張 妍，顧耀東，李建設

(1.寧波大學 體育學院，浙江 寧波 315211；2.浙江水利水電學院，浙江 杭州 310018)

0 前 言

妊娠全過程一般分為3個時期：早期妊娠(妊娠12周以前)；中期妊娠(第13～28周)；晚期妊娠(第28周及以后)[1]。婦女懷孕期間，特別是妊娠晚期解剖和生理特征的顯著改變會引起其人體運動生物力學特征的變化。由于子宮的擴大和胎兒的發(fā)育，妊娠婦女身體重量的增長主要集中于軀干下部，而激素分泌量的改變亦會使關節(jié)產生松動，骨盆和外周關節(jié)活動范圍顯著增加等現象，使人體被迫需要調整身體重心以維持平衡。大量研究結果發(fā)現孕期婦女的重心產生向前和向上移動的趨勢[2,3]。重心一旦產生變化，關節(jié)力矩、足底壓力和地面反作用力等都會隨之發(fā)生聯(lián)動。不正確的身體姿態(tài)會造成很多妊娠婦女產生下肢、骨盆和下背疼痛、肌肉抽筋等肌肉骨骼系統(tǒng)損傷，甚至引起跌倒[4]。因此，對孕婦這一特殊人群生物力學特征的研究對其正確的姿態(tài)控制具有重要意義。本綜述的目的是總結孕婦運動生物力學的變化，對妊娠婦女的損傷預防和鞋具的選擇提供合理的建議和依據。

1 女性妊娠階段的形態(tài)特征

1.1 身體形態(tài)

懷孕可以引起身體姿態(tài)發(fā)生各種解剖和生理變化，如，脊柱變形和下肢水腫等。隨著妊娠的發(fā)展，女性“S”曲線更加明顯，這是因為身體為平衡腹部重量的增加，骨盆逐漸前傾，恥骨尾骨向后移動，增加了腰椎向前的彎曲程度。由于脊柱是一個動態(tài)結構，腰椎角度的變化引起脊柱其余部分產生連鎖反應，胸椎向后彎曲增加，頸椎向前彎曲增加，但由于乳房重量的增加，肩膀會在一定程度上向前折疊靠近胸部。為減小脊柱的負荷，腰部和頸部后側肌肉緊張程度增加，與此相反，上背部、腹部及大腿后側肌肉由于被過分拉長而松弛。Okanishi等[5]對妊娠婦女及正常女性身體形態(tài)的比較發(fā)現，懷孕會增大脊柱的生理彎曲程度，同時出現駝背等相應的身體姿態(tài)。Franklin等[6]指出，晚期妊娠比早期妊娠骨盆前傾和腰椎前凸更明顯，同時，頭部產生向后的移動。Gilleard等[7]對孕期婦女及其產后的站立姿態(tài)進行對比發(fā)現，產后骨盆前傾度及腰椎前彎程度均有所減小。

1.2 足部特征

下肢浮腫是懷孕時出現的普遍現象，以足-踝處浮腫最為常見。Albino等[8]指出，妊娠婦女足部變寬是足部發(fā)生水腫的結果。Ponnapula等[9]對妊娠婦女下肢變化的調查結果顯示，44%妊娠婦女足部寬度增加，其中78%參與者表示可以自我感知到這種變化。Wetz等[10]對妊娠婦女腳形和體積的研究表明，懷孕期間足長度、寬度和體積明顯增加，但變化不明顯。相類似，Nogueron等[11]對妊娠婦女足部進行測量同樣得出懷孕期間足部長度和寬度均增加的結果。 因此，足長、寬的增加是妊娠婦女較顯著的一個變化特征。

足弓是維持站立和緩沖震動的重要結構，足弓高度的降低會導致足底筋膜炎、膝關節(jié)痛和下背痛等疾病。大多數研究表明，懷孕期會導致足弓形態(tài)發(fā)生改變。Segal等[12]對妊娠婦女體重變化與足弓高度影響的研究顯示，與正常女性相比，妊娠婦女足弓高度和剛度均減小，且剛度變化在懷孕初期最明顯，而產后與懷孕期間的足弓高度和剛度沒有顯著改變。Alvarez等[13]分析妊娠婦女足與地面接觸面積的變化指出，妊娠婦女足中部與地面的接觸更充分，這是由于懷孕引起的足底韌帶結構、足部浮腫和足體積的綜合刺激導致了足弓形態(tài)發(fā)生變化。不過，也有學者指出懷孕期對足弓高度及剛度影響不大。Jelen等[14]通過建立三維模型對孕婦足部形態(tài)的改變進行研究，發(fā)現孕婦足弓下部空間體積沒有明顯增加或減小的趨勢，但這并不能說明足弓高度沒有變化，可能是足的長度增加補償了足弓高度降低，從而保持了足弓下的空間體積。

