0 引言 Introduction

楼梯行走是日常生活中具有挑战性的步态动作之一。据统计，楼梯跌倒发生次数约占总跌倒次数的26%，是跌倒致死的主要原因之一[1]。楼梯跌倒更多的是发生在下楼梯过程中，其跌倒风险是上楼梯的3倍[2]。传统的生物力学研究发现，相比于上楼梯，下楼梯过程中的髋膝关节最大屈曲力矩峰值显著加大，膝关节接触力增大2倍[3]，故需要更好的姿势控制能力，更大的下肢关节支撑力矩、膝关节伸肌力量、下肢关节运动幅度以及关节运动协调性等神经肌肉控制机能[4-7]。因此正确认识人体下楼梯姿势控制能力、关节力学及协调性等生物力学特征有利于预防跌倒，特别是对“易跌”人群具有重要意义。尽管传统生物力学研究获取了楼梯行走姿势控制的评估参数，然而研究结果在解释动作控制与跌倒风险问题上仍存在不足。运动控制不仅受到肌肉骨骼系统功能影响，还与大脑认知功能密不可分[8]，因此探索大脑认知功能与肌肉骨骼系统的交互影响对解释动作控制具有极其重要的意义。

认知-动作控制双任务范式是近年来认知神经科学与动作控制研究交叉领域备受关注的研究方法，主要用于研究大脑认知资源的调配与神经肌肉行为控制的相互影响[9]，为弥补传统生物力学研究的不足提供了可能途径。当今信息时代，智能手机已经成为年轻人联系外界环境、获取信息不可或缺的工具。手机的普及给人们日常生活带来了极大方便，同时也给使用者带来了安全隐患，甚至危及生命，据统计美国近10年来因使用手机造成的楼梯行走跌倒损伤率增加了4 倍[10]。手机的使用涉及到听觉、视觉、触觉等感觉系统的整合，可能会影响大脑认知资源的重新分配[11]，进而对动作控制产生影响，但其相关研究数据尚未可知。

此外，传统生物力学方法多是对单一运动关节或环节评价指标的分析，可能不足以反映运动状态下人体多环节刚体的耦合动作控制策略。为了系统描述与分析下楼梯动作多刚体多因素间的相对运动情况，此次研究运用质心-压心相结合的动态稳度值以评价身体稳定性，计算相邻关节耦合运动的相对相角以评价环节间的运动协调性，提取下肢关节力矩值以评价下肢关节力学特征。

因此，基于上述内容，此次研究拟运用“手机-下楼梯行走”的双任务范式，分析手机任务的介入对人体下楼梯行走下肢动态稳定性、运动协调性及关节力学特征的影响，以期为探讨人体跌倒风险评估的敏感测试方法提供可能途径，同时为预防跌倒训练提供新思路。

1 对象和方法 Subjects and methods

1.1 设计 运动生物力学试验。

1.2 时间及地点 于2018年7月在山东省体育科学研究中心生物力学实验室完成。

1.3 对象 选择20名山东体育学院运动人体科学专业学生为研究对象，男、女各10名，年龄(23.)岁，身高(173.3± 4.3)cm，体质量(65.)kg，体质量指数(21.)kg/m2，简易精神量表评分(28.)分。受试者均无神经肌肉骨骼系统疾病，无认知障碍，双眼矫正视力均在1.0以上，下肢关节半年内无明显损伤，试验前24 h未进行剧烈运动，右腿为优势腿[12]，能够理解此次试验内容并签署自愿同意书。

1.4 仪器设备

1.4.1 模拟楼梯 根据现行国家标准《建筑设计防火规范》(GBJ16)的规定，确定模拟楼梯的尺寸。模拟楼梯重约2吨，共计6级台阶，长约2 m，宽约1.5 m，高约1 m，每级台阶高约17 cm，深29 cm，坡度约为30°，符合国家住宅标准，见图1。

1.4.2 三维运动学捕捉系统 此次运动学数据采集应用8个摄像头的Vicon红外高速动作捕捉系统(英国，T40)，采集频率设置为100 Hz[13-14]。14 mm的红外反光球粘贴在各解剖学标志点[15]，见图2，采集人体运动学数据。

1.4.3 三维测力系统 模拟楼梯的第三和第四台阶分别镶嵌2台Kistler测力台(型号：瑞士，9287C；尺寸：90 cm×60 cm× 10 cm)，外置信号放大器，采集频率设置为1 000 Hz[13-14]。运动学、动力学数据采集采用Vicon系统同步盒实现两者的同步采集。

1.5 方法

1.5.1 测试方案 参照HASHISH等[10]的测试方案，单组20名受试者首先进行测试前期准备，然后按照随机抽签顺序完成有无手机任务介入的下楼梯行走测试，具体流程如下：受试者身着统一测试服装(黑色背心、短裤、鞋子和袜子)并测量身高、体质量、简易精神量表评分等基本资料。受试者粘贴41个反光球，确定头、躯干、骨盆、双侧上臂、前臂、手、大腿、小腿、足15个环节，分别进行静态和动态数据采集。

文章来源：《应用数学和力学》 网址: http://www.yysxhlx.cn/qikandaodu/2021/0708/879.html

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