《Applied Ergonomics》：A top-of-flight stairway defect affects foot overhang on lower steps during stair descent
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楼梯顶部缺陷对脚部悬空及跌倒风险的影响研究。通过比较27名受试者在标准楼梯与存在顶飞行缺陷（上一步踏面较长且高度较低）楼梯的步态数据，发现缺陷导致第三至第五步悬空量显著增加（p<0.05），说明下游非均匀结构可能引发步态失衡。建议建筑规范强化顶部楼梯的尺寸统一性。
本杰明·S·埃尔金|罗杰·E·蒙哥马利|艾莉森·C·诺瓦克|冈特·P·西格蒙德
MEA法医工程师与科学家公司，加拿大安大略省多伦多
摘要
在下行楼梯时发生的跌倒事件与楼梯尺寸的不均匀性有关。一种常见的楼梯不均匀现象是“顶部台阶缺陷”，即楼梯最上层台阶的踏步高度和水平距离与其他较低台阶不同。虽然这种缺陷被认为具有危险性，但其对下行过程中脚部位置和踩空风险的影响尚未得到研究。在这项实验研究中，我们测量了27名成年人在存在“顶部台阶缺陷”的七级楼梯与在均匀楼梯下行时的脚部悬垂程度。研究发现，在含有缺陷的台阶下方第三、第四和第五级台阶（S3、S4和S5；p < 0.05）上，脚部悬垂程度有所增加。鉴于脚部悬垂程度的增加与踩空和跌倒风险上升相关，这一发现为发生在缺陷下游且楼梯几何结构均匀区域的跌倒现象提供了生物力学解释。我们的研究结果支持从上层平台开始要求楼梯尺寸均匀化的规定，这是新建筑和现有建筑翻新中楼梯尺寸经常发生变化的常见区域。
引言
下楼梯是大多数人每天都会进行的动作，但他们往往没有意识到其中潜在的风险。楼梯是建筑环境中的常见设施，而楼梯跌倒仍然是导致受伤和死亡的主要原因之一（Jacobs, 2016）。特别是下行楼梯时风险更高，因为下行跌倒的发生率是上行跌倒的三倍（Svanstrom, 1974）。当脚部踏入楼梯踏步之前，使用者已经在经历一个受控的下降过程（McFadyen和Winter 1988；Riener等人，2002）。如果在承重过程中出现踩空、滑倒或绊倒，可能会导致正常步态中断，身体重心移出支撑范围，从而引发跌倒（Hamel等人，2005；Gosine等人，2019）。这种跌倒的后果可能非常严重，尤其是在楼梯顶部附近发生时。事实上，在加拿大安大略省，楼梯跌倒占急诊就诊总数的12%（Cowle, 2016），而在美国每年则约为100万例（Blazewick等人，2018）。
为了降低使用楼梯的风险，建筑规范对楼梯的设计和建造设定了最低要求和公差。例如，规范规定了可接受的楼梯尺寸，如踏步高度和水平距离（即相邻踏步之间的水平距离）。这些标准有助于使楼梯使用更加一致和可预测，同时促进自然舒适的步态。除了规定可接受的台阶尺寸外，大多数建筑规范还要求楼梯的踏步高度和水平距离必须均匀。例如，加拿大安大略省的建筑规范目前要求相邻台阶的踏步高度和水平距离相差不超过5毫米，同一级楼梯内的差异不超过10毫米。同样，加利福尼亚州的建设规范要求同一级楼梯的踏步高度和水平距离相差不超过3/8英寸（9.5毫米）。
由于楼梯的水平距离可能短于鞋子的长度，下行楼梯时需要精确控制脚部位置，以防止在承重过程中从踏步边缘滑倒或踩空。理论上，均匀的踏步高度和水平距离有助于使用者在行走时形成规律的循环步态，从而降低踩空或绊倒的风险。研究表明，楼梯尺寸的不均匀性可能是导致跌倒的原因之一（Templer等人，1978；Archea等人，1979；Cohen等人，2009），尤其是当这种不均匀性足以干扰正常的步态时（Templer, 1992；Roys和Wright, 2005）。Brown等人（2023）发现，具有台阶间尺寸变化的楼梯比没有此类变化的楼梯更容易发生跌倒事件，但导致这一现象的具体原因尚未得到充分研究。
