胡宗祥，呂仁和，陳育青

(集美大學(xué)體育學(xué)院，福建 廈門(mén) 361021)

慢跑作為一項(xiàng)健身運(yùn)動(dòng)，以其簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，并能改善新陳代謝，提高健康水平以及防治疾病的優(yōu)點(diǎn)，受到廣大群眾的歡迎。近些年來(lái)，隨著參加慢跑運(yùn)動(dòng)的人數(shù)的增加，由慢跑引發(fā)的運(yùn)動(dòng)損傷也越來(lái)越受到人們的重視，有數(shù)據(jù)顯示其損傷率高達(dá)37 %～56 %[1]。這些損傷不僅影響到行走，而且還影響到人們的身體健康。在日常生活中單純由慢跑引起的運(yùn)動(dòng)損傷主要是以慢性損傷為主，很少發(fā)生急性的嚴(yán)重?fù)p傷，損傷的部位主要集中在下肢，這與慢跑中人體足部的受力特征有著直接的關(guān)系[2]。由于足底壓力分布研究可獲取跑步時(shí)足底與支撐面之間的壓力分布狀態(tài)，包括步態(tài)周期中的有關(guān)時(shí)間和力學(xué)參數(shù)值，以及下肢結(jié)構(gòu)功能與整個(gè)身體姿勢(shì)控制等情況，成為步態(tài)分析的重要組成部分，對(duì)分析慢跑下肢動(dòng)作特點(diǎn)以及存在的危險(xiǎn)因素具有重要意義。因此本研究通過(guò)運(yùn)用足底壓力分布測(cè)試系統(tǒng)，獲得慢跑下肢技術(shù)動(dòng)作中足底的各個(gè)區(qū)域的壓強(qiáng)峰值、沖量以及足底壓力的各時(shí)間參數(shù)，以期揭示慢跑動(dòng)作技術(shù)的足底壓力分布特征及致傷危險(xiǎn)因素，為制定合理的慢跑動(dòng)作技術(shù)和預(yù)防損傷提供一定的理論依據(jù)。另外，由于幾乎所有的健身慢跑都是在穿鞋的情況下進(jìn)行的，而鞋對(duì)足底壓力的分布有較大的影響，為了能更客觀地了解足底壓力的特征，我們同時(shí)測(cè)試了光腳跑狀態(tài)的足底壓力分布情況，并與穿鞋跑狀態(tài)下的足底壓力進(jìn)行對(duì)比，從而避免了單純由鞋所造成的影響，也可為跑鞋的設(shè)計(jì)提供參考。

1 研究方法

1.1 研究對(duì)象

本研究挑選青年男大學(xué)生共51名作為受試者，受試者足部無(wú)平足、拇外翻等畸形現(xiàn)象，體型勻稱，身體健康，也無(wú)踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)等下肢關(guān)節(jié)損傷史，具體情況如表1。

表1 研究對(duì)象個(gè)人數(shù)據(jù)資料

1.2 測(cè)試儀器

應(yīng)用Footscn足底壓力分布測(cè)試系統(tǒng)獲得慢跑支撐階段足底壓力分布及變化情況。該系統(tǒng)由1米壓力平板(長(zhǎng)100厘米，寬45厘米)、數(shù)據(jù)采集盒和筆記本電腦組成，足底壓力測(cè)試的采集時(shí)間為6秒，采集頻率為125赫茲。

1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

一般認(rèn)為慢跑的速度是在2.5m/s到4m/s之間，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)慢跑的研究多集中在3m/s～4m/s之間，本研究則選用3.15m/s左右的速度。

在測(cè)試前要求受試者做好充分的準(zhǔn)備活動(dòng)，在測(cè)試過(guò)程中，要求受試者的右腿正好落在平板上，每名受試者共測(cè)光腳5組和穿鞋5組。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本次對(duì)足底壓力的研究，采用Footscn足底壓力系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，運(yùn)用Footscan足底壓力系統(tǒng)分析軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，后用Microsoft Excel軟件進(jìn)行分析和處理。

本研究把足底分為8個(gè)區(qū)域(圖1)，即內(nèi)側(cè)足跟(H1)、外側(cè)足跟(H2)、第1跖骨頭(M1)、第2跖骨頭(M2)、第3跖骨頭(M3)、第4跖骨頭(M4)、第5跖骨頭(M5)和大拇趾(T1)。

