跑臺(tái)速度與坡度對(duì)步態(tài)的影響

尹建娜

(福建師范大學(xué)體育科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350108)

步態(tài)是指人體在行走時(shí)的姿態(tài)，是人體通過足趾、踝、膝、髖進(jìn)行的一系列活動(dòng)，使身體沿著一定的方向上移動(dòng)的過程。

目前國內(nèi)外采用布帶、測力板和三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)來分析步態(tài)參數(shù)，多應(yīng)用于臨床或是康復(fù)診斷。對(duì)正常步態(tài)、異常步態(tài)，行走時(shí)各個(gè)關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)規(guī)律有了大量研究[1-2]，但針對(duì)跑臺(tái)上控制速度和坡度研究步態(tài)參數(shù)變化的研究并不完整。本研究采用H/P/COSMOS，Gaitway一維測力跑臺(tái)，它具有直接控制速度與坡度，并獲得連續(xù)的步態(tài)的優(yōu)勢(shì)。旨在通過對(duì)不同速度和不同坡度的控制，比較受試者在步態(tài)跑臺(tái)步態(tài)參數(shù)的異同。為使步態(tài)跑臺(tái)更好地應(yīng)用于健身、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練以及臨床康復(fù)提供參考和建議。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究的受試對(duì)象為14名有一定訓(xùn)練經(jīng)歷的大學(xué)生。受試者近半年無下肢損傷，且近期沒有在跑臺(tái)上跑步訓(xùn)練的經(jīng)歷[3]。受試者基本情況見表1。

表1 受試者基本情況統(tǒng)計(jì)

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為使實(shí)驗(yàn)所采集的數(shù)據(jù)真實(shí)有效，受試者先進(jìn)行第一階段的適應(yīng)練習(xí)，即設(shè)定實(shí)驗(yàn)所需的三個(gè)不同的速度與坡度，進(jìn)行6 min的適應(yīng)。第二階段，依次設(shè)定慢速(1 km/h)、常速(3 km/h)、快速(5 km/h)進(jìn)行測試，所有的測試在水平面上進(jìn)行；第三階段，依次設(shè)定坡度2°、4°、6°。每一速度、坡度均進(jìn)行4次測試[4]，每次為10 s。數(shù)據(jù)的記錄在到達(dá)設(shè)定速度30 s后開始。實(shí)驗(yàn)過程要求受試者在跑臺(tái)上自然放松，重心落在兩塊測力板之間，一只腳落在相應(yīng)的測力板上，全程不能借力扶手。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

本研究運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)包括時(shí)空參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)。時(shí)空參數(shù)為步態(tài)分析中描述時(shí)間和空間位置的參數(shù)。選取國內(nèi)外研究經(jīng)常采用的步幅、步長、步態(tài)周期、雙腳支撐時(shí)長等作為時(shí)空分析參數(shù)。動(dòng)力學(xué)參數(shù)為最大力值、支撐力、觸地受力時(shí)長等。

步態(tài)參數(shù)采用SPSS19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)單因素方差分析、Pearson相關(guān)性分析、配對(duì)t檢驗(yàn)，以判定行走步速及坡度對(duì)步態(tài)參數(shù)的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同跑臺(tái)速度行走

2.1.1 時(shí)空參數(shù)分析

由表2可以看出，步幅、步長和速度均顯著性正相關(guān)，即當(dāng)速度增加時(shí)，步幅、步長也變大。雙腳支撐時(shí)長、單腳支撐時(shí)長和每步時(shí)長、步態(tài)周期與速度呈負(fù)相關(guān)，即隨著速度的增加，其參數(shù)的值有減小的趨勢(shì)。

表2 不同速度下的步態(tài)時(shí)空參數(shù)±s)

本研究結(jié)果在一定程度上支持了張美珍(2011)[3]與M.Toth-Tascau(2011)[5]的研究，即受試者在跑臺(tái)行走時(shí)步長增加，步幅增大。他們的研究結(jié)果還顯示，在跑臺(tái)以不同速度奔跑時(shí)，受試者表現(xiàn)為騰空時(shí)間延長而支撐時(shí)間縮短。本研究結(jié)果表明，在跑臺(tái)上以慢速與快速行走時(shí)，受試者雙腳支撐時(shí)長減少。這說明，雙腳支撐時(shí)長隨著速度的增加而減少，當(dāng)速度達(dá)到一定值時(shí)，它趨于0，即走和跑最大的區(qū)別在于雙腳支撐時(shí)長是行走特有的一個(gè)階段。

