鞋跟高度在健身走過程中對足底壓力的影響

王曉艷,馬楚虹,錢永東,戴 艷

(浙江師范大學(xué) 體育學(xué)院,浙江 金華 321004)

鞋跟高度在健身走過程中對足底壓力的影響

王曉艷,馬楚虹,錢永東,戴 艷

(浙江師范大學(xué) 體育學(xué)院,浙江 金華 321004)

采用F-scan足底壓力分布解析系統(tǒng),對青少年女性不同高度鞋跟情況下的健身走步態(tài)進(jìn)行足底壓力分布的測量與分析。結(jié)果表明:鞋跟高度的變化是影響青少年女性足底壓力發(fā)生改變的主要原因;平跟鞋各個跖骨的壓強(qiáng)—時間曲線為單峰型,而高跟鞋各個跖骨的壓強(qiáng)—時間曲線是雙峰型。提示:穿高跟鞋進(jìn)行健身走對女性足部有一定的不利影響。

健身走;鞋跟高度;足底壓力

健身走早在幾千年前就被中醫(yī)認(rèn)為是“百煉之祖”,而且已有許多研究證實:有規(guī)律的健身走,可增進(jìn)身體所有部位的健康[1]。本研究欲通過對青少年女性穿平跟鞋和高跟鞋進(jìn)行健身走時,足底第一至第五跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓力和壓強(qiáng)這兩個足底壓力特征參數(shù)的比較,分析兩種不同鞋跟高度對青少年女性足底各個跖骨壓力特征的影響及其變化規(guī)律。

1 研究方法與材料

1.1 研究目的

通過足底壓力分布解析系統(tǒng)對青少年女性穿平跟鞋和高跟鞋進(jìn)行健身走 (速度為3.5km/h)時的足底壓力分布進(jìn)行測量和分析,探究穿平跟鞋和高跟鞋行走時足底壓力、壓強(qiáng)的變化特征,進(jìn)而作出相應(yīng)的動力學(xué)功能評價。

1.2 研究對象

選取6名青少年女性作為研究對象,其平均身高161.38±4.13 cm,平均體重49.22±5.08 kg。6位受試者體型勻稱,身體健康,腿部無任何損傷史。

表1 受試者的基本資料

1.3 實驗儀器

F-scan足內(nèi)墊壓力測試系統(tǒng) (傳感器數(shù)量為每只腳400個,每個傳感器面積0.5 cm×1 cm,采樣頻率500 Hz,采樣時間8 ms)。跑鞋 (上海產(chǎn)的大博文田徑鞋)、跟高8 cm的高跟鞋,全部為新鞋。跑步機(jī)為 Techongym D140。

1.4 研究方法

1.4.1 測試條件

在測試開始前,對受試者詳細(xì)講解本研究的目的和實驗條件并征得受試者自愿參與的同意。

測試前,在平跟鞋內(nèi)裝上壓力鞋墊,要求壓力鞋墊在鞋內(nèi)平整無折疊,受試者小心穿上鞋子,以避免壓力鞋墊折疊,壓力鞋墊與足底壓力分布解析系統(tǒng)相連接。

之后,要求每名受試者在跑步機(jī)上進(jìn)行熱身準(zhǔn)備活動,每名運(yùn)動員正式測試前先進(jìn)行1—2次預(yù)實驗。測試時,每名受試者穿平跟鞋在跑步機(jī)上以3.5km/h的速度完成測試。在試驗開始時,采集5分鐘時和30分鐘時的足底壓力數(shù)據(jù)。運(yùn)動員穿著統(tǒng)一的“大博文”牌運(yùn)動跑鞋參加測試。

此項測試完成后,休息一天,換上高跟鞋再以同樣的測試方法進(jìn)行測試。

1.4.2 測試程序

登記受試者資料,進(jìn)行準(zhǔn)備活動的同時講解注意事項,安裝測試儀器,預(yù)試測,正式測試,讀取數(shù)據(jù)并存盤,拆除儀器并檢查鞋墊狀況。在測試的過程中隨時觀察、記錄受試者的情況、儀器設(shè)備情況和操作情況,填寫“測試現(xiàn)場記錄表”。

