我國青年田徑運(yùn)動(dòng)員不同載荷下足部三維特征的研究

朱曉蘭　楊　輝

（北京體育大學(xué)，北京 100084）

摘 要：采用無接觸式激光三維足型掃描儀對(duì)97名足部無疾病和損傷史的田徑運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行足部掃描，獲取受試者在0體重負(fù)重（簡稱0BW）、單足站立1/2體重負(fù)重（簡稱1/2BW）、單足站立全部體重負(fù)重（簡稱1BW）和單足站立全部體重加20 kg負(fù)重（簡稱1BW+20 kg）四個(gè)不同載荷情況下的足部外形特征及變化。研究認(rèn)為不同載荷壓力對(duì)足部外形變化有一定影響；我國青年田徑運(yùn)動(dòng)員的足長、足寬、內(nèi)踝高、外踝高、內(nèi)側(cè)縱弓高等指標(biāo)容易因載荷的不同而產(chǎn)生明顯變化；我國青年田徑運(yùn)動(dòng)員的足面長、足跟寬、跖趾斜寬角、自然前翹角等指標(biāo)不易受到載荷變化的影響；我國青年田徑運(yùn)動(dòng)員的內(nèi)側(cè)縱弓長、外側(cè)縱弓長、第一跖趾高、足背高、拇趾偏角、足跟面積等指標(biāo)在一定載荷范圍內(nèi)變化明顯，但超過承重范圍則不再因載荷增大而變化。

關(guān)鍵詞：青年田徑運(yùn)動(dòng)員；足部外形；不同載荷；特征指標(biāo)

中圖分類號(hào)：G804.63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-3612(2008)12-1649-03

A Study of Chinese Junior Athletes' Foot 3睤imension Features under Different Loads

ZHU Xiao瞝an, YANG Hui

（Beijing Sport University, Beijing 100084, China）

Abstract:A non瞔ontacted foot 3睤 laser scanner is used to obtained foot shape

data and their changes under four increasing loads of 97 athletes without disease and injury history in their feet: non瞓ody weight load (0BW), semi瞓ody weight on one foot (1/2BW), full瞓ody weight (1BW) and full瞱eight瞤lus20kg (1BW=20kg).Firstly, different weight loads have influence on junior athletes' foot shapes. Secondly, sensitive and non瞫ensitive indexes are discovered. Chinese junior athletes'

length, width of foot, internal ankle height, external ankle height, and internal arch height varied significantly with load increasing, while their length of instep, width of heel, toe angle and natural declining angle have no difference identified under different loads. While for some indexes, such as length of internal arch, length of external arch, height of first metatarsophalangeal articulations, height of instep, deviation angle of thumb toe, and area of heel, there are apparent changes in a certain range of load, but no change beyond that range.

Key words: junior athletes; foot shape; different weight loads; characteristic indexes

足，作為人體靜態(tài)平衡及動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的重要支持條件，其外形受到種族、地區(qū)、遺傳、生活方式等因素影響而各異，相對(duì)于個(gè)體來講，在人體支撐、平衡與運(yùn)動(dòng)中，由于受到身體負(fù)重、站立姿勢(shì)、運(yùn)動(dòng)任務(wù)和習(xí)慣、運(yùn)動(dòng)方法和強(qiáng)度、以及鞋等諸多因素的影響，足部形態(tài)也會(huì)隨之發(fā)生改變。結(jié)合足掃描技術(shù)，對(duì)不同專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員的足型進(jìn)行規(guī)律性研究，根據(jù)不同專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員的足型特點(diǎn)進(jìn)行個(gè)性化運(yùn)動(dòng)鞋設(shè)計(jì)將會(huì)成為一項(xiàng)重要的研究內(nèi)容，在臨床生物力學(xué)、人類功效學(xué)和運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)等領(lǐng)域拓展新的應(yīng)用前景和研究方向。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 隨機(jī)選取97名（31名女性，66名男性）無足部損傷史的田徑運(yùn)動(dòng)員作為測(cè)試對(duì)象。受試田徑運(yùn)動(dòng)員平均年齡19.8歲，從事專項(xiàng)訓(xùn)練時(shí)間平均4.2 a，訓(xùn)練成績均達(dá)到國家二級(jí)以上，其中包括62名跑走項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員、17名跳躍項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員和18名投擲運(yùn)動(dòng)員。

