极简鞋对跌倒史老年人步行稳定性的生物力学机制：关节动力学与肌肉活动的中介作用

《Communications Medicine》：Biomechanical mechanisms underlying the effect of minimalist footwear on walking stability in persons with a history of falls

本研究针对老年人跌倒预防这一重大公共卫生问题，探讨了极简鞋通过何种生物力学机制影响有跌倒史个体的步行稳定性。研究人员通过三维运动捕捉、地面反作用力分析和表面肌电图等技术，发现相较于支撑鞋，极简鞋可诱导独特的神经肌肉适应，包括增加踝关节背屈和外部旋转、增强髋踝关节功率生成以及提高股直肌和股外侧肌活动度。中介分析进一步揭示，髋关节运动学、动力学和股四头肌活动是极简鞋改善动态稳定性的潜在机制。该研究为开发基于鞋具的跌倒干预策略提供了重要的生物力学依据。

　　

随着年龄增长，跌倒已成为威胁老年人健康的主要风险因素。每一次不慎的跌倒，都可能引发骨折、脑部损伤等严重后果，不仅严重影响生活质量，也给家庭和社会带来沉重负担。有趣的是，我们日常穿着的鞋子，这个看似普通的物品，可能在跌倒预防中扮演着关键角色。传统支撑鞋通常带有缓冲垫、足弓支撑和限制性鞋头等设计，虽然提供了舒适性，但可能削弱足部感受器接收的地面信息，影响运动控制。而极简鞋以其轻薄、柔软的鞋底和"零落差"设计，试图模拟赤足行走的自然动力学特征，这可能为改善老年人步行稳定性提供新思路。

先前的研究表明，极简鞋能够改善有跌倒史老年人的步行稳定性，但其背后的生物力学机制尚不明确。是哪些关节运动模式的改变？肌肉活动如何调整？这些变化是否在认知负荷下依然稳定？更重要的是，这些生物力学变化是否直接解释了稳定性的改善？这些都是亟待解答的科学问题。

在《Communications Medicine》发表的最新研究中，Tomasz Cudejko、Asangaedem Akpan和Kristiaan D'Aout团队针对这些问题展开了深入探索。研究人员招募了30名有跌倒史的老年人（平均年龄68.6±4.4岁），通过严格的实验室研究，系统比较了赤足、支撑鞋和极简鞋三种条件下，下肢生物力学的差异特征。

研究采用交叉设计，参与者依次在三种鞋具条件下完成行走任务，包括单任务行走和双任务行走（同时进行倒序计数）。关键技术方法包括：12摄像头三维运动捕捉系统（Qualisys）记录关节运动轨迹，测力台（Kistler）采集地面反作用力，无线表面肌电图（Delsys Trigno）监测下肢肌肉活动。数据分析采用统计参数映射（Statistical Parametric Mapping）进行连续波形比较，线性混合模型检验认知负荷的调节效应，并通过中介分析探究生物力学参数在鞋具与稳定性关系中的作用机制。

关节运动学结果

研究发现，极简鞋可引发独特的关节运动模式。与支撑鞋相比，极简鞋导致站立期髋关节屈曲减小，摆动期膝关节屈曲增加，以及更大的踝关节背屈和外部旋转。这些变化表明极简鞋促进了一种更为中性的下肢对线方式，可能通过减少鞋具的机械约束，允许更自然的运动模式。

关节动力学结果

在力学特征方面，极简鞋表现出更强的能量生成能力。与支撑鞋相比，极简鞋在负荷反应期产生更大的髋关节功率生成，在推进期产生更大的踝关节功率生成。这表明极简鞋促进了一种更加动态和响应式的步态策略，有利于前进动量的控制和身体稳定性的维持。

肌肉活动结果

肌电图分析显示，极简鞋引起明显的肌肉活动调整。股直肌和股外侧肌在极简鞋条件下的活动水平显著高于支撑鞋，特别是在站立期和摆动期。这种神经肌肉适应与观察到的动力学变化一致，反映了机体在极简鞋条件下采用更加主动的稳定性控制策略。

值得注意的是，鞋具对生物力学的影响在单任务和双任务行走条件下保持一致，表明极简鞋诱导的神经肌肉适应具有稳定性，不受中等认知负荷的干扰。这一发现增强了极简鞋在真实场景中应用的可行性，因为日常生活中老年人常常需要边行走边处理其他认知任务。

通过中介分析，研究揭示了鞋具影响稳定性的具体机制。髋关节外旋在足跟触地时的变化部分中介了极简鞋与支撑鞋之间的稳定性差异。而在极简鞋与赤足的对比中，髋关节功率和股外侧肌活动发挥了中介作用。这些发现强调了近端关节功能在动态稳定性控制中的核心地位。

该研究的结论指出，极简鞋通过改变下肢生物力学特征，诱导了一种更加主动和响应式的步态策略。增加的关节活动度、增强的功率生成能力和提高的肌肉活动水平共同贡献于稳定性改善。特别是髋关节运动学、动力学和股四头肌活动被识别为潜在的中介机制。

这项研究的意义在于，它首次系统阐明了极简鞋影响有跌倒史老年人步行稳定性的生物力学机制，为基于鞋具设计的跌倒预防干预提供了理论依据。研究结果支持在未来开展更大型的随机对照试验，验证极简鞋在更广泛人群中的长期效果，并为鞋类设计和临床康复提供了重要的科学参考。