（运动人体科学专业论文）1315岁超重和肥胖男生足底动态压力的特定分析.pdf

摘要 运用( f o o t s c a n7u s b 2g a i ts y s t e m ) 足底压力平板测试系统，以东北师 范大学附属中学初中部1 3 1 5 岁男生为实验对象，获取常速行走时受试者左单步 的足底动力学参数。目的是揭示肥胖程度的差异对足底压力参数的影响以及肥胖 可能对足部所造成的伤害，同时为肥胖人群特殊鞋类的设计提供参考，也为国内 学者的同类研究提供参考和比对。 主要研究结论： 1 常速行走时所有的受试者足底应力一时| h j 曲线呈明显的双峰型，第2 峰的峰值 大于第l 峰；体重是动态足底压力的主要决定因素，但体重对左单步触地时间 没有大的影响。 2 体重对改变足的着地和离地顺序贡献不大。足弓部位的触地时问和体重明显相 关，体重还会改变足底各区域峰值压力出现的时间。 3 体重和b m i 是1 3 一1 5 岁男少年动态足底压力、压力变化率和冲量的重要决定因 素，身高、年龄对它们的影响不大。体重对足底最大和最小压强的分布影响不大。 关键词：压力；足底压强；压力变化率；冲量；超重；肥胖； a b s t r a c t u s eaf o o t s c a np l a t ei n s o l es y s t e mt oa b t a i nt h ep l a n t a rp r e s s u r eo ft h el e f t s i n g l e s t e po f1 3t o1 5y e a r so l db o y s ，w h oi st h es t u d e n t so ft h ej u n i o rm i d d l es c h o o l a t t a c h e dt on o r t h e a s tn o r m a lu n i v e r s i t y t h e p u r p o s ei st or e v e a lt h ei m p a c to f d i f f e r e n to b e s i t yo np l a n t a rp r e s s u r e t of i n do u tt h ed a m a g eo fo b e s i t yd ot ot h e d i f f e r e n ta r e ao ft h ef o o t t op r o v i d et h er e f e r e n c eo fp a r t i c u l a rs h o e sd e s i g nf o r d i f f e r e n to b e s i t yp e o p l e ，a n da l s ot op r o v i d ec o n s u l ta n dc o n t r a s tf o rs i m i l a rr e s e a r c h t h em a i nc o n c l u s i o nf r o mr e s e a r c h ： f i r s t ，a l lt h ep l a n t a rf o r c d - t i m ec u r v eo ft h et e s t e db o y sa p p e a r e dt ob ed u a l p e a k ，a n d t h es e c o n dp e a ki sh i g i l e rt h a nt h es e c o n dp e a k w e t g h td o n ti n f l u e n c et h eg a i tp e r i o d o ft h el e f ts i n g l es t e p s e c o n d ，w e t 曲td o n td om u c hc o n t r i b u t i o nt ot h ec o n t a c to r d e ra n dl e a v eo r d e ro ft h e l e f tf o o t t h el a r g e rt h ew e t g h ti s ，t h el o n g e rt h ec o n t a c tt i m eo ft h em i d d l e f o o t w e t i g h tc a nc h a n