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现有研究多关注水平地面滑倒机制，而斜坡行走因重力作用显著改变步态动力学，导致滑倒风险升高。本文通过21名健康成人三组坡度（0°、5°、10°）行走实验，诱发565次滑倒，结合运动捕捉和力传感器数据，发现：1）下坡和横坡滑倒易引发跌倒，但方向不影响总体跌倒率；2）滑倒发生越晚，跌倒风险越低；3）10°坡度滑倒距离缩短30%，但补偿步长增加25%；4）横坡滑倒方向与步态相位存在交互效应。该研究首次系统揭示不同坡向（上/下/横）对滑倒动力学和补偿策略的影响规律，为开发多场景平衡训练提供依据。
科宾·M·拉斯穆森（Corbin M. Rasmussen）| 阿卜杜勒拉赫曼·瓦塔斯（Abderrahman Ouattas）| 安德鲁·沃尔斯基（Andrew Walski）| 布莱恩·A·纳尔（Brian A. Knarr）| 卡罗琳·库尔策（Carolin Curtze）| 纳撒尼尔·H·亨特（Nathaniel H. Hunt）
克雷顿大学运动科学与健康预备专业系，美国内布拉斯加州奥马哈市加利福尼亚广场2500号，邮编68178
摘要
滑倒是在社区环境中常见的跌倒原因，但现有文献尚未研究在斜坡表面上行走时发生的滑倒现象。从生物力学的角度来看，斜坡行走与平坦地面行走存在显著差异，这些差异可能会增加滑倒的风险。我们研究了不同斜坡行走特征对滑倒机制、补偿性步态反应和跌倒率的影响。21名年轻人在跑步机上以0°、5°或10°的坡度进行上坡、下坡或横向行走时，经历了27次无约束的滑倒干扰，同时记录了全身运动数据和负载传感器数据。结果显示，跌倒率随坡度增加而增加，滑倒发生的时间越晚，跌倒率越低，且与坡度方向无关。滑倒时，步长缩短、速度减慢，滑动方向从前方变为后方，从而导致需要更长、更靠前的补偿性步态。更陡的坡度会导致更长时间、更快的滑倒，进而需要更短的补偿性步态。坡度方向会影响滑动方向和补偿性步态：上坡时滑动通常更靠后，而下坡时则相反。在横向坡道上，上坡方向的滑倒步态较短、较慢，且偏向同侧肢体，而补偿性步态更靠前；不过跌倒率没有差异。鉴于斜坡行走的特定动力学特性，我们的研究结果令人意外，这表明其他因素在决定滑倒风险中起着更为重要的作用。基于干扰的平衡训练应包含斜坡行走情境，以评估平衡恢复技能是否能够超越单纯平坦地面训练所能达到的效果。
引言
行走过程中外部平衡干扰（如滑倒）是社区（Berg等人，1997年；Crenshaw等人，2017年）和工作场所（Nasarwanji和Sun，2019年；Merryweather等人，2018年；Haslam和Bentley，1999年）中跌倒的主要原因，这些情况是导致受伤、死亡和医疗支出的常见因素（Bergen等人，2016年；Florence等人，2018年；Moreland等人，2020年）。因此，大量研究致力于开发跌倒预防措施，以减轻跌倒对工人、老年人和临床人群健康的负面影响（Osonuga等人，2026年；T?zer等人，2024年；Evanoff等人，2016年；Sarkar等人，2019年）。一种备受关注的方法是基于干扰的平衡训练，通过反复让参与者经历模拟的推挤、绊倒或滑倒来强化有效的恢复策略（McCrum等人，2022年；Pai和Bhatt，2007年）。这种方法在实验室评估中取得了初步成功，许多研究显示，这种训练能够提高主动和被动稳定性（Allin等人，2019年；Parijat和Lockhart，2012年；Swart等人，2020年）、补偿性步态能力（Parijat和Lockhart，2012年；Dijkstra等人，2015年；McLlroy和Maki，1995年），以及将学到的恢复技能应用到未训练的情境中（Lee等人，2016年；Lee等人，2020年；Okubo等人，2018年）。尽管针对特定滑倒情况的平衡训练在提高长期稳定性（Bhatt等人，2006年；Liu等人，2017年；Hezel等人，2025年）和预防跌倒（Pai等人，2014年）方面显示出潜力，但现有文献几乎仅关注平坦地面上的滑倒现象，而这只是日常生活中可能遇到的行走环境的一个很小部分。实际上，斜坡表面非常普遍（尽管据我们所知，尚无公开报告对其进行过定量分析），它们在预防和恢复滑倒方面带来了独特的挑战。
