米奕翔 郝衛(wèi)亞 胡水清 王向東 苑廷剛 王清

國(guó)家體育總局體育科學(xué)研究所（北京100061）

跑步是最常見(jiàn)的健身項(xiàng)目之一，可能會(huì)帶來(lái)肌肉骨骼系統(tǒng)損傷[1]。膝關(guān)節(jié)是最容易受傷的部位，與其相關(guān)的髕股關(guān)節(jié)痛綜合征（patellar femoral pain syndrome，PFPS）和髂脛束綜合征（iliotibial band friction syndrome，ITBFS）則是最常見(jiàn)的跑步損傷，二者的損傷率分別達(dá)到16.5%和8.40%[1]。跑步損傷率與性別有關(guān)，女性跑步者損傷率顯著高于男性[2]。有研究報(bào)道，女性PFPS 和ITBFS損傷率是男性的2倍[2]。跑步損傷率的性別差異與男女之間跑步的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的不同有關(guān)[3-6]。有研究認(rèn)為，額狀面和水平面內(nèi)的髖關(guān)節(jié)內(nèi)收、內(nèi)旋角度和膝關(guān)節(jié)外展角度差異導(dǎo)致女性跑步者損傷率更高，但這些研究很少關(guān)注矢狀面內(nèi)跑步動(dòng)作的性別差異[4-7]。然而，近些年采用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)發(fā)掘等新技術(shù)分析跑步模式（running pattern）的研究顯示，男女跑步動(dòng)作在矢狀面內(nèi)也存在差異[8-11]。例如，Clermont 等[11]用支持向量機(jī)（support vector machine，SVM）技術(shù)，發(fā)現(xiàn)跑步時(shí)身體重心部位的三維加速度存在性別差異。再如，Nigg[8]采用主成分（principal component analysis，PCA）和SVM 方法分析發(fā)現(xiàn)，跑步時(shí)足部著地和離地瞬時(shí)矢狀面和冠狀面運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)的主成分（principal component，PA）存在性別差異。Phinyomark等[9]同樣采用PCA和SVM方法發(fā)現(xiàn)，青年跑步者足部著地和離地瞬時(shí)膝和踝關(guān)節(jié)在矢狀面內(nèi)主成分存在差異。值得注意的是，在采用傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法的文獻(xiàn)中[4-7]，鮮有發(fā)現(xiàn)矢狀面內(nèi)存在性別差異，而且測(cè)試對(duì)象都較少，大約在20～50 名之間；相反，在發(fā)現(xiàn)矢狀面內(nèi)運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)存在性別差異的文獻(xiàn)中[8-11]，都采用了機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)發(fā)掘等新技術(shù)，進(jìn)行這些新技術(shù)處理分析必須有足夠的數(shù)據(jù)量（即樣本量和每個(gè)樣本的采集數(shù)據(jù)量），所以測(cè)試對(duì)象都較多，大約在50～300 名之間。最近，Bazuelo-Ruiz 等[12]采用傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法對(duì)57名跑步者的研究顯示，足部著地和離地時(shí)膝和踝關(guān)節(jié)角度在矢狀面內(nèi)存在性別差異。所以，可能由于測(cè)試對(duì)象數(shù)目較少，導(dǎo)致大多數(shù)采用傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方法的研究很少發(fā)現(xiàn)矢狀面內(nèi)跑步動(dòng)作存在性別差異[4-7]。因此，需要收集較大樣本量測(cè)試對(duì)象，探討不同性別之間的跑步動(dòng)作在矢狀面里是否存在差異。

跑步動(dòng)作中著地方式和速度都是影響跑步生物力學(xué)的重要因素[13-17]。跑步時(shí)速度、下肢關(guān)節(jié)角度、身體負(fù)載等指標(biāo)都與著地方式有關(guān)。早先人類較多采用前足著地（fore-foot strike，F(xiàn)FS）或者平足著地（midfoot strike，MFS）方式，較少采用后足著地（rear-foot strike，RFS）方式[16]。FFS或MFS跑步可以更好地減少足部支撐階段的地面沖擊力[16]。除了著地方式外，跑步速度也是一個(gè)重要因素。Petersen 等[11]發(fā)現(xiàn)，隨著跑步速度提高，踝關(guān)節(jié)的跖屈力矩增加比膝關(guān)節(jié)伸展力矩增加更快，提示跑步速度過(guò)快不利于預(yù)防脛骨后肌痛。盡管跑步著地方式和跑步速度都是跑步生物力學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容，但目前仍然缺乏有關(guān)男女跑步者著地方式、不同速度下男女跑步者跑步動(dòng)作是否存在差異的系統(tǒng)性研究。

