足部形態(tài)學特征與踝關(guān)節(jié)肌肉力量及運動能力的關(guān)系研究

趙曉光

足部形態(tài)學特征與踝關(guān)節(jié)肌肉力量及運動能力的關(guān)系研究

趙曉光*

寧波大學，浙江 寧波 315211

目的：探究足部形態(tài)學特征與踝關(guān)節(jié)肌肉力量及運動能力的關(guān)系。方法：選取65名成年男性作為研究對象，平均年齡（48.85±7.95）歲，平均身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）為（26.66±3.62）kg/m2。足部形態(tài)學特征使用三維足形態(tài)掃描儀進行測量與評價，踝關(guān)節(jié)肌肉力量（包括跖屈、背屈、內(nèi)旋、外旋）使用多關(guān)節(jié)等速肌力測試儀進行測量與分析，受試者運動能力使用靈活性、跳躍能力、本體感受性測試項目進行測量與評價。結(jié)果：校正年齡和BMI后發(fā)現(xiàn)，足長度、寬度、圍度和高度等形態(tài)學指標與踝關(guān)節(jié)跖屈、背屈、內(nèi)旋和外旋肌肉力量顯著相關(guān)（=-0.27～0.57，＜0.05），但未發(fā)現(xiàn)拇外翻角度與踝關(guān)節(jié)肌肉力量指標顯著相關(guān)；足長度、寬度和圍度指標與靈活性和跳躍能力指標顯著正相關(guān)（=0.25～0.44，＜0.05），足弓高度指數(shù)與縱跳高度呈顯著負相關(guān)（=-0.29，＜0.05），所測足形態(tài)指標均與本體感受性指標不相關(guān)。結(jié)論：足長度、寬度、圍度和高度與踝關(guān)節(jié)肌肉力量以及運動能力之間具有相關(guān)關(guān)系。

足形態(tài)；踝關(guān)節(jié)肌肉力量；運動能力；相關(guān)性

足在人體運動過程中直接與地面接觸，不僅支撐身體的全部重量，還在緩沖運動振蕩、吸收地面反作用力、穩(wěn)定重心和維持平衡等方面起到非常重要的作用（張燊等，2018）?？梢哉f，足部形態(tài)與足部健康密切相關(guān)。然而，足部形態(tài)并非一成不變，它會隨著年齡增長、體質(zhì)量增加而逐漸發(fā)生變化。一般來說，足部形態(tài)異常變化可能會引發(fā)下肢，特別是足踝部多種疾患或運動損傷的發(fā)生。以往調(diào)查研究顯示，拇外翻角度的過度增加會顯著提高大腳趾麻木、足痛和致殘的概率（Menz et al.，2011）。同樣，過低或過高的足弓高度也會對足部健康造成影響。基于橫向研究表明，過低的足弓或扁平足一般與下肢關(guān)節(jié)炎、跟腱和軟組織損傷有關(guān)聯(lián)（何曉宇等，2020；Burns et al.，2005；Hegedus et al.，2010），過高的足弓通常與膝、踝、足關(guān)節(jié)疼痛和下肢應力性骨折有聯(lián)系（Levy et al.，2006；Rao et al.，2011）。

足部形態(tài)異常者容易引發(fā)足踝部疾患或運動損傷的原因可能與足踝部生物力學改變有關(guān)。足部形態(tài)改變一般會伴隨足踝或距下關(guān)節(jié)角度不對稱、足底壓力分布發(fā)生改變，從而導致足踝部生物力學改變（顧耀東等，2019；梅齊昌等，2015）。有研究指出，低弓足或扁平足一般會伴隨足內(nèi)旋，高足弓一般會容易發(fā)生足外旋。通常來說，足內(nèi)旋時，踝關(guān)節(jié)同時外翻、外展并且背屈；足外旋時，踝關(guān)節(jié)同時內(nèi)翻、內(nèi)收并且跖屈（李杰，2018）。同時，低足弓通常會呈現(xiàn)中足接觸面積顯著增大、足底各區(qū)域峰值壓強和沖量偏小的特性（孔德剛等，2013）。Morrison等（2007）測量多種足部形態(tài)指標發(fā)現(xiàn)，足寬度指標與跟骨外翻關(guān)節(jié)活動范圍具有顯著相關(guān)關(guān)系。可以看出，不同足部形態(tài)特征所誘發(fā)的足踝部生物力學變化可能是導致下肢疾患的主要原因。