2.1.2 動(dòng)力學(xué)參數(shù)分析

表3顯示了各動(dòng)力學(xué)參數(shù)在不同速度行走時(shí)的均值與標(biāo)準(zhǔn)差。從表中可以看出以1 km/h在跑臺(tái)上行走時(shí)，推動(dòng)力、支撐力、觸地受力時(shí)長都最大，這可能是由于受試者在行走時(shí)的速度很慢，身體姿態(tài)不能完全自然放松，落地的每一步都緩慢且完整。1 km/h與5 km/h時(shí)的步態(tài)參數(shù)相比較，隨著速度的增加，觸地受力時(shí)長減短，推動(dòng)力減少，支撐力減小。這說明，為了維持原有的行走速度，受試者必須增加左右腳替換的速度。最大力值、碰撞峰值力兩個(gè)參數(shù)的值也是隨著速度的增加呈遞增的趨勢(shì)。X軸方向平均力值的改變與速度呈正相關(guān)，這可能是因?yàn)橐圆煌俣刃凶邥r(shí)，髖關(guān)節(jié)前后運(yùn)動(dòng)軌跡的上下波動(dòng)較大。

表3 不同速度下的動(dòng)力學(xué)參數(shù)±s)

2.2 不同跑臺(tái)坡度行走

2.2.1 步態(tài)時(shí)空參數(shù)分析

由表4可以看出，步長、步幅隨著坡度上升而增加，單腳支撐時(shí)長、步態(tài)周期與坡度呈負(fù)相關(guān)，這可能與上坡行走時(shí)，受試者為了保持原有的行走速度，加大了前擺動(dòng)作的幅度，增加了髖關(guān)節(jié)的屈曲程度，加強(qiáng)了后蹬與支撐腿肌肉的快速收縮有關(guān)。雙腳支撐時(shí)長隨著坡度的改變而延長。這一系列參數(shù)的改變說明隨著坡度的改變，使得人們自然而然通過對(duì)步態(tài)的調(diào)整來保持原有的運(yùn)動(dòng)。

表4 不同坡度下的時(shí)空參數(shù)±s)

2.2.2 步態(tài)動(dòng)力學(xué)參數(shù)

由表5可見，隨著坡度的增加，觸底受力時(shí)長、推動(dòng)力、支撐力均變小了。這可能是因?yàn)樯掀滦凶邥r(shí)，除了克服本身運(yùn)動(dòng)所做的功，還要克服重力做的功，腳從著地到緩沖比平地行走過渡的要快。這就使得支撐力、推動(dòng)力減小，受力的時(shí)間也縮短了。最大力值、碰撞峰值力兩項(xiàng)參數(shù)與坡度呈正相關(guān)。

Leroux[6]等人研究了人在不負(fù)重時(shí)行走于斜面的步態(tài)變化,指出步態(tài)參數(shù)受斜坡影響比較明顯。從而使保持平衡更為困難。而本研究只發(fā)現(xiàn)推動(dòng)力、觸地受力時(shí)長在坡度不同時(shí)，存在顯著性差異。這可能是因?yàn)楸狙芯克x用的坡度差太小，未能全面反映坡度對(duì)其他相關(guān)參數(shù)的顯著性影響。在接下來的研究中將重點(diǎn)解決跑臺(tái)坡度對(duì)步態(tài)的影響。

表5 不同坡度下的動(dòng)力學(xué)參數(shù)±s)

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

1)步幅、步長與速度均顯著正相關(guān)。雙腳支撐時(shí)長、單腳支撐時(shí)長和每步時(shí)長、步態(tài)周期與速度呈負(fù)相關(guān)。以1 km/h在跑臺(tái)上行走時(shí)，推動(dòng)力、支撐力、觸地受力時(shí)長都最大。1 km/h與5 km/h時(shí)的步態(tài)參數(shù)相比較，隨著速度的增加，觸地受力時(shí)長減短，推動(dòng)力減少，支撐力減小。最大力值、碰撞峰值力兩個(gè)參數(shù)的值也是隨著速度的增加呈遞增的趨勢(shì)。X軸方向平均力值的改變與速度呈正相關(guān)。

2)步長、步幅、雙腳支撐時(shí)長隨著坡度上升而增加，單腳支撐時(shí)長、步態(tài)周期與坡度呈負(fù)相關(guān)。隨著坡度的增加，觸底受力時(shí)長、推動(dòng)力、支撐力均變小。最大力值、碰撞峰值力兩項(xiàng)參數(shù)與坡度呈正相關(guān)。X軸方向平均力值的改變與速度呈正相關(guān)。

3.2 建議

行走速度和坡度是影響其他步態(tài)參數(shù)的重要因素之一，所以跑臺(tái)速度和坡度在步態(tài)空間參數(shù)上影響必須納入跑臺(tái)步態(tài)研究的分析中。在應(yīng)用跑臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、健身、康復(fù)時(shí)，可根據(jù)不同的目的，適當(dāng)調(diào)整速度與坡度。

再者，目前的研究多集中于康復(fù)治療，關(guān)于機(jī)理的研究還較少。如何將跑臺(tái)步態(tài)分析應(yīng)用到預(yù)防中，健康人群身體機(jī)能較好的步態(tài)如何，運(yùn)動(dòng)技能強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)員步態(tài)如何，都需要根據(jù)步態(tài)參數(shù)來發(fā)展相對(duì)薄弱肌肉或關(guān)節(jié)，從而達(dá)到預(yù)防。

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