（体育人文社会学专业论文）竞走技术的生物力学分析及其损伤隐患.pdf

m a s t e rd i s s e r t a t i o n s h a n d o n gi n s t i t u t eo fp e a n ds p o r t s t h e p o t e n t i a li n j u r ya n db i o m e c h a n i c sa n a l y s i so f r a c ew a l k i n g y a n g x i a o - j u n ( s p o r t sb i o m e c h a n i c s ) s u p e r v i s o r ： p r o f e s s o rm a od e w e i j u n e 2 0 1 1 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是在我个人在导师指导下独立进行研究所取得 的成果。除了文中特别加以标注引用的内容和致谢的地方外，论文中不包含任何 其他任何或集体已经发表或撰写过的研究成果，与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均己论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：和獬 导师签名： 学位论文版权使用授权书 唧呼 本人完全了解山东体育学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交 论文，并编入有关数据库。 学位论文作者签名：栖埸眵磊 导师签名： 签字日期：f f 年莎月易目签字日期：小17 年臼乃日 目录 摘要i a b s t r a c t 工i i 1 前言1目u 吾1 1 1 问题的提出1 1 2 文献综述1 1 2 1 竞走1 1 2 2 正常走3 1 2 3 损伤4 1 3 目前研究存在的问题与今后的研究前景5 1 4 研究的目的和意义5 1 5 研究假设6 2 研究方法与步骤6 2 1 研究对象6 2 2 研究方法6 2 2 1 实验仪器及要求6 2 2 2 测试方法6 2 2 3 数据处理和分析7 2 2 4 研究指标及其标定8 2 2 5 统计学方法9 2 2 6 技术路线1 0 3 研究结果1 0 3 1 足底压力1 1 3 1 1 最大压强峰值( m p p ) ：1 1 3 1 2 负荷变化率( l o a dr a t e ) ：1 2 3 1 3 达最大压强峰值的时间( p r e s s u r e - t o - t i m er a t i o ) ：1 4 3 1 4 足底压力中心轨迹( c o p ) ：1 4 3 1 5 地面反作用力：1 6 3 2 运动学1 7 3 2 1 支撑腿触地时的髋、膝、踝关节角度1 7 3 2 1 支撑腿离地时的髋、膝、踝关节角度1 7 4 讨论1 8 4 1 足底损伤1 8 4 2 下肢损伤2 1 4 3 研究限制2 3 5 结论2 3 参考文献2 4 摘要 研究目的：本研究通过对竞走和正常走在足底压力和运动学等方面的指标对比 研究，找出竞走与正常走在足底压力和运动学指标上的差异，根据竞走的技术动 作特点和规则限制，针对出现差异的地方进行描述，然后结合解剖学和医学知识 对出现差异的部位进行分析讨论，以便于我们更好得理解竞走技术和竞走潜在的 损伤因素。 研究对象：本次研究选取山东省优秀竞走运动员1 4 名( 男9 名，女5 名) ，要 求有一定的训练年限，身高1 7 3 1 4 7 8 6c m 、体重6 0 + 9 9k g 、年龄2 0 3 6 2 4 4 岁、训练年限3 8 6 1 2 9 年。研究对象在测试前6 各月至测试开始时无 任何腿部疼痛或疾病，所有测试对象在测试前均已签署测试协议并得知了测试的 全部步骤及意义。 实验仪器：足底压力测力板( r s s c a n 公司，比利时，尺寸为2 m x0 4 m x0 0 2 m ， 共包含1 6 ，3 8 4 个传感器，每c m 2 包含传感器2 个，采样频率1 2 6 h z ) 测试运动员足 底压力数据。摄像机( s o n y9 8 0 0 ，拍摄频率5 0 h z ，曝光时间1 2 5 0 s ) 2 台，拍摄测 试对象的下肢运动。 实验过程：受试者被要求身上贴好反光点用两种走法在周围安置摄像机的测力 板上行走。一种是光脚在测力板上进行正常走，每个受试者都被要求走5 次，每 两次中间休息3 分钟。另一种是光脚在测力板上进行平时训练步速的竞走，每个 受试者都被要求走5 次，每两次中间休息3 分钟。为了防止对正常走的干扰，先 对受试者进行正常走的测试，再进行竞走测试。 主要测量指标： a ) 动力学指标：足底各分区压强峰值( m p p ) 、负荷率( l o a dr a t e ) 、达最大压强 时间( p r e s s u r e - t o - t i m er a t i o ) 、足底压力中心轨迹( c o p ) 、地面反作用力曲 线( g r f ) 。 