足部形態(tài)特征應當受到更多關(guān)注和重視，因為足部形態(tài)直接影響足部功能，它是足部健康的基礎和前提，并在一定程度上影響人體健康水平（趙曉光，2018）。目前，國內(nèi)外學者對足部形態(tài)所導致的足踝部生物力學改變可能是造成下肢疾患或運動損傷的觀點達成一致，然而，有關(guān)足部形態(tài)是否與踝關(guān)節(jié)肌肉力量和運動能力之間有關(guān)聯(lián)仍存在一定爭議（回俊嶺等，2007；Lin et al.，2001；Oda，2004）。因此，本研究目的在于通過測量足長度、寬度、圍度和高度等足部形態(tài)學指標，試圖探究足部形態(tài)學特征與踝關(guān)節(jié)肌肉力量及運動能力的關(guān)系。

1 研究對象與方法

1.1　研究對象

通過社區(qū)居民委員會發(fā)布招募信息和在超市、商場等人流密集處張貼宣傳海報募集受試者，篩選條件：1）25～60歲成年健康男性；2）無運動習慣（每周運動時間少于150 min）；3）無足病痛史和影響足功能的神經(jīng)、肌肉等病患。正式測試前，向受試者講解實驗目的和實驗程序，受試者同意并簽署知情同意書。共篩選受試者65名，平均年齡（48.85±7.95）歲，平均身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）為（26.66±3.62）kg/m2，實驗人員對受試者身體形態(tài)、足部形態(tài)、踝關(guān)節(jié)肌肉力量和運動能力進行測量與評價（表1）。

表1　受試者身體形態(tài)、足部形態(tài)和運動能力特征情況

1.2　身體形態(tài)測量

受試者在裸足以及穿著短衣、短褲狀態(tài)下接受身體形態(tài)學測量。使用身高測量儀（YG-200；Yagami，Nagoya，Japan）和體質(zhì)量測量儀（TBF-551；Tanita，Tokyo，Japan）測量受試者的身高和體質(zhì)量，計算BMI。

1.3　足部形態(tài)測量

足長度、寬度、圍度、高度和角度等足部形態(tài)指標使用三維足形態(tài)掃描儀（FSN-2100，Dream GP Inc.，Japan）進行采集與分析。與傳統(tǒng)足形態(tài)測量法（如足印法和標尺等）相比，三維足形態(tài)掃描具有快速、便捷、準確和可攜帶等優(yōu)勢，尤其適用于大樣本量。與以往測試方法相一致（Zhao et al.，2018a），本實驗僅對受試者右足形態(tài)數(shù)據(jù)進行采集與分析。

足形態(tài)數(shù)據(jù)采集的流程：受試者坐于高度可調(diào)節(jié)的座椅上，在測試人員指導下受試者目視前方，保持兩手自然下垂狀態(tài)，兩腳自然站立與肩同寬，體質(zhì)量均勻分配至雙腳，膝關(guān)節(jié)成90°彎曲，大腿與地面平行，小腿與地面垂直；受試者將裸足放置于三維足形態(tài)掃描儀指定掃描位置，啟動儀器并對坐姿足形態(tài)數(shù)據(jù)進行采集；坐姿足形態(tài)掃描完成后，受試者在保持足位置不變的情況下進行站立，對站姿足形態(tài)數(shù)據(jù)進行采集。測試時，三維足形態(tài)掃描儀發(fā)出激光束對足部進行全方位掃描，每次掃描均在15 s內(nèi)完成。每位受試者測試結(jié)束后，需用70%濃度的醫(yī)用酒精對儀器與足部接觸部位進行擦拭，以備下一位受試者進行測試。

測試結(jié)束后，利用儀器自帶分析軟件重建足形態(tài)模型，獲取足長度、寬度、圍度、高度和角度等足部形態(tài)指標數(shù)據(jù)，存數(shù)據(jù)以備后期分析。

1.4　踝關(guān)節(jié)肌肉力量測量

踝關(guān)節(jié)肌肉力量包括跖屈、背屈、內(nèi)旋和外旋的肌肉力量，使用多關(guān)節(jié)等速肌力測試儀（Biodex Medical System Inc.，Shirley，NY，USA）進行測量與評價，角速度設置為30（°）/s。因為30（°）/s時，受試者在發(fā)揮最大力量的同時，發(fā)生肌肉損傷的概率較小，且30（°）/s的角速度已經(jīng)被學者廣泛使用，具有較高的測試效度和信度（趙曉光，2018；Burns et al.，2005）。