分析指標(biāo)主要有：計(jì)算腳底 8 個(gè)區(qū)域的壓強(qiáng)峰值、絕對(duì)沖量(平均壓力×著地時(shí)間)；到達(dá)最大壓強(qiáng)的時(shí)間、各個(gè)區(qū)觸地瞬間時(shí)間、各個(gè)區(qū)離地瞬間時(shí)間、總觸地時(shí)間(TFC)、足最初觸地時(shí)間(IFC)、第一跖骨觸地時(shí)間(IMC)、前腳掌觸地時(shí)間(FFF)、足跟離地瞬間時(shí)間(HO)、足離地瞬間時(shí)間(LFC)。通常我們把整個(gè)支撐過(guò)程劃分為4個(gè)階段(如圖13所示)，即最初觸地階段(即ICP=IMC-IFC)、前腳掌觸地階段(即FFCP=FFF-IMC)、全腳掌觸地階段(即FFP=HO-FFF)和前腳掌蹬離地階段(即FFPOP=LFC-HO)。

圖1 足底壓力各分區(qū)

2 結(jié)果與分析

2.1 足底各區(qū)域壓強(qiáng)和沖量的分析

壓強(qiáng)峰值是反映足底壓力分布的重要指標(biāo)，壓強(qiáng)峰值的大小和部位對(duì)于足部疲勞的積累和損傷的發(fā)生具有重要的影響[3]。一般以足大趾、第 1、2、3、4、5 跖骨和足跟內(nèi)側(cè)、外側(cè) 8 個(gè)點(diǎn)的最大壓強(qiáng)來(lái)反映足底的整體最大壓強(qiáng)分布(圖2)。從表2中可以看出，在穿鞋跑中最大壓強(qiáng)發(fā)生在前足的中部即第 2 跖骨區(qū)，然后依次是第1跖骨、第3跖骨、跟骨、第1腳趾、第4跖骨和第5跖骨。而在光腳跑中最大壓強(qiáng)值也是發(fā)生在第2跖骨，然后依次是跟骨、第1跖骨、第3跖骨、第1趾骨、第4跖骨和第5跖骨。最大壓強(qiáng)也反映對(duì)外來(lái)沖擊起負(fù)荷作用的部位，由此可以看出在穿鞋跑時(shí)，足的前內(nèi)側(cè)部是最主要的承受沖擊性負(fù)荷的部位，而光腳跑時(shí)足跟與足前內(nèi)中部則是主要的承受沖擊性負(fù)荷的部位。有多項(xiàng)研究表明，沖擊力與疲勞性運(yùn)動(dòng)損傷有關(guān)[4]，因此這些部位也是過(guò)度疲勞易發(fā)位置。

圖2 支撐過(guò)程各特征畫(huà)面及各相對(duì)階段

表2 右足底各部位最大壓強(qiáng)值

雖然最大足底壓強(qiáng)值的大小和部位對(duì)疲勞的積累和損傷有重要關(guān)系，但是在探討足部傷害機(jī)制時(shí)，除了要考慮最大足底壓強(qiáng)值外，也需要考慮足底與地面接觸時(shí)間的累積效應(yīng)[5]。事實(shí)上，無(wú)論是物體的運(yùn)動(dòng)還是人體的運(yùn)動(dòng)，都存在連續(xù)受到外力作用的現(xiàn)象，最大壓強(qiáng)反映的是每個(gè)區(qū)域單位面積瞬間受到的最大絕對(duì)作用力的值，而不能說(shuō)明物體在受外力作用過(guò)程中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的情況。因此探討足底壓強(qiáng)與時(shí)間的積分值對(duì)判斷運(yùn)動(dòng)對(duì)人足的傷害也是非常重要的。在足底壓力分析中，足底壓強(qiáng)-時(shí)間積分值正好反映了力在一定時(shí)間間隔內(nèi)的累積效應(yīng)。從表3可以看出，最大沖量也是在第2跖骨，然后依次是第1跖骨、第3跖骨、拇趾、第4跖骨、第5跖骨，最后才是跟骨，而在光腳跑中，最大沖量發(fā)生在第2跖骨，然后依次是第1跖骨、第3跖骨、第1趾骨、跟骨、第4跖骨和第5跖骨。雖然光腳跑和穿鞋跑存在著非常顯著的差異，但是在這8個(gè)區(qū)域中，無(wú)論是穿鞋跑還是光腳跑，第2、1、3跖骨所受的沖量和壓強(qiáng)都比較大，尤其是第2跖骨，而跟骨和第5跖骨所受的沖量和壓強(qiáng)比較小。由此可見(jiàn)，第2、1、3跖骨區(qū)域尤其是第2跖骨是慢跑慢性病多發(fā)地方。另外第2、1、3跖骨都位于足內(nèi)側(cè)，所以足內(nèi)側(cè)受力要比足外側(cè)大得多，內(nèi)側(cè)壓力增大和足內(nèi)翻扭傷有一定關(guān)系。 Becker等人認(rèn)為，內(nèi)側(cè)負(fù)荷和足內(nèi)翻雖然沒(méi)有直接關(guān)系，但是有間接關(guān)系，這是由于在跑動(dòng)過(guò)程中為避免外踝扭傷而使代償性負(fù)荷發(fā)生在內(nèi)側(cè)，從而使足內(nèi)側(cè)壓強(qiáng)增加，同時(shí)伴隨的足翻轉(zhuǎn)概率也增加。

