（体育教育训练学专业论文）青年女性以不同步姿走、跑的足底压力特征及分析.pdf

摘要 “外八字”、“内八字 是的常见畸形步姿，尤以女青年发病率较高，不仅失去了体 型美，行走不利，还会影响生活，对提高学生的体育能力和未来体育人材的培养都会带 来不利的影响，“外八字、“内八字”步态特征以及预防和矫正日益成为体育工作者待 解决的问题，同时也是医学工作者急于解决的难题之一。步态受到人体解剖结构、生理 功能、运动控制能力及心理状态等多种因素的影响，四肢、躯干、神经系统或某些身体 病变，均能造成步态异常。一个人的步态，可以从一个侧面反映出人的病变特征，特别 是对下肢的骨、关节、肌肉和韧带是否正常做出客观的评价。通过对步态的分析，可以 帮助医生科学的进行病因分析和病情诊断、疗效评定、指导病人行走训练。足底压力测 量作为当今步态研究中最先进的技术，将开辟运动生物力学新的研究领域，为研究足部 的结构、功能和动作控制，足部疾病做出合理的解释。 本文在前人有关足底压力分析及步态特征研究的基础上，运用运动生物力学的研究 ，手段和方法，应用足底压力测量系统，对3 0 名河北师范大学女大学生在以“外八字”、 “内八字”和正常步姿的走、跑进行测试。旨在通过受试者以三种步姿在行走和奔跑的 过程中，利用精确的足底压力分布规律对女大学生不同步姿的足底压力特征及步态分 析，探讨两种畸形步姿与正常步态的运动特征，从而为步态矫形以及矫形运动鞋的设计 提供基础的数据参考。 研究表明： 以三种步姿运动时的足长分析可以得出：力是造成足损伤的直接力学因素，以外八 字步姿行走时，足底受力面中足长减小，宽度变大；以内八字步姿行走时，足着地方式 为内扣；外八字、内八字步姿行走过程中足受力顺序不是足纵弓的方向，而是有一定的 夹角，因此足弓不能起到减震的作用，也就增加损伤的几率。 外八字步姿行走整足接触阶段较正常步姿长，着地时间过长( 4 8 4 m s ) ，压力中心过 于密集；内八字步姿行走整足接触阶段较正常步姿短，压力中心移动速度过快且不均匀 ( 平均用时2 1 3 m s ) ，表明足中部触地控制不良，同时导致离地阶段变长，反映出前脚掌 蹬伸延迟，过于密集的压力中心也会使前掌处形成胼胝体；以外八字、内八字步姿奔跑 时前掌接触阶段较正常步姿短，较强的冲击会使前掌处形成胼胝体或易产生损伤，同时 压力中心移动速度过快，足部控制不好，左右摇摆幅度较大。 受试者以两种步姿行走时足跟峰值大于在以正常步姿时，前掌受力小于后跟的压 i n 力，不利于行走时的稳定性；奔跑时，第1 跖骨、第2 跖骨处的压力大于正常步姿时的 的蘸力；受试者以两种步姿行走或奔跑时，前掌的冲量均大予正常步姿。 步姿不同，足底压强最大的部位就不同，外八字姿势行走时足跟及前掌第1 跖骨处 的压强大；内八字姿势行走时，前掌第3 跖骨处的压强大，奔跑时，足跟处的压强大， 这也是畸形步姿下最容易损伤的部位。 关键词：步态、足底压力、“外八字 、 内八字、青年女性 i v a b s t r a c t e i g h t c h a r a c t e r ”a n d ”i nt h ee i g h t c h a r a c t e r ”g a i ta r ec o m m o nm a l f o r m a t i o ns t e p a t t i t u d e s ，e s p e c i a l l yi nt h eh i g h e ri n c i d e n c eo fy o u n gw o m e n ，n o to n l yt h eb e a u t i f u ls h a p ei s l o s t ，r u n n i n gn e g a t i v e ，b u tw i l la l s oa f f e c to nl i f e ，i m p r o v et h e i rp h y s i c a la b i l i t i e sa n df u t u r e s p o r t s t h et r a i n i n go fp e r s o n n e lw i l lb r i n ga b o u ta d v e r s ee f f e c t s ”e i g h t c h a r a c t e r a n d i n t h ee i g h t 。c h a r a c t e r ”g a i ta n dt h ep r e v e n t i o na n dc o r r e c t i o n w o r k e r sa r e i n c r e a s i n g l yb e c o m i n g s p o r t si s s u e st ob er e s o l v e d ，b u ta l s oo n eo ft h ep r o b l e m st h a tt h em e d i c a lw o r k e r se a g e rt o s o l v e i nt h i sp a p e r ，t h eu s eo fb i o m e c h a n i c sr e s e a r c hm e a n sa n dm e t h o