1.2 研究方法

1.2.1 測(cè)試儀器 研究使用由昆山多威體育用品有限公司出資，清華大學(xué)研制的國內(nèi)首臺(tái)QD-1無接觸式激光三維足型掃描儀進(jìn)行田徑運(yùn)動(dòng)員足部外形指標(biāo)的測(cè)量。

1.2.2 測(cè)試指標(biāo)

假設(shè)：足平踏于地面時(shí)，以足跟跟結(jié)節(jié)點(diǎn)為原點(diǎn)，從跟結(jié)節(jié)到第二趾尖點(diǎn)的方向作為Y軸正方向，以地面為XOY平面，以垂直地面向上的方向?yàn)閆軸正方向，建立右手坐標(biāo)系，定義六項(xiàng)共18個(gè)指標(biāo)：

1) 長度指標(biāo)：足長、足面長、內(nèi)側(cè)縱弓長、外側(cè)縱弓長

2) 寬度指標(biāo)：足寬、足跟寬

3) 高度指標(biāo)：足背高、第一跖趾高、內(nèi)踝高、外踝高、內(nèi)側(cè)縱弓高

4) 圍度指標(biāo)：足圍、足跟圍、踝上圍

5) 角度指標(biāo)：跖趾斜寬角度、拇趾偏角度、自然前翹角

6) 面積指標(biāo)：足跟面積

1.2.3 測(cè)試過程 測(cè)試時(shí)，受試者將單足放置在足型測(cè)試儀上，保證足部的直立狀態(tài)，分別在不同載荷負(fù)重的情況下，測(cè)試足型。為保證受試者不同載荷狀態(tài)，特設(shè)壓力顯示表在儀器上方，當(dāng)儀器壓力數(shù)據(jù)顯示為規(guī)定載荷時(shí)，開始測(cè)試。

投稿日期：2008-06-06

投稿日期：省部級(jí)一般項(xiàng)目/教育部教學(xué)研究項(xiàng)目（2008）。

作者簡介：朱曉蘭，講師，博士，研究方向運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)。

每個(gè)受試者需要完成0體重負(fù)重（簡稱0BW）、單足站立1/2體重負(fù)重（簡稱1/2BW）、單足站立全部體重負(fù)重（簡稱1BW）和單足站立全部體重加20 kg負(fù)重（簡稱1BW+20 kg）四種載荷情況下，分左、右足，共8次測(cè)試。

測(cè)試儀器的y軸、z軸方向距離較長，受試者可以很輕松的將全足及踝部置于測(cè)試板的中央?yún)^(qū)域，保證受試者全足及踝部接受掃描測(cè)試。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 對(duì)測(cè)量所得的數(shù)據(jù)，運(yùn)用spss13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同載荷靜態(tài)負(fù)重下青年田徑運(yùn)動(dòng)員足部外形指標(biāo)分布情況分析 對(duì)在不同載荷下獲得的田徑運(yùn)動(dòng)員足部外形長度數(shù)據(jù)進(jìn)行柯爾莫哥洛夫-斯米諾夫檢驗(yàn)（One-Somple Kolmogorov-Smirnov Test擬合優(yōu)度型檢驗(yàn)），發(fā)現(xiàn)除第一跖趾高指標(biāo)、內(nèi)側(cè)縱弓高指標(biāo)、跖趾斜寬、自然前翹角指標(biāo)在不同載荷情況下不服從正態(tài)分布外，其他各長度指標(biāo)、寬度指標(biāo)、圍度指標(biāo)、面積指標(biāo)等數(shù)據(jù)在不同載荷壓力下均趨于正態(tài)分布（Sig.>α（=0.05））。

2.2 不同載荷靜態(tài)負(fù)重下青年田徑運(yùn)動(dòng)員足部外形長度指標(biāo)分析 通過對(duì)不同載荷下長度指標(biāo)進(jìn)行比較分析及差異性分析發(fā)現(xiàn)，不同載荷負(fù)重對(duì)足部外形長度指標(biāo)有一定影響。由于足底韌帶的牽拉與張弛，使得足弓在不同承重下長度發(fā)生變化，從而引起足長指標(biāo)的變化。載荷增加，足弓承受重力下沉，足長變長，明顯大于無負(fù)重情況下的足長。足在0BW（如擺動(dòng)階段）時(shí)與1/2BW、1BW（如支撐階段）時(shí)足長指標(biāo)間有明顯差異，足長指標(biāo)隨載荷增大而增大。但是當(dāng)載荷量達(dá)到一定程度（>1BW）時(shí)，足長指標(biāo)并未隨著載荷的繼續(xù)增大而有明顯變化。分析原因，可能有兩種：一是當(dāng)足在1BW（如單足支撐階段）情況下的足長改變已經(jīng)達(dá)到極限，再加20 kg負(fù)重對(duì)足長也無影響，所以足長指標(biāo)間無顯著性差異；二是1BW+20 kg載荷量不足以對(duì)在1BW情況下的足長指標(biāo)做進(jìn)一步改變，因此足長指標(biāo)間無顯著性差異。

