我国青年田径运动员不同载荷下足部三维特征的研究

朱晓兰　杨　辉

（北京体育大学，北京 100084）

摘 要：采用无接触式激光三维足型扫描仪对97名足部无疾病和损伤史的田径运动员进行足部扫描，获取受试者在0体重负重（简称0BW）、单足站立1/2体重负重（简称1/2BW）、单足站立全部体重负重（简称1BW）和单足站立全部体重加20 kg负重（简称1BW+20 kg）四个不同载荷情况下的足部外形特征及变化。研究认为不同载荷压力对足部外形变化有一定影响；我国青年田径运动员的足长、足宽、内踝高、外踝高、内侧纵弓高等指标容易因载荷的不同而产生明显变化；我国青年田径运动员的足面长、足跟宽、跖趾斜宽角、自然前翘角等指标不易受到载荷变化的影响；我国青年田径运动员的内侧纵弓长、外侧纵弓长、第一跖趾高、足背高、拇趾偏角、足跟面积等指标在一定载荷范围内变化明显，但超过承重范围则不再因载荷增大而变化。

关键词：青年田径运动员；足部外形；不同载荷；特征指标

中图分类号：G804.63文献标识码：A文章编号：1007-3612(2008)12-1649-03

A Study of Chinese Junior Athletes' Foot 3睤imension Features under Different Loads

ZHU Xiao瞝an, YANG Hui

（Beijing Sport University, Beijing 100084, China）

Abstract:A non瞔ontacted foot 3睤 laser scanner is used to obtained foot shape

data and their changes under four increasing loads of 97 athletes without disease and injury history in their feet: non瞓ody weight load (0BW), semi瞓ody weight on one foot (1/2BW), full瞓ody weight (1BW) and full瞱eight瞤lus20kg (1BW=20kg).Firstly, different weight loads have influence on junior athletes' foot shapes. Secondly, sensitive and non瞫ensitive indexes are discovered. Chinese junior athletes'

length, width of foot, internal ankle height, external ankle height, and internal arch height varied significantly with load increasing, while their length of instep, width of heel, toe angle and natural declining angle have no difference identified under different loads. While for some indexes, such as length of internal arch, length of external arch, height of first metatarsophalangeal articulations, height of instep, deviation angle of thumb toe, and area of heel, there are apparent changes in a certain range of load, but no change beyond that range.

Key words: junior athletes; foot shape; different weight loads; characteristic indexes

足，作为人体静态平衡及动态运动的重要支持条件，其外形受到种族、地区、遗传、生活方式等因素影响而各异，相对于个体来讲，在人体支撑、平衡与运动中，由于受到身体负重、站立姿势、运动任务和习惯、运动方法和强度、以及鞋等诸多因素的影响，足部形态也会随之发生改变。结合足扫描技术，对不同专项运动员的足型进行规律性研究，根据不同专项运动员的足型特点进行个性化运动鞋设计将会成为一项重要的研究内容，在临床生物力学、人类功效学和运动生物力学等领域拓展新的应用前景和研究方向。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象 随机选取97名（31名女性，66名男性）无足部损伤史的田径运动员作为测试对象。受试田径运动员平均年龄19.8岁，从事专项训练时间平均4.2 a，训练成绩均达到国家二级以上，其中包括62名跑走项目运动员、17名跳跃项目运动员和18名投掷运动员。

1.2 研究方法

1.2.1 测试仪器 研究使用由昆山多威体育用品有限公司出资，清华大学研制的国内首台QD-1无接触式激光三维足型扫描仪进行田径运动员足部外形指标的测量。

1.2.2 测试指标

假设：足平踏于地面时，以足跟跟结节点为原点，从跟结节到第二趾尖点的方向作为Y轴正方向，以地面为XOY平面，以垂直地面向上的方向为Z轴正方向，建立右手坐标系，定义六项共18个指标：

