《Journal of Biomechanics》：The effect of running speed on lower limb coordination variability and movement regularity during barefoot running in overweight adults
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摘要超重跑步者受伤风险较高的原因，是协调性过于规律且受限，还是协调性稳定性不足，目前尚不清楚。本研究假设体重与跑步速度相互作用，会影响赤脚跑步时的下肢协调性。研究选取了18名超重成年人和14名正常体重成年人，让他们以6、8、10、12公里/小时的速率赤脚跑步。通过空间协调变异度、
摘要 超重跑步者受伤风险较高的原因，是协调性过于规律且受限，还是协调性稳定性不足，目前尚不清楚。本研究假设体重与跑步速度相互作用，会影响赤脚跑步时的下肢协调性。研究选取了18名超重成年人和14名正常体重成年人，让他们以6、8、10、12公里/小时的速率赤脚跑步。通过空间协调变异度、时间近似熵以及足底压力峰值等指标来分析跑步时的姿态阶段力学特征。在超重组中观察到了明显的速度依赖性变化：在中等速度的推进阶段，超重跑步者的矢状面协调变异度较低，动作模式更为规律（8公里/小时时时间近似熵较低，p＜0.05）。而在较高速度下，这种情况发生了逆转：12公里/小时时，超重者在初始支撑阶段的股胫协调变异度显著更高；10公里/小时时，包括膝关节外展/内收在内的多个关节的时间近似熵也更高（p分别为0.008和0.007）。从力学角度来看，超重组的足跟压力始终更高（35.21牛/平方厘米对比27.40牛/平方厘米，p=0.014），且前脚掌的压力随速度增加而上升的趋势也更明显（组别与速度的交互作用，p=0.005）。这些结果表明，过重的体重会导致跑步者的协调性在中等速度时更为受限、动作更规律，而在较高速度时则变得更为多变、规律性降低。因此，较快的跑步速度可能会给超重跑步者带来更大的协调需求，其背后的机制值得进一步研究。
引言 自1980年以来，全球超重和肥胖的患病率翻了一倍多，目前约有三分之一的人口受到影响（Chooi等人，2019；世界卫生组织，2005）。尽管跑步被广泛推荐为控制体重的有效方式（Kozlovskaia等人，2019），但过重的体重会带来独特的生物力学挑战，比如更高的关节负荷和运动学特征的变化（Adouni等人，2024；Bode等人，2020；Naderi等人，2020），而其背后的神经肌肉控制机制仍不甚明了。跑步时，下肢的协调性与稳定性对于预防损伤和缓冲冲击至关重要（Abbasi等人，2020；Kwon等人，2020），而跑步速度和鞋类状况则是影响运动控制的关键因素：更高的速度要求跑步者调整协调方式，以在更大的冲击负荷下保持稳定（Floría等人，2019；Schache等人，2011）；而赤脚跑步则会引发神经肌肉方面的适应性变化，包括着地模式的改变以及矢状面运动学的调整（Kim等人，2024；Lai等人，2020；Molina-Molina等人，2024）。虽然这些适应性变化在正常体重人群中已有较多研究，但超重人群面对这种综合挑战时的协调反应却几乎未被探索。
一个核心但尚未解决的问题是，超重人群跑步时受伤风险升高的原因，可能源于两种截然不同、甚至相互对立的协调倾向。一方面，神经肌肉系统可能会过度限制各身体部位的协调，导致动作过于规律，从而难以灵活应对不断变化的任务需求；另一方面，协调性可能变得不够有序，使得在机械负荷作用下动作稳定性下降、变化更大。区分这两种可能性对于预防损伤非常重要，也是当前关于动作变化性是体现适应性的灵活性还是协调性较差这一争论的核心所在（Chen等人，2022；DiCesare等人，2019）。依靠离散的运动学和动力学参数的传统分析方法无法解决这个问题，因为这类指标无法捕捉动作变化的时间结构，也无法反映不同协调状态之间的速度依赖性变化（Chen等人，2022；Yentes和Raffalt，2021）。