2 運動學

2.1 步態(tài)

懷孕期間，為適應身體質量和形態(tài)的改變，步態(tài)模式也伴隨變化。Lymbery等[15]總結出，在懷孕晚期步寬增加，并指出這是為在行走中維持身體穩(wěn)定產生的適應性改變。Foti等[16]的研究結果顯示，妊娠晚期婦女與正常女性相比，單支撐相和雙支撐相的時間不同，而步速、步長沒有顯著性差異。此外，盡管懷孕后期妊娠婦女在雙支撐相骨盆間距和兩踝間平均寬度明顯增加，但兩者間比例不變，這也證明了妊娠婦女多采用增加步寬的方式抵消骨盆變化造成的身體不穩(wěn)定。Branco等[17]也提出了相似結論，比較妊娠婦女與正常女性發(fā)現，步速、步寬、擺動相的時間沒有顯著變化，但雙支撐相時間增加，晚期妊娠組比中期妊娠組步長和步幅有所減小。而Hock等[18]人進行的一項前瞻性隨機研究得出，隨懷孕時間的增加步速逐漸減慢、步態(tài)周期增加。懷孕期間，妊娠婦女維持身體穩(wěn)定的方式不同，有些以增加步寬為主，但也有采用降低步速的方式。步寬的增加會導致身體側向位移加大，同時外展肌限制非支撐側骨盆活動，因此，這也是一些妊娠婦女出現“鴨子”步態(tài)的原因。

2.2 下肢關節(jié)

關節(jié)角度的變化對姿勢的控制、平衡的維持及損傷的預防具有重要意義。Branco等[17]選取22個懷孕中后期的妊娠婦女及12個正常女性對其關節(jié)活動特征進行對比發(fā)現，實驗組與對照組相比，關節(jié)角度在矢狀面和冠狀面的變化程度隨懷孕時間的增加而顯著增加，但在水平面上產生的變化不明顯。其中，右髖在支持相最大伸展和最大內收外展程度明顯減小，從而保持下肢在支撐末期更靠近中立位。Huang等[19]對10個分別處于早、中、晚期的妊娠婦女和10個正常女性以自由步速行走時的關節(jié)角度進行比較，得出踝關節(jié)跖屈角度減小的結論。Foti等[16]假設孕婦產后各關節(jié)角度的改變可自發(fā)恢復正常，通過對比15個妊娠婦女在懷孕晚期和產后一年的變化情況發(fā)現，晚期妊娠與產后相比，髖關節(jié)最大屈曲角度和支持期髖關節(jié)內收角度增加。其他關節(jié)角度沒有明顯變化(如圖1)。支撐相階段，髖關節(jié)最大內收角度的增加補償了骨盆寬度的增加，避免步寬加大，沒有出現所謂的“鴨子”步態(tài)，同時節(jié)約了能量消耗。Erin等[20]的研究結果也符合上述結論，孕婦在步態(tài)周期末期髖關節(jié)屈曲角度、膝關節(jié)屈曲角度及踝關節(jié)背屈角度增加最明顯，在步態(tài)周期中期髖關節(jié)內收和內旋角度增加最明顯。

圖1 行走過程中踝關節(jié)、膝關節(jié)、髖關節(jié)