d so fp l a n t a rp r e s s u r e m e a s u r e m e n t s y s t e m ，t h e3 0f e m a l ec o l l e g es t u d e n t si nh e b e in o r m a lu n i v e r s i t y ”e i g h t c h a r a c t e r ”a n d ”i nt h ee i g h t c h a r a c t e r ”g a i ta n dt h en o r m a la t t i t u d eo ft a k i n gs t e p st o t e s tm n t os t e pt h r o u g ht h et h r e es u b j e c t st op o s ei nw a l k i n ga n dr u n n i n gi nt h ep r o c e s so f u s i n ga c c u r a t ep l a n t a rp r e s s u r ed i s t r i b u t i o no ft h ef e m a l es t u d e n t sd on o tp o s es i m u l t a n e o u s p r e s s u r eo nt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ef o o ta n dg a i ta n a l y s i s ，m a l f o r m a t i o n so ft h et w o s t e p w i t ht h ea t t i t u d e ，t h ec a m p a i g nf e a t u r e st h en o r m a lg a i t ，s oa st og a i t o r t h o p e d i ca n d o r t h o p a e d i cs h o e sp r o v i d et h eb a s i sf o r t h ed e s i g no ft h ed a t ar e f e r e n c e r e s e a r c hs h o w st h a t ： f i r s t ，p o s i t i o ni nt h r e es p o r t sa tt h ef o o tl e n g t ha n a l y s i sc a l lb ed r a w n ：f o o ti n j u r i e sa r e c a u s e db yt h ed i r e c tm e c h a n i c a lf a c t o r s ，e i g h t c h a r a c t e rs t e po u t s i d ew a l k i n g p o s t u r e ，f o o tb y f o o tl e n g t hi nt h ef a c eo fr e d u c e dw i d t hv a r y i n gg r e a tc h a r a c t e rw i t h i nt h es t e pw a l k i n g p o s t u r e ，f o o ta n daw a yf o rt h ed e d u c t i o n ，o fc h a r a c t e r ，a t t i t u d e ，c h a r a c t e r - s t e pp r o c e s so f r u n n i n gt h ef u l ls e q u e n c eo ft h el o n g i t u d i n a la r c ho ft h ef o o ti sn o tt h ed i r e c t i o n ，b u tac e r t a i n a n g l e ，n o tf r o mt h ea r c ht ot h er o l eo fs h o c ka b s o r p t i o n ，i ti n c r e a s e dt h er i s ko fi n j u r y s e c o n d ，e i g h t c h a r a c t e ro ft h ew h o l ef o o tw a l k i n gp o s t u r ec o n t a c tl o n g e rt h a nn o r m a l s t e p ，al o n gt i m e ( 4 8 4m s ) ，t o om u c hp r e s s u r eo nt h ec e n t r e i n t e n s i v e ；i nt h ee i g h t c h a r a c t e r w a l k i n gp o s t u r ef u r t h e rc o n t a c tw i t ht h ew h o l ef o o tw h e nc o m p a r e