不同体质量指数成年女性穿高跟鞋行走步态特征分析.doc

www.CRTER.org闫红光. 不同体质量指数成年女性穿高跟鞋行走步态特征分析不同体质量指数成年女性穿高跟鞋行走步态特征分析闫红光(沈阳体育学院运动人体科学学院，辽宁省沈阳市 110101)引用本文：闫红光. 不同体质量指数成年女性穿高跟鞋行走步态特征分析J.中国组织工程研究，2016，20(49):7349-7355.DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.49.008 ORCID: 0000-0002-4694-909X(闫红光)文章快速阅读：不同体质量指数成年女性行走时步态特征改变与高跟鞋的关系闫红光，女，1963年生，吉林省洮南市人，1988年东北师范大学毕业，硕士，教授，主要从事运动技术分析和人体肌肉力的测量和评价。中图分类号:R318文献标识码:B文章编号:2095-4344(2016)49-07349-07稿件接受：2016-09-02运动学特征足跟着地站立相足趾离地迈步相步态周期；步速；支撑时间；摆动时间；足放平时间；下肢各关节角度；MaxCOPy轴；MaxCOPx轴步态特征动力学特征行走中足底不同区域压力峰值的变化足底压力肥胖与正常人群文题释义：体质量指数：是指体质量与身高平方的比值，简称BMI。是世界公认的一种评定肥胖程度的分级方法，世界卫生组织(WHO)也以体质量指数来对肥胖或超重进行定义。由于肥胖会导致人类在行走时下肢承重增加，当体质量指数超越一定限度时，人们的行走姿态会发生相应的改变。步态分析：为了确切对步态特征及行走能力进行描述，通常选取相关指标，如支撑相、摆动相及二者的比值等。在常速行走时，当一侧下肢进入支撑时相时，另侧下肢尚未离地，两下肢同时负重称为双肢负重期，时间占一个步态周期的28.8%，支撑时相的其他时间为单肢负重期。随年龄的增长，单、双支撑时相占步态周期的比例随之增加。双肢负重相的长短与行走的速度密切相关，速度越快，双肢负重相占的时间越短，奔跑则不存在双肢负重相。在双肢负重相结束，从一侧下肢单独负重到再一次进入双肢负重之间的一段时间，称为单肢负重期。对某一单足而言，站立相和摆动相约各占周期的61%和39%。偏瘫患者双下肢显示出不同的站立相及摆动相时间，患病肢体的站立相时间缩短，摆动相的时间延长，说明患病肢体负重能力减弱。摘要背景：女性穿高跟鞋经常出现不适现象，且对身体有潜在的致病作用，因此有必要探讨不同鞋跟高度对人体行走步态影响及损伤的生物力学机制。目的：研究不同身体质量指数成年女性穿不同高度高跟鞋行走时的步态特征。方法：依据身体质量指数将20位成年女性分为超重组与标准组，采用三维录像解析系统和足底压力测试系统，对穿平底鞋和不同高度高跟鞋行走时的步态特征进行同步测试，并采集相关的运动学及动力学参数。结果与结论：24 kg/m2身体质量指数28 kg/m2人群(超重组)鞋跟高度在5.3 cm以下时比较符合行走时的正常步态特征；18.5 kg/m2身体质量指数24 kg/m2人群(标准组)鞋跟高度在6.5 cm以下时符合行走时的正常步态特征；同时两组人群鞋跟高度在8.5 cm时的步态特征均出现严重异常；随着鞋跟的增高，两组人群的第一跖骨处、第二跖骨处、第三跖骨处压强峰值均逐渐增加，而第五跖骨与鞋跟高度成反比。关键词：组织构建；成年女性；身体质量指数；高跟鞋；步态特征；运动学特征；动力学特征主题词：人体质量指数；鞋；步态；女(雌)性；组织工程3 P.O.Box 1200,Shenyang 110004 基金资助：辽宁省教育厅课题(L2013441)冬奥技巧类运动顼目运动员下肢肌肉离心工作效能及其控制机制的研究Walking gait characteristics of adult women with different body mass indexes wearing different height heelsYan Hong-guang (Sport Science School of Shenyang Sport University, Shenyang 110101, Liaoning Province, China)AbstractBACKGROUND: Women who wear high heels often feel discomfort that will become a potential killer; therefore, it is impending to figure out how the heel height affecting walking gait features and the biomechanics mechanism. OBJECTIVE: To investigate the walking gait features of adult women with different body mass indexes wearing different height heels.METHODS: Based on the