不同認(rèn)知任務(wù)跑步時(shí)髕股關(guān)節(jié)痛患者下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征

范婷　張美珍　張力文　劉卉

摘 ?????要：明確髕股關(guān)節(jié)痛患者在不同認(rèn)知任務(wù)跑步時(shí)下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征的影響，旨在尋找降低髕股關(guān)節(jié)痛患者跑步時(shí)髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力的運(yùn)動(dòng)模式。招募46名男性髕股關(guān)節(jié)痛患者為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)用紅外光點(diǎn)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)（Nokov Mars2H）和三維測(cè)力臺(tái)（Bertec）獲得其在無(wú)任務(wù)、音樂(lè)任務(wù)和心算任務(wù)跑步時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征。采用重復(fù)測(cè)量方差分析確定不同認(rèn)知任務(wù)對(duì)下肢運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)參數(shù)的影響，通過(guò)Pearson雙變量相關(guān)探究下肢運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特征與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力的關(guān)系。結(jié)果顯示：（1）與無(wú)任務(wù)相比，音樂(lè)任務(wù)與心算任務(wù)均使髕股關(guān)節(jié)痛患者步長(zhǎng)增大（P＜0.001）；音樂(lè)任務(wù)還使其膝關(guān)節(jié)屈角增加（P=0.005）、踝關(guān)節(jié)跖屈力矩減?。?em>P=0.022）；心算任務(wù)減小髖關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩（P＜0.05）和步頻（P＜0.001）。（2）無(wú)論何種認(rèn)知任務(wù)，步長(zhǎng)、膝關(guān)節(jié)屈曲角與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力峰值正相關(guān)（P＜0.05），踝關(guān)節(jié)跖屈力矩（P＜0.05）與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力峰值呈負(fù)相關(guān)。心算任務(wù)下，髖關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩（R²=0.162，P=0.006）和步頻（R²=0.123，P＜0.017）等與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力峰值呈負(fù)相關(guān)。研究認(rèn)為：髕股關(guān)節(jié)痛患者在音樂(lè)任務(wù)跑步時(shí)膝關(guān)節(jié)屈曲、踝關(guān)節(jié)背屈和步長(zhǎng)增加可能會(huì)增大髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力，在心算任務(wù)跑步時(shí)較小的髖關(guān)節(jié)內(nèi)收、長(zhǎng)步長(zhǎng)和慢步頻等運(yùn)動(dòng)特征，可能使髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力增加。建議髕股關(guān)節(jié)痛患者在聽(tīng)音樂(lè)跑步時(shí)，應(yīng)采用膝關(guān)節(jié)更為直立的動(dòng)作模式降低髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力，還應(yīng)注意減小步長(zhǎng)。此外，還可通過(guò)增強(qiáng)髖關(guān)節(jié)內(nèi)收及踝關(guān)節(jié)跖屈肌群的力量來(lái)減小髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力，預(yù)防跑步時(shí)思維游離引起的疼痛復(fù)發(fā)。

關(guān) ?鍵 ?詞：運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)；髕股關(guān)節(jié)痛患者；髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力；認(rèn)知任務(wù)；跑步

中圖分類號(hào)：G804.6；G804.5????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ???文章編號(hào)：1006-7116（2023）03-0136-09

Lower-limb?kinematic and dynamics characteristics for patellofemoral joint pain patients during runningwith different cognitive tasks

FAN Ting ZHANG Meizhen ZHANG Liwen LIU Hui

（1.College of Physical Education，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China；

2.China Institute of Sport and Health Science，Beijing Sport University，Beijing 100084，China）

