張珊珊

1 前言

青少年的體質(zhì)健康是關(guān)乎民族的希望、祖國(guó)的未來(lái)。體質(zhì)是通過(guò)學(xué)生有規(guī)律地進(jìn)行體育鍛煉獲取的。足是青少年參加體育鍛煉最重要的人體外在器官。從人類(lèi)站立、行走、跑跳開(kāi)始，步態(tài)的特征就存在。腳部受力的大小和部位、腳底觸覺(jué)信息的反饋，對(duì)人體運(yùn)動(dòng)及平衡控制產(chǎn)生巨大的影響。有研究表明，壓力峰值的大小和部位對(duì)于足部疲勞的積累和損傷的發(fā)生具有重要影響。Morag[1]等在對(duì)55個(gè)健康人行走時(shí)的足底峰值壓力和功能數(shù)據(jù)的研究基礎(chǔ)上，構(gòu)建了病學(xué)因子的預(yù)測(cè)足底峰值壓力模型。Gross 和 Bunch[2]等對(duì) 10 名跑步者的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)速度增大時(shí)，足底各部分的平均峰值應(yīng)力也顯著增大，其中第二、三跖骨前端和第一趾底部應(yīng)力最大，并解釋了跑步者經(jīng)常發(fā)生跖骨疲勞性骨折的原因。基于此，筆者采用實(shí)驗(yàn)法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)法等對(duì)青少年步態(tài)特征進(jìn)行研究，旨在為日后指導(dǎo)學(xué)生如何提高對(duì)足底的自我保護(hù)提供理論依據(jù)。

2 研究對(duì)象與方法

2.1 研究對(duì)象

在河南省實(shí)驗(yàn)中學(xué)、鄭州市第七中學(xué)、鄭州市第八中學(xué)、鄭州回民中學(xué)各選取初中二年級(jí)男生50名，共計(jì)200名為研究對(duì)象。其中平均體重為40±20.56kg、年齡12±1.2歲、正常體重標(biāo)準(zhǔn)18.5≤BMI≤24.9占總?cè)藬?shù)85%、偏重標(biāo)準(zhǔn)25≤BMI≤27.9 占測(cè)試者人數(shù)15%。選取前與家長(zhǎng)及所在學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行溝通并征得同意參與測(cè)試。所有受試者身體健康，受試者經(jīng)詢問(wèn)和檢查均無(wú)足部畸形、異常步態(tài)和足部外傷史，無(wú)任何神經(jīng)與肌肉系統(tǒng)疾病，以及可能對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生限制的疾病。

2.2 研究方法

2.2.1文獻(xiàn)資料法實(shí)驗(yàn)前，在CNKI、萬(wàn)方、proquest等文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，利用關(guān)鍵詞步態(tài)分析、少年步態(tài)研究、步向角進(jìn)行檢索并下載相關(guān)文獻(xiàn)450余篇，其中外文42篇。篩選出與本文有關(guān)的文獻(xiàn)18篇，為本文研究提供理論依據(jù)。

2.2.2實(shí)驗(yàn)法2014年3月至7月在河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院立功體育館，架設(shè)二臺(tái)Sony攝像機(jī)(采樣頻率為50 Hz)以正常步速行走動(dòng)作進(jìn)行正面和側(cè)面的拍攝。兩臺(tái)攝像機(jī)主光軸夾角接近90度，兩臺(tái)攝像機(jī)高度均為1m，選用長(zhǎng)1.2m標(biāo)志物為比例尺進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定。正面攝像機(jī)用于獲取步向角數(shù)據(jù),標(biāo)定誤差<0.5mm。詳見(jiàn)圖1。

圖1步態(tài)設(shè)計(jì)圖

Footscan足底壓力測(cè)量分析系統(tǒng)。Footscan步態(tài)分析系統(tǒng)是由比利時(shí)Rscan- internation公司研制。其0.5m的單步測(cè)力平板裝有4 096個(gè)傳感器。傳感器的密度高達(dá)4個(gè)/平方厘米,采樣頻率125×300Hz。數(shù)據(jù)采集與分析采用配套軟件F- ScanMobile，受試者均脫去鞋襪，以個(gè)人平常步態(tài)自然行走，測(cè)量3次分析過(guò)程將足底分為10個(gè)區(qū)域：第1趾骨、第2～5趾骨、第1～5跖骨、足弓、足跟內(nèi)側(cè)和足跟外側(cè)。如圖2。

