经颅直流电刺激对人体单腿落地稳定性的影响

doi:10.12307/2024.439

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (26): 4209-4215.doi: 10.12307/2024.439

• 组织构建与生物力学 tissue construction and biomechanics • 上一篇下一篇

经颅直流电刺激对人体单腿落地稳定性的影响

林秦兆 1，魏梦力1，2，钟亚平1，2，吴倩1，周博韬1，王海锋1

1武汉体育学院体育大数据研究中心，湖北省武汉市 430079；2湖北省运动与健康创新发展研究中心，湖北省武汉市 430079

收稿日期:2023-07-08 接受日期:2023-08-07 出版日期:2024-09-18 发布日期:2023-10-07
通讯作者: 钟亚平，博士，博士生导师，武汉体育学院体育大数据研究中心，湖北省武汉市430079；湖北省运动与健康创新发展研究中心，湖北省武汉市 430079
作者简介:林秦兆，男，1999年生，福建省厦门市人，汉族，武汉体育学院在读硕士，主要从事运动控制理论与实践相关研究。魏梦力，男，1995年生，湖北省襄阳市人，汉族，武汉体育学院在读博士，主要从事运动控制理论与实践相关研究。
基金资助:
湖北省教改项目(2022395)，课题名称：新时代体育院校运动训练专业学科能力模型构建与实践，项目负责人：钟亚平；国家体育总局决策咨询研究项目(2023-B-19)，课题名称：全国数字体育实验室框架体系及评审标准研究，项目负责人：钟亚平；国家社科基金后期资助重点项目(22FTYA001)，课题名称：数字赋能构建更高水平全民健身服务体系研究，项目负责人：钟亚平

Effect of transcranial direct current stimulation on human single-leg landing stability

Lin Qinzhao1, Wei Mengli1, 2, Zhong Yaping1, 2, Wu Qian1, Zhou Botao1, Wang Haifeng1

1Sports Big Data Research Center of Wuhan Sports University, Wuhan 430079, Hubei Province, China; 2Hubei Sports and Health Innovation and Development Research Center, Wuhan 430079, Hubei Province, China

Received:2023-07-08 Accepted:2023-08-07 Online:2024-09-18 Published:2023-10-07
Contact: Zhong Yaping, PhD, Doctoral supervisor, Sports Big Data Research Center of Wuhan Sports University, Wuhan 430079, Hubei Province, China; Hubei Sports and Health Innovation and Development Research Center, Wuhan 430079, Hubei Province, China
About author:Lin Qinzhao, Master candidate, Sports Big Data Research Center of Wuhan Sports University, Wuhan 430079, Hubei Province, China Wei Mengli, Doctoral candidate, Sports Big Data Research Center of Wuhan Sports University, Wuhan 430079, Hubei Province, China
Supported by:
Education Reform Project of Hubei Province, No. 2022395 (to ZYP); Decision-making Consultation Research Project of General Administration of Sport of China, No. 2023-B-19 (to ZYP); Key Project Funded by the National Social Science Fund, No. 22FTYA001 (to ZYP)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

经颅直流电刺激：是一种非侵入脑刺激技术，通过放置在头皮上的2个或多个电极释放低振幅电流(通常为1.0-2.0 mA)来提升皮质兴奋性，可显著改善人体本体感觉、下肢力量，进而提高人体动作稳定性。
单腿落地稳定性：指人体单腿落地时维持身体姿态平衡、抵抗外部干扰的能力，该能力具体可表现为核心稳定性、下肢关节稳定性、压力中心稳定性3个方面。

背景：经颅直流电刺激作为一种非侵入脑刺激技术可即时提高人体肌肉力量，或可即时提升人体单腿落地稳定性，但尚未有相关研究进行论证。

目的：验证经颅直流电刺激对人体单腿落地稳定性的影响。
方法：选择武汉体育学院男性大学生为受试者，按随机数字表法分为A组(n=6)和B组(n=5)，A组受试者先接受假刺激，随后经过3 d的清洗期，再接受经颅直流电刺激；B组受试者先接受经颅直流电刺激，随后经过3 d的清洗期，再接受假刺激，刺激后即刻进行单腿落地测试，采集并分析受试者单腿落地时的生物力学参数。将经颅直流电刺激干预的数据汇总为试验组数据，假刺激干预的数据汇总为对照组数据。