g et h ep r e s e n tt i m eo fe v e r yr e g i o no fm a xp l a n t a rp r e s s u r e t h i r d ，w e i i g h t a n db m ii s v e r yi m p o r t a n td e c i s i o n f a c t o ro fd y n a m i cp l a n t a r p r e s s u r e ，l o a dr a t ea n di m p u l s ei nt h eb o y sw h o s ea g ei sb e t w e e nt h i r t e e na n df i f t e e n w e t g f l td i d n th a sm u c hi n f l u e n c ei nt h ec o n t r i b u t i o no ft h eb i g g e s ta n dl e a s tp l a n t a r p r e s s u r e k e y w o r d ：p l a n t a rf o r c e ；p l a n t a rp r e s s u r e ；l o a dr a t e ；i m p u l s e ；o v e r - w e i g h t ；o b e s i t y ； 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证书【面使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：越垒釜日期：生幺丛 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东：i l ! j o 范大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：东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。本人授权东北师范 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。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：渔缝奎指导教师签名：。墨生：塑兰 日 期：塑2 ： f i 期 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 1 前言 i 1 问题的提出 少年儿童个体形态与机能的发育速度和匀称度与健康状况有着密切关系，而 在形态发育不匀称当中，最常见的当属肥胖。目前少年儿童肥胖现象越来越多地 引起国内外学者的重视，据国外报道少年儿童肥胖发生率高达2 1 左右，国内 7 1 2 岁儿童也在1 5 5 5 之间。随着改革开放进程的不断深入，人民生活水 平的不断提高、育儿方式及儿童膳食结构的改变，我国少年儿童肥胖发生率已在 逐渐增加，己从7 0 年代的8 1 0 上升至9 0 年代的1 5 2 0 。 通常肥胖儿童容易出现扁平足、足内、外翻等症状；关节部位由于长期负重， 过度磨损而出现关节疼痛：运动行为表现为笨拙，易发生意外伤害等症状；甚至 出现代谢紊乱、糖尿病、高血脂等成年性疾病。可以说，少年儿童肥胖症已成为 日趋严重的、全球性的、危害健康的公共卫生问题，受到各界人事的广泛关注。 人体是一个有机的整体，而足是这一有机体的重要组成部分，通过足部反射 区的作用影响到全身。足底压力的特征可以反映足的结构、功能及整个身体姿势 的控制状况和人体的健康状况，异常的足底压力分布往往和足或身体某些部位的 病变联系在一起，因此监测足底压力可以从侧面了解人体其它部位的健康状况。 通过对1 3 - r 5 岁肥胖少年儿童步态的动力学研究，了解肥胖少年足底压力的 分布情况和特点，找出肥胖少年足底压力和正常少年足底压力的差别以及肥胖对 足底压力的影响，也可以了解由于肥胖所引起的身体其它部位的变化。 1 2 国内外研究现状 1 2 i 人体足部的生物力学 人体的足是由2 6 块骨，3 3 个关节和1 2 6 跟韧带、肌肉和神经所组成的网状分 层结构。它的基本功能具有承受体重、缓冲、吸收冲击力；产生向前的推动力以 及协调和维持人体的平衡等作用【”。