综述：肌肉和关节在绊倒恢复中作用的实验性见解：一项范围综述

本综述系统探讨了由摆动肢物理阻碍引发的前向绊倒恢复机制，聚焦于肌肉与关节的协同作用。通过分析23项符合标准的研究，揭示了恢复策略的时相依赖性（如抬升与降低策略）、神经肌肉反应时序（如短/中潜伏期反射）及年龄相关差异，强调了支撑肢与躯干控制在动态稳定性中的核心作用，为康复训练（如髋伸肌力量训练）和辅助技术开发提供了关键生物力学依据。

　　

引言

跌倒，尤其是因绊倒引发的跌倒，是老年人健康的主要威胁，常导致严重损伤和独立生活能力丧失。绊倒多发生在步行摆动期，当摆动肢（即迈步前进时离地的腿）突然遇到前方障碍物时，身体会触发复杂的恢复反应。以往研究多孤立探讨关节或肌肉的响应，缺乏对全身协调恢复机制的整体视角。本综述通过系统梳理实验研究，旨在整合肌肉与关节在绊倒恢复中的作用，为生物力学机制和临床干预提供全面参考。

方法

本综述遵循PRISMA-ScR指南，检索Web of Science、Scopus和PubMed数据库中关于健康人类步行时摆动肢受物理阻碍引发前向绊倒的研究。关键词包括“绊倒（trip/stumble）”“步态（gait/walking）”“障碍（obstacle/perturbation）”及“肌肉/关节/EMG/恢复”。最终纳入23项研究，提取数据涵盖实验人群、扰动装置、恢复策略及生物力学响应（如关节运动学、动力学和肌电活动），并采用叙述性综合法总结发现。

结果

研究特征与人群

纳入研究多聚焦健康年轻人（19-32岁），部分涉及老年人或进行年龄对比。样本量从5至128人不等，早期研究常采用精细EMG协议但样本较小，近期研究则扩大队列以比较年龄差异或策略分类。扰动装置多为刚性固定障碍物，少数使用可移动或柔性障碍，限制了生态效度。扰动时机多集中于摆动早期、中期或晚期，恢复策略呈现明显时相依赖性：早期和中期扰动多触发抬升策略，晚期扰动则易引发降低策略。

恢复策略的生物力学机制

抬升策略

常见于早期和中期摆动期绊倒，特征为摆动肢快速屈曲以抬脚越过障碍。髋、膝、踝协调屈曲增加步高和摆动时长，膝屈曲（约48毫秒内）先于肌肉激活，随后臀肌和腘绳肌反射响应（60-80毫秒）推动肢体抬升。支撑肢产生关键推力：髋伸力矩（如臀大肌）和踝跖屈力矩（峰值可达204 N·m）抵抗躯干前旋，垂直方向地面反作用力（GRF）增大以减速身体前冲。老年人虽保留响应时序，但力矩生成速度和幅度下降，导致步长缩短和 clearance 减低。

降低策略

多见于晚期摆动期，摆动肢迅速下降以快速触地重建支撑。膝伸展主导（约94毫秒），踝背屈减少以实现足平放或前掌着地。肌肉活动表现为股四头肌早期抑制（如股直肌）和胫骨前肌激活（约66毫秒），以控制下降刚度。支撑肢快速卸载，腘绳肌和跖屈肌响应减弱。该策略优先缩短双支撑时间，但老年人因力量不足易出现稳定性降低（如躯干前倾增加）。

其他策略

包括“延迟降低”（抬升尝试失败后过渡至降低）和“跨步策略”（髋屈曲维持以延长摆动），均体现情境适应性。视觉约束（如禁止着陆区）可触发步长缩短或侧向跨步，反映恢复策略的多阶段调整特性。

神经肌肉响应时序

绊倒触发分层级神经响应：

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  RP1（~40毫秒）：短潜伏期反射，可能源于Ia传入纤维的 monosynaptic 通路，先于关节位移发生，推测由机械震动而非牵张反射引发。

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  RP2（~75毫秒）：中潜伏期响应，涉及多突触路径（如皮肤或本体感觉反馈）。

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  RP3/RP4（110-160毫秒）：中枢调控的策略选择阶段，响应模式随扰动时机和策略分化。

  老年人表现为延迟的反射潜伏期和幅度减低，但基本序列保留，提示神经架构稳健但效率衰退。

失败与跌倒机制

跌倒多因向前角动量控制失败，尤其躯干过度前倾（峰值 flexion 33.8°±10.9°）或支撑肢力矩不足。失败模式包括：

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  步内跌倒：支撑肢加载延迟，无法启动恢复步。

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  步后跌倒：步态完成但躯干旋转持续。

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  抬升型跌倒：虽清除障碍但姿势不稳定累积。

  关键生物力学局限为踝跖屈力矩生成速率不足（老年人显著）和膝伸肌离心力量减弱，而非响应延迟。上肢运动虽调节躯干方向，对跌倒结局影响微弱。

讨论

全身协调与年龄差异

绊倒恢复依赖摆动肢、支撑肢和躯干的瞬时协作。支撑肢推力（如髋伸力矩）和躯干 stiffening（腹背肌共激活 within 60-80毫秒）是抵消角动量的核心。老年人因肌肉衰退（尤其踝膝力矩生成速率）和神经调制效率下降，更易采用降低策略且稳定性较差。多平面控制（如额状面髋外展）虽少被量化，但对 mediolateral 稳定性至关重要。

康复与辅助技术启示

康复应超越孤立肌力训练，聚焦：

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  髋伸肌与踝跖屈肌的速率力发展训练，增强瞬间力矩输出。

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  扰动性步态挑战，模拟真实绊倒以优化肌肉协同（如反射时序适应）。

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  躯干-骨盆耦合与多平面控制，通过核心训练提升动态稳定性。

  辅助技术（如外骨骼）需实时监测生物力学参数（如躯干俯仰、EMG早期峰值），动态适配用户响应，尤其补偿老年人远端关节功能衰退。

研究局限与未来方向

当前研究多采用固定障碍物，限制生态效度；未来需探索可移动障碍和多平面动力学。躯干和上肢数据缺乏，需整合三维运动分析。跨学科合作（如计算模拟）可深化“what-if”场景测试，优化干预设计。

结论

绊倒恢复是涉及多关节、多肌肉层级协调的动态过程，其成功依赖于支撑肢和躯干的快速生物力学响应。策略选择受扰动时机调制，而年龄相关衰退凸显神经肌肉功能的重要性。本综述为靶向康复和智能辅助技术提供了机制基础，未来研究需聚焦全身整合响应和真实环境模拟，以降低跌倒风险。