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首页医源资料库在线期刊中国学校卫生2007年第27卷第9期

健康大学生足底压力分布参数特征

来源:《中国学校卫生》
摘要:【摘要】目的探讨健康大学生自然行走过程中峰力值(MaxForce)、达峰力值时间(TimetoMaxForce)、冲量(Impulse)、负荷率(Loadrate)等参数特征,为临床诊断、疗效评估、矫形处方和体育锻炼等提供依据。方法采用FootscanUSB2平板式足底压测试系统,对82名健康大学生进行自然行走过程中动态足底压力......

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【摘要】     目的 探讨健康大学生自然行走过程中峰力值(Max Force)、达峰力值时间(Time to Max Force)、冲量(Impulse)、负荷率(Load rate)等参数特征,为临床诊断、疗效评估、矫形处方和体育锻炼等提供依据。方法 采用Footscan USB 2平板式足底压测试系统,对82名健康大学生进行自然行走过程中动态足底压力测试。结果 足跟内侧(Heel Medial)平均峰力值(MF)最大,其次是第2,3跖骨,足底平均峰力值较小的区域主要分布在第2~5趾(Toe2-5)和第5跖骨(Meta5),且男、女分布规律一致。足底各区域达峰力值时间按照行走过程中足底接触地面顺序呈依次递增趋势,即达峰力值时间足跟<足弓<跖骨<脚趾。行走过程中足跟的负荷率最大,尤其是足跟外侧(Heel Lateral),男、女都表现出左足足跟负荷率大于右足足跟负荷率的现象。行走过程中足底冲量最大的区域主要分布在第2,3跖骨和足跟内侧,冲量较小的区域主要分布在第2~5趾、足弓以及第5跖骨。结论 普通健康大学生足底压力特征与其他学者研究正常人或非糖尿病人的足底压力特征基本一致;行走过程中左右双足的平均峰力值、接触面积、冲量等参数都存在不同程度的差异,但男女左右双足的足底参数分布规律基本一致。

【关键词】  足 压力 统计学分布 对比研究 学生

  Parameter Features of Foot Pressure in Healthy University Students/ZHANG Qinglai*, SONG Shaoxing, DONG Jie. * Physical Education Department, Shandong Technology University, Zibo(255049),Shandong Province,China
   
  【Abstract】  Objective  To explore the peak value of foot plantar pressure and the time to max force and impulse and load rate during the natural walk about normal university students, and to provide evidence for diagnosis, treatment effects diorthosis therapy and sports activities.  Methods   A total of 82 normal university students with barefoot and normal gait was analyzed by the Footscan USB2 system(RScan, Belgium) by the “first step approach”.  Results   The max force existed in the area of heel medial, the second metatarsal and the third metatarsal. The minimal force existed in the area of the toe 2-5 and the fifth metatarsal. There was the same regulation between male and female. The distribution of tie to max force: heel< mid foot    
  【Key words】  Foot;Pressure;Statistical distributions;Comparative study;Students

  步行是人类最基本、最简单的运动形式之一,人体步行中双足起着至关重要的作用。足由26块骨头、33个关节、20多块肌肉和100多条韧带组成。美国足部医学会的研究报告显示,一个正常人每天平均大约要行走8 000步,人一生所走的距离约为地球周长的2.5倍以上,而在步行时足部所承受的地面反作用力达到1.5倍体重,跑步时更达到3~4倍体重[1]。步行时足底与支撑面之间的压力分布反映了下肢乃至全身的生理、结构和功能等方面的信息,人体下肢骨关节的创伤、畸形、肿瘤、感染、神经系统疾病,甚至精神状态都会不同程度地影响人体的步态。当前,步态分析已成为研究热点。步态分析(gait analysis)是利用力学概念,结合人体解剖学和生理学知识对人体行走功能进行对比分析的一种生物力学研究方法[2]。笔者通过对健康大学生进行足底压力测量与步态分析,探索足底压力参数的分布规律,为临床医疗诊断、疗效评估、矫形处方和体育锻炼等提供可靠数据。

  1  对象与方法

  1.1  对象  采用分层抽样的方法,首先将山东理工大学2005级204个公共体育教学班,按不同选项课分成田径(24个班)、球类(79个班)、武术(36个班)、健美操(65个班)4个类别,然后按比例分层抽取2个田径班、3个球类班、2个武术班和3个健美操班,进而采用简单随机抽样(抽签法)从田径班抽取10名学生、球类班抽取31名学生、武术班抽取10名学生、健美操班抽取31名学生,总共抽取样本82人,其中男生45人,年龄(20.00±2.40)岁,体重(63.00±3.56)kg,身高(170.82±2.31)cm;女生37人,年龄(20.00±3.58)岁,体重(49.56±4.38)kg,身高(158.40±3.69)cm。这些受试者来自全国8个不同的省份,所有受试者经询问无糖尿病史,未接受过专业体育训练,无足部畸形、异常步态和严重足部外伤史,测试期间足踝关节活动正常。