人体的足是人体在步行时最重要的承受体重 和吸收冲击的结构之一，有很多学者指出生物力学因素在足部疾病的病因学、治 疗以及足部疾病的预防方面起着十分重要的作用i2 1 。在人类步行中足部所承受的 地面反作用力最高可达体重的1 5 倍；跑步时能达到体重的2 3 倍p j ；而在跳跃 落地动作中足部所承受的地面反作用力更能高达体重的7 倍1 4 j ，如在跳远起跳时 支撑腿受到的地面反作用力达到了体重的1 0 倍1 5 】。就日常的生活而苦，平均每人 每天大概要走8 0 0 0 。1 0 0 0 0 步1 6 j ，人体的足每天要承受几百吨的地面反作用力，巨 大的压力可能会对足产生危害，因此，如何保持足部健康，避免运动伤害，成为 了人们广为关注的话题。长期以来，很多专家和学者都认为对足底和支撑面之间 的力分靠的测量r 叮以为研究足部的结构、功能和体态控制提供大量有用的信息， 同时还可以利用这砦信息对一些足部疾病做 ；合理的解释。最早的足底压力分布 测量研究是1 8 8 2 年b e e l y 完成的l7 1 。随着研究手段的进步，足部生物力学的 研究必将会有利丁二进一步理解足部病理和足部功能，必将会更加深入地指导运 动训练及开发先进的康复用矫治器、功能鞋以及假肢1 8 j o 1 2 2 步态的生物力学研究 步态的生物力学研究是指运用生物力学的方法和技术，基于人体机能解剖学 和生理学的基本理论，对人体行走功能状态进行测试，分析和评价的应用研究【9 l o 其研究领域主要涉及到对人体运动系统和神经系统疾病的病因分析和诊断、功 能、疗效与残废评定，骨：关节假肢和义肢设计，截瘫病人的行走功能鼋建等， 目前已成为基础和幅床研究不可缺少的手段之一。步态生物力学研究的主要方法 包括：影像测量、身体平衡测营、肌电测量、支撑反力测量及压力分布测量f l o l ， 但目前最为流行和广大研究者广泛采用的是影像测量和支撑反力测量及足底压 力分布测量。 以往对不同人群的步态研究主要集中于运动学研究，而动力学研究，特别是 针对肥胖人群的步态研究鲜有报道，有待于系统研究。动力学研究常选的参数有 足地接触力、足底压力、踝关节力、身体重心加速度、髋、膝、踝乏关节力 矩等等，其中足地接触力和足底压力是研究的热点。 足一地接触力是人体行走时地面对人体的反作用力，通常它有三个方向： 垂直、左右、前后。观察足地接触力的特征，即峰值、谷值的大小，出现的 时间，和它们的幅度变化能得到人行走的一些规律。足一地接触力在疾病的诊断、 疗效随访、人工关节与假肢设计、手术方案制定和伤残鉴定等领域均有重要的价 值。在人体行走时垂直方向上的分力，即足底压力最大，在每个步态周期转折点 时出现极大值【3 5 j ，足跟着地时有一峰值f z l ，m f 常青年人f ：1 约为体重的1 1 3 ， 随着足跟的逐渐放平，受力面积逐渐增大，当足完全放平时，约在周期的4 3 时， 出现一谷值f 嫂，约为体重的7 5 ，随后足跟j r 始离地，在足趾蹬地时出现第： 峰值fz 3 ，约为体重的11 5 1 捌。耿春旺认为j f 常男、女青年除了在波谷力值上有 显著差异( 女性的谷值力较大) 外，在垂直方向两个峰值力和这两个力 1 5 现在步 态周期的位置以及步态周期的时问均无显著性差异；而受试者的体形对一些特征 量值有影响，耿认为身高商者f ：2 值比较大，l 面体重轻者峰值和谷值的差值比较 大【2 。j j i 常青午人的足地接触力在左右、i i 后方向受力较小，而目基本刈称； 而赵芳认为健康老年人在左右方向的足一地接触力较年轻人人得多1 3 6 1 ，这是因 为老年人的身体乎衡能力较青年人差，而肥胖的老年人在左右方向，e 的足地 接触力比j 下常的老年人大得多j ，这也可以从侧面推出肥胖人群的身体平衡能 力较i f 常体重人群差；但是戴克戎早期的研究却认为不同年龄的人的足地接 触力无显著性差异1 1 “。年龄较小的儿童在左右方向的足地接触力比较大，这 可能与儿童走路不稳有关，而且儿童的足底压力的第一峰值要比第二峰值大1 1 9 l ： b e c k 也认为儿童的足地接触力与年龄相关，在5 岁前足一地接触力随年龄 而变化，5 岁开始呈现成人步态1 3 7 j 。 1 2 3 人体足底压力研究现状 人体足底压力分布特征反映了足的结构、功能及整个身体姿势的控制状况。 测试和分析足底压力，可以获得人体在各种姿位和运动状态下的力学参数和机能 参数1 3 ，而这些参数对运动外伤的医学诊断、运动技术动作的经济性评定、生 物力学及康复研究与评价均具有重要的指导意义。