Abstract：The study aimed to clarify the lower limb kinematic and dynamics characteristics of patellofemoral pain （PFP） patients during running with different cognitive tasks， so as to provide references for finding movement patterns that could reduce patellofemoral joint stress （PFJS） during running. The study recruited 46 male patellofemoral pain patients， and the lower-limb kinematics and dynamics data in no task， musical task and mental arithmetic task were respectively collected by infrared motion capture system （Nokov Mars2H） and three-dimensional force plate （Bertec）. Repeated measurement ANOVA was used to identify the effects of different cognitive tasks on lower-limb biomechanics parameters， and the relationship between lower-limb biomechanics characteristics and PFJS was identified by Pearson's bivariate correlation. The results showed that： （1） Compared with no task， both the music task and the mental arithmetic task increased the step length of PFP patients （P<0.001）. The music task also increased knee flexion angle （P=0.005） and decreased ankle plantarflexion moment （P=0.022） for PFP patients， and the mental arithmetic task decreased the hip adduction moment （P<0.05） and step frequency （P<0.001）. （2） Regardless of the cognitive task， the step length and knee flexion angle were positively correlated with peak PFJS （P<0.05）， and ankle plantarflexion moment was negatively correlated with peak PFJS （P<0.05）. Under the mental arithmetic task， hip adduction moment （R²=0.162，P=0.006） and step frequency （R²=0.123，P<0.017） were negatively correlated with peak PFJS. The conclusion showed that： patellofemoral joint stress may be increased by increased knee flexion， ankle dorsiflexion and increased stride length during musical task running in patellofemoral pain patients; movement characteristics such as smaller hip inversion， long stride length and slow stride frequency during mental arithmetic task running may increase patellofemoral joint stress. It is recommended that listening to music during running， patellofemoral pain patients should use a more upright knee movement pattern to reduce patellofemoral joint stress and also take care to reduce stride length. Furthermore， patellofemoral pain patients can reduce patellofemoral joint stress and prevent pain recurrence by strengthening the hip adductors and ankle plantar flexors， which help prevent pain recurrence caused by mind-wandering during running.

Keywords：sports biomechanics；patellofemoral pain patients；patellofemoral joint stress；cognitive task；running

跑步已成為全世界最流行的體育運(yùn)動(dòng)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2020年共舉辦馬拉松賽事442場(chǎng)，總參賽規(guī)模達(dá)136.23萬(wàn)人次^[1]。此外，歐美國(guó)家定期跑步人數(shù)也占其國(guó)家總?cè)丝诘?2.5%^[2]。據(jù)報(bào)告顯示，每年因跑步導(dǎo)致的下肢損傷率高達(dá)79%^[3]，損傷類型包括內(nèi)側(cè)脛骨應(yīng)力性綜合征、跟腱炎、足底筋膜炎及髕股關(guān)節(jié)痛等，其中髕股關(guān)節(jié)痛占比高達(dá)25%^[4]。70%～90%的髕股關(guān)節(jié)痛患者會(huì)出現(xiàn)疼痛復(fù)發(fā)或慢性癥狀，進(jìn)而增加患髕股關(guān)節(jié)炎的風(fēng)險(xiǎn)^[5]，而每年髕股關(guān)節(jié)痛患者的人均醫(yī)療費(fèi)用高達(dá)300歐元^[6]。可見(jiàn)，髕股關(guān)節(jié)痛不僅對(duì)患者的正常工作和生活造成巨大影響，還會(huì)產(chǎn)生高昂的醫(yī)療費(fèi)用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)成本，所以如何有效預(yù)防髕股關(guān)節(jié)痛患者疼痛復(fù)發(fā)引起諸多學(xué)者的關(guān)注。

有研究指出，髕股關(guān)節(jié)疼痛復(fù)發(fā)可能與跑步強(qiáng)度大、膝關(guān)節(jié)損傷史及跑步時(shí)的認(rèn)知干擾有關(guān)，其中認(rèn)知干擾引起疼痛較劇烈且較為常見(jiàn)，特別是在室外跑步時(shí)^[7]。調(diào)查顯示與室內(nèi)跑相比，室外跑步不可避免地會(huì)受到音樂(lè)干擾、思考事件、注意紅綠燈等多種干擾^[7]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，習(xí)慣在跑步時(shí)佩戴音樂(lè)設(shè)備的跑者約占總體的58.9%^[8]。問(wèn)卷調(diào)查顯示，33%的跑者認(rèn)為音樂(lè)是運(yùn)動(dòng)中不可剝離的重要部分^[9]，其中快節(jié)奏音樂(lè)的使用率最為突出，可達(dá)40.7%^[8]。有研究認(rèn)為，長(zhǎng)距離跑步對(duì)跑者的認(rèn)知要求不高且通常在熟悉的環(huán)境中進(jìn)行，這種運(yùn)動(dòng)條件易使跑者產(chǎn)生思維游離，即思考跑步任務(wù)和環(huán)境以外的事件^[10]。這些認(rèn)知干擾可能會(huì)降低跑者的信息處理能力，使跑者無(wú)法正確協(xié)調(diào)肌肉收縮和及時(shí)調(diào)整關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度以緩沖著地時(shí)的負(fù)荷^[11]，造成跑步時(shí)髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力（patellofemoral joint stress，PFJS）增大^[12]，增加髕股關(guān)節(jié)痛損傷風(fēng)險(xiǎn)，致傷率甚至高達(dá)36%^[13]。有研究提出，認(rèn)知干擾導(dǎo)致的下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)改變可能是引起髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力增大的誘因^[14]。Shinya等^[15]發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知任務(wù)下（判斷路況）行走時(shí)髕股關(guān)節(jié)痛患者表現(xiàn)出更大的膝關(guān)節(jié)屈角，導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)反作用力增大，并且在屈膝60°和90°時(shí)髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力會(huì)達(dá)到峰值^[16]。劉鑫玥等^[17]發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知任務(wù)（手持水杯、回憶數(shù)字）可增加青年動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性及減小髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力。而Suda等^[18]對(duì)健康人群膝前注射高滲透鹽水溶液（1 mL，6%）以誘發(fā)實(shí)驗(yàn)性髕股關(guān)節(jié)痛，發(fā)現(xiàn)認(rèn)知干擾降低受試者的姿勢(shì)穩(wěn)定性，特別是疼痛狀態(tài)下會(huì)導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力增加。

