何施 黃志劍 劉博 趙文作

(1.湖北商貿(mào)學(xué)院體育學(xué)院 湖北武漢 430079;2.湖北大學(xué)體育學(xué)院 湖北武漢 430062)

1 研究背景

1.1 選題依據(jù)

人類一直以來都在尋找更加方便攜帶隨身物品的辦法。早在遠(yuǎn)古時(shí)代，人們?yōu)榱松?，依靠拖拽、肩扛等方式來攜帶柴草、獵物等物品。后來，人們把重物放在輪車上用牲畜拉載，將隨身物品綁在腰帶或搭在肩上以便攜帶。隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們逐漸發(fā)明了各種袋子、籃子等工具來攜帶隨身物品。直到今天，為了滿足不同人群的需求，各式各樣的包給人們攜帶隨身物品帶來了諸多便利［1］。

在中國，從幼兒園到大學(xué)，基本上每一位學(xué)生都會(huì)利用書包來攜帶課本、文具用品以及隨身物品。繁重的升學(xué)壓力使得學(xué)生從小到大都“肩負(fù)重?fù)?dān)”，長期肩負(fù)過重的書包不僅影響青少年的正常生長發(fā)育及健康［2］，更有甚者會(huì)導(dǎo)致脊柱病變［3］。針對(duì)青少年的這些問題，大量研究者通過與足底壓力相關(guān)的實(shí)驗(yàn)給出了建議。向其鵬等人［4］指出，為了不影響兒童的正常發(fā)育，其背包質(zhì)量不宜超過20%BW（Body Weight，身體質(zhì)量）。林晶［5］建議最重物品應(yīng)該放在貼近身體的位置，這將更有利于減輕書包重量對(duì)身體的影響。

目前，足底壓力相關(guān)應(yīng)用主要分布在生物力學(xué)［6］以及臨床康復(fù)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域［7］?，F(xiàn)有研究中，這些領(lǐng)域的主要研究對(duì)象是學(xué)齡兒童［8］、中小學(xué)生［9］以及老年人［10］。相較而言，大學(xué)生很少出現(xiàn)在這一領(lǐng)域的研究中。事實(shí)上，大學(xué)生在日常學(xué)習(xí)、生活和工作中同樣也需要用包來攜帶隨身物品。學(xué)習(xí)時(shí)，無論是平時(shí)上課，還是圖書館自習(xí)，都需要用包攜帶課本、資料書、文具用品等。在生活中，外出逛街購物總是背上小巧可愛的便攜包用來裝手機(jī)、充電寶、鑰匙以及錢包等隨身物品。在工作中，自然要帶上電腦包，裝上電腦來提高工作效率。因此，該研究嘗試用足底壓力系統(tǒng)來解析不同負(fù)重形式對(duì)大學(xué)生足底壓力的影響。

1.2 研究目的與意義

背包作為外加負(fù)荷作用于人體，會(huì)影響人體靜態(tài)站立姿勢的穩(wěn)定性［11］。因此，該研究嘗試通過對(duì)大學(xué)生無負(fù)重自然站立及不同負(fù)重形式下（慣用姿勢：雙肩負(fù)重后背、右單肩負(fù)重直挎、左單肩負(fù)重斜挎、右手提負(fù)重）自然站立的足底壓力進(jìn)行測量，比較分析不同負(fù)重形式與無負(fù)重情況下足底壓力分布的差異，為大學(xué)生對(duì)負(fù)重形式的選擇提供科學(xué)合理的建議。

2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

2.1.1 排除標(biāo)準(zhǔn)

詢問病史，確認(rèn)受試者無足部畸形，無不良步態(tài)，無骨骼、肌肉、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)、高血壓、高血脂和糖尿病等疾病，并確定受試者優(yōu)勢側(cè)均為右側(cè)。

2.1.2 受試者基本信息

研究被試者為武漢市某高校1名大學(xué)生，性別男，年齡24 歲，身高177.10cm，體重66.10kg，BMI 指數(shù)為21.07。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 準(zhǔn)備工作

（1）人們往往根據(jù)攜帶物品的種類和重量來選擇包的樣式，又根據(jù)自己的習(xí)慣決定負(fù)重的形式。常見的負(fù)重形式有雙肩負(fù)重后背、右單肩負(fù)重直挎、左單肩負(fù)重斜挎、右手提負(fù)重等，詳見圖1。該研究通過觀察，決定采用日常生活中常見的慣用姿勢作為大學(xué)生負(fù)重的不同表現(xiàn)形式。