本研究旨在探討不同性別跑步運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，進(jìn)一步分析跑步速度和著地方式因素對(duì)不同性別跑步運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)學(xué)的影響，為增進(jìn)理解不同性別跑步者損傷率的差異提供新的依據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 測(cè)試對(duì)象

測(cè)試對(duì)象為隨機(jī)募集的某體育大學(xué)42 名男性和34 名女性大學(xué)生，年齡19～24 歲，跑步2～15年（平均5.72 ± 2.34年），每周平均跑步鍛煉5 次，累計(jì)11 h（表1）。所有受試者在過(guò)去3 個(gè)月里沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)損傷。

表1 受試者基本情況（±s）

表1 受試者基本情況（±s）

性別n女 男34 42年齡（歲）21.64 ± 1.37 22.07 ± 1.30身高（cm）166.38 ± 4.44 177.90 ± 6.21體重（kg）55.28 ± 5.09 67.70 ± 8.93

1.2 測(cè)試方案

受試者在實(shí)驗(yàn)前都被告知實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮瓦^(guò)程，并且簽署志愿書。受試者在實(shí)驗(yàn)前先在跑步機(jī)上行走和跑步大約3 min，熱身并熟悉不同速度下跑步情況。之后更換黑色緊身服，穿著鞋碼大小適合的某品牌跑步鞋，并在左腿外側(cè)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)和鞋前后分別粘貼直徑為1 cm的熒光反射點(diǎn)，以便進(jìn)行大腿、小腿、足和鞋底在矢狀面上的運(yùn)動(dòng)測(cè)試。完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備后，受試者開始在跑步機(jī)（h/p Cosmos Mercury 4.0，德國(guó)）上分別進(jìn)行10 km/h（2.78 m/s）和15 km/h（4.17 m/s）的跑步測(cè)試。跑步機(jī)速度由工作人員控制，速度依次分別緩慢增加到10 km/h和15 km/h，每個(gè)速度保持大約8 s 以便進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采用高速攝像機(jī)（MC，500 Hz，1280*1024，德國(guó)）垂直方向拍攝跑步動(dòng)作。攝像機(jī)距離跑步機(jī)約10 m，主軸高度約為1.2 m。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

采用Peak Motus 9.0 軟件解析跑步視頻動(dòng)作，定義矢狀面內(nèi)髖、膝、踝和足底角度，髖和膝關(guān)節(jié)屈曲、踝關(guān)節(jié)跖屈為正值（+），相應(yīng)的髖和膝關(guān)節(jié)伸展、踝關(guān)節(jié)背屈為負(fù)值（—）（圖1）。對(duì)于每名受試者，選取每個(gè)跑步速度時(shí)3 個(gè)步態(tài)周期（從左足著地時(shí)刻開始到左足下次著地定義為一個(gè)步態(tài)周期）進(jìn)行解析、低通濾波（Butterworth，50 Hz）后獲得標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)?？紤]到高速攝像系統(tǒng)的拍攝頻率為500 Hz，本研究采用截?cái)囝l率為50 Hz的低通濾波。通過(guò)觀察視頻觸地時(shí)刻足部觸地位置，以及計(jì)算的鞋底與水平面夾角（以下簡(jiǎn)稱鞋角）大小確定受試者的著地方式。當(dāng)后足跟先著地，鞋角為負(fù)，并且幅度大于1°時(shí)為RFS，其他為MFS 或者FFS[18]。這里考慮到MFS和FFS都是跖骨先著地，把二者合并為FFS[17]。

通過(guò)觀察高速攝像視頻中足部與跑臺(tái)接觸瞬時(shí)計(jì)算步態(tài)周期時(shí)間和支撐（著地）時(shí)間。最后計(jì)算步態(tài)周期時(shí)間、著地時(shí)間、步幅、關(guān)節(jié)角度和角速度等指標(biāo)，并進(jìn)行3 步的平均處理，作為該受試者的相應(yīng)指標(biāo)。步幅通過(guò)跑步速度（m/s）乘以步態(tài)周期時(shí)間（s）計(jì)算。

