跑步时足偏角对胫骨冲击影响的探索性研究

目的探究跑步时足偏角对胫骨冲击的影响。方法 15名健康成年受试者分别以惯用、内八、外八的步态跑步,比较跑步者在不同足偏角跑步时的胫骨冲击(通过冲击峰值、平均加载率、最大加载率和最大胫骨加速度表征),探究跑步时足偏角对胫骨冲击是否有影响。并且比较跑步者不同步态下的躯干前倾角、着地方式、步频和步宽的变化,探究影响可能的原因。结果与惯用步态相比,内八和外八步态的最大胫骨加速度分别显著增加19.3%和24.5%,冲击峰值均显著增加7.6%,平均加载率分别显著增加7.9%和9.5%,最大加载率分别显著增加3.9%和10.9%。没有观测到躯干前倾角、着地方式、步频和步宽的显著性变化。结论足偏角有可能是除躯干前倾角、着地方式、步频和步宽外的另一种影响胫骨冲击的步态运动学参数,对其进行进一步研究将对预防胫骨应力性骨折提供重要参考。     

不同跑步着地习惯对跟腱形态学及其负荷特征的影响

目的 探究不同着地模式对跟腱形态学和负荷特征的影响。方法 招募习惯后跟着地跑者和习惯前掌着地跑者各14人,利用超声医学影像仪采集受试者的跟腱形态学特征（跟腱长度、横截面积、厚度）;利用三维测力跑台采集并计算受试者穿着缓冲跑鞋以10 km/h速度跑步时的跟腱负荷特征（跖屈力矩、跟腱力、负载率、冲量、应力等）。结果 与习惯后跟着地跑者相比,习惯前掌着地跑者踝关节跖屈力矩峰值、跟腱力峰值、平均负载率、峰值负载率均显著增加（P＜0.05）,但两组跑者跟腱长度、跟腱横截面积和跟腱厚度差异无统计学意义（P＞0.05）。结论 长期的前掌着地模式可以适应性地提高跟腱在重复性的“拉长-收缩”循环刺激中的力学特性。深入理解跟腱在不同着地方式下的响应,对于跑步爱好者以及运动医学领域中预防跟腱相关损伤具有重要的临床意义。     

影响跑步运动耐力的生理学与生物力学因素

文题释义：跑步经济性：是与运动成绩具有高度相关的评测指标,通过检验跑步速度与能量消耗之间的关系,来体现运动员有氧代谢能力的一种指标,跑步经济性的单位与最大摄氧量类似,是mL/(kg·min)。 最大摄氧量：人体在进行有大量肌肉群参与且长时间的剧烈运动时,当心肺功能和肌肉利用氧的能力达到人体极限水平时,单位时间内(每分钟)所能摄取的氧量称为最大摄氧量,其单位为mL/(kg·min)。 背景：跑步经济性被认为是反映耐力运动员尤其是长跑运动员性能的重要指标,通常定义为在给定速度下跑步的能量需求,表示为给定速度下的摄氧量。 目的：综述现有的影响跑步性能的生理学与生物力学因素。 方法：以“running economy,physiological factors,biomechanical and neuromuscular characteristics,spatiotemporal factors,lower Limb kinematic factors,kinetic factors,nutritional interventions”为检索词,检索PubMed数据库(1960至2018年)中与跑步性能、急性或慢性干预措施和其他影响因素等相关的内容。 结果与结论：共得到113篇文献,根据纳入排除标准,对其中58篇文献进行分析。①目前证据表明心肺功能、肌纤维类型、肌肉力量、腿部刚度等生理因素与跑步经济性的改善有关,而跑步者的体温变化和弹性势能与跑步经济性的关系目前没有统一结论;②有利于改善跑步经济性的生物力学因素是步幅频率或长度、垂直振荡、下肢惯性力矩、脚趾离地时腿部伸展以及手臂摆动,而足部与地面的接触时间、躯干倾斜等因素与跑步经济性之间呈现出不一致的关系;③其他的影响因素中,高海拔适应可改善跑步经济性;伸展性和灵活性与跑步经济性之间的关系仍待确定;一些营养干预也受到关注,最明显的是膳食硝酸盐;④尽管该文章已经总结了影响跑步经济性的大部分因素,但未来可以专注于研究个体跑步者,以便确定跑步者的结构和功能能力如何影响跑步经济性,以及后续表现和运动伤害的情况。 ORCID: 0000-0002-0077-6904(徐盛嘉) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