dt on o r m a ls t e ps h o r t p o s i t i o n ，s p e e dp r e s s u r ec e n t e rr a p i da n du n e v e n ( a v e r a g e ，2 1 3m s ) ，s h o w e dt h a tf u l lc o n t r o l o ft h ec e n t r a lc o n f l i c tw i t hb a d ，r e s u l t i n gf r o mt h ep h a s e - c h a n g e ，r e f l e c t i n ge x t e n d e dd e l a y b e f o r et h ef e e tt r e a d ，t o oi n t e n s i v e p r e s s u r ec e n t e rw i l la l s ob ef o r m e db e f o r et h ep a l mc o r p u s c a l l o s u m ；o t h e rt h a nc h a r a c t e r ，a t t i t u d e ，c h a r a c t e r - s t e pr u nb e f o r ef o r t u n ew h e nc o m p a r e d w i t hn o r m a lc o n t a c t ss t e ps h o r tp o s i t i o n ，t h ei m p a c tw i l lm o r ep a l mb e f o r et h ef o r m a t i o no f t h ec o r p u sc a l l o s u mo re a s yt op r o d u c ei n j u r y ，w h i l ep r e s s u r ec e n t e rm o v i n gt o of a s t ，n o tf o o t c o n t r o l ，s w i n ga r o u n dm a g n i t u d el a r g e r v t h i r d ，s u b j e c t st op o s et w o s t e pw a l k i n gh e e lg r e a t e rt h a nt h ep e a ki nan o r m a ls t e p ，t h e f o r m e ri sl e s st h a nh e e lo ft h ep a l mb yt h ep r e s s u r ei sn o tc o n d u c i v et ot h es t a b i l i t yo fw a l k i n g ； r u n ，t h ef i r s tm e t a t a r s a l1a n dt h es e c o n dm e t a t a r s a l2p r e s s u r eg r e a t e rt h a nt h en o r m a ls t e p w h e nt h ep o s t u r eo ft h ep r e s s u r es u b j e c t st op o s et w o 。s t e pw a l k i n go rr u n n i n g ，b e f o r et h e p a l m - b o t hl a r g e rt h a nn o r m a ls t e p f o u r t h ，d i f f e r e n ta t t i t u d e ，t h e s i t eo ft h el a r g e s tp l a n t a rp r e s s u r eo nt h ed i f f e r e n t e i g h t c h a r a c t e ro fg e s t u r e sb e f o r ew a l k i n gh e e la n dp a l m1m e t a t a r s a lt h es t r o n gp r e s s u r e ；i n t h ee i g h t c h a r a c t e rw a l k i n gp o s t u r e ，t h ef o r m e r3m e t a t a r s a lp a l mt h ep r e s s u r es t r o n g , r u n n i n g t h eh e e lo ft h es t r o n gp r e s s u r e ，w h i c hi su n d e rt h em o s ta b n o r m a lp o s t u r ef u r t h e rd a m a g et o t h es i t e k e yw o r d s ：g a i t ，p l a n t a rp r e s s u r e ，”e i g h t - c h a r a c t e r ”，”i n t h ee i g h t - c h a r a c t e r ”，t h ey o u t h f e r n a l e 学位论文原创性声明 本人所提交的学位论文青年女性以不同步姿走、跑的足底压力特征及分析，是 在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的原创性成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中标明。 