老年人下樓梯行走髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷與BMI相關(guān)性研究

何培東

摘 要：目的：比較不同BMI老年人下樓梯行走髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷并分析兩者相關(guān)性。方法：正常、超重、肥胖三組受試者各14名完成下樓梯行走，采用Vicon三維動(dòng)作捕捉系統(tǒng)與Kistler三維測(cè)力系統(tǒng)同步采集受試者行走時(shí)人體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。通過(guò)髕股關(guān)節(jié)力（PFJF）、股四頭肌肌力（QF）、髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力（PFJS）、膝關(guān)節(jié)凈力矩（KM）量化評(píng)定髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷。結(jié)果：三組受試者髕股關(guān)節(jié)載荷指標(biāo)變化曲線趨勢(shì)一致，在單支撐初期與末期分別雙峰值。相比于正常組，肥胖組PFJF、PFJS、QF、KM雙峰值均顯著增大（P<0.05），超重組PFJF、PFJS、QF、KM第一峰值顯著增大（P<0.001）;相比于超重組，肥胖組PFJF（P=0.030）、PFJS（P=0.008）、QF（P=0.038）、KM（P=0.046）第一峰值顯著增大。BMI與PFJF、PFJS、QF、KM第一峰值（r>0.5， P<0.001）、第二峰值（r>0.6， P<0.001）均成正相關(guān)。結(jié)論： 隨著B(niǎo)MI增大，老年人下樓梯行走在單腿支撐初期髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷顯著增加，建議老年人下樓梯時(shí)手持拐杖或樓梯行走，增大膝關(guān)節(jié)屈曲角度和軀干前傾幅度，減少髕股關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)載荷。

關(guān)鍵詞：老年人;樓梯;髕股關(guān)節(jié);生物力學(xué);體重指數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：G804

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-2808（2021）02-0089-08

Abstract：Objective： This study aimed to investigate the influence of BMI on dynamic patellofemoral joint load and the correlation between them among the elderly. Methods： Normal， overweight and obese participants （n=14， respectively） performed stair descent. The Vicon motion capture system and Kistler force platform were synchronized to collect the data of kinematics and kinetics during stair descent. The patellofemoral joint force（PFJF）， patellofemoral joint stress（PFJS）， quadriceps force（ QF） and knee joint moment（KM） were used to assess the dynamic patellofemoral joint load. Results： The curves of dynamic patellofemoral joint load among three groups were similar， and the two peak values were observed during early and late stage of single stance. Compared with normal group， the two peaks of PFJF， PFJS， QF， KM increased significantly in obese group（P<0.05）， and the first peaks increased in overweight group（P<0.001）. Compared with overweight group， the first peak of PFJF（P=0.03）， PFJS（P=0.008）， QF（P=0.038）， KM（P=0.046） increased significantly in obese group. The significant positive correlation were found between BMI and first peak（r>0.5， P<0.001）， second peak（r>0.6， P<0.001） of dynamic patellofemoral joint load. Conclusions： With the increase of BMI， the dynamic load of the patellofemoral joint in the early stage of single-leg support for the elderly walking down the stairs is significantly increased. It is recommended that the elderly walk down the stairs with crutches or stairs to increase the knee joint flexion angle and the torso anterior inclination to reduce the patellofemoral Dynamic load of the hip joint.

Key words：Elderly;Stair; Patellofemoral joint;Biomechanics; BMI

截至2018年底我國(guó)60周歲及以上老年人口約2.49億，占總?cè)丝跀?shù)的17.9%，預(yù)計(jì)到2050年，老年人口總量將超過(guò)4億，老齡化水平增至30%[1]。髕股關(guān)節(jié)病變是一種較多見(jiàn)的影響老年人日常生活質(zhì)量的膝關(guān)節(jié)疾病，如髕股關(guān)節(jié)炎、髕股關(guān)節(jié)痛及髕骨退行性病變[2]。生物力學(xué)研究認(rèn)為，下肢髕股關(guān)節(jié)病變的發(fā)生可能與運(yùn)動(dòng)中關(guān)節(jié)承受的生物機(jī)械負(fù)荷過(guò)載及其導(dǎo)致的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡異常有關(guān)。膝關(guān)節(jié)內(nèi)部髕骨與股骨之間因接觸而產(chǎn)生的壓力為髕股關(guān)節(jié)力（patellofemoral joint force，PFJF），兩者接觸部位單位面積的PFJF稱(chēng)髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力（patellofemoral joint stress，PFJS），基于伸膝力矩與股四頭肌有效力臂計(jì)算獲知的股四頭肌肌力（quadriceps force， QF）。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)PFJS、PFJS與QF能夠較好地解釋膝關(guān)節(jié)內(nèi)部髕骨與股骨受力的關(guān)系，是評(píng)價(jià)髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷較敏感的指標(biāo)[3-4]。