  1.2  方法  所有受试者均脱鞋袜,以个人平常步态自然行走,测量两脚各3次动态足底压力。采用Footscan USB2平板式足底压测试系统(比利时RSscan公司生产,传感器为4个/cm2)测试。数据采集与分析采用配套软件footscan SOFTWARE 7.0,分析过程将足底分为图1所示的10个区域,即Toe1(第1趾)、Toe2~5(第2~5趾)、Meta1(第1跖骨)、Meta2(第2跖骨)、Meta3(第3跖骨)、Meta4(第4跖骨)、Meta5(第5跖骨)、Mid foot(足中部或足弓)、Heel Medial(足跟内侧)、Heel Lateral(足跟外侧)。计算每个区域3次测量的平均峰力值(Max Force,MF)、达峰力值时间(Time to Max Force, TMF)、冲量(Impulse, IP)、负荷率(Load Rate, LR)。

  图1  足底压力区域划分(略)

  1.3  数据统计  所有数据分析均采用SPSS 11.0统计软件包完成,正态分布变量男、女组间分析采用独立样本t检验,同组左、右足压力参数比较采用配对t检验,结果均以x±s表示。

  2  结果

  2.1  大学生足底各区域平均峰力值(MF)分布  由表1可知,健康大学生足底在第1跖骨、第3跖骨、第5跖骨3个区域内平均峰力值存在性别差异,男生平均峰力值在Toe1,Meta2,Meta5,Mid foot区域左右足差异有统计学意义,女生在Meta1,Meta2,Mid foot,Heel Medial,Heel Lateral区域左、右差异有统计学意义。足跟内侧平均峰力值最大,其次是第2,3跖骨,足底平均峰力值较小的区域主要分布在第2~5趾和第5跖骨,且男、女分布规律一致。

  表1  健康大学生足底各区域平均峰力值分布(略)

  注:左右足比较,*P<0.05,**P<0.01;男女生比较,▲P<0.05。

  2.2  普通健康大学生足底各区域达峰力值的时间(TMF)分布  由表2可知,大学生足底各区域达峰力值的时间左、右双足之间差异无统计学意义,男、女组间只有足跟外侧区达峰力矩的时间差异有统计学意义。足底各区域达峰力值时间按照行走过程中足底接触地面顺序呈依次递增趋势,即达峰力值时间足跟<足弓<跖骨<脚趾,且男女左右足的变化规律一致。

  表2  健康大学生足底各区域达峰力值时间分布(略)

  注:男、女生比较,▲P<0.05。

  2.3  大学生足底各区域负荷率(LR)分布  表3显示,大学生足底各区域负荷率性别之间差异无统计学意义,男生左、右足在Meta1,Meta2,Meta5,Mid foot区域差异均有统计学意义,女生左、右双足在第2跖骨和足中部区域差异均有统计学意义。行走过程中足跟区域的负荷率最大,尤其是足跟外侧负荷率最大,随着足跟接触地面后,足底其他区域的负荷率明显下降。另外,男、女生都表现出左足足跟负荷率大于右足足跟负荷率的现象。

  2.4  大学生足底各区域冲量(IP)分布  由表4可知,大学生行走过程中足底各区域的冲量性别之间差异无统计学意义(Meta1除外),男生左、右双足冲量在Toe1,Toe2~5,Meta1,Meta2,Meta5,Mid foot区域差异均有统计学意义,女生左、右双足的冲量在Meta1,Meta2,Meta5,Mid foot,Heel Lateral区域差异均有统计学意义。行走过程中足底冲量最大的区域主要分布在第2,3跖骨和足跟内侧,冲量较小的区域主要分布在第2~5趾、足弓以及第5跖骨。男、女行走过程中冲量分布规律基本一致。

  表3  健康大学生足底各区域负荷率分布(略)

  注:*P<0.05,**P<0.01。

  表4  健康大学生足底各区域冲量分布(略)

