不同專項(xiàng)特征動(dòng)作中足部運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)研究

吳海菲

摘要：本文采用文獻(xiàn)資料法，結(jié)合前人研究結(jié)果和方法，對(duì)網(wǎng)球、足球兩個(gè)專項(xiàng)的特征動(dòng)作的足部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了生物力學(xué)分析，研究結(jié)果表明：1. 足部承擔(dān)離地蹬伸任務(wù)時(shí)前足承擔(dān)主要載荷，中后足受力不顯著，足部承擔(dān)落地緩沖任務(wù)時(shí)，后足和中足受力增大，前、中、后足共同承擔(dān)身體載荷。2.足球項(xiàng)目前足內(nèi)側(cè)壓強(qiáng)峰值最大，網(wǎng)球相對(duì)較小。3.網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)中，趾區(qū)的壓強(qiáng)峰值超過(guò)第一跖趾關(guān)節(jié)區(qū)；足球運(yùn)動(dòng)中，第一跖趾關(guān)節(jié)區(qū)和趾區(qū)壓強(qiáng)峰值大。

關(guān)鍵詞：足底壓力分布、踝關(guān)節(jié)、專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)

生物力學(xué)的研究范圍包括整個(gè)人體，足部生物力學(xué)的研究是其中重要的一部分。由于體育運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)損傷的多發(fā)性使其成為眾多科研項(xiàng)目的焦點(diǎn)內(nèi)容。其中，踝關(guān)節(jié)損傷是所有運(yùn)動(dòng)損傷中最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)損傷之一。這類損傷經(jīng)常發(fā)生在籃球、排球和足球等通常需要迅速敏捷地跑動(dòng)、急停和跳起的項(xiàng)目中。因此，不同專項(xiàng)足踝部的傷病發(fā)生機(jī)制與防治已成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。此外，隨著專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員和教練員對(duì)專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)鞋的防傷能力和功能表現(xiàn)力的要求越來(lái)越高，對(duì)不同專項(xiàng)動(dòng)作中足踝部的生物力學(xué)特征研究就顯得尤為緊迫和重要。本文在閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用目前最先進(jìn)的足底壓力分布測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)網(wǎng)球、足球2個(gè)專項(xiàng)的6名男子大學(xué)生運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行了2個(gè)特征動(dòng)作的足部的生物力學(xué)分析。試圖通過(guò)不同項(xiàng)目指標(biāo)的對(duì)比分析得出不同專項(xiàng)的足底壓力和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，從而為足踝部損傷研究和運(yùn)動(dòng)鞋專項(xiàng)化的相關(guān)領(lǐng)域提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

1.研究方法：

1.1文獻(xiàn)資料法

1.2實(shí)驗(yàn)法

1.3對(duì)比分析法

2.研究對(duì)象：本研究選取湖北大學(xué)體育學(xué)院6名本科生為研究對(duì)象，其中三名為足球?qū)ｍ?xiàng)，3名為網(wǎng)球?qū)ｍ?xiàng)。6名受試者均無(wú)下肢足底足踝病痛史。

3.實(shí)驗(yàn)器材：1.Novel Pedar system （鞋墊式足底壓力測(cè)量系統(tǒng)）——垂直壓力測(cè)量/靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài). 2.身高、體重測(cè)量器

4.實(shí)驗(yàn)步驟：

4.1.進(jìn)行Novel Pedar system 足底壓力分布測(cè)試系統(tǒng)的連接和調(diào)試。

4.2要求受試者均穿著運(yùn)動(dòng)服裝、體操鞋，測(cè)量受試者身高、體重后登記受試者情況。

4.3選擇符合各受試者鞋內(nèi)底尺碼的測(cè)試鞋墊，確保測(cè)試鞋墊邊緣無(wú)折痕，鞋墊大小與鞋內(nèi)底邊緣吻合，配戴測(cè)試設(shè)備后，受試者進(jìn)行3-5分鐘適應(yīng)性動(dòng)作練習(xí)。

4.4采集網(wǎng)球、足球2個(gè)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員各自專項(xiàng)特征動(dòng)作的足底壓力分布數(shù)據(jù)，共2個(gè)特征動(dòng)作分別是網(wǎng)球項(xiàng)目中網(wǎng)前急停反手截?fù)羟颍ㄓ沂謭?zhí)拍）， 足球項(xiàng)目中的急停轉(zhuǎn)身跑左轉(zhuǎn)90度，每人每個(gè)動(dòng)作測(cè)試三次，2次動(dòng)作間隔2分鐘。

5.測(cè)試指標(biāo)：

壓力峰值：分區(qū)內(nèi)所有傳感器在測(cè)試階段內(nèi)受到的最大合力。

壓強(qiáng)峰值：分區(qū)內(nèi)每個(gè)傳感器在測(cè)試階段內(nèi)所受壓強(qiáng)的最大值。

壓力峰值百分比：某分區(qū)壓力峰值占前中后足的壓力峰值總和的百分比。

6.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：

6.1采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

6.2選取網(wǎng)球和足球受試者三次動(dòng)作取平均值進(jìn)行分析。

6.3將每只鞋墊分為前足區(qū)、中足區(qū)、后足區(qū)三個(gè)分區(qū)，這三個(gè)分區(qū)覆蓋了整個(gè)足底，此外在定前足區(qū)內(nèi)義了三個(gè)特定區(qū)域，第一跖趾關(guān)節(jié)區(qū)、趾區(qū)、除趾外其他四趾區(qū)。