為避免運動損傷，每名受試者在測試前都會跟隨體能教練進行3～5 min針對下肢和踝關(guān)節(jié)的熱身運動。受試者在熱身運動的同時，實驗操作員根據(jù)操作手冊對儀器進行設定和調(diào)節(jié)。正式測試前，要求受試者使用約50%的力量進行2～3次預測試。正式測試時，要求受試者發(fā)揮最大力量進行3次測試。為了最小化測試誤差，踝關(guān)節(jié)肌肉力量全部測試均由同一名實驗操作員完成。

1.5　運動能力測量

使用左右跨步移動、前后跨步移動、縱跳高度和單足閉眼平衡測試評價受試者運動能力，能夠反映靈活性、跳躍能力和本體感受性（趙曉光，2018）。測試采用隨機原則，且每2個相鄰測試項目之間休息3～5 min。各個測試項目均進行2次測量，取最佳值。

1）左右跨步移動：3條標識線左右間隔均1 m，受試者在中間標識線處屈膝站立，以最大速度向左側(cè)和右側(cè)標識線處反復跨步移動，記錄受試者20 s內(nèi)左右跨步移動的重復次數(shù)。2）前后跨步移動：受試者站在標識橫線后方，足尖指向標識橫線，右腳為先、左腳為后的順序以最快速度反復完成跨越標識橫線和返回原點的跨步移動，記錄受試者20 s內(nèi)前后跨步的重復次數(shù)。3）縱跳：受試者腰間佩戴縱跳測試儀（Jump-MD，TKK 5106，Takei Scientific Instruments，Tokyo，Japan），一條細線連接測試儀和起跳臺，當受試者進行縱跳時，縱跳測試儀處細線則會被拉長并自動顯示縱跳高度并記錄。4）單足閉眼平衡：受試者兩手分別置于腰間，使用優(yōu)勢腳進行單足站立并保持平衡，在閉眼瞬間開始用秒表計時，并在失去平衡狀態(tài)時結(jié)束計時，記錄受試者保持平衡的時間。

1.6　統(tǒng)計方法

使用皮爾遜相關(guān)法檢驗足部形態(tài)學指標之間的相關(guān)性。由于足部形態(tài)還受年齡和BMI影響，本研究使用偏相關(guān)法驗證足部形態(tài)學指標與踝關(guān)節(jié)肌肉力量、運動能力之間的相關(guān)性，控制變量為年齡和BMI。采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理，顯著性水平設定在＜0.05，非常顯著性水平設定在＜0.01。

2 結(jié)果

足長度（足長度和足弓凹陷長度）、寬度（前足寬度和后足寬度）、圍度（前足圍度和足弓圍度）和高度（足背高度和足弓高度指數(shù)）等足部形態(tài)指標之間顯著相關(guān)，拇外翻角度與其他足部形態(tài)指標之間均無顯著相關(guān)關(guān)系（表2）。

表2　足部形態(tài)學指標之間的相關(guān)系數(shù)矩陣

注：*表示＜0.05，**表示＜0.01；下同。

對年齡和BMI進行校正后，足長度、足弓凹陷長度、前足寬度、后足寬度、前足圍度、足弓圍度、足背高度和足弓高度等足部形態(tài)學指標與踝關(guān)節(jié)跖屈、背屈、內(nèi)旋和外旋肌肉力量之間顯著相關(guān)，未發(fā)現(xiàn)拇外翻角度與任何所測踝關(guān)節(jié)肌肉力量指標之間具有顯著相關(guān)（表3）。

對年齡和BMI進行校正后，足長度、足弓凹陷長度、前足寬度、后足寬度、前足圍度、足弓圍度和足背高度指標與左右跨步移動、前后跨步移動和縱跳高度呈顯著正相關(guān)，足弓高度與縱跳高度呈顯著負相關(guān)。未發(fā)現(xiàn)所測量的足形態(tài)指標與本體感受性指標（單足閉眼平衡）存在顯著相關(guān)關(guān)系（表4）。