此外，一定量的載荷負(fù)重（>1BW）能夠引起內(nèi)側(cè)縱弓長、外側(cè)縱弓長指標(biāo)的明顯變化。內(nèi)側(cè)縱弓長指標(biāo)的變化部分反映了內(nèi)側(cè)縱弓的變化情況，外側(cè)縱弓長指標(biāo)的變化部分反映了外側(cè)縱弓的變化情況，一定量的載荷負(fù)重（>1BW） 下的內(nèi)側(cè)縱弓長、外側(cè)縱弓長明顯大于無負(fù)重情況下的內(nèi)側(cè)縱弓長、外側(cè)縱弓長，但當(dāng)載荷量達(dá)到一定程度（>1/2BW）后，隨著載荷的增大，內(nèi)側(cè)縱弓長、外側(cè)縱弓長則無明顯變化。但不同載荷負(fù)重對(duì)足面長指標(biāo)變化無影響。

2.3 不同載荷靜態(tài)負(fù)重下青年田徑運(yùn)動(dòng)員足部外形寬度指標(biāo)分析 足寬指標(biāo)的變化主要體現(xiàn)足橫弓在負(fù)重情況下的變化特點(diǎn)。本研究發(fā)現(xiàn)，不同負(fù)重對(duì)足寬的變化影響較大，隨著壓力的增大，足橫弓高度降低，足寬變寬。進(jìn)一步說明足橫弓對(duì)負(fù)重的變化較為敏感，容易因載荷的增大而增寬。但是，不同載荷負(fù)重對(duì)足跟寬指標(biāo)變化影響較小。足跟寬指標(biāo)的變化主要體現(xiàn)足跟脂肪墊在負(fù)重情況下的變化。在由0BW到1/2BW的過程中，足跟寬變化較為明顯，說明足跟脂肪墊在開始承重時(shí)相比較無負(fù)重情況下有顯著變化，之后，隨著載荷的增大，足跟寬無明顯變化，說明繼續(xù)加大載荷對(duì)足跟寬無明顯影響。因此，考慮在制鞋時(shí)跖趾部位寬度的彈性要比足跟部的彈性更大些才舒服。

2.4 不同載荷靜態(tài)負(fù)重下青年田徑運(yùn)動(dòng)員足部外形高度指標(biāo)分析 由分析可以看出，不同載荷負(fù)重對(duì)足部外形高度指標(biāo)有一定影響。內(nèi)踝高、外踝高、內(nèi)側(cè)縱弓高指標(biāo)容易因不同載荷負(fù)重而產(chǎn)生變化。內(nèi)踝高指標(biāo)的變化部分反映了內(nèi)側(cè)縱弓高度的變化情況，外踝高指標(biāo)則反映外側(cè)縱弓高度的變化情況，此二項(xiàng)指標(biāo)與內(nèi)側(cè)縱弓高共同反映了足縱弓的高度變化。此三項(xiàng)高度指標(biāo)都隨著載荷的變化而一致變化，即，載荷增大，高度降低，且不同載荷下的高度有顯著性差異。說明不同負(fù)重對(duì)內(nèi)踝高、外踝高、內(nèi)側(cè)縱弓高的變化影響較大，隨著壓力的增大，足弓高度降低。此外，內(nèi)踝高、外踝高這二項(xiàng)指標(biāo)個(gè)體差異較大，這一特點(diǎn)在設(shè)計(jì)制作鞋幫高度及內(nèi)墊時(shí)建議著重考慮。不過，載荷的增加對(duì)一定載荷負(fù)重（>1/2BW）情況下的第一跖趾高、足背高指標(biāo)無明顯影響。與0BW情況下的第一跖趾高和足背高相比，附加載荷會(huì)對(duì)此二項(xiàng)指標(biāo)產(chǎn)生顯著的影響，但當(dāng)載荷進(jìn)一步增加，達(dá)到一定程度（>1/2BW）后，卻不會(huì)造成此二項(xiàng)指標(biāo)的繼續(xù)明顯改變。

