高跟鞋高度对青年女性下楼梯时下肢生物力学特征的影响：踝关节刚度与做功模式的改变

为解决青年女性穿高跟鞋下楼梯时易跌倒的 biomechanics（生物力学）风险问题，山东体育大学团队通过 Vicon 运动捕捉系统和 AMTI 测力台，研究了 1-7 cm 鞋跟高度对下肢 joint stiffness（关节刚度）、joint work（关节做功）的影响。发现 7 cm 高跟鞋显著降低踝关节刚度（KAnkle ）、净功（WAnkle ）和贡献度（ConAnkle ），提示该鞋跟高度增加运动损伤风险，建议选择鞋跟高度低于 7 cm 的鞋款。

　　

下楼梯是日常活动中最具挑战性的动作之一，数据显示约26%的跌倒事故发生在楼梯行走时，其中下楼梯占比高达3/4。对于钟爱高跟鞋的青年女性而言，这一过程尤为危险——鞋跟抬高虽能塑造优雅体态，却会导致步态异常，长期穿着甚至引发膝痛、足部畸形等问题。尽管已有大量研究探讨高跟鞋在平地行走时对下肢的影响，但关于不同鞋跟高度如何改变下楼梯时的生物力学特征，尤其是关节刚度（joint stiffness）和做功模式（joint work）的调控机制，仍存在显著知识空白。

为填补这一空白，山东体育大学运动与健康学院联合中国人民武装警察部队后勤学院的研究团队，在《BMC Musculoskeletal Disorders》发表了一项开创性研究。该研究通过实验室对照实验，首次系统揭示了1 cm、3 cm、5 cm和7 cm四种鞋跟高度对青年女性下楼梯时下肢关节生物力学参数的差异化影响。

研究采用Vicon红外运动捕捉系统（采样频率100 Hz）和AMTI测力台（1000 Hz）同步采集25名健康青年女性（20.88±1.41岁）下楼梯时的运动学和动力学数据。通过逆向动力学方法计算下肢关节净力矩（net moments），并基于功率-时间积分获得关节净功（net work）。关键创新点在于引入关节刚度（K_joint
=ΔM/Δθ）和关节做功贡献度（Con_Knee
=|W_Knee
|/(|W_Hip
|+|W_Knee
|+|W_Ankle
|)×100%）量化评估策略。

研究结果呈现三大发现：

1. 关节角度与力矩：踝关节活动范围（△Ankle Angle）随鞋跟增高显著减小，7 cm时较1 cm降低76%（P<0.001），而膝关节力矩呈现递增趋势。
2. 关节刚度：踝关节刚度（K_Ankle
   ）在7 cm时较1 cm降低194%（P<0.001），呈现鞋跟越高刚度越弱的线性关系（η²
   _p
   =0.567）。
3. 做功模式：7 cm鞋跟使踝关节净功（W_Ankle
   ）减少46%（P=0.017），其贡献度（Con_Ankle
   ）同步下降，而髋膝关节做功代偿性增加。

讨论部分指出，踝关节刚度降低可能是青年女性的适应性策略——通过增强关节柔韧性来改善冲击吸收，但代价是牺牲运动稳定性。尤为重要的是，7 cm鞋跟引发的踝关节功能抑制（净功减少41%-50%）与贡献度下降，显著提升了跌倒风险。这一发现得到Buddhadev等前人研究的佐证，他们曾报道高跟鞋会削弱踝关节跖屈力矩（plantar flexor moments）的支撑作用。

该研究的临床意义在于首次量化了安全鞋跟高度的临界值：当鞋跟超过7 cm时，踝关节生物力学性能出现断崖式下降。作者建议青年女性下楼梯时应优先选择鞋跟低于7 cm的鞋款，这对预防运动损伤和跌倒事故具有直接指导价值。未来研究可结合表面肌电（sEMG）技术，进一步揭示神经肌肉控制机制，并为特殊人群（如骨质疏松患者）制定更精准的鞋具选择指南。