  注:左、右足比较,*P<0.05,**P<0.01;男、女生比较,▲P<0.05。

  3  讨论
   
  国内外对正常人群足底压力的研究已开展多年,但对于足底压力特征的描述,不同学者测试结果及研究观点有所不同。严励等[3]对138名非糖尿病受试者进行足底压力测试显示,正常人平均最大峰值压力(MPP)为(385±90)kPa;Cavanagh等[3]报道的正常人的MPP为700.1 kPa;Femando等[4]报道的正常人的MPP为560 kP;袁刚等[5]研究表明,行走时足底最大压力主要位于第2跖骨(57%)和跟骨(16%),与国外报道的结果有所不同;国外研究显示,正常人足底最大压力位于第1跖骨头[6]。本研究表明,健康大学生足底平均最大峰值压力为636.7 N,足底压力分布表现为足跟内侧平均峰力值最大,其次是第2,3跖骨,足底平均峰力值较小的区域主要分布在第2~5趾和第5跖骨,且男、女分布规律一致。另外,第1跖骨、第3跖骨、第5跖骨3个区域内平均峰力值性别之间差异有统计学意义,这一结果与严励等[3]报道的男女间足底压力在第1跖骨和第1趾区域存在差异的结论基本一致。总之,国内与国外数据的不同可能与种族差异或生活习惯不同有关;国内不同学者研究数据的差异可能主要来源于测试仪器的不同、研究对象的地域差异以及实验误差等原因所致。
   
  足底各区域达峰力值的时间与压力值有一定关系,王永慧等[7]研究表明,MPP、足跟和第1~3跖骨压力与足与地面的接触时间呈负相关,足弓部位的压力与足与地面的接触时间呈正相关,其中20~29岁组足底接触时间足跟<足弓<总足趾<前足。本研究结果表明,普通大学生足底各区域达峰力值的时间左右双足之间没有明显差异,男、女生之间只有足跟外侧区达峰力值的时间存在差异。足底各区域达峰力值时间按照行走过程中足底接触地面顺序呈依次递增趋势,即达峰力值时间足跟<足弓<跖骨<脚趾,且男、女左右足的变化规律一致。
   
  Load rate是负荷变化率,表示压强的变化快慢,可解释为足底各解剖区域的负荷变化速率。变化越快,局部接受压力刺激越大,可以评价后跟的减震功能,还可以用于糖尿病足的评价,值越高越易发生溃疡。普通大学生足底各区域负荷率性别之间差异无统计学意义,男、女都表现出左足足跟负荷率大于右足足跟负荷率的现象,这可能与多数人左侧足为惯用足,日常行走或体育运动中起跳多以左侧足为主有关。
   
  冲量是指作用于物体的外力与外力作用时间的乘积,表示力在一定时间内对足底各区域连续作用所产生的积累效应。本研究表明,普通大学生行走过程中足底各区域的冲量几乎不存在性别差异(Meta1除外),行走过程中足底冲量最大的区域主要分布在第2,3跖骨和足跟内侧,冲量较小的区域主要分布在第2~5趾、足弓以及第5跖骨,且男女行走过程冲量分布规律基本一致。这一结果提示在体育运动中,当足与地面接触过程中应注意足底压力和作用时间的关系;若足所受的冲量恒定,应充分利于足弓等的减震功能,增加足与地面的接触时间,从而减小冲击力值,避免运动损伤。

  4  结论
   
  健康大学生足底压力特征与其他学者研究正常人或非糖尿病人的足底压力特征基本一致。行走过程中左右双足的平均峰力值、接触面积、冲量等参数都存在不同程度的差异,但男女左右双足的足底参数分布规律基本一致。

【参考文献】
    [1] 王兰美,郭业民,潘志国.人体足底压力分布研究与应用. 机械制造与自动化,2005,34(1):35-38.

  [2] 陈雁西,余光荣.F-Scan足底压力步态分析仪临床应用现状.国外医学:骨科分册,2005,26(3):187-189.

  [3] 严励,王永慧,杨川,等.非糖尿病人群足底压力的研究.中山大学学报:医学科学版,2006,27(2):197-200.

  [4] FERNANDO D J,MASS0N E A,VEVES A,et a1.Relationship of limited joint mobility to abnormal foot pressures and diabetic foot ulceration. Diabetes Care,1991,14(1):8-11.

  [5] 袁刚,张木勋,王中琴,等. 正常人足底压力分布及其影响因素分析. 中华物理医学与康复杂志, 2004,26(3):156-159.

  [6] ANN HL,KRISTIAAN D,DIRK DC.Pressure Distribution Patterns Under the Feet of New Walkers:The First Two Months of Independent Walking.Foot & International,2003,24(5):444-453.

  [7] 王永慧,严励,杨川,等.不同年龄健康人足底压力参数的比较.中华老年医学杂志,2005,24(10):761-762.

 【基金项目】 山东理工大学青年基金项目(项目编号:705013)


作者单位:山东理工大学体育学院,淄博 255049;华南理工大学体育学院

作者: 张庆来宋绍兴董杰 2008-5-29
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