排球运动员步态支撑期的足底压力特征

苍 海，李翰君，高维纬

(北京体育大学，北京 100084)

排球运动员步态支撑期的足底压力特征

苍 海，李翰君，高维纬

(北京体育大学，北京 100084)

通过测试得到排球运动员步态中足底压力的主要特征，并比较膝关节损伤运动员与无膝关节损伤运动员的足底压力特征，尝试分析膝关节损伤对足底压力产生的变化，为排球运动员正常步态数据提供可信的参考标准。选取北京体育大学竞技体育学院排球专项学生共48人(26男、22女)作为研究对象。运用FOOTSCAN足底压力分布测量系统和QUALISYS－MCU500红外运动测试系统的6个摄像头采集足底压力及步态基本运动学参数，测量被试者赤足状态下的步态。要求被试者以自己正常的步速行走，左右脚分别测试3次。将足部分为10个解剖分区:第L趾骨(T1)、第2－5趾骨(T2－T5)、第1跖骨(M1)、第2跖骨(M2)、第3跖骨(M3)、第4跖骨(M4)、第5跖骨(M5)、足中部(MF)、足跟内侧(HM)和足跟外侧(HL)。选取各个分区的接触开始时刻、接触结束时刻、最大压强时刻、接触时间作为时间指标。根据足底压力数据，男女排球运动员在步态支撑时期不同阶段的比例分别为:着地阶段(6.2%男，6.4%女)、前足接触阶段(5.5%男，6.6%女)、整足接触阶段(43.44%男，40.4%女)、离地阶段(42.9%男，46.5%女)。膝关节损伤运动员受伤腿足中部足底压强峰值明显低于未受伤腿。

排球运动员;足底压力;步态;支撑期;膝关节损伤

很多研究得到了普通人群体、老年群体、肥胖群体、糖尿病群体、脑力劳动者以及体力劳动者的步态足底压力特征［1－5］，但并没有专门针对排球运动员群体的研究。排球是世界上最受欢迎的运动之一，世界上的排球人口仅次于足球人口位列第二。所以本研究的目的是得到排球运动员步态足底压力特征;男女排球运动员步态的足底压力是否有差异;以及排球运动专项训练是否对运动员的步态产生了影响。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取北京体育大学竞技体育学院排球专项学生共48人(26男、22女)作为研究对象。使用问卷对受试者进行临床筛查，同时使用红外高速运动捕捉系统采集研究对象的步态基本运动学数据。研究对象基本信息以及基本运动学步态参数如表1所示。

表1 被试者基本信息

1.2 测试仪器

使用比利时Rscan公司生产的Footscan平板式足底压力分布测试系统，板长1m，采集频率为500Hz，传感器密度为4个/cm2，测试范围为0.25～125N/cm2。运动学数据使用瑞典Qualisys－MCU500红外运动测试系统的6个摄像头进行采集，数据采集频率100Hz。

1.3 测试过程

运用Footscan足底压力分布测量系统，测量被试者赤足状态下的步态。要求被试者以自己正常的步速行走，左右脚分别测试3次。

1.4 数理统计法

采用软件Footscan 7.0，分析过程将足底分为10个基于解剖学的分区:第l趾骨(T1)、第2－5趾骨(T2－T5)、第1跖骨(M1)、第2跖骨(M2)、第3跖骨(M3)、第4跖骨(M4)、第5跖骨(M5)、足中部(MF)、足跟内侧(HM)和足跟外侧(HL)。分区划分如图1所示。数据统计分析使用SPSS软件完成，男女排球运动员组间数据采用独立样本t检验比较，同组优势腿、非优势腿足底压力参数数据采用配对t检验比较。

图1 足底压力分区

足底压强值对足底疾病和损伤都会产生影响。足底压强是足底单位面积所承受的地面反作用力，最大足底压强(Pmax)则是特定区域内所受地面反作用力最大的部位内单位面积的作用力值。在足底局部某一位置承受过大压强时，会产生过度使用对足底的伤害;最大足底压强往往和前足病变有极高的相关性。

2 结果与分析

2.1 步态支撑期时相分析

人行走时的步态周期分为两个阶段:支撑时期和摆动时期。根据足着地瞬间(initial foot contact，IFC)、跖骨着地瞬间(initial metatarsal contact，IMC)、趾骨着地瞬间(initial forefoot flat contact，IFFC)、足跟离地瞬间(heel off，HO)、趾骨离地瞬间(last foot contact，LFC)5个关键时刻，支撑时期可以分为开始着地阶段(initial contact phase，ICP)、前足接触阶段(forefoot contact phase，FFCP)、整足接触阶段(foot flat phase，FFP)、离地阶段(forefoot push off phase，FFPOP)，如图2所示。

