《Journal of Biomechanics》：Decreasing postural stability after trunk perturbation is related to altered muscle activity in patients with chronic ankle instability
编辑推荐：
摘要大约47%的踝关节外侧扭伤是由间接接触引起的；因此，明确躯干受到外部冲击后的姿势控制机制，有望为预防此类损伤提供重要线索。本研究中，在躯干受到干扰后进行踏步任务时，测量了运动学数据、动力学数据以及肌肉活动情况。研究分析了干扰前后以及初次接触前的运动学与肌肉活动数据，并计算了前
摘要
大约47%的踝关节外侧扭伤是由间接接触引起的；因此，明确躯干受到外部冲击后的姿势控制机制，有望为预防此类损伤提供重要线索。本研究中，在躯干受到干扰后进行踏步任务时，测量了运动学数据、动力学数据以及肌肉活动情况。研究分析了干扰前后以及初次接触前的运动学与肌肉活动数据，并计算了前后稳定性指标。作为稳定性评估结果，我们得出了前后稳定性指数、内外侧稳定性指数，以及最大侧向压力中心位移值。同时通过共收缩指数来评估肌肉的协同活动情况。对于组间差异，则采用独立样本t检验、Mann-Whitney U检验或统计参数映射法进行分析。此外，还通过多元回归分析研究了稳定性指标与肌肉活动之间的关联。结果显示，患有慢性踝关节不稳定性的人群，其内侧外侧稳定性指数及侧向压力中心位移值明显更高，而胫前肌与胫前肌加内侧腓肠肌、胫前肌与胫前肌加外侧腓肠肌的共收缩指数则显著更低。在初次接触前，内侧腓肠肌的均方根值也明显更高。较高的内侧外侧稳定性指数与腓骨长肌激活延迟有关，而侧向压力中心位移则与腓骨长肌及其搭配肌肉的共收缩指数、初次接触前的腓骨长肌均方根值，以及外侧腓肠肌激活延迟相关。这些发现表明，患有慢性踝关节不稳定性的人群在躯干受到外部冲击后的踏步反应中，姿势稳定性较差，且踝关节肌肉的激活模式也存在异常。针对脚部稳定性及踝关节肌肉协同活动的训练，可能对预防和康复踝关节外侧扭伤具有重要意义。
引言
踝关节外侧扭伤是运动中最常见的损伤类型，无论从事何种运动，它都占高中生和大学生运动员所有损伤的15%到17%左右（Gribble等人，2016；Hootman等人，2007；Swenson等人，2013）。在那些需要频繁变向或单腿着地的运动项目中，如足球和篮球，这种损伤的发病率更高，每10,000名运动员中就有8.36到11.96例（Roos等人，2017）。虽然这类损伤常被视为轻微伤害，但实际上却可能带来严重的长期后果，包括持续性疼痛、不稳定感、反复扭伤，以及早期出现的踝关节创伤后骨关节炎（Hertel和Corbett，2019；Valderrabano等人，2006）。此外，约有30%的踝关节外侧扭伤患者会发展成慢性踝关节不稳定性。
慢性踝关节不稳定性是一种复杂的感官运动障碍，由多种功能、结构及心理社会因素共同作用导致（Hertel和Corbett，2019）。患有此病的人在着地时会出现异常的动作模式，比如过度内翻和足底屈曲（Doherty等人，2016），同时腓骨长肌的均方根值也会降低（Suda等人，2009），而且其主动肌与拮抗肌的共收缩程度也会减弱（Lin等人，2011）。这类动作模式属于高风险的受伤行为，因为它们与踝关节外侧扭伤发生时的特征相似。尽管这些研究为理解踝关节外侧扭伤的成因提供了重要线索，但大多是在无接触情况下进行的。在体育运动中，尤其是那些存在身体接触的运动项目中，外部干扰十分常见，这类干扰可能会显著改变人体的神经力学反应。因此，仅通过无接触条件下的测试，可能无法完全揭示踝关节外侧扭伤复发的机制。
