王曉艷,馬楚虹,錢永東,戴 艷

(浙江師范大學(xué) 體育學(xué)院,浙江 金華 321004)

鞋跟高度在健身走過程中對(duì)足底壓力的影響

王曉艷,馬楚虹,錢永東,戴 艷

(浙江師范大學(xué) 體育學(xué)院,浙江 金華 321004)

采用F-scan足底壓力分布解析系統(tǒng),對(duì)青少年女性不同高度鞋跟情況下的健身走步態(tài)進(jìn)行足底壓力分布的測(cè)量與分析。結(jié)果表明:鞋跟高度的變化是影響青少年女性足底壓力發(fā)生改變的主要原因;平跟鞋各個(gè)跖骨的壓強(qiáng)—時(shí)間曲線為單峰型,而高跟鞋各個(gè)跖骨的壓強(qiáng)—時(shí)間曲線是雙峰型。提示:穿高跟鞋進(jìn)行健身走對(duì)女性足部有一定的不利影響。

健身走;鞋跟高度;足底壓力

健身走早在幾千年前就被中醫(yī)認(rèn)為是“百煉之祖”,而且已有許多研究證實(shí):有規(guī)律的健身走,可增進(jìn)身體所有部位的健康[1]。本研究欲通過對(duì)青少年女性穿平跟鞋和高跟鞋進(jìn)行健身走時(shí),足底第一至第五跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓力和壓強(qiáng)這兩個(gè)足底壓力特征參數(shù)的比較,分析兩種不同鞋跟高度對(duì)青少年女性足底各個(gè)跖骨壓力特征的影響及其變化規(guī)律。

1 研究方法與材料

1.1 研究目的

通過足底壓力分布解析系統(tǒng)對(duì)青少年女性穿平跟鞋和高跟鞋進(jìn)行健身走 (速度為3.5km/h)時(shí)的足底壓力分布進(jìn)行測(cè)量和分析,探究穿平跟鞋和高跟鞋行走時(shí)足底壓力、壓強(qiáng)的變化特征,進(jìn)而作出相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)功能評(píng)價(jià)。

1.2 研究對(duì)象

選取6名青少年女性作為研究對(duì)象,其平均身高161.38±4.13 cm,平均體重49.22±5.08 kg。6位受試者體型勻稱,身體健康,腿部無任何損傷史。

表1 受試者的基本資料

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

F-scan足內(nèi)墊壓力測(cè)試系統(tǒng) (傳感器數(shù)量為每只腳400個(gè),每個(gè)傳感器面積0.5 cm×1 cm,采樣頻率500 Hz,采樣時(shí)間8 ms)。跑鞋 (上海產(chǎn)的大博文田徑鞋)、跟高8 cm的高跟鞋,全部為新鞋。跑步機(jī)為 Techongym D140。

1.4 研究方法

1.4.1 測(cè)試條件

在測(cè)試開始前,對(duì)受試者詳細(xì)講解本研究的目的和實(shí)驗(yàn)條件并征得受試者自愿參與的同意。

測(cè)試前,在平跟鞋內(nèi)裝上壓力鞋墊,要求壓力鞋墊在鞋內(nèi)平整無折疊,受試者小心穿上鞋子,以避免壓力鞋墊折疊,壓力鞋墊與足底壓力分布解析系統(tǒng)相連接。

之后,要求每名受試者在跑步機(jī)上進(jìn)行熱身準(zhǔn)備活動(dòng),每名運(yùn)動(dòng)員正式測(cè)試前先進(jìn)行1—2次預(yù)實(shí)驗(yàn)。測(cè)試時(shí),每名受試者穿平跟鞋在跑步機(jī)上以3.5km/h的速度完成測(cè)試。在試驗(yàn)開始時(shí),采集5分鐘時(shí)和30分鐘時(shí)的足底壓力數(shù)據(jù)。運(yùn)動(dòng)員穿著統(tǒng)一的“大博文”牌運(yùn)動(dòng)跑鞋參加測(cè)試。

此項(xiàng)測(cè)試完成后,休息一天,換上高跟鞋再以同樣的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。