结果与结论：①核心稳定性：经颅直流电刺激干预与落地高度对躯干最大屈曲角具有交互效应(P < 0.05)，在30 cm落地高度条件下，相较于假刺激，经颅直流电刺激后受试者躯干最大屈曲角显著降低；经颅直流电刺激干预对躯干最大侧屈角、躯干侧屈角速度具有主效应(P < 0.05)，相较于假刺激，经颅直流电刺激后受试者躯干最大侧屈角、躯干侧屈角速度显著降低；②下肢关节稳定性：经颅直流电刺激干预对踝关节最大外翻角具有主效应(P < 0.05)，相较于假刺激，经颅直流电刺激后受试者踝关节最大外翻角显著降低；经颅直流电刺激干预对腓肠肌外侧头的峰值激活水平具有主效应(P < 0.05)，相较于假刺激，真刺激后腓肠肌外侧头的峰值激活水平显著提升；经颅直流电刺激干预与落地高度对胫骨前肌的峰值激活水平具有交互效应(P < 0.05)，在60 cm落地高度条件下，相较于假刺激，经颅直流电刺激后受试者胫骨前肌峰值激活水平显著升高；③压力中心稳定性：经颅直流电刺激干预与落地高度对压力中心横向平均位移距离、压力中心横向平均位移速度、压力中心纵向平均位移距离、压力中心纵向平均位移速度等指标均无交互作用(P > 0.05)，经颅直流电刺激干预对各压力中心指标均无主效应(P > 0.05)；④结果表明：经颅直流电刺激可即刻改善人体单腿落地时的核心稳定性与下肢关节稳定性，可将其作为运动前的重要热身手段，提高人体单腿落地稳定性、降低下肢损伤风险。

https://orcid.org/0000-0001-6708-8447(林秦兆)；https://orcid.org/0000-0001-8451-185X(魏梦力)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 经颅直流电刺激, 稳定性, 单腿落地, 身体控制, 肌肉激活, 核心稳定性, 下肢

Abstract: BACKGROUND: Transcranial direct current stimulation (tDCS), as a non-invasive brain stimulation technique, can enhance human muscle strength or improve single-leg landing stability instantly, but no relevant research has demonstrated this yet.
OBJECTIVE: To investigate the effect of tDCS on the stability of single-leg landings in human subjects.
METHODS: Male undergraduate students from Wuhan Sports University were recruited as study participants. They were divided into two groups, A (n=6) and B (n=5), using a random number table. Group A underwent a sham stimulation session followed by a 3-day washout period, after which they received tDCS. Conversely, Group B received tDCS initially, followed by a 3-day washout period, and subsequently underwent the sham stimulation session. Following the respective stimulation sessions, an immediate single-leg landing test was administered to assess and collect biomechanical parameters. Data resulting from the tDCS intervention were aggregated and analyzed as the experimental group dataset, whereas data stemming from the sham stimulation were consolidated as the control group dataset.
RESULTS AND CONCLUSION: Regarding core stability, the tDCS intervention showed a significant interaction with landing height on the maximal trunk flexion angle (P < 0.05). A paired comparison of the data showed a significant decrease in the maximum trunk flexion angle following true stimulation compared to sham stimulation at a 30-cm landing height. Additionally, the tDCS intervention had a significant main effect on the maximum trunk lateral bending angle and the mean trunk lateral bending angular velocity (P < 0.05). Following true stimulation, there was a significant decrease in the maximum trunk lateral bending angle and the mean trunk lateral bending angular velocity compared to sham stimulation. In terms of lower limb joint stability, the tDCS intervention had a significant main effect on the maximum dynamic ankle valgus angle (P < 0.05). This resulted in a significant decrease in the angle following true stimulation compared to sham stimulation. In addition, the tDCS intervention had a significant main effect on the peak muscle activation of the lateral head of the gastrocnemius lateralis (P < 0.05). This showed a significant increase after true stimulation compared to sham stimulation. An interaction between the tDCS intervention and landing height was observed for the peak muscle activation of the tibialis anterior (P < 0.05). Paired comparison analyses revealed a significant increase in muscle activation after true stimulation specifically at a 60-cm landing height. Regarding center of pressure stability, there were no significant interactions or main effects of the tDCS intervention on the mean lateral displacement, mean lateral displacement velocity, mean anterior-posterior displacement, or mean anterior-posterior displacement velocity at the center of pressure (P > 0.05). Furthermore, the tDCS intervention had no significant main effects on any of the center of pressure indicators (P > 0.05). In conclusion, tDCS can immediately improve core stability and lower limb joint stability during single-leg landing, making it an effective warm-up technique for improving single-leg landing stability and reducing the risk of lower limb injuries.