图2 步态支撑期的时间划分

由图3可以看到，女子排球运动员整个步态周期中支撑期所占比例最大的是离地阶段，其次是整足接触阶段，优势腿的着地阶段长于前足接触阶段，非优势腿则恰好相反。男子排球运动员整个步态周期中支撑期所占比例最大的是整足接触阶段，其次是离地阶段、着地阶段和前足接触阶段，优势与非优势腿趋势一致。上述数据虽无统计学差异，但可以看出男子排球运动员步态周期中整足接触时间比女子运动员更长，离地时间更短。同时，优势腿的整足接触时间也要长于非优势腿，并且女子非优势腿着地阶段比例小于前足接触阶段。

图3 排球运动员步态支撑期时相划分

Blanc等人的研究表明，普通人群的步态支撑期时相划分为:开始着地阶段8.8%、前足接触阶段29.1%、整足接触阶段25.3%、离地阶段36%［4］。而本研究得到的排球运动员的步态支撑期划分为:开始着地阶段6.3%、前足接触阶段6.1%、整足接触阶段42.9%、离地阶段44.7%。可以看到排球运动员与普通人群有着巨大差异。排球运动员足跟离地比普通人群更早:排球运动员在支撑期的55.3%时刻离地，而普通人群在步态支撑期的65%时刻离地。并且排球运动员前足接触阶段要短很多仅6.1%，说明体重迅速从足外侧转移到了足内侧。

图中ICP表示开始着地阶段，FFCP表示前足接触阶段，FFP表示整足接触阶段，FFPOP表示离地阶段(Cock等，2004)［6］。

2.2 足底各分区压强峰值

足底压强是足底单位面积上所承受的地面反作用力，足底峰值压强是特定区域内所受地面反作用力最大的部位单位面积的作用力值。

从表2可知，排球运动员足底各分区最大压强峰值在第1、2、3跖骨以及足跟部，且男女运动员趋势一致。同时，排球运动员无论男女，优势腿与非优势腿之间足底各分区压强峰值并无显著差异。男子排球运动员非优势腿第1趾骨、第1跖骨及足跟内侧足底压强峰值明显高于女子排球运动员(P＜0.05)。男女之间优势腿足底各分区压强峰值无显著性差异。

表2 排球运动员足底各分区压强峰值表

2.3 足底各分区冲量

冲量表示力在一定时间内对足底区域连续作用所产生的积累效应。足底各分区冲量由足底压力和接触时间两个因素决定。冲量可以表示疲劳的积累，对了解足部易损伤部位具有重要意义［7］。

表3 排球运动员足底各分区冲量表

由表3可以看到，足底最大冲量在足跟区，其次是第一、二跖骨和大脚趾区，男女运动员的趋势基本一致。男女运动员优势与非优势腿之间各足底分区冲量均无显著性差异。

男运动员优势腿第1、2～5趾骨，第1～4跖骨，以及足跟内外侧足底冲量均明显高于女运动员优势腿(P＜0.05)。但男运动员非优势腿与女运动员非优势腿比较，仅第1趾骨，第1、2跖骨以及足跟内外侧足底冲量明显高于女运动员(P＜0.05)。

2.4 横弓塌陷

足横弓与内外侧纵弓在足部形成一个力学性能非常合理的拱形弹力结构系统，保护足底的神经和血管免受压迫，使足底应力均匀分布，从而吸收震荡、保护大脑和内脏免受损伤。足横弓的完整和稳定对足部功能的实现至关重要，足横弓塌陷以至不能提供相应的缓冲支持，可能是许多足部病症发生的直接原因［8］。

正常足横弓主要由第一、第五跖骨承重，而横弓塌陷足主要由第二、第三跖骨承重，如图4所示。本研究使用下面的公式表示横弓塌陷的程度:

其中 M1、M2、M3、M4、M5 各表示第 1、2、3、4、5 跖骨的压强。公式的分子表示第2、3跖骨的压强和与第1、4、5跖骨的压强和的差，然后使用所有跖骨的压强和来标准化。当q＞0时，表示前足部的压力主要由第2、3跖骨承担，足横弓塌陷;当q＜0时，表示前足的压力由第1、4、5跖骨承担，为理想的足横弓。

图5 横弓塌陷示意图

正常足横弓主要由第一、第五跖骨承重，而横弓塌陷足主要由第二、第三跖骨承重。

本研究中，男子排球运动员有横弓塌陷的占76.9%，女性排球运动员有横弓塌陷的占72.7%，男女总体横弓塌陷为75%。

2.5 膝关节损伤排球运动员足底压力的特点

虽然排球运动属于隔网的非对抗性项目，但排球运动员与其他项目运动员一样承受着各种伤病的困扰。通过美国大学生运动联盟(NCAA)损伤监控系统(ISS)从1988—1989赛季开始搜集的损伤数据显示，膝关节损伤是大学生女子排球(室内)运动中最常见的损伤之一，位于各种常见损伤发生率的第二位。同时，各种流行病学调查显示，“跳跃膝”即髌腱末端病是引发排球运动员膝关节疼痛的主要原因。伴随膝关节各种损伤的发生，运动员的步态会相应发生变化，将排球运动员有伤腿与未伤腿的步态支撑分期、足底各分区压强峰值以及足底各分区冲量等数据进行比较，探讨膝关节损伤与足底压力之间的关系，对于观察、探讨排球运动员膝关节损伤的机制，预防排球运动员膝关节损伤的发生会有一定的借鉴意义。

