劉 靜 司景梅

基于Free Step系統(tǒng)對我國青少年競走運動員足跡壓痕特征的分析*

劉 靜 司景梅

（呂梁學院體育系，山西 呂梁 033000）

通過Free Step系統(tǒng)來分析競走運動下肢及足跡壓痕的技術(shù)特征，探討我國優(yōu)秀青少年競走運動員潛在的下肢損傷風險，為損傷預(yù)防提供依據(jù)。

測試；競走運動；壓力中心；峰值壓力

競走是一種不同于普通步行和跑步的不尋常的人體步態(tài)，競走運動員在運動時由于人體重心、體位的變化，腿型及行走姿勢的影響，形成了輕重不同、方向有別、部位各異的壓痕特征[1]。通過壓痕的大小、形態(tài)以及分布關(guān)系可以分析留痕人的人身特點。目前只有少數(shù)研究檢查了峰值壓力、壓力中心，以及時間參數(shù)，如總接觸時間和到達峰值壓力的時間，與大量研究人員調(diào)查正常人步行和跑步的正常運動學和動力學，人們對競走的運動學和動力學方面的了解有限。

本研究旨在通過測試青少年足跡壓痕量化數(shù)據(jù)來分析描述競走過程中的生物力學特征[2]，并確定競走規(guī)則是否會造成潛在的損傷風險[3]。

1.研究對象與方法

1.1 研究對象

國家田徑單項奧林匹克高水平后備人才基地8名競走學校學生。男4名，女4名；年齡15.4±2.8歲；身高160.1±14.8厘米；體重46.5±12.54kg。受試者在研究期間或之前6個月均無下肢病理病史。所有受試者均給予知情同意。

1.2 研究方法

1.2.1實驗法

測試儀器：比利時Free Step測試系統(tǒng)（如圖1）。

圖1 比利時Free Step測試系統(tǒng)

設(shè)置：使用足底壓力板（Rs-scan International，2m×0.4m×0.02m）收集足底數(shù)據(jù)[4]。在足底壓板兩側(cè)連接兩條rubcor軌道（5m×0.4m×0.02m），防止受試者瞄準壓板調(diào)整行走方式。3臺100hz數(shù)碼相機（Sony9800，日本）放置在壓力板邊緣的左右、左前、右前約4米處用來記錄下肢運動。

方案：競走運動員在訓(xùn)練中分別以競走速度和正常競走方式走板。在測試前，受試者填寫同意書，并給予足夠的時間進行熱身。數(shù)據(jù)分析：使用APAS（USA）軟件計算運動變量，使用Rs-scan軟件計算運動變量。

1.2.2數(shù)理統(tǒng)計法

使用Spss21.0軟件對實驗所得到的參數(shù)進行統(tǒng)計與分析。采用配對樣本t檢驗，比較競走與正常行走的差異。

2 結(jié)果與分析

表1 正常步行與競走的運動參數(shù)

*表示競走與正常步行之間差異存在顯著性，P＜0.05。

2.1 正常步行和競走時運動參數(shù)的數(shù)值變化

通過測試可以看出：8名學生競走和正常步行的運動參數(shù)之間的差異，踝關(guān)節(jié)背屈（P=0.003）、踝關(guān)節(jié)跖屈（P=0.002）、踝關(guān)節(jié)角速度（P=0.000）、膝關(guān)節(jié)伸展（P=0.000）、髖關(guān)節(jié)內(nèi)收（P=0.038）、足外翻（P=0.013）、平均水平速度（P=0.000）。且這七項數(shù)據(jù)競走均顯著高于正常步行[5]。通過以上數(shù)據(jù)說明競走運動項目自身對于下肢技術(shù)動作的變化和技術(shù)要求非常重要。競走技術(shù)對競走學校學生的技術(shù)學習的重要性不言而喻，也說明了在競走過程中較正常行走的的狀態(tài)，下肢受到的損傷較大，需要重視競走技術(shù)運動參數(shù)的數(shù)據(jù)來預(yù)防競走學校學生下肢足底損傷的發(fā)生[6]。

