剧烈运动,无肌肉疲劳症状。受试者随机进行三种单侧负重形式（单肩背包、前臂挂包、单手提包）的行走,参考自身体重（BW）设置4种负重重量（0%、5%、10%、15%BW）,负重侧为右侧。受试者参考Helen-Hayes模型贴29个反光标志点,自然走过测试区域,并以左脚踩在测力台上为一次有效测试,采集3次有效数据。采用8镜头红外高速运动捕捉系统（Motion Analysis,200Hz）与三维测力台（Kistler,1000 Hz）同步采集步行中运动学和动力学数据。采用欧拉角的方法计算下肢关节角度,采用逆动力学法计算下肢关节力矩,关节功率为关节净力矩与关节角速度的乘积,采用梯形法计算关节功,动力学指标除以体重进行标准化。采用双因素重复测量方差分析,分析不同负重方式和重量两个因素对无负重侧下肢关节运动学和动力学参数的影响,显著性水平为P0.05,当主效应显著时,后继检验采用LSD法。研究结果:1)无负重侧踝关节最大跖屈角度、矢状面活动幅度、最大跖屈力矩、矢状面功率最大值和正功随着负重重量的增加而显著增大（P0.05）。2)随着负重重量的增大,无负重侧踝关节额状面最大外翻力矩、功率最大值和正功显著增大（P0.05）,功率最小值和负功绝对值显著增大（P0.05）。3)随着负重重量的增加,无负重侧膝关节矢状面的最大伸膝力矩、功率最大值、正功、功率最小值和负功的绝对值均显著增大（P0.05）;负重重量达到15%BW时,无负重侧最小屈膝角度、最大屈膝力矩、显著增大,膝关节矢状面活动幅度较其他重量显著减小（P0.05）。4)随着负重重量的增大,无负重侧膝关节额状面的最大膝外展力矩、功率最大值、正功、功率最小值和负功的绝对值显著增大;负重重量达到10%BW时,无负重侧膝关节额状面活动幅度较其他重量显著减小（P0.05）。5)随着负重重量的增大,无负重侧髋关节矢状面正功显著增大（P0.05）;负重重量达到10%BW时,无负重侧髋关节最大伸髋角度较其他重量显著减小（P0.05）。6)随着负重重量的增大,最大髋外展力矩、功率最大值和正功显著最大（P0.05）;负重重量达到15%BW时,髋关节额状面的功率最小值和负功的绝对值较其他重量显著增大（P0.05）。7)手拎包时的髋关节额状面的最大髋外展力矩、功率最大值、正功、功率最小值和负功的绝对值均显著大于单肩背包和肘挂包（P0.05）;负重重量达到15%BW时,手拎包髋关节额状面活动幅度显著大于前臂挂包和单肩背包（P0.05）。研究结论:1)单侧负重造成无负重侧膝关节和髋关节外展力矩和做功的增加,长时间下去,会加速无负重侧膝关节和髋关节外展肌群的疲劳,甚至导致损伤。2)不同单侧负重方式的差异主要体现在无负重侧髋关节的运动学和动力学特征上,髋关节的运动特征表现出不同的代偿反应,而负重方式对无负重侧膝、踝关节的运动特征影响不大。3)单侧负重造成无负重侧下肢各关节产生不同的代偿,因此无负重侧的力学变化同样值得关注,特别是长时间单侧负重行走的群体。