b ) 运动学指标：支撑腿触地和离地时髋、膝、踝关节各关节角度。 实验结果 1 、动力学特征：竞走比正常走在足底第四、五跖骨区、足中部、足跟外侧区的压 t 强峰值显著大，竞走足底所有区域的负荷变化率都比正常走的大；竞走在脚后 跟区域达最大压强时的时间比正常走的早，在足中部和第五跖骨区比正常走 晚，在第一至第四跖骨区和趾骨区都比正常走的要早；竞走比正常走的足底压 力中心轨迹偏向脚掌外侧；竞走比正常走时足底受到的地面反作用力要大。 2 、运动学特征：在支撑腿落地瞬间，竞走时髋关节前屈角度和膝关节伸直角度要 比正常走时大；在离地瞬间，竞走时膝关节伸直角度和踝关节跖屈角度都比正 常走时大。 结论 1 、竞走在地面反作用力的第一峰值显著比正常走的大，足跟外侧的最大压强值也 比正常走的大。这种差异是由于竞走时要求膝盖伸直，髋关节内收，以足跟着地， 勾脚尖，并沿脚掌外侧向前滚动的特殊走法造成的。长期进行这种特殊走法容易 产生滑囊炎、跟骨痛等足跟痛病症，这是产生足底损伤的一个潜在的因素。 2 、竞走在第四、五跖骨区和足中部的压强峰值显著比正常走的大，而且竞走在足 底压力中心轨迹的曲线明显比正常走偏向脚外侧。这种差异是由于竞走时要求以 足跟着地，并沿脚掌外侧滚动向前过渡的特殊走法引起的足底在各个区域的受力 严重不平衡造成的，这容易引起脚底跖腱膜炎和跖骨应力性骨折等病症，这是产 生足底损伤的又一个潜在因素。 3 、竞走在地面反作用力的第二峰值显著比正常走大，且足底压力中心轨迹在脚前 段处明显比正常走多了一个拐点。这种差异是由于竞走时要求无明显的腾空现象， 运动员为了保持行走的水平方向上的速度，主要利用前脚，特别是大脚趾扒地的 力量产生向前的动力，容易引起大脚趾处的肌肉拉伤和骨折等病症，这是产生足 底损伤的另一个潜在的因素。 4 、竞走和正常走在地面反作用力的第一峰值和谷值都比正常走的大，在触地时膝 关节显著比正常走大，几乎伸直。这种差异是由于竞走要求以脚跟着地，支撑腿 在触地瞬间必须伸直直至身体垂直面的特殊规定造成的。膝关节伸直状态下受到 来自上身和小腿的力的相向作用以及足的外翻引起的胫骨扭力对半月板的挤压、 摩擦，使膝关节受到损伤，这是产生下肢损伤的一个潜在因素。 5 、竞走在触地时髋关节的角度比和正常走大。这种差异是由于竞走规则要求支撑 腿在触地瞬间必须伸直直至身体垂直面造成的。在落地时髋关节需要内收以使双 t i 脚落点保持在一条直线上，股骨头会与髋臼发生挤压，造成髋臼软骨组织磨损， 甚至导致髓关节炎症的发生。我们认为这是产生下肢损伤的另一个潜在的因素。 关键词：竞走；生物力学；损伤隐患 a b s t r a c t o b j e c t i v e s ：t h ep u r p o s eo ft h i ss t u d yi s t od e s c r i b et h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nr a c e w a l k i n ga n dn o r m a lw a l ko np l a n t a rp r e s s u r ed i s t r i b u t i o na n dk i n e m a t i c sp a r a m e t e r s ， a n da n a l y z et h ed i f f e r e n c e sb ya n a t o m ya n di a t r o l o g yk n o w l e d g et of i n dt h ep o t e n t i a l i n j u r yf a c t o r i e s s u b j e c t s ：f o u r t e e ne l i t er a c ew a l k e r s ( a g e ，2 0 3 6 士2 4 4y e a r s m e a n ( s d ) ；h e i g h t ， 17 3 14 + 7 8 6 c m ；b o d ym a s s6 0 0 0 土9 6 0k g ) f r o ms h a nd o n gw e r er e c r u i t e d s u b j e c t s h a dn oh i s t o r yo fl o w e rl i m bp a t h o l o g ya tt h et i m eo ft h es t u d yo ri nt h ep r e c e d i n gs i x m o n t h s a l lo ft h e mh a v eg i v e ni n f o r m e dc o n s e n t s e t t i n g ：t h ep l a n t a rp r e s s u r ep l a t e ( r s s c a ni n t e r n a t i o n a l ，2 m x o 4 m x o 0 2 m ，1 6 ，3 8 4 r e s i s t i v