圖2 競走（左、右腳）生物力學分析動態(tài)及曲線圖

2.2 8名競走學生左右腳動態(tài)測試情況

由圖2可以得出：左腳的總面積（99.6±11.35cm2）小于右腳的（132.1±9.75cm2）。左足印的長度是257.6±12.34mm，而右腳的是260.24±12.74mm。左右腳之間的負荷的平均分布顯示了明顯的差異（平均壓力：左腳=889.45±924.54gr/cm2-右腳=631.32±824.32gr/cm2)。左腳的最大壓力（P.Max）為2824.24±3102.13gr/cm2，右腳為2052.32±2634.3gr/cm2。前足與后足的負荷分布，在左腳是位于生理值范圍之內(nèi)（前足=58%-后足=42%），同樣右腳也是（前足=62%-后足=38%）。內(nèi)外側(cè)的負荷分布，在左腳外側(cè)是46%內(nèi)側(cè)是54%，右腳外側(cè)是52%內(nèi)側(cè)是48%。左腳在整個幀62中在地面停留時間被測試出來是621.64±742.3ms，右腳在整個幀69是689.6±876.20ms。左腳的最大負荷點是出現(xiàn)在幀26，然而右腳是出現(xiàn)在幀52。通過以上測試的數(shù)據(jù)可以得出：在競走比賽中當足與地面接觸時，強度峰值出現(xiàn)在腳跟第一次接觸地面之后。這個強度峰值會引起下肢的圖形振動。因此，當人們感到足部壓力過大時，通常會調(diào)整自己的步態(tài)狀態(tài)，以減小最大壓力，避免自身損傷。在正常的行走中，人們可以彎曲膝蓋來緩沖過度的壓力。然而，國際田徑官方的競走規(guī)則規(guī)定[7]，支撐腿必須在接觸期間完全伸展，這限制了競走過程中膝關(guān)節(jié)的緩沖作用。我們通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，第一次接觸階段的膝角在競走時顯著大于正常走路，因此第一次接觸階段的延長膝蓋高的峰值壓力的主要原因為腳跟在競走中的作用[8]。

筆者研究發(fā)現(xiàn)競走中腳跟區(qū)域的峰值壓力更大，腳跟峰值壓力可能是造成足部傷害的一個因素。足跟撞擊可能會在脛骨中段肌肉骨骼結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生張力，當肌肉骨骼系統(tǒng)過載時，可能會發(fā)生過度使用損傷，表明脛骨應(yīng)力綜合征是競走運動員最常見的損傷之一[9]。腳跟區(qū)域的高峰壓力是競走規(guī)則的延長膝蓋部分引起的脛骨腳損傷的潛在危險因素。外翻增加會增加下肢受傷的風險。過度外翻可能與內(nèi)部反轉(zhuǎn)力矩增加有關(guān)。反轉(zhuǎn)肌組織試圖控制運動可能會導(dǎo)致對足底屈肌和反轉(zhuǎn)肌組織的過度偏心牽引，這些肌肉組織起源于脛骨的中部和后部區(qū)域。在我們的研究中，競走時的外翻明顯大于正常行走時的外翻[10-11]，外翻是受傷的另一個危險因素。在競走過程中，虛擬飛行階段是不允許的，因此運動員需要增加步長來保持較高的水平速度。我們認為腳踝外翻運動是為了補償臀部內(nèi)收，這使得競走者能夠直線行走以產(chǎn)生更大的步長。因此，這種外翻可能是由無飛行階段的競走規(guī)則間接引起的。

2.3 8名競走學生平均cop路線圖分析

圖3 競走cop示意圖

測試研究數(shù)據(jù)表明，在競走時COP的前后位移大于正常行走時。圖3cop路徑圖顯示，導(dǎo)致差異的是前COP點，而不是后COP點。根據(jù)查詢文獻資料認為，當腳離開地面時，跖屈可以使COP的前路更靠前[12]。通過我們的測試數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)了同樣的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。根據(jù)實驗測試說明，競走時的跖屈角度與正常步行時的跖屈角度存在差異性（P=0.002）。我們假設(shè)競走學生在競走過程中做了更多的跖屈，從而導(dǎo)致了較大的前后移位。我們發(fā)現(xiàn)在競走過程中COP的中外側(cè)移位較大，髖關(guān)節(jié)內(nèi)收運動參數(shù)較多。圖3顯示側(cè)COP點而不是內(nèi)側(cè)COP點導(dǎo)致了差異。競走時，運動員需要收臀以保持走直線，以保持較大的步長。通過此次實驗數(shù)據(jù)得出，當足底首次接觸地面時，越多的外側(cè)COP路徑產(chǎn)生更多的髖關(guān)節(jié)內(nèi)收運動[13]。當COP向中外側(cè)方向移動時，髖關(guān)節(jié)外展-內(nèi)收的變化是明顯的。說明競走過程中最大的峰值壓力出現(xiàn)在兩個足跟區(qū)域下方。

3 結(jié)論

通過測試數(shù)據(jù)得出：在競走過程中，高、中分區(qū)的峰值壓力，前—后、內(nèi)—外側(cè)方向上的踝關(guān)節(jié)位移、踝關(guān)節(jié)背屈、踝關(guān)節(jié)跖屈、膝關(guān)節(jié)伸展、髖關(guān)節(jié)內(nèi)收、足外翻、踝關(guān)節(jié)角速度和平均水平速度數(shù)據(jù)明顯大于正常行走過程。根據(jù)研究結(jié)果顯示，踝關(guān)節(jié)跖屈和髖關(guān)節(jié)內(nèi)收較大，是前-后、內(nèi)-外側(cè)方向上踝關(guān)節(jié)外側(cè)移位較大的原因。腳跟峰值壓力越大，腳踝外翻越多，可能是競走規(guī)則帶來的傷害風險[14]。

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An Analysis of Footprint Indentation Characteristics of Chinese Young Walking Athletes based on Free Step System

LIU Jing, etal.

(Lvliang College, Lvliang 033000, Shanxi, China)

山西省教育廳高等學校哲學社會科學基金項目，編號：2020W237。

劉靜（1982—），碩士，講師，研究方向：體育教育訓(xùn)練學。