body mass index, 20 adult women were divided into two groups: overweight and criterion groups. The walking gait features when they in flat shoes or in different height high heels were detected using three-dimensional video analysis system and plantar pressure test system, and kinematics and kinetic parameters were collected.RESULTS AND CONCLUSION: (1) Walking gait characteristics were normal when overweight subjects (24 kg/m2 body mass index 28 kg/m2) in high heels with height lower than 5.3 cm; for criterion subjects (18.5 kg/m2 body mass index 0.05)；鞋跟高度为5.3 cm时开始有变化，差异有显著性意义(P 0.05)；当高度超过5.3 cm时出现显著变化(P 0.01)；8.5 cm时各参数值达到最大(P 0.01)。足放平时间、单支撑时相、Avg步速、步长、MaxCOPy轴则呈下降趋势，鞋跟高度为4 cm时与平底鞋比较以上参数变化相似；鞋跟高度为5.3 cm时各项参数出现明显下降趋势，差异有显著性意义(P 0.05)；当高度超过5.3 cm时，出现显著变化(P 0.01)；8.5 cm时各参数值达到最小值(P 0.05)。表3是标准组穿不同高度高跟鞋行走的运动学参数，可以看出：随着鞋跟高度增加，步态周期、支撑期、双支撑期、双支撑/支撑4项参数呈现逐渐延长趋势；足放平时间、单支撑时相、Avg步速、步长、MaxCOPy轴则呈下降趋势。实验结果与超重组结果基本一致，但标准组试验对象穿鞋跟为4 cm、5.3 cm时与平底鞋比较差异无显著性意义(P 0.05)，鞋跟在6.5 cm时开始出现显著性变化(P 0.05)；鞋跟高度为5.3 cm时与平底鞋相比，踝关节、膝关节在迈步相无显著性差异，其余各时相中差异有显著性意义(P 0.05)， 表1 试验对象基本情况 (s)Table 1 Basic Information of participants表注：身体质量指数=体质量/身高2。国家体育总局网指出中国正常成人身体质量指数是衡量肥胖程度的标准。超重：24 kg/m2身体质量指数 28 kg/m2，标准：18.5 kg/m2身体质量指数 24 kg/m2。组别n年龄(岁)身体质量指数(kg/m2)下肢/身高(%)鞋号(sizes)身高(cm)体质量(kg)超重组1024.31.524.60.554.00.637.01.0162.63.064.36.3标准组1025.40.620.51.654.30.838.60.6163.23.354.15.2表2 超重组运动学参数 (s，n=10)Table 2 Kinematics parameters of the overweight group表注：与G1比较，aP 0.05，bP 0.01。G1代表平底布鞋、G2代表鞋跟高度为4 cm、G3代表鞋跟高度为5.3 cm、G4代表鞋跟高度为6.5 cm、G5代表鞋跟高度为8.5 cm。指标G1G2G3G4G5步态周期(ms)1 046.032.51 080.095.51 304.020.7a1 334.4178.4b1 359.2265.8b支撑时相(ms)682.437.5691.283.0768.491.1a814.080.5b840.075.5b双支撑时相(ms)284.454.3282.464.7377.258.7a383.287.0b420.861.5b单支撑时相(ms)438.092.1428.832.7351.248.2a330.823.5b333.276.0b双支撑/支撑(%)33.047.28.0a46.48.3b49.813.5b足放平时间(ms)108.040.084.016.768.011.0a62.011.0b56.021.9bAvg步速(cm/s)124.19.4122.67.4110.75.1a98.45.3b98.94.7b步长(cm)76.19.074.13.363.97.7a62.17.8b59.96.3bMaxCOPy轴(mm)84.011.681.811.762.88.6a62.220.4b60.214.9bMaxCOPx轴(mm)2.7表3 标准组运动学参数 (s，n=10)Table 3 Kinematics parameters of the criterion group表注：与G1比较，aP 0.01。