圖1 下肢髖（α）、膝（β）、踝（γ）和鞋角（δ）關(guān)節(jié)角度示意圖

利用SPSS 13.0 軟件對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行混合設(shè)計(jì)三因素方差分析，對(duì)比各指標(biāo)中性別（組間）、著地方式（組間）和跑步速度（組內(nèi)）等因素的差異（P＜0.05）。在發(fā)現(xiàn)因素之間存在交互作用后，則進(jìn)行進(jìn)一步的簡(jiǎn)單效應(yīng)檢驗(yàn)。例如，若發(fā)現(xiàn)某指標(biāo)中性別與速度因素發(fā)生交互作用后，則分別對(duì)兩種跑步速度（10 km/h 和15 km/h）時(shí)男女之間的該指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)采用平均值±均方差表示，顯著性水平為P＜0.05。

2 結(jié)果

2.1 著地方式

分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，76%女性和64%男性為RFS 著地，24%女性和36%男性為FFS著地。

2.2 時(shí)空指標(biāo)

與男性受試者相比，女性的支撐時(shí)間和步態(tài)周期時(shí)間都顯著低于男性（P＜0.05）；RFS 受試者的支撐時(shí)間顯著大于FFS（P＜0.01）；隨著速度增加，支撐時(shí)間和步態(tài)周期時(shí)間都顯著減小，但步幅顯著增加（P＜0.01）（表2）。支撐時(shí)間和步態(tài)周期時(shí)間指標(biāo)中，速度、著地方式和性別三因素之間無(wú)交互作用。然而，在步態(tài)周期步幅指標(biāo)中，性別與速度存在交互作用（P＜0.05）。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析表明，在10 km/h 跑步速度下男女間步幅無(wú)差異（P＞0.05）；但15 km/h時(shí)男女之間步幅有顯著差異（P＜0.01）。

表2 步態(tài)周期時(shí)空指標(biāo)比較

2.3 足部觸地瞬時(shí)姿態(tài)

在足部觸地瞬時(shí)，男女之間髖、膝、踝和鞋角都無(wú)顯著差異（P＞0.05）；但是不同著地方式時(shí)，髖、踝和鞋角都存在顯著差異（P＜0.05，P＜0.01），而膝關(guān)節(jié)角度無(wú)差異（P＞0.05）；不同速度時(shí)，髖、膝和鞋角存在顯著差異（P＜0.01），但踝關(guān)節(jié)角度無(wú)差異（P＞0.05）（表3）。與10 km/h 相比，15 km/h 的觸地瞬時(shí)髖和膝關(guān)節(jié)屈曲角度更大，但踝關(guān)節(jié)角度無(wú)變化。RFS 受試者觸地瞬時(shí)存在4°～5°的背屈，而FFS 幾乎不存在背屈或者跖屈（表3）。

此外，在鞋角指標(biāo)中，著地方式與速度兩因素間存在著交互作用（P＜0.05）（表3）。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析表明，對(duì)于RFS受試者，15 km/h速度下的鞋角比10 km/h時(shí)的更大（P＜0.01），但對(duì)于FFS不存在這種差異。

表3 足部觸地瞬時(shí)髖、膝、踝和鞋角比較（°）

2.4 足部離地瞬時(shí)姿態(tài)

在足部離地瞬時(shí)，與男性相比，女性的髖關(guān)節(jié)向后伸展角度更大（P＜0.01），膝關(guān)節(jié)屈曲角度更?。≒＜0.05）；不同著地方式對(duì)踝關(guān)節(jié)和鞋角也都有影響（P＜0.05，P＜0.01），離地瞬時(shí)RFS比FFS踝關(guān)節(jié)跖曲角度更??；而速度則對(duì)所有角度都有影響，15 km/h 比10 km/h的離地瞬時(shí)髖關(guān)節(jié)向后伸展更多（P＜0.01）、膝關(guān)節(jié)屈曲更多（P＜0.05），踝關(guān)節(jié)則跖屈更大（P＜0.05）（表4）。

與觸地瞬時(shí)一樣，在離地瞬時(shí)鞋角指標(biāo)中，著地方式與速度兩因素也存在交互作用（P＜0.05）（表4）。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析表明，在15 km/h 時(shí)，RFS 受試者的鞋角顯著低于FFS受試者（P＜0.01），但10 km/h時(shí)二者無(wú)差異（P＞0.05）。