（2）為進(jìn)一步了解大學(xué)生日常負(fù)重占自身質(zhì)量（BW）的百分比，在該大學(xué)圖書館前隨機(jī)選取10名大學(xué)生（其中5名男生，5名女生）。對(duì)以上10名大學(xué)生分別進(jìn)行了身體質(zhì)量和負(fù)重質(zhì)量的測量，分析測量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)10名大學(xué)生的負(fù)重質(zhì)量均值為5.04%BW。因此，該研究選定負(fù)重質(zhì)量為5%BW。

（3）飛速發(fā)展的機(jī)械化社會(huì)在方便人們的同時(shí)，也留給了人們更多等待的時(shí)間。大學(xué)生除了日常生活需要等公交、地鐵以及電梯以外，通過觀察還發(fā)現(xiàn)在大學(xué)校園的寢室門口、教室門口以及圖書館門口等地方總是有人在背包等待同伴。因此，該研究決定測量大學(xué)生在負(fù)重質(zhì)量為5%BW 的情況下，自然站立的足底壓力分布。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備

（1）德國Novel Pedar-x足底壓力分布測量系統(tǒng)：該系統(tǒng)由配套鞋墊、電池、電纜、Pedar-box、安裝盤、腰帶、安裝相應(yīng)軟件的計(jì)算機(jī)等組成。

（2）電子秤：用于實(shí)驗(yàn)中對(duì)質(zhì)量的測量。

（3）基準(zhǔn)鞋：統(tǒng)一將老北京布鞋作為基準(zhǔn)鞋，減少不同鞋子帶來的誤差（見圖2）。

（4）一次性襪子：干凈衛(wèi)生；統(tǒng)一襪子減少不同材質(zhì)的襪子帶來的誤差（見圖2）。

（5）雙肩背包1個(gè)、單肩背包1個(gè)、手提包1個(gè)。

（6）自制砝碼：為真實(shí)模擬大學(xué)生負(fù)重情況，采用廢舊書籍，以及瓶裝水等根據(jù)受試者5%BW 調(diào)控不同的負(fù)重質(zhì)量（見圖2）。

2.2.3 足底分區(qū)

Novel Pedar-x 足底壓力分布測量系統(tǒng)將足底分為9個(gè)區(qū)域：第1趾骨（T1）、第2～5趾骨（T2～T5）、第1跖骨（M1）、第2～3 跖骨（M2～M3）、第4～5 跖骨（M4～M5）、足弓內(nèi)側(cè)（MM）、足弓外側(cè)（LM）、足跟內(nèi)側(cè)（MH）、足跟外側(cè)（LH），詳見圖3。該研究從趾骨、跖骨、足弓以及足跟四部分來詳細(xì)分析大學(xué)生在不同負(fù)重形式下9個(gè)區(qū)的足底壓力變化情況。

2.2.4 研究參數(shù)

接觸面積（Contact area，單位：cm2）：足底壓力分布測試系統(tǒng)采集到的足底9個(gè)區(qū)接觸面積的大小。

峰值壓強(qiáng)（peak pressure，單位：kPa）：足底壓力分布測試系統(tǒng)采集到的足底9 個(gè)分區(qū)所受到的最大壓強(qiáng)。

2.2.5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

該研究的目的是解析不同負(fù)重形式對(duì)大學(xué)生靜態(tài)自然站立足底壓力的影響。正式實(shí)驗(yàn)前，通過查閱書籍，閱讀相關(guān)材料，制訂了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，詳見圖4。

3 分析與討論

張慶來等人［12］采用Footscan USB2 平板式足底壓測試系統(tǒng)對(duì)山東理工大學(xué)2005 級(jí)82 名19～22 歲的正常大學(xué)生進(jìn)行動(dòng)態(tài)足底壓力測試，研究發(fā)現(xiàn)正常青年人行走過程中左右雙足的平均峰力值，接觸面積等參數(shù)都存在不同程度的差異。該研究則主要通過對(duì)大學(xué)生不同負(fù)重形式的足底壓力進(jìn)行測量，比較分析不同負(fù)重形式與無負(fù)重情況下自然站立時(shí)足底接觸面積以及峰值壓強(qiáng)的分布差異。

