25～27歲肥胖男青年自然行走時足底壓力分析

王海軍，楊洪濤

(1河北科技師范學院體育系，2河北科技師范學院物理系，河北秦皇島，066004)

人在自然行走過程中足部所承受的地面反作用力是體質量的1.5倍［1，2］，而肥胖者足部要承受的作用力更大，根據生物全息理論，足部關聯(lián)著人體的五臟六腑和各個器官，并有其相應的反射區(qū)［3］。在步行時足底與支撐面之間的壓力分布反映了下肢乃至全身的生理、結構和功能等方面的信息［4］，因此如何保持足部的健康、避免損傷并對健康程度做出定性評價一直以來是醫(yī)學、生物力學，體育學所關注的重要課題之一。許多國內外學者對肥胖兒童足底壓力分布特征及步態(tài)特點進行分析［5～10］，對肥胖青年女性穿著不同高度高跟鞋的足底壓力變化特點的研究也有所涉獵［11～15］，而對25～27歲肥胖男青年自然行走時的步態(tài)動力學研究尚未見報道。筆者通過對25～27歲肥胖男青年自然行走時足底壓力研究，旨在揭示肥胖男青年與體質量正常男青年自然行走時足底壓力參數變化特點，進一步掌握自然行走時足的運行機制和功能特性，探究足底壓力參數變化的影響因素，為臨床醫(yī)學、康復醫(yī)學和體育學等方面的研究提供實踐依據和數據參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為東北某大學非體育學院的25～27歲在校研究生(男性)16名，采用韓國杰文公司生產的身體成份分析儀(VENE5.5Body composition Analyzer)對研究對象的身體成份進行測量，脂肪占身體的質量分數＞0.250的8名研究生確定為肥胖組，脂肪占身體的質量分數在0.150～0.250的8名研究生為對照組。在測試前經詢問與醫(yī)院體檢確定研究對象下肢無受傷史，無八字腳、糖尿病、“O”型腿、訓練史、扁平足、足部胼體等。研究對象自然情況見表1。

表1 研究對象自然情況

1.2 測試方法

應用比利時RSscan INTERNATIONAL公司生產的足底壓力測力平板(Foot scan 7 USB2 gait system)，連接和調節(jié)測力平板，使采樣頻率為500幀/s，測量時間為8 s，對受試者進行適應性練習(要求脫掉鞋襪)，待其適應后，讓其以平時自然步速(速度為1 m/s或一步半/s)行走通過測力平板，為提高數據的準確性和可靠性，隨機一足踏在測力板上即可，受試者多次往返行走，通過儀器共采集6次往返自然行走時左足的足底壓力相關參數，最后通過觀察與分析剔除無效數據，取3次有效數據存入數據庫。足底壓力測試系統(tǒng)的主頁面見圖1。

圖1 footscan7系統(tǒng)軟件主界面

1.3 數據統(tǒng)計分析

將Footscan7足底壓力測試系統(tǒng)分析軟件測量后獲得的數據導出，錄入SPSS 18.0軟件，結果用±S表示，組間采用配對樣本T檢驗，其返回值為P，分析其差異是否具有顯著性，當P＜0.05時，認為二組數據差異具有顯著性意義。當P＜0.01時，認為二組特征量差異具有高度顯著性差異，當返回值P不在此范圍內不予討論。同時將測得足底各部位最大峰值壓強、最大峰值接觸面積、最大峰值壓力負荷率及最大峰值沖量等足底壓力參數指標與身高、體質量、年齡、脂肪占身體的質量分數、鞋碼進行Pearson相關分析，其返回值為P，分析其相關性是否具有顯著性，且當相關系數R接近于±1時，認為其關系具有相關性。當P＜0.05時，認為二組數據相關性顯著。當P＜0.01時，認為二組特征量相關性高度顯著。

1.4 足底壓力分區(qū)方法

根據人體足底壓力分布特點與人體解剖學結構，以及為了客觀準確的研究，將足底分為足跟區(qū)、足弓區(qū)、跖骨區(qū)、趾骨區(qū)等4個部分。為了更為細致的研究采用二維測力平板配套的分析軟件自動將足底共分為10個區(qū)域:第1趾骨(Toe1)、第2～5趾骨(Toe 2-5)、第1跖骨(Meta 1)、第2跖骨(Meta2)、第3跖骨(Meta 3)、第4跖骨(Meta 4)、第5跖骨(Meta 5)、足弓(Mid Foot)、足跟內側(HM)和足跟外側(HL)(圖2)。