es e n s o r s ，12 6h za n d2s e n s o r sp e rc m 2 ) w a su s e dt oc o l l e c tp l a n t a rd a t a t w o 5 0h zd i g i t a lc a m e r a s ( s o n y9 8 0 0 ，j a p a n ) w e r ep l a c e da p p r o x i m a t e l y5 ma w a yf r o mt h e r i g h t ，a n dr i g h tf r o n to fp r e s s u r ep l a t ee d g e ，t h e yw e r eu s e dt or e c o r dt h em o v e m e n to f t h e1 0 w e rl i m b p r o t o c o l ：r a c ew a l k e r sw a l k e do nt h ep l a t ew i t ht h e i rt r a i n i n gr a c ew a l k i n gs p e e da n d n o r m a lw a l k i n gp a t t e r nr e s p e c t i v e l y t h ew a l k e r sw o u l dw a l kf i v et i m e si ne a c hp a t t e r n s ， t h r e em i n u t e sa r es e tt or e s tb e t w e e ne a c ht w ot i m e s n o r m a lw a k i n gw o u l db et e s t e d f i r s tt or e d u c et h e i n t e r f e r e n c e sf r o mr a c ew a l k i n g b e f o r et e s t i n g ，t h es u b j e c t s c o m p l e t e dc o n s e n tf o r m sa n dw e r eg i v e ns u f f i c i e n tt i m et ow a r mu p m a i n0 u t c o m em e a s u r e s ： a ) k i n e m a t i c sp a r a m e t e r s ：a n g l e so fh i p ，k n e e ，a n k l ej o i n t sw h e nt h es u p p o r tl e gf i r s t c o n t a c ta n dl a s tc o n t a c tt h eg r o u n d b ) k i n e t i cp a r a m e t e r s ：t h eh i g h e s tp e a kp r e s s u r e ( m p p ) ，l o a dr a t e ，p r e s s u r e t o t i m e r a t i o ( p t r ) ，g r o u n dr e a c t i o np r e s s u r e ( g r p ) a n dd i s p l a c e m e n to fc e n t e ro fp r e s s u r e i i l r e s u l t s ： a ) t h ek i n e m a t i c sc h a r a c t e r i s t i c s ：a tt h ef i s tc o n t a c t ，h i pa n t e f l e x i o na n d k n e ee x t e n s i o n i ss i g n i f i c a n t l yg r e a t e rt h a nt h a to fn o r m a lw a l k a tt h el a s tc o n t a c t ，k n e ee x t e n s i o na n d a n k l ep l a n t a r f l e x i o ni ss i g n i f i c a n t l yg r e a t e rt h a nt h a to fn o r m a lw a l k b ) t h ek i n e t i cc h a r a c t e r i s t i c s ：t h el o a dr a t ei ne v e r y z o n e so fp l a n t a ri sg r e a t e rt h a nt h a t o fn o r m a lw a l ka n dt h em p po fr a c ew a l k i n gi nt h ef o r t ha n df i f t hm e t a t a