排球運動員步態(tài)支撐期的足底壓力特征

蒼 海，李翰君，高維緯

(北京體育大學，北京 100084)

排球運動員步態(tài)支撐期的足底壓力特征

蒼 海，李翰君，高維緯

(北京體育大學，北京 100084)

通過測試得到排球運動員步態(tài)中足底壓力的主要特征，并比較膝關節(jié)損傷運動員與無膝關節(jié)損傷運動員的足底壓力特征，嘗試分析膝關節(jié)損傷對足底壓力產(chǎn)生的變化，為排球運動員正常步態(tài)數(shù)據(jù)提供可信的參考標準。選取北京體育大學競技體育學院排球專項學生共48人(26男、22女)作為研究對象。運用FOOTSCAN足底壓力分布測量系統(tǒng)和QUALISYS－MCU500紅外運動測試系統(tǒng)的6個攝像頭采集足底壓力及步態(tài)基本運動學參數(shù)，測量被試者赤足狀態(tài)下的步態(tài)。要求被試者以自己正常的步速行走，左右腳分別測試3次。將足部分為10個解剖分區(qū):第L趾骨(T1)、第2－5趾骨(T2－T5)、第1跖骨(M1)、第2跖骨(M2)、第3跖骨(M3)、第4跖骨(M4)、第5跖骨(M5)、足中部(MF)、足跟內(nèi)側(HM)和足跟外側(HL)。選取各個分區(qū)的接觸開始時刻、接觸結束時刻、最大壓強時刻、接觸時間作為時間指標。根據(jù)足底壓力數(shù)據(jù)，男女排球運動員在步態(tài)支撐時期不同階段的比例分別為:著地階段(6.2%男，6.4%女)、前足接觸階段(5.5%男，6.6%女)、整足接觸階段(43.44%男，40.4%女)、離地階段(42.9%男，46.5%女)。膝關節(jié)損傷運動員受傷腿足中部足底壓強峰值明顯低于未受傷腿。

排球運動員;足底壓力;步態(tài);支撐期;膝關節(jié)損傷

很多研究得到了普通人群體、老年群體、肥胖群體、糖尿病群體、腦力勞動者以及體力勞動者的步態(tài)足底壓力特征［1－5］，但并沒有專門針對排球運動員群體的研究。排球是世界上最受歡迎的運動之一，世界上的排球人口僅次于足球人口位列第二。所以本研究的目的是得到排球運動員步態(tài)足底壓力特征;男女排球運動員步態(tài)的足底壓力是否有差異;以及排球運動專項訓練是否對運動員的步態(tài)產(chǎn)生了影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取北京體育大學競技體育學院排球專項學生共48人(26男、22女)作為研究對象。使用問卷對受試者進行臨床篩查，同時使用紅外高速運動捕捉系統(tǒng)采集研究對象的步態(tài)基本運動學數(shù)據(jù)。研究對象基本信息以及基本運動學步態(tài)參數(shù)如表1所示。

表1 被試者基本信息

1.2 測試儀器

使用比利時Rscan公司生產(chǎn)的Footscan平板式足底壓力分布測試系統(tǒng)，板長1m，采集頻率為500Hz，傳感器密度為4個/cm2，測試范圍為0.25～125N/cm2。運動學數(shù)據(jù)使用瑞典Qualisys－MCU500紅外運動測試系統(tǒng)的6個攝像頭進行采集，數(shù)據(jù)采集頻率100Hz。

1.3 測試過程

運用Footscan足底壓力分布測量系統(tǒng)，測量被試者赤足狀態(tài)下的步態(tài)。要求被試者以自己正常的步速行走，左右腳分別測試3次。

1.4 數(shù)理統(tǒng)計法

采用軟件Footscan 7.0，分析過程將足底分為10個基于解剖學的分區(qū):第l趾骨(T1)、第2－5趾骨(T2－T5)、第1跖骨(M1)、第2跖骨(M2)、第3跖骨(M3)、第4跖骨(M4)、第5跖骨(M5)、足中部(MF)、足跟內(nèi)側(HM)和足跟外側(HL)。分區(qū)劃分如圖1所示。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析使用SPSS軟件完成，男女排球運動員組間數(shù)據(jù)采用獨立樣本t檢驗比較，同組優(yōu)勢腿、非優(yōu)勢腿足底壓力參數(shù)數(shù)據(jù)采用配對t檢驗比較。