1) 长度指标：足长、足面长、内侧纵弓长、外侧纵弓长

2) 宽度指标：足宽、足跟宽

3) 高度指标：足背高、第一跖趾高、内踝高、外踝高、内侧纵弓高

4) 围度指标：足围、足跟围、踝上围

5) 角度指标：跖趾斜宽角度、拇趾偏角度、自然前翘角

6) 面积指标：足跟面积

1.2.3 测试过程 测试时，受试者将单足放置在足型测试仪上，保证足部的直立状态，分别在不同载荷负重的情况下，测试足型。为保证受试者不同载荷状态，特设压力显示表在仪器上方，当仪器压力数据显示为规定载荷时，开始测试。

投稿日期：2008-06-06

投稿日期：省部级一般项目/教育部教学研究项目（2008）。

作者简介：朱晓兰，讲师，博士，研究方向运动生物力学。

每个受试者需要完成0体重负重（简称0BW）、单足站立1/2体重负重（简称1/2BW）、单足站立全部体重负重（简称1BW）和单足站立全部体重加20 kg负重（简称1BW+20 kg）四种载荷情况下，分左、右足，共8次测试。

测试仪器的y轴、z轴方向距离较长，受试者可以很轻松的将全足及踝部置于测试板的中央区域，保证受试者全足及踝部接受扫描测试。

1.2.4 数据处理 对测量所得的数据，运用spss13.0统计软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同载荷静态负重下青年田径运动员足部外形指标分布情况分析 对在不同载荷下获得的田径运动员足部外形长度数据进行柯尔莫哥洛夫-斯米诺夫检验（One-Somple Kolmogorov-Smirnov Test拟合优度型检验），发现除第一跖趾高指标、内侧纵弓高指标、跖趾斜宽、自然前翘角指标在不同载荷情况下不服从正态分布外，其他各长度指标、宽度指标、围度指标、面积指标等数据在不同载荷压力下均趋于正态分布（Sig.>α（=0.05））。

2.2 不同载荷静态负重下青年田径运动员足部外形长度指标分析 通过对不同载荷下长度指标进行比较分析及差异性分析发现，不同载荷负重对足部外形长度指标有一定影响。由于足底韧带的牵拉与张弛，使得足弓在不同承重下长度发生变化，从而引起足长指标的变化。载荷增加，足弓承受重力下沉，足长变长，明显大于无负重情况下的足长。足在0BW（如摆动阶段）时与1/2BW、1BW（如支撑阶段）时足长指标间有明显差异，足长指标随载荷增大而增大。但是当载荷量达到一定程度（>1BW）时，足长指标并未随着载荷的继续增大而有明显变化。分析原因，可能有两种：一是当足在1BW（如单足支撑阶段）情况下的足长改变已经达到极限，再加20 kg负重对足长也无影响，所以足长指标间无显著性差异；二是1BW+20 kg载荷量不足以对在1BW情况下的足长指标做进一步改变，因此足长指标间无显著性差异。

此外，一定量的载荷负重（>1BW）能够引起内侧纵弓长、外侧纵弓长指标的明显变化。内侧纵弓长指标的变化部分反映了内侧纵弓的变化情况，外侧纵弓长指标的变化部分反映了外侧纵弓的变化情况，一定量的载荷负重（>1BW） 下的内侧纵弓长、外侧纵弓长明显大于无负重情况下的内侧纵弓长、外侧纵弓长，但当载荷量达到一定程度（>1/2BW）后，随着载荷的增大，内侧纵弓长、外侧纵弓长则无明显变化。但不同载荷负重对足面长指标变化无影响。

2.3 不同载荷静态负重下青年田径运动员足部外形宽度指标分析 足宽指标的变化主要体现足横弓在负重情况下的变化特点。本研究发现，不同负重对足宽的变化影响较大，随着压力的增大，足横弓高度降低，足宽变宽。进一步说明足横弓对负重的变化较为敏感，容易因载荷的增大而增宽。但是，不同载荷负重对足跟宽指标变化影响较小。足跟宽指标的变化主要体现足跟脂肪垫在负重情况下的变化。在由0BW到1/2BW的过程中，足跟宽变化较为明显，说明足跟脂肪垫在开始承重时相比较无负重情况下有显著变化，之后，随着载荷的增大，足跟宽无明显变化，说明继续加大载荷对足跟宽无明显影响。因此，考虑在制鞋时跖趾部位宽度的弹性要比足跟部的弹性更大些才舒服。