基于统计参数映射分析跑鞋跟掌落差对下肢关节负荷的影响

目的 探讨在相同跑速下穿着不同落差跑鞋对下肢关节负荷的影响,为跑鞋设计和跑步者选购跑鞋提供依据。方法 18名男性跑步者分别穿着零落差和10 mm落差跑鞋以(4.0±0.2) m/s速度完成测试,使用红外高速运动捕捉系统和三维测力台同步采集下肢运动学参数和地面反作用力(ground reaction force, GRF)。使用统计参数映射法(statistical parameter mapping, SPM)分析跑鞋跟掌落差对支撑期垂直GRF、下肢关节三维力矩的影响。结果 跑鞋跟掌落差对垂直GRF无影响,对下肢关节部分力矩-时间序列影响显著。与穿着零落差跑鞋相比,穿着10 mm落差跑鞋在27%～38%支撑期髋关节内旋力矩增加,在47%～75%支撑期膝关节伸展力矩增加,在16%～33%、25%～30%、12%～25%支撑期踝关节跖屈力矩、外翻力矩和外旋力矩降低。结论 与穿着零落差跑鞋相比,穿着10 mm落差跑鞋在支撑前期髋关节负荷增加,踝关节负荷降低,在支撑中期膝关节负荷增加。建议跑步者结合自身特点及跑鞋跟掌落差对下肢关节负荷特征的影响,选择适合自己的跑鞋。     

幼儿不同跑步着地方式的生物力学特征

文题释义：跑：跑是双脚交替接触地面的周期性运动，但跑有一个双脚都离开地面的腾空期。幼儿在 1 岁多开始学习跑步，最初是走跑结合的移动方式，由于身体发育不完善，下肢力量弱，平衡能力差，容易摔倒；到 2.5岁，幼儿跑步的腾空阶段明显；到 6岁，早期跑步的特点基本消失。 着地方式：指的是人体在跑步着地阶段足部接触地面的方式，一般分为3种方式：分别为足跟着地(fore foot strike)，跟骨先接触地面；全足着地(mid foot strike)，全脚掌着地，即足跟与前足同时接触地面；前足着地(rear foot strike)：前足部首先接触地面。 背景：成年人跑步着地方式一直是国内外学者研究的重点，而幼儿跑步的着地方式也是不容忽视的内容。 目的：运用生物力学方法探究幼儿在跑步过程中，不同着地方式下的运动学和动力学指标的差异，为幼儿正确的跑步着地方式提供科学依据。 方法：在北京市海淀区某公立幼儿园中随机抽取幼儿74名，按年龄分为3岁组、4岁组、5岁组，采用BTS红外动作捕捉系统、Kistler三维测力台和VIXTA录像解析系统同步采集幼儿跑步过程中不同着地方式下的运动学、动力学数据；运用Anybody 5.2仿真建模软件计算下肢肌肉力量指标。试验前向受试者父母详细解释并签署知情同意书，试验方案符合北京师范大学的相关伦理要求。 结果与结论：①3岁组全足着地的比例最高，足跟着地的比例最低，5岁组全足着地的比例最低，足跟着地的比例最高；前足着地者的蹬伸时间大于足跟着地(P < 0.01)和全足着地(P < 0.05)；②着地时刻，踝屈曲角度足跟着地者大于前足着地(P < 0.01)和全足着地者(P < 0.05)，全足着地者大于前足着地(P < 0.05)；前足着地者髋内收-外展角度、最大髋内收-外展角、髋内-收外展的关节变化量及最大膝内收-外展角速度大于足跟着地(P < 0.01)和全足着地者(P < 0.05)；前足着地者的踝屈伸最小值大于足跟着地者(P < 0.05)，而最大髋内收-外展角速度小于足跟着地者(P < 0.05)；③足跟着地和全足着地者的腓骨短肌、腓骨长肌、第三腓骨肌的肌力大于前足着地者(P < 0.05)，前足着地者的股中间肌、股外侧肌下束、股外侧肌上束、股内侧肌下束、股内侧肌上束、股内侧肌中束肌力均大于足跟着地(P < 0.01)和全足着地者(P < 0.05)；④结果提示：在3-6岁阶段，幼儿多采用足跟或全足着地模式进行奔跑，以满足自己在跑步过程的稳定性，随着年龄的增长，逐渐出现前足着地方式的跑步模式；前足着地能够动用更多髋关节和膝关节额状面的运动来维持人体运动中的稳定，足跟着地和全足着地能够动用更多的小腿前侧和后侧的肌力，而前足着地动用更多的大腿前侧肌力。 ORCID: 0000-0002-8337-3931(赵盼超) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程     

