摘要：本研究運用文獻(xiàn)資料法、實驗法和數(shù)理統(tǒng)計法等研究方法，采用中國智蕓薇?無線肌電測試系統(tǒng)獲取大學(xué)生高山滑雪運動中下肢優(yōu)勢側(cè)積分肌電值（iEMG）數(shù)據(jù)，并通過配對樣本T檢驗對比三種鞋墊對大學(xué)生高山滑雪中下肢肌電的影響，幫助滑雪運動員選擇合適的滑雪鞋墊。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在室內(nèi)模擬滑雪機(jī)坡面14°和運行速度25km/h情況下，3D功能性鞋墊能顯著減輕下肢疲勞，增強(qiáng)肌肉貢獻(xiàn)率與關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，相比其他兩種鞋墊功能更具優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：3D功能性鞋墊 高山滑雪 積分肌電值

中圖分類號：G818 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8902-（2024）-20-151-3-TBB

1、前言

近年來，3D打印技術(shù)快速發(fā)展，尤其在運動輔具制造方面展現(xiàn)出巨大潛力。在國外，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于運動鞋墊領(lǐng)域，為運動員提供個性化的支撐和矯正。然而，在國內(nèi)該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用仍處于起步階段。高山滑雪中，雙足的保護(hù)和支撐至關(guān)重要，其鞋墊通常被視作鞋底的內(nèi)底結(jié)構(gòu)，不僅能提升足部舒適度與貼合度，同時提示部分減震緩沖的功能，降低傳輸至足部的能量，減少完成特定動作所需的肌肉力量，但其自帶鞋墊的功效有限。因此，利用3D打印技術(shù)為高山滑雪運動員定制個性化鞋墊，有望提高其運動表現(xiàn)性與安全性。此外，一款適合腳型的鞋墊能有效延長雪鞋的使用壽命，同時還具備吸附汗?jié)n、除臭、防滑等附加功能。本研究旨在比較高山滑雪鞋自帶鞋墊、普通功能性鞋墊和3D功能性鞋墊等三種鞋墊在高山滑雪運動中對大學(xué)生下肢優(yōu)勢側(cè)肌電表現(xiàn)的影響。通過鞋墊真實功能性分析，為高山滑雪運動員提供關(guān)于滑雪鞋墊選擇的科學(xué)建議。

2、研究對象及方法

2.1、研究對象

鞋墊簡介：本研究共選用室內(nèi)雪場提供雙板滑雪鞋（雪鞋自帶鞋墊）、淘寶購入普通功能性鞋墊和定制3D功能性鞋墊三款鞋墊。

從東北師范大學(xué)體育學(xué)院冰雪專項班選拔了12名同學(xué)作為測試對象。入選標(biāo)準(zhǔn)為熟練掌握高山滑雪基本技能、身體健康狀況良好、無不良嗜好、近6個月內(nèi)未出現(xiàn)嚴(yán)重下肢損傷、無長短腿問題，并持有滑雪社會指導(dǎo)員職業(yè)資格證書。分析所有測試對象在室內(nèi)模擬滑雪機(jī)（Alpine Engineering）上分別穿著雪鞋自帶鞋墊、普通功能性鞋墊以及3D功能性鞋墊按滑行坡面14°和滑行速度25km/h直線滑行時10s的下肢優(yōu)勢側(cè)股直肌、股外側(cè)肌、股外側(cè)肌、腘繩肌和臀大肌的積分肌電值（iEMG）。由于高山滑雪鞋鞋幫較高，不便測試小腿相關(guān)肌群的iEMG。

2.2、研究方法

（1）文獻(xiàn)資料法。

通過在中國知網(wǎng)、萬方、維普和讀秀等中文數(shù)據(jù)庫以及Web of Science英文數(shù)據(jù)庫中使用“3D功能性鞋墊”“鞋墊”“3D functional insole”等關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，獲取相關(guān)文獻(xiàn)資料。通過對文獻(xiàn)的梳理和歸納，為本文的撰寫及實驗設(shè)計提供了充足的理論基礎(chǔ)。