樓梯行走是老年人日常生活中無(wú)法避免且具有挑戰(zhàn)性的運(yùn)動(dòng)行為之一。約26%的跌倒發(fā)生在樓梯行走過(guò)程中[5]，下樓梯跌倒風(fēng)險(xiǎn)是上樓梯的3倍[6]。研究顯示，膝關(guān)節(jié)肌骨系統(tǒng)為下樓梯行走提供50%的支撐力矩以維持姿勢(shì)控制，吸收超過(guò)70%的能量以緩沖振蕩，是承受下肢負(fù)荷的主要關(guān)節(jié)，起主導(dǎo)作用[7]。髕股關(guān)節(jié)在下樓梯行走中膝關(guān)節(jié)功能的維持具有至關(guān)重要的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，相比于平地行走，下樓梯行走中較高的PFJF與PFJS是導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)軟骨磨損、疼痛和退行性病變的主要因素，而關(guān)節(jié)的退行性病變是導(dǎo)致老年人跌倒風(fēng)險(xiǎn)增加的重要因素[8]。以上可知，下樓梯行走是導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)載荷過(guò)大的外部因素之一。

身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index， BMI）是國(guó)際上常用的衡量人體肥胖程度的重要指標(biāo)。 流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，普通成人BMI與下肢關(guān)節(jié)疾病的發(fā)生呈現(xiàn)正相關(guān)，其原因可能與肥胖度的增加帶來(lái)的下肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)載荷增大有關(guān)[9]。正常體重成年人步行時(shí)髕股關(guān)節(jié)接觸力峰值為體重的0.5-1.5倍，而肥胖者承受的接觸力高達(dá)體重的2-3倍[3]，肥胖者關(guān)節(jié)軟骨單位面積承受的應(yīng)力也顯著增加，其損傷的幾率明顯增加[10]。盡管髕股關(guān)節(jié)力學(xué)特征分析在健康人群的走[11]、跑[12]、騎行[4]等運(yùn)動(dòng)中已經(jīng)被證實(shí)，但關(guān)于超重/肥胖老年人樓梯行走的研究尚需進(jìn)一步探討。

本研究旨在對(duì)比正常、超重以及肥胖三組老年人髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷與BMI相關(guān)性，為肥胖導(dǎo)致老年人下樓梯行走髕股關(guān)節(jié)病變提供生物力學(xué)數(shù)據(jù)參考，并為肥胖老年人減輕疾病疼痛和臨床醫(yī)生制定康復(fù)處方提供數(shù)據(jù)支撐。本研究假設(shè)：（1）相比于正常BMI組，超重與肥胖組老年人下樓梯行走髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷參數(shù)峰值顯著較大;（2）BMI數(shù)值與髕骨關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷參數(shù)峰值呈現(xiàn)顯著正相關(guān)特征。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取42名社區(qū)老年人為研究對(duì)象（見(jiàn)表1），根據(jù)《中國(guó)成年人超重和肥胖癥預(yù)防控制指南》，界定體重指數(shù)BMI≥28kg/m2為肥胖，24kg/m2≤BMI≤27.9kg/m2為超重，18.5kg/m2≤BMI≤23.9kg/m2為正常，受試者均為右利側(cè)。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡65歲以上;（2）下肢關(guān)節(jié)近半年內(nèi)無(wú)明顯損傷;（3）能夠獨(dú)立完成樓梯行走;（4）近1年內(nèi)無(wú)跌倒史;（5）雙眼矯正視力1.0以上。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）嚴(yán)重心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及肌肉骨骼系統(tǒng)疾病;（2）影響姿勢(shì)控制的前庭功能障礙;（3）影響姿勢(shì)控制的視覺(jué)系統(tǒng)疾病。所有受試者均簽訂了知情同意書(shū)，并告知注意事項(xiàng)。