不同鞋条件对后跟着地跑者跟腱负荷特征的影响

目的 探究不同鞋条件（极简鞋和传统跑鞋）对跑步时跟腱负荷特征的影响。方法 招募16名健康男性后跟着地跑步爱好者,要求其以3.16~3.50 m/s速度在两种鞋条件下完成跑步实验。采用超声影像仪获取跟腱横截面积成像。采用运动捕捉系统和三维测力台获取踝关节矢状面运动学和地面反作用力数据,并计算踝关节和跟腱的力学参数。采用配对样本t检验比较两种鞋条件对各因变参数（踝关节角度、触地角度、跟腱力、应力、应变等）的影响。结果 与传统跑鞋相比,穿着极简鞋时的足触地角度显著降低39.9%。同时,踝关节力矩、跟腱力峰值、跟腱负载率峰值和平均负载率均显著增加,而达到跟腱力峰值的时间显著减小。穿着极简鞋时的跟腱应力峰值、跟腱应变峰值及其应力率和应变率峰值也显著增加。结论 习惯穿着传统跑鞋并采用后跟着地的跑者在穿着极简鞋后显著增加了跟腱的负荷特征,建议该类跑者循序渐进地过渡至极简鞋,以适应性地提高跟腱承受负荷的能力。     

性别和动作对排球运动员前交叉韧带损伤危险因素的影响

目的 研究性别和动作对排球运动员前交叉韧带（anterior cruciate ligament, ACL） 损伤危险因素的影响。方法 采集排球运动员急停起跳、起跳垂直落地和急停变向跑时的运动生物力学数据,运用蒙特卡罗模拟得到运动员ACL损伤概率和损伤试跳的生物力学参数。采用2×3混合设计的双因素方差分析验证性别和动作对损伤危险因素的影响。结果 不论男女,变向跑ACL损伤危险性最大（P＜0.001）。变向跑和急停起跳时,女子比男子运动员ACL损伤危险更大（P＜0.001）。垂直落地时,男子比女子运动员更易发生损伤（P＜0.001）。排球运动员ACL损伤危险因素均受性别和动作的显著性交互作用（P＜0.001）。结论 变向跑时,男子运动员由于膝关节屈角小、小腿趋于前倾以及足跟着地而增加ACL负荷,女子运动员倾向于由于较大地面反作用力和膝关节伸展力矩而增加损伤风险。膝关节屈角小是运动员急停起跳的主要损伤因素,且男子因素更繁杂。垂直落地时,女子运动员损伤危险因素是地面反作用力、膝关节外翻和伸展力矩及足跟着地等;较小的膝关节屈角是男子运动员损伤危险因素。研究结果可为排球运动员ACL损伤风险评价、个性化损伤预防方案制定、临床与康复治疗等提供依据。     