圖2足底壓力分布

2.2.3數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

(1)運(yùn)動(dòng)圖像參數(shù)處理。運(yùn)用運(yùn)動(dòng)三維圖像解析系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)視頻進(jìn)行解析，設(shè)定分析的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。人體模型選取松井秀治15環(huán)節(jié)模型,總計(jì)21個(gè)跟蹤點(diǎn)計(jì)算人體重心。測(cè)量數(shù)據(jù)采用五點(diǎn)平滑法進(jìn)行處理獲取200名學(xué)生的步向角參數(shù)。Footscan數(shù)據(jù)參數(shù)導(dǎo)出足底壓力、沖量、接觸面積。

(2)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。利用SPSS軟件分別對(duì)運(yùn)動(dòng)步態(tài)圖像、footscan軟件采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行均數(shù)t檢驗(yàn)和單因素方差分析、spearman相關(guān)分析及逐步回歸法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 左、右足10分區(qū)的壓力、沖量特點(diǎn)

正常人走路時(shí)著地順序依次是：足跟→腳弓→跖骨→趾骨→全足著地。足底壓力是指:人體行走時(shí)地面對(duì)人體的反作用力。

由圖3可知：參加測(cè)試者自然平地走時(shí)，左右腳10分區(qū)的壓力存在差異(P<0.05)。左右足部最大承受部位為足跟內(nèi)、外側(cè)；其次是第2跖骨、第3跖骨、足弓、第4跖骨、第5跖骨、第1趾骨、第1跖骨、第2～5跖骨。沈雅琴[13]在對(duì)13～15歲超重肥胖人群研究發(fā)現(xiàn)：足底各部位的最大壓力從大到小分別為第2跖骨、足跟、第 1趾骨、第3～5跖骨、第2趾骨、足弓、第3～5趾骨。研究表明，體重是可以改變足底區(qū)域壓力變化的主要因素。李永強(qiáng)[12]在對(duì)60～69歲老年人群研究得出：足底區(qū)域最大承受是足跟；其次是為第2跖骨、第3跖骨、第1跖骨、第1趾骨、第4跖骨、足弓、第5跖骨、第2～5趾骨。但是足弓的壓力隨著年齡的增大，承受的壓力減退。魏東凌[4]對(duì)成年扁平足研究顯示：扁平足的足底壓力區(qū)域在足的中部和第1跖骨。陳瑞巧[3]在對(duì)3～5歲內(nèi)“八字”群體研究說(shuō)明：內(nèi)八字足底壓力承受最大區(qū)域是第4、3、2趾骨、第1趾骨、足跟內(nèi)側(cè)。說(shuō)明不同的足底外形對(duì)足底的壓力區(qū)域的改變具有顯著性差異。筆者認(rèn)為，通過(guò)對(duì)正常足底壓力區(qū)域的比較分析，可以為以后矯形提供一定理論基礎(chǔ)。