Key words: transcranial direct current stimulation, stability, single-leg landing, body control, muscle activation, core stability, lower limbs

中图分类号:

林秦兆, 魏梦力, 钟亚平, 吴倩, 周博韬, 王海锋. 经颅直流电刺激对人体单腿落地稳定性的影响[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(26): 4209-4215.

Lin Qinzhao, Wei Mengli, Zhong Yaping, Wu Qian, Zhou Botao, Wang Haifeng. Effect of transcranial direct current stimulation on human single-leg landing stability[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(26): 4209-4215.

图/表（结果） 7

2.1 参与者数量分析研究所招募的11名受试者均完成所有测试，测试结果均为有效，全部数据进入结果分析。
2.2 tDCS干预后受试者单腿落地核心稳定性变化研究结果显示，tDCS干预与落地高度对躯干最大屈曲角具有交互效应(F=3.541，P=0.018)，经成对比较分析发现，在30 cm落地高度条件下，相较于假刺激，tDCS真刺激后受试者躯干最大屈曲角显著降低，差值为(10.210±1.796)°；此外，tDCS干预对躯干最大侧屈角具有主效应(F=12.131，P=0.007)、对躯干侧屈角速度具有主效应(F=12.318，P=0.007)，相较于假刺激，tDCS真刺激干预后受试者躯干最大侧屈角显著变小，躯干侧屈角速度显著降低，见表1。

2.3 tDCS干预后受试者单腿落地下肢关节稳定性变化研究结果显示，tDCS干预对踝关节最大外翻角具有主效应(F=41.554，P=0.001)，相比假刺激，tDCS真刺激后受试者踝关节最大外翻角显著减小，见表2。tDCS干预对膝关节共激活比无主效应，见图5。

在肌肉峰值激活水平方面，tDCS干预对腓肠肌外侧头的峰值激活水平具有主效应(F=7.083，P=0.024)，相较于假刺激，tDCS真刺激干预后受试者腓肠肌外侧头的峰值激活水平显著提升。tDCS干预与落地高度对胫骨前肌的峰值激活水平具有交互效应(F=4.912，P=0.018)，进行成对比较后发现，在60 cm落地高度条件下，相较于假刺激，tDCS真刺激后的胫骨前肌峰值激活水平显著升高，增长幅度为0.263±0.096，见图6。

在肌肉峰值激活用时方面，tDCS干预对下肢各肌肉峰值激活用时均无主效应(P > 0.05)，见图7。

2.4 tDCS干预后受试者单腿落地压力中心稳定性变化研究结果显示，刺激类型与落地高度对压力中心横向平均位移距离、压力中心横向平均位移速度、压力中心纵向平均位移距离、压力中心纵向平均位移速度等指标均无交互作用(P > 0.05)；tDCS干预对各压力中心指标均无主效应(P > 0.05)，见图8。