膝关节生理解剖环境对膝关节生物力学特性的影响

背景：了解膝关节的生物力学特点对理解人工膝关节假体的设计原理和手术操作原则是至关重要的。 目的：分析膝关节周围的力学环境及与膝关节生物力学的关系,进一步探索膝关节的稳定性及损伤机制。 方法：应用计算机检索CNKI和PubMed数据库中1998-01/2011-08关于膝关节生物力学方面的文章,在标题和摘要中以“膝关节,韧带,半月板,关节软骨,生物力学”或“knee joints,ligament,meniscus,cartilage,biomechanical”为检索词进行检索。选择文章内容与膝关节生物力学有关者,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。初检得到163篇文献,根据纳入标准选择关于膝关节损伤生物力学特性方面的25篇文献进行综述。 结果与结论：膝关节的稳定除了依赖膝关节骨以外,还以依赖前后交叉韧带的制约、内外副韧带的平衡、以及伸膝装置与股四头肌及腘绳肌的力量均衡,尤其是内外侧副韧带的平衡和稳定作用。说明膝关节的解剖环境决定了膝关节在负荷、运动及稳定等生物力学特性上的复杂性,因此,了解膝关节生理结构和解剖特点有利于掌握膝关节的生物力学特点,因此此方面的研究对膝关节疼痛、损伤及组织工程研究至关重要。     

膝关节前交叉韧带非接触性损伤的生物力学研究进展

背景：膝关节前交叉韧带非接触性损伤严重的挑战着人体健康以及运动能力,对损伤的生物力学研究有助于探究和预防膝关节前交叉韧带损伤。 目的：对膝关节前交叉韧带非接触性损伤的生物力学因素进行阐述,探讨损伤的研究方法以及预防措施的新进展。 方法：由作者应用计算机检索PubMed数据库及CNKI数据1979至2011年相关文献,在英文标题和摘要中以 “anterior cruciate ligament,injury”和“anterior cruciate ligament,biomechanics”等关键词检索,中文文献检索以“逆向动力学”为关键词,选择内容与膝关节前交叉韧带损伤的生物力学研究、落地与损伤的关系、损伤的预防等相关的文献。共纳入文献67篇。 结果与结论：膝关节前交叉韧带非接触性损伤的因素较为复杂,且各种因素相互交错。对不同损伤因素的影响程度的研究较为有限。但是损伤的生物力学因素可以较为直观的解释运动中损伤的原理机制。因而损伤的生物力学研究方法的创新为揭示膝关节前交叉韧带损伤的本质原理和损伤的预防提供了新思路。同时应用正确的训练方法对预防损伤尤其是膝关节前交叉韧带非接触性损伤具有良好的效果。     

有限元分析法在腰椎生物力学研究中的应用

背景：有限元分析法是目前是脊柱生物力学常用研究方法之一,随着成像、图像处理的进步及有限元分析软件的不断开发与应用,脊柱生物力学研究得到了更深入的发展。 目的：综述有限元的概念、原理与其他生物力学研究方法的差别。 方法：应用计算机检索中国知网数据库、维普数据库和PubMed数据库中1979/2011-01关于腰椎生物力学有限元分析的文章,在标题和摘要中以“腰椎;有限元;生物力学”或“lumbar, finite element, biomechanics”为检索词进行检索。选择文章内容与腰椎有限元分析相关,同一领域文献则选择近期发表或发表在权威杂志文章。共收集591篇文献,根据纳入标准选择20篇文献进行综述。 结果与结论：近几年有限元分析法在腰椎生理和病理情况生物力学分析中的应用;不同手术方式、内固定器械及人工植入物对腰椎生物力学的影响均有不同。      

跑姿再训练对冲击力、下肢生物力学及刚度的影响

目的 通过建立12周跑姿再训练（gait retraining,GR）的干预模式（即通过一定的姿态目标改变跑者原有跑姿）,确定GR前后跑步时垂直地面反作用力（vertical ground reaction force, vGRF）以及髋、膝、踝三关节运动学、动力学和下肢刚度特征的变化,探究跑姿转换对冲击力和下肢生物力学的影响。方法 采用Vicon 运动捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集30名跑步爱好者（GR组15人,对照组15人）GR前后穿着极简鞋以 12 km/h±5%速度通过测力台的GRF以及标记点轨迹。结果 共17名受试者（GR组9人,对照组8人）完成训练。训练后两组最大负载率都显著下降,GR组相比对照组最大负载率更低;GR组足部触地角度显著减小,两组跖屈角度和髋关节蹬伸角速度都显著增加;GR组踝关节力矩增加;两组下肢刚度均显著增加。结论 成功建立12周GR运动干预模型（前掌着地转化率为78%）。GR能有效避免冲击力峰值、降低最大负载率、提高下肢刚度,进而在减小甚至避免由冲击力引起的跑步损伤风险的同时,为提高跑步经济性提供可能。     