圖1 足底壓力分區(qū)

足底壓強值對足底疾病和損傷都會產(chǎn)生影響。足底壓強是足底單位面積所承受的地面反作用力，最大足底壓強(Pmax)則是特定區(qū)域內(nèi)所受地面反作用力最大的部位內(nèi)單位面積的作用力值。在足底局部某一位置承受過大壓強時，會產(chǎn)生過度使用對足底的傷害;最大足底壓強往往和前足病變有極高的相關性。

2 結果與分析

2.1 步態(tài)支撐期時相分析

人行走時的步態(tài)周期分為兩個階段:支撐時期和擺動時期。根據(jù)足著地瞬間(initial foot contact，IFC)、跖骨著地瞬間(initial metatarsal contact，IMC)、趾骨著地瞬間(initial forefoot flat contact，IFFC)、足跟離地瞬間(heel off，HO)、趾骨離地瞬間(last foot contact，LFC)5個關鍵時刻，支撐時期可以分為開始著地階段(initial contact phase，ICP)、前足接觸階段(forefoot contact phase，F(xiàn)FCP)、整足接觸階段(foot flat phase，F(xiàn)FP)、離地階段(forefoot push off phase，F(xiàn)FPOP)，如圖2所示。

圖2 步態(tài)支撐期的時間劃分

由圖3可以看到，女子排球運動員整個步態(tài)周期中支撐期所占比例最大的是離地階段，其次是整足接觸階段，優(yōu)勢腿的著地階段長于前足接觸階段，非優(yōu)勢腿則恰好相反。男子排球運動員整個步態(tài)周期中支撐期所占比例最大的是整足接觸階段，其次是離地階段、著地階段和前足接觸階段，優(yōu)勢與非優(yōu)勢腿趨勢一致。上述數(shù)據(jù)雖無統(tǒng)計學差異，但可以看出男子排球運動員步態(tài)周期中整足接觸時間比女子運動員更長，離地時間更短。同時，優(yōu)勢腿的整足接觸時間也要長于非優(yōu)勢腿，并且女子非優(yōu)勢腿著地階段比例小于前足接觸階段。

圖3 排球運動員步態(tài)支撐期時相劃分

Blanc等人的研究表明，普通人群的步態(tài)支撐期時相劃分為:開始著地階段8.8%、前足接觸階段29.1%、整足接觸階段25.3%、離地階段36%［4］。而本研究得到的排球運動員的步態(tài)支撐期劃分為:開始著地階段6.3%、前足接觸階段6.1%、整足接觸階段42.9%、離地階段44.7%?？梢钥吹脚徘蜻\動員與普通人群有著巨大差異。排球運動員足跟離地比普通人群更早:排球運動員在支撐期的55.3%時刻離地，而普通人群在步態(tài)支撐期的65%時刻離地。并且排球運動員前足接觸階段要短很多僅6.1%，說明體重迅速從足外側轉移到了足內(nèi)側。

圖中ICP表示開始著地階段，F(xiàn)FCP表示前足接觸階段，F(xiàn)FP表示整足接觸階段，F(xiàn)FPOP表示離地階段(Cock等，2004)［6］。

2.2 足底各分區(qū)壓強峰值

足底壓強是足底單位面積上所承受的地面反作用力，足底峰值壓強是特定區(qū)域內(nèi)所受地面反作用力最大的部位單位面積的作用力值。

從表2可知，排球運動員足底各分區(qū)最大壓強峰值在第1、2、3跖骨以及足跟部，且男女運動員趨勢一致。同時，排球運動員無論男女，優(yōu)勢腿與非優(yōu)勢腿之間足底各分區(qū)壓強峰值并無顯著差異。男子排球運動員非優(yōu)勢腿第1趾骨、第1跖骨及足跟內(nèi)側足底壓強峰值明顯高于女子排球運動員(P＜0.05)。男女之間優(yōu)勢腿足底各分區(qū)壓強峰值無顯著性差異。

表2 排球運動員足底各分區(qū)壓強峰值表

2.3 足底各分區(qū)沖量

沖量表示力在一定時間內(nèi)對足底區(qū)域連續(xù)作用所產(chǎn)生的積累效應。足底各分區(qū)沖量由足底壓力和接觸時間兩個因素決定。沖量可以表示疲勞的積累，對了解足部易損傷部位具有重要意義［7］。