r s u sa r e s i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h a to fn o r m a lw a l k t h ep t r o nt h eh e e la r e aa n dt h ef i r s tt o f o r t hm e t a t a r s u so fr a c ew a l k i n gi se a r l i e rt h a nt h a to fn o r m a lw a l ka n dl a t e ro nt h e m i d d l ef o o ta n dt h ef i f t hm e t a t a r s u s t h ec o po fr a c ew a l k i n gi sm o r ei n t e r n a lt h a nt h a t o fn o r m a lw a l k t h eg r po ft h er a c ew a l k i n gi sg r e a t e rt h a nt h a to fn o r m a lw a l k c o n e l u s i o n s ： a ) t h e r ea r es i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n tb e t w e e nr a c ew a l k i n ga n dn o r m a lw a l ko nm p p , l o a dr a t e ，c o pi nh e e lz o n e ，t h i si sb e c a u s er a c ew a l k i n gd e m a n d sas p e c i a lm o v et h a t t o e sh a v et od o r s i f l e x i o n ，h e e lt o u c ht h eg r o u n df i r s ta n dp r e r o l la l o n go u t s i d et h e p l a n t a r t h i sw i l lb eap o t e n t i a lf a c t o rf o ri n j u r i e so f r a c ew a l k i n g b ) t h e r ea r es i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n tb e t w e e nr a c ew a l k i n ga n dn o r m a lw a l ko nl o a dr a t e a n dc o pi nb i gt o ez o n e ，t h i si sb e c a u s er a c ew a l k i n gd e m a n d su n c o n s p i c u o u sg r o u n d c l e a r a n c e ，w a l k e r su s et h ef o r e f o o te s p e c i a l l yt h eb i gt o et op u s h - o f ff o raf o r w a r dd r i v e i no r d e rt or e m a i nt h eh o r i z o n t a lv e l o c i t y t h i sw i l lb et h es e c o n dp o t e n t i a lf a c t o rf o r i n j u r i e so fr a c ew a l k i n g c ) t h e r ea r es i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n tb e t w e e nr a c ew a l k i n ga n dn o r m a lw a l ko nl o a dr a t e ， c o pa n dg r pi nm e t a t a r s u sz o n e s ，t h i si sb e c a u s et h e r ea r eu n b a l a n c ef o r c e si n d i f f e r e n tz o n e sf o rr a c ew a l k i n gd e m a n d sas p e c i a lm o v e t h i sw i l lb et h et h i r dp o t e n t i a l f a c t o rf o ri n j u r i e so fr a c ew a l k i n g d ) t h e r ea r es i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n