目前認(rèn)知任務(wù)導(dǎo)致的下肢運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)變化尚未達(dá)成共識(shí)。究其原因，一方面可能是部分研究通過(guò)健康人群模擬膝前疼痛狀態(tài)，探討暫時(shí)性髕股關(guān)節(jié)痛引起的下肢運(yùn)動(dòng)特征變化，進(jìn)而嘗試得出髕股關(guān)節(jié)痛患者相關(guān)結(jié)論^[19]。Nakagawa等^[20]已證實(shí)，與健康對(duì)照組相比髕股關(guān)節(jié)痛患者在踏步過(guò)程中運(yùn)動(dòng)特征呈現(xiàn)出與健康人群不同的動(dòng)作模式。因此，短暫誘導(dǎo)健康人群膝前疼痛，無(wú)法準(zhǔn)確為髕股關(guān)節(jié)痛患者提供臨床建議，可能是導(dǎo)致以往研究未達(dá)成共識(shí)的原因之一。另一方面，前人研究主要采用手持水杯、回憶數(shù)字等認(rèn)知任務(wù)，這些認(rèn)知任務(wù)僅在步行時(shí)較為常見(jiàn)，其結(jié)論并不能應(yīng)用于跑步動(dòng)作中，而跑步時(shí)常見(jiàn)的音樂(lè)干擾、思考事件等認(rèn)知任務(wù)未得到廣泛關(guān)注。已有研究指出，音樂(lè)干擾和思考事件對(duì)認(rèn)知資源的影響存在差異，音樂(lè)任務(wù)是一種不占據(jù)認(rèn)知負(fù)荷但會(huì)導(dǎo)致信息干擾的聽(tīng)覺(jué)刺激，而思考事件則需在短時(shí)間內(nèi)占用大量的認(rèn)知資源^[21]。多資源理論認(rèn)為，認(rèn)知資源的分配方式不同將導(dǎo)致大腦對(duì)跑步動(dòng)作的處理能力出現(xiàn)差異^[22]，這使不同任務(wù)對(duì)髕股關(guān)節(jié)痛患者跑步特征的影響變得不明了。因此，需要更多研究對(duì)跑者施加快節(jié)奏的音樂(lè)干擾以及心算的認(rèn)知干擾，嘗試?yán)斫饪旃?jié)奏音樂(lè)、思考事件對(duì)髕股關(guān)節(jié)痛患者下肢運(yùn)動(dòng)特征的影響，可以為降低髕股關(guān)節(jié)痛患者跑步時(shí)髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力提供更有針對(duì)性的現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

本研究嘗試探索音樂(lè)任務(wù)和心算任務(wù)對(duì)髕股關(guān)節(jié)痛患者跑步時(shí)下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)特征的影響，并分析下肢特征與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力的關(guān)系，為減小在不同任務(wù)下跑步時(shí)髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力提供借鑒。根據(jù)以往文獻(xiàn)及本研究目的擬驗(yàn)證以下假設(shè)：認(rèn)知任務(wù)，特別是心算任務(wù)對(duì)髕股關(guān)節(jié)痛患者下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征的影響尤為突出；同時(shí)心算任務(wù)導(dǎo)致的步長(zhǎng)增大、髖關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩減小等特征可能會(huì)增大髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力。