1.2 儀器設(shè)備

1.2.1 模擬樓梯

根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GBJ16）的規(guī)定，確定模擬樓梯的尺寸。模擬樓梯重約2噸，共計(jì)6級(jí)臺(tái)階，長(zhǎng)約2m，寬約1.5m，高約1m，每級(jí)臺(tái)階高約17cm，深29cm，坡度約為30°，符合國(guó)家住宅標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 三維運(yùn)動(dòng)學(xué)捕捉系統(tǒng)

本研究運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用8個(gè)攝像頭的Vicon紅外高速動(dòng)作捕捉系統(tǒng)（英國(guó)，T40），采集頻率設(shè)置為100Hz[13-14]。根據(jù)Visual3D軟件（美國(guó)，C-Motion，V3）人體模型的要求，41個(gè)14mm的紅外反光球黏貼在各解剖學(xué)標(biāo)志點(diǎn)[15]，采集人體運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)。

1.2.3 三維測(cè)力系統(tǒng)

模擬樓梯的第三和第四臺(tái)階分別鑲嵌兩臺(tái)Kistler測(cè)力臺(tái)（型號(hào)：瑞士，9287C;尺寸：90cm×60cm×10cm），外置信號(hào)放大器，采集頻率設(shè)置為1 000Hz [13-14]。運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)采集采用Vicon系統(tǒng)同步盒實(shí)現(xiàn)兩者的同步采集。

1.3 數(shù)據(jù)采集

受試者身著統(tǒng)一的測(cè)試服與鞋子，進(jìn)行身體、體重等身體形態(tài)學(xué)參數(shù)的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)人員為受試者黏貼41個(gè)反光球并進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)采集靜態(tài)模型，以確定頭、軀干、骨盆、雙側(cè)上臂、前臂、手、大腿、小腿、足共15個(gè)環(huán)節(jié)參數(shù)。受試者準(zhǔn)備工作完成后，充分熟悉測(cè)試環(huán)境與流程，進(jìn)行下樓梯行走的動(dòng)態(tài)測(cè)試。受試者自第六級(jí)臺(tái)階15cm處進(jìn)行無(wú)初速度的下樓梯行走，全程采用“一步一臺(tái)階”方式，禁止越級(jí)跨越臺(tái)階，直至行走到距離第一臺(tái)階1.5m處停止。為減小誤差確保數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，受試者下樓梯以優(yōu)勢(shì)腿即右腿先邁步行走，共計(jì)完成5次成功的測(cè)試，兩次行走間隔5 min。一次成功的下樓梯行走定義為運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)采集完整有效，未發(fā)生反光球脫落、中途停頓、踩踏在測(cè)力臺(tái)外等影響數(shù)據(jù)有效性的事件。

1.4 數(shù)據(jù)處理

將Vicon采集的原始運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)建模、截取、刪補(bǔ)點(diǎn)等處理后，導(dǎo)入Visual 3D數(shù)據(jù)處理軟件，分別進(jìn)行截止頻率為6Hz[15]和10Hz[16-17]的Butter-worth四階數(shù)字低通濾波器濾波。

本研究選取的一個(gè)下樓梯步態(tài)支撐腿在支撐相的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，支撐相定義為右腳在第四臺(tái)階著地到離地。腳觸地定義為測(cè)力臺(tái)垂直方向的地面反作用力大于20N[5]。支撐相詳細(xì)劃分為第一雙支撐相、單支撐相、第二雙支撐相，詳細(xì)劃分如下[18]：第一雙支撐相：右腳著地（right foot touch down， RTD）到左腳離地（left foot take off， LTO）;單支撐相：左腳離地（left foot take off， LTO）到左腳著地（left foot touch down， LTD）;第二雙支撐相：左腳著地（left foot touch down， LTD）到右腳離地（right foot take off， RTO）。

1.5 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

本實(shí)驗(yàn)選取支撐期內(nèi)支撐腿體重標(biāo)準(zhǔn)化的膝關(guān)節(jié)凈力矩（knee joint moment， KM）、髕股關(guān)節(jié)力（PFJF）、股四頭肌肌力（QF）相對(duì)值及髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力（PFJS）絕對(duì)值進(jìn)行分析。

