踝关节刚度对步行过程中整体下肢运动学、力学及肌肉激活的影响

目的：踝关节刚度可因正常衰老、骨与关节病理以及矫形器或手术性关节融合等治疗而发生改变。踝关节刚度对步态的影响尚未得到充分理解，但这对于认识这些病理和治疗如何影响身体力学可能至关重要。本研究旨在探讨，在无下肢病理的个体中，与踝关节并联施加的孤立刚度变化如何影响步行过程中的下肢运动学、动力学、关节做功及肌肉激活。 方法：9名无下肢病理的青年受试者佩戴可调刚度踝关节外骨骼，在踝关节弹簧刚度、中立角度和跑台坡度的31种不同条件下行走。我们记录了运动捕捉数据、地面反作用力和肌肉激活信号，并分析了所得数据随踝关节刚度变化所呈现的趋势。 结果：随着踝关节刚度增加，外骨骼侧踝关节活动范围减小，且所有关节的步态不对称性均增加，这主要是由于离趾时跖屈减小所致。30 Nm/rad 的弹簧刚度条件使外骨骼侧平均肌肉激活和髋关节做功达到最小，但运动学不对称性增加。 结论：我们的结果表明，在通常研究的刚度范围的较低端，可能存在一个刚度区间，能够在步行过程中降低肌肉激活和关节做功，但代价是运动学对称性下降。这些发现加深了对踝关节刚度如何影响步态力学的理解，并在可穿戴设备、临床康复和辅助技术方面具有潜在应用价值。

目的：踝关节刚度可因正常衰老、骨与关节病变以及矫形器或外科关节融合等治疗而发生改变。踝关节刚度对步态的影响尚未得到充分理解，但这对于认识上述病变和治疗如何影响人体力学机制可能至关重要。本研究旨在探究在无下肢病变个体中，与踝关节并联施加的孤立刚度变化如何影响步行过程中的下肢运动学、动力学、关节做功及肌肉激活。

方法：9名无下肢病变的青年受试者佩戴可调刚度踝关节外骨骼，在踝关节弹簧刚度、中立角度和跑台坡度的31种不同条件下行走。我们记录了运动捕捉数据、地面反作用力和肌肉激活信号，并将所得数据作为踝关节刚度的函数进行趋势分析。

结果：随着踝关节刚度增加，外骨骼侧踝关节活动范围减小，且所有关节的步态不对称性增加，这主要归因于离趾期跖屈减小。30 Nm/rad弹簧刚度条件使外骨骼侧平均肌肉激活和髋关节做功达到最低，但运动学不对称性增加。

结论：研究结果表明，在通常研究的刚度范围较低端，可能存在一个刚度区间，能够在步行过程中降低肌肉激活和关节做功，但代价是运动学对称性下降。这些发现加深了对踝关节刚度如何影响步态力学机制的理解，并在可穿戴设备、临床康复和辅助技术方面具有潜在应用价值。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.11.731479v1?rss=1

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