表4 足部離地瞬時(shí)髖、膝、踝和鞋角比較（°）

2.5 支撐階段最大角速度

支撐階段女性受試者的踝和鞋角最大角速度都顯著大于男性（P＜0.05，P＜0.01），女性踝關(guān)節(jié)最大角速度比男性高約13%，而鞋角的最大角速度高約8%；隨著跑步速度增加，踝和鞋角最大角速度也顯著增加（P＜0.01）；但著地方式對(duì)踝和鞋角最大角速度沒(méi)有影響（P＞0.05）（表5）。與10 km/h 相比，15 km/h 的踝和鞋角最大角速度分別高34%和36%。

表5 支撐階段最大角速度比較（°/s）

2.6 步態(tài)周期過(guò)程角位移和角速度動(dòng)態(tài)變化

在整個(gè)步態(tài)周期過(guò)程中，不同速度下男女髖、膝、踝和鞋角的角位移和角速度呈現(xiàn)相似的變化曲線（圖2，圖3）。對(duì)比可看出，在15 km/h時(shí)，女性髖關(guān)節(jié)屈伸范圍最大；而膝、踝和鞋角運(yùn)動(dòng)范圍隨著跑步速度增加而增大，性別差異不明顯（圖2）。比較髖、膝和踝關(guān)節(jié)的角速度屈伸變化范圍可看出，15 km/h 時(shí)女性最大，依次為15 km/h 男性、10km/h 女性、10km/h 男性；但男女之間的鞋角角速度差異較小，隨著速度增加而相應(yīng)增大（圖3）。

從圖3可看出，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)都在擺動(dòng)期角速度達(dá)到峰值，而踝關(guān)節(jié)在著地期達(dá)峰值（表5）。在10 km/h時(shí)，髖關(guān)節(jié)前屈角速度于64.4%步態(tài)瞬時(shí)達(dá)峰值，男女分別為245.6 °/s 和293.0 °/s；而膝關(guān)節(jié)的屈曲角速度大約于52.2%步態(tài)瞬時(shí)達(dá)峰值，男女分別為414.0 °/s 和455.5 °/s；膝關(guān)節(jié)的伸展角速度大約于86.2%步態(tài)瞬時(shí)達(dá)峰值，男女分別為-519.0 °/s 和-556.3 °/s。在15km/h 時(shí)，髖關(guān)節(jié)前屈角速度于64.6%步態(tài)瞬時(shí)達(dá)峰值，男女分別為397.4 °/s和430.7 °/s；而膝關(guān)節(jié)的屈曲角速度大約于49.2%步態(tài)瞬時(shí)達(dá)峰值，男女分別為544.1 °/s 和595.3 °/s；膝關(guān)節(jié)的伸展角速度大約于85.2%步態(tài)瞬時(shí)達(dá)峰值，男女分別為-661.6 °/s和-701.2 °/s。

圖2 步態(tài)周期過(guò)程中不同速度條件下男女兩組髖、膝、踝和鞋角（平均值）變化曲線

圖3 步態(tài)周期過(guò)程中不同速度條件下男女兩組髖、膝、踝和鞋角（平均值）角速度變化曲線

3 討論

本研究通過(guò)對(duì)76名男、女大學(xué)生跑步時(shí)下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行測(cè)試分析，旨在尋找男女跑步損傷率差異的生物力學(xué)因素。結(jié)果表明，男女跑步者跑步動(dòng)作存在顯著差異，主要表現(xiàn)在著地方式、步頻和步幅、支撐階段時(shí)間、離地瞬時(shí)髖和膝關(guān)節(jié)角度以及踝關(guān)節(jié)角速度等指標(biāo)都存在顯著性差異，提示跑步動(dòng)作的性別差異可能是損傷率不同的一個(gè)原因。此外，跑步速度增加將對(duì)跑步動(dòng)作產(chǎn)生影響，跑步速度變化會(huì)導(dǎo)致除了足部觸地瞬時(shí)踝關(guān)節(jié)角度外的其他所有角度和角速度改變。