本声明的法律后果由本人承担。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解河北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河北师范大学可以将学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保 存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在年解密后适用本授权书) 幻 澉矿 确f研年 d，l门 撕场指 绪论 “外八字”、“内八字”是的常见畸形步姿，尤以女青年发病率较高，不仅失去了体 型美，行走不利，还会影响生活，对提高学生的体育能力和未来体育人材的培养都会带 来不利的影响，“外八字 、“内八字”步态特征以及预防和矫正日益成为体育工作者待 解决的问题，同时也是医学工作者急于解决的难题之一。 ， 本文运用运动生物力学的研究手段和方法，应用国际先进的足底压力测量系统，对 3 0 名河北师范大学女大学生在以“外八字 、“内八字 及正常步姿的走、跑进行测试。 旨在通过受试者以三种步姿在行走和慢跑的过程中的足长、足底接触面积、局部压力、 局部压强、着地时相及冲量情况等足底压力分布规律，对女大学生不同步姿的足底压力 特征及步态分析，探讨两种畸形步姿与正常步态的运动特征，从而为步态矫形以及矫形 运动鞋的设计提供基础的数据参考。 1 前言 1 1 选题依据 从日常的学校休育锻炼中我们不难发现，许多青年学生在步姿中表现出不同程度的 “外八字 、“内八字”、“踢着走”、“掂脚尖走”等。走和跑的正常姿势都是脚尖朝前的， 两脚内侧缘与前进方向纵轴线的距离不超过2 厘米，如果脚尖朝外，前脚掌内侧缘与纵 轴线形成5 度夹角，则可以认为是轻度外八字脚；5 1 0 度为中度外八字脚；1 0 度以上为 严重“外八字脚”。严重的外八字脚，表现为骨盆后倾，造成大腿外旋以及小腿较大幅 度的外翻。如果脚尖朝里，“内八字 。走路时只有脚尖踢到地面，然后膝盖就一弯，脚 跟就往上一提，走的时候身体会向前倾，很像走小碎步，称为“踢着走 。可能本意是 为了使步伐更美妙，过于在脚尖上用力，称为“掂脚尖走 。这些是常见的步姿畸形， 尤以女青年发病率较高。女青年如果得了这种下肢畸形，不仅失去了体型美，行走不利， 有时还会影响参军、工作以致影响生活，有些人精神压抑，甚至悲观厌世，对提高学生 的体育能力和未来体育人材的培养都会带来不利的影响。 足底压力是足底和支撑面之间的压力分布，是运动过程中人体足底直接所受到的地 面或鞋底反作用力，它是足底压力和剪切力共同作用的结果。足底压力测量作为当今步 态研究中最先进的技术，将开辟运动生物力学新的研究领域，为研究足部的结构、功能 和动作控制，足部疾病做出合理的解释。 步态受到人体解剖结构、生理功能、运动控制能力及心理状态等多种因素的影响， 四肢、躯干、神经系统或某些身体病变，均能造成步态异常。一个人的步态，可以从一 个侧面反映出人的病变特征，特别是对下肢的骨、关节、肌肉和韧带是否正常做出客观 的评价。通过对步态的分析，可以帮助医生科学的进行病因分析和病情诊断、疗效评定、 指导病人行走训练。同时，步态分析对人工关节、义肢、康复训练及器材等的设计研究 有重要的科学意义及应用价值。行走和慢跑是人的生活、生产和体育活动的最基本的活 动能力之一，是日常生活中最常见的两种人体步态模式，运用足底压力分析走、跑时足 与地面相互作用力的具体细节对于深入了解人体运动的基本规律具有重要意义。同时在 康复、医疗领域，步态分析为诊断疾病、确定康复和治疗方案提供了重要的依据。对于 诊断疾病，判定患者步态异常的程度十分必要。 “外八字 、“内八字”是青年女性的常见步姿，同时行走和跑步是同常生活中最常 2 见的两种人体步态模式，利用精确的足底压力分布规律对女大学生不同步姿的足底压力 特征及步态分析，探讨两种畸形步姿与正常步态的运动特征，开展人体运动功能评定方 法、矫形运动鞋的设计、运动假肢设计方法等研究提供重要的基础依据。为探讨不同步 姿的运动特征对于了解人体步态模式转换机制，开展人体运动功能评定方法，为足底压 力在各领域的应用研究提供基线数据。 1 2 文献综述 1 2 1 足的运动生物力学研究 1 2 1 1 足的解剖结构 足由2 6 块骨( 附有一些数量不固定的籽骨和附属小骨) 组成，有3 3 个关节和1 2 6 根韧带、肌肉和神经如同网状一样分层构成一个复杂结构。它的基本功能是支撑人体重 量、缓冲、吸收冲击力，产生向前的推动力，以及帮助调节、维持人体的平衡【1 1 。