張 鵬， 王瑞芹

（1.莒南縣第一中學(xué)， 山東 臨沂 276699； 2.東港區(qū)海曲中學(xué)， 山東 日照 276817）

足部壓力泛指人體足底部與支撐面之間的相互作用力，足底部的壓力分布與接觸面積、 運(yùn)動姿態(tài)、 體重等多方面相關(guān)。 近年來對于足部壓力的研究越來越深入， 它不僅反映了人體足部的機(jī)構(gòu)功能， 而且還能夠體現(xiàn)在不同運(yùn)動中對身體姿勢的控制［1］。 目前足部壓力的研究已經(jīng)深入到制鞋業(yè)、 醫(yī)學(xué)矯正、 醫(yī)學(xué)康復(fù)、 運(yùn)動生物力學(xué)等多個領(lǐng)域， 特別是在運(yùn)動生物力學(xué)的研究中的應(yīng)用也日益廣泛。 除此之外，足部壓力對于競技運(yùn)動提供分析參考也是當(dāng)下熱門議題。

籃球運(yùn)動作為一項越來越受青少年歡迎的競技運(yùn)動，在國內(nèi)具有較強(qiáng)的普及性， 其技術(shù)動作特征對于人體足部的要求非常多， 如： 急停、 轉(zhuǎn)身、 側(cè)滑步、 跳投等都依賴于足部的有效支撐， 其中足部在籃球運(yùn)動中需要承受著巨大的沖擊損傷， 僅僅簡單的起跳落地過程中， 足底就要承受著超過體重7 倍的地面反作用力［2］。 足部動作是完成一系列籃球動作的基礎(chǔ)保障［3］。 對籃球運(yùn)動中足部動作的動力學(xué)特征進(jìn)行研究， 則能夠有效掌握其足底沖量、 足部壓力等特征， 一方面可以對足部保護(hù)延長運(yùn)動壽命起到積極作用，另一方面也能夠有效驗證籃球運(yùn)動對促進(jìn)青少年的足部健康發(fā)展的積極作用［4］。 基于此， 本研究采用RS-footscan 測力系統(tǒng)對籃球運(yùn)動者與普通青少年的足部壓力分布分別進(jìn)行了測試。 通過實驗組與對照組的對比， 就足底支撐時期、足底壓強(qiáng)峰值、 足底沖量、 足軸角進(jìn)行了測量和分析， 驗證長期的籃球運(yùn)動對鍛煉青少年足部運(yùn)動耐力的影響， 以及籃球運(yùn)動在提高足前部力量與足部穩(wěn)定性方面的效果。

1 足部生理力學(xué)分析與足部測試區(qū)域介紹

1.1 足的生理力學(xué)分析

足是由26 塊骨， 33 個關(guān)節(jié)和126 根韌帶、 肌肉和神經(jīng)如同網(wǎng)狀一樣分層構(gòu)成一個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)［5］。 它的基本功能是支撐人體重量、 緩沖、 吸收沖擊力， 產(chǎn)生向前的推動力，以及幫助調(diào)節(jié)、 維持人體的平衡， 是人體重要的運(yùn)動器官［6］。足部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以使人體踝關(guān)節(jié)完成單平面或多平面的運(yùn)動， 并在所有步態(tài)中起到關(guān)鍵作用。 足在運(yùn)動中除具有吸收來自地面的作用力、 承載體重的功能外， 最重要的功能是作為一個 “全能” 的骨連接， 使得從股部至小腿的肌肉組織產(chǎn)生的力轉(zhuǎn)化為有效的位移， 從而完成各種動作技術(shù)［7-8］。 如果足部發(fā)生損傷則必然會引起足部及足底生物力學(xué)的改變［9］。

籃球運(yùn)動主要分為持球運(yùn)動與非持球運(yùn)動。 在籃球運(yùn)動過程中足部充當(dāng)緩沖的角色來調(diào)節(jié)由于重心的變化給身體帶來的沖擊， 以降低運(yùn)動損傷風(fēng)險， 并在運(yùn)動員轉(zhuǎn)向、急停、 起跳等動作中提供動力與緩沖力， 為籃球運(yùn)動中的技術(shù)動作的完成提供根本保證［10］。 運(yùn)動員通過長期的籃球訓(xùn)練， 對足部生理特征的影響應(yīng)當(dāng)比普通人的要優(yōu)秀。