（2）實驗法。

采用中國智蕓薇?無線肌電測試系統(tǒng)對測試對象下肢優(yōu)勢側(cè)各肌群的積分肌電值（iEMG）進(jìn)行精確采集。在測試開始的前一天，特別提醒測試者注意身體清潔，以確保測試部位符合標(biāo)準(zhǔn)，測試當(dāng)天，測試者需穿著校服短褲參與實驗。在數(shù)據(jù)采集過程中，用酒精棉球?qū)π枰迟N肌電貼的部位進(jìn)行仔細(xì)擦拭，以確保肌電貼與皮膚的緊密粘貼（毛發(fā)較為茂密者需進(jìn)行毛發(fā)剔除，避免毛發(fā)對肌電信號傳導(dǎo)的影響）。一切準(zhǔn)備就緒后，打開滑雪機(jī)開關(guān)，讓測試對象在滑雪機(jī)上進(jìn)行1min的適應(yīng)性滑行，使其逐漸熟悉測試環(huán)境和滑行動作。適應(yīng)性滑行結(jié)束后，通過中國智蕓薇?無線肌電測試系統(tǒng)精確捕捉10s測試對象直滑降時下肢優(yōu)勢側(cè)iEMG數(shù)據(jù)。按照雪鞋自帶鞋墊、普通功能性鞋墊以及3D功能性鞋墊的順序進(jìn)行測試。每次更換鞋墊后，給測試對象1min間歇時間，具體間歇時間以測試對象的體能恢復(fù)情況為準(zhǔn)。

（3）數(shù)理統(tǒng)計法。

運用Excel表格對測試對象的身高、體重、年齡、性別以及優(yōu)勢側(cè)進(jìn)行統(tǒng)計并在實驗測試結(jié)束后對測試對象的下肢優(yōu)勢側(cè)的iEMG進(jìn)行整理。運用SPSS26.0軟件對測試后的數(shù)據(jù)進(jìn)行配對樣本T檢驗，對比分析測試對象穿著雪鞋自帶鞋墊、普通功能性鞋墊以及3D功能性鞋墊直滑降時優(yōu)勢側(cè)各肌肉iEMG的差異情況。根據(jù)統(tǒng)計學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)P值≤0.05時，我們認(rèn)為存在統(tǒng)計學(xué)顯著差異；當(dāng)P值≤0.01時，表明差異非常顯著；若P值＞0.05，則意味著差異不顯著。

（4）邏輯分析法。

在采用文獻(xiàn)資料法的基礎(chǔ)上，采用歸納分析法對相關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)行了系統(tǒng)的整理，并通過對比類似文章的研究內(nèi)容和觀點，全面了解3D功能性鞋墊的研究現(xiàn)狀及其在體育運動領(lǐng)域的發(fā)展情況，確保文章撰寫準(zhǔn)確。

3、研究結(jié)果與分析

3.1、下肢優(yōu)勢側(cè)積分肌電值的測試結(jié)果與分析

在穿著不同鞋墊的條件下，對受試者滑行過程中下肢優(yōu)勢側(cè)股直肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌、腘繩肌、臀大肌的積分肌電值數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。測試對象下肢優(yōu)勢側(cè)iEMG的具體數(shù)值（如表2所示），并通過簇狀柱圖（如圖2所示）進(jìn)行直觀展示。

通過對測試對象的下肢優(yōu)勢側(cè)iEMG的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行配對樣本T檢驗后，發(fā)現(xiàn)3D功能性鞋墊與雪鞋自帶鞋墊對下肢優(yōu)勢側(cè)股外側(cè)肌、腘繩肌以及臀大肌的iEMG均有影響，對股外側(cè)肌iEMG的影響存有顯著差異（P＜0.05），對腘繩肌和臀大肌iEMG的影響存有非常顯著的差異（P＜0.01）。與普通功能性鞋墊相比，雪鞋自帶鞋墊對股外側(cè)肌的影響非常顯著（P＜0.01）。此外，3D功能性鞋墊與普通功能性鞋墊對腘繩肌的iEMG影響也存有顯著差異（P＜0.05）。其他不同類型鞋墊相比較的情況下下肢優(yōu)勢側(cè)肌群iEMG無統(tǒng)計學(xué)差異。

