人类步态加速与减速过程中的推进与制动机制研究

《Human Movement Science》：Propulsive and braking mechanisms during acceleration and deceleration in human gait

本文通过分析地面反作用力(GRF)和质心外力矩(COM Mext)，揭示了人类步态加速与减速过程中独特的生物力学机制。研究发现加速行走通过降低早期支撑相制动力、增强晚期推进力与垂直GRF促进身体前旋；而减速行走则通过增强早期制动与垂直GRF抑制前旋动量。该研究为改善步态控制能力提供了重要理论依据。

　　

主要发现

加速行走(AW)显著提高了步行速度和步长，而减速行走(DW)则降低了这些参数。AW在支撑相早期显著降低了GRF后向分量，在晚期则表现出更高的GRF前向和垂直分量，导致晚期支撑相COM M_ext减小（更大的前旋动量）。DW在早期支撑相显示出显著升高的GRF垂直和后向分量，导致早期支撑相COM M_ext升高（更小的前旋动量）。

讨论

我们研究了人类步态加速与减速过程中的推进与制动机制。不同步行条件在步行速度、步长和支撑时间方面均存在显著差异。AW通过降低早期支撑相的GRF制动力、提升晚期推进力，并结合第二GRF垂直峰值的增加，有效促进了身体的前向运动。DW则通过增强早期制动力和垂直GRF分量，成功抑制了质心的突然前旋。

结论

加速度的特征是在步态晚期支撑相提升推进力和垂直GRF以促进COM前旋，而减速的特征是在早期支撑相提升制动力和垂直GRF以抑制COM的突然前旋。这些发现有助于制定改善步态加速和减速能力的有效训练方案。