消防员负重呼吸装置(SCBA)行进时足底压力分布特征及其对步态生物力学的影响

本研究针对消防员携带自给式呼吸装置(SCBA)时足底压力分布机制不明的问题，通过Pedar-X鞋垫系统测量30名消防员行走/跑步时的峰值压力(PP)和压力-时间积分(PTI)，发现SCBA使足底压力向足外侧转移，跑步时中足区PP降低而前/后足区升高。该成果为优化消防靴设计提供生物力学依据。

　　

消防员在执行任务时需要背负12-18公斤的自给式呼吸装置(SCBA)，这种额外负荷不仅改变其步态特征，更可能引发足部损伤。现有研究对负重状态下足底压力分布的认识存在明显空白，特别是缺乏不同运动模式(行走vs跑步)的系统比较。天津大学机械工程学院的研究团队在《Journal of Biomechanics》发表论文，首次揭示了SCBA对消防员足底生物力学特征的动态影响。

研究采用Pedar-X鞋垫系统测量30名消防员在四种工况（无SCBA行走WS、有SCBA行走WS_SCBA、无SCBA跑步RS、有SCBA跑步RS_SCBA）下的足底压力参数。通过重复测量方差分析，量化了八足部分区（大脚趾、外侧脚趾等）的峰值压力和压力-时间积分变化。

【Participants】
招募30名健康消防员（BMI 24.5±5.5 kg/m²），采用自身对照设计排除个体差异干扰。

【Peak pressure】
SCBA使除大脚趾和内侧跖骨区外所有区域PP显著增高。跑步时中足区PP降低8.1%，而外侧脚趾区PP增加4.1%，呈现压力外移特征。

【Discussion】
SCBA改变身体动力学是压力重分布的主因：①骨盆旋转幅度减少36.77-39.51%导致步幅缩短；②腓肠肌等肌群代偿性收缩增加跖骨区负荷；③足弓缓冲机制受损使压力向内侧足弓集中。

【Conclusion】
研究首次明确SCBA使最大峰值压力从大脚趾转移至外侧脚趾（增加25.5%），从内侧跖骨转移至外侧跖骨（增加16.7%），这种异常分布是导致跖骨应力性骨折(Carvalho, 2023)和跖骨痛(Pau et al., 2011)的生物力学基础。该发现为开发具有分区减压功能的消防靴提供了精准的力学参数。

论文创新性体现在：①建立SCBA活动足压数据库；②揭示运动模式对负重足压的调节作用；③提出"外侧跖骨-内侧足弓"关键负荷路径概念。研究获得天津市研究生创新项目（2021YJSB205）和科技计划项目（22YFZCSN00160）支持。