tb e t w e e n r a c ew a l k i n ga n dn o r m a lw a l ko nk n e ej o i n t a tt h ef i s tc o n t a c ta n dl a s tc o n t a c t ，t h i si sb e c a u s er a c ew a l k i n gd e m a n d sas t r a i g h tl e g w h e nt h es u p p o r tl e gt o u c hg r o u n du n t i lt ot h eb o d yp e r p e n d i c u l a rt ot h eg r o u n d ，l e g s t r a i g h tw i t hf o o ti n t r o v e r s i o nm a k eat o r q u eo nt h ek n e e ，t h ek n e ew i l lb ee x t r u s i o na n d r u b ，t h i sw i l lb eap o t e n t i a lf a c t o rf o rl o w e rl i m bi n j u r i e s e ) t h e r ea r es i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n tb e t w e e nr a c ew a l k i n ga n dn o r m a lw a l ko nh i pj o i n t a tt h ef i s tc o n t a c t ，t h i si sb e c a u s er a c ew a l k i n gd e m a n d sas t r a i g h tl e gw h e nt h es u p p o r t l e gt o u c hg r o u n du n t i lt ot h eb o d yp e r p e n d i c u l a rt ot h eg r o u n d ，w h e nt h el e gf i s tt o u c h t h eg r o u n d ，h i ph a v et oa d d u c t i o ni no r d e rt ok e e pt h ef e e to nal i n e ，h i pj o i n tw i l lb e e x t r u s i o na n dr u b ，t h i sw i l lb ea n o t h e r p o t e n t i a lf a c t o rf o rl o w e rl i m bi n j u r i e s k e yw o r d s ：r a c ew a l k i n g ；b i o m e c h a n i c s ；p o t e n t i a li n j u r y v 1 前言 1 1 问题的提出 竞走作为一项运动项目，虽然与跑步和正常走比较相似，但是从生物力学角 度来分析，却与正常走和跑步非常不同，这是由于竞走规则的特殊性所决定的。 1 9 9 6 年竞走新规则要求“竞走是运动员在地面连续行走的一个过程，这个过程没 有明显的腾空现象( 通过人的肉眼) 。前脚在触地瞬间必须伸直( 即不能屈膝) 直 至身体垂直面”这就限定了竞走不能像跑步和正常走那样可以有腾空和屈腿，而 是必须伸直。根据当今对竞走项目的研究情况来看，对竞走的技术和训练都涉及 的非常的多，其中对技术的研究中很多专家指出优秀运动员在支撑腿落地瞬间膝 关节都是成1 8 0 度的，甚至大于1 8 0 度而出现反弓现象，而正常走或者跑步时的 膝关节一般都不会伸直。竞走运动员为了达到规则所限定的技术动作必须要进行 长时间的技术动作定型和训练，而常年坚持这样走法的训练会否对运动员身体构 成一定的损害呢? 1 9 9 8 年f r a n c i s n l 等人做了6 8 2 名竞走运动员参与的大样本测 试，发现2 3 的运动员在职业生涯中发生过一次或者多次伤病，他们同时发现膝 关节和足部位置最容易受到伤害，此外，跟腱扭伤、骨膜炎和韧带扭伤是竞走的 常见病症。由于竞走运动员下肢伤病的性质和位置都反映出其在一定程度上与竞 走运动独特的行走方式有关，而竞走的行走方式是受到竞走规则的制约的，有的 研究者瞳1 甚至建议修改竞走规则，使得运动员在支撑腿着地初期能够有屈膝动作从 而产生一定的缓冲。基于以上的想法，本文决定从生物力学角度来分析竞走和正 常走在走路的过程中足底压力和身体下肢各关节的区别，并揭示竞走的这种特殊 走法会对人体的健康遭成一定的危害隐患。 1 2 文献综述 1 2 1 竞走 足底压力方面的研究： 人体足底压力分布反映有关足的结构、功能及整个身体姿势控制等情况。测 试、分析足底压力，可以获取人体在各体态和运动下的生理、病理力学参数和机 能参数，这对临床医学诊断、疾患程度测定、术后疗效评价、生物力学及康复研 究均有重要意义3 。 