3 討論

本研究通過測量足長度、寬度、圍度和高度等足部形態(tài)特征，試圖探究足部形態(tài)特征與踝關(guān)節(jié)肌肉力量及運動能力的關(guān)系。研究結(jié)果表明，足長度、寬度、圍度和高度等形態(tài)學指標與踝關(guān)節(jié)跖屈、背屈、內(nèi)旋和外旋肌肉力量顯著相關(guān)，但未發(fā)現(xiàn)拇外翻角度與踝關(guān)節(jié)肌肉力量之間具有顯著相關(guān)；足長度、寬度、圍度和高度與靈活性和跳躍能力顯著正相關(guān)，足弓高度與縱跳高度存在負相關(guān)，所測足形態(tài)指標均與本體感受性指標不具有相關(guān)性。可知，足長度、寬度、圍度和高度與踝關(guān)節(jié)肌肉力量、靈活、跳躍運動能力之間具有相關(guān)關(guān)系。

表3　足部形態(tài)學指標與踝關(guān)節(jié)肌肉力量之間相關(guān)性分析（校正年齡和BMI）

表4　足部形態(tài)學指標與運動能力指標之間相關(guān)性分析（校正年齡和BMI）

以往有關(guān)足部形態(tài)的研究多關(guān)注于足弓形態(tài)或足弓高度，鮮見關(guān)于足長度、寬度、圍度和高度等足部形態(tài)特征的研究。本研究利用三維足形態(tài)掃描測試法獲取足部形態(tài)指標數(shù)據(jù)，并使用相關(guān)分析法對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)足長度、寬度、圍度和高度等大多數(shù)足部形態(tài)指標之間具有顯著相關(guān)關(guān)系，而拇外翻角度與足部形態(tài)指標之間均未發(fā)現(xiàn)顯著關(guān)聯(lián)，可能與拇外翻角度更多受其他因素（如遺傳和穿鞋習慣等）影響有關(guān)（黃萍等，2016）。

以往研究已表明，足弓高度與踝關(guān)節(jié)肌肉力量顯著相關(guān)（趙曉光，2018；Aydog et al.，2005；Snook，2001）。本研究表明，足長度、足弓凹陷長度、前足寬度、后足寬度、前足圍度、足弓圍度、足背高度和足弓高度等足部形態(tài)學指標與踝關(guān)節(jié)跖屈、背屈、內(nèi)旋和外旋肌肉力量之間具有顯著相關(guān)關(guān)系（=-0.27～0.57，＜0.05）。結(jié)合以往研究和本研究結(jié)果可知，不僅足弓高度，其他足部形態(tài)指標如長度、寬度、圍度等均與踝關(guān)節(jié)肌肉力量之間具有相關(guān)關(guān)系。

日本學者調(diào)查兒童扁平足（過低的足弓）與運動能力的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，扁平足不僅影響兒童的運動成績，特別是跳躍成績，還對運動技能有負面影響（Oda，2004）。然而，梳理文獻發(fā)現(xiàn)，除足弓高度外，目前鮮見有關(guān)其他足部形態(tài)指標與運動能力的相關(guān)研究。本研究顯示，足長度、寬度、圍度和高度與靈活性和跳躍能力存在正相關(guān)，足弓高度與靈活性和跳躍能力存在負相關(guān)，得出足部形態(tài)特征與運動能力之間具有關(guān)聯(lián)的研究結(jié)論。以上研究結(jié)果均校正了年齡和BMI的影響。

本研究未發(fā)現(xiàn)足長度、寬度、圍度和高度等足形態(tài)指標與單足閉眼平衡（本體感受性）之間具有顯著關(guān)聯(lián)，這可能是因為單足閉眼平衡不是評價本體感受能力的敏感指標或敏感性較低。袁金風等（2013）指出，與其他本體感受能力測試指標相比，單足閉眼平衡的各項指標相關(guān)系數(shù)較小，其有效性也需要進一步驗證。此外，可能與其他測試項目相比，影響單足閉眼平衡測試結(jié)果的因素相對較多，如前庭系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、軀體感覺、神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉-骨骼等系統(tǒng)功能都在一定程度上影響人體的本體感受能力（王秀陽等，2015）。

本研究雖然發(fā)現(xiàn)足長度、寬度、圍度和高度與踝關(guān)節(jié)肌肉力量及運動能力之間具有相關(guān)關(guān)系，但未發(fā)現(xiàn)拇外翻角度與踝關(guān)節(jié)肌肉力量及運動能力之間有顯著聯(lián)系，這可能與本研究受試者均為男性有關(guān)，因為與女性相比，男性拇外翻角度相對較小。本研究中，受試者平均拇外翻角度為9.62°±4.03°，遠未達到輕度拇外翻標準（≥12°），所以不會對踝關(guān)節(jié)肌肉力量及運動能力造成不良影響。此外，一項橫向?qū)Ρ妊芯匡@示，成年人即使具有輕度或中度拇外翻也不會對踝關(guān)節(jié)肌肉力量產(chǎn)生消極影響（Zhao et al.，2018b）。相反，該研究還指出，輕度和中度拇外翻很可能會增加受試者踝關(guān)節(jié)內(nèi)旋肌肉力量。

