前足着地与足外展跑姿对髋关节接触力的影响：基于肌肉骨骼模型的研究

本研究针对髋关节骨关节炎(OA)日益严重的公共卫生问题，探索了跑步姿势调整对髋关节接触力(HCF)的影响。研究人员通过肌肉骨骼建模比较了自然跑姿、前足着地(FFS)和足外展跑姿三种模式，发现FFS跑姿在支撑早期显著降低垂直HCF，在支撑后期则显著增加；而足外展跑姿对髋关节额状面负荷无显著影响。该研究为通过步态调整管理髋OA提供了重要生物力学依据。

　　

髋关节骨关节炎(OA)正成为全球重大健康挑战，2019年全球患者达5.28亿，其中髋OA病例在1990-2019年间激增130%。传统观念认为高冲击运动如跑步会加剧OA，但最新证据表明适度的机械负荷反而有助于维持软骨健康。然而，跑步时不同着地方式如何影响髋关节生物力学负荷仍不明确，这直接关系到能否通过步态调整来预防或缓解髋OA。

PL. Leung等人在《Journal of Carbohydrate Chemistry》发表的研究，首次系统评估了前足着地(forefoot strike, FFS)和足外展(toe-out)跑姿对髋关节接触力(hip contact forces, HCF)的影响。研究团队采用交叉实验室设计，招募10名健康青年在三种跑姿（自然跑、FFS跑、足外展跑）下进行测试。关键技术包括：使用8摄像头运动捕捉系统(Vicon)同步四块测力台采集生物力学数据；基于OpenSim 4.4软件构建包含80个肌肉单元的个性化肌肉骨骼模型；通过逆向动力学和静态优化算法计算HCF；重点关注支撑早期(0-10% stance)和后期(66-94% stance)的峰值负荷。

研究结果部分：

1. 1.

   早期支撑期HCF：FFS跑姿垂直HCF较自然跑降低975.5N(p=0.011)，较足外展跑降低789.4N(p=0.028)，效应量(Cohen's d)分别达-1.02和-0.83。额状面内侧-外侧力无显著差异(p>0.220)。

2. 2.

   后期支撑期HCF：FFS跑姿垂直HCF较自然跑增加598.0N(p=0.004)，较足外展跑增加392.2N(p=0.013)，效应量分别为1.21和0.98。额状面负荷仍无显著变化(p=0.503)。

3. 3.

   运动学特征：FFS跑着地角(-6.59°±8.50°)显著区别于自然跑(26.11°±9.67°)，足外展跑的前进角(19.80°±8.29°)显著大于自然跑(9.29°±4.96°)(均p<0.01)。

讨论揭示FFS跑姿降低早期HCF的机制包括：踝关节顺应性增加使冲击负荷向远端转移；着地时下肢屈曲增加产生缓冲效应；步长缩短减少髋关节力矩。而后期HCF增加可能与臀大肌激活增强(FFS跑较自然跑高16.2%)和小腿三头肌弹性储能释放有关。值得注意的是，足外展跑虽增加膝关节外翻但未改变髋关节额状面负荷，可能由于踝外翻与髋内收的力学抵消效应。

该研究证实FFS跑姿能动态调节髋关节垂直负荷分布，为髋OA患者提供了个性化运动处方的新思路：早期OA患者可通过FFS跑增加软骨刺激，而晚期患者可能需避免FFS跑以减少疼痛。但额状面负荷的稳定性提示单靠步态调整难以改变髋关节内侧/外侧负荷分布，未来需结合其他干预策略。研究局限性包括样本年龄范围较窄、未评估长期训练效果等，这些为后续研究指明了方向。