1 目前国内对竞走的研究文章很多，但是研究竞走足底压力方面的文章却很少， 查阅中国学术期刊网上2 0 0 3 年至2 0 1 0 年期间，发表的关于竞走足底压力的文章 总共只有三篇。而且比较集中在近几年，2 0 0 8 年张翠h 1 等人对山东省优秀女子竞 走运动员足底压力特征分析时得出，山东省优秀女子竞走运动员着地阶段足跟外 侧压强峰值最大，压力中心由外侧过渡到前脚掌，离地阶段前脚掌压强峰值最大。 她们的技术基本符合国际竞走技术要求，但大脚趾扒地力量太小。同年，孟昭莉旧1 等人对辽宁省优秀竞走运动员的支撑足力学特征研究时指出，竞走支撑足足底压 力时间曲线具有双峰特征，压力中心轨迹在横向摆动幅度较小，纵向位移速度均 匀；支撑时所受冲量分布全足底，在鞋后跟着地阶段大多出现足跟内翻，在足中 部支撑和蹬伸阶段坐足偶有内翻现象出现。2 0 0 9 年苑廷刚哺1 等人对竞走项目的最 大速度能力和足底压力特征进行了研究，他们指出男、女竞走运动员之间在最大 压力、最大压强和平均压强之间无明显差异；足底最大压力基本分布在足底后部， 最大压力中心移动轨迹线基本集中在足底中线，并沿着足中线外侧分布；足底压 力曲线出现两个峰值现象，尤其最大压强双峰值曲线更为明显。 运动学方面的研究： 目前我国对竞走项目的研究主要集中在对竞走技术的研究，运用二维或三维 运动学研究方法对竞走中的具体技术动作进行定性、定量分析，找出技术中的不 足，以寻求改进的方法。通过与外国优秀运动员竞走技术的对比分析以及对国内 优秀竞走运动员自身的技术缺陷分析，研究指出，我国竞走运动员存在步长短步 频快盯。1 引；腾空时间虽然基本处于合理腾空时间范围内但处于犯规时限的下限盯、8 、 1 0 1 2 17 1 ；身体重心起伏大，头项位移起伏明显h 、8 、1 0 、1 2 “3 、1 6 、1 8 。2 1 1 ；躯干前后、左右晃 动的范围大陋、1 2 、1 4 、1 豇2 0 、2 2 。2 引；身体重心在地面的投影与支撑腿落地脚的距离太近， 脚掌滚动过渡不明显n 9 、1 0 、2 乱2 6 | ；髋关节围绕三个轴转动的幅度小，基本没有主动 送髋动作陋、9 、1 1 、1 4 、2 0 、2 h2 3 、2 引；支撑腿触地瞬间膝关节基本伸直，少部分运动员甚至 在支撑阶段出现膝关节反弓现象，但是也有少数运动员在疲劳状态下膝关节不能 保持伸直状态盯、8 、1 0 、1 1 、14 、1 7 、19 、20 、2 3 屯6 、2 8 、2 9 | ；脚触地瞬间脚掌与地面的夹角偏小， 足跟触地动作不明显n 旷1 4 、2 2 、2 3 、29 | ；以及蹬伸阶段蹬伸力量不充分，蹬伸角度过大， 出现脚后嘹等现象旧“2 “3 、2 1 、2 乱2 乱2 8 、30 i 。另外，苑廷刚等人噜j 3 对十运会我国男女2 0 k m 前五名运动员的研究中还指出女子竞走运动员的摆臂出现不均衡性。可见我国对 竞走技术在运动学方面的研究已经非常成熟细致。 1 2 2 正常走 正常人群的正常走是日常生活中最普遍的一种步态，目前专门研究正常人群 的正常走的文章不多，因为正常人群的步态和足底压力特点具有普遍性。对正常 走研究比较多的是以正常人的正常步态和足底压力与特殊人群的步态和足底压力 进行对比分析，找出特殊人群与正常人群的步态和足底压力差异，从而解决特殊 人群特殊步态引起的特殊问题。 足底压力方面的研究： 2 0 0 4 年袁刚等人对正常人的静态和动态足底压力分布分别进行了研究，发 现正常人在静态站立时具有足跟承受压力最大，双足承受压力相似的足底压力分 布特点；在行走时足底最大压力主要位于第2 跖骨头( 9 0 1 5 8 ，5 7 ) 和足跟 ( 2 5 1 5 8 ，1 6 ) ，且行走时双足承受压力对称。2 0 0 5 年王永慧2 3 等人对不同年龄健 康人足底压力参数进行了比较研究，他们指出随着年龄的增长，足底最大压强峰 值、足跟和前足承受的压力逐渐降低，而足弓承受的压力升高，另外还发现总的 接触时间和部位的接触时间均随着年龄的增长而延长，老年人的足底压力明显低 于年轻人。2 0 0 7 年和2 0 0 8 年张庆来旧3 3 和赵芝田4 1 等人都对健康大学生足底压力分布 特征做了研究，得出相同的结论，即健康大学生自然行走时足底各区最大压力分 布主要在足跟内侧，其次是第2 、3 跖骨，第2 - 5 趾和第5 跖骨受力较小，男女分 布规律一致；足底各区域大峰力值时间按照行走过程中足底接触地面顺序依次递 增；足底冲量最大的区域主要分布在足跟内侧，最小区域在第2 5 趾。另外赵芝 等人还指出了行走过程中的受力平衡情况，左足外翻情况比较严重，且男女分布 规律一致。同样是在2 0 0 7 年张庆来口副又对正常青年人左右足底压力分布特征进行 了对比分析，发现正常青年人行走过程中左右双足的平均峰力值、接触面积、冲 量等参数都存在不同程度的差异，但左右双足的足底压力分布特征则基本一致， 2 0 0 8 年汤澄清6 1 也对此内容进行了研究，发现左右足相应区域足底压力分布具有 不同程度的相关性，在利用现场左右足迹分析年龄等人身特点时，应以跟区特征 为主，其它区域特征辅助。