要解决这个问题，就需要采用能够同时分析协调性的空间结构和时间结构的方法。协调变异度是通过衡量各身体部位之间的耦合关系来确定的，它反映了运动系统如何管理身体的机械自由度——数值越低说明协调性越受限、重复性越高，数值越高则说明不同步幅间的差异越大——而且它还能反映跑步时动作适应能力的下降情况（Chen等人，2022；Hafer等人，2019；Wang等人，2021；Teng和Armour Smith，2025）。与之相对应，近似熵用于衡量关节角度轨迹的时间规律性和可预测性（Pincus，1991；Veronez等人，2024）。将协调变异度和近似熵结合使用，可以更全面地了解协调性状况，帮助区分过度规律的动作和协调性较差的变动动作。尽管有这样的潜力，但超重人群在跑步时的整体协调反应尚未得到系统的研究。以往的大部分研究都是针对肥胖人群（BMI≥30千克/平方米），而非中国成年人所定义的超重范围（BMI 24.0–27.9千克/平方米；Chen等人，2004），而这一群体在休闲跑步者中占比相当高（世界卫生组织，2005）；此外，赤脚跑步时跑步速度与体重的相互作用也几乎未被研究——此时没有鞋子的缓冲作用，会提高本体感觉的需求，进而加剧体重过重带来的负面影响。本研究选择赤脚跑步作为实验条件，是为了控制变量，而非建议超重成年人采用这种方式跑步。
因此，本研究提出假设：体重类别（超重与正常体重）与跑步速度（6、8、10、12公里/小时）之间会存在相互作用，从而影响赤脚跑步时的空间协调一致性（协调变异度）和时间上的动作规律性（近似熵）。具体而言，预计超重者在中等速度下会表现出更受限的协调性——协调变异度较低，同时动作规律性更高（近似熵较低）；而在更高速度下，随着机械负荷的增加，他们的协调性会变得更不稳定、变化更大——协调变异度升高，近似熵也相应上升。
章节节选 参与者 本研究通过本地广告招募了32名健康成年人。所有参与者都签署了书面知情同意书，并表示在过去六个月内没有下肢肌肉骨骼损伤的历史。该研究方案已获得某学术机构伦理委员会的批准（批准编号：
2024260H ）。
根据体重指数，参与者被分为超重组（n=18）和正常体重组（n=14）。该研究遵循《超重与肥胖预防控制指南》
结果 在年龄、身高和脚长方面，两组之间没有显著差异；但体重和体重指数存在显著差异（p＜0.001；见表1）。跑步速度会影响多种协调变异度、近似熵以及足底压力相关指标，而组间差异在不同姿态阶段和不同身体部位间的耦合关系中表现并不一致。超重组在某些中后期支撑阶段的矢状面耦合关系中，协调变异度较低或更为受限，但
讨论 本研究探讨了体重类别和跑步速度如何影响赤脚在跑步机上的跑步时的协调变异度、动作的时间规律性以及足底的压力分布。主要研究发现是，超重人群的动作稳定性并非普遍升高或降低，而是存在组间差异，且这些差异与跑步的姿态阶段、耦合关系以及速度密切相关。超重组在某些矢状面
资金支持信息 本研究得到了2024年北京体育大学研究生优秀创新研究项目的资助。
机构审查委员会：该研究已获得北京体育大学伦理委员会的批准（批准编号：
2024260H ）。
CRediT作者贡献说明 谢文杰： 写作——审稿与编辑，写作——初稿撰写，软件应用，方法学，资金获取，正式分析，数据整理。倪新迪： 可视化。刘轩： 方法学。丁冠宏： 方法学。王磊： 软件应用。李俊平： 写作——初稿撰写，资源准备，方法学，实验实施，正式分析。张正龙： 资金获取。
未引用参考文献 Dierks等人，2008；Pinelli等人，2025；Reenalda等人，2021；Rodrigues等人，2013；de Veronez等人，2024。
利益冲突声明 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
谢文杰|倪新迪|刘轩|丁冠宏|王磊|李俊平|张正龙