1.4.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

用spss10.0統(tǒng)計軟件,計算每組數(shù)據(jù)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差,用 Kolmogorov-Smirnov Test對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗,用獨(dú)立 T檢驗分析足底各區(qū)壓強(qiáng)峰值均值間的顯著性差異。

2 研究結(jié)果及分析

2.1 足底各區(qū)域平均最大壓力的變化

人體在靜止或運(yùn)動時,在自身重力的作用下,足底在垂直方向上受到一個地面的反作用力,這個力就是足底壓力[2]。通過本項測試,可以發(fā)現(xiàn)不同鞋跟高度對青少年女性足底壓力分布的改變程度,從而揭示人體在健身走過程中足底的動力學(xué)特征。

2.1.1 平靜時足底各區(qū)域平均最大壓力的變化

足底壓力反映了足在垂直方向上的受力情況[3]。對6名受試者左、右腳壓力均值的 F檢驗和 T檢驗結(jié)果均表明,左右腳的壓力沒有顯著性差異,所以在此將左右腳數(shù)據(jù)進(jìn)行合并處理。圖1顯示的是受試者穿上平跟鞋和高跟鞋時的足底壓力分布情況,其中橫軸為足底各區(qū)域,縱軸為平均最大壓力值。(P代表平跟鞋,H代表高跟鞋)

圖1 平靜時足底各區(qū)域平均最大壓力

如圖所示:在平靜時,平跟鞋的平均最大壓力主要集中在第二、三跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn),最大壓力值為156.53 N;而高跟鞋的平均最大壓力主要集中在第一跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn),最大壓力值為182.53 N。由于高跟鞋的平均最大壓力過度集中在前腳掌的第一跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn),這樣有可能導(dǎo)致人體在健身走過程中,前腳掌的內(nèi)側(cè)壓力過大,從而導(dǎo)致人體在行走過程中出現(xiàn)身體重心的偏移,即走路不平穩(wěn)的現(xiàn)象,同時也會引起足底第一跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)因用力過度而疼痛。

2.1.2 30分鐘健身走后,足底各區(qū)域的平均最大壓力的變化

圖2 30分鐘后足底各區(qū)域平均最大壓力

如圖所示,進(jìn)行30分鐘的健身走后,平跟鞋的最大平均壓力還是集中于第二、三跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn),最大壓力值為130.07 N,小于平靜時的壓力值;而高跟鞋的平均最大壓力還是集中于第一跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn),但最大壓力值卻有所增大,為192.50 N,而其他兩個區(qū)域的壓力值反而有所下降。

2.2 足底各跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)的變化

行走的動作是由若干個步態(tài)周期組成的,每一個周期又分為不同的時相,在每一個運(yùn)動周期之中,任何一個時相向下一個時相過渡時都必須通過足地之間的作用力來實現(xiàn)。因此,在一個完整的運(yùn)動周期中,足部會盡可能地應(yīng)付一定的足底壓力 (即足與支撐面之間總體相互垂直的作用力)進(jìn)而增大接觸部位受力面積,以保證相對較低的足底壓強(qiáng) (即單位面積的足底壓力),從而防止足部相關(guān)組織遭受過高足底壓力的損傷[4]。本次測試選取的時間為全腳都對地面產(chǎn)生壓強(qiáng)的時間段的最后2 ms。

由圖3可知,第一跖骨與第二跖骨的壓強(qiáng)變化曲線相類似,不管是平靜時還是30分鐘健身走后,穿高跟鞋時的第一、二跖骨的壓強(qiáng)始終大于穿平跟鞋的壓強(qiáng)。穿高跟鞋時的第一跖骨壓強(qiáng)在整個健身走過程中維持在10—12 N/cm2,而平跟鞋的壓強(qiáng)值范圍在1—3 N/cm2。不管是穿平跟鞋還是高跟鞋,第二跖骨的最大壓強(qiáng)均出現(xiàn)在平靜時,最大壓強(qiáng)值分別為11.17 N/cm2和4.33 N/cm2,且隨著時間的變化壓強(qiáng)緩慢減小。

