跑步疲劳对女性膝外翻个体下肢关节运动学与动力学的差异性影响研究

本研究通过对比分析女性膝外翻（GV）个体与健康对照组在跑步疲劳状态下下肢关节运动学（kinematics）和动力学（kinetics）参数的变化，揭示疲劳对GV人群下肢生物力学的特异性影响。结果发现，疲劳后GV组髋关节内收角度（adduction angle）、膝关节外展角度（abduction angle）及踝关节外翻角度（eversion angle）显著增加，同时伴随股四头肌（quadriceps）和腓肠肌（gastrocnemius）激活增强、胫骨前肌（TA）活动减弱等肌肉代偿模式。这些改变可能加剧膝关节外翻负荷，增加前交叉韧带（ACL）损伤和骨关节炎（OA）风险，为GV人群的运动损伤预防提供了关键生物力学依据。

　　

引言

膝外翻（Genu Valgum, GV）作为常见的膝关节畸形，与膝关节疼痛、软骨损伤及早期骨关节炎（OA）风险密切相关。非接触性前交叉韧带（ACL）损伤中约70%与动态外翻过度相关，而女性因生理结构特点更易出现GV。跑步作为高参与度运动，其疲劳状态可能进一步放大GV个体的生物力学缺陷，但目前针对疲劳条件下GV人群下肢生物力学特性的系统性研究仍较为缺乏。本研究通过对比女性GV个体与健康对照组在跑步疲劳前后的下肢关节运动学、动力学及肌电活动，旨在揭示疲劳对GV人群损伤风险的影响机制。

材料与方法

研究纳入8名女性GV患者与8名健康对照，所有受试者在单日内完成预疲劳测试、跑步诱导疲劳方案及疲劳后测试。通过高速双荧光成像系统（DFIS）测量静态Q角（>20°为GV标准）及踝间距（>0.04 m为GV标准）以确认分组。采用Vicon运动捕捉系统、Kistler测力台及表面肌电（EMG）采集跑步支撑期数据，重点分析髋、膝、踝三关节在矢状面、冠状面和横断面的角度与力矩变化，并使用统计参数映射（SPM1D）进行时间序列差异检验。

结果

运动学特征显示，疲劳前GV组已存在髋关节屈曲角度（15%–50%支撑期）、内旋角度（0%–37%, 53%–100%支撑期）及膝关节内旋角度（全程）显著高于对照组。疲劳后，GV组髋内收角度（28%–35%）、膝外展角度（33%–93%）及踝外翻角度（0%–6%）进一步增加（p < 0.05）。动力学方面，疲劳后GV组髋内收力矩（20%–23%, 64%–69%）、屈曲力矩（62%–75%）及膝外旋力矩（12%–97%）显著升高，而踝关节跖屈力矩在支撑早期增强、末期减弱。肌电数据表明，疲劳后GV组股外侧肌（VL）和腓肠肌内侧头（GM）激活显著增强，胫骨前肌（TA）活动持续下降（p < 0.05），提示下肢肌肉代偿模式改变。

讨论

GV个体在疲劳状态下表现出的髋膝踝联动异常（如髋内收增加、膝外展加剧）可能与臀中肌无力及TA激活不足导致的骨盆稳定性下降有关。膝关节屈曲角度减小（接近35°–45°）结合外展力矩升高，可能加剧内侧关节面负荷，提升OA风险。同时，膝内旋角度与外部旋转力矩的同步增加，会显著提高ACL应变，尤其在疲劳导致的神经肌肉控制减弱背景下。踝关节力矩变化提示GV个体通过调整跖屈-背屈策略补偿近端稳定性缺失，但这种代偿可能进一步扰乱下肢力线传导。

结论

跑步疲劳显著加剧女性GV个体的下肢生物力学异常，表现为关节角度偏移、力矩失衡及肌肉激活模式改变。这些变化可能共同增加ACL损伤与OA发生风险，强调需针对GV人群设计疲劳适应性训练及生物力学矫正方案。未来研究应拓展至男性群体及摆动期动力学分析，并探索贴扎、鞋垫等干预措施对GV人群的防护效应。