圖2 足底各分區(qū)位置示意

2 結果與分析

2.1 25～27歲男青年自然行走時足底各區(qū)的壓力-時間變化情況

肥胖組與對照組的足底壓力-時間變化曲線均呈現出典型的兩峰一谷的雙峰型曲線(圖3，圖4)，其中第一峰代表一側足跟著地階段，而第二峰由一側足蹬離地面而對側足處于足跟著地階段，且第一峰值壓力均大于第二峰值壓力，肥胖組和對照組在足跟著地時足底各區(qū)域的主要受力部位為足跟內側、足跟外側和足弓，但肥胖組的各區(qū)域受力比對照組有不同程度的增加。在足放平的過程中，肥胖組足弓著地的時間比對照組早，但離地的時間明顯晚于對照組。在第二峰中，肥胖組的主要受力部位是第3跖骨、第2跖骨、第1跖骨，而對照組的主要受力部位是第3跖骨、第2跖骨、第1趾骨。產生這一現象的可能原因是由于肥胖青年脂肪在體內過多堆積，給身體帶來額外負擔，單一靠足部的某一分區(qū)承受體重難以實現，而足弓是承受體重的最佳部位，所以肥胖組在雙支撐結束過渡到單支撐時馬上從足跟過度到足弓，為了維持這種平衡，使平衡不被破環(huán)，增加支撐面，足弓離地時間較晚，足弓承受壓力時間較長，易使足弓受壓過大，極易出現疲勞，形成塌陷，產生損傷。

圖3 肥胖組足底各分區(qū)壓力-時間曲線

圖4 對照組足底各分區(qū)壓力-時間曲線

2.2 肥胖組自然行走時足底壓力參數情況

實驗結果顯示，肥胖組足底各分區(qū)的壓強從大到小的順序為第3跖骨、第2跖骨、第4跖骨、足跟外側、足跟內側、第5跖骨、第1跖骨、足弓、第1趾骨、第2～5趾骨;對照組足底各分區(qū)的壓強從大到小的順序為第3跖骨、第2跖骨、第4跖骨、足跟內側、足跟外側、第1趾骨、第5跖骨、第1跖骨、足弓、第2～5趾骨(表2，表3)。且研究對象的峰值壓強均集中在第3跖骨，壓強最小值均集中在第2～5趾骨。但肥胖組在第1跖骨、第5跖骨、足弓、足跟外側的峰值壓強明顯大于對照組(P＜0.01，P=0.001，0.000，0.006，0.001)且差異具有非常顯著性意義。而在第2跖骨、第3跖骨、第4跖骨處的峰值壓強大于對照組且差異具有顯著性意義(P ＜0.05，P=0.034，0.013，0.035)。而肥胖組在第1趾骨處的壓強明顯小于對照組(P＜0.01，P=0.000)。其它足底各部位的峰值壓強不具有統(tǒng)計學意義。

研究結果顯示，肥胖組足底各分區(qū)壓強負荷率(LR)從大到小的順序為:足跟外側、足跟內側、足弓、第3跖骨、第2跖骨、第4跖骨、第1跖骨、第1趾骨、第5跖骨、第2～5趾骨;而對照組足底各分區(qū)壓強負荷率從大到小的順序為，足跟內側、足跟外側、第3跖骨、第2跖骨、第4跖骨、足弓、第1跖骨、第1趾骨、第5跖骨、第2～5趾骨(表2，表3)。肥胖組在足跟外側的壓強負荷率明顯大于對照組(P＜0.01，P=0.001)且差異具有顯著性意義。肥胖組在足弓處的壓強負荷率明顯大于對照組(P＜0.01，P=0.009)且差異具有非常顯著性意義。對照組在足跟內側壓強負荷率明顯大于肥胖組(P＜0.05，P=0.029)，而肥胖組在第1趾骨處壓強負荷率大于對照組(P＜0.05，P=0.037)且差異具有顯著性意義。產生這種現象的可能原因是，肥胖組在自然行走時步態(tài)一般呈“外八字型”，使足跟外側用力較大。為此，肥胖青年在自然行走時應注意走路姿勢，使足部均勻受力，也可以考慮在鞋的足跟內側墊一加高的保健鞋墊來騰空足跟外側，減小足部某一特定區(qū)域的壓強，防止損傷。