表3 排球運動員足底各分區(qū)沖量表

由表3可以看到，足底最大沖量在足跟區(qū)，其次是第一、二跖骨和大腳趾區(qū)，男女運動員的趨勢基本一致。男女運動員優(yōu)勢與非優(yōu)勢腿之間各足底分區(qū)沖量均無顯著性差異。

男運動員優(yōu)勢腿第1、2～5趾骨，第1～4跖骨，以及足跟內(nèi)外側足底沖量均明顯高于女運動員優(yōu)勢腿(P＜0.05)。但男運動員非優(yōu)勢腿與女運動員非優(yōu)勢腿比較，僅第1趾骨，第1、2跖骨以及足跟內(nèi)外側足底沖量明顯高于女運動員(P＜0.05)。

2.4 橫弓塌陷

足橫弓與內(nèi)外側縱弓在足部形成一個力學性能非常合理的拱形彈力結構系統(tǒng)，保護足底的神經(jīng)和血管免受壓迫，使足底應力均勻分布，從而吸收震蕩、保護大腦和內(nèi)臟免受損傷。足橫弓的完整和穩(wěn)定對足部功能的實現(xiàn)至關重要，足橫弓塌陷以至不能提供相應的緩沖支持，可能是許多足部病癥發(fā)生的直接原因［8］。

正常足橫弓主要由第一、第五跖骨承重，而橫弓塌陷足主要由第二、第三跖骨承重，如圖4所示。本研究使用下面的公式表示橫弓塌陷的程度:

其中 M1、M2、M3、M4、M5 各表示第 1、2、3、4、5 跖骨的壓強。公式的分子表示第2、3跖骨的壓強和與第1、4、5跖骨的壓強和的差，然后使用所有跖骨的壓強和來標準化。當q＞0時，表示前足部的壓力主要由第2、3跖骨承擔，足橫弓塌陷;當q＜0時，表示前足的壓力由第1、4、5跖骨承擔，為理想的足橫弓。

圖5 橫弓塌陷示意圖

正常足橫弓主要由第一、第五跖骨承重，而橫弓塌陷足主要由第二、第三跖骨承重。

本研究中，男子排球運動員有橫弓塌陷的占76.9%，女性排球運動員有橫弓塌陷的占72.7%，男女總體橫弓塌陷為75%。

2.5 膝關節(jié)損傷排球運動員足底壓力的特點

雖然排球運動屬于隔網(wǎng)的非對抗性項目，但排球運動員與其他項目運動員一樣承受著各種傷病的困擾。通過美國大學生運動聯(lián)盟(NCAA)損傷監(jiān)控系統(tǒng)(ISS)從1988—1989賽季開始搜集的損傷數(shù)據(jù)顯示，膝關節(jié)損傷是大學生女子排球(室內(nèi))運動中最常見的損傷之一，位于各種常見損傷發(fā)生率的第二位。同時，各種流行病學調(diào)查顯示，“跳躍膝”即髕腱末端病是引發(fā)排球運動員膝關節(jié)疼痛的主要原因。伴隨膝關節(jié)各種損傷的發(fā)生，運動員的步態(tài)會相應發(fā)生變化，將排球運動員有傷腿與未傷腿的步態(tài)支撐分期、足底各分區(qū)壓強峰值以及足底各分區(qū)沖量等數(shù)據(jù)進行比較，探討膝關節(jié)損傷與足底壓力之間的關系，對于觀察、探討排球運動員膝關節(jié)損傷的機制，預防排球運動員膝關節(jié)損傷的發(fā)生會有一定的借鑒意義。

受試者均為男子排球運動員。根據(jù)受試者主訴以及測試前臨床檢查，膝關節(jié)損傷情況見表4:

表4 男子排球運動員膝關節(jié)損傷情況表

通過比較膝關節(jié)損傷和無損傷排球運動員足底壓力各指標發(fā)現(xiàn)，損傷運動員與無損傷運動員在步態(tài)支撐相以及足底各分區(qū)沖量上并無顯著性差異，但非優(yōu)勢腿的受傷腿的足中部足底壓強峰值明顯低于未受傷腿(P＜0.05)，其他分區(qū)無顯著性差異(表5)。