（1）膝關(guān)節(jié)凈力矩[19]。

基于逆向動(dòng)力學(xué)方法，采用Visual3D V3版本軟件編寫(xiě)Scipt，通過(guò)選擇關(guān)節(jié)與環(huán)節(jié)及對(duì)應(yīng)的參考坐標(biāo)系，對(duì)下樓梯行走過(guò)程中下肢膝關(guān)節(jié)矢狀面的凈力矩進(jìn)行計(jì)算。

（2）股四頭肌肌力[20]。

LA0.036θ+3.0（0≤θ<30）

-0.043θ+5.4（30≤θ<60）

-0.027θ+4.3（60≤θ<90）

2.0（90≤θ）

式中LA（cm）為股四頭肌有效肌力臂，θ（°）為矢狀面的膝關(guān)節(jié)角度，LA為θ的分段函數(shù)[28]。

本研究下樓梯行走中矢狀面凈膝關(guān)節(jié)力矩正值時(shí)為膝關(guān)節(jié)伸膝力矩[20]，即：

MEXT =MNET

式中（MEXT （N·m））為矢狀面凈膝關(guān)節(jié)力矩，（MNET （N·m））為膝關(guān)節(jié)伸膝力矩。

FQ（θ1）=MEXT （θi）/[LA（θi）·0.01]

式中為股四頭肌肌力QF，θi為第幀膝關(guān)節(jié)屈伸角度[20]。

（3）髕股關(guān)節(jié)力[20]。

FPF =2FQsin（β/2）

β=30.46+0.53（θ）

式中FPF （N）為PFJF，β（°）為股四頭肌肌力線與髕韌帶拉力線之間的夾角[28]。

（4）髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力[20]。

髕股與股骨的接觸面積[12]為矢狀面膝關(guān)節(jié)角度θ（°）的函數(shù)，具體計(jì)算公式如下：

SPFCA （θi）=0.0781×θ2i+0.6763×θi+151.75

式中為髕股與股骨的接觸面積。

PPFJS （θi）=FPF （θi）/SPFCA （θi）

式中PPFJS （MPa）即PFJS。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

本研究自變量為BMI分組（正常組、超重組、肥胖組），因變量為5次測(cè)試KMpeak 、QFpeak 、PFJFpeak 、 PFJSpeak 的平均值。本研究的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS20.0（IBMS，NY，USA），所得參數(shù)值均用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用Shapiroe-Wilk和Levenes分別對(duì)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)和方差齊性檢驗(yàn)。采用單因素方差分析（One-way ANOVA）觀察不同BMI分組對(duì)KMpeak、QFpeak、PFJFpeak、PFJSpeak的影響，采用LSD檢驗(yàn)進(jìn)行事后兩兩比

較。采用Pearson相關(guān)分析檢驗(yàn)BMI與KMpeak 、QFpeak 、PFJFpeak 、PFJSpeak 的線性相關(guān)度，弱相關(guān)（0-0.3），中度相關(guān)（0.3-0.5），強(qiáng)相關(guān)（0.5-0.8），極強(qiáng)相關(guān)（0.8-1.0）[21]。本研究統(tǒng)計(jì)分析顯著性水平設(shè)置為0.05。

2 研究結(jié)果

2.1 髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷

圖1和表2顯示，相比于正常體重組，超重組KM、PFJS、PFJF、QF第一峰值分別顯著增加了78%（P<0.001）、62%（P<0.001）、92%（P<0.001）、82%（P<0.001）;肥胖組KM、PFJS、PFJF、QF第一峰值分別顯著增加了107%（P<0.001）、98%（P<0.001）、130%（P<0.001）、114%（P<0.001），第二峰值顯著增加了30%（P<0.001）、34%（P=0.004）、29%（P=0.006）、29%（P=0.003）。相比于超重組，肥胖組KM、PFJS、PFJF、QF第一峰值分別顯著增加了16%（P=0.046）、22%（P=0.008）、20%（P=0.030）、18%（P=0.038），KM、PFJS第二峰值分別顯著增加了20%（P=0.005）、30%（P=0.006）。

2.2 髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷與BMI的相關(guān)性

圖2可知，KM、PFJS、PFJF、QF與BMI峰值存在正相關(guān)的線性關(guān)系，其隨著B(niǎo)MI的增大而增大。表3可知，進(jìn)一步相關(guān)分析結(jié)果顯示，BMI與KM（P<0.001）、QF（P<0.001）、PFJF（P<0.001）、PFJS（P<0.001）第一峰值均具有顯著相關(guān)關(guān)系，與KM（P<0.001）、QF（P<0.001）、PFJF（P=0.001）、PFJS（P=0.001）第二峰值均具有顯著相關(guān)關(guān)系。