表3 右足底各部位壓強(qiáng)-時(shí)間積分值

2.2 各區(qū)域時(shí)間參數(shù)的分析

探討足部傷害機(jī)制時(shí)，除了要考慮最大足底壓強(qiáng)值外，也需要衡量足底與地面接觸時(shí)間的差異效應(yīng)。足底接觸時(shí)間也反映了人足在運(yùn)動(dòng)時(shí)，足底接觸累計(jì)時(shí)間的長(zhǎng)短，還可以較好地衡量運(yùn)動(dòng)時(shí)付出的功。累積的時(shí)間越多，造成足疲勞損傷的可能性越大。

從表4可以看出，無(wú)論是穿鞋跑還是光腳跑，其著地時(shí)足底各個(gè)部位的著地順序均是由足跟開(kāi)始，然后由足外側(cè)向前內(nèi)側(cè)滾動(dòng)。但是除了足跟外，穿鞋跑的著地時(shí)間要明顯晚于光腳跑，從t檢驗(yàn)(p均為0)也反映出他們之間的極大差異。這說(shuō)明穿鞋跑在著地時(shí)，有比較長(zhǎng)的緩沖時(shí)間，這就可以降低著地時(shí)對(duì)足的沖擊力。

表4 開(kāi)始時(shí)間百分比

從表5各部位結(jié)束的時(shí)間看，除了第2跖骨區(qū)有較弱的顯著性差異外(P=0.048)，其余部位的離地時(shí)間沒(méi)有顯著性差異。

表5 各區(qū)域結(jié)束時(shí)間

從6表可以看出，在各個(gè)部位總的接觸時(shí)間中，穿鞋跑和光腳跑有極高的顯著性差異(P約為0)，穿鞋跑總的接觸時(shí)間明顯少于光腳跑，這說(shuō)明光腳跑要比穿鞋跑付出更多的功。

表6 各區(qū)域總的接觸時(shí)間

由表7顯示，在各個(gè)區(qū)域到達(dá)最大壓強(qiáng)值的時(shí)間上，穿鞋跑和光腳跑在足跟區(qū)有極高的顯著性差異(P接近為0)；第3和第4跖骨區(qū)也存在著顯著性差異(P分別為0.03和0.039)，也就是說(shuō)第3和第4跖骨區(qū)和足跟區(qū)在最大壓強(qiáng)出現(xiàn)時(shí)間上，光腳跑要早于穿鞋跑。由于在各區(qū)域接觸時(shí)間的結(jié)束上沒(méi)有顯著性差異，因此，在足跟區(qū)和第3、第4跖骨區(qū)上，光腳跑要比穿鞋跑承受更多時(shí)間的負(fù)荷。

表7 各區(qū)域到達(dá)最大壓力值時(shí)間

初始接觸階段(即ICP)以足最初觸地(IFC)開(kāi)始，以IMC結(jié)束。從表8可以看出，在ICP期，初始觸地階段穿鞋跑占總支撐時(shí)間的12.0%左右，遠(yuǎn)長(zhǎng)于光腳跑的5.7%。在穿鞋跑中，內(nèi)外2個(gè)足跟的最大壓強(qiáng)值分別在10.7%和10.4%的總支撐時(shí)間出現(xiàn)，而光腳跑則是在4.8%和4.3%的總支撐時(shí)間出現(xiàn)，都處在初始接觸階段。腳跟最大壓強(qiáng)出現(xiàn)的時(shí)間在一定程度上反映了沖量大小。

