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研究目的:本研究旨在对比老年人与青年人下楼梯动态稳定性、髌股关节力学的差异,探讨老龄化对楼梯行走中膝关节力学特征和跌倒风险的影响,为预防老年人下楼梯跌倒的提供理论参考,并为相关运动辅具的设计提供数据支撑。研究方法:应用Gpower软件,参考前人研究,计算出所需单组样本量为15人,本研究选取样本量为每组18人。从学校和社区分别随机选取青年和老年女性受试者各18名,排出不符合本实验要求的受试者,所有受试者均签订了知情同意书,并告知注意事项。模拟楼梯由10毫米厚的钢板焊接而成,楼梯共有6级阶梯,每级梯高为17厘米,每一步踏面深度为30厘米,踏宽为150厘米。本研究采用一块瑞士Kistler三维测力台(采样频率1000Hz)和英国的8台红外摄像头Vicon三维运动捕捉系统(采集频率为100Hz)采集动力学和运动学数据。受试者身着统一测试服、测试鞋,实验人员按照Visual3D模型将41个mark球分别黏贴在受试者头部、左右上臂、左右前臂、躯干、骨盆、左右大腿、左右小腿以及左右足骨性标志点。后期的数据处理采用美国的Visual3D软件进行建模、滤波、标准化等处理,动作周期以时间标准化、动力学指标以体重标准化。选取步态周期的优势腿支撑相进行分析,将优势腿支撑相划分为第一双支撑阶段(First double support phase,FDS)、优势腿单支撑阶段(single support phase,SSP)和第二双支撑阶段(Second double support phase,SDS)。通过人体倒置钟摆模型和生物力学回归方程的方法分别进行动态稳度的计算(MoS)和髌股关节应力(PFJS)等指标的计算,受试者的下楼梯行走的动态稳度性和髌股关节受力特征进行量化评定。应用Spss19.0对因变量进行正态分布和同质性检验,应用独立样本T检验对动态稳定性指标进行统计学分析。本研究所得参数结果均用平均值±标准差表示,显著性水平设置为P<0.05,非常显著设置为P<0.01。研究结果:在摆动腿触地时刻,左-右方向青年组与老年组右脚跟触地时刻动态稳度(MoSml)以及影响动态稳度的因子指标均无显著性差异(P>0.05),质心的速度方向均指向右侧。在右脚触地时刻,前-后方向上与青年组相比,老年组质心的位置(dCoMap)较大(P=0.000);质心的速度(vCoMap)显著较小(P=0.008);外推质心位置(CMap)显著较大(P=0.000);支撑面的最远边界(Bmaxap)显著较小(P=0.000);老年组的前-后方向动态稳度(MoSap)为负值,青年组为正值,组间具有显著性差异(P=0.000)。两组受试者的膝关节角度、矢状面膝关节力矩(KM)、股四头肌肌力(QF)、髌股关节力(PFJF)、髌股关节应力(PFJS)的曲线图变化趋势一致。KM、QF、与PFJS在SSP阶段和SDS初始阶段出现两个峰值。本研究继续对受试者单支撑相周期内髌股关节力学指标出现的两次峰值分别进行比较,青年组与老年组的PFJS第一峰值时刻对应的膝关节角度(KApeak-1)分别为36.64±7.45、31.88±7.13,无统计学差异(P=0.072);与青年组相比,老年组具有较小的矢状面膝关节力矩第一峰值(KMpeak-1,P=0.014)、股四头肌肌力第一峰值(QFpeak-1,P=0.001)、髌股关节力第一峰值(PFJFpeak-1,P=0.001)与髌股关节应力第一峰值(PFJSpeak-1,P=0.012)。青年组与老年组的PFJS第二峰值时刻对应的膝关节角度(KApeak-2)分别为62.72±6.25、54.75±5.70,具有非常显著性差异(P=0.003);与青年组相比,老年组具有较小的矢状面膝关节力矩第二峰值(KMpeak-2,P=0.000)、股四头肌肌力第二峰值(QFpeak-2,P=0.000)、髌股关节力第二峰值(PFJF peak-2,P=0.000)与髌股关节应力第二峰值(PFJS peak-2,P=0.022)。在老年组中,与第一峰值相比,第二峰值中的KAPFJS-2(P=0.009)、KMpeak-2(P=0.000)、QF peak-2(P=0.000)、PFJF peak-2(P=0.000)和PFJS peak-2(P=0.009)均显著较大。研究结论:本研究显示,与青年人相比,老年人在下楼梯行走中MOS较小,且为负值,向前跌倒风险较大且老年人PFJS较小。老年人可能采取减小QF、KM的神经肌肉自我保护机制,这虽然能在一定程度上降低了PFJS,但是增加了楼梯跌倒的风险。因此,建议老年人强化下肢肌力,特别是股四头肌力量的训练;同时在下楼梯行走中采取后移质心、增加步长、降低步速的策略,以减小向前跌倒的风险。