3 討 論

3.1 老年人下樓梯行走髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷

本研究結(jié)果顯示，三組老年人的下樓梯行走KM、PFJF、PFJS以及QF曲線形狀相似，均呈現(xiàn)“雙峰一谷”的趨勢(shì)。其中第一峰值出現(xiàn)在25%支撐相時(shí)刻，處在單支撐初期，此時(shí)下樓梯步態(tài)雙支撐時(shí)相轉(zhuǎn)為單支撐時(shí)相，身體重量由單腿支撐，進(jìn)而表現(xiàn)出髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷指標(biāo)的顯著增大;第二峰值出現(xiàn)在80%支撐相時(shí)刻，處在單支撐末期，此時(shí)身體質(zhì)心受重力作用加速向下，且膝關(guān)節(jié)具有較大的屈曲角度，右支撐腿此時(shí)需要產(chǎn)生更大的KM和QF以控制身體穩(wěn)定性，表現(xiàn)出較大膝關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷。

Jacklyn等人的研究顯示，受試者下樓梯髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷指標(biāo)KM、PFJF以及PFJS雙峰值均小于本研究結(jié)果，研究結(jié)果并未一致，其原因可能與不同測(cè)試人群有關(guān)[11]。本研究選取的受試者為老年人群，而前者受試者年齡為32±7.1歲屬于中青年人群。值得注意的是，本研究老年人表現(xiàn)出的較低髕股關(guān)節(jié)載荷并不意味著老年人發(fā)生髕股關(guān)節(jié)病變的幾率減小，相反可能與自我保護(hù)的神經(jīng)肌肉控制機(jī)制有關(guān)。隨著年齡的增大，老年人髕骨軟骨退變[22]、髕骨軟骨體積減小[23]，髕股關(guān)節(jié)無(wú)法承受更大的接觸壓力與應(yīng)力。因此樓梯行走過(guò)程中，老年人采用“小心謹(jǐn)慎”的步態(tài)策略，表現(xiàn)出步速降低、地面反作用力以及關(guān)節(jié)力矩減小等生物力學(xué)特征[24-25]，進(jìn)而造成髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷降低，可能是對(duì)髕股關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)與功能退化的適應(yīng)性調(diào)整。

由此可知，下樓梯行走單支撐相，特別初期和末期是老年人髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷增大的關(guān)鍵時(shí)刻，應(yīng)做好行走過(guò)程中的減負(fù)防護(hù)，更好的保護(hù)髕股關(guān)節(jié)，減少病變發(fā)生的可能。

3.2 髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷與BMI相關(guān)性

本研究結(jié)果顯示，相比于正常體重組，超重組髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷指標(biāo)的第一峰值和肥胖組髕股關(guān)節(jié)載荷指標(biāo)雙峰值均顯著增高;相比于超重組，肥胖組動(dòng)態(tài)載荷指標(biāo)的第一峰值與KM、PFJS第二峰值顯著增高。相關(guān)分析顯示，動(dòng)態(tài)載荷指標(biāo)與BMI呈顯著正相關(guān)，r均在0.5以上，屬于強(qiáng)相關(guān)。研究結(jié)果較好的驗(yàn)證了研究假設(shè)。

