认知-运动双任务对慢性踝关节不稳个体单腿落地时神经肌肉和生物力学控制的影响

《Frontiers in Public Health》：Effects of a cognitive–motor dual task on neuromuscular and biomechanical control during single-leg drop landing in individuals with chronic ankle instability

　　

目的：比较慢性踝关节不稳（CAI）个体在单任务和认知-运动双任务条件下单腿落地时的下肢神经肌肉和生物力学特征。方法：23名单侧CAI男性参与者使用受试者内重复测量设计，以随机顺序完成从30cm平台进行的单腿落地，分为单任务和听觉2-back双任务条件。同步记录受影响肢体的全身三维运动学、地面反作用力（GRF）以及八块肌肉的表面肌电（sEMG）信号。结果指标包括GRF和动态稳定性测量、髋、膝和踝关节角度及内力矩、肌肉激活和共收缩指数（CCIs）。根据配对差异的分布，采用双侧配对样本t检验或Wilcoxon符号秩检验。效应量分别报告为Cohen's dz或等级双列相关（r_rb）。结果：与单任务条件相比，双任务条件产生了更高的峰值垂直地面反作用力（vGRF；p = 0.004，dz = 0.66），以及在峰值vGRF时更小的髋屈曲角度（p = 0.033，r_rb = ?0.507）和最大膝关节屈曲时更小的髋屈曲角度（p = 0.012，r_rb = ?0.587）。在最大膝关节屈曲时，内部髋伸展力矩较低（p < 0.001，dz = ?0.80），而内部踝跖屈力矩较高（p = 0.028，dz = 0.49）。双任务条件还与较低的腓肠肌外侧均方根激活（p = 0.002，dz = ?0.75）、较高的胫骨前肌峰值激活（p = 0.015，dz = 0.55）、较高的股外侧肌峰值激活（p = 0.001，dz = 0.77）以及较低的腓骨长肌-腓肠肌内侧CCI（p = 0.030，dz = ?0.48）相关。在平均垂直负载率、稳定时间、峰值vGRF时间、初始接触时髋屈曲、测量的膝和踝关节角度或额状面关节角度方面，未观察到显著的条件间差异。结论：在CAI个体中，并发的工作记忆任务与更高的峰值冲击、选定的接触后事件中髋屈曲减少以及净内力矩和下肢sEMG指标的选择性改变相关。这些发现表明，双任务对落地控制的影响是结果和事件特异性的，而非在生物力学和神经肌肉领域内均匀一致。

慢性踝关节不稳（CAI）是一种常见的运动损伤后遗症，表现为反复扭伤、不稳感及功能受限，其机制涉及机械性、感觉知觉和感觉运动缺陷，并伴随中枢神经适应性改变。以往研究多关注静态平衡或步态，但高冲击任务如单腿落地更能揭示CAI的运动控制缺陷。认知负荷可进一步影响姿势控制，但现有双任务研究在CAI中多集中于平衡或步态，对高冲击落地时生物力学和神经肌肉的综合调节了解不足。为此，研究人员在《Frontiers in Public Health》上发表了这项研究，旨在比较CAI个体在单任务和听觉2-back双任务条件下单腿落地的神经肌肉和生物力学特征，以揭示认知-运动干扰对落地控制的影响。研究假设两种条件在GRF与动态稳定性、下肢运动学与动力学、以及肌肉激活与共收缩方面存在差异。

研究人员采用受试者内重复测量设计，招募了23名来自娱乐运动背景（多为篮球或羽毛球）的单侧CAI男性大学生，按国际踝关节联盟标准筛选。主要技术方法包括：使用14摄像头运动捕捉系统（200 Hz）和两块三维测力台（1000 Hz）同步采集全身运动学和地面反作用力（GRF）；使用无线表面肌电（sEMG）系统（2000 Hz）记录受影响肢体的8块肌肉（股直肌、股外侧肌、股二头肌、半腱肌、胫骨前肌、腓骨长肌、腓肠肌内侧和外侧）的肌电信号。单任务条件下，参与者从30 cm平台自然单腿落地并保持稳定5秒；双任务条件则结合连续听觉2-back工作记忆任务（25个伪随机字母，20%目标，异步提示音触发落地）。数据通过Visual3D软件处理，包括关节角度和内力矩的逆动力学计算（15 Hz低通滤波）、GRF指标提取（50 Hz低通滤波）、sEMG信号处理（20-450 Hz带通、50 Hz陷波、全波整流、20 Hz低通得到线性包络，RMS和峰值振幅归一化至最大自主等长收缩MVIC）以及共收缩指数（CCI）计算。统计分析使用配对样本t检验或Wilcoxon符号秩检验，效应量报告Cohen's dz或r_rb。

研究结果保留原文小标题如下：

**3.1 RMS肌肉激活**：与单任务相比，双任务条件下腓肠肌外侧（LG）的均方根（RMS）激活较低（p = 0.002，dz = -0.75），其他肌肉RMS无显著差异。

**3.2 峰值肌肉激活**：双任务条件下股外侧肌（VL）峰值激活较高（p = 0.001，dz = 0.77），胫骨前肌（TA）峰值激活较高（p = 0.015，dz = 0.55），其他肌肉峰值激活无显著差异。

**3.3 CCI**：双任务条件下腓骨长肌-腓肠肌内侧（PL-MG）的共收缩指数（CCI）较低（p = 0.030，dz = -0.48），其他膝关节和踝关节相关肌肉对的CCI无显著差异。

**3.4 GRF和动态稳定性**：双任务条件下峰值垂直地面反作用力（vGRF）较高（2.60 ± 0.37 BW vs 2.51 ± 0.40 BW，p = 0.004，dz = 0.66），平均垂直负载率、稳定时间和峰值vGRF时间无显著差异。

**3.5 下肢关节角度**：双任务条件下，在峰值vGRF时（p = 0.033，r_rb = -0.507）和最大膝关节屈曲时（p = 0.012，r_rb = -0.587）的髋屈曲角度较小，初始接触时的髋屈曲、膝和踝关节角度以及额状面关节角度无显著差异。

**3.6 下肢内关节力矩**：在最大膝关节屈曲时，双任务条件下内部髋伸展力矩较低（p < 0.001，dz = -0.80），内部踝跖屈力矩较高（p = 0.028，dz = 0.49），其他关节力矩无显著差异。

讨论部分指出，双任务条件导致的结果是事件和指标特异性的：峰值冲击增加但负载率和稳定时间未变，髋屈曲减小但膝踝角度未变，选择性肌肉激活和共收缩改变。这些发现表明认知负荷对CAI落地控制的影响是局部的，而非全面改变。研究结论部分翻译如下：**结论**：在CAI患者进行单腿落地时，增加并发的工作记忆任务引发了特定的局部适应，而非均匀的落地控制失败。具体而言，双任务约束与更高的早期冲击、任务特异性的矢状面代偿（更小的髋屈曲角度）以及针对性的神经肌肉调整（如减少PL-MG共收缩）相关。这些任务特异性发现强调了高冲击运动中的认知负荷会修改选择的生物力学负荷衰减和肌肉协调策略，凸显了在CAI研究中进行情境特异性评估的必要性。未来研究应纳入认知任务表现、更大且更多样化的样本以及连续生物力学分析，以确定这些发现的临床和预后意义。