跑步生物力學(xué)通過(guò)對(duì)人體跑步過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特征和作用于人體的力進(jìn)行研究，旨在提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)，探討預(yù)測(cè)跑步損傷的生物力學(xué)參數(shù)，揭示跑步相關(guān)的運(yùn)動(dòng)損傷機(jī)理，進(jìn)而采取相應(yīng)的預(yù)防措施[1，19]。跑步損傷的生物力學(xué)因素包括力（動(dòng)力學(xué)）和運(yùn)動(dòng)模式（運(yùn)動(dòng)學(xué)），跑步過(guò)程中承受過(guò)大的力或者異常的運(yùn)動(dòng)模式（步態(tài)）都可能增加損傷危險(xiǎn)性[19]。多數(shù)研究認(rèn)為，額狀面和水平面內(nèi)的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)差異導(dǎo)致女性跑步者損傷率更高。Malinzak 等[4]對(duì)11 名男性和9 名女性跑步時(shí)的三維運(yùn)動(dòng)學(xué)分析表明，在支撐階段，女性比男性膝關(guān)節(jié)的屈曲角度更小、外展角度更大，認(rèn)為女性跑步時(shí)存在不同的運(yùn)動(dòng)控制策略。Ferber 等[3]對(duì)比20 名女性和20 名男性受試者在跑步時(shí)的三維運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)女性受試者髖關(guān)節(jié)內(nèi)收和內(nèi)旋角度、膝關(guān)節(jié)外展角度更大。Almonroeder 和Benson[6]同樣報(bào)道女性受試者跑步時(shí)髖關(guān)節(jié)內(nèi)收和內(nèi)旋角度比男性受試者更大。Chumanov 等[5]對(duì)34 名男女跑步受試者步行和跑步時(shí)三維運(yùn)動(dòng)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，女性受試者在非矢狀面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)范圍比男性更大，髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋和內(nèi)收角度更大。只有兩項(xiàng)研究是關(guān)于男女跑步者在矢狀面的運(yùn)動(dòng)學(xué)差異[7，20]。Sinclair等[7]對(duì)比12名男性和12名女性以4.0 m/s跑步時(shí)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)差異，未發(fā)現(xiàn)男女之間存在動(dòng)力學(xué)差異；在矢狀面內(nèi)，女性髖關(guān)節(jié)屈曲角度在觸地和離地瞬時(shí)與男性有差異。Harrison 等[20]在研究52 名不同性別和年齡受試者的跑步生物力學(xué)時(shí)發(fā)現(xiàn)，年輕女性組與年老男性組的觸地瞬時(shí)膝關(guān)節(jié)和足關(guān)節(jié)角度存在顯著性差異。本研究則發(fā)現(xiàn)男女受試者在不同跑步速度條件下，離地瞬時(shí)矢狀面內(nèi)髖、膝關(guān)節(jié)角度和踝關(guān)節(jié)最大角速度等運(yùn)動(dòng)指標(biāo)都存在性別差異；本研究還發(fā)現(xiàn)，在較低跑步速度（10 km/h）時(shí)，男女步幅無(wú)顯著差異，但在較高跑步速度（15 km/h）時(shí)則存在非常顯著差異。以往對(duì)比性別跑步動(dòng)作差異時(shí)，較少有研究發(fā)現(xiàn)矢狀面內(nèi)關(guān)節(jié)角度存在差異，可能因?yàn)槭茉噷?duì)象較少和測(cè)試的跑步速度單一，導(dǎo)致很難發(fā)現(xiàn)顯著性差異。本研究認(rèn)為，在探討跑步生物力學(xué)時(shí)，應(yīng)當(dāng)全面分析下肢三維運(yùn)動(dòng)，在額狀面、水平面和矢狀面內(nèi)綜合分析髖、膝和踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。

髕股關(guān)節(jié)痛綜合征（PFPS）是由于反復(fù)過(guò)度使用引起髕股關(guān)節(jié)承受的壓力增高而導(dǎo)致髕骨周圍疼痛[21]。在膝關(guān)節(jié)屈伸過(guò)程中，髕骨在股骨滑車?yán)锷舷乱苿?dòng)時(shí)受到壓力作用，壓力隨著屈曲角度增大而增加[21]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，著地時(shí)刻膝關(guān)節(jié)角度男女之間無(wú)差異，但離地時(shí)刻女性跑步者屈曲角度更?。ū?、表4）。在整個(gè)跑步過(guò)程中，女性跑步者的髖、膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍和角速度都大于男性，該結(jié)果提示女性跑步者髕骨關(guān)節(jié)所承受的應(yīng)力大于男性（圖2、圖3）。此外，在以15km/h 速度跑步時(shí)，女性的步幅低于男性（表2），這意味著完成同樣跑步距離時(shí)女性需要更多的步態(tài)周期和髕股關(guān)節(jié)磨損次數(shù)。因此，PFPS損傷率的性別差異可能與男女下肢矢狀面動(dòng)作差異和步頻、步幅有關(guān)。髂脛束綜合征（ITBFS）是跑步損傷中僅次于PFPS 的損傷[2]。在跑步的步態(tài)周期中，膝關(guān)節(jié)在屈曲過(guò)程中，髂脛束與股骨外上髁發(fā)生摩擦，長(zhǎng)期反復(fù)作用導(dǎo)致ITBFS 的發(fā)生[21]。如前所述，女性以15 km/h速度跑步時(shí)步幅比男性低，會(huì)導(dǎo)致步態(tài)周期和髂脛束與股骨外上髁發(fā)生摩擦次數(shù)增加，這自然會(huì)引起女性ITBFS的發(fā)生率提高。