1.2 足部壓力測試區(qū)域介紹

足底的測試區(qū)域一共分為10 個， 如圖1 所示。 分別是大腳趾 （T1： Toe 1； 第1 趾骨）、 第2～5 趾骨 （T2～T5：Toe 2～5）、 第一跖骨 （M1： Metatarsal 1）、 第二跖骨 （M2：Metatarsal 2）、 第三跖骨 （M3： Metatarsal 3）、 第四跖骨（M4： Metatarsal 4）、 第五跖骨 （M5： Metatarsal 5）、 足中部（MF： Mid foot）， 足跟內(nèi)側(cè) （HM： Heel Medial）， 足跟外側(cè)（HL： Heel Lateral） 表示［11］。 本研究依據(jù)以上測試區(qū)域?qū)嶒灲M和對照組左右足進(jìn)行足底壓力分布特征進(jìn)行分析。

圖1 腳壓試驗區(qū)劃分圖

本測試在青少年籃球運(yùn)動員與普通青少年之間進(jìn)行如下四組參數(shù)的測試對比： （1） 足底支撐時間： 在正常步態(tài)情況下足部離地階段、 足部接觸地面階段、 前掌接觸階段、離地階段的時間相； （2） 足底壓力： 人體在動態(tài)行走或靜止站立時， 在自身重力的作用下， 足底在垂直方向上受到的一個地面的反作用力 （N/KG）； （3） 足底壓強(qiáng)： 足部單位面積承受的壓力 （N/CM）［12］； （4） 足底沖量： 足部壓力與作用時間的成績 （NS）； （5） 足軸角： 足縱軸與步行方向的夾角 （°）。

2 足部壓力分布測試實驗

2.1 實驗對象

實驗選取了莒南縣第一中學(xué)和海曲中學(xué)的40 名青少年受測者進(jìn)行足部壓力測試， 所有受測者均無下肢或足部疾病與足部損傷病痛史， 且均為男性。 所有受試者分為實驗組與對照組。 實驗組由20 名男性青少年籃球運(yùn)動員組成，均為國家二級籃球運(yùn)動員。 對照組由20 名普通男性青少年組成， 均未接受過專業(yè)籃球訓(xùn)練， 且并無籃球運(yùn)動基礎(chǔ)。兩組受測青少年的基本情況詳見表1。 實驗組與對照組組間人員的各項基本情況指標(biāo)均無顯著性差異。

表1 被測青少年的基本情況

2.2 實驗設(shè)備與要求

用RS-footscan 測力系統(tǒng)對青少年籃球運(yùn)動員與普通青少年的足部壓力分布進(jìn)行了測試。 通過實驗組與對照組對比分析的模式， 就足底支撐時期、 足底壓強(qiáng)峰值、 足底沖量、 足軸角進(jìn)行了測量。

2.2.1 實驗設(shè)備

采用比利時公司生產(chǎn)的RSscan footscan 測力平板系統(tǒng)［13］，使用Footscangaitscientific 7.97 軟件對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、分析與提取 （Franklyn-Miller et.al,2011）［14］。

2.2.2 實驗要求

（1） 為了避免不同鞋型以及測試個體對鞋型的適應(yīng)度差異影響實驗結(jié)果， 實驗測試過程中青少年均是裸足測驗。（2） 考慮測試青少年的體重存在差異， 為了避免由于體重的不同對足部壓力分布的產(chǎn)生影響， 在研究中進(jìn)行了壓力/體重的標(biāo)準(zhǔn)化處理， 確保實驗數(shù)據(jù)的客觀性， 將壓力值按照體重的倍數(shù)為單位進(jìn)行統(tǒng)計。