实验室研究发现，楼梯中部的踏步高度和水平距离不均匀会影响下行过程中的脚部位置和间距（Francksen等人，2020, 2022）。然而，在实际应用中，新建筑和翻新工程中的许多楼梯不均匀现象通常出现在楼梯的顶部或底部，即楼梯与平台连接处。这种常见的“顶部台阶缺陷”最早由Pauls和Harbuck（2008）提出，并由Johnson（2009）进一步描述为顶部平台与最上层台阶之间的水平距离较长。这种缺陷还可能由于上层平台和踏步使用不同材料而导致踏步高度的差异。从上层平台下来的第一级台阶可以为使用者提供关于楼梯踏步高度和水平距离的信息（Johnson, 2009）。如果这些信息影响了使用者后续台阶的脚部位置，可能会导致意外变化，从而增加踩空和跌倒的风险。尽管Johnson（2009）认为这种缺陷具有危险性，但其对下行过程中脚部位置和踩空风险的具体影响尚未得到研究。
本研究旨在量化楼梯最上层台阶的不均匀性如何改变使用者在下行过程中第一步及后续台阶的脚部位置。如果最上层台阶的水平距离较长而踏步高度较短，使用者可能会踩到后续台阶。我们假设，在顶部台阶水平距离较长的楼梯上，脚部悬垂程度（即鞋子悬挂在踏步边缘的部分）会大于踏步高度和水平距离均匀的楼梯。较大的脚部悬垂程度会增加滑倒或踩空的风险，尤其是在楼梯顶部附近发生时，这种风险尤为严重。
方法
共有27名受试者（5名女性，22名男性）参与了这项研究。受试者来自参观研究设施的游客群体，均为两位作者（BSE和GPS）所从事的法医咨询公司的员工。受试者年龄在24至67岁之间（平均年龄±标准差为40.3±12.5岁），身高在157.2至190.5厘米之间（平均身高±标准差为174.6±8.6厘米），体重在55至102公斤之间（平均体重±标准差为78.8±12.3公斤）。所有受试者的视力正常或经过矫正后达到正常水平，并且能够
结果
所有受试者完成了3次对照试验和3次实验试验，共计162次试验。贴在参与者鞋子上的反光标记似乎没有影响他们的步态，这些标记之间以及标记与楼梯之间也没有产生干扰。有4名受试者因跌落防护装置锁住而影响了他们的下行过程，因此各自重复了一次试验。在整个实验过程中，没有观察到或报告任何绊倒、滑倒或踩空的情况。
讨论
本研究的目的是量化楼梯顶部台阶缺陷如何影响下行过程中的脚部悬垂程度。我们假设这种缺陷会增加脚部悬垂程度，从而增加踩空的风险。我们的假设得到了验证，但脚部悬垂程度的增加主要发生在含有缺陷的台阶下方第二、第三和第五级台阶（S3、S4和S5）。其他研究者也提出了类似观点
作者贡献声明
本杰明·S·埃尔金：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论设计、数据分析、概念构思。罗杰·E·蒙哥马利：撰写——审稿与编辑、软件使用、资源协调、项目管理、方法论设计、数据分析、概念构思。艾莉森·C·诺瓦克：撰写——审稿与编辑、监督工作、资源协调、项目管理、方法论设计、数据分析、概念构思。冈特·P·西格蒙德：撰写——审稿与编辑、初稿撰写
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益和个人关系：BSE和GPS是从事跌倒相关伤害调查的法医咨询公司，他们分别是MEA法医咨询公司的少数股东，且GPS公司的董事。
致谢
作者感谢加拿大卫生研究院（CIHR）提供的部分资金支持（项目编号：CIHR MOP 142178）。