足底压力测量技术作为当今步 态研究、足疾诊断和运动鞋设计领域的支撑技术，其测量技术的发展过程经历了 足印技术( p e d o g r a p h y ) 、足底压力扫描技术( s o l eb e u o g r a p h ) 、力( f o r c e ) 与测力台技术( f o r c ep a t o r m ) 、压力鞋与鞋垫技术( i n - s h o e 印a t e ) 3 9 1 几 个阶段。随着近2 0 年来科学技术的发展，人们应用物理原理实现了从力信号到 其他物理信号的真实转换，从而实现了足底压力测量技术由静态转化为动静结 合，由平面图像转化为2 维、3 维仿真模拟。目前，计算机化的3 维动态足底压 力分析系统已经成为定量研究的首选工具。 健康人足底压力的大小受年龄、身高、体重、步速和同常体育活动量等因素 的影响，因此不同年龄、体形人群的足底压力分布是不同的i 删。足底压力分为 静态足底压力和动态足底压力，此外在不同运动状态下的压力分布和数值都是不 一样的。静态的足底压力主要位于足跟，其次为跖骨头区域，足趾部位承受压力 较小；步行时足底压力分布明显改变，在行走时足底压力前移，以跖骨头区域， 特别足第2 跖骨头区域的受压最大，并且第l 趾也成为受压主要部位之一，各部 位的动态足底压力要比静态时大2 5 倍不等。在行走过程中有足着地期、足放乎 期和足离地期三个时期，这三个期的最大足底压力分布区域分别为：第2 跖骨头、 足跟和第l 趾，各部位的最大压力从大n 4 , 分别为：第2 跖骨头、足跟、第l 趾、第3 5 跖骨头、第2 趾、足弓、笫3 5 趾。 王永慧和袁刚都认为不同年龄人的m m p ( 足底最大峰值压力值) 均位于第2 跖骨头，其次是足跟；年龄是影响足底压力的因素之一，m m p 值随年龄增加有下 降的趋势，但早期的研究显示儿童足底压力接近于成年人，而老年人和青年人的 m m p 值差异显著，原因址老年人随年龄的增加足弓的退化，在行走过程中可能会 3 使足底压力增加，行走的速度与足底压力有关，行走的速度越快，足底压力也越 大j 。足底压力经证实和体重呈弱相关，约为0 2 1 ，这个原因可能是体重与身 高有关，身高和足的大小( 足一地接触面积) 难相关，体重大者足地接触面 积也较大，高体重大接触丽积不出现明显的高足压，提示可能肥胖少年的足底 压力可能和正常人群相近i “i 。不同种族人群的足底压力和体重的相关性不同， 有研究显示白种人群的足底压力与体重的相关性和黄种人不同，白种人的相关性 达到了0 3 7 ，高于黄种人。 研究现有的步态和足底压力文献，我们可以看出三维运动学和动力学的研 究还处于初级阶段， 但是在对糖尿病足的研究等方面已经得到了很大的成助， 随着科技的不断进步，我们有理由相信足底压力测量技术会给我们的生活带来更 多的惊喜和意外，比如运动外伤的医学诊断、运动技术动作的经济性评定、生物 力学及康复研究与评价，以及为特殊人群发纠和制作个性化的鞋。 1 3 肥胖少男步态研究的目的及意义 步态研究起源j ：欧美国家对糖尿病足的研究，随着研究的深入和现代科学技 术的发展和不断进步，步态在足部疾病的诊断、康复、疗效的评定以及存运动技 术经济性的评价方向有r 很大的发展和进步，随着新的研究设备和仪器的出现， 各种新的研究方法和手段层出不穷，近几十年里，不论是步态的理沦研究还是i 临 床应用研究，都有了很大进展，关于步态的论文更是层出不穷，但以往有关对不 同人群的步态研究文献认为主要集中于对糖尿病人、损伤病人和正常体重的成年 人群，研究的方法电多是集中在影像分析方面，这只能对步态进行定性描述，动 力学的研究多采用三维测力台，只能测得足一地接触反力的三维曲线，而无法得 到人体行走的动态力，也有设计者采用自行研究设计的足底压力仪器进行研究， 足底各部位的受力情况进行分析，但是由于其标准和国外仪器标准并不一致， 无法进行同类别的比较分析，而本研究采用的是比利时生产的足底压力平板测试 系统，属于国际标准仪器，能够有效测得1 3 一1 5 肥胖少男和正常少男在正常行走 时足底压力的变化，能够得到肥胖对少年儿童足底压力的影响，进而推测这种变 化可能给肥胖少年带来的身体的危害。1 3 一1 5 岁是占少年青春期生长发育的关键 时期，检测该年龄段少年的足底压力可以间接监测其足和身体其它部位的健康程 度，也可以为肥胖少儿特殊鞋类的设计提供参考，由于国内针对肥胖人群的足底 压力的相关资料并不多见，所以本文的研究思路和分析的方法也可以为他人在进 行相关研究时提供参考和对比。 