圖2 下肢優(yōu)勢側(cè)積分肌電值圖

3.2、下肢優(yōu)勢側(cè)不同肌群貢獻(xiàn)率的測試結(jié)果與分析

在穿著不同鞋墊的條件下，對受試者滑行過程中下肢優(yōu)勢側(cè)股直肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌、腘繩肌、臀大肌的貢獻(xiàn)率數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。測試對象下肢優(yōu)勢側(cè)肌群貢獻(xiàn)率的具體數(shù)值（如表3所示），并通過簇狀柱圖（如圖3所示）進(jìn)行直觀展示。

通過對測試對象的下肢優(yōu)勢側(cè)iEMG的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行配對樣本T檢驗后，發(fā)現(xiàn)3D功能性鞋墊與雪鞋自帶鞋墊對測試對象下肢優(yōu)勢側(cè)股直肌貢獻(xiàn)率的影響有非常顯著差異（P＜0.01），而對股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌、腘繩肌的貢獻(xiàn)率僅有顯著差異（P＜0.05）。此外，雪鞋自帶鞋墊與普通功能性鞋墊對測試對象下肢優(yōu)勢側(cè)股內(nèi)側(cè)肌貢獻(xiàn)率的影響也存有顯著差異（P＜0.05）。其他不同類型鞋墊相比較而言，在這些肌群上的iEMG無統(tǒng)計學(xué)差異。

4、討論

4.1、不同鞋墊類型對下肢優(yōu)勢側(cè)積分肌電值的影響

肌電信號源于脊髓運動神經(jīng)元，iEMG是表面肌電信號中的一個關(guān)鍵指標(biāo)，用于量化一定時間內(nèi)參與活動的肌肉放電總量。它不僅能夠揭示參與活動的運動單位數(shù)量及其放電情況，還能實時反映肌肉的活動狀態(tài)和收縮特性。此外，iEMG值的大小直接反映了肌肉運動單位所消耗的能量多少，因此其幅值的大小可以作為評估肌肉疲勞程度的重要指標(biāo)。

本研究發(fā)現(xiàn)，對于測試對象的下肢優(yōu)勢側(cè)，不同鞋墊對于引起的下肢疲勞具有差異。如表2所示，當(dāng)測試對象穿著3D功能性鞋墊滑行時，與雪鞋自帶的鞋墊相比，在相同滑行條件下，下肢優(yōu)勢側(cè)的整體疲勞程度明顯較低。盡管股直肌的iEMG有輕微上升，但這種變化并不具有統(tǒng)計學(xué)上的顯著性（P＞0.05）。與此同時，雪鞋自帶鞋墊與普通功能性滑雪鞋在股外側(cè)肌方面的差異極為顯著（P＜0.01）。值得注意的是，3D功能性鞋墊與普通功能性鞋墊不僅在腘繩肌方面存在顯著差異（P＜0.05），而且在減輕臀大肌和股外側(cè)肌的疲勞程度方面也有所幫助，盡管這些幫助尚未達(dá)到統(tǒng)計學(xué)上的顯著性差異水平。

綜上，從下肢優(yōu)勢側(cè)各肌群的疲勞情況來看，定制的個性化3D功能性鞋墊在完成相同難度任務(wù)時，能夠有效減輕使用者的疲勞感，從而延長運動時間或在有限水平的基礎(chǔ)上挑戰(zhàn)更高難度的任務(wù)。這一點也得到了Tomaro和Vanicek等研究者的進(jìn)一步證實，他們發(fā)現(xiàn)3D打印矯正功能性鞋墊在減少股外側(cè)肌疲勞方面具有顯著效果，這種作用可以有效延長下肢肌肉的活動時間?？紤]到高山滑雪運動通常在廣闊且海拔較高的雪地進(jìn)行，那里的空氣稀薄，使得在進(jìn)行相同的運動時運動員更容易產(chǎn)生疲勞。對于熱衷于滑雪的業(yè)余愛好者而言，滑雪活動往往持續(xù)時間較長。為了降低疲勞感并提升身體適應(yīng)性，除了提升有氧代謝能力外，擁有一副符合個人足部特征的定制化鞋墊顯得尤為重要。

