年轻男性在步态测试中，不同步速下下肢肌肉激活情况的比较

《PLOS One》：Comparison of lower limb muscle activation between slow and fast tempos during the stepping test in young men

本研究旨在确定不同步行速度下下肢肌肉活动与动态平衡的关系。12名健康男性在44和132 BPM下进行步行测试，记录垂直地面反作用力和肌肉电信号。结果显示，慢速步行下单腿支撑时间和时间差更大，但肌肉平均激活（mEMG）降低，累积激活（iEMG）显著增加。然而，mEMG和iEMG的变化与平衡指标无显著关联。结论表明，不同速度下需要不同的下肢肌肉活动，但单一肌肉与平衡能力无直接关联。

　　本研究旨在探讨在进行步态测试时，哪些下肢肌肉参与了动态平衡的维持。实验对象为12名健康的年轻男性，他们分别以每分钟44次（慢速）和132次（快速）的节奏进行原地步态测试。通过使用力平台和遥测肌电图（EMG）系统，研究人员记录了垂直地面反作用力以及下肢肌肉活动的情况。测试中，EMG信号是从右腿的股直肌（RF）、股外侧肌（VL）、股二头肌（BF）、胫骨前肌（GM）和腓肠肌（SOL）中采集的。研究发现，在慢速节奏下，单腿支撑时间以及脚接触与节拍器声音之间的时间差都比快速节奏下更长，同时快速节奏下的冲击力更大。在单腿支撑阶段，慢速节奏下的RF、VL和SOL的平均EMG信号分别比快速节奏下低63%、17%和23%；而VL、BF、GM和SOL的整合EMG信号则分别增加了171%、315%、214%和157%。然而，单腿支撑时间的变化率、时间差的变化以及各肌肉EMG活动的变化率之间并没有显著的相关性。这表明，尽管步态测试中的运动特征与节奏有关，但动态平衡指标似乎受到其他因素的影响，而不仅仅是肌肉激活程度。

动态平衡能力是评估老年人日常活动中的移动能力和跌倒风险的重要指标，也被视为年轻人运动表现和损伤预防的评估手段。步态测试是一种广泛应用于不同年龄层人群的动态平衡评估方法，尤其适合年轻人。相比其他测试，如Berg平衡量表、Tinetti定向运动评估、Timed “Up & Go”测试和单腿落地测试，步态测试具有更高的适用性和安全性。在步态测试中，被试者需要根据固定的节奏，在原地进行左右腿交替支撑，类似于行走。测试中记录了单腿支撑时间和双腿支撑时间，前者越长、后者越短，通常意味着更好的动态平衡能力。此外，被试者脚接触与节拍器声音之间的时间差也被视为衡量动态平衡能力的重要指标，时间差越小，表明同步性越好，动态平衡能力越强。这些变量会随着年龄增长而下降，因此在步态测试中，节奏的变化可能对动态平衡产生显著影响。

在动态平衡的维持过程中，人体依赖于骨骼肌产生的力量，并结合中枢神经系统的信息，包括前庭、视觉、本体感觉和运动骨骼系统。在动态平衡中，上肢、躯干和下肢的肌肉群协同工作，以保持身体重心在支撑基底范围内。例如，当身体重心向一侧偏移时，通常会通过向另一侧的步态反应来稳定姿势。这种过程涉及下肢远端和近端肌肉的激活。因此，比较不同节奏下踝关节和髋关节周围肌肉的活动水平，有助于理解哪些肌肉在动态平衡中起关键作用。

下肢肌肉生成的力量对于维持姿势稳定至关重要。例如，已有研究表明，当支撑基底逐渐变窄时，如从坐姿到双腿站立再到单腿站立，脚部肌肉的活动会增强。在另一项研究中，单腿站立时支撑基底较小，导致身体不稳定，因此下肢肌肉活动增加以维持平衡。此外，穿着带有曲面前掌和后跟的不稳定鞋类，已被发现会增加站立时脚部外在肌肉的激活，以及行走时下肢肌肉的活动。因此，判断下肢肌肉是否需要在不稳定姿势下产生更多力量，是评估动态平衡能力的重要依据。在步态测试中，被试者在慢速节奏下表现出更大的时间差，这表明在慢速条件下，维持动态平衡更加困难。然而，下肢肌肉活动的具体变化尚未被充分测量，因此尚不清楚肌肉活动是否与步态测试中的动态平衡能力存在直接关系。