受试者均为男子排球运动员。根据受试者主诉以及测试前临床检查，膝关节损伤情况见表4:

表4 男子排球运动员膝关节损伤情况表

通过比较膝关节损伤和无损伤排球运动员足底压力各指标发现，损伤运动员与无损伤运动员在步态支撑相以及足底各分区冲量上并无显著性差异，但非优势腿的受伤腿的足中部足底压强峰值明显低于未受伤腿(P＜0.05)，其他分区无显著性差异(表5)。

表5 膝关节损伤排球运动员足底各分区压强峰值比较

3 小结

本研究得到了排球运动员步态支撑期步态的足底压力特征，可以用来辅助区分排球运动员与普通人的步态足底压力特征。排球运动员足跟离地比普通人群更早;前足接触阶段要短很多，说明体重迅速从足外侧转移到了足内侧。

在普通人群中，步态一般是左右对称的。在本研究中运动员优势腿和非优势腿在足底压力也没有发现具有统计学意义的差异。说明排球运动专项化训练并没有造成运动员下肢明显的左右不平衡。所以可以忽略排球运动员步态中下肢的对称问题。

本研究还找到了男女排球运动员在足底压力中的一些差异，但总体上男女运动员足底压力趋势一致。

本研究发现排球运动员中出现横弓塌陷的概率很大，男运动员为76.9%，女运动员为72.7%。足横弓塌陷从而不能提供相应的缓冲支持会产生许多足、踝病症。

同时，本研究发现膝关节损伤对于男子排球运动员优势腿足底压力并无明显影响，但对于非优势腿足中部足底压强峰值明显减小。

［1］李艳霞，刘 颖，韩 涛，等.肥胖青年平地自然行走时足底压力分析与步态特征［J］.中国组织工程研究与临床康复，2008，12(15):2870－2874.

［2］张庆来，刘学贞，陈丰才，等.脑力、体力劳动者足底压力参数分布特征及评定［J］.体育学刊，2008，15(11):100 －105.

［3］霍洪峰，吴艳霞，付丽敏，等.女青年异常步态行走时的足底压力特征［J］.中国康复医学杂志，2009(9):841 －843.

［4］Blanc Y，Balmer C，Landis T，et al.Temporal parameters and patterns of the foot roll over during walking:normative data for healthy adults［J］.Gait Posture，1999，10(2):97 －108.

［5］高军艳，李树屏.糖尿病患者足底压力研究进展［J］.中国康复医学杂志，2009(9):861－864.

［6］De Cock A，De Clercq D，Willems T，et al.Temporal characteristics of foot roll-over during barefoot jogging:reference data for young adults［J］.Gait Posture，2005，21(4):432 －439.

［7］叶 松.大学生慢跑时足底压力的动态分布特征［J］.中国组织工程研究与临床康复，2009，13(46):9109－9112.

［8］李 兵，俞光荣.足横弓的维持及生物力学［J］.医用生物力学，2009(2):152－156.

Gait Plantar Pressure Characteristics of Volleyball Players During the Stance Phase

CANG Hai，LIHanjun，GAOWeiwei(Beijing Sport University，Beijing 100084，China)

The purpose of this study was to establish a representative reference data set for gait plantar pressure characteristics of volleyball players，and to compare this reference data with existing gait data of normal people.These findings provide a reliable reference data for volleyball players.The subjects were 48 volleyball players(26 male，22 female)from Beijing Sport University.The subjects walked with barefoot on Foots can pressure platform.Foot was divided into 10 anatomy partitions:lateral and medial heel，metatarsal heads I to V，middle foot，hallux I and Hallux 2 to 5.Base on the plantar pressure data，the stance phase during gait was divided into 4 distinct phase，according to functional foot movement:initial contact phase(6.2%male，6.4%female)，forefoot contact phase(5.5%male，6.6%female)，foot flat phase(43.4%male，30.4%female)and forefoot push off phase(42.9%male，46.5%female).

volleyball players;plantar pressure;gait;stance phase;knee injury

G804.6

A

1004－0560(2012)01－0084－04

2011-09-12;

2011-10-24

苍 海(1972－)，男，副教授，主要研究方向为体育人文社会学。

高维纬(1954－)，男，教授，主要研究方向为运动训练的监督调控与运动损伤流行病学。

责任编辑:乔艳春

◂体育教育训练学