2.5 不良事件测试过程中所进行的tDCS干预没有受试者报告不良反应，未对受试者造成不良影响。

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引言

跳跃-落地是体育运动中基础的技术动作之一，常见于篮球、排球、手球等运动中[1]，下肢落地方式可分为双腿落地和单腿落地。研究表明相较于双腿落地，人体单腿落地时更易失去平衡[2]，从而导致膝关节外翻程度与承受的前剪切力显著增加[3-4]，进而诱发非接触性前交叉韧带损伤的发生[5]。因此，强化人体单腿落地的稳定性尤为重要，对降低非接触性前交叉韧带损伤风险、维持人体运动表现具有重要意义[6-7]。
人体单腿落地稳定性可具体表现为核心稳定性、下肢关节稳定性、压力中心稳定性3个方面，其中核心稳定性指人体受外界干扰时维持躯体中立位的能力[8]，关节稳定性指人体受到外界干扰时关节维持原有活动状态、减少平移与扭转幅度的能力[9]，压力中心稳定性体现为人体压力中心位移偏离地面初始受力点的程度[10]。现临床层面主要采用了2种干预方式以改善人体单腿落地的核心稳定性、下肢关节稳定性、压力中心稳定性，进而全面提升人体单腿落地稳定性：一是对人体下肢主要关节缠绕非弹性的或弹性肌内效贴，从而提高关节稳定性，进而改善人体单腿落地稳定性[11-12]；二是对人体躯干核心及下肢进行力量训练，提高人体单腿落地时的肌肉收缩力量，从而提高人体单腿落地时的核心稳定性、下肢关节稳定性与压力中心稳定性[13-14]。虽然上述2种方式都已被证实具有改善人体单腿落地稳定性的功效，但也具有明显的应用短板：非弹性运动肌贴虽可显著增强关节稳定性，但一定程度上限制了下肢肌肉、关节活动度，将不利于下肢肌肉拉长-缩短效应的产生，进而影响人体肌肉力量输出与动作协调性[15]，而弹性的肌内效贴改善关节稳定性的效果一般[16]；力量训练则需较长的干预周期才能产生一定的改善功效，并不能即刻改善人体单腿落地稳定性，具有干预效果滞后的缺点[17]。因此，探寻对人体活动无限制，且干预效果即时性强的人体单腿落地稳定性提升手段尤为必要。
经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation，tDCS)作为一种非侵入脑刺激技术通过放置在头皮上的2个或多个电极释放低振幅电流(通常为1.0-2.0 mA)来提升皮质兴奋性[18-19]，以强化大脑对肌肉的募集功能[20]，提升人体神经肌肉协调效率。以往研究表明，tDCS可显著改善人体本体感觉、下肢力量，进而提高人体动作稳定性。如YI等[21]采用tDCS刺激老年人运动皮质区后发现，老年人步态活动时的本体感觉能力显著增强、步态稳定性显著提升。部分学者研究指出，tDCS干预受试者脑部运动皮质区后可显著增加下肢肌肉激活程度，进而显著提升其动态平衡测试过程中的身体姿态稳定性[22-23]。而早先研究已表明，人体本体感觉、下肢肌肉激活程度与人体单腿着地稳定性密切相关[24-25]，因此在理论层面上，tDCS或具有即时提升人体单腿落地稳定性的潜在功效，但当前相关研究尚未对该领域进行探讨。此次研究将采集tDCS干预下人体单腿落地的生物力学参数，验证tDCS即刻改善人体单腿落地稳定性的潜在应用价值。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1.1 设计参考相关研究[26]，采用随机、双盲、自身对照交叉研究设计。
1.2 时间及地点研究于2022年9-10月在武汉体育学院大数据研究中心完成。
1.3 对象招募武汉体育学院11名男性大学生篮球运动员作为受试者，年龄(19.62±5.73)岁，身高(186.73±5.72) cm，体质量(76.52±9.56) kg，优势侧右侧，均为国家二级运动员。按随机数字表法将11名受试者分为A组(n=6)和B组(n=5)。试验前24 h内未进行剧烈运动，且每次测试开始前4 h内未食用含咖啡因等有兴奋作用的饮料[20]。受试者知晓试验目的与流程，并统一签署了知情同意书。研究已通过武汉体育学院医学伦理委员会审查，批准编号为2022049。
样本量计算：参考以往研究[27-28]，通过G*Power 3.1.9软件，预先估算研究所需样本量，功效值、Ⅰ类误差α、效应量分别设置为0.85，0.05，0.4，计算样本至少需10人。
纳入标准[29-30]：男性篮球运动员，且运动等级为国家二级以上。
排除标准：受试者在试验前6个月内有下肢或腰部损伤；有精神类或神经类疾病史；服用过精神类药物，如镇静剂等。
1.4 方法

1.4.1 试验仪器介绍参考现有研究[31]，在试验测力台落地点正面和侧面的4 m处设置2台高速摄像机，并将2台摄像机主光轴之间的夹角设置为90°(图1)，采样频率设置为100 Hz。使用高速摄像机全程记录受试者单腿落地的运动视频，采用瑞士Dartfish动作捕捉系统，解析受试者躯干和下肢关节运动学数据，并采用低通滤波器对数据进行滤波处理，滤波器的截止频率设置为10 Hz[7]。