在斜坡表面上行走时，独特的生物力学要求可能会增加滑倒和跌倒的风险（Sheehan和Gottschall，2012年；Breloff等人，2020年）。步态动力学会根据坡度方向进行调整：上坡和下坡时，推进力和制动力会相应增强，以抵消重力的作用（Lay等人，2006年；McIntosh等人，2006年；McVay和Redfern，1994年）；而在横向坡道上，下坡侧的肢体会产生更大的内外侧力（Damavandi等人，2012年；Dixon和Pearsall，2010年；Wang等人，2022年）。在任何坡度方向上，地面反作用力的大小都与坡度角度正相关（Lay等人，2006年；McIntosh等人，2006年；McVay和Redfern，1994年；Damavandi等人，2012年；Dixon和Pearsall，2010年；Wang等人，2022年）。这些动力学变化导致所需的摩擦力增加（达到平坦地面行走所需摩擦力的两倍），同时改变了支撑阶段内摩擦力峰值出现的时间（McVay和Redfern，1994年；Hanson等人，1999年；Redfern和DiPasquale，1997年）。此外，斜坡表面的摩擦力还受到施加的剪切力方向的影响，而剪切力的方向又取决于行走方向和支撑阶段（Dong等人，2021年）。上坡时步长缩短，横向坡道上步幅变窄；而下坡时摆动时间延长，但支撑时间缩短（Breloff等人，2022年；Ferraro等人，2013年；Hong等人，2015年；Kimel-Naor等人，2017年；Guo等人，2025年）。前后方向的坡度还会降低稳定性（Dutt-Mazumder等人，2016年；Soangra等人，2018年），并对踝关节的跖屈肌和背屈肌造成更大负担，这可能影响踝关节在姿势控制中的作用（Atsawakaewmongkhon等人，2024年）。鉴于平坦地面和斜坡行走之间的这些显著生物力学差异，可以预期滑倒的不稳定效应及其相应的恢复反应也会有所不同。
当行走所需的摩擦力接近支撑表面和鞋底所提供的摩擦力时，滑倒的可能性会增加（Hanson等人，1999年；Siegmund等人，2006年；Burnfield和Powers，2006年；Chang等人，2013年；Beschorner等人，2016年；Tsai和Powers，2008年）。这种所需摩擦力与可用摩擦力之间的关系在斜坡表面上尤为重要，因为坡度会改变决定摩擦系数的摩擦学因素，从而可能增加滑倒风险。例如，随着坡度角度的增加，所需的摩擦系数会稳步上升（Redfern和DiPasquale，1997年；Svensson等人，2018年）。同时，斜坡表面上脚底与地面之间的角度增大可能会降低可用摩擦系数（Moyer等人，2006年；Wannop等人，2014年；Iraqi等人，2018年；Iraqi等人，2020年；Jakobsen等人，2024年），这限制了鞋底在脚跟触地和离地时与地面的接触面积，从而增加滑倒的严重程度（Moyer等人，2006年；Moghaddam等人，2018年）。
尽管有明确的生物力学和摩擦学机制表明人们在斜坡表面上容易滑倒，但相关研究较少关注实际的人类滑倒现象及其恢复反应。现有研究表明，当坡度（Cham和Redfern，2002年）和横向坡度（Lawrence等人，2015年）变得更陡时，跌倒风险显著增加。表面倾斜度还会改变滑倒距离/峰值速度与跌倒风险之间的关系：下坡时滑倒距离超过14厘米或速度超过0.8米/秒时，必然会导致跌倒（Cham和Redfern，2002年），而在平坦地面上滑倒后，恢复情况较好（Brady等人，2000年）。Shokouhi等人发现，下坡滑倒后的补偿性步态较短，而上坡滑倒后的补偿性步态较宽，但这些趋势与平坦地面上的滑倒后的步态调整类似（Shokouhi等人，2024年）。总体而言，这些研究初步揭示了斜坡带来的滑倒风险。然而，由于各研究在方法上的差异（如不同的坡度角度、行走表面、行走速度、滑倒诱发方法等），直接比较不同坡度条件下的滑倒和跌倒机制较为困难。此外，现有文献几乎未涉及横向坡道上的滑倒现象（Lawrence等人（2015年）），因此我们对斜坡表面滑倒及其恢复反应的理解仍不完整。