穿平跟鞋和高跟鞋時,第三跖骨的壓強(qiáng)在任何時間點(diǎn)都較為接近,且高跟鞋的壓強(qiáng)始終大于平跟鞋。穿平跟鞋在30分鐘健身走后,壓強(qiáng)變化很小,基本維持在10.00 N/cm2左右;而高跟鞋在開始的5分鐘內(nèi),壓強(qiáng)無明顯變化,但在后面的25分鐘,壓強(qiáng)呈下降趨勢,但幅度不大。

在整個健身走過程中,平跟鞋在第四、五跖骨的壓強(qiáng)在任何時間點(diǎn)都大于高跟鞋。穿平跟鞋時,第四跖骨的最大壓強(qiáng)出現(xiàn)在平靜時,而第五跖骨出現(xiàn)在5分鐘后。穿高跟鞋時,第四跖骨的最大壓強(qiáng)值出現(xiàn)在5分鐘后,為4.67 N/cm2;第五跖骨的最大壓強(qiáng)出現(xiàn)在平靜時,為2.51 N/cm2,且隨著健身走時間的延長,第五跖骨壓強(qiáng)值變?yōu)? N/cm2。

從足底第一至第五跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)的分析看,青少年女性穿平跟鞋進(jìn)行30分鐘的健身走時,前腳掌跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)分布較為均勻,主要集中在第三、四跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn);而穿高跟鞋進(jìn)行健身走時,壓強(qiáng)過度集中在第一、第二和第三跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn),第五跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)受到的壓強(qiáng)很小。

2.3 各個跖骨壓強(qiáng)的變化曲線

圖3 各跖骨壓強(qiáng)變化圖

如圖4所示,穿平跟鞋進(jìn)行健身走時,第一至第五跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)曲線總體呈緩慢上升趨勢,只出現(xiàn)了一個波峰,這個波峰出現(xiàn)的時間大概在腳后跟離地的那一時刻,即足前掌推離地面的推進(jìn)力出現(xiàn)的時間,約在250 ms;而穿高跟鞋進(jìn)行健身走時,第一至第五跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)曲線卻出現(xiàn)了兩個波峰,第一個波峰出現(xiàn)在全腳掌支撐階段,第二個波峰同樣出現(xiàn)在足前掌推離地面階段,時間點(diǎn)約在101 ms和251 ms,但第一個波峰值小于第二個波峰值。由于穿高跟鞋進(jìn)行健身走所出現(xiàn)的最大壓強(qiáng)次數(shù)比穿平跟鞋多一次,從而使腳掌對地面作用力的次數(shù)比平跟鞋多1倍,這是引起足部疼痛或發(fā)生損傷的原因。

從各個跖骨的壓強(qiáng)曲線看,穿平跟鞋時,第三、四跖骨對地面的壓強(qiáng)最大,同時其他跖骨也同樣承擔(dān)了一定的作用力;而穿高跟鞋時,最大壓強(qiáng)出現(xiàn)在第一和第三跖骨,但在整個健身走過程中,第五跖骨受到的力相對其他各個跖骨較小,甚至出現(xiàn)了0 N/cm2,這意味著第五跖骨沒有對地面產(chǎn)生作用力。由于作用力相對集中在第一、第二和第三跖骨上,導(dǎo)致作用力過度集中在前腳掌的內(nèi)側(cè),從而會引起足部疼痛或損傷。

圖4 不同狀態(tài)下各跖骨壓強(qiáng)變化曲線圖

3 討論

鞋跟高度的增加,使青少年女性完全在被動的提踵狀態(tài)下進(jìn)行健身走,從而使身體重心發(fā)生前移,足底的壓力主要集中在前腳掌內(nèi)側(cè),同時,最大壓強(qiáng)的出現(xiàn)也隨著鞋跟高度的改變而增加。