自Lieberman 等[16]在《Nature》上發(fā)表有關(guān)跑步生物力學(xué)研究的論文以來(lái)，有關(guān)跑步著地方式優(yōu)劣的討論一直是熱門話題。有學(xué)者認(rèn)為，與RFS 相比，F(xiàn)FS 或者M(jìn)FS 跑步具有3 個(gè)優(yōu)勢(shì)：（1）更加經(jīng)濟(jì)；（2）可以減少地面垂直反作用力（GRF）及其增長(zhǎng)率；（3）可以降低跑步損傷率[17]。因此，人們?cè)噲D通過(guò)改變跑步著地方式，降低特定跑步損傷（例如脛骨疲勞損傷、PFPS）的相關(guān)生物力學(xué)指標(biāo)[18，22，23]。在跑步中，股骨和脛骨應(yīng)力性骨折在女性中發(fā)生率更高[2]。而股骨和脛骨應(yīng)力大小與下肢所承受的垂直地面反作用力（GRF）有關(guān)[17]，損傷率的性別差異可能由于男女跑步著地方式使用率不同所引起。應(yīng)力性骨折與GRF頻譜中10～20 Hz成分有關(guān)，而RFS 的GRF 中10～20 Hz 成分比FFS 相應(yīng)要高[17]。本研究76名受試者中，76%的女性為RFS，而男性只有64%，提示更多女性承受著10～20 Hz成分的負(fù)荷。因此，跑步著地方式分布的差異可能是男女下肢骨骼應(yīng)力性骨折損傷率差異的一個(gè)因素。

除了跑步著地方式外，跑步速度也是跑步生物力學(xué)的重要因素[1，24，25]。隨著跑步速度增加，下肢剛度逐步增加，但不同關(guān)節(jié)呈現(xiàn)不同變化，踝關(guān)節(jié)剛度在一定速度范圍內(nèi)并不變化，快速跑步（6.5 m/s）時(shí)下肢剛度主要取決于膝關(guān)節(jié)[25]。Petersen 等[13]和Orendurff等[24]報(bào)道，跑步速度增加還會(huì)導(dǎo)致矢狀面內(nèi)的膝和踝關(guān)節(jié)負(fù)荷增加；隨著跑步速度的增加，矢狀面內(nèi)的髖、膝和踝關(guān)節(jié)角度呈現(xiàn)顯著變化；該結(jié)果與本研究結(jié)果相吻合。Kipp 等[14]報(bào)道，隨著跑步速度增加，支撐時(shí)間減少，這也與本研究結(jié)果吻合。支撐時(shí)間減少，意味著地面反作用力增加率更高，損傷危險(xiǎn)性自然增加。因此，Petersen 等[14]認(rèn)為，適當(dāng)降低跑步速度有利于避免腿后部或足底疼痛。此外，本研究所有76 名跑步者在10 km/h 時(shí)的支撐時(shí)間占總步態(tài)周期時(shí)間的38%，而15 km/h 時(shí)為32%。這意味著隨著跑步速度增加，下肢負(fù)荷增加，損傷危險(xiǎn)性也自然增大。