4 2 材料和方法 2 1 实验对象 3 0 例1 3 1 5 岁的男生接受了检测，按b m l 分为3 组，每组1 0 人，b m i = 体重 ( k g ) 身高2 ( m ) ，b m i 的分类标准严格按照中国肥胖工作组制定的标准：正常 体重组b m i 范围是1 8 5 2 4 9 ， 2 5 b m l 4 2 7 9 为超重，b m i 2 8 为肥胖。受 试者基本情况见表1 ，对照组为正常体重男孩，其中超重组和肥胖组为实验组。 表1 受试者基本情况一览表 注：表示与对照组相比p f 吐洲 2 2 实验设备 本实验采用f d d 舰4 ，l7 u s b 2 9 a i ts y s t e m 足_ 底压力平板系统。测力板的面积 为3 0 e r a x 5 0 c m ，该平板内装有4 0 9 6 个传感器( 每平方厘米有4 个传感器) 采样频 率3 0 0 h z ；身高测量器、体重计等。 田1 足底压力测试系统主界面 图2 足底压力2 维动态图 2 3 实验过程 测试1 ：2 0 0 6 年1 1 月2 3 【 上午9 ：0 0 1 1 ：0 0 在东北师范大学附属中学初中部 体育馆内进行。 2 3 1 进行足底压力分布测试系统的连接和调试，将采样频率设置为3 0 0 h z 。 2 3 2 先对被试者进行环境适应性训练，要求赤足进行，待其适应后，让其以正 常步速用一足踏在测力平板上，折返时以另一足踏测力平板，完成一个完整的步 态周期运动。 2 3 3 由仪器采集多次双足的动态足底压力分布，取其中的3 次有效数据存入数 据库，测试完后，立即测量受试者的身高和体重。 f s t ! 量 圈3 实验 现场行进 跑道示意 图 2 4 测试指标 计算3 次测量的足底压力、动态足底峰值压强( m p f ) 汞j 各部位峰值压强，足 底各部位接触时问、面积，压力中心的变化等。如无特别说明本次试验所选用的 数据均足允足数据。 2 ，5 实验数据处理 计算数据用平均值表示，全部统计分析用s p s s l 4 0 统计软件包完成，并进行 f 检验和p e a r s o n 相关分析。t 检验是统计学中最常用的统计方法，可以对差异 性进行分析，该检验得到的返回值为口n p n 仿时，认为二组特征量差异显著， 当p 口0 1 时，认为二组特征量差异高度显著，当p ，n 时，则认为两组特征量 没有差异性。足底峰( 谷) 值压力、峰值总压强、总冲量、接触面积与身高、年 龄、体重、体重指数( b n i ) 的关系采用p e a r s o n 相关分析，当p ，n 时，则认 为两组特征量没有差异性，p 超重组 对照组，且肥胖组和对照组相比差异具有显著性。 表8 ：对照组常速行走时左单步分区足底压强参数一览表 表9 ：超重组常速行走时左单步分区足底压强参数 览表 注# 表示与对照组相比p ( o o0 5 = 。表示与对照组相比pf n0 1 3 2 3 着地面积特征分析 3 组受试者足的总接触面积顺序为：正常组 第3 5 跖骨头 第2 5 趾骨 第l 趾骨 第2 跖骨头 第l 跖 骨头；超重组：足弓 足跟 第3 5 跖骨头 第1 趾骨 第2 5 趾骨 第2 跖骨头 第l 跖骨头；肥胖组：足弓 足跟 第3 5 跖骨头 第l 趾骨 第2 5 趾骨 第1 跖 骨头 第2 跖骨头。2 个肥胖组第2 5 趾骨处接触面积均小于正常体重组，且超重 组与下常组比差异有高度显著性( p = o 0 0 2 ) 。 3 2 4 足底接触面积、冲量比较 从表1 0 可以看出三个组足底的接触面积百分比大4 , j l l 贞序是一致的：前足 足i j 足跟，足跟和足弓处的着地面积百分比随着受试者体重的增加而增大，而 前足的足底接触面积百分比却呈现相反的趋势，但是t 检验的结果显示，3 组三个 部仃的管地面积百分比均不存在显著性差异，这提示较大的体重会使足跟和足弓 的接触i 斫积百分比增加，使前足的接触面积百分比下降。 冲壁是反映力的作用效果的物理量，从表中可知三努m ：前足受到的冲量最 1 3 大，其次是足跟，足弓部位的受冲量最小，而丑3 组足跟、足弓、前足这3 个部 位的冲量均随体重的增加而增大，特别是足跟部的冲量，两个实验组和对照组比 有高 表1 1 ：不同组别足底接触面积占全足的百分比 注：”表示与对照维翱l 乏，p o ? 