足在 运动中除具有吸收来自地面的作用力、承载体重的功用外，最重要的功能是作为一个“全 能 的骨连接，将从臀部至小腿的肌肉组织的产生的力转化为有效的位移，从而完成各 种动作技术。而位移还不是全部，因为有些运动动作还要求跳跃、转身、加速和减速， 这些动作中，很多的危险因素会引起足部异常或过度负荷，最终导致损伤。这些因素可 能是内部因素( 解剖结构、生理或生物力学因素) ，也可能是外部因素( 运动鞋、运动 场地、调练手段) 1 2 1 。 足部骨骼形成了两个足弓：横弓和纵弓。横弓由跖骨及其在基部相互连接的强力韧 带组成。横弓在休息位时出现，而当足部承重并且跖骨头接触时消失。纵弓( 见图1 ) 起 自足跟，止于跖骨头，并由足底跟舟韧带( 弹力韧带) 和足底筋膜在内部支持，足底筋 膜起自足跟部，止于组织的近侧趾骨，形似弓弦。当足趾在足尖部背屈时，足底筋膜通 过一种绞绕机制被拉紧。对纵弓的外部支持是来自足底的动力性悬韧带，这一悬韧带由 胫骨前肌、胫骨后肌和腓骨长肌的肌腱组成。清楚足弓的组成很重要，以利于了解在足 部接触地面时，足弓承受的巨大压力。 ”i 跖骨f l 日摊- l 嗲 图l 足的解剖结构 l2 1 2 足的运动形式 足的运动是在两个轴上进行：( 1 ) 在穿过距骨的水平轴上完成踝关节的跖屈和背屈 ( 2 ) 在跟骨向前向上经过距骨的对角线上完成旋内和旋外。旋内和旋外通过距舟关节 和距跟关节完成【”。这些距下关节对于足部、踝部与下肢其他部分的协调具有重要意义。 小腿旋内引起跟骨外翻，后者导致足轻度旋内和足弓在足跟部变平，小腿旋外则引起跟 骨内翻，这将导致足前部旋外，并加强横向跗骨关节的稳定，从而提高足尖部的稳定性。 跑步是一个肢体绕矢状轴转动的直线运动，但足向外的转动( 冠状轴) 也必须加以 考虑。事实卜，后足跟相对小腿和前脚掌的运动对许多跑损伤和跑鞋的设计都有较大的 影响，而对沿矢状轴运动的影响要小的多。在跑步过程中，足的着地方式不同，其足的 动力学特征也不相同。足后部着地为主的跑步运动显示出有两个垂直的力的峰值，而以 足中部或前部着地的跑步者，没有垂直冲击峰或者这个峰值比较小。 1 22 步态的研究领域 当前，步态分析己成为研究热点，步态分析是利用力学、运动学概念，结合人体解 剖和生理学知识对人体行走功能进行对比分析的一种生物力学研究方法。行走时一侧足 跟着地至该足跟再次着地称为一个步态周期，在一个步态周期中，每侧肢体要经过支撑 负重和离地摆动两个阶段，在步态周期中的有关时间、几何、力学等正常参数值和曲线， 然后在此基础上分析各种步姿状态下的异常参数和曲线，从而为矫形外科提供客观真实 的依据。 在步态的研究中，由于人体结构的复杂性，许多研究者从不同的侧重点进行不同内 容的研究，本文从以下几方面进行综述。 掰甜瓣譬墨潲拦 ，k、tilt，f t p 1 2 2 1 竞技动作步态的研究 通过研究运动员的步态结构寻找技术动作的规律，达到改善技术提高运动成绩的目 的。 周华通过对中国优秀中长跑运动员的足底压力分布特征进行描述和定量分析，研究 中长跑运动员不同的足底压力分布模式及其对运动员最佳技术的影响，探讨长跑运动在 不同动作阶段的用力机制，为训练、比赛及避免运动创伤、和将来在该领域的研究提供 了理论基础和定量的数据依据【4 1 。 郭胜通过对世界优秀男子4 0 0 m 运动员全程速度结构变化规律以及步态变化对全程 速度结构变化的影响进行的分析。得出步态对全程速度结构的影响，以步频为主要因素 等，提出一些改进的建议同。 步态的研究对分析竞技动作，对掌握运动员技术水平，改善其技术结构，提高运动 成绩具有重要意义。 1 2 2 2 正常人群步态的研究 通过正常人群步态的研究，总结人体运动规律，数值结果为了解分析异常步态以 及康复方法提供了依据。 清华大学张瑞红等利用人体运动分析系统采集了多个健康人在上下坡、上下楼梯、 平地等路况下行走时的位移和地面受力数据，并利用人体下肢刚体动力学模型，计算 了各路况下髋、膝、踝关节所需力矩，研究人体步态随路况的变化【6 】。 北京博爱医院胡雪艳应用由中国康复研究中心与清华大学联合研制的基于数字视 频和图像处理的二维步态分析系统，建立不同年龄段正常成人的步态参数模型以供临床 步态分析参考使用同。 对正常人群步态的研究，不仅能让我们对正常人的步态有更为深入的理解，而且还 能为病态足的足底压力分析提供正常的基线标准。 1 2 2 3 特殊人群的步态研究 对于肥胖人和超重人群等特殊人群的步行形式的探讨，已逐渐成为步态研究的热 点。 p a n a n i o t i ss p y r o p o u l o s 等研究了肥胖成年人( 男性) 的步态特征，与正常体重成年 人比较后得出：1 ) 肥胖成年人的步行速度比正常成年人慢；2 ) 步长较短，而步宽是正常 成年人的两倍；3 ) 髓关节的平均外展角，在步态周期的许多时刻，肥胖成年人表现出差 异：4 ) 髓、膝关节的平均属角，两组人未显示出差异性；5 ) 在踝关节角度上，肥胖成年 5 人背屈的角度大于正常人断屈角度小于正常人他们认为肥胖成年人与正常人步态特征 的主要差异是由于肥胖成年人大腿内侧过多脂肪堆积的缘故【引。 周有礼等通过对妊娠妇女步态的动力学分析，建立适合孕妇动作的步态分析模式， 为妊娠妇女步态研究提供功能评定依据，但无具体评价指标【9 】。 