肥胖組和對照組的足底接觸面積(CA)存在著不同程度的差異。肥胖組足底接觸面積較大部位在足弓、足跟和第1趾骨，接觸面積較小部位集中在第2～5趾骨、第3跖骨、第4跖骨;而對照組足底接觸面積最大集中在足弓、足跟、第2～5趾骨，接觸面積最小集中部位在第3跖骨和第4跖骨。除第2～5趾骨外，肥胖組足底各區(qū)域的接觸面積都比對照組有著不同程度的增加，其中肥胖組在第1趾骨處的接觸面積明顯大于對照組且差異具有顯著性意義(P＜0.05，P=0.015)。肥胖組在足跟內側的接觸面積明顯大于對照組且差異具有非常顯著性意義(P＜0.01，P=0.008)。肥胖組在第2～5趾骨處的接觸面積明顯小于對照組且差異具有非常顯著性意義(P＜0.01，P=0.000)。

足底各區(qū)域沖量(I)是足底各局域的壓力對足底各部位的累積效應，是判斷足現疲勞的重要指標之一［16］。測量結果表明:肥胖組和對照組足底各區(qū)域的最大沖量主要都集中在第3跖骨、第2跖骨、第4跖骨、足跟內側、足跟外側，而肥胖組和對照組的最小沖量都集中在第2～5趾骨。肥胖組在第1跖骨、第5跖骨、足跟內側、足跟外側的峰值沖量與對照組相比有不同程度的增加且差異具有顯著性意義(P ＜0.05，P=0.049，0.047，0.015，0.023)。而肥胖組在足弓處的沖量明顯大于對照組且差異具有非常顯著性意義(P＜0.01，P=0.000)。但肥胖組在第1趾骨處的峰值沖量明顯小于對照組且差異具有顯著性意義(P＜0.01，P=0.001)。產生這一現象的可能原因是由于肥胖青年為維持身體平衡在由足跟向前腳掌移動時側向擺動增大，以擴大支撐面，而前后方向擺動較小。

表2 肥胖組男青年自然行走時足底壓力參數情況

表3 對照組男青年自然行走時足底壓力參數情況

2.3 肥胖組自然行走時足底壓力各參數與身高、體質量、年齡、鞋碼、脂肪占身體的質量分數的相關性分析

對肥胖組自然行走時左足足底各區(qū)域最大的峰值沖量(I)(即第3跖骨沖量)、峰值壓強(即第3跖骨壓強)、足底接觸面積(即足弓接觸面積)、壓力負荷率(即足跟壓強負荷率)與身高、體質量、年齡、鞋碼的大小、脂肪占身體的質量分數進行Pearson相關分析結果顯示，肥胖組的最大峰值沖量、足底接觸面積、最大峰值壓強與體質量呈高度顯著正相關(P ＜0.01，R=0.920，0.971，0.897)且差異具有高度顯著統(tǒng)計學意義(表4)。足底的最大峰值沖量與身高呈弱的正相關(P＞0.05，R=0.315)與年齡、鞋碼呈弱的負相關(P＞0.05，R=－0.360，－0.319)且差異不具有統(tǒng)計學意義，肥胖組壓強負荷率與體質量呈顯著正相關(P＜0.05，R=0.761)且差異具有顯著統(tǒng)計學意義。肥胖組自然行走時足底最大峰值沖量、峰值壓強、峰值壓強負荷率與脂肪占身體的質量分數呈高度顯著正相關(P＜0.01，R=0.887，0.880，0.870)且差異具有高度顯著統(tǒng)計學意義。肥胖組自然行走時足底峰值接觸面積與脂肪占身體的質量分數呈顯著正相關(P＜0.05，R=0.721)且差異具有顯著統(tǒng)計學意義。足底最大峰值壓強與身高、年齡呈弱的正相關(P ＞0.05，R=0.438，0.058)與鞋碼呈弱的負相關(P ＞0.05，R=－0.136)且差異不具有統(tǒng)計學意義。足底峰值接觸面積與身高、鞋碼、呈弱正相關(P＞0.05，R=0.062，0.500)，與年齡呈弱的負相關(P ＞0.05，R=－0.007)。足底峰值壓力負荷率與身高、鞋號呈弱的正相關(P ＞0.05，R=0.521，0.407)，與年齡呈弱的負相關(P＞0.05，R=－0.398)且差異不具有統(tǒng)計學意義，在此不予討論。