G1代表平底布鞋、G2代表鞋跟高度为4 cm、G3代表鞋跟高度为5.3 cm、G4代表鞋跟高度为6.5 cm、G5代表鞋跟高度为8.5 cm。指标G1G2G3G4G5步态周期(ms)1 048.273.61 047.482.31 057.684.81 164.0226.1a1 273.2355.9a支撑时相(ms)644.457.4681.246.1677.877.1750.567.1a749.488.5a双支撑时相(ms)231.486.3267.893.9260.839.2364.4138.5a367.8111.7a单支撑时相(ms)415.066.2406.267.2404.430.3341.581.5a338.025.4a双支撑/支撑(%)35.411.34.548.917.7a48.59.3a足放平时间(ms)106.029.8100.035.3104.026.372.021.5a72.025.3aAvg步速(cm/s)140.216.2135.210.2134.515.6120.97.9a118.87.5a步长(cm)78.18.378.914.777.42.267.69.9a64.08.9aMaxCOPy轴(mm)93.313.492.210.982.311.675.512.4a75.516.6aMaxCOPx轴(mm)3.2髋关节只在首次着地屈曲角度差异有显著性意义(P 0.05)；鞋跟高度大于5.3 cm时与平底鞋相比，足趾离地相髋关节也产生显著差异(P 0.05)，其余指标与鞋跟高度为5.3 cm相近，此时差异有非常显著性意义(P 0.01)。 从表5可以发现，随着鞋跟高度的增加，标准组试验对象踝关节首次着地跖屈角度、站立相最大跖曲角度、足趾离地跖屈角度、迈步相最大角度呈现逐渐增加的趋势；膝关节首次着地屈曲角度、站立相最大伸展角度、足趾离地伸展角度、迈步相最大角和屈曲角度都呈逐渐下降趋势；髋关节首次着地屈曲角度、足趾离地伸展角度亦逐渐增大，站立相最大伸展角度、迈步相最大屈曲角度没有变化。实验结果与超重组的实验结果基本相似，但鞋跟高度达到6.5 cm时出现显著性差异。2.2 不同体质量指数成年女性穿不同高度高跟鞋行走时动力学指标2.2.1 不同体质量指数成年女性穿不同高度高跟鞋行走时足底压力峰值变化 由表6可以看出，随着鞋跟增表4 超重组行走过程中关节角度变化 (s，n=10，)Table 4 Change of the joint angle in walking of the overweight group时相部位G1G2G3G4G5足跟着地踝关节100.11.5102.86.8116.77.8a116.26.4b125.93.5b膝关节169.72.3163.65.2116.92.1a114.45.3b106.73.9b髋关节102.77.7115.213.7116.510.9a157.78.5b157.95.9b站立相踝关节116.14.5117.16.0124.24.4a129.22.1b132.52.8b膝关节149.92.9162.92.8173.42.6a177.31.1b177.11.3b髋关节178.21.0177.22.1177.21.8176.51.9177.70.7足趾离地踝关节105.55.3112.611.8121.29.4a128.97.2b133.39.5b膝关节121.07.8121.53.9128.17.5a127.85.4b129.13.2b髋关节170.15.3171.14.8170.25.0162.92.3a154.43.9b迈步相踝关节115.12.8117.16.5114.03.9115.64.8116.56.2膝关节162.94.1162.63.2163.63.0162.20.7162.53.3髋关节164.24.6162.53.3169.43.0172.43.9172.36.8表注：与G1比较，aP 0.05，bP 0.01。G1代表平底布鞋、G2代表鞋跟高度为4 cm、G3代表鞋跟高度为5.3 cm、G4代表鞋跟高度为6.5 cm、G5代表鞋跟高度为8.5 cm。表5 标准组行走过程中关节角度变化 (s，n=10，)Table 5 Change of the joint angle in walking of the criterion group表注：与G1比较，aP 0.05)；鞋跟高度为5.3 cm时与平底鞋比较，超重组试验对象的足底压力峰值开始显著增加(P 0.05)，数值为(748.615.8) N，鞋跟高度为6.5 cm时与平底鞋比较差异有非常显著性意义(P 0.01)；标准组试验对象的足底压力峰值当鞋跟高度6.5 cm时，与平底鞋比较差异有显著性意义(P 0.05)，鞋跟高度为8.5 cm时，与平底鞋比较差异有非常显著性意义(P 0.01)。两组试验对象的足底压表6 两组足底压力峰值表 (s，n=10，N)Table 6 Plantar peak pressure of the two groups表注：与G1比较，aP 0.05，bP 0.01。G1代表平底布鞋、G2代表鞋跟高度为4 cm、G3代表鞋跟高度为5.3 cm、G4代表鞋跟高度为6.5 cm、G5代表鞋跟高度为8.5 cm。