肥胖組老年人表現(xiàn)出較高的KM、PFJF、PFJS、QF雙峰值，樓梯行走時(shí)髕股關(guān)節(jié)載荷顯著增大，可能導(dǎo)致關(guān)節(jié)面、軟骨的加速磨損，進(jìn)而誘發(fā)關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)疼痛可能性增大。PFJF與PFJS是評(píng)估髕股關(guān)節(jié)負(fù)荷的核心指標(biāo)，與髕股關(guān)節(jié)病變發(fā)生率呈現(xiàn)正相關(guān)[3，11，26]。本研究結(jié)果顯示，肥胖老年人下樓梯行走髕股關(guān)節(jié)PFJF、PFJS峰值是正常體重老年人的1.3～2.3倍，Matthews的研究結(jié)果顯示其倍數(shù)值在2～4倍[3]，兩者均說(shuō)明肥胖人群步態(tài)動(dòng)作中髕股關(guān)節(jié)載荷顯著增大，究其原因可能與肥胖人群行走過(guò)程中采用的身體姿態(tài)有關(guān)。Peggy等研究顯示，肥胖人群下樓梯行走時(shí)在支撐相膝關(guān)節(jié)與軀干表現(xiàn)出較小的屈曲角度，身體姿態(tài)較直立[27]。研究發(fā)現(xiàn)，下樓梯行走時(shí)膝關(guān)節(jié)屈曲角度減小3°，膝關(guān)節(jié)KM、PFJF分別顯著增大0.4N/kg、10 N/kg，軀干屈曲角度減小時(shí)PFJS峰值顯著增大[28]。此外，肥胖人群股四頭肌相對(duì)肌力的減小可能是導(dǎo)致本研究中PFJF、PFJS峰值增大的另一原因。研究發(fā)現(xiàn)，相比于體重正常者，超重與肥胖成人盡管脂肪和瘦體重絕對(duì)值較大，但是體重標(biāo)準(zhǔn)化下肢肌力顯著降低6%～10%[29]。下樓梯行走股四頭肌做離心收縮，膝關(guān)節(jié)做負(fù)功吸收能量，緩沖振蕩，對(duì)股四頭肌肌力要求較高，肥胖帶來(lái)的相對(duì)肌力減弱不足以完全緩沖下樓梯行走動(dòng)作沖擊，可能導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)載荷增加。

值得注意的是，本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與肥胖組表現(xiàn)出的髕股關(guān)節(jié)載荷特征不同的是，超重組KM、PFJF、PFJS、QF第一峰值表現(xiàn)出超載特征，第二峰值未顯著增高，這與本研究預(yù)期相悖，其原因可能與肥胖降低膝關(guān)節(jié)本體感覺(jué)有關(guān)。來(lái)自本體感覺(jué)系統(tǒng)的信息輸入對(duì)人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和肌肉發(fā)力模式的調(diào)控貢獻(xiàn)度占比高達(dá)56.3%，具有極其重要的意義[30]。上文所述，動(dòng)態(tài)載荷第二峰值出現(xiàn)在單支撐末期，此時(shí)刻左擺動(dòng)腿即將著地，老年人需將更多的注意力與視覺(jué)資源用以控制擺動(dòng)腿足部觸地動(dòng)作，支撐腿肌肉活動(dòng)更多的依賴(lài)本體感覺(jué)信息輸入。研究證實(shí)，肥胖老年人膝、踝關(guān)節(jié)本體感覺(jué)靈敏性顯著降低[31]，可能由此而改變支撐腿在第二峰值出現(xiàn)時(shí)的肌肉發(fā)力模式，造成髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷的差異，但其深層的神經(jīng)肌肉控制機(jī)制仍需進(jìn)一步深入探究。

3.3 本研究存在的局限性與后期展望

本研究存在以下局限性：首先，本研究運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)的獲取是基于人體表面標(biāo)記點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，超重與肥胖人群脂肪相對(duì)較多，本研究無(wú)法排除脂肪層對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響，后續(xù)研究可以采用更合理、更先進(jìn)的方法進(jìn)行探討。其次，本研究關(guān)于髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷是基于力學(xué)方程計(jì)算而得，無(wú)法計(jì)算運(yùn)動(dòng)過(guò)程中髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力及壓力的分布，無(wú)法獲知關(guān)節(jié)局部載荷隨肥胖度增大的變化趨勢(shì)，后續(xù)研究可以利用有限元研究法進(jìn)行深入分析。

4 結(jié) 論

本研究首次對(duì)不同BMI老年人群下樓梯行走髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷進(jìn)行生物力學(xué)研究。老年人隨著B(niǎo)MI的增大不同階段的髕股關(guān)節(jié)動(dòng)態(tài)載荷呈現(xiàn)出不同生物力學(xué)特征。其中，超重老年人髕股關(guān)節(jié)載荷超載主要發(fā)生在單支撐初期階段，而肥胖老年人髕股關(guān)節(jié)載荷超載發(fā)生在單支撐初期和末期階段。因此，超重老年人下樓梯損傷預(yù)防階段重要在單支撐相的初期，而肥胖者在整個(gè)單支撐期均應(yīng)該注意損傷的發(fā)生。

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