2.3 軀干

行走是妊娠婦女主要的日?；顒臃绞?，懷孕引起的負荷增加不均勻、關節(jié)運動幅度變化及下肢浮腫等都會對軀干造成影響。Gilleard[21]指出妊娠后期水平面內骨盆和脊柱胸腰椎節(jié)段活動度均減小，冠狀面內骨盆活動度減小，矢狀面內骨盆、胸廓和脊柱胸腰椎節(jié)段活動度沒有明顯變化。此外，在懷孕后期和產后8周的運動學對比分析得出，產后在水平面和冠狀面內各關節(jié)活動度與妊娠后期沒有明顯差異，而在矢狀面內胸廓活動度增加，骨盆活動度減小。這些變化可能與腹部肌肉群及群干后部肌肉群的功能改變有關。Foti等[16]指出，與產后一年相比，妊娠晚期婦女骨盆最大前傾角增加，但具有較大的個體差異性，這可能是造成妊娠婦女骨盆痛的主要生物力學機制。骨盆對擺動腿在擺動相初期產生旋前作用，在支持相末期產生旋后作用[22]。目前，對懷孕相關骨盆痛的機制研究沒有得到一致定論，可能與骨盆活動范圍增加或骨盆胸廓協(xié)同作用等軀干運動學變化有關[23]。

3 下肢動力學

3.1 足底壓力

孕婦會采用各種不同的方式站立以保持平衡。Gaymer等[24]將足底分為前、中、后三個掌區(qū)，并比較婦女晚期妊娠時足底壓力的變化情況，發(fā)現妊娠晚期婦女足中掌壓力峰值顯著增加。Nyska等[25]同樣證明，妊娠婦女足底中部壓力增大而前部減小，并推斷這可能是由于距骨頭降低導致彈性韌帶的松弛，或脛骨后肌韌帶的功能衰退而引發(fā)的旋前肌的功能改變。接觸面積方面，足內外側邊緣與地面的接觸面積增加了12%，這樣分散了由于體重增加造成的更大的壓強。Ribas和Guirro[26]對不同妊娠期婦女靜止站立時的足底壓力進行測量(如圖2)，結果顯示，足底壓力峰值沒有明顯變化。足底壓力中心前后移動幅度明顯增加，在左右方向上沒有變化。足底和地面的接觸面積也沒有顯著變化。足底壓力和足底與地面接觸面積變化的結論不一致可能與妊娠婦女本身適應能力的個體化差異有關。

圖2 足底壓力測量

3.2 關節(jié)力矩

懷孕引起的關節(jié)力矩改變是導致步態(tài)節(jié)律不穩(wěn)和肌肉骨骼系統(tǒng)損傷的重要因素。Huang等[19]指出，隨著孕期的增加，髖關節(jié)伸展力矩、膝關節(jié)內收力矩增加，膝關節(jié)伸展力矩、踝關節(jié)跖屈力矩減小，骶髂關節(jié)痛可能與這些力矩變化有關。Foti等[16]將孕婦與正常女性的關節(jié)力矩和輸出功率進行標準化，然后分別比較非標準化和標準化后的動力學參數得出，非標準化時，妊娠婦女髖關節(jié)在矢狀面的最大伸展力矩明顯增加，髖關節(jié)由屈曲力矩的產生變化到產生伸展力矩的時間更長，髖關節(jié)最大輸出功率增加，在冠狀面最大外展力矩及最大功率輸出也增加。同時，踝關節(jié)在矢狀面的最大跖屈力矩及最大跖屈輸出功率增加。這些關節(jié)力矩值的改變表明，髖關節(jié)外展肌、屈肌及踝關節(jié)跖屈肌群的利用增加，這就容易導致妊娠婦女產生肌肉痙攣。標準化后，妊娠婦女除了髖關節(jié)外展力矩增加顯著及最大踝關節(jié)跖屈力矩顯著減小外，其他指標沒有明顯改變，說明妊娠婦女髖關節(jié)外展力矩和踝關節(jié)跖屈力矩的變化不是由于體重增加引起的。

3.3 地面反作用力

妊娠婦女步態(tài)模式的改變必然引起地面反作用力的變化。Santos等[27]指出，妊娠婦女行走時，垂直方向地面反作用力峰值增加。進行體重標準化后，垂直方向地面反作用力在足跟離地期減小，說明孕婦具有較強的自我保護意識，行走時發(fā)力較小，在一定程度減小了地面沖擊力，但不易維持身體穩(wěn)定。Albino等[8]也認同標準化后垂直方向地面沖擊力減小，水平面橫向作用力變化幅度較大。不過，Lymbery等[15]對妊娠婦女步態(tài)特征的研究表明，妊娠晚期婦女垂直方向及水平面縱向的地面反作用力值沒有明顯變化，水平面橫向地面反作用力值增大且不具顯著性。這主要由于Lymbery等[15]實驗選取的受試者存在較大的平均步寬，增加了足跟離地期的橫向摩擦力，調整了垂直作用力。McCrory等[28]對處懷孕期間有跌倒史和未跌倒過的女性進行調查研究發(fā)現，地面反作用力與跌倒不存在重要聯(lián)系。