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 實驗結(jié)果

3.1.1 足底支撐期時相

正常步態(tài)下， 左右足與地面接觸過程中分為著陸階段—整足接觸階段—前掌接觸階段—離地階段四個時間相（見圖2）， 對各個階段的足部與地面接觸時間的百分比進(jìn)行統(tǒng)計， 結(jié)果如表2 所示。 根據(jù)表2 顯示， 實驗組和對照組左右兩足受力時間百分比呈現(xiàn)著陸階段＜前腳掌接觸階段＜全足接觸階段＜離地階段時相， 實驗組左右兩足在全足接觸階段時相小于對照組， 著陸階段、 前掌接觸階段以及離地階段時相大于對照組， 但僅在離地階段左右足在時間相上觀察到顯著差異， 實驗組離地階段時相大于對照組 （P＜0.05）。

表2 實驗組與對照組不同時期各相位值占比比較

圖2

如圖2 所示是左右足在四個時間相上， 與地面接觸各時間相分布圖。

3.1.2 足部壓力峰值

在正常步態(tài)測試中， 通常將足部分為足前區(qū)域 （T1、T2-T5、 M1、 M2、 M3、 M4、 M5）、 足弓區(qū)域 （MF） 以及足跟區(qū)域 （HM、 HL）， 按照圖1 所示的足部分區(qū)， 對比分析實驗組和對照組左、 右足的壓力分值分布特點(diǎn)均為足前區(qū)域＞足弓區(qū)域＞足跟區(qū)域， 具體測試結(jié)果如表3 所示。 從表中可以看出實驗組的足前區(qū)域壓力峰值大于對照組， 而實驗組在足弓區(qū)域與足跟區(qū)域的壓力峰值均小于對照組。 實驗組的最大壓力峰值出現(xiàn)在M2 區(qū)域， 而對照組出現(xiàn)在M1區(qū)域。 說明經(jīng)過籃球訓(xùn)練的青少年足底發(fā)力效果明顯強(qiáng)于對照組， 兩者存在統(tǒng)計學(xué)差異 （P＜0.05）。

表3 實驗組與對照組不同階段足部壓力峰值/體重比較（N/Kg）

3.1.3 足底壓強(qiáng)峰值

在足底壓強(qiáng)測試中， 結(jié)果顯示實驗組和對照組的足底壓強(qiáng)分布情況均是足前區(qū)域＞足跟區(qū)域＞足弓區(qū)域， 實驗組左、 右兩足各區(qū)域的壓強(qiáng)峰值均大于對照組的左、 右足。具體測試數(shù)據(jù)如表4 所示。 此外， 表中統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示左右足壓強(qiáng)最大峰值出線在M2 區(qū)域 （第二跖骨）， 且實驗組與對照組M2 區(qū)域左右足壓強(qiáng)最大峰值存在統(tǒng)計學(xué)差異 （P＜0.05）。

表4 實驗組與對照組不同階段壓力強(qiáng)度峰值分布 （N/cm2）

3.1.4 足底沖量

與足底壓強(qiáng)分布相類似， 本研究結(jié)果顯示實驗組和對照組的足底沖量分布特點(diǎn)均為足前區(qū)域＞足跟區(qū)域＞足弓區(qū)域， 而實驗測試結(jié)果表明實驗組青少年左右足在足前、 足弓、 足跟這三個區(qū)域的足底沖量均小于對照組左右足。 具體測試數(shù)據(jù)如表5 所示。 實驗組和對照組左足的足底沖量最大值均出現(xiàn)在M3 區(qū)域 （第三跖骨）， 實驗組和對照組右足的足底沖量最大值均出現(xiàn)在M2 區(qū)域 （第二跖骨）， 兩者具有統(tǒng)計學(xué)差異 （P＜0.05）。