1 ?研究對(duì)象與方法

1.1 ?研究對(duì)象

選取患有髕股關(guān)節(jié)痛的男性業(yè)余跑步愛(ài)好者為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其近1個(gè)月內(nèi)每周跑步量維持在20 km以上，同時(shí)需滿足以下納入標(biāo)準(zhǔn)^[23]：（1）跑步、跳躍、久坐、上下樓梯、抗阻伸膝和單腿下蹲中，至少有2個(gè)動(dòng)作出現(xiàn)過(guò)髕后或髕周疼痛；（2）疼痛癥狀至少存在3個(gè)月以上，且與直接創(chuàng)傷無(wú)關(guān)；（3）有無(wú)疼痛或疼痛程度與跑步量或運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)。若存在以下任何1種情況則需剔除：（1）存在其他膝關(guān)節(jié)病變，如類風(fēng)濕、關(guān)節(jié)炎及髕腱、股四頭肌肌腱、半月板或韌帶損傷；（2）存在髕骨半脫位或脫位情況；（3） 1年內(nèi)進(jìn)行過(guò)下肢手術(shù)。由1位專業(yè)測(cè)試人員進(jìn)行篩查，根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)納入46名受試者，年齡為（21.4±2.6）歲，身高為（178.3±3.2）cm，體重為（74.7±6.6）kg。所有受試者測(cè)試前均簽署知情同意書，且本研究已通過(guò)太原理工大學(xué)學(xué)術(shù)委員會(huì)倫理審查。

1.2 ?數(shù)據(jù)采集

測(cè)試時(shí)要求所有受試者穿著實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一提供的測(cè)試鞋、緊身上衣及短褲。測(cè)試前進(jìn)行充分熱身，之后由同一操作人員根據(jù)Helen Hayes 29點(diǎn)粘貼方案將反光標(biāo)志球（直徑15 mm）粘貼于對(duì)應(yīng)標(biāo)志點(diǎn)，具體位置：頭頂點(diǎn)，頭前點(diǎn)，頭后點(diǎn)，左右肩峰，左右肱骨外上髁，左右尺骨莖突與橈骨莖突連線中點(diǎn)，右側(cè)肩胛骨點(diǎn)，左/右髂前上棘，第四、五腰椎棘突中點(diǎn)，左右大腿前側(cè)，左右股骨外側(cè)髁，左右股骨內(nèi)側(cè)髁，左右脛骨粗隆，左右腓骨外踝，左右脛骨內(nèi)踝，左右二、三跖骨中點(diǎn)，左右足^[24]。要求受試者以舒適的慢跑速度隨機(jī)模擬3種任務(wù)在長(zhǎng)度為28 m的測(cè)試跑道上跑步。具體為無(wú)任務(wù)，即無(wú)任何干擾情況；音樂(lè)任務(wù)，則是要求受試者佩戴藍(lán)牙運(yùn)動(dòng)耳機(jī)聽(tīng)音樂(lè)，選用的音樂(lè)為節(jié)奏較快（117拍/min）的歌曲，音量高度設(shè)置為85分貝^[25]；心算任務(wù)，是要求受試者在起點(diǎn)收到由電腦隨機(jī)生成的一個(gè)兩位數(shù)（50～99），隨即起跑，同時(shí)大聲說(shuō)出計(jì)算結(jié)果（對(duì)隨機(jī)數(shù)連續(xù)減7），直到跑到終點(diǎn)。有效的心算任務(wù)是要求受試者在測(cè)試過(guò)程中連續(xù)跑步并保證計(jì)算結(jié)果正確，若計(jì)算錯(cuò)誤則重新測(cè)試。通過(guò)隨機(jī)生成器隨機(jī)模擬以上3種任務(wù)，運(yùn)用12鏡頭紅外光點(diǎn)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)（NokovMars 2H，中國(guó)）以200 Hz的采樣頻率獲得三維運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，通過(guò)三維測(cè)力臺(tái)（Bertec 4060-08，美國(guó)）以1 000 Hz采集頻率同步采集下肢動(dòng)力學(xué)特征，每種任務(wù)均采集3次有效數(shù)據(jù)。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Cortex-645.5.0（Motion Analysis Inc，USA）軟件對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，三維坐標(biāo)通過(guò)Butterworth低通濾波進(jìn)行平滑，截?cái)囝l率為13 Hz^[26]。根據(jù)模型粘貼方案建立人體環(huán)節(jié)多剛體模型，運(yùn)用歐拉角方法計(jì)算受試者在跑步支撐期下肢各關(guān)節(jié)三維角度。分別圍繞x、y、z軸轉(zhuǎn)動(dòng)獲得踝關(guān)節(jié)屈伸角（跖屈為負(fù)），其余屈伸角（屈曲為正）、內(nèi)收外展角（內(nèi)收為正）、內(nèi)旋外旋角（內(nèi)旋為正）。將原始動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行50 Hz的低通濾波^[27]。通過(guò)逆動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算下肢三維力矩（MS3D 7.0版，Motion Soft，Inc，美國(guó)）。進(jìn)一步得出步態(tài)時(shí)空參數(shù)：步長(zhǎng)即左、右足跟間的縱向距離，步寬為左、右足跟著地之間的內(nèi)側(cè)～外側(cè)距離，步頻為每分鐘邁出的步數(shù)，步向角定義為支撐足貫穿足底中心線與前進(jìn)方向縱軸的夾角，足跟（+）足尖（-）著地即足跟與足尖與垂直軸坐標(biāo)值的差值，正值為足跟觸地，負(fù)值為足尖觸地。跑步支撐期定義為同側(cè)腿著地至足尖離地的時(shí)間。髕股關(guān)節(jié)力為膝關(guān)節(jié)內(nèi)部髕骨與股骨之間因接觸而產(chǎn)生的壓力，髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力為髕骨與股骨接觸單位面積的髕股關(guān)節(jié)力^[28]，股四頭肌肌力為股四頭肌在收縮和伸展時(shí)所產(chǎn)生的力^[29]。