2.4 不同载荷静态负重下青年田径运动员足部外形高度指标分析 由分析可以看出，不同载荷负重对足部外形高度指标有一定影响。内踝高、外踝高、内侧纵弓高指标容易因不同载荷负重而产生变化。内踝高指标的变化部分反映了内侧纵弓高度的变化情况，外踝高指标则反映外侧纵弓高度的变化情况，此二项指标与内侧纵弓高共同反映了足纵弓的高度变化。此三项高度指标都随着载荷的变化而一致变化，即，载荷增大，高度降低，且不同载荷下的高度有显著性差异。说明不同负重对内踝高、外踝高、内侧纵弓高的变化影响较大，随着压力的增大，足弓高度降低。此外，内踝高、外踝高这二项指标个体差异较大，这一特点在设计制作鞋帮高度及内垫时建议着重考虑。不过，载荷的增加对一定载荷负重（>1/2BW）情况下的第一跖趾高、足背高指标无明显影响。与0BW情况下的第一跖趾高和足背高相比，附加载荷会对此二项指标产生显著的影响，但当载荷进一步增加，达到一定程度（>1/2BW）后，却不会造成此二项指标的继续明显改变。

2.5 不同载荷静态负重下青年田径运动员足部外形围度指标分析 因载荷的不同，使得承重的足内部骨骼结构发生一定相对的位置变化，导致足部外形围度指标的改变。由研究分析可以看出，不同载荷负重对左、右足围度指标影响不同。不同的载荷承重对左足的足围、踝上围产生较大影响，但对右足的足围、踝上围无明显影响。同时，不同载荷承重对左足足跟围无明显影响，却对右足足跟围指标有一定影响，一定载荷承重下的足跟围与0BW下的足跟围间存在显著性差异。究其原因，可能与田径运动员优势足的存在有关。

2.6 不同载荷静态负重下青年田径运动员足部外形角度指标分析 一定载荷负重能够引起拇趾偏角指标的变化。与0BW情况下的拇趾偏角相比，载荷的增加对拇趾偏角指标的影响比较明显，但当载荷已达到一定程度（>1/2BW）以后，载荷的继续增加对拇趾偏角指标的改变无明显影响。但是，不同载荷负重对跖趾斜宽角、自然前翘角指标无明显影响。

2.7 不同载荷静态负重下青年田径运动员足部外形面积指标分析 一定载荷负重能够引起足跟面积指标的变化。与0BW情况下的足跟面积相比，载荷的增加对足跟面积指标的影响比较明显，但当载荷已达到一定程度（>1/2BW）后，载荷的继续增加对足跟面积指标的改变无明显影响。说明足底受力时先由足跟脂肪垫缓冲，当载荷继续增加时足跟脂肪垫不再有明显变化，此时，由鞋垫材料进行继续缓冲，此特点可在制作鞋垫时着重考虑。

3 结论与建议

3.1 结论

1) 不同载荷压力对足部外形变化有一定影响。

2) 我国青年田径运动员的足长、足宽、内踝高、外踝高、内侧纵弓高等指标容易因载荷的不同而产生明显变化。

3) 我国青年田径运动员的足面长、足跟宽、跖趾斜宽角、自然前翘角等指标不易受到载荷变化的影响。

4) 我国青年田径运动员的内侧纵弓长、外侧纵弓长、第一跖趾高、足背高、拇趾偏角、足跟面积等指标在一定载荷范围内变化明显，但超过承重范围则不再因载荷增大而变化。

3.2 建议

1) 进一步对青年田径运动员分不同专项进行大样本量的足部外形测试，建立青年田径运动员足形指标数据库。

2) 利用青年田径运动员足部外形的在不同载荷下的变化规律，通过指标间的相互关系来说明和解释青年田径运动员足部外形的结构、影响因素和作用大小。

3) 通过实验条件的控制，加大载荷的负重，进一步研究青年田径运动员足部外形特点，进一步做特征指标相对值规律的研究。

4) 通过把指标的测量值和制鞋业的某种标准进行比较，从而对运动鞋的制作进行标准评定，也可为青年田径运动员的选材提供依据。

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