7.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：

7.1網(wǎng)球（網(wǎng)前急停反手截?fù)羟颍?/p>

在網(wǎng)球急停反手截?fù)魟?dòng)作中從跑動(dòng)、急停到最后的截?fù)舨饺匀灰郧白愕某休d為主趾區(qū)的壓力峰值尤其顯著、后足尤其是支撐腳后足的受力從跑動(dòng)截?fù)暨^(guò)程有不斷增大的趨勢(shì)，中足幾乎不受力，支撐腳的足底壓力峰值普遍大于發(fā)力腳，急停和截?fù)舨阶愕资芰Υ笥谂軇?dòng)步。

7.2足球（急停左轉(zhuǎn)向跑）

由跑動(dòng)到急停，足球運(yùn)動(dòng)員的前足受力面積變小，前足受力集中到前足的局部。

在跑動(dòng)步離地蹬伸階段，趾對(duì)身體向前移動(dòng)起著舉足輕重的作用，但在急停步的落地緩沖階段，趾的作用減弱，其他四趾對(duì)地的制動(dòng)作用增大。我們從左腳和右腳的跑動(dòng)步和急停步對(duì)足球急停左轉(zhuǎn)向跑動(dòng)作的足底壓力進(jìn)行分析可以看出從跑動(dòng)步到急停步，前足壓力峰值明顯降低后足的壓力峰值明顯增大，但前足內(nèi)側(cè)的壓強(qiáng)峰值始終維持較高的水平。

兩個(gè)項(xiàng)目足底壓力分布的對(duì)比：

1.第一跖趾關(guān)節(jié)和趾的足底受力模式。第一跖趾關(guān)節(jié)區(qū)和趾區(qū)是前足受力明顯的兩個(gè)特殊區(qū)域，這兩個(gè)位于前足內(nèi)側(cè)的區(qū)域通常是各個(gè)動(dòng)作中前足壓力峰值和壓強(qiáng)峰值發(fā)生的區(qū)域。此外，比起緩沖階段它們?cè)谧悴恐鲃?dòng)發(fā)力的離地蹬伸階段起著更重要的推動(dòng)人體向前的作用。

2.網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)中，趾區(qū)的足底壓力峰值表現(xiàn)顯著，顯示了網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)中趾作為推動(dòng)人體重心移動(dòng)的最后一個(gè)小關(guān)節(jié)，其支撐穩(wěn)定性和關(guān)節(jié)力量比起第一跖趾關(guān)節(jié)更為重要，足球運(yùn)動(dòng)中不論是第一跖趾關(guān)節(jié)區(qū)還是趾區(qū)都表現(xiàn)出2個(gè)項(xiàng)目動(dòng)作中最大的壓強(qiáng)峰值。比較2個(gè)項(xiàng)目前足內(nèi)側(cè)壓強(qiáng)峰值情況，可以得到足球項(xiàng)目動(dòng)作前足內(nèi)側(cè)壓強(qiáng)峰值較大，網(wǎng)球項(xiàng)目動(dòng)作較小。

3.對(duì)比網(wǎng)球急停反手截?fù)羟蚝妥闱蚣蓖＾D(zhuǎn)向跑動(dòng)作，從跑動(dòng)到急停時(shí)后足均有受力增大的變化趨勢(shì)，因此急停階段后足明顯的受力增大趨勢(shì)是由于急停階段為了增大身體重心向后的加速度，運(yùn)動(dòng)員必須增大對(duì)地受力面積以增大對(duì)地反作用力從而達(dá)到急停的目的，盡管后足受力增幅較大并且分擔(dān)了前足載荷的很大部分但是從壓力峰值百分比上仍然可以看出，前足依然是急停階段最主要的承載區(qū)域。

8.結(jié)論：

8.1足部承擔(dān)離地蹬伸任務(wù)時(shí)前足承擔(dān)主要載荷，中后足受力不顯著，足部承擔(dān)落地緩沖任務(wù)時(shí)后足和中足受力增大，前、中、后足共同承擔(dān)身體載荷。

8.2足球項(xiàng)目前足內(nèi)側(cè)壓強(qiáng)峰值最大，網(wǎng)球相對(duì)較小。

8.3網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)中，趾區(qū)的壓強(qiáng)峰值超過(guò)第一跖趾關(guān)節(jié)區(qū)，足球運(yùn)動(dòng)中，第一跖趾關(guān)節(jié)區(qū)和趾區(qū)壓強(qiáng)峰值大。

9.建議：

綜上所述我們從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)2個(gè)專項(xiàng)的運(yùn)動(dòng)鞋設(shè)計(jì)提出以下建議：

9.1網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)網(wǎng)前截?fù)舻葎?dòng)作需要其專項(xiàng)鞋考慮到指在網(wǎng)球特征動(dòng)作中的重要作用和影響應(yīng)當(dāng)增大鞋底跖趾關(guān)節(jié)部位的靈活性以及趾區(qū)域足底支撐的穩(wěn)定性，以利于趾部位在網(wǎng)球動(dòng)作中更好的充當(dāng)最后關(guān)節(jié)支撐面的作用。

9.2足球運(yùn)動(dòng)專項(xiàng)鞋應(yīng)當(dāng)具備良好的前足減震緩沖能力并提供穩(wěn)定性來(lái)抵抗踝關(guān)節(jié)在跖屈位置時(shí)的內(nèi)翻力，通過(guò)對(duì)鞋面材料進(jìn)行加厚和加固以增加運(yùn)動(dòng)員踢球的舒適度同時(shí)提供正常的距下關(guān)節(jié)靈活性。

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