不同地面对跑步下肢运动生物力学的影响

诸多因素会影响跑步运动损伤的发生,其中内在因素包括人体解剖学因素、受伤史、下肢运动生物力学和运动中的神经肌肉控制等,外在因素包括训练方法、跑步鞋、跑步路面等。跑步路面被认为是造成跑步运动损伤发生的重要潜在风险因素之一。总结不同地面对跑步下肢运动学、动力学、神经肌肉调控、运动损伤方面的影响,发现在不同地面跑步时,人体可能通过自身的神经肌肉调节功能进行运动学调整以获得动力学适应,调节下肢刚度以获得相似的冲击负荷。但是目前关于在不同路面上跑步的生物力学变化,多数研究只关注于运动学、动力学和神经肌肉调控中的某一方面,缺乏更进一步具体的三维运动生物力学数据,以及针对这种生物力学调整的具体神经肌肉调控机制。     

即刻改变触地方式对着鞋跑时内侧纵弓在体运动学的影响

目的 探究即刻转换触地方式对着鞋跑步时内侧纵弓在体运动学的影响。 方法 采用高速双平面荧光透视成像系统采集 15 名健康男性跑者即刻改变触地方式前后右足在跑步支撑阶段[跑速:(3±0. 15) m/ s]的荧光图像。根据 CT 图像重建第 1 跖骨和跟骨三维骨骼模型及其局部坐标系,并通过 3D-2D 配准获取内侧纵弓在跑步支撑期的 6 自由度(six degree of freedom,6 DOF) 数据(简化为第 1 跖骨相对跟骨的运动)。 采用一维统计参数映射(statistical parametric mapping,SPM)比较即刻改变触地方式前后内侧纵弓的 6 DOF 运动趋势,并对其特征值进行配对样本 t 检验。 结果 相比后跟跑,即刻前掌跑时,在支撑期的 15% ~ 21% 第 1 跖骨相对跟骨的外移、支撑期 17% ~45% 第 1 跖骨的前移和支撑期的 18% ~ 39% 第 1 跖骨的背屈均显著增加(P<0. 05)。 即刻前掌跑时,第 1 跖骨相对跟骨的前移最大值、背屈最大值、前后平移活动范围及内侧纵弓压缩变化量均显著增加(P<0. 05)。 结论 由习惯后跟跑即刻转换为前掌跑后,内侧纵弓矢状面的形变显著增加,尤其是内侧纵弓的压缩变化量增加约 10% ,可能有助于其弹性能量的储存与释放。     

着鞋和触地方式对慢跑时足部受力特征的影响

目的探讨穿鞋和裸足跑在不同触地方式下对足部受力特征的影响。方法利用Medilogic鞋垫式足底压力测试系统和Kistler三维测力台采集12名健康男性受试者在着鞋与裸足情况下分别进行后跟触地与前掌触地慢跑(3 m/s)时的受力特征,包括地面反作用力、冲击力峰值、最大负载率、足底压力峰值以及冲量。结果 (1)后跟触地时,穿着运动鞋可以显著降低最大负载率,并且延缓冲击力峰值出现的时间。前掌触地时,穿鞋时的最大蹬地力量要显著大于裸足;(2)不同触地方式对于足底各区域压力峰值参数的影响相较于着鞋条件更多,主要表现为两种触地方式之间对于足中区和足后区足底压力峰值和出现时间的差异。结论不同触地方式对慢跑时的足部受力影响更为显著。穿鞋后跟触地跑能降低冲击负荷,而裸足前掌触地跑则会使足底压力过度集中于足前部,提示慢跑时无论采用何种触地方式均可以通过选择合理的运动鞋来减小足部受力。     

