本研究探讨了5公里跑步机跑动过程中，下肢运动学变量在起始阶段与终末阶段之间的生物力学特征。分别在跑步机跑动的起始阶段（0.5公里）和终末阶段（5公里），利用三维运动捕捉系统采集了10名跑者的下肢运动学数据。
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摘要
摘要
跑步有益于身体健康，但也常伴随多种损伤。然而，导致跑步损伤的主要因素仍不明确。本研究探讨了长距离跑步对下肢运动学参数的影响，并比较了5公里跑步过程中初始阶段（IR）与终末阶段（TR）下肢运动学的差异。十名业余跑者以10 km/h的速度在跑步机上进行跑步。分别在跑步的初始阶段（0.5 km）和终末阶段（5 km）采集动态运动学数据。实验记录了关节峰值角度、峰值角速度以及关节活动范围（ROM）。主要结果如下：在终末阶段，踝关节外翻和膝关节外展角度增加；踝关节和膝关节在冠状面的活动范围（ROM）在终末阶段大于初始阶段；与初始阶段相比，终末阶段踝关节背屈和髋关节内外旋的峰值角速度更大。这些在长距离跑步过程中发生的运动学变化，可能为探索跑步损伤潜在成因提供具体的依据。
引言
跑步是全球最受欢迎的运动。跑步的人数众多，且每年都在大幅增加1。已有研究表明，参与包括跑步在内的规律性锻炼有助于促进健康，降低心血管疾病风险，从而提高预期寿命2,3,4。尽管跑步具有显著的健康益处，但多年来跑步相关损伤的发生率已从25%上升至83%5,6。跑步存在一定的风险，尤其是对下肢，主要表现为肌肉骨骼损伤7。大多数常见的跑步相关损伤包括髌股疼痛、踝关节扭伤、胫骨应力性骨折和足底筋膜炎8。跑步损伤可由多种因素引起，例如不正确的足部着地模式、不合适的跑鞋选择以及其他个体生物力学因素9。例如，采用足跟先着地的跑步方式可能导致更大的旋前，并伴随足部内侧更高的足底压力，这可能增加跟腱病和髌股疼痛的风险10。此外，既往研究报道，膝关节内旋幅度较大与女性跑者的髂胫束综合征相关11，尤其是在进行长距离跑步时更为明显。
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方案
已从受试者处获得书面知情同意，测试程序经大学伦理委员会批准。所有参与者均被告知试验的要求和流程。
1. 实验室准备
- 校准过程中，关闭灯光并移除其他可能产生反射的物体。确保八台相机已正确放置，并且视野清晰无反射。
- 打开 Vicon Nexus 1.8.5 程序，然后初始化相机。在资源面板中选择系统 | 本地系统 | MX 相机，相机将启动。
注意：在属性面板中需要调整参数。闪光强度的数值范围调整为 0.95–1，阈值的数值范围设置为 0.2–0.4。将灰度模式设为自动。最小圆形度比设置为 0.5，增益设为 1 倍（x1），最大斑点高度设为 50，并勾选启用 LED。 - 将 T 形架置于捕捉区域中心，选中系统中的所有相机，并使用 2D 模式。确认 T 形架处于相机视野内且无干扰点。在工具栏中选择第一项系统准备。在 T 形架下拉列表中，选择5 标记杆与 T 形架校准对象。
- 在系统准备工具面板中，点击屏蔽相机部分下的开始按钮。....
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结果
结果显示，在矢状面上，踝关节和髋关节的峰值角度无显著差异。与IR相比，TR时踝关节和膝关节在冠状面上的峰值角度显著增大。与IR相比，TR时髋关节内收角度更大。然而，TR时髋关节外展、踝关节内旋和膝关节内旋的峰值角度均小于IR（图2）。
在矢状面，与TR相比，IR时踝关节和膝关节的活动范围（ROM）显著增加。在冠状面，与IR相比，TR时髋关节的活动范围显著减小，而踝关节和膝关节的活动范围在TR中较IR增大。在水平面，TR跑步时膝关节的活动范围显著低于IR，但踝关节和髋关节的活动范围在两种条件下未见显著差异（图3）。
还评估了内旋（IR）与外旋（TR）之间峰值角速度的变化。在矢状面中，整个实验过程中髋关节和膝关节的峰值角速度均无显著差异。在踝关节背屈时，TR条件下的峰值角速度较大。在支撑相期间，TR条件下的髋关节外展和膝关节外展的峰值角速度较小。髋关节内外旋的峰值角速度在TR条件下增加。在整个跑动过程中，踝关节外.......
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讨论
本研究比较了长距离跑步对业余跑者下肢生物力学特征的影响。研究发现，跑步5 km后，踝关节外翻峰值角度和膝关节外展峰值角度均有所增加，这与先前的一项研究结果一致17。已有研究表明，过度的踝关节外翻及外翻速度是增加踝关节损伤风险的重要因素18,19。在5 km跑步的TR阶段膝关节活动范围（ROM）增加并不令人意外，因为已有研究显示膝关节运动学参数会受到长距离跑步的影响15,17。
同样，膝关节在水平面内的旋转角度范围有所减小。其中一个原因可能是跑者在TR20时未出现疲劳。与IR相比，TR时髋关节内旋的峰值角度更大。既往研究表明，髋关节内旋角度增加可能导致胫骨应力性骨折21。另有报道指出，髋关节内旋的角速度与肌肉损.......
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披露
作者未报告存在潜在的利益冲突。
致谢
本研究由国家自然科学基金（81772423）、宁波大学王宽诚幸福基金以及国家重点研发计划资助&D 计划（2018YFF0300903）
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 14 mm 直径被动式反光标记点 | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | n=22 | |
| 双面胶带 | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | 用于将标记点固定在皮肤上 | |
| 心率传感器 | Garmin, HRM3-SS, 中国 | 检测疲劳状态 | |
| 运动捕捉相机 | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | n=8 | |
| T型支架 | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - | |
| 跑步机 | Smart Run, 中国 | 受试者在整个过程中于跑步机上跑步 | |
| 有效加密狗 | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | Vicon Nexus 1.4.116 | |
| Vicon 数据采集站 ADC | Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK | - |
参考文献
- Lee, D. C., et al. Running as a Key Lifestyle Medicine for Longevity. Progress in Cardiovascular Diseases. 60 (1), 45-55 (2017).
- Dugan, S. A., Bhat, K. P. Biomechanics and analysis of running gait. Physical Medicine & Rehabilitation Clini....
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重印与许可
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