1.4.2 測(cè)試程序

登記受試者資料,進(jìn)行準(zhǔn)備活動(dòng)的同時(shí)講解注意事項(xiàng),安裝測(cè)試儀器,預(yù)試測(cè),正式測(cè)試,讀取數(shù)據(jù)并存盤,拆除儀器并檢查鞋墊狀況。在測(cè)試的過程中隨時(shí)觀察、記錄受試者的情況、儀器設(shè)備情況和操作情況,填寫“測(cè)試現(xiàn)場記錄表”。

1.4.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

用spss10.0統(tǒng)計(jì)軟件,計(jì)算每組數(shù)據(jù)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差,用 Kolmogorov-Smirnov Test對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn),用獨(dú)立 T檢驗(yàn)分析足底各區(qū)壓強(qiáng)峰值均值間的顯著性差異。

2 研究結(jié)果及分析

2.1 足底各區(qū)域平均最大壓力的變化

人體在靜止或運(yùn)動(dòng)時(shí),在自身重力的作用下,足底在垂直方向上受到一個(gè)地面的反作用力,這個(gè)力就是足底壓力[2]。通過本項(xiàng)測(cè)試,可以發(fā)現(xiàn)不同鞋跟高度對(duì)青少年女性足底壓力分布的改變程度,從而揭示人體在健身走過程中足底的動(dòng)力學(xué)特征。

2.1.1 平靜時(shí)足底各區(qū)域平均最大壓力的變化

足底壓力反映了足在垂直方向上的受力情況[3]。對(duì)6名受試者左、右腳壓力均值的 F檢驗(yàn)和 T檢驗(yàn)結(jié)果均表明,左右腳的壓力沒有顯著性差異,所以在此將左右腳數(shù)據(jù)進(jìn)行合并處理。圖1顯示的是受試者穿上平跟鞋和高跟鞋時(shí)的足底壓力分布情況,其中橫軸為足底各區(qū)域,縱軸為平均最大壓力值。(P代表平跟鞋,H代表高跟鞋)

圖1 平靜時(shí)足底各區(qū)域平均最大壓力

如圖所示:在平靜時(shí),平跟鞋的平均最大壓力主要集中在第二、三跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn),最大壓力值為156.53 N;而高跟鞋的平均最大壓力主要集中在第一跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn),最大壓力值為182.53 N。由于高跟鞋的平均最大壓力過度集中在前腳掌的第一跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn),這樣有可能導(dǎo)致人體在健身走過程中,前腳掌的內(nèi)側(cè)壓力過大,從而導(dǎo)致人體在行走過程中出現(xiàn)身體重心的偏移,即走路不平穩(wěn)的現(xiàn)象,同時(shí)也會(huì)引起足底第一跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)因用力過度而疼痛。

2.1.2 30分鐘健身走后,足底各區(qū)域的平均最大壓力的變化

圖2 30分鐘后足底各區(qū)域平均最大壓力

如圖所示,進(jìn)行30分鐘的健身走后,平跟鞋的最大平均壓力還是集中于第二、三跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn),最大壓力值為130.07 N,小于平靜時(shí)的壓力值;而高跟鞋的平均最大壓力還是集中于第一跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn),但最大壓力值卻有所增大,為192.50 N,而其他兩個(gè)區(qū)域的壓力值反而有所下降。

2.2 足底各跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)的變化

行走的動(dòng)作是由若干個(gè)步態(tài)周期組成的,每一個(gè)周期又分為不同的時(shí)相,在每一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期之中,任何一個(gè)時(shí)相向下一個(gè)時(shí)相過渡時(shí)都必須通過足地之間的作用力來實(shí)現(xiàn)。因此,在一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)周期中,足部會(huì)盡可能地應(yīng)付一定的足底壓力 (即足與支撐面之間總體相互垂直的作用力)進(jìn)而增大接觸部位受力面積,以保證相對(duì)較低的足底壓強(qiáng) (即單位面積的足底壓力),從而防止足部相關(guān)組織遭受過高足底壓力的損傷[4]。本次測(cè)試選取的時(shí)間為全腳都對(duì)地面產(chǎn)生壓強(qiáng)的時(shí)間段的最后2 ms。

