不同身体姿态对足底压力的影响

邹月辉，辛 帅，高 原

（.南通大学体育科学学院，江苏 南通226000；2.燕山大学体育学院，河北秦皇岛066004）

随着手机、平板电脑等智能移动终端产品的普及和无线网络的发展，日常生活的每一个缝隙，都有被数字产品“侵蚀”之势，人与人之间的自然交流显得日渐缺失。“手机依赖症”便是最为流行的病症，人们每天除了不得不睡觉的时间，其他时间基本都在低头玩手机。近年来许多国内学者研究表明低头玩手机会对颈椎产生损伤，长时间可能会引起颈椎间盘突出等疾病，同时长时间盯着屏幕会产生视觉疲劳，导致视力下降［1］。人在站立时低头玩手机身体姿态会发生变化，如头部前倾、弯腰驼背等，这些身体姿态的变化除了会对颈椎等部位产生损伤外，是否会改变足底压力的分布?

足底压力是指人在站立或行走时，在自身重力的作用下，足底在垂直方向上受到的一个地面反作用力。足底压力分布能反映下肢乃至全身的生理结构和功能等方面的信息，对足底压力的研究可揭示人体在不同状态下的足底压力特征。足底压力测试和步态分析是一项基于生物力学原理的国际先进技术，能客观评估及预测未来足部疾病和行走问题，提供科学的康复治疗手段［2］。近年来国内学者对足底压力的研究有不同身体疾病如脑瘫患 儿［3］、糖尿病［4］等，不同运动项目如羽毛球［5］、竞 走［6］等，不同人群如青少年［7］、老年人［8］等对足底压力的影响研究。但在低头族问题对足底压力影响的研究较少。本研究通过对近年来出现的低头族问题和足底压力测试技术的结合，研究长期低头站立玩手机和低头行走玩手机2种不同身体姿态对足底压力分布的影响并探讨足底压力分布的变化是否会影响下肢关节乃至全身的生理结构。

1 研究对象及方法

1.1 研究对象

通过问卷筛选的方法招募体质健康的普通学生60人(男生54人，女生6人)。招募受试者的标准：身体健康，能够独立行走，半年内无下肢损伤，所有受试者均无神经系统疾病、肌肉骨骼疾病、视觉障碍和前庭疾病，以免影响测试数据的准确性，被试均了解实验的过程和实验目的，并签署知情同意书。测试期间身体状况良好，并且都进行了4种不同姿态测试的预实验。

1.2 实验设计

1.2.1 测试要求

测试仪器为SENSOR MEDICA足底压力分布测试仪。测试前测试员预先将实验设备放置在平稳光洁的地面上，防止测力台在地面受力不均而造成测试数据不准确。在测力台两边各放一个长2m且厚度与测力台相同的软垫，做为延伸的步道，以保证受试者有足够的距离正常行走。测试人员向受试者讲解测试要求的动作和实验过程，并让其进行预先的适应性练习。因每个受试者身体结构及个人习惯存在差异，所以以受试者目视前方，双手自然下垂，双脚自然分开，双足足跟在同一水平线上为正常站立姿势；以受试者自然状态下的行走为正常行走；持手机姿势为双脚自然分开，双手持手机于腹前，低头前倾角度控制在40°。

1.2.3 测试流程

测试分为静态测试和动态测试2方面，每次测试均获取一个完整的步态周期作为有效数据。一个完整的步态周期是指在行走的过程中，从一侧脚跟着地开始到另一侧脚跟再次着地构成一个完整的步态周期。静态测试步骤：要求受试者站在压力板上呈正常站立姿势进行静态测试，测量1次并记录数据；然后要求受试者双手持手机并低头玩手机60s后，测量1次并记录数据。静态测试时如若出现身体晃动，双足出现明显移动的需要重新测试。动态测试步骤：首先要求受试者在指定的压力板步道上来回正常直立行走，测量2次并记录数据。然后让受试者双手持手机，在行走的过程中低头玩手机，测量2次并记录数据。动态测试时如若出现行走姿势僵硬，行走不自然的，以及持手机姿势不正确的需要重新测试，以保证测试数据的准确性。