0 1 度显著性差异( p = o 0 0 4 ，0 0 0 3 ) 。比较3 组前足、足弓、足跟部位的冲量分却百 分比值发现并不存在显著性差异，这说明较大的体重并不造成受试者冲量的分布 改变。 表1 3 ：不同组别足底冲量百分比分布 3 3 动态足底压力、压强、冲量、面积的影响因素 表1 4 表示的是f l 、f 2 、n 与年龄、身高、体重、b m i 的p e a r s o n 相关分析，从 表中可知，f 一、f z 、f 。3 与年龄、身高均呈弱的正相关 n j ，与体重和b m i 呈高度显著正相关 0 0 0 1 ，。 注：。表示p f n0 1 表1 5 表示的是动态的峰值足底压强和冲量与年龄、身高、体重和休莺指数的 p e a r s o n 相关分析，硅衣动态峰值足底压强与年龄和体蘑呈弱负相关( r ：一o 2 8 9 ， 0 2 6 1 ) ，动态的总峰值足底压强和体重呈显著正相关( r = o 4 2 9 ，p = 口0 1 8 ) ， 和体重指数呈高度显著i f 相关( r = o 5 2 2 ，p = o 0 0 2 ) 。足底的总冲量与年龄和身高 也呈弱的负相关( r - 一0 2 1 5 ，0 1 6 3 ) ，总冲量与体重呈高度显著正相关( r = o 4 6 2 ， p = o 0 1 ) ，总冲量与体重指数呈高度显著正相关( r = o 5 4 1 ，p = o 0 0 2 ) 足底的接 触面积与年龄、身高、体重指数均呈弱正相关，与体重呈高度正相关( r = o 4 1 4 ， p = 0 0 2 3 ) ，相关具有显著性。 表1 5 ：动态的总峰值足底压强，冲量、接触面积与年龄、身高、体重和体重指数p e a r s o n 相关分析 注：表示p n0 5 , 籀光辱希量者z 岛 蝻濡p o 0 1 相关具有高度显著性 4 讨论 力是影响运动效果的重要因素，人体不论在静l e 还是在运动状态下，由于受 到自身重力的作用，足底在垂直方向卜总是受到一个地面的反作用，这个力就是 足底的垂直压力，简称足底压力。足底压力一时自j l l l l 线可以反映足在行走过程中 的受力状况，一般它呈现典型的双峰型1 3 5 j 。双峰曲线的第一峰f 为冲击峰，它 出现在足跟着地时( l ) ，它的大小受足着地状态的影响( 如速度、体重、身高 等) ，随着足的逐渐放平，受办面积增大，在足完令放平时( t ：) ，出现一个谷 值f ：，在足趾蹬离地时( b ) 出现厂第二峰r ，整个过程大致形成一条双峰曲线， 矿常人行走时f ，大于f 1 4 5 j 。从本次实验结果看，f 、f 。、f ，均随体亳的增加而 增加，这3 个值与体藿相关系数均超过了0 8 ，而h 均是高度显著i f 相关，消除 了休霞的影响后仪是超帚组r 2 与对照纽比有显著州。荸异，由此可知休霞足q 1 国 1 3 。1 5 岁男少年足底压力大小的重要决定因素，这也和以往的理论研究相一致 1 4 2 1 。超重组和肥胖组f ，和f ：出现在步态周期的时l 砌比对照组要晚一些，且肥胖 组与对照组比差异显著，这可能是体重较大少年在足着地时缓冲要充分些。3 个 组的左单步足触地时问没有差异，而足一地接触时问往往和步速有关，足一地接触 时问越短，步速越快，丽步速越快，相关的足底压力和压强就会越大，丽3 组的 足一地接触时间基本无差异，这就可以排除步速对足底压力和压强的影响。1 3 1 5 岁的男少年已经基本形成了成人的步行方式，而且体重对双峰曲线形状的影响剪 不大。 正常人走路的时候都是由足跟先着地，逐渐过渡到脚弓、跖骨，最后是趾骨 着地，这时全足着地，然后从足跟丌始离地，直到脚尖离地为止。从表中数据看， 3 个组足跟、足弓、跖骨头、趾骨这4 个部位的着地顺序大致一样，主要差别是 在趾骨的着地顺序上，对照组第2 5 趾骨先于二第l 趾骨着地，正常情况f 应该是 第1 趾骨先着地，对照组中有3 名受试者是第2 5 跗骨先着地的，产生这种现象 的原因可能是抽样误差，也可能是实验中某些受试行过于紧张所造成的。3 组受 试者的足离地顺序完全一致，而着地顺序也仅有细微差别，提示体重对改变足的 着地顺序和离地顺序的贡献不大。 2 个实验组足弓部位的触地时f f i j ，即触地百分【匕均比对照组大，且肥胖组和 i ：常组j h 比差片显著，提示足弓部化的触地时f j 百分比随体重的增加而增j j 【j 。