Lower Limb Joint Kinetics During Moderately Sloped Running

Context:

Knowledge of the kinetic changes that occur during sloped running is important in understanding the adaptive gait-control mechanisms at work and can provide additional information about the poorly understood relationship between injury and changes in kinetic forces in the lower extremity. A study of these potential kinetic changes merits consideration, because training and return-to-activity programs are potentially modifiable factors for tissue stress and injury risk.

Objective:

To contribute further to the understanding of hill running by quantifying the 3-dimensional alterations in joint kinetics during moderately sloped decline, level, and incline running in a group of healthy runners.

Design:

Crossover study.

Setting:

Three-dimensional motion analysis laboratory.

Patients or Other Participants:

Nineteen healthy young runners/joggers (age  =  25.3 ± 2.5 years).

Intervention(s):

Participants ran at 3.13 m/s on a treadmill under the following 3 different running-surface slope conditions: 4° decline, level, and 4° incline.

Main Outcome Measure(s):

Lower extremity joint moments and powers and the 3 components of the ground reaction force.

Results:

Moderate changes in running-surface slope had a minimal effect on ankle, knee, and hip joint kinetics when velocity was held constant. Only changes in knee power absorption (increased with decline-slope running) and hip power (increased generation on incline-slope running and increased absorption on decline-slope running in early stance) were noted. We observed an increase only in the impact peak of the vertical ground reaction force component during decline-slope running, whereas the nonvertical components displayed no differences.

Conclusions:

Running style modifications associated with running on moderate slopes did not manifest as changes in 3-dimensional joint moments or in the active peaks of the ground reaction force. Our data indicate that running on level and moderately inclined slopes appears to be a safe component of training regimens and return-to-run protocols after injury.     

Association Between Knee- and Hip-Extensor Strength and Running-Related Injury Biomechanics in Collegiate Distance Runners

ContextRunning-related injuries are common in distance runners. Strength training is used for performance enhancement and injury prevention. However, the association between maximal strength and distance-running biomechanics is unclear.ObjectiveTo determine the relationship between maximal knee- and hip-extensor strength and running biomechanics previously associated with injury risk.DesignCross-sectional study.SettingResearch laboratory.Patients or Other ParticipantsA total of 36 collegiate distance runners (26 men, 10 women; age = 20.0 ± 1.5 years, height = 1.74 ± 0.09 m, mass = 61.97 ± 8.26 kg).Main Outcome Measure(s)Strength was assessed using the 1-repetition maximum (1RM) back squat and maximal voluntary isometric contractions of the knee extensors and hip extensors. Three-dimensional running biomechanics were assessed overground at a self-selected speed. Running variables were the peak instantaneous vertical loading rate; peak forward trunk-lean angle; knee-flexion, internal-rotation, and -abduction angles and internal moments; and hip-extension, internal-rotation, and -adduction angles and internal moments. Separate stepwise linear regression models were used to examine the associations between strength and biomechanical outcomes (ΔR²) after accounting for sex, running speed, and foot-strike index.ResultsGreater 1RM back-squat strength was associated with a larger peak knee-flexion angle (ΔR² = 0.110, ΔP = .045) and smaller peak knee internal-rotation angle (ΔR² = 0.127, ΔP = .03) and internal-rotation moment (ΔR² = 0.129, ΔP = .03) after accounting for sex, speed, and foot-strike index. No associations were found between 1RM back-squat strength and vertical loading rate, trunk lean, or hip kinematics and kinetics. Hip- and knee-extensor maximal voluntary isometric contractions were also not associated with any biomechanical variables.ConclusionsGreater 1RM back-squat strength was weakly associated with a larger peak knee-flexion angle and smaller knee internal-rotation angle and moment in collegiate distance runners. Runners who are weaker in the back-squat exercise may exhibit running biomechanics associated with the development of knee-related injuries.