1.4 ?統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)SPSS 22.0軟件進(jìn)行單因素重復(fù)測(cè)量方差分析，檢驗(yàn)認(rèn)知任務(wù)（無(wú)任務(wù)、音樂(lè)任務(wù)、心算任務(wù)）對(duì)髕股關(guān)節(jié)痛患者下肢運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特征的影響，運(yùn)用Pearson雙變量相關(guān)分析檢驗(yàn)不同認(rèn)知任務(wù)時(shí)下肢運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特征與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力關(guān)系。相關(guān)性大小的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：高度相關(guān)（|r|≥0.50）、中度相關(guān)（0.50>|r|≥0.30），低度相關(guān)（0.30>|r|≥0.10）。顯著性水平定為P<0.05。通過(guò)計(jì)算給出單因素方差分析的效果量η²，其中0.01≤η²＜0.06為小效應(yīng)量，0.06≤η²＜0.14為中等效應(yīng)量，η²≥0.14為大效應(yīng)量^[31]。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同認(rèn)知任務(wù)對(duì)下肢運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特征的影響

單因素方差分析結(jié)果顯示，與無(wú)任務(wù)相比，聽(tīng)音樂(lè)跑步時(shí)會(huì)使髕股關(guān)節(jié)痛患者步長(zhǎng)增大26.8%（F[1，44]=175.620，P＜0.001，η²=0.889）、步寬增大48.1%（F[1，44]=18.856，P＜0.001，η²=0.462）、步頻減小24.3%（F[1，44]=937.874，P＜0.001，η²=0.977）；心算任務(wù)會(huì)使步長(zhǎng)增大19.3%（F[1，44]=175.620，P＜0.001，η²=0.889）和步寬增大22.9%（F[1，44]=18.856，P＜0.001，η²=0.462），步頻減小23.6%（F[1，44]=937.874，P＜0.001，η²=0.977）并減小足尖到地面的垂直距離（F[1，44]=5.351，12.6 cm vs. 12.0 cm，P=0.003，η²=0.196）；與心算任務(wù)相比，音樂(lè)任務(wù)會(huì)使步長(zhǎng)增大9.3%（F[1，44]=175.620，P＜0.001，η²=0.889），增加足尖到地面的垂直距離（F[1，44]=5.351，12.0 cm vs. 12.5 cm，P=0.010，η²=0.196）（見(jiàn)圖2）。