圖3 左、右腳底壓力均值比較

圖4右腳足底沖量均值比較

沖量是反映力對(duì)時(shí)間的累積效應(yīng)的物理量，是過(guò)程量。它能反映足在著地這段時(shí)期內(nèi)垂直應(yīng)力對(duì)足的作用效果[7]。由圖4可知，參加測(cè)試者左右足底分區(qū)沖量除第1趾骨、足跟內(nèi)側(cè)沒(méi)有差異(P>0.05)，其余區(qū)域均具有差異(P<0.05)。足底區(qū)域受沖量最大部位分別是足跟內(nèi)、外側(cè)，第2、3、4跖骨、足弓、第1跖骨、第1趾骨、最小在第2～5趾骨。張德榮[18]等人在對(duì)我國(guó)大學(xué)群體研究發(fā)現(xiàn):大學(xué)生在行走過(guò)程中，足底各個(gè)區(qū)域沖量最大的部位是足的內(nèi)、外側(cè)，最小的部位則是第2～5趾骨。這與本文研究結(jié)果相同。筆者認(rèn)為，青少年期間步態(tài)的特征對(duì)今后步態(tài)的穩(wěn)定性具有積極的促進(jìn)作用。梁玉[10]等人對(duì)老年群體步態(tài)研究表明：60歲組受試者平地自然走時(shí)，足部最大沖量部位在第2跖骨，其次是足跟、第3、1跖骨、第1趾骨、第4、5跖骨、第2～5趾骨、足弓。與本文對(duì)比說(shuō)明，隨著老年人的足底生理機(jī)制的改變，足底各區(qū)沖量也隨之改變，變化最大的區(qū)域是足弓，而青少年足弓受承受的沖量接近足跟。另外，有研究表明：由于老年人本體感受器和肌肉、足底脂肪墊的萎縮等因素發(fā)生生理性退化，尤其是肌肉松弛可使足橫弓失去原有的功能或已塌陷[9]。李艷霞[5]等人對(duì)肥胖青年足底分析表明：足底所受沖量最大的部位是足跟內(nèi)側(cè)，最小部位是第2～5趾骨，與本文研究得出結(jié)論基本相似。說(shuō)明青少年的足底沖量值不會(huì)隨著身體質(zhì)量的增加而改變。葉松[16]對(duì)慢跑群體足底沖量分析表明：最大沖量部位在第2跖骨，各部位沖量由大到小依次為第1跖骨、第3跖骨、第1趾骨、足跟、第4跖骨、足弓、第2～5趾骨、第5跖骨，左右雙足的分布規(guī)律基本一致。筆者認(rèn)為，跑步可以改變足底沖量受力的部位，可以使得足底得到適當(dāng)?shù)木彌_時(shí)間。

由圖5可知：左、右足十區(qū)域接觸面積均值比較，可知左、右足底接觸面積第1、2、3跖骨存在顯著性差異(P<0.05)，其余區(qū)域均無(wú)差異(P>0.05)。接觸面積最大的區(qū)域分別是足跟內(nèi)、外側(cè)以及第1趾骨，最小接觸面積是第5跖骨。王枚[11]等人對(duì)7歲男童研究發(fā)現(xiàn)：足跖的接觸面積最大，其次為足弓，而足趾的接觸面積則比較小。筆者認(rèn)為，導(dǎo)致這樣的原因是行走過(guò)程中，除了第1趾骨外，第3～5趾骨基本不著地，從而第2～5的趾骨面積明顯偏小。沈偉琴[13]對(duì)13～15歲青年少年步態(tài)研究表明：足底接觸面積大小依次是足弓、足跟、第3～5跖骨、第2～5趾骨、第1趾骨、第2跖骨、第1跖骨。這與本文青少年步態(tài)的接觸面的核心區(qū)域基本相近。魏東凌[4]對(duì)扁平足的步態(tài)研究表明：扁平足組中足接觸面積以及接觸面積百分比均顯著高于正常足組(P<0.05)，而扁平足組足跟內(nèi)側(cè)以及第3跖骨處接觸面積百分比顯著低于正常足組(P<0.05)。欒天峰[15]對(duì)11～12歲肥胖兒童步態(tài)研究發(fā)現(xiàn)：肥胖兒童足弓區(qū)域接觸面積較正常兒童顯著增大。其中足底接觸面積最大的是足弓、足跟內(nèi)側(cè)、第1跖骨，最小的是第5跖骨。導(dǎo)致足弓面積最大原因是體重的增大，降低了足弓的高度,使肥胖兒童足弓區(qū)域面積增大。王永慧[13]等對(duì)不同年齡健康人足底壓力研究結(jié)果表明：20～29歲組足底接觸面積前足、足跟、足弓、總足趾。因此，筆者認(rèn)為，不同人群以正常步態(tài)行走時(shí)所產(chǎn)生的足底區(qū)域接觸部位面積存在不同。

3.2 左、右足的接觸面、步向角特點(diǎn)