本研究結(jié)果顯示，女性受試者的步態(tài)周期時(shí)間低于男性，表明女性的步頻（1/步態(tài)周期時(shí)間）比男性更高（表2）。本研究結(jié)果還顯示，性別與速度呈現(xiàn)交互作用；雖然男女之間身高有顯著差異，但是男女受試者10 km/h 的步幅分別是1.96 m 和1.93 m，二者無(wú)顯著性差異；而在15 km/h時(shí)則為2.78 m和2.69 m，二者具有非常顯著性差異（表2）。該結(jié)果提示，男女兩性之間在應(yīng)對(duì)跑步速度增加時(shí)，呈現(xiàn)出不同的運(yùn)動(dòng)策略。Orendurff等[24]也曾報(bào)道，跑步速度影響下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)，可能在較小速度范圍內(nèi)存在不同的環(huán)節(jié)動(dòng)力學(xué)策略。該研究跑步速度為2.6 m/s～3.7 m/s，正好與本研究跑步速度（2.78 m/s和4.17 m/s）相近，但該研究?jī)H有12名（6男6女）受試者，未分析性別間的差異[24]。

本文研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和測(cè)試指標(biāo)選擇方面都存在一些局限性。首先，本研究采用了二維運(yùn)動(dòng)學(xué)方法，測(cè)量分析了受試者在矢狀面內(nèi)下肢關(guān)節(jié)角度變化，未采用三維運(yùn)動(dòng)學(xué)方法。本研究采用二維方法一方面為了簡(jiǎn)化研究，另一方面考慮到在臨床上矢狀面內(nèi)角度更易于接受[20]，并且矢狀面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)可以較好地預(yù)測(cè)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)[24，25]。其次，本文研究指標(biāo)未涉及到地面反作用力、關(guān)節(jié)力矩等動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，也未引入反映跑步時(shí)下肢肌肉活動(dòng)情況的表面肌電指標(biāo)。再次，本研究受試者都是健康大學(xué)生跑步練習(xí)者，研究并未針對(duì)特定類型（如髕骨關(guān)節(jié)痛或者膝關(guān)節(jié)炎等）或者特定跑步項(xiàng)目（如馬拉松或者1000米跑等）的跑步損傷。最后，盡管跑步機(jī)跑步也是廣泛應(yīng)用的健身方法，但本研究在跑步機(jī)上實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)論是否可以適用于地面還有待進(jìn)一步證實(shí)。

尋找運(yùn)動(dòng)損傷影響因素，闡明損傷機(jī)理對(duì)于損傷預(yù)防至關(guān)重要[19]。與以往研究不同的是，本研究通過(guò)測(cè)試分析較多數(shù)目的受試者，發(fā)現(xiàn)不同跑步速度的跑步動(dòng)作，在矢狀面內(nèi)存在較大的性別差異，該結(jié)果為進(jìn)一步研究跑步損傷的性別差異提供了新線索。本研究認(rèn)為，可能不存在所謂的“最優(yōu)跑步動(dòng)作”，各種跑步動(dòng)作都可能帶來(lái)相應(yīng)的損傷，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步開展有關(guān)特定損傷類別與跑步動(dòng)作之間的關(guān)聯(lián)性研究。其次，也應(yīng)當(dāng)基于生物力學(xué)規(guī)律，研發(fā)更為精準(zhǔn)化的跑步鞋，設(shè)計(jì)出針對(duì)不同性別、預(yù)防不同損傷類別的跑步鞋[25-27]。最后，應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同性別跑步者，開展有關(guān)跑步技術(shù)和控制運(yùn)動(dòng)劑量（頻次+距離）的研究，為科學(xué)預(yù)防跑步損傷提供更多依據(jù)。

4 總結(jié)

本研究結(jié)果表明，男女跑步動(dòng)作存在較大差異。與男性相比，更多女性大學(xué)生采用RFS方式；女性的步頻更高、步幅更小，支撐階段時(shí)間更短；離地瞬時(shí)髖關(guān)節(jié)向后伸展角度更大，膝關(guān)節(jié)屈曲角度更小，踝關(guān)節(jié)跖屈角速度更大。本研究結(jié)果提示，跑步損傷率的性別差異可能與男女之間不同的著地方式使用率，不同的步頻、步幅、步速，不同的下肢關(guān)節(jié)在矢狀面內(nèi)的角度和角速度差異有關(guān)。同時(shí)，男女跑步者髖、膝和踝關(guān)節(jié)最大角速度發(fā)生時(shí)間無(wú)明顯差異，髖和膝關(guān)節(jié)的角速度峰值都發(fā)生在腿部騰空階段、而踝關(guān)節(jié)的峰值發(fā)生在著地階段。