如果青少年女性長時間穿高跟鞋行走,會使第一跖骨關(guān)節(jié)的內(nèi)側(cè)韌帶拉長,外側(cè)韌帶收縮。當(dāng)拇趾被推向外側(cè)時,伸肌腱也移向外側(cè),屈肌腱開始將拇趾拉向外側(cè)并使其內(nèi)旋。第一趾骨發(fā)生這一轉(zhuǎn)位時,正常起外展作用的拇外展肌開始起屈肌作用,引起近節(jié)趾骨旋轉(zhuǎn)。這會使拇趾的平衡失調(diào),第一跖骨偏向內(nèi)側(cè),形成拇外翻位置,繼而在第一跖骨頭內(nèi)側(cè)形成骨贅[5]。而穿平跟鞋時的壓力主要集中在第二、三跖骨,同時其他跖骨的壓力分布比高跟鞋均衡得多,因而對足部的不良影響會小得多。

4 結(jié)論

鞋跟高度的變化是影響青少年女性足底壓力發(fā)生改變的主要原因,這與Lateur[6]等的研究結(jié)果相吻合。平靜時,穿高跟鞋的足底平均最大壓力集中在第一跖骨,而平跟鞋則集中在第二和第三跖骨。而30分鐘的健身走后,穿高跟鞋的第一跖骨平均最大壓力進(jìn)一步增大,而平跟鞋各個跖骨的壓力卻相對有些下降。

穿高跟鞋時各個跖骨的壓強(qiáng)—時間曲線是雙峰型,兩個波峰分別出現(xiàn)在全腳掌支撐階段和足前掌推離地面階段;而平跟鞋各個跖骨的壓強(qiáng)—時間曲線為單峰型,波峰出現(xiàn)在足前掌推離地面階段。每次足著地過程中,高跟鞋時的壓力峰值比穿平跟鞋時要多一次,即在整個健身走過程中,穿高跟鞋使足對地面的作用力是平跟鞋的2倍,這會引發(fā)足部的疼痛和損傷。

[1]田野.運(yùn)動生理學(xué)高級教程[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2]孫天赦,王小虹.老年人常速與快速行走足底壓力分布特征分析[D].長春:東北師范大學(xué),2007:1-32.

[3]周華,李衛(wèi)平.優(yōu)秀中長跑運(yùn)動員途中跑的步態(tài)和足底壓力分布特征的研究[D].濟(jì)南:山東體育學(xué)院,2007:1-45.

[4]李吉如,王小虹.跑速和運(yùn)動鞋對足底壓力的影響[D].長春:東北師范大學(xué),2007:1-29.

[5]榮明,李建設(shè),顧耀東.拉丁舞運(yùn)動中的足底壓力分布研究[J].浙江體育科學(xué),2008,30(4):113-115.

[6]deLateur B J,Gaconi R M,Questad K,et al.Footwear and posture:compensatory strategies for heel height[J].Am J Phy Med Rehabil,1991(70):246-254.

Heel height of shoes affects plantar pressures in fitness walking

WANG Xiao-yan,MA Chu-hong,QIAN Yong-dong,DAI Yan
(Sport College,Zhejiang Normal University,Jinhua 321004,China)

This paper makes an analysis and measurement on force distribution of plantar pressure for young females wearing different heel heights through F-scan plantar pressure measurement system.The result shows that:First,heel heights are the main causes that bring about the change in plantar pressure.Second,pressure time curve of each metatarsal shows a single-peak with a pair of flats while shows a double-peak with high heels.It suggests that high heels can damage female foot during fitness walking.

fitness walking;the height of heel;plantar pressure

G804.6

:A

:1008-3596(2010)05-0082-04

2010-03-01

王曉艷 (1984-),女,浙江寧波人,研究方向為運(yùn)動技術(shù)測量與評價。