表8 各特征畫(huà)面的相對(duì)時(shí)間

前腳掌著地階段開(kāi)始于IMC，結(jié)束于所有跖骨和地面接觸(FFF)。根據(jù)先前的研究，第5跖骨最先著地，但是也有研究表明在最初著地時(shí)，第4和第5跖骨沒(méi)有顯著性差異，這兩跖骨在跑步中可看成最初著地的外側(cè)部。因此前腳掌著地是從外向內(nèi)，穿鞋跑時(shí)是在總支撐時(shí)間的17.1%左右前腳掌全部著地，而光腳跑的落地時(shí)間則為總支撐時(shí)間的9.5%。在ICP和FFCP期間，壓力分布也能反映出踝關(guān)節(jié)的快速跖屈。從全前腳掌著地(穿鞋跑為17.1%，光腳跑為9.5 %)到腳跟離地(穿鞋跑為47.7%，光腳跑為48.3 %)，腳跟和所有跖骨都和地面接觸，在此位置時(shí)，踝關(guān)節(jié)處于背屈狀態(tài)。前腳掌離地階段(FFPOP)開(kāi)始于足跟離地即47.7%支撐階段，結(jié)束于LFC。跖骨最大壓強(qiáng)就發(fā)生在FFPOP階段，此時(shí)跖骨的作用是為蹬離地提供一個(gè)堅(jiān)硬杠桿作用以及為跖屈做準(zhǔn)備。最大壓強(qiáng)的增大從外側(cè)開(kāi)始，接著M4、M3和M1等離地，最后第2跖骨到達(dá)最大壓強(qiáng)，在接近結(jié)束前腳掌離地時(shí)，跖骨離地，這和Blanc等人的研究結(jié)果一致。此外，M1和M3最后接觸在時(shí)間上也沒(méi)有顯著的不同。M2是最后一個(gè)到達(dá)最大值也是最后離地的跖骨。但是這并不意味著只有M2在蹬地，因?yàn)?，在離地過(guò)程中M1和M2幾乎同時(shí)承擔(dān)了負(fù)荷。

從表9可以看出，在整個(gè)支撐的四個(gè)階段中，最長(zhǎng)的是全腳掌離地階段，然后依次是全腳掌著地階段、前腳掌著地階段和初始觸地階段。在這4個(gè)階段中，光腳跑和穿鞋跑在ICP和FFP差異最大，在ICP階段光腳跑明顯短于穿鞋跑，由此可見(jiàn)光腳跑足跟所受壓強(qiáng)大是因?yàn)榫彌_時(shí)間短所致；而在FFP階段穿鞋跑短于光腳跑，這是因?yàn)榇穗A段光腳跑必須通過(guò)延長(zhǎng)背屈動(dòng)作時(shí)間來(lái)緩沖外界的沖擊力。

表9 各階段相對(duì)時(shí)間

3 結(jié)論

(1)穿鞋跑時(shí)，足的前內(nèi)側(cè)部是最主要的承受沖擊性負(fù)荷的部位，而光腳跑時(shí)，足跟與足前內(nèi)中部是主要的承受沖擊性負(fù)荷的部位。這些部位也是過(guò)度疲勞易發(fā)位置。

(2)無(wú)論是穿鞋跑還是光腳跑，第2、1、3跖骨所受的沖量都比較大，尤其是第2跖骨，而跟骨和第5跖骨所受的沖量比較小。因此在第2、1、3跖骨區(qū)域，尤其是第2跖骨是慢跑慢性病多發(fā)地方；另足內(nèi)側(cè)受力要比足外側(cè)大得多，內(nèi)側(cè)壓力增大和足內(nèi)翻扭傷有一定關(guān)系。

(3)穿鞋跑在著地時(shí)，有比較長(zhǎng)的緩沖時(shí)間，這就可以降低著地時(shí)對(duì)足的沖擊力，但總的接觸時(shí)間明顯少于光腳跑，這說(shuō)明光腳跑要比穿鞋跑付出更多的功。

(4)在支撐過(guò)程的4個(gè)階段中，光腳跑和穿鞋跑在ICP和FFP上差異最大:在ICP階段，光腳跑明顯短于穿鞋跑，由此可見(jiàn)光腳跑足跟所受壓強(qiáng)大是緩沖時(shí)間短所致；而在FFP階段，穿鞋跑短于光腳跑，這是因?yàn)榇穗A段光腳跑必須通過(guò)延長(zhǎng)背屈動(dòng)作時(shí)間來(lái)緩沖外界的沖擊力。