與無(wú)任務(wù)相比，PFJS峰值時(shí)刻，髕股關(guān)節(jié)痛患者在心算任務(wù)下表現(xiàn)出更小的髖關(guān)節(jié)內(nèi)收角（F[1，44]=8.790，P=0.002，η²=0.285）和內(nèi)收力矩（F[1，44]=2.344，P=0.039，η²=0.096）、髖關(guān)節(jié)屈曲力矩（F[1，44]=13.769，P＜0.001，η²=0.385）、踝關(guān)節(jié)內(nèi)旋角（F[1，44]=2.752，P=0.05，η²=0.111）和內(nèi)旋力矩（F[1，44]=6.846，P=0.001，η²=0.237）、踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻力矩（F[1，44]=6.632，P=0.003，η²=0.232）和更大的踝關(guān)節(jié)跖屈力矩（F[1，44]=13.198，P=0.001，η²=0.375）。音樂(lè)任務(wù)下表現(xiàn)出更大的膝關(guān)節(jié)屈曲角（F[1，44]=4.764，P=0.005，η²=0.178）和較小的踝關(guān)節(jié)跖屈力矩（F[1，44]=13.198，P=0.022，η²=0.375）（見(jiàn)表1）。

髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力峰值時(shí)刻，髕股關(guān)節(jié)痛患者在無(wú)任務(wù)時(shí)髕股關(guān)節(jié)力為（17.1±9.2）N，髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力為（38.4±14.3）MPa；在音樂(lè)任務(wù)下髕股關(guān)節(jié)力為（18.0±8.1）N，髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力為（40.2±13.5）MPa；在心算任務(wù)下髕股關(guān)節(jié)力為（18.1±8.9）N，髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力為（40.4±14.6）MPa（見(jiàn)表2）。2.2 ?不同認(rèn)知任務(wù)下髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力峰值時(shí)刻下肢運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特征與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力的關(guān)系

雙變量相關(guān)分析結(jié)果顯示，無(wú)論哪種任務(wù)，步長(zhǎng)、膝關(guān)節(jié)屈曲角度（P＜0.05）與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力峰值呈正相關(guān)，踝關(guān)節(jié)跖屈力矩（P＜0.05）與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力峰值呈負(fù)相關(guān)。音樂(lè)任務(wù)下，髖關(guān)節(jié)內(nèi)收角度（R²=0.092，P＜0.001）與PFJS峰值呈正相關(guān)。心算任務(wù)下，髖關(guān)節(jié)屈曲角度（R²=0.146，P=0.009）、髖關(guān)節(jié)屈曲力矩（R2=0.253，P＜0.001）、踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻力矩（R²=0.148，P=0.008）與PFJS峰值呈正相關(guān)，步頻（R²=0.123，P=0.017）、髖關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩（R²=0.162，P=0.006）與PFJS峰值呈負(fù)相關(guān)（見(jiàn)表3）。

3 ?討論

音樂(lè)任務(wù)下髕股關(guān)節(jié)痛患者步長(zhǎng)增大，且有80%以上的可靠性說(shuō)明總體差異，其可能機(jī)制是音樂(lè)會(huì)分散注意力，即會(huì)影響人體對(duì)周圍聲音的感知，特別是高音量音樂(lè)（85分貝以上）會(huì)強(qiáng)烈影響人體聲音定位能力，削弱聽(tīng)覺(jué)輸入能力，無(wú)法準(zhǔn)確感知足觸地時(shí)刻的聲音^[38]，進(jìn)而下意識(shí)地延長(zhǎng)騰空期，最終造成步長(zhǎng)顯著增加。而步長(zhǎng)與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力呈正相關(guān)，這與以往研究也達(dá)成共識(shí)。步長(zhǎng)增大可能會(huì)引起膝關(guān)節(jié)屈曲角增大，進(jìn)而導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力增加^[39]。步長(zhǎng)改變會(huì)影響下肢能量吸收策略，研究指出步長(zhǎng)每增大10%，膝關(guān)節(jié)能量吸收會(huì)上升0.11 J/kg^[37]，進(jìn)而增大髕股關(guān)節(jié)負(fù)荷及髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力。這也提示，在跑步時(shí)髕股關(guān)節(jié)痛患者可通過(guò)減小步長(zhǎng)降低髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力。3.2 ?心算任務(wù)對(duì)髕股關(guān)節(jié)痛患者下肢運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特征的影響