此外，还有一些人用特殊人群足底压力与正常足做对 比研究的，如与外翻足、扁平足睁7 、3 8 1 的对比研究，与糖尿病患者b 刚的足底压力进 行对比研究，与肥胖人群h0 | 、老年人群h 的对比研究等。 气 运动学方面的研究： 1 9 8 2 年戴克戎h 2 1 等人对7 7 例男、女青年平地常速行走时的步长、步相和髋、 膝、踝关节在矢状面上的活动情况进行了分析研究，测得有关数据并绘出上述关 节在步态周期中的角度一时间曲线和角度一角度曲线。2 0 0 2 年郭忠武h 跚等人对正常 青年人步态运动学参数研究分析指出，两性之间大多数步态参数的数值存在显著 性差异，并且，除了个别参数之外，这种两性之间的步态参数的差异并不是仅由 身高的差异所引起的。2 0 0 6 年胡雪艳h 4 1 等人对正常成人步态特征研究分析指出不 同年龄段正常成人的部分步态参数之间存在显著性差异，步速与步频、跨步长身 高、跨步周期、站立相时间、迈步相髋关节、髋关节最大屈曲角度有明显相关性。 2 0 0 8 年刘德俊h j l 等人对正常青年人行走步态的实验研究指出，正常行走左右两侧 关节角度存在着差异，以左右侧关节角度差异度结合时相对称性指标可以更合理 地评价步态的对称性。 1 。2 3 损伤 王乙淇h 6 1 等人对1 9 9 4 2 0 0 6 年我国竞走科研状况调查发现，我国对竞走项目 的研究主要集中在技术方面，对技术的研究比较深入，但是有关竞走运动员教学， 心理，选材等方面研究的很少。我们在中国知网上进行竞走项目的检索发现，没 有一篇关于竞走的文章是专门写竞走项目损伤的，从这里我们也可以看出，我们 对竞走的关注点主要放在了怎样改进技术，提高成绩上了，而忽略了竞走这种特 殊的规则会对运动员的身体带来的伤害。而国外却在2 0 世纪7 0 年代就开始了对 竞走损伤的研究。早在1 9 7 8 年p a y n e h 7 1 等人就发现竞走时足底左右方向的受力明 显大于正常走，其可能是造成伤病的潜在原因；他们分析足底左右方向受力较大 的原因可能为运动员要补偿异侧髋关节和同侧肩关节位置的降低，这样的受力会 增大支撑腿的紧张程度因而可能会造成损伤，而这一系列动作产生的原因都是竞 走规则规定运动员在支撑状态不能有屈膝动作。1 9 9 0 年j a ne k s t r a n dh 踟等人在 研究竞走和膝、髋关节病之间的联系时提到了两种理论建议，一种认为体力劳动 或运动时脚后跟重复性撞地引起的微损伤增大了运动器官退化或病变的风险，特 别是髋、膝关节。另一种理论认为这种微损伤不会引起器官退化或病变，因为器 官本身会调整结果以适应每次的关节变化。这种理论还认为运动员中发生的髋、 膝关节病很可能是由于韧带和关节损伤引起的重伤造成的。mrc a r m o n th 刚等人 4 在“竞走训练和比赛中是否会形成慢性的硬膜下血肿? ”一文中指出，造成患者 硬膜下血肿可能是患者的运动( 即竞走) 产生的直接结果。p e t e rr f r a n c i s ，p h d 旧刨 等人在i n j u r i e si nt h es p o r to fr a c e w a l k i n g 一文中指出他们调查的受试者参 与竞走的年龄段主要集中在3 0 至3 9 岁，而受过伤的受试者主要在3 0 岁以内，大 部分的损伤在下肢。他还指出一周训练六七次的受试者更容易受伤，受伤的概率 是随着每周训练的次数而增长的。另外p a l a m a r c h u k 嗡曾对3 1 名竞走者调查后指 出，竞走者和跑步者在损伤的种类上几乎一样，发生频率较高的是足跟和脚趾起 水疱，其次是肌腱损伤，然后是膝关节内侧疼痛、髋关节疼、足底筋膜炎、外胫 夹、压力性骨折、腹股沟韧带拉伤等。 1 3 目前研究存在的问题与今后的研究前景 已有大量的研究对竞走技术进行了定量和定性的分析，而对竞走损伤方面的 研究甚少。为了提高成绩运动员和教练员都在不断地追求技术上的改进和提高， 因此在训练中不断地强化竞走的技术，强调脚跟落地时必须勾脚尖，以使落地时 脚掌与地面夹角增大；强调脚掌离地时尽量使用大脚趾的拨动力量获得向前的动 力而减少在上下方向的波动；强调支撑腿触地瞬间直至身体垂直部位膝盖必须伸 直，甚至出现反弓现象。通俗的讲，从侧面观察运动员膝盖要尽量处于伸直状态， 从前面观察运动员时要能看到鞋底，从后面观察运动员时尽量不要看到鞋底。在 技术上追求符合竞走规则是当然竞走最为重视的环节。而竞走规则限定的这些技 术上的动作，都不符合常规的步态特征。正常的走路，膝关节落地时都是微曲的， 作用就是为了缓冲地面对膝关节以及脚底的反作用力，而竞走规则却明文规定不 能屈膝，必须伸直。这样既给膝关节带来很大的损伤隐患也增大了地面对脚底的 反作用力。因此我们用竞走与正常走来进行对比研究，以探索竞走的这种特殊走 法会不会对人体的健康造成一定的危害，以期望引起教练员和裁判员的重视。 