躯干前、后负重对人体步行的生物力学影响
研究目的： 人们在挤地铁、挤公交或者外出旅行时,常常为了财务安全或者其他原因,将双肩背包反过来背,放在胸前,相当于躯干前负重,而躯干前负重会不会对身体有所影响呢?目前有关人体前负重行走的生物力学研究很少.本实验目的就在于研究前负重、和后负重两种行走模式下，人体步态特征变化以及下肢运动学、动力学参数的变化，从而深入了解人体在两种行走模式下的稳定控制机理。探明在生物力学角度，哪种负重方式相对更好。这对于人们日常生活中改进负重行走方式、以及背包性能、背包设计等方面会有参考意义。 研究方法： 受试者选取10名健康男性大学生，实验前48小时未从事剧烈运动，习惯背部背包。受试者着泳裤，身上贴29个反光标志点，佩戴特制的负重装置，双手握在装置的扶手上，在胸前负重十千克和背后负重十千克两种模式下，按1.5±0.1m/s速度进行行走，通过测力台，速度通过便携式测速系统监控。受试者以正常步态，在规定速度下，并以左脚着在台面上，视为一次有效测试，每种模式下采集3次有效数据。采用三位测力台和8镜头红外光点运动捕捉系统同步采集运动学和动力学数据。用SPSS17.0分析两种行走模式下采集的运动学和动力学数据，用配对T检验比较，显著性水平0.05。 研究结果： 步行时空参数：前负重的步频显著增大（P<0.05），而步长和摆动相百分比没有显著性差异（P>0.05）。重心的摆动：前负重会造成重心在左右方向和竖直方向上的摆动幅度显著增大（P<0.05）。躯干的旋转和摆动：前负重会造成躯干绕z轴的旋转幅度显著增大（P<0.05）；同时会造成躯干在矢状面的活动幅度显著减小（P<0.05）。下肢运动学及动力学参数：前负重会造成最大踝跖屈角度、最大踝力矩显著减小（P<0.05）；最大屈膝角度、最大膝力矩、膝负功均显著增大（P<0.05）；最大伸髋角度、最大髋力矩、髋关节正功均显著增大（P<0.05）。 研究结论： 当前负重行走时，步频显著增大，说明前负重，受试者步频保持能力较差，需要提高步频来维持步速，同时维持稳定，这对于节省能量消耗非常不利。本研究表明，前负重造成重心的摆动和躯干绕z轴旋转幅度显著增大，因为受试者习惯于背部负重，因此后负重具有更强的稳定控制的能力。另一方面，前负重时躯干处于后伸位，因为前负重时，身体和重物的总质心会向前上方偏移，因此需要上躯干后倾来调整总质心的位置，从而保持稳定；后负重相反。且前负重躯干摆动幅度显著性减小，可能是由于躯干处于后伸位时，躯干周围肌肉收缩力更强，具有更好地稳定控制能力，这点需要电生理研究进一步讨论。就下肢各关节运动学和动力学数据来看，在足触底时的缓冲阶段，下肢各关节通过肌肉收缩吸收了的冲击力，肌肉做负功，其中膝关节的周围肌肉做负功最多，吸收能量最多，贡献最大。而前负重造成膝关节负功显著增大，这可能造成膝关节承受更大的冲击力，膝关节损伤风险增大。而在离地蹬伸阶段，力是通过下肢各关节肌肉收缩释放，肌肉做正功，其中髋关节做正功最多，释放能量最多，贡献最大。而前负重造成髋关节正功显著增大，髋关节蹬伸肌群收缩更大用力更多，这可能造成髋关节蹬伸肌群更容易疲劳。
前负重行走 后负重行走 步态特征 生物力学 稳定控制机理
赵功赫
北京体育大学 100084
国内会议
杭州
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3802-3804
2015-11-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）