朱晓兰对1 2 7 名老年人的步态能力进行研究， 分析不同年龄、性别对老年人行走能 力的影响，得出老年人在步态特征方面的合理分组，并运用统计学和生物力学分析方法 对老年人步态特征进行综合评价，建立针对不同年龄阶段老年人步态特征的初步评分标 准【1 0 1 。 对特殊人群的步态进行分析，对改善他们的生活质量，进而为和谐社会的建立具有 重要意义。 1 2 2 4 损伤病人步态研究 步态分析有利于发现患者在立位及步行中存在的问题，有助于制定治疗方案，在临 床康复医学上对于不对称步态的研究较多。足底压力测定则是步态分析的重要组成部分 由于其方法简单，参数具体客观，科学性强，因此广泛地用于骨科临床【1 l ，1 2 1 ，尤其用于 对足部疾病的病因分析、诊断、功能及疗效评价【1 3 j 。 荣湘江等采用w a l l 和r y u i c h i 步态分析方法对3 0 名偏瘫患者与3 0 名正常对照者进行 步行周期时相分析，提出偏瘫患者双下肢的单支撑期和摆动期的明显缩短是导致患者步 行周期延长，步态异常，步速减慢，步行能力下降的根本原因，为康复评价与训练提供 了依据【1 4 1 。 步态分析这种通过量化对下肢关节功能评定的方法，可以对术后康复方案进行相关 指导。d e v i t a 还对a c l 重建术后早期的患者进行了步态学分析对骨一髌腱一骨关节镜下重 建术后3 周5 周的9 名患者进行了测试术后采用较为激进的康复方案，该实验对行走、上 下楼梯和上下坡等活动进行测试。对康复方案的效果进行了评价指导1 1 5 l 。 1 2 3 步态的检测方法 2 0 0 0 年，上海体育学院的伍解、陆爱云对上海市杨浦区5 0 名年龄为6 0 - 8 0 岁的健 康男性、女性老年人进行了室内常速行走的侧面电影拍摄，并使用三维测力台同步记录 足一地接触力，对其进行步态分析【1 q ；p e t e rr c a v a n a g h ( 1 9 9 9 ) 对5 名受试者使用探针技 术测试行走中足地接触时足底软组织的厚度；朱晓兰于2 0 0 2 年用三维测力台分析老年 人步态特征并建立了评价系统【1 0 1 。 6 统计表明，对步态的分析国内外己经进行了多方面的研究，内容虽各有不同，但就 对步态的测试方面，使用的仪器和方法几乎一致，即用摄影或摄像记录和计算测量运动 学参数，使用测力台记录动力学参数，也有少数使用足底压力分布器测量更精确的足- 地压力分布规律，然后，进行综合的统计分析等。 关于步态研究主要针对病理方面的研究较多，对正常人研究的较少，利用先进盼足 底压力分析步态主要在国外，然而样本量较小，受条件限制，一样本数量不能满足数据统 计要求，尤其是由于人种的差异，并不能直接为我国所用。本项目利用足底压力测试系 统测量出精确的足底压力分布规律，对女大学生的不同步姿做步态分析。 1 2 4 足底压力的应用 1 2 4 1 在技术动作研究中的应用 足底压力是指足底所受到地面的反作用力，对于大多数运动项目来说，足底动作技 术的分析对于运动员技术的改进有很大的指导意义。系统可以记录动作的各个阶段的足 底动态压力分布特征。研究者可以使用配套软件方便进行足底压强变化特点、时间变化 特点、与鞋相作用的部位特点、左右足发力特点比较等分析。定义足的左右部分和前中 后部分，有利于分析发力过程中足的不同部位的受力、发力的过程、支撑足的压力中心 运动特点、蹬伸足的内外翻特点等，从而为改进动作提供充足的测试依据。 马国东运用足底压力分布测试系统，收集不同速度滑行过程中的足底动力学参数揭 示速度轮滑双推技术的特征，提出足底压力随时间变化是影响速度轮滑蹬动效果的主要 因素。为正确理解速度轮滑双推技术动作，寻找更先进、省力的轮滑技术提供了科学依 据【1 7 1 。 张伟应用足底压力分布测试系统，对篮球、网球、足球三个专项的男子大学生运动 员进行了特征动作的足部的运动生物力学分析。为足踝部损伤研究及相关领域提供实验 依据和理论基础【1 8 】。 孟昭莉等通过对竞走时动态足底压力测试数据分析表明竞走运动员在鞋后跟着地 阶段大都出现足跟内翻，偶有足中部支撑阶段左脚内翻现象，应在训练中增加侧重左足 外侧副韧带和足底肌腱韧带的专项力量练习。 曲峰等通过对六个乒乓球项目典型动作的足底压力分析显示：第一至第五跖骨是完 成动作的主要用力和支撑部位。在运动鞋的设计上要注意对这些特别部位进行特别加 工，对预防损伤、加快移动速度、提高运动成绩具有重要意义。 分析足底压强变化特点、时间变化特点、与鞋相作用的部位特点、左右足发力特点 7 比较等分析，发力过程中足的不同部位的受力、发力的过程、支撑足的压力中心运动特 点、蹬伸足的内外翻特点等，利用详实可靠的足底压力数据对运动员动作技术进行诊断， 可以对动作技术的改进提供有力的指导。 1 2 4 2 在“足疾 研究中的应用 足底压力分布可直接反映人站立、跑跳等各种运动时足底各部分所受压力值的情 况，还可间接反映足甚至膝、髋、脊柱的结构、功能，也可了解身体协调、平衡的情况。 足底与支撑面之间的压力分布可反映下肢乃至全身的结构和功能等方面的信息，但最可 靠的还是反映足的情况。由于全民健身运动的开展，参加健身锻炼人数的增多，人们经 常会面对一些因运动导致足部受伤的人。然而，由于不清楚伤情的病因，严重阻碍了类 似病情的防治，因此对运动过程中足部受力的生物力学分析就显得十分重要。