梅齊昌，相亮亮，孫 冬，李建設(shè)，Justin Fernandez，顧耀東*

（1.寧波大學(xué) 體育學(xué)院，浙江 寧波315211；2.寧波大學(xué) 大健康研究院，浙江 寧波315211；3.奧克蘭大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程研究所，奧克蘭1010）

0 前言

近年以來，跑步運(yùn)動因其普適性及對疾病的預(yù)防功效廣受歡迎且參與人數(shù)快速增長（Hulme et al.，2017；van Gent et al.，2007）。隨著跑步相關(guān)損傷的概率不斷增大，據(jù)報道，每1 000 h跑步中約有33例損傷（Videb?k et al.，2015），其中，膝損傷比例高達(dá) 79.3%（van Gent et al.，2007）。與外界接觸的足部在跑步時常會出現(xiàn)形態(tài)和姿態(tài)及應(yīng)力的變化（顧耀東等，2019；李蜀東等，2018；梅齊昌等，2015；Mei et al.，2015）；研究發(fā)現(xiàn)長跑后足縱弓出現(xiàn)塌陷（Mei et al.，2018），從足解剖結(jié)構(gòu)和人體動力鏈角度分析（張燊等，2018；趙曉光，2018），足弓下塌常伴隨足外翻，是導(dǎo)致跑步相關(guān)損傷的一個關(guān)鍵內(nèi)部因素（Barnes et al.，2008；Mei et al.，2018；Nigg 2011；Nigg et al.，2015）。除通過三維掃描評估足形態(tài)外（Mei et al.，2015），還可結(jié)合臨床及運(yùn)動中已廣泛應(yīng)用的足部姿態(tài)指數(shù)（Foot Posture Index，F(xiàn)PI）（Redmond et al.，2006），通過觀察及觸摸快速地評估足姿態(tài)，避免繁瑣昂貴的影像學(xué)測試及分析。

超過90%的業(yè)余馬拉松跑者是后跟落地的跑姿（Larson et al.，2011），實(shí)時監(jiān)測的研究發(fā)現(xiàn)，業(yè)余跑者力竭性5 km跑后足部的局部動態(tài)穩(wěn)定性下降顯著且低于專業(yè)跑者（Hoenig et al.，2019），表明業(yè)余跑者對遠(yuǎn)端環(huán)節(jié)的控制能力減弱，可能與控制足部的肌群功能較弱有關(guān)（張燊等，2018；趙曉光，2018），表現(xiàn)出足弓下塌及足外翻；另一個表現(xiàn)是主要關(guān)節(jié)輸出功率從遠(yuǎn)端的踝關(guān)節(jié)向近端的髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)移（Sanno et al.，2018）。關(guān)節(jié)沖擊及足外翻是可預(yù)測跑步相關(guān)損傷的因子，相關(guān)跑步訓(xùn)練及實(shí)時監(jiān)測的研究通過反饋調(diào)節(jié)沖擊相關(guān)的參數(shù)，如脛骨最大沖擊及加載率（Bowser et al.，2018；Yong et al.，2018），來探究跑步相關(guān)損傷風(fēng)險的變化。雖然跑步鞋對足外翻的功效性尚未達(dá)成一致定論（郝琦等，2012），但業(yè)余跑者穿著動作控制鞋能夠緩解足外翻而降低潛在損傷風(fēng)險的觀點(diǎn)已被證實(shí)（Malisoux et al.，2016）。個體化肌骨建模技術(shù)在臨床生物力學(xué)中有廣泛應(yīng)用（郝衛(wèi)亞，2011），除計(jì)算關(guān)節(jié)角度和力矩外，可通過優(yōu)化算法預(yù)估肌肉激活及肌肉力用于模擬計(jì)算關(guān)節(jié)接觸力和韌帶組織的受力（黃尚軍等，2018；李琳杰等，2013；戎科等2015）。

監(jiān)測跑步時關(guān)節(jié)負(fù)荷并動態(tài)調(diào)節(jié)跑步量可預(yù)防跑步相關(guān)損傷（Bertelsen et al.，2017）。本研究運(yùn)用個體化肌骨建模技術(shù)揭示跑者具體的關(guān)節(jié)負(fù)荷，如膝關(guān)節(jié)接觸力的分布及幅值變化，并與足姿態(tài)參數(shù)通過偏最小二乘回歸（partial least squares regression，PLSR）算法作線性關(guān)聯(lián)。前期長距離跑的研究發(fā)現(xiàn)，相關(guān)變化均發(fā)生在5 km左右（Hanley et al.，2018；Hoenig et al.，2019；Sanno et al.，2018）。因此，本研究選用5 km跑為業(yè)余跑者的長距離跑測試，旨在揭示長跑后足姿態(tài)及下肢關(guān)節(jié)角度、力矩和膝關(guān)節(jié)接觸力的變化，并構(gòu)建多元回歸PLSR機(jī)器學(xué)習(xí)算法模型，訓(xùn)練、驗(yàn)證并測試足姿態(tài)參數(shù)與膝關(guān)節(jié)總接觸力和膝關(guān)節(jié)內(nèi)、外側(cè)接觸力的線性關(guān)系，為通過足姿態(tài)參數(shù)快速預(yù)測膝關(guān)節(jié)接觸力負(fù)荷的分布及幅值變化提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

本研究共招募了20名業(yè)余男性跑者（年齡：25.8±1.6歲；體重：67.8±5.3 kg；身高：1.73±0.05 m），跑姿均為后跟落地，均有跑臺、跑道或公路跑步史，每周跑量約30 km。均無任何下肢畸形或損傷及心血管系統(tǒng)疾病。在招募階段，受試者的足部均按照Foot Posture Index（足部姿態(tài)指數(shù)）進(jìn)行篩查，足部畸形（如拇外翻、足過度內(nèi)翻或外翻、扁平足或高弓足等）均被排除。測試前，受試者均簽署了相關(guān)知情說明書，并了解測試的目的、方法及步驟。該測試獲得了所在單位的科學(xué)研究倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2 測試方案

測試內(nèi)容包括裸足靜態(tài)站立時的足部姿態(tài)評估，該測試參照國際通用的Foot Posture Index操作指南（Redmond et al.，2006），包括距骨觸診、外側(cè)踝尖、跟骨內(nèi)外翻、距舟關(guān)節(jié)突起、內(nèi)側(cè)足縱弓及前足展收的觀察6項(xiàng)指標(biāo)評分（-2-1

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