3.4 平衡控制

大多數女性表示懷孕會導致姿態(tài)穩(wěn)定性降低，因此妊娠婦女存在較高的跌倒風險。大約28%妊娠婦女在懷孕期間發(fā)生過摔倒現象[4]。在對正常成年人姿勢控制的研究中發(fā)現，當雙足分開一定距離時身體穩(wěn)定性更好，距離越小越不易保持平衡[29]。但懷孕引起的人體質量不均勻分布及關節(jié)松弛不對稱等都會對身體穩(wěn)定性造成一定程度的破壞。Jang等[30]分析懷孕對身體控制平衡的能力的影響，總結出懷孕期間身體對前后方向的控制能力下降，容易發(fā)生跌倒；而對左右方向的控制能力基本保持不變，但在產后側向平衡控制能力有所衰退，可能與懷孕期間妊娠婦女采用更寬的雙足距離作為支持基礎，從而降低了重心高度有關。Oliveira等[31]通過觀察身體重心移動軌跡證明，孕婦以較小的支撐基礎站立時，重心位移變化幅度較大，身體平衡不易控制。Ribas和Guirro[26]在對妊娠婦女身體重心與姿勢平衡關系的研究中指出，妊娠婦女身體重心在矢狀軸的移動幅度增加是造成其動作不穩(wěn)定的因素之一。

圖3 妊娠婦女正確與錯誤直立姿態(tài)對比

如上所述，多數妊娠婦女行走時難以保持平衡，為避免跌倒多選擇穿平底鞋行走。然而，近期日本學者對鞋跟高度與孕婦跖屈力矩的關系進行了相關研究。他們指出，2～3cm的鞋跟高度更有利于減少孕婦日常活動中的損傷。Yamamoto等[32]人首先采用模擬孕婦行走的方式分析比較平底鞋和3cm鞋跟對孕婦踝關節(jié)的影響，結果表明，3cm高的鞋跟可以減小踝關節(jié)跖屈力矩。隨后，Fujita等[33]以懷孕婦女為對象做了同樣的研究，得出相同結果，即穿3cm鞋跟高度時跖屈力矩顯著減小。不過，這僅表明3cm的鞋跟高度可以減小踝關節(jié)負荷。但鞋跟高度的增加，對于重心前傾的加劇也需進一步觀察。另外， Hock等[34]對妊娠婦女盆底肌最大力量及持續(xù)收縮能力的變化情況進行調查總結出，孕期婦女肌肉力量下降且最大持續(xù)收縮時間相對較短。然而，調查對象中偶爾參加體育活動的孕婦表現出更大的肌肉力量，經常參加體育活動的孕婦表現出更強的平衡控制能力。

4 總 結

回顧國內外關于婦女在妊娠階段生物力學特征的研究成果可見，部分女性在懷孕期間會產生肌肉骨骼系統(tǒng)的運動損傷。這些損傷多數是由于胎兒發(fā)育引起的體重不均勻增加導致的重心、關節(jié)活動度、關節(jié)力矩、足底壓力改變等一系列變化有關。目前對妊娠婦女形態(tài)特征改變的生物力學機制的研究重點進行了力學描述，但從系統(tǒng)性及規(guī)律性角度上并未有太多實質性結論。此外，大部分現有理論成果的應用性較低，如何利用運動學與動力學變化特征預防妊娠婦女肌肉骨骼損傷也是仍未徹底解決的問題。鞋跟高度控制可減輕孕婦踝骨節(jié)力矩，因此可進一步設想，鞋底及鞋面的材質、結構設計是可以研發(fā)舒適性高并增加安全性的“孕婦鞋”產品。同時，懷孕期間需要保持體育鍛煉的意識，避免久坐；定期進行適量運動，培養(yǎng)健康的生活習慣，肌肉力量的保證才是穩(wěn)定控制的前提。

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