4.2、不同鞋墊類型對下肢優(yōu)勢側(cè)肌群貢獻(xiàn)率的影響

當(dāng)肌肉承受更大的負(fù)荷時，其收縮力度會增強(qiáng)，同時，iEMG也會相應(yīng)增加，兩者呈現(xiàn)正比關(guān)系。表面肌電技術(shù)能夠揭示運動單位的活化狀態(tài)及神經(jīng)支配特點，并精確評估參與運動的肌肉的貢獻(xiàn)率。具體而言，肌肉貢獻(xiàn)率指的是在一次特定測試動作中，各肌肉所產(chǎn)生的積分肌電值占所有測試肌肉積分肌電值總和的百分比。

本研究發(fā)現(xiàn)，對于提升臀大肌在運動過程中的貢獻(xiàn)率，3D功能性鞋墊與其他兩種鞋墊無統(tǒng)計學(xué)差異。3D功能性鞋墊與雪鞋自帶鞋墊相比較而言，在股直肌、股內(nèi)側(cè)肌以及股外側(cè)肌方面都有提升貢獻(xiàn)率，且存有顯著性統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05），3D功能性鞋墊與普通功能性鞋墊相比較而言，僅在股外側(cè)肌貢獻(xiàn)率方面存有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05）。此外，在股直肌和股內(nèi)側(cè)肌貢獻(xiàn)率方面存有較好的優(yōu)勢，盡管沒有表現(xiàn)出統(tǒng)計學(xué)上的差異。普通功能性鞋墊與雪鞋自帶鞋墊比較而言，在提升股直肌、股內(nèi)側(cè)肌以及股外側(cè)肌貢獻(xiàn)率方面較好，其中對于提升股內(nèi)側(cè)肌的貢獻(xiàn)率方面存有顯著性的差異（P＜0.05）。眾所周知，高山滑雪是一項速度與技巧的完美結(jié)合的高度危險性運動，它要求運動員具備高度敏捷、反應(yīng)迅速、平衡能力等素質(zhì)。下肢肌肉力量貢獻(xiàn)率的提高不僅為運動提供充足的源動力，還通過穩(wěn)定骨關(guān)節(jié)來確保運動的準(zhǔn)確性、流暢性和安全性。

綜上，在同等運動情況與自身能力水平下，3D功能性鞋墊能夠有效提升下肢各肌群的肌肉貢獻(xiàn)率，增強(qiáng)下肢關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，減少運動損傷發(fā)生與提升運動表現(xiàn)。對于提升滑行運動過程中下肢肌肉整體貢獻(xiàn)率，3D功能性鞋墊有效性＞普通功能性滑雪鞋墊＞雪鞋自帶鞋墊。

5、結(jié)論與建議

5.1、結(jié)論

3D功能性鞋墊能有效減輕下肢優(yōu)勢側(cè)肌群的疲勞程度，延長運動時間或適合更高難度的任務(wù)。

3D功能性鞋墊在提升滑行運動中下肢肌肉貢獻(xiàn)率和關(guān)節(jié)穩(wěn)定性方面優(yōu)于普通功能性鞋墊和雪鞋自帶鞋墊，對于需要高度敏捷和平衡能力的高山滑雪運動員至關(guān)重要。

5.2、建議

對于參與滑雪活動的愛好者，建議選購功能性滑雪鞋墊。選購時，應(yīng)依據(jù)個人的肌肉狀態(tài)和身體條件，有針對性地挑選功能性滑雪鞋墊，以便在提升滑雪舒適度的同時，確保運動安全。

對于專業(yè)高山滑雪運動員而言，應(yīng)優(yōu)先考慮穿著個性化定制的3D功能性鞋墊。這能夠精確保護(hù)下肢肌群，預(yù)防潛在的運動損傷，提高肌肉的工作效率，幫助運動員在競技場上表現(xiàn)更加卓越。

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