足底压力分布有10个区域（如图 1）：第 1趾骨（T1）、第2-5 趾骨（T2-5）、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）、足弓（MF）、足跟内侧（MH）和足跟外侧（LH）。

图1 足底压力各区域分布图

1.2.4 数据处理

数据收集采用SENSOR MEDICA FREE STEP足底压力测试系统。数据处理采用SPSS 24.0软件包处理，对同一受试者不同身体姿态左右足底压力的差异使用配对样本T检验，各指标用X±S的方法表示，显著性差异为p<0.05，非常显著性差异为p<0.01。选取静态指标有左右脚各区域的面积、平均压强。动态指标有左右脚各区域的时空参数、冲量、负荷、最大压强以及平均压力。

2 研究结果

2.1 静止直立状态下各区域参数结果分析

2.1.1 静止直立状态下左右脚各区域面积分布参数

足底接触面积是指人在正常站立或行走时，为了支持身体的稳定，足底会有一定的区域与地面接触。由表1可知，低头玩手机的人群在静止直立和低头直立2种不同姿态下左右脚足底各个区域的分布面积发生显著变化。其中低头站立组左脚足中段面积大于正常站立组，前足及足后无明显变化。低头站立组右脚前足的面积大于正常站立组，足中段以及足后的面积都明显大于正常站立组。其他区域低头站立与正常站立时无明显差异。

表1 静止直立状态下左、右脚各区域面积分布参数（±S,N=60，cm2）

表1 静止直立状态下左、右脚各区域面积分布参数（±S,N=60，cm2）

区域左脚正常站立组 低头站立组 Sig. 正常站立组右脚低头站立组 Sig.前足足中段足后47.±13.04 22.6±12.88 36.08±2.11 49.3±14.12 24.43±13.2 37±13.96 0.093 0.03 0.162 52.5±13.85 25.2±11.06 41.1±14.83 55±14.45 27.0±11.88 45.5±15.17 0.035 0.001 0.008

表2 静止直立状态下左、右脚压强平均值参数情况（±S,N=60，KPa）

表2 静止直立状态下左、右脚压强平均值参数情况（±S,N=60，KPa）

组别 正常站立组左脚右脚305.23±42.67 313±39.02低头站立组 Sig.0.00 0.00 288±56.84 297±38.31

2.1.2 静止直立状态下左右脚压力平均值参数情况

足底压力平均值是指人在站立或行走时，在自身重力的作用下，足底在垂直方向上受到的一个地面反作用力的平均值。由表2可知，低头玩手机的人群在静止直立和低头直立2种不同姿态下左右脚足底的平均压强发生了显著变化。其中低头站立组左右脚的平均压强都明显小于正常站立组。

2.2 行走状态下时空及各区域参数结果分析

2.2.1 行走状态下时空参数情况

平均速度指行走一个步态周期与所需时间的比值，平均步长指行走时左右足跟（或趾尖）着地点间的纵向直线距离，每分钟步数指一分钟内所行走的步数，左右脚落地时间是指从一侧脚跟着地开始到另一侧脚跟再次着地所需的时间。由表3可知，低头玩手机的人群在直立行走与低头行走2种不同姿态下，行走的平均速度、平均步长、每分钟的步数以及左右脚落地的时间均发生了显著性变化。其中低头行走组行走的平均速度、平均步长、每分钟步数都明显小于正常行走组。低头行走组在行走过程中左右脚落地的时间都明显长于正常行走组。

2.2.2 行走状态下左右脚各区域压强-时间积分参数情况

压强-时间积分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。由表4可知，低头玩手机的人群在直立行走与低头行走2种不同姿态下，左右脚足底各个区域的压强—时间积分参数发生了变化。其中低头行走组的左脚足跟外侧（RF M）的压强—时间积分参数大于正常行走组，低头行走组的右脚足弓外侧（MF L）的压强—时间积分参数小于正常行走组。其他区域在低头行走时与正常行走无明显差异。

