急性跟腱断裂后一年行走与跑步中的下肢生物力学差异：一项运动学、动力学及肌电活动研究

　　本研究针对急性跟腱断裂（ATR）后约30%患者无法完全恢复正常步态功能的问题，通过同步采集37名患者伤后1年的三维运动学、动力学及表面肌电（EMG）数据，发现患侧肢体在行走时腓肠肌激活增加（GL在IC-MS期增加2.1%EMG，MS-TO期GM/GL分别增加3.4%/4.9%EMG）而踝关节矢状面活动度降低（行走MS-TO期减少1.8°），跑步时则表现为踝关节力矩减弱（0.06 Nm/kg）伴活动度下降（MS-TO期减少4.1°）。该研究揭示了ATR后长期神经肌肉代偿机制，为个体化康复提供了关键依据。

　　

当人体最强壮的肌腱——跟腱突然断裂，患者面临的不仅是剧烈疼痛，更可能是长期的功能障碍。据统计，约30%的跟腱断裂患者无论接受手术还是保守治疗，都无法完全恢复正常的行走和跑步能力。这种持续存在的功能障碍背后，隐藏着怎样的生物力学机制？患侧肢体如何通过代偿策略维持基本运动功能？这些问题成为康复医学领域亟待破解的难题。

以往研究表明，跟腱断裂后会出现跟腱延长、腓肠肌体积减小、肌纤维结构改变等形态学变化，但这些改变如何影响实际运动中的神经肌肉控制和力学输出，特别是长期随访后的功能适应模式，尚缺乏系统研究。更值得注意的是，患者在行走和跑步这两种不同模式运动中可能采用截然不同的代偿策略，而这恰恰是设计针对性康复方案的关键依据。

为此，来自瑞典哥德堡大学的研究团队开展了一项深入探索，他们在《Journal of Orthopaedic Surgery and Research》发表了最新研究成果，通过综合运用三维运动捕捉、测力台和表面肌电等技术，对跟腱断裂后1年的患者进行了全面评估，揭示了患侧与健侧肢体在行走和跑步支撑期的生物力学差异。

研究人员招募了37名（29名男性，8名女性）平均年龄47.4岁的跟腱断裂患者，这些患者在伤后1年（±2个月）接受了评估。所有参与者此前都在哥德堡地区接受了标准化的康复治疗。研究采用光学运动捕捉系统配合集群标记点（六自由度模型）同步采集运动学数据，同时使用埋入地面的测力台记录动力学参数，并通过无线表面肌电系统（Delsys Trigno Research）采集双侧胫骨前肌（TA）、内侧腓肠肌（GM）、外侧腓肠肌（GL）和比目鱼肌（SOL）的肌电活动。数据采集过程中，参与者穿着标准化鞋具，以自选速度完成行走（平均1.36 m/s）和慢跑（平均2.52 m/s）任务，直到每侧肢体成功采集5次完整的足部触地数据。

支撑期被划分为两个功能亚阶段：初始接触到中期支撑（IC-MS）和中期支撑到趾尖离地（MS-TO）。肌电数据通过最大自主等长收缩（MVIC）进行标准化处理，表示为%MVIC。运动学分析包括踝、膝、髋关节在矢状面和额状面的关节活动度，动力学分析则计算相应关节的力矩（Nm/kg）。统计处理采用贝叶斯多元正态模型，计算后验点估计值和95%可信区间（CI）。

肌肉激活模式显示任务特异性差异

研究发现在两种运动模式中，所有检测肌肉在跑步时的激活水平均高于行走，其中三头肌群（triceps surae）的差异最为明显。值得注意的是，肌肉激活的峰值时机在行走和跑步中存在显著差异：在行走中，腓肠肌激活峰值出现在MS-TO期，而在跑步中，峰值则提前到IC-MS期。这种差异反映了两种运动模式的不同生物力学机制——行走主要依赖倒立摆机制，而跑步则更多利用弹性 bouncing 策略。

患侧肢体在行走中表现出神经肌肉代偿

数据分析显示，在行走过程中，患侧肢体的外侧腓肠肌（GL）在IC-MS期的激活显著高于健侧（差异2.1%EMG，CI：0.5-3.7）。在MS-TO期，患侧的内侧腓肠肌（GM）和外侧腓肠肌（GL）激活均显著增加（分别差异3.4%EMG，CI：0.6-6.3和4.8%EMG，CI：2.3-7.6）。与此形成对比的是，比目鱼肌（SOL）的激活在两侧肢体间无显著差异。这些发现表明，跟腱断裂后，患者可能从单关节肌肉（比目鱼肌）向双关节肌肉（腓肠肌）激活模式转变，这是一种通过近远端能量传输的补偿机制。

踝关节生物力学显示持续性缺陷

运动学分析揭示，患侧踝关节在矢状面的活动度显著降低。在行走的MS-TO期，患侧活动度减少1.8°（CI：-2.8至-0.7）；在跑步的MS-TO期，减少更为明显，达4.1°（CI：-5.8至-2.5）。动力学数据显示，在跑步的MS-TO期，患侧踝关节矢状面力矩显著降低（差异-0.06 Nm/kg，CI：-0.11至-0.01）。这些结果表明，尽管神经肌肉系统试图通过增加激活来补偿，但患侧踝关节的力学输出仍然受损。

额状面参数无显著差异

研究未发现患侧与健侧肢体在额状面关节活动度或力矩方面存在显著差异，表明跟腱断裂后的生物力学适应主要发生在矢状面。

个体间变异性提示个性化适应策略

数据变异性分析显示，运动学参数的变异系数（CV）相对较低（行走9-38%，跑步16-57%），而肌电活动和动力学参数的变异性显著更高（肌电CV：行走38-92%，跑步46-136%；力矩CV：行走9-900%，跑步17-660%）。这表明尽管关节运动模式相对一致，但个体在肌肉激活和力生成策略上存在显著差异，反映了神经肌肉系统在损伤后采用了个性化的补偿策略。

该研究得出结论：跟腱断裂一年后，患者在行走和跑步中表现出不同的生物力学适应模式。行走时主要表现为腓肠肌激活增加伴踝关节活动度减少，而跑步时则表现为踝关节力矩减弱和活动度下降，但不伴有明显的肌电活动差异。这些发现表明，神经肌肉系统针对不同的运动任务采用了特异性的补偿策略。

值得注意的是，患侧肢体在运动学参数上表现出高度对称性，这表明患者通过补偿机制成功恢复了近似正常的运动模式。然而，这种表面上的对称性是通过高度可变的神经肌肉激活和力学输出策略实现的，反映了个体化的运动适应过程。

从康复视角来看，这些发现强调了针对三头肌群中各肌肉成分进行特异性训练的重要性。腓肠肌和比目鱼肌可能在跟腱断裂后承担了不同的功能角色，因此康复方案需要分别针对这些肌肉的特定缺陷进行设计。此外，个体间的高度变异性提示康复干预应当个性化，基于详细的生物力学评估而非一刀切的方案。

这项研究为理解跟腱断裂后的长期功能适应提供了重要见解，揭示了表面运动对称性背后隐藏的神经肌肉补偿机制，为开发更有效的康复策略奠定了科学基础。未来的研究应当探索更高速度跑步中的生物力学适应，以及这些适应与患者报告的功能结局之间的关联，进一步优化跟腱断裂后的康复实践。