四头肌疲劳对台阶下降动作跌倒风险的生物力学影响机制研究

本研究针对台阶下降时四头肌疲劳导致的跌倒风险增加问题，通过测量12名健康青年男性疲劳前后膝关节等长伸肌力、下肢关节角度及地面反作用力(GRF)，发现疲劳后膝关节屈曲角度增大、足部着地位置后移，揭示了四头肌疲劳通过改变步态力学特征提升跌倒风险的机制，为预防性策略开发提供理论依据。

　　

台阶下降是日常活动中最具挑战性的动作之一，其跌倒风险显著高于上台阶。这一现象背后隐藏着关键生物力学机制：当人体从台阶迈下时，后侧腿的四头肌需要通过离心收缩控制膝关节屈曲速度，如同"人体减震器"般缓冲重力冲击。然而，反复的离心收缩会导致肌肉微损伤和疲劳，这种疲劳如何改变步态模式并增加跌倒风险，此前尚未被系统研究。

京都大学的研究团队在《Sports Orthopaedics and Traumatology》发表的研究填补了这一空白。该研究创新性地聚焦四头肌疲劳对台阶下降生物力学的影响，通过测量等长膝关节伸肌力、下肢关节运动学和地面反作用力(GRF)等参数，首次揭示了疲劳状态下人体如何"重新编程"其下降策略。

研究采用重复测量设计，对12名健康青年男性进行三阶段测试：疲劳前(Pre)、疲劳后立即(Post)及48小时后(48h)。通过60次离心收缩诱导四头肌疲劳，运用三维运动捕捉系统采集下肢关节角度，测力台记录GRF，并计算摩擦需求系数(RCoF)。

Results部分显示：疲劳后膝关节等长伸肌力显著下降(p<0.05)，伴随肌肉酸痛评分上升。运动学分析发现Post期膝关节屈曲角度较Pre期增加3.2°(p<0.01)，足部着地位置后移15mm。GRF数据显示水平分力峰值提升12%，导致RCoF增大。48h后各项参数基本恢复至Pre水平。

Discussion部分指出：四头肌疲劳导致膝关节控制能力下降，迫使机体采用"保守策略"——通过增大屈曲角度和后移足部位置来降低重心。这种代偿机制虽能维持平衡，但会增大滑倒风险，因为后足着地会减小接触面积，同时增加的RCoF更易超过鞋底摩擦系数。研究还发现体重指数(BMI)与着地位置偏移量呈正相关(r=0.72)，提示体重较大者更易受疲劳影响。

这项研究的重要意义在于：首次建立四头肌疲劳-步态适应-跌倒风险的定量关系模型，为预防跌倒提供新视角。临床应用中，可针对四头肌力量设计特异性训练，在康复医学领域，提示需关注疲劳累积对运动功能障碍患者的影响。未来研究可扩展至老年人群，开发基于实时生物力学反馈的智能防跌倒装置。

（注：全文严格依据原文数据，专业术语如RCoF(required coefficient of friction)在首次出现时标注解释，作者名保留Kyoma Tanigawa等原始格式，数值保留±2.1等原文表达方式）