模拟不同重力环境下步态运动的足底受力分析

目的探索不同重力环境下人体行走和跑步时的足底受力特性。方法 7名健康成年男性受试者在垂直体位的减重跑台上分别在正常重力(1G),模拟火星重力(1/3 G)和模拟月球重力(1/6 G)环境下进行3、7和10 km/h的行走和跑步活动。使用F-scan鞋垫式足底压力测量系统对运动过程中的步态时相参数、力学参数及步态平衡性等指标进行分析。结果相同速度下,步态周期中的支撑相时间随重力下降有明显减少(P<0.01),摆动相时间则有显著增加(P<0.01)。随着速度增加,支撑相时间明显缩短(P<0.01),而摆动相基本不受影响(P>0.05)。最大足底受力、平均足底受力和受力积分随着重力下降有明显减少。正常重力环境下,步行速度增加可引起最大足底受力、平均受力明显增加以及受力积分显著减少(P<0.05);但在低重力环境下,足底受力变化并不显著(P>0.05)。左右垂直冲量比在不同重力环境之间差异显著(P<0.05),但时相对称性则并无明显差异。结论低重力环境下,足底受力和支撑相时间等维持骨骼和肌肉结构功能的指标均显著低于正常重力环境,提示在将来设计太空飞行中防护措施和锻炼处方时需要充分考虑这一因素,以维持航天员正常的骨骼和肌肉功能。

不同重力环境下足底受力的步态差异分析

目的:明确模拟零重力环境下人体行走和跑步时的足底受力特征。方法:8名健康成年受试者分别在零重力跑台和正常重力跑台上进行3km/h、7km/h和10km/h的行走和跑步活动。利用鞋垫式足底压力测量系统对运动过程中的足底受力情况进行采集分析。结果:模拟零重力环境下步行的步态周期时间与正常重力环境并无显著差别。随着速度的增加,步态周期时间有明显的下降,不同速度之间差异明显(P<0.05)。但与地面正常重力环境比较,模拟零重力环境下的支撑相明显缩短(P<0.01)。足底压力结果显示,随着速度的增加,足底最大受力和垂直冲量均有显著的升高,不同速度之间相差明显(P<0.01),模拟零重力环境下明显小于正常重力环境(P<0.05)。时相对称性和垂直冲量比等平衡性指标显示模拟失重环境下人体的运动平衡功能明显低于正常重力环境(P<0.05),但不同速度之间差异不显著。结论:模拟零重力环境足底生物力学特征发生改变,可能是太空失重环境下体育训练后骨丢失和肌萎缩的原因之一。

经颅直流电刺激对纵跳生物力学特征的影响

目的:通过观察经颅直流电刺激前后,纵跳生物力学曲线和瞬时特征的变化,探究其对纵跳运动表现的影响。方法:15位跳跃类国家二级运动员接受随机交叉设计的阳极刺激(电流2 mA,持续20 min)和假刺激两种实验条件。分别在刺激前,刺激后即刻和刺激后30 min完成纵跳测试。通过双因素重复测量方差分析(刺激条件×时间)比较两种实验条件前后纵跳生物力学指标的差异。结果:1)瞬时特征:纵跳高度在阳极刺激后即刻和刺激后30 min显著高于刺激前;质心最低点地面反作用力在阳极刺激后即刻和刺激后30 min显著高于刺激前;峰值蹬地功率、发力率和下肢刚度在阳极刺激后即刻显著高于刺激前,阳极刺激组峰值蹬地功率在刺激后即刻和刺激后30 min显著高于假刺激组(P<0.05);2)曲线特征:垂直冲量在阳极刺激后即刻和刺激后30 min显著大于刺激前;释放能量和肌肉主动做功在阳极刺激后即刻显著高于刺激前(P<0.05)。结论:阳极经颅直流电刺激可以提高纵跳运动表现,不仅能够促进瞬时特征的变化,而且可以调节整个动作周期生物力学曲线特征,增强下肢力量及神经肌肉系统功能。