足 i j 是山i - 一f 两个部分纰成的，可以形象地用弓箭的纪陶来比喻，上部好比是，j 背， 6 下部好比是弓弦。足弓的弓弦是跖腱膜，它白跟骨结节起，向i i 分成丘个腱条， j 二于屈肌腱鞘和跖骨头横韧带，维持纵弓，犹如弓弦。跖腱膜足维持足弓的重要 结构，如果这个弓弦松弛了，那么足弓高度必然下降。足弓部位承受压力的时间 较长，而且承受的压强也较大，而长期的大压强会使足弓部位肌肉不能承受，从 而形成足弓塌陷，最终慢慢形成扁平足，这也是超重和肥胖人群中往往扁平足较 多的原因之一。，建议有扁平足的人群多加强足部肌肉的锻炼，增强维持足弓的力 量。2 个实验组在多个部位的触地时间百分比均大于对照组，这也从侧面说明较 大的体重会使单个部位的着地时日j 延长，此外体重还会改变足底各区域峰值压力 出现的时1 日j 。 由于3 个组别中左单步的足触地时间不存在差异，这就消除了由于步速不同 而导致足底压强的不同。理论上足底压强等于垂直压力除以接触面积的商，故足 底压强和体重明显相关，本文的研究结果和理论吻合：超重组和肥胖组的足底总 峰值压强明显大于对照组( p ( 口0 1 ) ，足底总压强与体重的呈显著正相关，相 关系数是0 4 2 9 ；以往由有文献显示足底压强和体重呈弱相关，相关系数为0 2 l ， 但本文认为1 3 1 5 岁少年的足底压强和体重显著相关。为了研究身高对足底压强 的影响，我们将体重指数引入计算，发现足底压强和体重指数呈高度显著j 下相关 ( ，= 口5 2 2 ) ，而且相关性比体重更高，这和以往的文献资料基本吻合，从而 可知体重茅h b m i 是中国1 3 1 5 岁男少年足底压强大小的重要决定因素。足底压强与 年龄、身高的相关性较弱，提示青少年儿童和成人的足底压强可能并不存在大的 差异，这也和v e v e s 的研究结果一致【4 4 1 。足底的接触面积和体重存在显著正相关 ( 1 - - 0 4 1 4 ) ，这是因为体重较大的人全身的脂肪百分比较正常人大，足部的脂 肪层也较厚，从而使足部软组织与地面的接触面积增加；年龄、身高和b m i 与接 触面积相关性不高。 不同组别在足底各部位受压大小顺序上稍有不同，但是3 组受试者第2 跖骨头 和足跟区域受到的压强最大，第2 5 趾骨的受压最小，提示体重对最大区域和最 小区域的压强的分布影响不大。除了趾骨区域外，2 个实验组在其它部位的压强 均比对照组大，这说明体重不仅会增加总的足底压强，而且还会加大单个部位的 压强，长此以往，这种异常的高压力可能会造成足的某些部位或关节受压过大， 极易产生过度使用伤害。观测受试者所穿的鞋发现，肥胖受试者的鞋跟外侧磨损 较严重，一方面这说明足跟番i 运动中最易受到损伤，因此要加强对足跟的保护。 此外扁平足患者的鞋跟后侧和外缘磨损严重，这和受试着的足的形状也吻合。 压强变化率反映足在一段时期内的压强变化情况，在正常行走时3 组受试者 足跟的压强变化率最大，第2 、5 趾骨区域压强变化率最小，从运动医学和运动生 理学的角度分析，运动中压强变化率越大的部位，越容易受到伤害。除了足跟和 第l 趾骨外，实验组的乓余各部位和总的压强变化率均大于对照组，可知体重较 1 7 大人群的足底比证常体重的人要容易受到伤害。足跟整个足压强变化率最大的部 位，也是最容易受到伤害的部位，特别是体重较大的人群，可以通过改变足的着 地方式如延长缓冲时间来减小压强对足部的伤害，也可以穿吸收冲量较好的的鞋 来加大缓冲。 冲量是反映力对时间的累积效应的物理量，是个过程量，它能反映足在着地 这段时期内垂直应力对足的作用效果，足底的总冲量与年龄、身高呈弱负相关， 与体重呈显著萨相关，与体重指数呈高度显著正相关，说明年龄和身高对足底的 总冲量的影响不大，且与足底压强一样，体重和体重指数与足底总冲量有较好的 相关性。莉足、足弓、足跟3 个部位的冲量均随体重增加而有增加的趋势，2 个 实验组的冲量均大于对照组，较大的冲壁会对人体的关节部位造成伤害，因此2 个实验组足底的3 个部位和下肢的各关节均比对照组要容易受到损伤，要在平时 加强保护。此外体重还会改变受试者足底3 个区域接触面积的百分比，使足弓和 足跟的接触面移! 百分比增大，使前足的玎分比值减小：从足底压力2 维动态图看， 这主要是第3 。5 趾骨区域着地面积减小造成的。从受试者左足的足底压力的2 维动 态变化图看，超重组有6 0 的受试者第3 。