要了解踝关节外侧扭伤复发的机制，就需要考虑间接接触的作用。Mineta等人提出，约47%的踝关节外侧扭伤是通过间接接触机制发生的，即外部力量并非直接作用于踝关节或小腿，而是通过躯干或上肢等身体其他部位传递过来的（Bahr等人，2020；Mineta等人，2024）。在那些需要密切配合的体育运动中，来自躯干或上肢的干扰十分常见。然而，目前关于躯干或上肢受到外部冲击后，人的姿势控制及神经肌肉反应的研究仍然有限。Kazemi等人使用5公斤的重物对躯干施加干扰，发现肌肉活动发生了变化，但他们的研究并未涉及对姿势摆动或运动学参数的检测，而这些因素对于预防损伤至关重要（Kazemi等人，2017）。此外，他们所使用的干扰强度也远低于实际受伤时的强度。还有一些研究通过水平平台移动的方式来研究姿势控制问题（Kim等人，2025；Xu等人，2025a），但这些干扰方式与体育运动中的实际冲击机制有很大差异。为弥补这些不足，本研究采用了一种新型的牵引式干扰装置，利用自由落体的重物向躯干施加高强度、可重复的外部力，从而能够模拟躯干受到外部接触时的干扰情况。
本研究旨在探讨躯干受到外部干扰时，对患有慢性踝关节不稳定性的人群的踝关节运动学特征及压力中心位移的影响。此外，我们还研究了相关肌肉对的均方根值、肌肉激活时间以及共收缩指数的变化情况。有研究表明，主动肌与拮抗肌的共收缩程度下降会影响关节稳定性（Lin等人，2011）。另外，由于足底屈曲力是在身体接触地面时产生的，因此外翻肌与足底屈肌之间的共收缩也可能与着地时的关节稳定性相关（McCann等人，2018）。因此，在本研究中，我们重点分析了背屈肌/足底屈肌、外翻肌/内翻肌，以及外翻肌/足底屈肌这几组肌肉的共收缩情况。我们假设，患有慢性踝关节不稳定性的人群在着地时的姿势稳定性会较差，且外翻肌/内翻肌的共收缩程度也会下降，而这种下降又会进一步影响其姿势稳定性。
章节节选
研究对象
我们首先根据之前使用相同干扰任务获得的初步数据，估算了样本量。在最初的实验中（慢性踝关节不稳定性组：n=3；对照组：n=3），两组在内侧外侧稳定性指数上的差异具有较大的效应量（Cohen’s d=1.42）。根据独立样本t检验的标准，当显著性水平为0.05，功效值为0.95，两组样本比例为一比一时，每组需要14名参与者。不过，这些初步数据并未被纳入本次分析中。本研究共纳入了28名女性大学生作为研究对象。
研究结果
与对照组相比，患有慢性踝关节不稳定性的人群在IdFAI评分上显著更高，而脚踝功能评估量表得分以及该量表中的运动相关子量表得分则显著更低（见表2）。两组在年龄（慢性踝关节不稳定性组：20.0±1.0岁；对照组：19.8±1.0岁；P=0.675）、身高（慢性踝关节不稳定性组：163.7±7.0厘米；对照组：165.6±6.4厘米；P=0.661）、体重（慢性踝关节不稳定性组：63.3±5.0千克；对照组：62.3±7.5千克；P=0.466）以及BMI（慢性踝关节不稳定性组：23.5±1.7千克/平方米）等方面均无显著差异。
讨论
我们的假设是，患有慢性踝关节不稳定性的人群在着地时的姿势稳定性会较差，且外翻肌/内翻肌的共收缩程度也会下降，而这种下降又会进一步影响其姿势稳定性。本研究的结果在一定程度上支持了这一假设，不过与姿势稳定性相关的指标与我们最初的设想有所不同。由于这些结果是经过练习试验后得到的，因此很可能反映了经过训练后的姿势控制能力。
作者贡献说明
Shinshiro Mineta：负责文章的初稿撰写、可视化处理、结果验证、研究监督、软件应用、资源协调、项目管理、方法设计、实验实施、资金申请、正式数据分析、数据整理以及研究概念构建工作。Minori Mitsui：负责文章的审阅与编辑、方法设计、数据整理以及研究概念构建工作。Takashi Sudo：同样负责文章的审阅与编辑、方法设计、数据整理以及研究概念构建工作。Tomoki Ebato：也承担文章的审阅与编辑、方法设计、数据整理以及研究概念构建工作。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了日本学术振兴会KAKENHI项目的资助（项目编号：21K17595）。同时，我们也要感谢Editage公司（www.editage.jp）提供的英文润色服务。
Shinshiro Mineta|Minori Mitsui|Takashi Sudo|Tomoki Ebato
