男性马拉松运动员后足不对称性研究：双IMU揭示与运动表现维持相关的生物力学代偿机制

本研究通过双无线惯性测量单元（IMUs）连续监测23名男性马拉松跑者后足运动学数据，首次系统揭示长时间户外跑步导致的后足不对称性变化：初始接触期矢状面旋转（0–3% stance phase, p=0.005）、中期垂直加速度（34–36% stance phase）及推进期内外侧加速度（55–66%/81–89% stance phase）和横断面旋转（62–98% stance phase）均出现显著不对称（p<0.01）。研究发现优势侧后足通过增强外侧加速度（0.14→0.37 g）、降低垂直加速度（0.89→0.52 g）及提升外旋速度（16.95→49.75°/s）的代偿机制维持运动表现，为可穿戴设备早期监测疲劳相关损伤风险提供新策略。

　　

Highlight

本研究创新性采用双无线惯性测量单元（IMUs）技术，首次在户外马拉松全程动态捕捉男性跑者后足运动不对称性特征，揭示疲劳状态下生物力学代偿的精确时空规律。

Results

23名受试者（44.61±6.43岁，BMI 20.78±1.05 kg/m²）完成全程马拉松（203.26±20.53分钟）后，统计参数映射（SnPM）分析显示：

1. 初始接触期：矢状面旋转不对称性显著增加（0–3% stance phase, p=0.005）

2. 中期支撑：垂直加速度对称性降低（36% stance时优势侧0.89 g vs. 非优势侧0.52 g, p=0.005）

3. 推进期：内外侧加速度差异达164%（60% stance时0.14 g vs. 0.37 g），横断面外旋速度差异更达193%（70% stance时16.95°/s vs. 49.75°/s）

Discussion

这种"优势侧主导"的代偿模式（lateral acceleration↑/superior acceleration↓/external rotation velocity↑）虽能短期维持运动表现，但导致推进期下肢负荷失衡。研究首次证实：可穿戴IMUs能精准捕捉疲劳相关的微秒级不对称变化，为优化训练干预提供量化依据。

Conclusion

双IMUs系统揭示了马拉松跑者后足不对称的动力学特征，其阶段性变化规律可作为运动损伤早期预警的生物标志物。该技术为动态监测户外长跑生物力学提供了突破性解决方案。

Author contributions

张国庆与Tony Chen共同完成研究设计、数据采集分析和论文撰写；魏林娟等参与数据采集与论文修订；张明教授指导课题设计并审定终稿。所有作者确认论文最终版本。

CRediT贡献声明

张国庆：论文撰写/数据分析/实验设计；Tony Chen：基金获取/方法学验证；魏林娟：软件/可视化；其他作者分别参与数据采集或论文修订。

Funding

本研究获香港研资局（PolyU 15211322）及运动科技研究院种子基金（P0050103）资助。

利益冲突声明

作者声明无潜在利益冲突。

致谢

感谢所有参与本研究的马拉松跑者。