5 趾骨肇本不着地，而肥胖组有一半受试 者有这种现象发生，而对照组只有i 值受试者第3 5 趾骨区域不着地，如此人的差 别小应该是抽样造成的，由此可知，较大的体重会导致足趾外侧部着地面积减小。 足底压力异常往往和足部或身体的疾病有很大的联系，如糖尿病、风湿病或 者偏瘫，这些病人的足底压力( 强) 和m 常人比较，不论是总的足底压力( 强) 还是单个部位的足底压力( 强) 都有较大的著异。从实验数据看来，2 个实验组 总的足底压力( 强) 基本都比对照组大，这主要是体重较大引起的。此外，肥胖 组单个部位的足底压强均比对照组偏大，这是正常现象，但是超重组在第2 5 趾骨头、第3 5 跖骨头的受压却明显小- h ：对照组，这是异常现象，足底压力的2 维动态图显示该组的多个受试者在测试时该两个部位基本不着地，从软件的分析 看超重组中有多个受试者的左足有足外翻现象，而足外翻会改变足底压力的分 布，它会导致足内侧的压强偏大，使足外侧受压减小。软件的分析显示，2 个实 验组的受试者足弓部位的承压时间和承受的足底压力均远大于对照组，除了体 重，受试者的足的形状也有很大关系，2 个实验组均有7 位受试者的左足是扁平 足或轻度扁平足，而对照组的所有受试名均属于正常足，这也充分显示了足底压 力可以反映足的健康程度。对于青春期的孩子来说，特别是体重明显增加的孩子， 要采取积极的措施来防止扁平足的发生：可每天定时做足部按摩，还要加强足部 肌肉的锻炼，如用足跟、足尖和足外侧走路，走路时足不要内扣，另外用还t 叮以 用脚趾夹小物体，赤足在沙地或地板走路；此外还要积极参加体育锻炼汞l 进i j 饮 食凋节，控制女f 体莺。还要挑选质啭合格的鞋，多穿平底鞋或运动鞋，女r e 嵝少 穿高跟鞋，特别是尖义高跟# ，选择悖肢、￥ 底不软，但鞋挚软一些的￥er 最 好后跟部有一定弧度以适应足跟的弧形，此外还要注意不要让脚过度疲劳。 9 5 结论 采用运动生物力学方法对1 3 、1 5 岁男少年常速行走的左单步进行足底压力 分析，主要钊对足底压力一时间曲线、动态的足底压强一时间曲线、压强变化率、 冲量等的分佰进行分析，主要结论如下： 5 1 常速行走时所有的受试者足底应力一时间曲线呈明显的双峰型，第2 峰的峰 值大于第1 峰；体重是动态足底压力的主要决定因素，但体重对左单步触地时 间没有大的影响。 5 2 体重对改变足的着地和离地顺序贡献不大。足弓部位的触地时间和体重明显 相关，体重还会改变足底各区域峰值压力出现的时间。 5 3 体重和b m i 足1 3 1 5 岁男少年动态足底压力、压力变化率和冲量的重要决定 因素，身高、年龄对它们的影响不丈。体重列足底最人和最小上k 强的分布影响不 大。 参考文献 【1 h a r v e ys i m o nm d ，f o o tp a i n ，h t t p ：w w w f o o t - s p e c i a l i s t c o m h t m l f o o t - p a i n h t m , m a r c h , 2 0 0 2 【2 】w e n g p i nc h e r t ，f u k - t a nt a n g ，c h i a - w e ij u s t r e s sd i s t r i b u t i o no ft h ef o o td u r i n gm i d s t a n c et o p u s h o f fi nb a r e f o o tg a i t ：a3 - df i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s j c l i n i c a lb i o m e c h a n i c s ，2 0 0 1 ，1 6 ：6 1 4 6 2 0 3 吴俊豪足踝生物力学与足踝辅具之相关研究 c 4 t h 世界生物力学年会，2 0 0 2 【4 s t a c o f fa ，k a e l i nx ，s t o c s s ie l o a da ti m p a c ta f t e rav o l l e y b a l lb l o c k j d e u t s c h ez e i t s c h r i f l f u r s p o r t m e d i z i n , 1 9 8 7 ，i i ：4 5 8 4 6 4 【5 m c n i t t g r a y , j l k i n e m