一般认为， 运动过程中运动幅度过大会直接导致下肢受伤。g r o s s 和b u n c h 对十名跑步者的研究发 现，当跑步速度增大时，足底各部分的平均峰值应力也会有显著增大，测量到的最大应 力发生在第二、三跖骨前端和大趾底部，为解释跑步者经常发生跖骨“疲劳骨折 现象 提供了理论依据【1 9 】。专项运动鞋的内底设计对调整脚着地时的负荷、减少身体着地时的 冲击力以及对足底压力分布起着非常大的作用。g r u n d y 等对人体行走时足底压力的研 究中指出，人体在裸足状态下正常行走时，前脚掌的负重与足跟相比并没有明显的偏大， 但前脚掌的负重时间却比足跟来的长，他们同时发现，随着鞋底的硬度增加，前脚掌的 负重功能明显减弱【冽。有研究表明，跟腱受伤最主要的原因就是肌肉超量的离心收缩。 跟腱炎是由于长期反复过度负荷引起的，不良的解剖结构，如扁平足、弓形足、腓肠肌 紧张都容易导致这种损伤。踝关节的活动及跟腱的拉长受鞋底结构的影响很大，例如， 增加鞋跟厚度，踝关节每次背屈时跟腱完成离心收缩所承受的紧张程度就大大减少。过 多的足内旋是足底地筋膜炎的诱因，可以通过使用纵长形足弓垫或支撑物使得足弓部负 重或得到休息而进行治疗【2 1 j 。 下肢的损伤与足部压力分布及内外翻特点息息相关。研究跑步等动作的足着地缓 冲l 全脚支撑、前足蹬伸、足趾离地等各个阶段的时间特点、受力特点、压力中心移动 特点等。对运动员训练过程进行监控，评价训练的效果，找出训练期中的危险期、增长 期等。对运动员个体进行分析，并与专项技术动作相结合，分析其足部内外翻特点，找 出习惯性损伤的潜在原因。也可以对某一运动专项进行综合分析，找出同一动作技术与 不同场地、运动鞋对运动员足底压力分布和内外翻的影响，据此改善运动的客观条件， 最大限度的避免损伤。 8 1 2 4 3 在运动鞋设计研究中的应甩 生物力学是鞋设计的起点和终点，如果没有生物力学研发，那么企业不会有明确的 研发目标、研发方向、研发步骤和产出效果。鞋是为脚的运动而设计的，任何研发都是 以脚的生物力学为基础的。例如：可进行鞋设计效果的检测和诸如后跟减震、抗内外翻 等测试，同时可对鞋与脚的相配舒适度在力学数据( 压力、压强) 基础上进行量化评估， 指引鞋的功能不断趋于完善；可以分析任意1 5 0 秒时刻鞋底( 使用平板压力分布测试系 统) 和鞋内( 使用鞋垫压力分布测试系统) 的各个部位的压强；可以分析着地过程中鞋 后部对震荡力的缓冲情况；可以分析整个运动过程中的鞋对足的平衡的影响等。 n i k e 公司运动研究实验室创始人f r e d e r i c k 博士领导的足履生物力学研究曾获奥林 匹克奖。国际运动医学会主席k a i - m i n gc h a n 教授在2 0 0 4 香港“藉科学技术之力，促 鞋新产品开发”工作坊就“鞋设计与运动医学 作了专题报告，指出目前市场上的健身 鞋( 垫) 的设计和开发几乎都离不开足底压力测量【2 2 】。 由于不同人种的足底压力明显不同，国内对足底压力的研究较少，对不同步姿的足 底压力特征的描述，更是缺少详细的资料。 1 2 4 4 足底压力测试技术及设备 1 8 8 2 年，b e e l y 率先对足底压力进行了较科学的研究【2 3 1 。随后，t a p p i n 率先报道 了用抗磁性压力转换元件附着于足底进行剪切力的测量研究【2 4 j 。真正系统地进行足底压 力分析并用于临床始于2 0 纪5 0 年代，近一、三十年来发展迅速，已经从纯粹的理论转 变为医师手中的工具。紧接着，基于共聚物薄膜【2 5 】和发光二级管【硐转换装置的测量仪器 也相继被研制出来：进入9 0 年代，h o s c i n 等1 2 7 1 设计了一种鞋内垫垂直压力、剪切力 测试装置，利用嵌入鞋内垫的传感器测量了4 个趾骨前端及跟骨的足底动态力的分布 数据。d a v i s 等【2 8 】利用应变计量技术也获得了较为精确的足底动态力的测量参数。目前， 足底压力分析已进入动静结合，计算机精确量化分析，三维仿真模拟的阶段。建立起了 3 维足部有限元模型【2 9 】和鞋垫仿真设计【矧，获得了大量足底压力和内部骨所受应力的变 化参数。 根据足底压力测定的发展过程及使用技术可将其分为足印法、足底压力扫描仪、自 接形象化技术、压力平板及压力鞋垫等。近年来，采用美国t e k s c a n 公司的f s c a n 系 统，比利时f o o t s c a n 公司的平板系统，瑞士k i s t l e r 测力台，德国n o v e l 公司的e m c d 平板系统和p e d a r 鞋垫系统等进行的研究相对较为深入，尤以前两者应用更为广泛f 3 1 1 。 本项目预使用国际上较先进的比利时f o o t s c a n 公司的f o o t s c a n 高频足底压力测试 系统对受试者进行测试，采集信息。 足底压力测试研究作用于足底各局部解剖结构的力，因此在揭示足的多环节结构和 足的功能的关系方面已被研究人员所关注。目前国内外对正常人群和偏瘫患者足底压力 的研究较多【3 2 - 4 2 ，而对外八字、内八字等畸形步态人群的足底压力特征研究较少，随着 对外八字、内八字走姿不雅等负面影响的关注，以及人们对应用足底压力分析步态重要 性认识的逐步加深，利用足底压力矫正畸形步态的研究将是今后步态矫形的热点之一。 