3.1 不同負(fù)重形式下足底接觸面積的分布特征

3.1.1 趾骨部分足底接觸面積的分布特征

表1是大學(xué)生在不同負(fù)重形式下趾骨部分足底的接觸面積。分析表1 數(shù)據(jù)可知，不同負(fù)重形式與無負(fù)重自然站立相比，右足趾骨除右手提負(fù)重外，其他負(fù)重形式下與無負(fù)重自然站立的接觸面積均相同；而左足趾骨的足底接觸面積差異相對(duì)較大，尤其是左足的第2～5 趾骨在右手提負(fù)重的情況下與無負(fù)重自然站立相差4.456cm2。

表1 大學(xué)生在不同負(fù)重形式下趾骨的接觸面積（cm2）

對(duì)比雙肩負(fù)重后背、右單肩負(fù)重直挎和左單負(fù)重肩斜挎這三種負(fù)重形式，發(fā)現(xiàn)無論是左足，還是右足，在趾骨部分與地面的接觸面積都基本相同。另外，該受試者左足第1 趾骨足底接觸面積普遍高于右足，右足的第2～5趾骨足底接觸面積普遍高于左足。

3.1.2 跖骨部分足底接觸面積的分布特征

根據(jù)表2 中的數(shù)據(jù)，可將不同負(fù)重形式下跖骨部分足底接觸面積總結(jié)為：左足小于右足，第2～3跖骨大于第4～5跖骨大于第1跖骨。其中，右手提負(fù)重時(shí)左足的第1 跖骨和右單肩負(fù)重斜挎時(shí)右足的第1 跖骨明顯大于無負(fù)重自然站立和其他負(fù)重形式的相同區(qū)接觸面積值；而右手提負(fù)重時(shí)右足的第2～3 跖骨則小于其他負(fù)重形式的相同區(qū)接觸面積值。

表2 大學(xué)生在不同負(fù)重形式下跖骨的接觸面積（cm2）

3.1.3 足弓部分足底接觸面積的分布特征

分析表3 可知，無負(fù)重自然站立和雙肩負(fù)重后背時(shí)左足足弓的內(nèi)外側(cè)接觸面積是相同的；右單肩負(fù)重直挎、左單肩負(fù)重斜挎和右手提負(fù)重3 種不同形式負(fù)重的左足內(nèi)外側(cè)與地面的接觸面積基本相同；右足足弓內(nèi)外側(cè)除右手提負(fù)重，其他形式對(duì)地面的接觸面積均相同。右手提負(fù)重形式下右足足弓內(nèi)側(cè)的足底接觸面積和其他負(fù)重形式相比差異較大，差異值為14.169cm2。另外，在足弓部分左足和右足的足底接觸面積差異較明顯。

表3 大學(xué)生在不同負(fù)重形式下足弓的接觸面積（cm2）

3.1.4 足跟部分足底接觸面積的分布特征

根據(jù)表4 數(shù)據(jù)可知，右單肩負(fù)重直挎和左單肩斜挎2種負(fù)重形式下左右足的足跟內(nèi)側(cè)和右足的足跟外側(cè)相同，但與無負(fù)重和其他負(fù)重形式下相對(duì)應(yīng)的足跟區(qū)域與地面的接觸面積有差異?？傮w來說，不同負(fù)重形式對(duì)大學(xué)生足跟部足底接觸面積影響相對(duì)較小。

表4 大學(xué)生在不同負(fù)重形式下足跟的接觸面積（cm2）

3.2 不同負(fù)重形式下足底峰值壓強(qiáng)的分布特征

3.2.1 趾骨部分足底峰值壓強(qiáng)的分布特征

根據(jù)圖5 可知，第1 趾骨峰值壓強(qiáng)明顯低于第2～5趾骨的峰值壓強(qiáng)。與無負(fù)重自然站立相比，除右手提負(fù)重形式下的右足第1 趾骨外，其他負(fù)重形式對(duì)趾骨區(qū)的峰值壓強(qiáng)影響較小。