采用美国Delsys公司的16通道无线表面肌电系统，根据以往研究设置7块传感单元[32]，分别贴合于受试者下肢的股二头肌、半腱肌、股直肌、股内侧肌、股外侧肌、胫骨前肌和腓肠肌外侧头[33]。采集受试单腿落地的肌电数据，采样频率设置为2 000 Hz，采集的数据经过带通滤波器处理，截止频率设置为10-500 Hz[7]。对滤波后的信号进行整流，并选用测试过程中各肌肉最大的肌电信号值进行标准化处理[34]。
采用瑞士生产的Kistler三维测力台1块，采集受试者单腿落地的动力学数据，采样频率为2 000 Hz。采集数据经过低通滤波器处理，截止频率设置为50 Hz[35]。

采用美国Halo-Sport经颅直流电刺激耳机对受试者大脑运动皮质区进行刺激(图2)。Halo-Sport耳机与头皮接触位置设有3块面积为24 cm2的刺激电极，通过其电极可施加2 mA的直流电刺激于受试者头皮上(图3)，旨在引发头部两侧运动皮质的神经可塑性变化[36]。

1.4.2 测试流程根据以往研究的tDCS刺激方案[37]，设置tDCS真刺激、假刺激2种干预，在真刺激条件下，施加2 mA的电流刺激于受试者头顶的运动皮质区域，刺激持续时间为20 min。而在假刺激条件下，干预时间与真刺激相同，但电流刺激仅持续30 s，随后立即归零，作为安慰剂干预。
A、B组受试者将完成2次测试。A组受试者先接受假刺激，随后经过3 d的清洗期(仅进行必要的日常活动，禁止高强度训练、服用咖啡等兴奋类饮品)[38]，再接受tDCS真刺激。B组的测试流程与A组相反，受试者先接受tDCS真刺激，经过同样为3 d的清洗期后再接受假刺激。为确保主要测试人员保持盲态，在测试时，指定1名单独的干预人员负责所有测试的干预，并保密tDCS的刺激类型。每次刺激结束后，受试者即刻以双脚开立与肩同宽的姿势站于测试跳台上，沿着测试跳台边缘下落，单腿落地于测力台平面并维持稳定。受试者需在测试设备同步启动的闪光信号发出后再开始测试，依次在高度为30，45，60 cm的测试跳台完成动作，测试时间为3 min。受试者总共需要完成6组随机测试(2种刺激状态×3个落地高度)，各测试高度需要进行3次重复数据采集。为排除不同鞋型对试验结果的干扰，在整个测试过程中，受试者需穿着此次试验提供的试验用鞋(Nike Air Zoom Pegasus 34)。

测试完成后，tDCS真刺激干预的数据汇总为试验组数据，假刺激干预的数据汇总为对照组数据，进行自身对照比较。测试过程流程见图4。

1.5 主要观察指标基于已有研究[39-40]，记录受试者从单腿落地时刻到缓冲结束时刻的生物力学参数，以分析其核心稳定性、下肢关节稳定性、压力中心稳定性变化，其中落地时刻被定义为当地面垂直反作用力超过20 N的时刻，而缓冲结束时刻则被定义为髋关节中心下降到垂直高度最低点的时刻。
核心稳定性指标：躯干最大屈曲角(肩峰与股骨大转子连线投影至地面的夹角)、躯干屈曲角速度、躯干最大侧屈角(C7椎棘突与L5棘突连线与地面垂直的夹角)、躯干侧屈角速度[31]。
下肢关节稳定性指标：膝关节最大外翻角[29]、踝关节最大外翻角[41]、下肢各肌肉的肌肉激活峰值(下肢落地时刻至缓冲结束时刻过程中峰值肌电值)[42]、肌肉激活峰值用时(肌肉激活开始达到峰值肌电值的用时)[43]、膝关节周围肌肉共激活比(指一段时间内膝关节拮抗肌与主动肌激活程度的比值)[44]。参考相关研究[34]，选取触地瞬间后50 ms内股四头肌(股直肌、股外侧肌、股内侧肌之和)、腘绳肌(股二头肌、半腱肌之和)的肌电信号均方根振幅值计算膝关节周围肌肉共激活比。