表5 膝關節(jié)損傷排球運動員足底各分區(qū)壓強峰值比較

3 小結

本研究得到了排球運動員步態(tài)支撐期步態(tài)的足底壓力特征，可以用來輔助區(qū)分排球運動員與普通人的步態(tài)足底壓力特征。排球運動員足跟離地比普通人群更早;前足接觸階段要短很多，說明體重迅速從足外側轉移到了足內(nèi)側。

在普通人群中，步態(tài)一般是左右對稱的。在本研究中運動員優(yōu)勢腿和非優(yōu)勢腿在足底壓力也沒有發(fā)現(xiàn)具有統(tǒng)計學意義的差異。說明排球運動專項化訓練并沒有造成運動員下肢明顯的左右不平衡。所以可以忽略排球運動員步態(tài)中下肢的對稱問題。

本研究還找到了男女排球運動員在足底壓力中的一些差異，但總體上男女運動員足底壓力趨勢一致。

本研究發(fā)現(xiàn)排球運動員中出現(xiàn)橫弓塌陷的概率很大，男運動員為76.9%，女運動員為72.7%。足橫弓塌陷從而不能提供相應的緩沖支持會產(chǎn)生許多足、踝病癥。

同時，本研究發(fā)現(xiàn)膝關節(jié)損傷對于男子排球運動員優(yōu)勢腿足底壓力并無明顯影響，但對于非優(yōu)勢腿足中部足底壓強峰值明顯減小。

［1］李艷霞，劉 穎，韓 濤，等.肥胖青年平地自然行走時足底壓力分析與步態(tài)特征［J］.中國組織工程研究與臨床康復，2008，12(15):2870－2874.

［2］張慶來，劉學貞，陳豐才，等.腦力、體力勞動者足底壓力參數(shù)分布特征及評定［J］.體育學刊，2008，15(11):100 －105.

［3］霍洪峰，吳艷霞，付麗敏，等.女青年異常步態(tài)行走時的足底壓力特征［J］.中國康復醫(yī)學雜志，2009(9):841 －843.

［4］Blanc Y，Balmer C，Landis T，et al.Temporal parameters and patterns of the foot roll over during walking:normative data for healthy adults［J］.Gait Posture，1999，10(2):97 －108.

［5］高軍艷，李樹屏.糖尿病患者足底壓力研究進展［J］.中國康復醫(yī)學雜志，2009(9):861－864.

［6］De Cock A，De Clercq D，Willems T，et al.Temporal characteristics of foot roll-over during barefoot jogging:reference data for young adults［J］.Gait Posture，2005，21(4):432 －439.

［7］葉 松.大學生慢跑時足底壓力的動態(tài)分布特征［J］.中國組織工程研究與臨床康復，2009，13(46):9109－9112.

［8］李 兵，俞光榮.足橫弓的維持及生物力學［J］.醫(yī)用生物力學，2009(2):152－156.

Gait Plantar Pressure Characteristics of Volleyball Players During the Stance Phase

CANG Hai，LIHanjun，GAOWeiwei(Beijing Sport University，Beijing 100084，China)

The purpose of this study was to establish a representative reference data set for gait plantar pressure characteristics of volleyball players，and to compare this reference data with existing gait data of normal people.These findings provide a reliable reference data for volleyball players.The subjects were 48 volleyball players(26 male，22 female)from Beijing Sport University.The subjects walked with barefoot on Foots can pressure platform.Foot was divided into 10 anatomy partitions:lateral and medial heel，metatarsal heads I to V，middle foot，hallux I and Hallux 2 to 5.Base on the plantar pressure data，the stance phase during gait was divided into 4 distinct phase，according to functional foot movement:initial contact phase(6.2%male，6.4%female)，forefoot contact phase(5.5%male，6.6%female)，foot flat phase(43.4%male，30.4%female)and forefoot push off phase(42.9%male，46.5%female).

volleyball players;plantar pressure;gait;stance phase;knee injury

G804.6

A

1004－0560(2012)01－0084－04

2011-09-12;

2011-10-24

蒼 海(1972－)，男，副教授，主要研究方向為體育人文社會學。

高維緯(1954－)，男，教授，主要研究方向為運動訓練的監(jiān)督調(diào)控與運動損傷流行病學。

責任編輯:喬艷春

?體育教育訓練學