本研究通过测量平均EMG（mEMG）和整合EMG（iEMG）信号，分别反映了肌肉激活的强度和持续时间内的累积活动。在慢速节奏下，单腿支撑时间更长，而快速节奏下则冲击力更大。这表明，慢速节奏下肌肉需要持续激活以维持单腿支撑，而快速节奏下则需要更快速、爆发性的力量生成。然而，研究结果并未发现这些变化与动态平衡指标之间存在显著相关性。这提示我们，虽然慢速步态确实增加了下肢肌肉的总体活动，但动态平衡能力可能还受到其他因素的影响，如感觉整合能力等。

在本研究中，发现慢速步态下，RF、VL和SOL的平均EMG信号比快速步态下低，而VL、BF、GM和SOL的整合EMG信号则显著增加。这一现象表明，肌肉活动在步态测试中受到节奏变化的显著影响。mEMG和iEMG分别反映了肌肉在特定时间段内的平均激活强度和累积活动。慢速步态下，由于单腿支撑时间延长，肌肉需要持续激活，因此iEMG值增加。而快速步态下，由于冲击力更大，肌肉在短时间内需要快速产生力量，因此mEMG值增加。这说明，不同节奏的步态测试对下肢肌肉活动的影响是不同的。在慢速节奏下，肌肉的持续激活更为重要；而在快速节奏下，肌肉的瞬时爆发力更为关键。

研究还发现，慢速步态下，身体重心在左右腿之间转移的时间差增加，这可能表明步态与节拍器的同步性下降。然而，这一时间差并未与肌肉活动的变化率产生显著关联。这可能是因为在年轻被试者中，步态与节拍器的同步性更多地反映了节奏感知和运动协调能力，而不是直接的动态平衡能力。因此，在评估步态测试的动态平衡能力时，时间差可能只是间接指标，而不能完全代表实际的平衡能力。此外，由于本研究仅记录了垂直地面反作用力和部分下肢肌肉的活动，未能测量躯干肌肉的活动，因此无法明确躯干肌肉在动态平衡中的作用。

本研究的发现表明，步态测试的节奏变化显著影响了动态平衡能力和下肢肌肉活动。慢速步态要求下肢肌肉进行持续激活，而快速步态则需要肌肉在短时间内产生更大的力量。然而，动态平衡指标的变化并未与肌肉活动的变化率直接相关，这可能意味着动态平衡的维持不仅依赖于肌肉力量，还涉及其他因素，如感觉整合、运动协调等。因此，在进行步态测试时，不仅要关注肌肉活动的变化，还需要综合考虑其他影响动态平衡的因素。

在临床和康复实践中，步态测试可以作为一种评估工具，用于了解个体在不同节奏下的动态平衡能力。然而，本研究也指出了其局限性。首先，样本量较小，仅包括12名被试者，这可能影响结果的普适性。其次，步态测试中的时间差指标可能更适合老年人，因为他们在慢速步态下更容易出现步态不协调和不稳定。对于年轻人来说，时间差可能更多地反映了节奏同步能力，而不是直接的动态平衡能力。此外，本研究未能测量躯干肌肉的活动，因此无法全面评估躯干在动态平衡中的作用。最后，步态本身也可能影响测量结果，因此未来的研究应考虑更多变量，如髋关节、膝关节和踝关节的角度变化，以及落地模式等。

综上所述，本研究通过比较慢速和快速步态测试中下肢肌肉的活动情况，揭示了不同节奏下肌肉功能的变化。慢速步态需要下肢肌肉进行持续激活，而快速步态则依赖于肌肉的快速力量生成。然而，动态平衡指标的变化并未与肌肉活动的变化率产生显著关联，这表明动态平衡能力可能受到多种因素的影响，而不仅仅是肌肉激活。因此，在设计针对年轻人的动态平衡训练或康复计划时，应根据具体目标选择合适的步态节奏。如果目标是提高瞬时力量生成能力，快速步态可能更合适；而如果目标是提高持续力量生成能力并考虑损伤预防，则慢速步态可能更合适。此外，为了更准确地评估动态平衡能力，未来的研究可以结合其他测量手段，如压力中心轨迹、速度和面积等，以获得更全面的数据支持。