公式(1)中，RMS为均方根振幅值，i为原始肌电数据序列中的数值，N为原始肌电数据序列长度。
压力中心稳定性指标：压力中心的横向平均位移距离、横向平均位移速度、纵向平均位移距离、纵向平均位移速度等动力学指标[45]。
1.6 统计学分析使用Shapiro-Wilk检验各数据指标分布的正态性，采用双因素(刺激类型×落地高度)重复测量方差分析两种刺激干预后，不同落地高度条件下单腿落地动作的核心稳定性、下肢关节稳定性、压力中心稳定性变化情况[26，34，46]。统计分析软件为SPSS 21.0，显著性水平α设为0.05。该文统计学方法已经由武汉体育学院统计学专家审核。

讨论

以往研究主要从核心稳定性、下肢关节稳定性、压力中心稳定性3个方面探讨人体单腿落地的稳定性，基于此，此次研究系统采集并分析了tDCS干预后人体单腿落地的生物力学参数，进而全面评估tDCS干预对人体单腿落地的核心稳定性、下肢关节稳定性、压力中心稳定性的影响，以验证tDCS在改善人体单腿落地稳定性的潜在功效。
3.1 tDCS干预对人体单腿落地核心稳定性的影响人体核心稳定性指人体受外界干扰时维持躯体中立位的能力[8]。研究表明在人体单腿落地过程中，地面冲击会对人体核心稳定性产生影响，使得躯体偏离中立位，从而造成人体下肢关节受力不均，进而诱发损伤[47]。因此，改善人体单腿落地的核心稳定性，对降低下肢损伤风险具有重要意义。当前用于评估人体单腿落地核心稳定性的主要指标有躯干最大屈曲角、躯干屈曲角速度、躯干最大侧屈角、躯干侧屈角速度等躯干幅度变化指标[41]，此次研究试图观测tDCS干预后上述指标的变化，从而证实tDCS在改善人体单腿落地核心稳定性的功效。
此次研究结果显示相较于假刺激，tDCS真刺激后人体单腿落地的躯干最大屈曲角、躯干最大侧屈角显著降低(P < 0.05)，该结果表明tDCS有效提升了人体单腿落地的核心稳定性。分析结果认为，tDCS改善人体单腿落地核心稳定性的原因如下：①tDCS改善了受试者的本体感觉。本体感觉直接决定了人体空间定位感知水平和关节位置变化感知水平，可间接影响人体核心稳定性[48]。本体感觉能力越好的受试者，其在动态平衡测试过程中的躯干摆动幅度越小[24]。现有研究指出，tDCS刺激人体大脑的运动皮质后，人体的本体感觉功能具有一定改善[49]，这对提升受试者的空间定位感、关节位置感，增强其单腿落地时的核心稳定性具有一定的帮助。②tDCS提升下肢肌肉激活程度。早先研究表明，人体站立时的核心稳定性与下肢股四头肌等肌肉的激活程度具有密切联系[50]，而tDCS可有效激发人体运动皮质的活性，增强大脑对下肢肌肉的募集能力[51]，这对增强人体下肢的肌肉激活程度，提升受试者单腿落地的核心稳定性具有裨益。
3.2 tDCS干预对人体单腿落地下肢关节稳定性的影响关节稳定性指人体受到外界干扰时关节维持原有活动状态、减少平移与扭转幅度的能力[9]。研究表明，在人体单腿落地过程中维持下肢关节稳定性尤为必要，将有效降低下肢关节的损伤风险[52-53]。现研究多以膝关节外翻角、踝关节外翻角等指标反映人体单腿落地时的下肢关节稳定性[54]，此次研究通过观察上述指标变化来分析tDCS在改善人体单腿落地下肢关节稳定性的功效。
此次研究结果显示相较于假刺激，tDCS真刺激后受试者的踝关节外翻角显著减小，而膝关节最大外翻角无显著变化，该结果显示tDCS在改善人体单腿落地时的下肢关节稳定性方面具有一定意义。以往研究表明，人体下肢落地时的关节稳定性主要受下肢肌肉活动影响，具体表现在如下方面：①下肢肌肉共激活水平变化。人体下肢落地时膝关节共激活指数增加，膝关节外翻角度会显著下降[55]。②下肢肌肉激活程度变化。下肢肌肉激活程度反映了下肢肌肉的收缩力量水平[42]，下肢肌肉激活程度越高说明下肢肌肉参与募集的数量越多，产生的肌肉收缩力量越强，对抗外界干扰能力越好。研究发现，患有踝关节不稳定的足球运动员单腿落地时小腿肌肉激活程度低于无踝关节不稳定的足球运动员[25]。