表5 實驗組與對照組不同階段脈沖分布 （NS）

3.2 實驗測試結(jié)果分析

3.2.1 從支撐期間時間相分析

根據(jù)表2 可以觀察到實驗組和對照組左右兩足受力時間百分比呈現(xiàn)著陸階段＜前腳掌接觸階段＜全足接觸階段＜離地階段時相， 實驗組左右兩足在全足接觸階段時相小于對照組， 著陸階段、 前掌接觸階段以及離地階段時相大于對照組。 其中， 在離地階段的時間相上， 實驗組與對照組存在顯著差異， 這表明長時間籃球運(yùn)動訓(xùn)練對正常步態(tài)情況下足部的發(fā)力情況有影響。 青少年籃球運(yùn)動員在長時間進(jìn)行籃球運(yùn)動訓(xùn)練， 在正常步態(tài)下， 蹬地階段時相占整個支撐期百分比增大， 足部前掌區(qū)域受壓力時間延長， 出現(xiàn)壓力中心集中的現(xiàn)象。 這表明由于長時間的高強(qiáng)度籃球鍛煉與訓(xùn)練， 刺激足部與地面接觸的發(fā)力的持久性， 提高蹬伸力量， 而蹬伸力量的增加則更有利于對足部的保護(hù)。 同時，也有研究表明籃球訓(xùn)練結(jié)束后， 應(yīng)該注意對足部進(jìn)行康復(fù)性放松與輕度運(yùn)動緩沖， 避免足部以及肌肉關(guān)節(jié)組織出現(xiàn)筋膜炎、 跟腱炎等炎癥［15］。 此外， 通過實驗組與對照組的支撐期間時間相分析， 能夠為籃球運(yùn)動提供合理的計劃教學(xué)訓(xùn)練方案與科學(xué)的負(fù)荷訓(xùn)練強(qiáng)度的制定提供依據(jù)， 科學(xué)性、 有規(guī)律性的指導(dǎo)運(yùn)動員進(jìn)行高負(fù)荷、 大強(qiáng)度運(yùn)動， 提高青少年籃球技能水平， 為青少年籃球運(yùn)動員預(yù)防足部損傷提供一定參考。

3.2.2 足底發(fā)力特征分析

根據(jù)上述足部壓力分布與足底壓強(qiáng)分布的測試結(jié)果可以分析足底的發(fā)力特征， 實驗組和對照組足部壓力分布特點(diǎn)均為足前區(qū)域＞足弓區(qū)域＞足跟區(qū)域， 其中實驗組的足前部壓力與壓強(qiáng)峰值均大于對照組， 而實驗組在足弓區(qū)域與足跟區(qū)域壓力峰值均小于對照組。 隨著足底壓力測量技術(shù)不斷發(fā)展和完善， 足底壓力分析已成為步態(tài)分析的重要組成部分和重要環(huán)節(jié)［16,17］。 實驗組的足前部壓力與壓強(qiáng)峰值均大于對照組， 說明在正常步態(tài)下， 實驗組籃球運(yùn)動員的蹬地階段的發(fā)力強(qiáng)于對照組普通青少年， 進(jìn)一步說明青少年長期進(jìn)行籃球運(yùn)動訓(xùn)練有利于足部力量的增長， 使此區(qū)域蹬伸階段發(fā)力效果更好， 力量更強(qiáng)。 而實驗組在足弓區(qū)域與足跟區(qū)域的壓力峰值均小于對照組， 說明青少年籃球運(yùn)動員的足弓和足跟區(qū)域具備更好的對沖擊吸收與緩沖的能力， 能夠有效的緩解沖擊損傷。 此外， 本研究結(jié)果還顯示，實驗組長時間進(jìn)行籃球運(yùn)動訓(xùn)練的青少年最大壓力峰值出現(xiàn)在M2 區(qū)域， 而對照組無籃球訓(xùn)練基礎(chǔ)的青少年最大壓力峰值出現(xiàn)在M1 區(qū)域。 實驗組和對照組產(chǎn)生以上差異的原因可能是由于籃球運(yùn)動員需要較好的落地緩沖能力， 青少年籃球運(yùn)動員在經(jīng)過長時間大運(yùn)動量、 高強(qiáng)度的籃球運(yùn)動訓(xùn)練從而產(chǎn)生了良性適應(yīng)性的改變［18］。