3.2.2 跖骨部分足底峰值壓強(qiáng)的分布特征

分析圖6 中的數(shù)據(jù)可知在無負(fù)重自然站立狀態(tài)下，第2～3跖骨的峰值壓強(qiáng)遠(yuǎn)大于第1跖骨和第4～5跖骨的峰值壓強(qiáng)。分析比較發(fā)現(xiàn)，右手提負(fù)重的情況下跖骨部分左右足的峰值壓強(qiáng)相差較大，第1 跖骨左右足的峰值壓強(qiáng)相差25.010kPa；第2～3 跖骨左右足的峰值壓強(qiáng)相差11.742kPa；第4～5 跖骨左右足的峰值壓強(qiáng)相差9.926kPa。

3.2.3 足弓部分足底峰值壓強(qiáng)的分布特征

分析圖7 可知，左足足弓部分的峰值壓強(qiáng)遠(yuǎn)小于右足足弓部分的峰值壓強(qiáng)。與無負(fù)重自然站立相比，右手提負(fù)重形式下右足足弓外側(cè)的峰值壓強(qiáng)下降20.849kPa；右足足弓內(nèi)側(cè)的峰值壓強(qiáng)驟減50.667kPa。

3.2.4 足跟部分足底峰值壓強(qiáng)的分布特征

根據(jù)圖8 中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，左足足跟內(nèi)側(cè)的峰值壓強(qiáng)明顯普遍高于右足相同區(qū)域的峰值壓強(qiáng)值，除此之外，負(fù)重形式對(duì)足跟其他區(qū)域的峰值壓強(qiáng)沒有明顯影響。

3.3 討論

較多學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)單邊負(fù)重對(duì)足底壓力分布有顯著影響［13］。單邊負(fù)重增加了身體的不對(duì)稱性［14］，機(jī)體為了維持平衡會(huì)使左右足底峰值壓強(qiáng)不均衡［15］。喬剛［16］通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，在雙肩負(fù)重行走過程中左右腳的足底壓力具有對(duì)稱性特征。李國強(qiáng)［17］認(rèn)為單手負(fù)重和單肩負(fù)重時(shí)，隨著負(fù)重質(zhì)量的增大，左右腳的足底壓力會(huì)出現(xiàn)不對(duì)稱的現(xiàn)象。

研究發(fā)現(xiàn)，受試者左右足底接觸面積和峰值壓強(qiáng)相差較大。張攀等人［18］認(rèn)為青少年自然行走過程中左右雙足各區(qū)域的壓力分布存在一定的差異，但左右雙足的足底壓力分布規(guī)律基本一致。該研究受試者左右足底接觸面積和峰值壓強(qiáng)相差較大的原因，可能是個(gè)體差異或?qū)嶒?yàn)緊張等，具體有待進(jìn)一步擴(kuò)大樣本進(jìn)行證實(shí)。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

與無負(fù)重自然站立相比，4種不同負(fù)重形式對(duì)大學(xué)生足底接觸面積的影響各不相同：雙肩后背負(fù)重5%BW負(fù)重形式的足底接觸面積與無負(fù)重自然行走最接近；右手提負(fù)重5%BW 負(fù)重形式的足底接觸面積與無負(fù)重自然行走的差異較明顯；右單肩直挎負(fù)重5%BW與左單肩斜挎負(fù)重5%BW負(fù)重形式的足底接觸面積基本相同，與無負(fù)重自然行走的差異介于另外2種負(fù)重形式之間。

與無負(fù)重自然站立相比，4種不同負(fù)重形式對(duì)大學(xué)生足底峰值壓強(qiáng)的影響也是雙肩后背負(fù)重5%BW的負(fù)重形式與無負(fù)重自然站立更相近；其他3 種單邊負(fù)重的形式，增加了身體的不對(duì)稱性。

綜上所述，不同負(fù)重形式對(duì)大學(xué)生的足底壓力是有明顯影響的。建議大學(xué)生在日常負(fù)重情況下，盡可能選擇雙肩后背的負(fù)重形式，也可選擇負(fù)重更貼近身體中軸線的單肩斜挎或直挎的負(fù)重形式，盡量避免單手提的負(fù)重形式。

4.2 展望

（1）研究的樣本量較小，今后研究中期待更大的樣本，以獲得更具代表性的結(jié)論。

（2）今后研究可考慮設(shè)計(jì)不同負(fù)重等級(jí)，以考察不同負(fù)重對(duì)靜立時(shí)雙腳足底接觸面積和峰值壓強(qiáng)的影響。

（3）測試人群的局限性，受試者為男大學(xué)生，后續(xù)測試可以增加不同性別及年齡的受試者。