由圖3可知,第一跖骨與第二跖骨的壓強(qiáng)變化曲線相類似,不管是平靜時(shí)還是30分鐘健身走后,穿高跟鞋時(shí)的第一、二跖骨的壓強(qiáng)始終大于穿平跟鞋的壓強(qiáng)。穿高跟鞋時(shí)的第一跖骨壓強(qiáng)在整個(gè)健身走過程中維持在10—12 N/cm2,而平跟鞋的壓強(qiáng)值范圍在1—3 N/cm2。不管是穿平跟鞋還是高跟鞋,第二跖骨的最大壓強(qiáng)均出現(xiàn)在平靜時(shí),最大壓強(qiáng)值分別為11.17 N/cm2和4.33 N/cm2,且隨著時(shí)間的變化壓強(qiáng)緩慢減小。

穿平跟鞋和高跟鞋時(shí),第三跖骨的壓強(qiáng)在任何時(shí)間點(diǎn)都較為接近,且高跟鞋的壓強(qiáng)始終大于平跟鞋。穿平跟鞋在30分鐘健身走后,壓強(qiáng)變化很小,基本維持在10.00 N/cm2左右;而高跟鞋在開始的5分鐘內(nèi),壓強(qiáng)無明顯變化,但在后面的25分鐘,壓強(qiáng)呈下降趨勢(shì),但幅度不大。

在整個(gè)健身走過程中,平跟鞋在第四、五跖骨的壓強(qiáng)在任何時(shí)間點(diǎn)都大于高跟鞋。穿平跟鞋時(shí),第四跖骨的最大壓強(qiáng)出現(xiàn)在平靜時(shí),而第五跖骨出現(xiàn)在5分鐘后。穿高跟鞋時(shí),第四跖骨的最大壓強(qiáng)值出現(xiàn)在5分鐘后,為4.67 N/cm2;第五跖骨的最大壓強(qiáng)出現(xiàn)在平靜時(shí),為2.51 N/cm2,且隨著健身走時(shí)間的延長,第五跖骨壓強(qiáng)值變?yōu)? N/cm2。

從足底第一至第五跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)壓強(qiáng)的分析看,青少年女性穿平跟鞋進(jìn)行30分鐘的健身走時(shí),前腳掌跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)分布較為均勻,主要集中在第三、四跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn);而穿高跟鞋進(jìn)行健身走時(shí),壓強(qiáng)過度集中在第一、第二和第三跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn),第五跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)受到的壓強(qiáng)很小。

2.3 各個(gè)跖骨壓強(qiáng)的變化曲線

圖3 各跖骨壓強(qiáng)變化圖

如圖4所示,穿平跟鞋進(jìn)行健身走時(shí),第一至第五跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)曲線總體呈緩慢上升趨勢(shì),只出現(xiàn)了一個(gè)波峰,這個(gè)波峰出現(xiàn)的時(shí)間大概在腳后跟離地的那一時(shí)刻,即足前掌推離地面的推進(jìn)力出現(xiàn)的時(shí)間,約在250 ms;而穿高跟鞋進(jìn)行健身走時(shí),第一至第五跖骨關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓強(qiáng)曲線卻出現(xiàn)了兩個(gè)波峰,第一個(gè)波峰出現(xiàn)在全腳掌支撐階段,第二個(gè)波峰同樣出現(xiàn)在足前掌推離地面階段,時(shí)間點(diǎn)約在101 ms和251 ms,但第一個(gè)波峰值小于第二個(gè)波峰值。由于穿高跟鞋進(jìn)行健身走所出現(xiàn)的最大壓強(qiáng)次數(shù)比穿平跟鞋多一次,從而使腳掌對(duì)地面作用力的次數(shù)比平跟鞋多1倍,這是引起足部疼痛或發(fā)生損傷的原因。