2.2.3 行走状态下左右脚各区域压强最大值参数情况

足底压强最大值是指在一定区域内所受压力与接触面积的一个最大值。由表5可知，低头玩手机的人群在正常行走与低头行走2种不同姿态下，左右脚足底各个区域的最大压强参数发生显著变化。其中低头行走组左脚的第二跖骨（MH2）和足弓外侧（MF L）的最大压强都明显小于正常行走组，左脚第三跖骨（MH3）和足弓内侧（MF M）的最大压强小于正常行走组。其他区域在低头行走时与正常行走无明显差异。

2.2.4 行走状态下左右脚各区域负荷参数情况

表3 行走状态下时空参数情况（±S,N=60）

表3 行走状态下时空参数情况（±S,N=60）

组别 正常行走组平均速度平均步长每分钟步数左脚落地时间右脚落地时间68.31±7.28 65.85±5.53 104.08±11.36 655.56±65.13 662.62±67.48 59.23±7.21 61.23±5.48 95.56±11.13 709.16±82.02 721.93±125.24低头行走组 Sig.0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

表4 行走状态下左、右脚各区域压强-时间积分参数情况（±S,N=60，N/S）

表4 行走状态下左、右脚各区域压强-时间积分参数情况（±S,N=60，N/S）

区域T1 T2-5 MH1 MH2 MH3 MH4 MH5 MF M MF L RF M RF L左脚正常行走组 低头行走组 Sig. 正常行走组80.97±24.65 17.46±12.24 69.69±25.93 69.27±17.06 75.76±20.99 63.75±20.85 45.67±20.77 6.15±5.16 35.65±21.41 70.69±26.99 63.58±27.3 75.93±31.35 21.59±28.35 74.7±31.23 67.58±17.32 80.03±18.60 66.72±22.13 44.29±18 6.52±7.11 31.25±19.73 79.99±33.45 64.05±28.16 0.162 0.244 0.231 0.484 0.093 0.326 0.609 0.689 0.106 0.049 0.891 75.57±27.68 13.48±12.02 87.79±32.55 73.38±21.8 74.51±23.11 64.99±22.91 36.03±20.33 6.52±5.25 38.47±25.46 70.37±27.19 58.72±25.19右脚85.44±31.8 15.09±12.75 84.43±29.91 76.06±23.91 82.15±22.29 64.11±20.69 35.36±17.75 6.35±5.43 37.35±24.36 75.93±33.2 62.54±27.23低头行走组 Sig.0.115 0.222 0.648 0.507 0.423 0.421 0.962 0.78 0.011 0.083 0.452

表5 行走状态下左、右脚各区域压强最大值参数情况（±S,N=60，KPa）

表5 行走状态下左、右脚各区域压强最大值参数情况（±S,N=60，KPa）

区域T1 T2-5 MH1 MH2 MH3 MH4 MH5 MF M MF L RF M RF L左脚正常行走组 低头行走组 Sig. 正常行走组1 845.67±466.29 1190.47±600.58 1 897.67±450.3 2 339.07±389.3 2 326.67±376.07 1 882.73±310.37 1 532.53±340.06 950.13±417.44 1 125.67±309.9 1 780.87±342.63 1 162.13±287.89 1 732.33±476.32 1 106.6±537.62 1 842.2±397.61 2 194.8±415.85 2 221.47±418.92 1 856.93±374.73 1 524.67±421.03 810.67±442.43 988.67±308.05 1 758±349.39 1 086±312.36 0.093 0.293 0.335 0.002 0.013 0.687 0.876 0.047 0.003 0.62 0.093 1 672.03±379.18 1 022.38±428.05 1 959.28±428.05 2 278.13±401.34 2 208.58±354.07 1 758.17±403 1 388.48±356.62 969.98±421.52 1 096.67±310.21 1 141.95±305.96 1 590.35±398.34右脚1 727.2±367.41 1051±446.54 1 881.27±358.14 2 257.33±416.48 2 279.33±416.48 1 809.13±373.04 1 367.67±407.81 896.53±370.97 1 072.27±300.37 1 077.07±270.77 1 639.07±324.23低头行走组 Sig.0.284 0.691 0.203 0.647 0.175 0.355 0.704 0.179 0.590 0.116 0.285