2.5 不同載荷靜態(tài)負(fù)重下青年田徑運(yùn)動(dòng)員足部外形圍度指標(biāo)分析 因載荷的不同，使得承重的足內(nèi)部骨骼結(jié)構(gòu)發(fā)生一定相對(duì)的位置變化，導(dǎo)致足部外形圍度指標(biāo)的改變。由研究分析可以看出，不同載荷負(fù)重對(duì)左、右足圍度指標(biāo)影響不同。不同的載荷承重對(duì)左足的足圍、踝上圍產(chǎn)生較大影響，但對(duì)右足的足圍、踝上圍無明顯影響。同時(shí)，不同載荷承重對(duì)左足足跟圍無明顯影響，卻對(duì)右足足跟圍指標(biāo)有一定影響，一定載荷承重下的足跟圍與0BW下的足跟圍間存在顯著性差異。究其原因，可能與田徑運(yùn)動(dòng)員優(yōu)勢(shì)足的存在有關(guān)。

2.6 不同載荷靜態(tài)負(fù)重下青年田徑運(yùn)動(dòng)員足部外形角度指標(biāo)分析 一定載荷負(fù)重能夠引起拇趾偏角指標(biāo)的變化。與0BW情況下的拇趾偏角相比，載荷的增加對(duì)拇趾偏角指標(biāo)的影響比較明顯，但當(dāng)載荷已達(dá)到一定程度（>1/2BW）以后，載荷的繼續(xù)增加對(duì)拇趾偏角指標(biāo)的改變無明顯影響。但是，不同載荷負(fù)重對(duì)跖趾斜寬角、自然前翹角指標(biāo)無明顯影響。

2.7 不同載荷靜態(tài)負(fù)重下青年田徑運(yùn)動(dòng)員足部外形面積指標(biāo)分析 一定載荷負(fù)重能夠引起足跟面積指標(biāo)的變化。與0BW情況下的足跟面積相比，載荷的增加對(duì)足跟面積指標(biāo)的影響比較明顯，但當(dāng)載荷已達(dá)到一定程度（>1/2BW）后，載荷的繼續(xù)增加對(duì)足跟面積指標(biāo)的改變無明顯影響。說明足底受力時(shí)先由足跟脂肪墊緩沖，當(dāng)載荷繼續(xù)增加時(shí)足跟脂肪墊不再有明顯變化，此時(shí)，由鞋墊材料進(jìn)行繼續(xù)緩沖，此特點(diǎn)可在制作鞋墊時(shí)著重考慮。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

1) 不同載荷壓力對(duì)足部外形變化有一定影響。

2) 我國青年田徑運(yùn)動(dòng)員的足長、足寬、內(nèi)踝高、外踝高、內(nèi)側(cè)縱弓高等指標(biāo)容易因載荷的不同而產(chǎn)生明顯變化。

3) 我國青年田徑運(yùn)動(dòng)員的足面長、足跟寬、跖趾斜寬角、自然前翹角等指標(biāo)不易受到載荷變化的影響。

4) 我國青年田徑運(yùn)動(dòng)員的內(nèi)側(cè)縱弓長、外側(cè)縱弓長、第一跖趾高、足背高、拇趾偏角、足跟面積等指標(biāo)在一定載荷范圍內(nèi)變化明顯，但超過承重范圍則不再因載荷增大而變化。

3.2 建議

1) 進(jìn)一步對(duì)青年田徑運(yùn)動(dòng)員分不同專項(xiàng)進(jìn)行大樣本量的足部外形測(cè)試，建立青年田徑運(yùn)動(dòng)員足形指標(biāo)數(shù)據(jù)庫。

2) 利用青年田徑運(yùn)動(dòng)員足部外形的在不同載荷下的變化規(guī)律，通過指標(biāo)間的相互關(guān)系來說明和解釋青年田徑運(yùn)動(dòng)員足部外形的結(jié)構(gòu)、影響因素和作用大小。

3) 通過實(shí)驗(yàn)條件的控制，加大載荷的負(fù)重，進(jìn)一步研究青年田徑運(yùn)動(dòng)員足部外形特點(diǎn)，進(jìn)一步做特征指標(biāo)相對(duì)值規(guī)律的研究。

4) 通過把指標(biāo)的測(cè)量值和制鞋業(yè)的某種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，從而對(duì)運(yùn)動(dòng)鞋的制作進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定，也可為青年田徑運(yùn)動(dòng)員的選材提供依據(jù)。

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