综述：非标准化评估不同步态速度下胫骨负荷的方法掩盖了健康成年人的负荷管理建议

《Sensors》：Non-Standardized Methods of Assessing Tibial Loads During Different Gait Speeds Obscures Load-Management Recommendations in Healthy Adults

　　

本范围综述旨在研究（i）测量人类步态期间胫骨负荷的方法，以及（ii）步态模式和速度对健康成人胫骨负荷的影响。本综述遵循系统综述和荟萃分析首选报告项目扩展范围综述指南（PRISMA-ScR）。检索了两个数据库（EMBASE, MEDLINE），发现过去24年中有12项研究符合纳入标准。胫骨负荷通过间接（体内应变计（in vivo strain gauges））和直接（加速度计（accelerometers）、惯性测量单元（inertial measurement units [IMUs]））传感器方法以及三维运动分析（three-dimensional motion analysis）系统进行测量。使用了多种表面，包括跑台（机动式（motorized）、弧形非机动式（curved non-motorized））和地面（overground）条件。速度是胫骨负荷的关键决定因素，表面类型和步态修改进一步影响负荷。非标准化测量方法导致胫骨负荷结果变异，特别是间接传感器方法中使用的不同解剖位置。研究结果表明，基于现有文献，由于结果的变异性，目前无法为健康成年人制定负荷管理建议。未来研究应致力于开发标准化测量协议，以改进损伤风险降低策略，并为康复计划提供信息，以支持个体恢复参与步态相关活动。

本综述的方法部分遵循PRISMA-ScR（系统综述和荟萃分析扩展范围综述指南）清单，并使用Covidence在线软件管理。数据来源为EMBASE和MEDLINE数据库，检索时间跨度2000年1月至2024年8月，关键词涵盖Tibia、Stress、Walk*等，限定英语、成人及对应年份。研究选择由两位作者独立进行标题摘要筛选和全文筛选，通过共识解决分歧，并二次检索纳入文献的参考文献列表。纳入标准包括测量胫骨加速度、力或负荷；明确活动类型和/或速度；全文文章。排除标准包括参与者年龄<18岁、非英语报道、缺乏胫骨测量、存在当前损伤或病理。数据提取与分析未进行正式质量评估或偏倚风险分析，因范围综述目的为映射现有证据。提取数据包括作者、参与者细节、步态模式/速度/表面、鞋类、测量方法（含传感器/标记点放置方案）、研究目的/设计/结果/优势/局限性，并将身高体重统一转换为米和千克，报告均值与标准差（SD）。研究设计按Slater和Hasson定义分类。评估数据收集环境（步态表面、模式/速度）、测量工具（传感器/反光标记）、传感器位置、采样频率及胫骨负荷测量值。从图表中提取数据（WebPlotDigitizer软件）并验证重测可靠性（α>0.99, ICC>0.99）。所有数据由一名作者提取，并进行归一化处理：地面反作用力（ground reaction force, GRF）归一化为体重（body weight, BW）；线性加速度归一化为绝对重力常数g（9.81 m/s²）。识别了方法学缺陷和不一致性，并映射出报告框架清单。

结果部分，初检1008篇文献，去除176篇重复后，经筛选最终纳入12项研究。研究特征方面，多数采用准实验设计（quasi-experimental），其次为横截面设计，一项为实验设计，样本量从4到192不等。测量方法包括加速度计和惯性测量单元（IMU）（n=7）、三维运动分析（3DMA）（n=5）和体内应变计（n=1）；常见测量部位为胫骨远端终点或远端三分之一。可穿戴传感器研究多使用绝对位置参考内踝，两项研究未明确放置细节。一项3DMA研究追踪了优势肢胫骨骨干上10个反光标记。十项研究在电动跑台（motorized treadmill）上测试，部分还涉及地面跑（overground）或弧形非电动跑台（curved non-motorized treadmill）。步态模式与速度方面，速度是胫骨负荷的关键决定因素，随速度增加，地面反作用力增大，导致胫骨压缩和剪切力增加。步行模式下，四项研究测量了不同步行速度下的胫骨负荷，发现负荷主要集中于内外侧轴（medio-lateral axis），且随速度增加而升高；胫骨应力在步行时约为跑步时的一半，远端胫骨承受的峰值轴向压缩高于中段，跑步时峰值拉伸负荷为步行时的1.94倍；峰值加速度从0.8 m/s时的2.26 g增至1.7 m/s时的5.65 g。跑步模式下，多项研究显示峰值胫骨加速度随速度增加而显著升高，例如从2.7 m/s时的9.8 g增至3.7 m/s时的13.5 g，或从最大速度的50%增至100%时从6.1 g增至10.9 g；马拉松比赛中，随速度下降胫骨负荷从11.1 g降至9.1 g。生物力学变化方面，步速增加主要通过步长增加导致膝关节伸展和屈曲力矩增大，而步频增加则不显著改变关节力矩。人-表面交互作用方面，跑台类型影响胫骨负荷：电动跑台相比弧形非电动跑台在自选速度下峰值胫骨加速度高约11%，且非偏好速度下负荷更高。地面跑与跑台对比显示，地面跑各速度下胫骨负荷均高于跑台跑，尽管地面速度较低，可能与步长和GRF差异有关。

讨论部分，首先分析了机械变化对胫骨加速度的影响，指出表面类型显著改变负荷结果，这与步态生物力学适应（如跑台跑步时步长缩短、地面跑步时步长和GRF增加）有关。测量方法方面，加速度计和IMU因便携性被广泛使用，但采样频率是关键因素：多数研究采用1000–1600 Hz，符合奈奎斯特定理要求（需5–10倍最高频率60 Hz，即300–600 Hz），而一项研究使用180 Hz导致极低峰值加速度值。此外，加速度计放置位置不标准化（仅两项研究明确说明）也增加了结果变异性。应变计方法显示胫骨远端应变高于中段，且跑步时拉伸应变显著增加。三维运动分析结合逆动力学方法（inverse dynamics）虽有限制（如缺乏肌肉激活模型），但可估计负荷变化，如速度增加10–20%导致剪切应力增加10–26%，峰值内外侧弯曲力矩增加11.2 Nm。步态再训练方面，研究表明反馈训练可降低胫骨负荷31%–48%，且效果可持续一个月，主要与从后足着地（rearfoot strike）转为中足着地（midfoot strike）有关，但该效果可能仅适用于初始后足着地者。变量交互作用方面，速度是主要贡献因素，但表面和步态再训练可进一步调节负荷；不同测量方法的结果不可直接比较。局限性包括：文献数量少（12项）、方法异质性高、仅检索两个数据库可能遗漏研究、图表数据提取准确性未检验、可穿戴传感器可能因软组织伪影（soft-tissue artifact）产生误差、间接测量方法不能完全反映内部骨应力（因肌肉力贡献）。

结论部分，步速增加与胫骨负荷升高一致关联，但不同测量方法（直接体内应变计、间接加速度计/IMU、模型推导3DMA）的结果不等效，标准化方法至关重要。表面类型也调节负荷模式，但常未被报告。步态模式、速度和表面均影响冲击负荷，建议提供报告标准。临床应用需谨慎，因证据基础小且测量非标准化，未来研究应建立标准化测量协议以改进损伤风险降低策略和康复计划。