表6 行走状态下左、右脚各区域负荷参数情况（±S,N=60，cm2）

表6 行走状态下左、右脚各区域负荷参数情况（±S,N=60，cm2）

区域T1 T2-5 MH1 MH2 MH3 MH4 MH5 MF M MF L RF M RF L左脚正常行走组 低头行走组 Sig. 正常行走组10.15±3.14 2.42±1.32 9.41±2.92 10.36±2.22 11.73±2.83 9.81±2.54 6.71±2.22 1.85±1.37 7.69±3.63 15.86±3.6 14.61±3.92 9.18±3.51 2.83±2.84 9.61±2.89 10.03±2.45 11.8±2.59 10.11±3.07 6.56±2.23 1.76±1.44 6.34±3.71 17.44±4.81 14.34±4.22 0.029 0.28 0.688 0.407 0.125 0.511 0.662 0.697 0.018 0.024 0.642 10.5±4.34 2.28±1.68 11.29±3.38 10.67±2.01 11.07±2.61 9.76±2.66 5.37±2.61 2.01±1.26 7.8±4.03 16±4.21 13.26±3.69右脚10.05±3.19 2.19±1.52 10.78±2.81 10.89±2.48 11.92±2.85 9.58±2.29 5.06±2.03 1.88±1.2 7.35±3.48 11.54±4.59 13.76±3.63低头行走组 Sig.0.428 0.651 0.246 0.523 0.014 0.666 0.383 0.389 0.452 0.437 0.354

足底负荷是指人在正常站立或行走时，足底为了克服自身重力而承担的阻力。由表6可知，低头玩手机的人群在正常行走与低头行走2种不同姿态下，左右脚足底各个区域的负荷参数发生显著变化。其中低头行走组左脚足底的第一趾骨（T1）、足弓外侧（MF L）的负荷小于正常组，足跟内侧（RF M）的负荷大于正常行走组。其中低头行走组右脚足底第三跖骨（MH3）的负荷明显大于正常行走组。其他区域在低头行走时与正常行走无明显差异。

2.2.5 行走状态下左右脚各区域压力平均值参数情况

足底压力平均值指人在站立或行走时，在自身重力的作用下，足底各个区域内在垂直方向上所受到的地面反作用力与其接触面积的比值［9］。由表7可知，低头玩手机的人群在正常行走与低头行走2种不同姿态下，左右脚足底各个区域的压力平均值参数发生了显著变化。其中低头行走组左脚足底的第一趾骨（T1）的平均压力小于正常行走组，足弓外侧（MF L）的平均压力明显小于正常行走组。其中低头行走组右脚足底的第三跖骨（MH3）明显大于正常行走组。其他区域在低头行走时与正常行走无明显差异。