從各個(gè)跖骨的壓強(qiáng)曲線看,穿平跟鞋時(shí),第三、四跖骨對(duì)地面的壓強(qiáng)最大,同時(shí)其他跖骨也同樣承擔(dān)了一定的作用力;而穿高跟鞋時(shí),最大壓強(qiáng)出現(xiàn)在第一和第三跖骨,但在整個(gè)健身走過程中,第五跖骨受到的力相對(duì)其他各個(gè)跖骨較小,甚至出現(xiàn)了0 N/cm2,這意味著第五跖骨沒有對(duì)地面產(chǎn)生作用力。由于作用力相對(duì)集中在第一、第二和第三跖骨上,導(dǎo)致作用力過度集中在前腳掌的內(nèi)側(cè),從而會(huì)引起足部疼痛或損傷。

圖4 不同狀態(tài)下各跖骨壓強(qiáng)變化曲線圖

3 討論

鞋跟高度的增加,使青少年女性完全在被動(dòng)的提踵狀態(tài)下進(jìn)行健身走,從而使身體重心發(fā)生前移,足底的壓力主要集中在前腳掌內(nèi)側(cè),同時(shí),最大壓強(qiáng)的出現(xiàn)也隨著鞋跟高度的改變而增加。

如果青少年女性長時(shí)間穿高跟鞋行走,會(huì)使第一跖骨關(guān)節(jié)的內(nèi)側(cè)韌帶拉長,外側(cè)韌帶收縮。當(dāng)拇趾被推向外側(cè)時(shí),伸肌腱也移向外側(cè),屈肌腱開始將拇趾拉向外側(cè)并使其內(nèi)旋。第一趾骨發(fā)生這一轉(zhuǎn)位時(shí),正常起外展作用的拇外展肌開始起屈肌作用,引起近節(jié)趾骨旋轉(zhuǎn)。這會(huì)使拇趾的平衡失調(diào),第一跖骨偏向內(nèi)側(cè),形成拇外翻位置,繼而在第一跖骨頭內(nèi)側(cè)形成骨贅[5]。而穿平跟鞋時(shí)的壓力主要集中在第二、三跖骨,同時(shí)其他跖骨的壓力分布比高跟鞋均衡得多,因而對(duì)足部的不良影響會(huì)小得多。

4 結(jié)論

鞋跟高度的變化是影響青少年女性足底壓力發(fā)生改變的主要原因,這與Lateur[6]等的研究結(jié)果相吻合。平靜時(shí),穿高跟鞋的足底平均最大壓力集中在第一跖骨,而平跟鞋則集中在第二和第三跖骨。而30分鐘的健身走后,穿高跟鞋的第一跖骨平均最大壓力進(jìn)一步增大,而平跟鞋各個(gè)跖骨的壓力卻相對(duì)有些下降。

穿高跟鞋時(shí)各個(gè)跖骨的壓強(qiáng)—時(shí)間曲線是雙峰型,兩個(gè)波峰分別出現(xiàn)在全腳掌支撐階段和足前掌推離地面階段;而平跟鞋各個(gè)跖骨的壓強(qiáng)—時(shí)間曲線為單峰型,波峰出現(xiàn)在足前掌推離地面階段。每次足著地過程中,高跟鞋時(shí)的壓力峰值比穿平跟鞋時(shí)要多一次,即在整個(gè)健身走過程中,穿高跟鞋使足對(duì)地面的作用力是平跟鞋的2倍,這會(huì)引發(fā)足部的疼痛和損傷。

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Heel height of shoes affects plantar pressures in fitness walking

WANG Xiao-yan,MA Chu-hong,QIAN Yong-dong,DAI Yan
(Sport College,Zhejiang Normal University,Jinhua 321004,China)

This paper makes an analysis and measurement on force distribution of plantar pressure for young females wearing different heel heights through F-scan plantar pressure measurement system.The result shows that:First,heel heights are the main causes that bring about the change in plantar pressure.Second,pressure time curve of each metatarsal shows a single-peak with a pair of flats while shows a double-peak with high heels.It suggests that high heels can damage female foot during fitness walking.

fitness walking;the height of heel;plantar pressure

G804.6

:A

:1008-3596(2010)05-0082-04

2010-03-01

王曉艷 (1984-),女,浙江寧波人,研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)技術(shù)測(cè)量與評(píng)價(jià)。