1 3 研究目的 ( 1 ) 利用足底压力测试系统测量出青年女性正常步姿、外八字、内八字等三种不同 步姿的足底压力分布规律，为足底压力在各领域的应用研究提供基线数据； ( 2 ) 对青年女性正常步姿、外八字、内八字等三种不同步姿做步态分析，探讨这几 种畸形步态的运动特征，对了解人体步态模式转换机制做出贡献。 1 4 研究流程 1 4 1 研究思路 图2 足底压力、步态分析研究思路 l o 1 4 2 研究流程 文献检索、资料搜集 l 开提报告 ，+ ! l 测试 数据采集 j l 参数数据处理 l 撰写论文 j l 专家咨询 i 论文定稿 图3 本论文研究工作流程图 2 研究对象与研究方法 2 1 研究对象 本研究遵循简单随机抽样原则，选取河北师范大学女学生3 0 名为研究对象，足踝关 节活动正常，平均年龄2 2 岁( 2 0 2 3 岁) ，平均体重5 4 1 k g ( 4 6 5 9 k g ) 。无足部畸形、异 常步态和足部外伤史。其_ 般情况见表1 。 表1 受试者基本情况比较( 孑4 - s ) 2 2 研究方法 文献资料法、测量法、数理统计法 2 2 1 查阅文献资料 查阅国内、外有关足底压力分析及步态特征的重要文献、理论著作和研究成果，能 够全面了解目前国内、外同类研究中的一些基本原则、方法和研究现状，避免重复前人 的工作，找出前人工作的不足和本课题的创新之处，同时从中预先选取步态分析的方法 和指标为本课题的顺利完成提供强大的理论支持。 检索策略：查阅河北师范大学图书馆、河北师范大学体育学院资料室。应用计算机 检索p u b m e d 数据库1 9 9 0 1 2 2 0 0 7 0 6 有关步态方面的文章，题名检索词“g a i t 限定 文章语言种类为e n g l i s h ，搜到2 0 8 篇。同时应用计算机检索中国期刊全文数据库、万 方数据库1 9 9 7 1 2 2 0 0 7 0 6 期间的相关文章，题名检索词“步态 ，限定文章语言种类 为中文，搜到3 9 5 篇( 其中学位论文3 9 篇) ，另题名检索词“足底压力 ，搜到4 8 篇 ( 其中学位论文4 篇) 。对资料进行初审，选取符合研究要求的有关文章找全文。 纳入标准：足底压力测试；步态分析及特征；足底压力分析；排除理由： 较陈旧的文献；重复研究。 2 2 2 测量法 测试仪器：比利时足底压力分布测试系统f o o t s c a ni n s o l e 平板系统( 见图4 ) ， 测量频率为l o o h z ，传感器厚度2 2 m m ，传感器密度4 个c m 2 。引出厚度1 5 m m ，压力范 围1 6 0 n c m 2 ，最小分辨率为2 5 9 ，一致性为2 5g ) 。 测试步骤： i ) 将f o o t s c a n 测力平扳平放在地板上，测力平板两边均铺上延长跑道。 2 ) 要求所有受试者，所有受试者均脱鞋袜，以个人平常步态自然行走、慢跑。 3 ) 受试者分别慢走和慢跑经过f o o t s c a n 测力平板。足底压力分布解析系统可获 得完整步态周期的足底压力分布图，测量3 次。 数据采集与分析采用配套软件f o o t s c a ns o f t wa r e 7 0 ，分析过程将足底分为1 0 个区域：第i 趾骨、第2 - 5 趾骨、第1 跖骨、第2 跖骨、第3 跖骨、第4 跖骨、第5 跖 骨、足中部或足弓、足跟内侧、足跟外侧，计算3 次测量每个区域的平均峰力值、接触 面积、冲量。所有受试者进行身高、体质量以及足长足宽的测量等相关信息，测试前检 查所有受试者足底有无骈体。 主要观察指标：足长、足底接触面积、压力、压强、着地时相及冲量情况。 圈4 足底压力分布测试系统f o o t s c a ni n s o l e 平板系统 2 2 3 数理统计 ( i ) 应用软件 采集数据首先应用系统自带的分析软件进行压力分布动态云图显示、压力中一t l , 移动 曲线计算等操作。所有数据处理均用s f s s l l0 软件，用简单描述性统计，结果用( 孑s ) 表示，组问比较采用单因素方差分析， ( 2 ) 数据筛选方法 走与跑都是典型的周期性运动。由技术动作的反复性和连贯性特点所决定，每一个 动作周期即每一个周期中动作阶段的比例是恒定的。选取受试者动作完成较为稳定的单 步过程中的支撑阶段进行分析。 ( 3 ) 数据标准化 由于受试者的身高和体重的差异，为了排除身高对足底压强的影响，在选取受试运 动员时选取了鞋号太小相近的进行测试。使测试的数据结果具有一定可比性。 ( 4 ) 足底压力分区方法 根据足的解剖位簧与测试系统上面传感器的对应关系，如图j 所示，将足底分为1 0 个区域：第1 趾骨、第25 趾骨、第1 跖骨、第2 跖骨、第3 跖骨、第4 跖骨、第5 跖 骨、足中部或足弓、足跟内侧、足跟外侧，通过这1 0 个区域的特征反映整个足底压力 分布信息。 在文献资料研究、经验总结和问卷调查、实验、等研究的基础上，进行分析、比较， 从而得出一些规律性的认识与有益的启示。 图5 足底分区 3 研究结果与分析 行走与慢跑是刷期性运动项i i l ，在逐渐递增速度运动时，走将变成跑的运动模式。 一般健身运动