Abstract: The study aimed to clarify the lower limb kinematic and dynamics characteristics of patellofemoral pain (PFP) patients during running with different cognitive tasks, so as to provide references for finding movement patterns that could reduce patellofemoral joint stress (PFJS) during running. The study recruited 46 male patellofemoral pain patients, and the lower-limb kinematics and dynamics data in no task, musical task and mental arithmetic task were respectively collected by infrared motion capture system (Nokov Mars2H) and three-dimensional force plate (Bertec). Repeated measurement ANOVA was used to identify the effects of different cognitive tasks on lower-limb biomechanics parameters, and the relationship between lower-limb biomechanics characteristics and PFJS was identified by Pearson's bivariate correlation. The results showed that: (1) Compared with no task, both the music task and the mental arithmetic task increased the step length of PFP patients (P<0.001). The music task also increased knee flexion angle (P=0.005) and decreased ankle plantarflexion moment (P=0.022) for PFP patients, and the mental arithmetic task decreased the hip adduction moment (P<0.05) and step frequency (P<0.001). (2) Regardless of the cognitive task, the step length and knee flexion angle were positively correlated with peak PFJS (P<0.05), and ankle plantarflexion moment was negatively correlated with peak PFJS (P<0.05). Under the mental arithmetic task, hip adduction moment (R²=0.162, P=0.006) and step frequency (R²=0.123, P<0.017) were negatively correlated with peak PFJS. The conclusion showed that: patellofemoral joint stress may be increased by increased knee flexion, ankle dorsiflexion and increased stride length during musical task running in patellofemoral pain patients; movement characteristics such as smaller hip inversion, long stride length and slow stride frequency during mental arithmetic task running may increase patellofemoral joint stress. It is recommended that listening to music during running, patellofemoral pain patients should use a more upright knee movement pattern to reduce patellofemoral joint stress and also take care to reduce stride length. Furthermore, patellofemoral pain patients can reduce patellofemoral joint stress and prevent pain recurrence by strengthening the hip adductors and ankle plantar flexors, which help prevent pain recurrence caused by mind-wandering during running.

Keywords: sports biomechanics；patellofemoral pain patients；patellofemoral joint stress；cognitive task；running