本研究旨在确定不同表面特征（即坡度角度、坡度方向、支撑阶段中的滑倒发生时间，仅限于横向坡道）对个体行走时的滑倒机制、补偿性步态反应和跌倒率的影响。我们假设跌倒率会随坡度角度增加而增加（Cham和Redfern，2002年；Lawrence等人，2015年），在支撑阶段后期滑倒时减少，并且在横向坡道上最高，尤其是当下坡侧的脚先滑倒时，因为维持内外侧稳定性更具挑战性（Bauby和Kuo，2000年；O'Connor和Kuo，2009年）。在滑倒机制方面，我们假设滑倒距离和峰值速度（以下简称滑倒幅度）会随坡度角度增加而增加，取决于滑倒发生时间和坡度方向的相互作用；仅在横向坡道上，下坡侧脚滑倒后的滑倒幅度更大。滑动方向预计仅受坡度方向影响。最后，我们假设补偿性步态方向也会受坡度方向影响，而步长会随着滑倒发生时间的推进和坡度角度的增加而延长。了解斜坡表面滑倒对动态平衡的威胁及其引发的反应，有助于制定新的环境安全措施，以防止家庭和工作场所的跌倒，以及更全面的平衡训练方案。
部分内容片段
参与者招募
21名健康的年轻人（平均年龄±标准差：24.45±3.22岁，身高：1.73±0.08米，体重：72.98±12.27公斤，性别：9女/12男）在单次实验室访问中参与了本研究。所有参与者均无可能影响步态的情况，也未使用拐杖、助行器、假肢或矫形器；无关节或肌肉疼痛、未控制的高血压、怀孕史，以及除挫伤、撕裂和擦伤以外的既往跌倒史。
不同条件下的滑倒分布
本研究共进行了565次滑倒干扰实验，其中52次（占尝试次数的9.2%）因未能引发滑倒而被排除在分析之外（表1）。在这52次失败的滑倒实验中，48.1%发生在下坡道上（占下坡实验的19.8%），34.6%发生在横向坡道上（占横向坡实验的7.2%），7.7%发生在上坡道上（占上坡实验的3.2%）。就坡度角度而言，25%的失败实验发生在10°的坡道上（占10°坡度实验的5.2%），65.4%发生在5°的坡道上
讨论
本研究旨在探讨斜坡表面对滑倒特征及相应恢复策略的影响。正如假设的那样，支撑阶段后期滑倒发生时间会降低跌倒率、滑倒机制和补偿性步态调整。更陡的坡度角度与更高的跌倒率、更大的滑倒幅度、更靠前的滑动方向和更短的补偿性步态相关。坡度方向对跌倒率没有显著影响，但
结论
本研究提供了证据，表明各种斜坡表面给行走带来的滑倒相关平衡威胁。观察到了许多不同于平坦地面行走时的滑倒干扰和相应的恢复策略，这说明动态平衡可能受到多种干扰，需要多种恢复技能。通过基于干扰的平衡训练，可以针对平坦地面滑倒后最独特的恢复技能进行训练
CRediT作者贡献声明
科宾·M·拉斯穆森（Corbin M. Rasmussen）：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、方法学、调查、数据分析、概念化。阿卜杜勒拉赫曼·瓦塔斯（Abderrahman Ouattas）：撰写——审稿与编辑、调查、数据分析。安德鲁·沃尔斯基（Andrew Walski）：撰写——审稿与编辑、调查、数据分析。布莱恩·A·纳尔（Brian A. Knarr）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法学。卡罗琳·库尔策（Carolin Curtze）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法学。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了美国国立卫生研究院（资助编号R15AG063106、P20GM109090）的资助。作者感谢Ciera Sanwick、Seongwoo Mun和Evan Sueper在数据收集、数据处理和WASP设备维护方面的帮助，以及Kota Takahashi和Dawn Venema对本研究方法和解释提供的宝贵意见。
