不平坦地形行走时足部分节运动及其对下肢生物力学的影响

《Scientific Reports》：Foot segments motion during uneven terrain walking and influence on lower limb biomechanics

　　

摘要

人类在平地上的运动已被广泛研究；然而，日常行走往往发生在不平坦的地面上，这带来了额外的生物力学挑战。在这些条件下，足部分节段活动性的作用仍未得到充分探索。本研究探讨了不规则表面如何影响足部运动学和下肢生物力学。12名健康年轻人以自选速度完成了8项赤足任务，包括平地行走、跨越障碍和不平坦地面行走。使用牛津足模型量化多节段足部运动学，同时使用下肢Plug-in Gait模型分析髋、膝和踝的运动学与动力学，以识别代偿策略。参与者表现出大脚趾和前足跖屈增加，前足和后足相对于胫骨背屈增加，以及足部分节段活动范围减小，表明采用了一种僵硬化策略以增强抓握力和稳定性。踝关节背屈增加，整个支撑期内膝关节和髋关节屈曲增加。从动力学角度来看，踝跖屈肌力矩在支撑期前半段增加，而蹬地力矩和功率减小。同时，膝关节在蹬地时能量耗散增加，而在单支撑期的大部分时间显示出产生更大功率的趋势。总体而言，这些发现突出了关节功能的重新分配，以及足部分节段运动学和踝关节动力学在实现不平坦地面稳定运动中的关键作用。