1 4 研究的目的和意义 本研究通过对竞走和正常走在足底压力和运动学等方面的指标对比研究，找 出竞走与正常走在足底压力和运动学指标上的差异，根据竞走的技术动作特点和 规则限制，针对出现差异的地方进行描述，结合解剖学和医学知识对出现差异的 部位进行分析讨论，以便于我们更好得理解竞走运动和竞走潜在的伤病因素。 1 5 研究假设 通过对竞走和正常走的对比研究分析，假设竞走和正常走在足底各区域的压 强峰值、负荷率、足底压力中心轨迹、地面反作用力等指标上的差异具有显著性。 这种差异是由于竞走时要求以足跟着地，勾脚尖，并沿脚掌外向前滚动的特殊走 法造成的，而这种特殊的走法会对人的足部产生一定的损伤隐患；假设竞走和正 常走在触地时膝关节、髋关节的角度和离地时膝关节、踝关节的角度存在较大的 差异。这种差异是由于竞走规则要求支撑腿在触地瞬间必须伸直直至身体垂直造 成的，而这种违反常规步态的走法会对人体的下肢关节产生一定的损伤隐患。 2 研究方法与步骤 2 1 研究对象 本次研究选取山东省优秀竞走运动员1 4 名( 男9 名，女5 名) ，身高1 7 3 1 4 7 8 6c m 、体重6 0 + 9 9k g 、年龄2 0 3 6 2 4 4 岁、训练年限3 8 6 1 2 9 年。 研究对象在测试前6 各月至测试开始时无任何腿部疼痛或疾病，所有测试对象在 测试前均已签署测试协议并得知了测试的全部步骤及意义。 表1 受试者基本情况表 年龄( 岁)身高( c m )体重( k g )训练年限( 年) 2 0 3 6 2 4 41 7 3 1 4 7 8 66 0 9 93 8 6 1 2 9 2 2 研究方法 2 2 1 实验仪器及要求 本研究采用足底压力测力板( r s - s c a n 公司，比利时，尺寸为2 m x0 4 m x0 0 2 m ， 共包含1 6 ，3 8 4 个传感器，每c m 2 包含传感器2 个，采样频率1 2 6 h z ) 测试运动员足 底压力数据。当3 个或以上传感器感应到超过5 n 的重量时，测力板将被激活并开 始测试，单个传感器的感应力范围为0 5 - 1 2 7 n 。在测试时，在测力板右侧正对测 力板1 5 m 处放置摄像机( s o n y9 8 0 0 ，拍摄频率5 0 h z ，曝光时间1 2 5 0 s ) 1 台，使用 这台相机来拍摄测试对象的下肢运动。 2 2 2 测试方法 在测试对象的下肢关键解剖位置放置反光点5 个，分别是：肩峰、股骨大转 6 子外侧、膝关节外侧( 股骨外上髁) 、踝关节外侧( 外踝) 、第五跖骨外侧。 雪i f 叠r 童鎏 图1 受试者下肢反光标志点位置图 2 2 2 1 先对多名竞走运动员及其队医进行访谈，了解竞走运动员在训练或者比 赛中经常出现损伤的部位，以便为指标的选择提供依据。 2 2 2 2 由测试工作人员向每位受试者讲述该实验的目的、意义、步骤、内容、 方法、安全措施等事项，让受试者了解实验的过程和目的。 2 2 2 3 由专门的工作人员给受试者测量身高、称取体重 2 2 2 4 测试之前，受试者需要进行简单的与训练无关的热身活动以便在测试时 动作流畅和谐。 2 2 2 5 测试时，受试者被要求身上贴好反光点用两种走法在周围安置摄像机的 测力板上走。一种是光脚在测力板上进行正常走，每个受试者都被要求走5 次， 每两次中间休息3 分钟。另一种是光脚在测力板上进行平时训练步速的竞走，每 个受试者都被要求走5 次，每两次中间休息3 分钟。为了防止对正常走的干扰， 先对受试者进行正常走的测试，再进行竞走测试。 2 2 3 数据处理和分析 采用独立t 检验对不同性别运动员之间的所有数据指标进行检验，发现所有 数据指标均无显著性差异( p o 0 5 ) ，因而本研究将男女运动员的数据指标混合作 7 为一组进行统计分析。有研究已经指出2 3 ，正常成年人的步态在正常速度下是 具有对称性的，因而本研究只采集测试对象的右脚压力数据进行分析。受试者分 别进行竞走和正常走各5 次，取其中有效三次的数据进行分析。使用f o o t s c a n 软 件对足底压力参数进行提取，使用a p a s 三维解析软件对部分运动学参数进行提取。 为了去除男、女运动员体重、身高等因素的影响，通过对涉及的力及长度等指标 参数的数据进行除以体重、除以脚长脚宽等方法来标准化，使数据处理结果更合 理。 2 2 4 研究指标及其标定 2 2 4 1 运动学参数( 见图2 ) ： 支撑腿触地和离地时髋、膝、踝关节各关节角度。 踝关节角度：外踝和第五跖骨连线与外踝和膝关节外侧连线的夹角。 膝关节角度：膝关节外侧和外踝的连线与膝关节外侧和股骨大转子连线的夹角。 髋关节角度：膝关节外侧和股骨大转子连线与股骨大转子与髂前上嵴的连线。 嚣鬣i 鋈r 蓥l 图2 受试者关节角度标志图 2 2 4 2 足底压力参数： 足底各分区的压强峰值、负荷率、达最大压强时间以及整个足的压力中心轨迹和 地面反作用力曲线。 足底分区( 见图3 ) ： t 1 ：大脚趾区、t 2 一t 5 ：第二脚趾至第五脚趾区、m 1 ：第一跖骨区、m 2 ：第二跖骨 区、m 3 ：第三跖骨区、m 4 ：第四跖骨区、m 5 ：第五跖骨区、m f ：足中部区、h l ： 脚后跟外侧、h m ：