表4 足底壓力參數指標與身高、體質量、年齡、鞋碼、脂肪占身體的質量分數的相關性分析

3 結 論

(1)25～27歲男青年自然行走時足底各區(qū)域壓力-時間曲線均呈現出典型的兩峰一谷的雙峰型曲線，且足底各部位著地順序、離地順序基本保持一致，但肥胖男青年最后離地的足底區(qū)域是第2～5趾骨，而體質量正常男青年則為第1趾骨;肥胖男青年在足弓部位的接觸時間明顯早于體質量正常男青年，離地時間明顯晚于體質量正常男青年。

(2)肥胖男青年第5跖骨壓強、足弓壓強、足跟接觸面積、足弓壓強負荷率、足弓外側壓強負荷率和足弓沖量明顯大于體質量正常男青年且差異具有顯著統(tǒng)計學意義，而體質量正常男青年第1趾骨壓強、第1趾骨沖量、足跟內側壓強負荷率明顯大于肥胖男青年且差異具有顯著統(tǒng)計學意義。

(3)肥胖男青年足底最大峰值沖量、足底接觸面積、最大峰值壓強與體質量呈高度顯著正相關，壓強負荷率與體質量呈顯著正相關，而與身高、年齡、鞋碼呈弱相關且不具有統(tǒng)計學意義，肥胖男青年自然行走時足底最大峰值沖量、峰值壓強、峰值壓強負荷率與脂肪占身體的質量分數呈高度顯著正相關，足底峰值接觸面積與脂肪占身體的質量分數呈顯著正相關，其它指標不具有顯著相關性且不具有統(tǒng)計學意義。

［1］ 王海軍.25～27歲肥胖青年自然行走時運動生物力學研究［D］.長春:東北師范大學，2010.

［2］ 王蘭美，郭業(yè)民，潘志國.人體足底壓力分布研究與應用［J］.機械制造與研究，2005，34(1):35-38.

［3］ 張曉棟，肖丹丹.肥胖兒童與正常兒童行走步態(tài)特征的運動學分析［J］.北京體育大學學報，2008，31(12):1 651-1 654.

［4］ 王海軍，董立叔，陳慶合，等.不同鞋跟高度對肥胖青年女性自然行走步態(tài)足底壓力分布的影響［J］.河北科技師范學院學報，2012，26(3):63-67.

［5］ Hill A P，Parker AW.Locomoter characteristics of obese children［J］.Archives of Physical Medicine and Rehabilitation，2006，18:29-34.

［6］ Hill A P，Parker AW.Gait characteristics of obese children［J］.Archives of Physical Medicine and Rehabilitation，2008:72:403-407.

［7］ McGraw B，Ward D S.Gait and postural stability in obese and nonobese prepubertal boys［J］.Arch-Phys-Med-Rehabil，2004，14:484-489.

［8］ 欒天峰.11～12歲肥胖兒童不同步速時足底壓力分布特征及步態(tài)研究［J］.天津體育學院學報，2010，25(6):533-536.

［9］ 張洋，岳新坡，肖丹丹.肥胖兒童與正常兒童行走步態(tài)特征地面支撐反作用力的對比分析［J］.沈陽體育學院學報，2014，33(4):81-85.

［10］ 閆松華.肥胖兒童平地自然行走時的步態(tài)研究［J］.中國運動醫(yī)學雜志，2007，5(26):282-286

［11］ 馬國東.肥胖女性穿著不同高度鞋自然行走時運動生物力學研究［J］.吉林體育學院學報，2013，29(6):72-84.

［12］ Monika Horvath，Kinematic and kinetic analyses of patterns in hemiplegic patients［J］.Physical Education and Sport，2009，1(8):25-35.

［13］ Mary，Saltzman C L.A history ofmedical scientists on high heels［J］.International Journal of Health Services，2008，28:211-225.

［14］ 沈飛，王海軍，陳慶合.25～27歲肥胖青年自然行走步態(tài)運動學分析［J］.河北科技師范學院學報，2012，26(2):75-80.

［15］ Eisenhard J.Changs in temporal gait characteristics and pressure distribution forbare feet versus various heel height gait post［J］.Gait and posture，1996，4:280-286.

［16］ 陸愛云.運動生物力學［M］.北京:人民體育出版社，2010.