髕股關(guān)節(jié)痛患者在跑步執(zhí)行心算任務(wù)時(shí)表現(xiàn)出較小的髖關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩，效果量η²大于0.09，對(duì)總體差異的解釋程度屬于中等水平。本研究要求受試者確保心算任務(wù)的準(zhǔn)確性，使得受試者必須采用心算任務(wù)優(yōu)先策略。根據(jù)分享資源模式理論，心算任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行直接導(dǎo)致跑步任務(wù)被干擾。因此，受試者在雙任務(wù)條件下，由于認(rèn)知資源競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)肌肉協(xié)同收縮能力下降，在運(yùn)動(dòng)時(shí)呈現(xiàn)出較小的髖關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩，同時(shí)也導(dǎo)致較高的髖-膝關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)變異性^[40]。有研究認(rèn)為，髖-膝關(guān)節(jié)額狀面協(xié)調(diào)變異性增大可能與較高膝關(guān)節(jié)負(fù)荷有關(guān)^[41]。本研究結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證該推測(cè)，顯示髖關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力負(fù)相關(guān)。有學(xué)者認(rèn)為在執(zhí)行雙任務(wù)條件下，髖關(guān)節(jié)常表現(xiàn)出較小的額狀面運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，從而引起較大的額狀面運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，著地時(shí)髖關(guān)節(jié)更直立的運(yùn)動(dòng)特征可能會(huì)增加髕股關(guān)節(jié)損傷風(fēng)險(xiǎn)^[42]。

心算任務(wù)下，髕股關(guān)節(jié)痛患者表現(xiàn)出步長(zhǎng)增大、步頻減小的步態(tài)特征，這與以往研究結(jié)果相一致^[43]，且效果量η²大于0.85，對(duì)總體差異的解釋程度較高。心算任務(wù)影響步態(tài)的機(jī)制可能與Wickens^[44]提出的“多資源理論”有關(guān)，該研究將認(rèn)知資源分成不同資源池，只有在并發(fā)任務(wù)共享相同資源池時(shí)才會(huì)互相干擾。根據(jù)多資源理論對(duì)任務(wù)的定義，跑步和心算任務(wù)同時(shí)涉及中央處理資源，兩者相互干擾進(jìn)而造成姿勢(shì)控制下降。因此，在跑步時(shí)髕股關(guān)節(jié)痛患者補(bǔ)償性地呈現(xiàn)出一種更穩(wěn)定的步態(tài)模式，即增大步長(zhǎng)、降低步頻以抵消姿勢(shì)控制下降導(dǎo)致的不穩(wěn)定感。本研究還發(fā)現(xiàn)，心算任務(wù)下步長(zhǎng)與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力呈正相關(guān)，心算任務(wù)下步頻與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力負(fù)相關(guān)，而音樂(lè)任務(wù)下髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力與步頻不相關(guān)^[45]。音樂(lè)任務(wù)下不相關(guān)的原因可能是研究中選用的音樂(lè)節(jié)奏較快、音量設(shè)置較高，因此音樂(lè)通過(guò)聽(tīng)覺(jué)刺激干擾步頻，使步態(tài)穩(wěn)定性下降、步態(tài)變異性增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致步頻與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力不相關(guān)^[46]。王俊清等^[47]發(fā)現(xiàn)，12周步頻再訓(xùn)練（增加7.5%步頻）可顯著降低跑步時(shí)下肢關(guān)節(jié)沖擊力及髕股關(guān)節(jié)受力，這在一定程度上支持本研究結(jié)果。心算任務(wù)下，髕股關(guān)節(jié)痛患者步長(zhǎng)短和步頻快的步態(tài)特征可能更有利于降低髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力。

值得注意的是，與音樂(lè)任務(wù)相比髕股關(guān)節(jié)痛患者在心算任務(wù)下似乎表現(xiàn)出一些保護(hù)機(jī)制。具體為：髕股關(guān)節(jié)痛患者在心算任務(wù)時(shí)表現(xiàn)出較小的髖關(guān)節(jié)屈曲力矩、踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻力矩和較大的踝關(guān)節(jié)跖屈力矩，其差異效應(yīng)占總體變異23%以上，這些運(yùn)動(dòng)特征可能會(huì)有利于減小髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力^[48]。根據(jù)分享資源模式理論，執(zhí)行動(dòng)作任務(wù)（跑步）時(shí)髕股關(guān)節(jié)痛患者往往會(huì)呈現(xiàn)出更為保守的運(yùn)動(dòng)策略^[49]，導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)屈曲力矩減小，通過(guò)減小運(yùn)動(dòng)幅度以降低由下肢關(guān)節(jié)失控引起的髕股關(guān)節(jié)損傷風(fēng)險(xiǎn)^[43]。本研究中，髖關(guān)節(jié)屈曲力矩與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力正相關(guān)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證以上觀點(diǎn)。此外，本研究中踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻力矩與髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力呈正相關(guān)。Thijs等^[50]發(fā)現(xiàn)，髕股關(guān)節(jié)痛患者在著地前期表現(xiàn)出較大的足外側(cè)壓力分布，可能使踝關(guān)節(jié)以更加內(nèi)翻的狀態(tài)著地。人體壓力中心從足部外側(cè)向內(nèi)側(cè)移動(dòng)更加緩慢，使足部無(wú)法吸收更多的GRF，導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)承受更大負(fù)荷，最終引起疼痛。因此，減小下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)趨勢(shì)可能有利于髕股關(guān)節(jié)痛患者降低髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力。

