BMC Musculoskelet Disord：步长对不同体型健康女性跑步生物力学的影响

肌肉骨骼损伤，如应力性骨折，经常对运动人员的健康构成威胁。例如，在美国，应力性骨折每年造成大约160万人受伤。应力性骨折的危险因素可分为不可改变因素(如种族、身材和性别)和可改变因素(如步幅、训练量和负重)。一些研究调查了这两种危险因素的影响。个体的身高也被怀疑会影响应力性骨折的发生率，尽管其影响还没有定论。例如，Moran等人在研究影响接受过基础军事训练的年轻女性新兵骨科损伤的危险因素时，发现高个子女性的应力性骨折发生率高于矮个子女性。Wentz等人认为这种差异可能归因于高个子的长骨结构，这可能会经历更高程度的弯曲和骨应变的增加。然而，在我们之前的研究中，我们对以3.0 m/s恒定速度跑步的年轻健康女性进行了研究，我们发现身材高大的个体比身材矮小的个体经历了更高的关节力和力矩，但没有更高的胫骨应变或应力骨折风险。相比之下，Jones等人指出，较矮的女性更容易发生骨盆应力性骨折，因为在集体行军和跑步活动中，较矮的女性通常被放在队形的后面，为了跟上高个子女性的步伐，她们会过度跨步，这增加了内收肌和腿筋肌对耻骨的机械负荷，增加了骨盆应力性骨折的可能性。

可修改的因素，如训练量、负重和跑步时的步幅长度，提供了干预和降低受伤风险的机会。例如，在我们之前的工作中，我们研究了不同身高的女性在空载和22.7 kg负荷下以3.0 m/s的等速跑步时的应力-骨折风险，发现与空载相比，22.7 kg负荷增加了中矮身材女性的胫骨应变和应力-骨折风险，而对高个子女性没有影响。多项研究表明，在保持恒定跑步速度的同时减小步幅会引起关节运动学变化，降低关节动力学峰值、地面反作用力(GRF)、胫骨应变和胫骨应力骨折风险。例如，Heiderscheit等人分析了健康成年志愿者(男性和女性)的运动捕捉数据，这些志愿者在跑步机上以自己喜欢的速度在五种不同的步速(优选、±5%和±10%)下跑步，结果表明，在恒定速度下，比首选步速增加10%，膝关节和髋关节吸收的能量就会减少。此外，他们表明，增加步速会降低站立阶段的峰值GRF以及髋关节内收和髋关节膝关节屈曲角度。髋内收角的减小可能会降低髂胫束综合征的风险，而站立阶段膝关节屈曲角的减小与髌股力峰值的降低有关。Hafer等人研究了男性和女性在30米跑道上以自己选择的恒定速度，以首选步幅率或10%的步幅率跑过地面的跑步生物力学，发现较高的步幅率导致膝盖伸展力矩的减少，这是已知的减少通过膝盖传递的力。此外，Edwards等人预测，男性以自己选择的恒定速度在地面上跑步时，将步长减少10%，应力性骨折的风险将降低31%。

本研究的目的是评估减少步幅对不同身材的年轻健康女性跑步生物力学的影响。为此，我们利用从三种身材组(矮、中、高)的21名女性中收集的实验数据，开发了个性化的肌肉骨骼和有限元(FE)模型。使用个性化计算模型和先前开发的概率应力-骨折风险预测模型，我们计算了每个参与者在以首选步长跑步和将步长减少10%时的下肢关节运动学和动力学以及胫骨应变和应力-骨折风险。

我们假设步幅长度改变了年轻健康女性的跑步生物力学，而这种变化取决于身高。具体来说，我们假设减少步幅长度会降低所有身高女性的关节力和力矩、胫骨张力和胫骨应力骨折风险。此外，我们假设这些减少的幅度会因参与者的身高而异。

方法：研究减小跑步步幅对不同体型年轻健康女性下肢生物力学的影响。利用个体化的肌肉骨骼和有限元模型，我们对矮(N = 6)、中(N = 7)和高(N = 7)的女性进行了研究，计算了每位参与者在以3.0米/秒的速度在跑步机上以自己喜欢的步幅长度跑步并将步幅缩短10%的情况下，下肢的关节运动学和动力学以及胫骨应变。使用概率模型，我们估计了美国陆军士兵在BCT和休闲运动员马拉松训练期间的跑步方案代表的应力性骨折风险。

20名年轻健康女性的人体测量特征

优选和- 10%条件下的关节运动学和峰值关节力矩

(A)站姿时髋屈角峰值，(B)站姿时膝关节屈角峰值，(C)髋内收力矩峰值，(D)髋内旋力矩峰值，(E)膝伸力矩峰值，(F)矮个子(圆形)、中等身材(三角形)和高个(方形)女性在以他们喜欢的步幅(首选)和相对于他们喜欢的步幅短10%(-10%)跑步时踝关节足底弯曲力矩峰值。误差条:95%置信区间。使用Wald f检验的线性混合效应模型显示，所有参数的步长之间存在显著差异(p < 0.05)

髋关节(A)峰值反应部队(JRF), (B)峰值膝盖JRF, (C)峰值脚踝JRF, (D)第90百分位应变(E)对数转换应力性骨折的风险(SF) 10周基本作战训练(BCT)方案,和(F)对数转换科幻的风险提供休闲培训(RT)疗程短(圆),中等(三角形),高(广场)女性在运行他们的首选步幅短步幅(首选)和10%(-10%)相对于他们喜欢的步幅。误差条:95%置信区间。使用Wald f检验的线性混合效应模型显示，所有参数的步长之间存在显著差异(p < 0.05)

结果：当研究参与者将步长减少10%时，关节动力学、运动学、胫骨应变和应力骨折风险在三个身高组之间没有显著差异。与首选步幅长度相比，步幅长度减少10%可显著降低站立阶段髋峰(p = 0.002)和膝关节(p < 0.001)屈曲角度。此外，它还能显著降低髋内收峰值(p = 0.013)、髋内旋峰值(p = 0.004)、膝关节伸直峰值(p = 0.012)和踝关节屈曲峰值(p = 0.026)力矩，以及髋、膝关节和踝关节反作用力(p < 0.001)和胫骨应变(p < 0.001)。最后，在模拟方案中，减少步幅可使应力性骨折的相对风险降低96%。

结论:我们的研究结果表明，无论身高如何，步幅缩短10%可降低肌肉骨骼负荷、胫骨应变和应力骨折风险。我们还观察到受试者之间的差异很大，这支持了个性化训练策略的发展，以减少应力性骨折的发生率。

文献来源：Sundaramurthy A,  Tong J,  Subramani AV,Effect of stride length on the running biomechanics of healthy women of different statures.BMC Musculoskelet Disord 2023 Jul 24;24(1)