③下肢肌肉峰值激活用时变化。下肢肌肉峰值激活用时指肌肉被激活后达到其收缩峰值的耗时，该指标反映了人体中枢系统对肌肉收缩单元的募集速度，下肢肌肉峰值激活用时越短，肌肉的收缩速度与发力率越高[43]。研究表明，当人体下肢落地时，下肢肌肉峰值收缩时间越短发力率越高，人体下肢关节快速应对外界干扰的能力越强，关节损伤风险越低[56]。研究发现，单腿落地后的17-50 ms人体失衡表现明显，该阶段极易造成下肢损伤，维持较快的下肢肌肉收缩速度对快速克制人体失衡速度、维持下肢关节稳定性尤为重要[57]。此次研究采用无线表面肌电系统监测了下肢肌肉的肌电数据，试图明确tDCS改善下肢关节稳定性的机制。
肌电分析结果显示相较于假刺激，tDCS真刺激后受试者下肢关节肌肉共激活水平无显著变化，下肢各肌肉的峰值激活用时无显著变化。在60 cm落地高度条件下，受试者胫骨前肌的峰值激活水平有显著提升，该结果说明，tDCS改善人体单腿落地时下肢关节稳定性的机制主要是通过提升人体下肢肌肉激活程度，从而增加肌肉发力，进而增强下肢关节对抗外界干扰的能力，以维持下肢关节稳定性。因此，可将tDCS作为一种运动前的热身手段即时性地提高人体小腿肌肉峰值收缩力，快速提升人体单腿落地稳定性，降低单腿落地损伤风险，该方法可有效避免了传统人体稳定性抗阻力量训练的效应滞后缺点。
3.3 tDCS干预对人体单腿落地压力中心稳定性的影响压力中心指地面反作用力矢量的作用点，人体单腿落地压力中心稳定性指受试者单腿落地后，压力中心位移偏离地面初始受力点的程度[10]。压力中心稳定性受人体核心稳定性、下肢关节稳定性影响，因此该指标可综合反映人体单腿落地稳定性。KAWAGUCHI等[42]发现，未患有慢性踝关节不稳的健康人群在单腿落地时的重心偏移距离和速度显著低于患有慢性踝关节不稳的人群。KAJI等[58]对受试者进行核心稳定性训练干预后，其站立时压力中心位移幅度显著下降。此次研究参考以往试验，纳入了压力中心横向平均位移距离、压力中心横向平均位移速度、压力中心纵向平均位移距离、压力中心纵向平均位移速度分析指标，以明确tDCS对人体单腿落地压力中心稳定性的影响。
研究结果显示tDCS干预后，受试者压力中心横向平均位移距离、压力中心横向平均位移速度、压力中心纵向平均位移距离、压力中心纵向平均位移速度均无显著变化，tDCS未能有效提升受试者单腿落地时压力中心稳定性。虽然此次研究已发现tDCS可有效提升受试者核心稳定性与下肢关节稳定性，但上述改善对降低受试者压力中心波动的作用较小。不过从图8可看出，tDCS真刺激后受试单腿落地的压力中心位移距离与位移速度已呈现出一种下降趋势，虽然该变化趋势未出现显著统计效力，但后期可进一步增加受试者规模或对女性受试者进行测试，进一步探究tDCS在降低单腿落地压力中心波动的潜在效果。
3.4 研究的局限性研究尚有如下不足：①在研究设计上，只观测了单次tDCS刺激后改善人体单腿落地稳定性的急性效应，后期可延长干预周期，以持续观测多次tDCS刺激后改善人体单腿落地稳定性的长期效应，或可发现更多有价值的研究信息；②在研究对象上，仅限于男子篮球运动员，研究结论不完全适用于不同性别、不同运动项目的人群，因此后期可进一步扩大受试者范围，以更好地观测tDCS改善不同人群单腿着地稳定性的潜在功效。
3.5 结论 tDCS可即刻改善人体单腿落地的核心稳定性与下肢关节稳定性，可将其作为运动前的重要热身手段以降低人体运动过程中单腿落地时的损伤风险。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

经颅直流电刺激对人体单腿落地稳定性的影响

Effect of transcranial direct current stimulation on human single-leg landing stability

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