綜上，本研究發(fā)現(xiàn)髕股關(guān)節(jié)痛患者在音樂(lè)任務(wù)下進(jìn)行跑步時(shí)膝關(guān)節(jié)屈曲增大，步長(zhǎng)增加及踝關(guān)節(jié)矢狀面受力減小等運(yùn)動(dòng)特征，均可能增加髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力。心算任務(wù)下，雖然髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)在矢狀面和額狀面的變化特征可能會(huì)有利于減小髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力，但長(zhǎng)步長(zhǎng)、慢步頻和較小的髖關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩卻會(huì)增大髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力。盡管無(wú)法量化以上變化對(duì)髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力的影響程度，但可看出心算任務(wù)較音樂(lè)任務(wù)對(duì)髕股關(guān)節(jié)痛患者下肢運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的影響更加明顯。本研究也存在一定局限。首先，女性髕股關(guān)節(jié)痛發(fā)病率約為男性的2.23倍，且文獻(xiàn)指出性別對(duì)跑步緩沖期下肢生物力學(xué)特征具有明顯影響^[51]。因此，未來(lái)可對(duì)女性髕股關(guān)節(jié)痛人群進(jìn)行分析。其次，受試者均為未處于疼痛復(fù)發(fā)期的髕股關(guān)節(jié)痛患者。以往研究發(fā)現(xiàn)膝痛會(huì)改變患者在功能性活動(dòng)中的動(dòng)作模式，而這種疼痛代償可能會(huì)表現(xiàn)出減小髕股關(guān)節(jié)負(fù)荷的作用。因此，可進(jìn)一步對(duì)比無(wú)痛和有痛狀態(tài)下患者對(duì)認(rèn)知任務(wù)的響應(yīng)機(jī)制，為今后不同狀態(tài)下髕股關(guān)節(jié)痛患者的運(yùn)動(dòng)干預(yù)提供建議。

4 ?結(jié)論與建議

髕股關(guān)節(jié)痛患者在音樂(lè)任務(wù)下跑步時(shí)，膝關(guān)節(jié)屈曲增加、長(zhǎng)步長(zhǎng)和踝關(guān)節(jié)背屈程度增大的運(yùn)動(dòng)特征，可能會(huì)使得髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力增加且加重髕股關(guān)節(jié)疼痛程度。與音樂(lè)任務(wù)相比，心算任務(wù)對(duì)髕股關(guān)節(jié)疼痛患者跑步時(shí)下肢運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特征的擾動(dòng)似乎更強(qiáng)烈，表現(xiàn)出髖關(guān)節(jié)內(nèi)收不足、長(zhǎng)步長(zhǎng)和慢步頻的特征，可能誘發(fā)髕股關(guān)節(jié)痛患者疼痛加重。值得注意的是，髕股關(guān)節(jié)痛患者在心算任務(wù)下跑步時(shí)表現(xiàn)出降低髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍等運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)特征，這可能是機(jī)體回應(yīng)認(rèn)知干擾表現(xiàn)出的一種保護(hù)策略。

在跑步時(shí)髕股關(guān)節(jié)痛患者聽(tīng)音樂(lè)可通過(guò)使膝關(guān)節(jié)更為直立的方式降低髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力，且同時(shí)可以考慮使用步態(tài)反饋設(shè)備對(duì)其步態(tài)進(jìn)行再訓(xùn)練，即減小步長(zhǎng)、增加步頻。此外，髕股關(guān)節(jié)痛患者可通過(guò)增強(qiáng)髖關(guān)節(jié)內(nèi)收及踝關(guān)節(jié)跖屈肌群的力量，如腓腸肌、比目魚肌的力量訓(xùn)練，預(yù)防跑步時(shí)思維游離引起的疼痛復(fù)發(fā)。同時(shí)，還可以關(guān)注髖關(guān)節(jié)內(nèi)收肌群，即大收肌、長(zhǎng)收肌、短收肌和股薄肌等力量訓(xùn)練作為髕股關(guān)節(jié)痛患者的康復(fù)治療方向。

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