年齡是影響足部形態(tài)的重要影響因素，隨著年齡增長發(fā)生一定變化。橫向比較研究顯示，老年人群足長度、圍度和高度都低于青年和中年人群（Zhao et al.，2017）。此外，身高、體質(zhì)量和身體形態(tài)也是影響足部形態(tài)主要因素。Aurichio等（2011）調(diào)查老年人身體形態(tài)與足部形態(tài)關(guān)系發(fā)現(xiàn)，BMI與足弓指數(shù)和足姿指數(shù)之間具有正相關(guān)關(guān)系?；谝陨峡紤]，本研究在驗證足部形態(tài)學指標與踝關(guān)節(jié)肌肉力量、運動能力之間的相關(guān)關(guān)系時，有必要將年齡和BMI指標設置為控制變量。

本研究不足之處：1）研究對象數(shù)量相對較少（=65）；2）受試者為25～60歲無運動習慣的健康成年男性，研究結(jié)果是否也適用于兒童青少年、老年人或女性群體還有待檢驗；3）在相關(guān)性分析時雖然考慮到年齡和BMI對足部形態(tài)學指標的影響，但足形態(tài)指標可能還受其他因素（如遺傳、選鞋習慣等）影響（Shultz et al.，2017），而這些影響因素在本研究中并未涉及；4）本研究基于橫向數(shù)據(jù)，而非縱向數(shù)據(jù)的因果關(guān)系研究，所以本研究不能由此獲取變量之間的因果關(guān)系及先后順序。

4 結(jié)論

本研究通過測量足長度、寬度、圍度和高度等足部形態(tài)學特征，試圖探究其與踝關(guān)節(jié)肌肉力量及運動能力的關(guān)系，結(jié)果表明：除拇外翻角度外，足長度、寬度、圍度和高度等形態(tài)學指標與踝關(guān)節(jié)跖屈、背屈、內(nèi)旋和外旋肌肉力量顯著相關(guān)；足長度、寬度、圍度和高度指標與靈活性和跳躍運動能力呈顯著正相關(guān)，足弓高度與縱跳高度存在顯著負相關(guān)；足長度、寬度、圍度和高度與踝關(guān)節(jié)肌肉力量及運動能力之間具有相關(guān)關(guān)系。

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Associations of Foot Morphological Characteristics with Ankle Muscle Strength and Exercise Performance

ZHAO Xiaoguang*

Ningbo University, Ningbo 315211,China.

Objective: To explore the possible association of foot morphological characteristics with ankle muscle strength and exercise performance. Subjects: A total of 65 adult men with a mean age of (48.85±7.95) yrs, and body mass index (BMI) of (26.66±3.62) kg/m2participated in the study. Foot morphological characteristics parameters were tested by a 3-dimensional foot scanner, and ankle strength which including plantarflexion, dorsalflexion, internal rotation, external rotation was measured with a dynamometer. Exercise performance items which including agility, force, and proprioception were also measured. Results: After adjusted age and BMI, it found that all the measured parameters of the length, width, girth, and height of the foot were correlated with the strength of plantarflexion, dorsiflexion, internal rotation, external rotation (ranged from ?0.27 to 0.57;＜0.05), except for the angles of hallux valgus. Moreover, the parameters of the length, width, and girth of the foot were correlated significantly with vertical jump ability (ranged from 0.25 to 0.44;＜0.05). It was also found that the arch height index was negatively correlated with vertical jump (=?0.29;＜0.05), but no associations were observed between indicators of morphological characteristics and proprioception. Conclusions: These findings indicate the length, width, girth and height of the foot were correlated with ankle strength as well as exercise performance.

1002-9826（2022）08-0091-05

10.16470/j.csst.2020144

浙江省哲學社會科學規(guī)劃重點課題（21NDJC004Z）；浙江省省屬高?；究蒲袠I(yè)務費專項（SJWY2020005）

通信作者簡介：趙曉光（1985-），男，助理研究員，博士，主要研究方向為運動醫(yī)學，E-mail：?xiaoguangzhao1985@gmail.com。

G804.6

A

（2020-04-20；修訂日期：2022-07-13； 編輯：尹航）