3.2.3 足底緩沖能力影響分析

本研究結(jié)果顯示實驗組和對照組的足底沖量分布特點(diǎn)均為足前區(qū)域＞足跟區(qū)域＞足弓區(qū)域， 兩組左足的沖量最大值均出現(xiàn)在第三跖骨區(qū)域， 右足的沖量最大值均出現(xiàn)在第二跖骨區(qū)域， 且實驗組在足前、 足弓、 足跟這三個區(qū)域的足底沖量均小于對照組。 足底沖量是反映足底對沖擊力吸收緩沖能力的指標(biāo)， 是力量與作用時間的積累， 足底沖量的大小可以衡量足底對所受沖擊力吸收緩沖能力的大?。?6］。 本研究測試結(jié)果顯示實驗組左右足的十個測試區(qū)域 （T1、 T2～T5、 M1～M5、 MF、 HM） 的足底沖量均小于對照組， 表明通過長期的籃球鍛煉可以有效提高青少年的足底足前、 足弓、 足跟這三個區(qū)域的緩沖能力， 對地面沖擊力有更好的吸收和緩解效果， 并進(jìn)一步減少運(yùn)動損傷風(fēng)險。 并且， 足部良好的沖量緩沖能力對足部關(guān)節(jié)與膝關(guān)節(jié)的保護(hù)有重要的意義， 同時有利于提高對身體的控制力與平衡能力。 除此之外， 在籃球訓(xùn)練過程中， 青少年身體的各部分肌肉，特別是足部肌肉組織也進(jìn)一步得到了良好的鍛煉， 足部肌肉力量的加強(qiáng)也為下肢關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定提供了有力的保障。因此， 本研究結(jié)果進(jìn)一步說明了籃球運(yùn)動不僅對于青少年足部運(yùn)動能力， 而且對于青少年身體整體的運(yùn)動機(jī)能的提高均有良好的促進(jìn)作用， 我們應(yīng)該積極開展校園籃球教學(xué)訓(xùn)練， 鼓勵青少年參加籃球運(yùn)動。

3.2.4 足部穩(wěn)定性影響分析

本研究結(jié)果顯示實驗組和對照組足軸角均在正常范圍內(nèi)， 且實驗組的足軸角大于對照組。 足軸角指的是足部的縱軸線與步行前進(jìn)方向的夾角， 是評價步態(tài)足部控制的有效指標(biāo)， 平均參考數(shù)值為6.7°-6.8°， 左右足分別計算［19］。 醫(yī)學(xué)角度當(dāng)足軸角度大于15°時， 說明足部異常［20］。 足軸角在一定范圍內(nèi)增大能夠提高足底與地面的接觸面積， 增加足部穩(wěn)定性能， 進(jìn)而為運(yùn)動訓(xùn)練提供安全保障。 從測試數(shù)據(jù)中可以看出， 實驗組與對照組足軸角均在正常范圍內(nèi)， 而實驗組的足軸角大于對照組， 這可能是由于實驗組青少年籃球運(yùn)動員長期進(jìn)行籃球訓(xùn)練， 自身的平衡、 協(xié)調(diào)及運(yùn)動能力均比對照組無籃球訓(xùn)練基礎(chǔ)的青少年更為優(yōu)秀， 且對足部步態(tài)控制能力相對更佳。 因此， 長期參與籃球運(yùn)動能夠提高與改善足部的穩(wěn)定性能， 同時， 青少年個體的平衡能力、 協(xié)調(diào)能力也能相應(yīng)得到提高。

4 結(jié)論

足部動作是籃球運(yùn)動中的最為關(guān)鍵的動作環(huán)節(jié)之一，客觀分析籃球運(yùn)動對足部支撐期、 壓力、 壓強(qiáng)、 足部沖力、足軸角的影響， 對科學(xué)指導(dǎo)籃球運(yùn)動足部預(yù)防保護(hù)措施和評價籃球運(yùn)動對青少年足部運(yùn)動能力的影響具有重要意義。研究通過實驗組與對照組的數(shù)據(jù)對比分析， 利用RSfootscan 測力系統(tǒng)對各項參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行了測量與分析。 得到如下結(jié)論： （1） 籃球運(yùn)動使青少年的足底離地時間增長、足部緩沖能力提高、 足前部力量增大、 足部穩(wěn)定性提高，合理的籃球運(yùn)動能夠促進(jìn)青少年足部的健康成長； （2） 實驗組籃球運(yùn)動員足前部由于長期訓(xùn)練出現(xiàn)壓力集中的現(xiàn)象，應(yīng)該注意通過理療、 按摩等方式緩解壓力， 降低足部損傷；（3） 結(jié)合現(xiàn)代化測量方式對于足部動力學(xué)進(jìn)行研究， 能夠科學(xué)客觀提供數(shù)據(jù)支持， 應(yīng)得到更多的實際應(yīng)用推廣。