组别G1G2G3G4G5超重组670.432.9671.657.7748.615.8a771.540.2b812.687.3b标准组647.084.2653.820.8650.944.6703.947.2a727.831.3b 表8 标准组足底各区压强峰值 (s，n=10，N/cm2)Table 8 Plantar peak pressure of the criterion group表注：与G1比较，aP 0.05，bP 0.01。G1代表平底布鞋、G2代表鞋跟高度为4 cm、G3代表鞋跟高度为5.3 cm、G4代表鞋跟高度为6.5 cm、G5代表鞋跟高度为8.5 cm。区域G1G2G3G4G5H128.69.822.53.320.74.3a22.35.8a20.43.9aH227.79.721.34.520.06.3a21.04.9a20.66.7aM514.86.4b3.44.7bM415.63.313.23.412.83.612.96.412.92.2M320.94.520.94.321.96.426.98.1b28.84.3bM224.36.724.37.031.35.7a31.99.4b36.67.7bM123.511.724.25.424.15.733.46.1b36.66.5b表7 超重组足底各区压强峰值 (s，n=10，N/cm2)Table 7 Plantar peak pressure of the overweight group表注：与G1比较，aP 0.05，bP 0.05)，M5区域的压强峰值显著性升高(P 0.05)。当鞋跟高度为5.3 cm时与平底鞋比较，H1区域、H2区域、M1区域、M2区域、M3区域、M5区域的压强峰值开始有明显的变化(P 0.05)；当鞋跟大于5.3 cm时，H1区域、H2区域、M3区域、M5区域的压强出现非常显著性差异(P 0.05)。穿5.3 cm高跟鞋行走时与平底鞋比较，M2区域、H1区域、H2区域的压强峰值差异有显著性意义(P 0.05)，其中随着鞋跟增高M2区域的压强增高，H1区域和H2区域的压强峰值减少，H1区域的压强峰值大于H2区域的压强值。与平底鞋比较，当鞋跟高度分别为6.5 cm、8.5 cm时，H1区域、H2区域的压强峰值差异有显著性意义(P 0.05)，M5区域、M3区域、M2区域、M1区域的压强峰值差异有非常显著性意义(P 0.05)，其中H1区域、H2区域、M5区域的压强随鞋跟高度的增加而减少，且H1区域的压强大于H2区域的压强，M3区域、M2区域、M1区域的压强随鞋跟高度的增加而增大。3 结论与建议 Conclusion and suggestions 3.1 结论 24 kg/m2身体质量指数28 kg/m2人群穿5.3 cm以下的鞋跟高度比较符合行走时的正常步态特征；18.5 kg/m2身体质量指数24 kg/m2人群穿6.5 cm以下的鞋跟高度符合行走时的正常步态特征；随着身体质量指数不同，适宜的鞋跟高度在下降；超重组试验对象在穿5.3 cm高跟鞋行走时与平底鞋相比步态特征有明显变化，而标准组试验对象穿6.5cm高跟鞋时与穿平底鞋比较，步态特征有所改变。两组试验对象均在8.5 cm时变化异常显著；两组试验对象随着鞋跟的增高，第一跖骨处、第二跖骨处、第三跖骨处压强峰值均逐渐增加，而第五跖骨与鞋跟高度成反比。3.2 建议 根据试验结果，不同成年女性在选择高跟鞋时应该根据自身的身高、体质量选择适合的鞋跟高度，尽量避免穿超过自身适合的鞋跟高度以免导致足部及下肢疾病的发生；根据试验结果，高跟鞋使前脚掌负担过大，踝关节过度跖屈，因此在鞋体制造上应考虑鞋底材料的弹性以缓冲前足压力同时增加前脚掌的厚度，从而制造出既美观又符合人体结构的高跟鞋。致谢：感谢沈阳体育学院重点实验室运动生物力学教师的大力支持，感谢2013级运动人体科学研究生的帮助。作者贡献：实验设计、实施、评估为闫红光，资料收集为陈奕男。利益冲突：所有作者共同认可文章内容不涉及相关利益冲突。伦理问题：没有与相关伦理道德冲突的内容。文章查重：文章出版前已经过CNKI反剽窃文献检测系统进行3次查重。文章外审：文章经国内小同行外审专家双盲外审，符合本刊发稿宗旨。作者声明：闫红光对于研究和撰写的论文中出现的不端行为承担责任。论文中涉及的原始图片、数据（包括计算机数据库）记录及样本已按照有关规定保存、分享和销毁，可接受核查。文章版权：文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议。4 参考文献 References1 Gorecki GA.Shoe related foot problems and public health.J Am Podiatry Assoc. 1978;68(4):245-247.2 Bruening DA, Frimenko RE, Goodyear CD, et al. 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