圖5 左、右腳接觸面積均值比較

圖6左、右步向角與不同體重的均值比較

所謂步向角就是足跟中點(diǎn)和第2跖骨的連線與行走方向的直線形成的夾角。正常人約為0～15度，足尖向內(nèi)形成的步向角為負(fù)，足尖向外形成的步向角為正[13]。由圖6可知：體重在35～40kg的測(cè)試者左、右腳步向角具有不顯著性(P>0.05)。體重越輕者的左、右足的步向角越小，其中左足>右足，最大步向角11.4度、最小9.95度。這說(shuō)明青少年的步向角比正常人的15度要偏小。而王新[11]對(duì)1～6歲幼兒步向角研究表明：隨著年齡增長(zhǎng)步向角有增加趨勢(shì)，但1～6歲幼兒的步向角均小于成人水平。說(shuō)明步向角具有很強(qiáng)的可塑性。這也為糾正“內(nèi)八字足”和“外八字足”提供了可靠的時(shí)間段。曹丹丹[14]等人對(duì)兒童內(nèi)八字足研究表明：與正常人足的步向角相比，步向角和足跟外翻具有顯著性差異(P<0.01)；形成內(nèi)八字步態(tài)的原因是足跟外翻。而陳巧瑞[3]得出足底最大壓力與步向角有相關(guān)性。這說(shuō)明步向角的改變會(huì)改變足底分區(qū)最大壓強(qiáng)的分布。因此，正確的走姿是對(duì)足底壓力正確緩沖，及對(duì)足的自我保護(hù)。

3.3 體重與足的壓力、沖量、接觸面積、步向角單因素方差分析

由表1可知：(1)足底壓力、步向角、底沖量、足底接觸面積與體重具有顯著性差異(P<0.05)。足底壓力等于垂直應(yīng)力與接觸面積的商，因此，體重與足底壓力有明顯關(guān)聯(lián)。體重越大者足底各區(qū)域壓力就越大。袁剛[17]等人研究認(rèn)為，足底各部位壓力之和與體重呈明顯正相關(guān)(r=0.732,P<0.01)。這是因?yàn)樽愕赘鞑课粔毫χ?，也是體重以及身體前進(jìn)動(dòng)力之和。Cavanagh[8]等人研究表明在足底壓力的形成中體重貢獻(xiàn)為13.8%。這與本文研究結(jié)果相似。(2)體重越大者足底接觸面積也隨著增大。Birtane[7]等研究表明，體重指數(shù)與接觸面積呈正相關(guān)。Gavante[9]等研究表明，體重較大者足的尺寸和足與支持面的接觸面積也較大。(3)在本文研究中，體重越大足底各區(qū)域沖量也越大。張慶來(lái)[19]研究表明，正常青年人雙足各區(qū)域沖量分布情況相比，肥胖人群均大于正常人群足底各區(qū)域所受地面反作用力的沖量。說(shuō)明體重偏重者的足底沖量要比正常人的大。(4)體重與步向角具有顯著性差異。研究發(fā)現(xiàn)體重越大者，測(cè)試者的步向角也逐漸增大。張少偉[6]研究表明，肥胖兒童的足步向角度平均為19.76±4.18度。而本文研究的青年少年則10.52±3.58度。筆者認(rèn)為，體重偏重者容易形成外八字步態(tài)。因?yàn)轶w重較大者在行走時(shí)，身體重心在橫向的平衡性比較差，因此，體重越大者需要通過(guò)足的外展來(lái)擴(kuò)大下肢的足底面積，以增強(qiáng)身體行走過(guò)程中動(dòng)態(tài)平衡性。

表1 不同體重段的單因素方差分析(n=200)

注：?jiǎn)我蛩胤讲罘治霾捎胠evene方差齊性檢驗(yàn)P>0.05。

4 研究結(jié)論

(1)青少年在行走過(guò)程時(shí)，左、右足的足底各區(qū)域壓力已經(jīng)接近成年人，尤其是足跟內(nèi)、外側(cè)、足弓區(qū)域壓力，而第2～5趾骨的壓力比成年人偏小。體重與各區(qū)域壓力具有明顯的相關(guān)性；左、右足的沖量和成年人相似，且左、右足各區(qū)域具有雙峰型。其中第2跖骨、足跟內(nèi)側(cè)這兩個(gè)區(qū)域最高，第2～5趾骨沖量最小，且體重與足底沖量具有顯著相關(guān)。

(2)青少年在行走過(guò)程時(shí)，左、右足足底各區(qū)域接觸面積最大的分別是足跟內(nèi)、外側(cè)和第1趾骨，青少年的足弓比成年人在接觸面積要小的多。體重也是影響接觸面積的重要因素。青年少年左、右步向角最大的是右足。體重越重者歩向角就越大。

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