3 讨论与分析

3.1 静止姿态下低头玩手机对身体生理结构以及足底压力分布的影响分析

随着智能设备和无线网络的快速发展与普及以及人们生活的节奏加快，常常会见到人们在闲暇之余拿出手机，低头观看自己喜欢的内容，这样的行为不仅减少了人与人之间的沟通交流，而且对于自身的健康也是极为不利的。低头族是社会科技发展的一种畸形产物。有研究表明人们低头最大的角度为45°，如果低头角度超过了30°则会影响到颈椎，长期如此则会对颈椎产生损伤［1］。相关研究表明人在低头玩手机时由于姿态的改变对上肢肌群产生了显著影响，人体的右侧斜方肌、左侧斜方肌、左右颈竖脊肌的肌肉疲劳程度加剧［10］。也有研究表明人在操作手机时拇指肌肉在较小范围内操作时，疲劳发展迅速，屈伸运动比内收外展方向慢，并建议使用小触摸按钮来提升拇指的性能［11］。人在正常站立时大腿的股四头肌和小腿的腓肠肌保持收缩，以此维持身体直立不倒。有研究表明人在直立状态下低头玩手机，踝关节和膝关节的运动学没有显著变化，左腓肠肌的激活开始稍微延迟［12］。本实验在进行过程中有部分受试者的颈部、腰部以及小腿出现了酸胀的状况。因此本实验结果印证了前人的观点。从姿态控制的角度分析人体在重力作用下能够保持直立是因为身体的质量重心位置处于足部的支撑面内。在静止站立姿势下因为生理因素的影响，人的身体将会处于不稳定状态，但只要身体的重心位置一直处于足部支撑面内，人就不会发生跌倒［13］。在姿势控制的研究领域中分为内部干扰和外部干扰作用下而产生的身体控制能力，外部干扰来自周围的环境，如脚底支撑面的突然变化；内部干扰则是来自自身身体姿态变化，如弯腰低头，手臂上抬。这2种干扰都会使身体质量重心发生偏移，因此会影响到姿态的稳定性［14］。本研究受试者在直立低头玩手机的过程中，产生了内部干扰身体姿态发生了变化，如头部前倾，弯腰驼背，臀部后移。这种干扰使身体内部产生了改变身体质量重心的力，加剧了身体质量重心的不稳定状态，严重降低了身体姿态的稳定性，增加了跌倒的风险。

人类最常见的运动就是站立和行走，这种最基本的运动形式的足底压力分布可以反映下肢乃至全身的生理结构和机能的信息［15］。人在正常站立时左右脚所承受的压力是均匀的，即左右脚各区域的压力分布基本上是相同的，大多数人在静止站立时，主要以后足接触地面，且后足所承受的压力最大，足趾承受压力较小［16］。本研究发现低头站立组左脚足中段面积大于正常站立组。右脚前足、足中段以及足后的面积都大于正常组。左右脚的平均压强都明显小于正常站立组。由数据测试结果可知，与正常站立的足底压力分布相比，人在直立低头玩手机时足底压力发生了明显的变化。右足接触地面的面积明显增大反映出受试者在站立时低头玩手机身体重心向右方发生了偏移；左右脚足底的平均压强明显减小，说明人在站立时低头玩手机时身体重心前倾，导致在后足承受的压力减小，所以造成左右足底平均压强减小。本实验受试者（优势手均为右手）均以右手持手机，左手托扶手机。所以站立时低头玩手机人的身体重心会偏向了右前方即持手机手一侧。有研究表明在一个相对完整的步态周期中，为了防止足底遭受过高的足底压力而造成损伤，足在支撑相和摆动相时具有生物力学保护作用，足会尽可能地增大接触部位的受力面积去应对足底压力［17］。因此本研究的结果与前人的观点相符。

表7 行走状态下左、右脚各区域压力平均值参数情况（±S,,N=60，N）

表7 行走状态下左、右脚各区域压力平均值参数情况（±S,,N=60，N）

区域T1 T2-5 MH1 MH2 MH3 MH4 MH5 MF M MF L RF M RF L左脚正常行走组 低头行走组 Sig. 正常行走组64.27±24.69 16.01±10.48 60.46±21.09 65.54±16.72 70.66±20.6 62.05±18.01 42.69±16.07 12.63±10.53 50.86±27.07 101.2±26.8 92.83±25.46 56.39±23.03 17.19±18.81 59.78±21.99 61.69±16.34 72.64±18.91 62.29±20.71 40.05±15.16 1096±9.08 39.33±23.76 105.91±31.49 87.88±26.7 0.012 0.645 0.832 0.096 0.459 0.936 0.234 0.248 0.003 0.319 0.192 63.02±24.57 14.79±24.57 71.6±22.78 66.55±14.67 68.2±17.95 61.17±19.37 34.64±17.41 12.74±8.34 52.8±30.76 103.07±31.96 86.6±28.63右脚61.9±19.66 13.13±8.63 66.84±18.83 67.83±18.79 74.22±20.6 60.03±18.71 31.79±14.39 11.87±8.37 47.11±26.59 103.29±33.61 85.49±25.34低头行走组 Sig.0.708 0.376 0.083 0.577 0.007 0.681 0.209 0.386 0.196 0.962 0.749

3.2 动态姿势下低头玩手机对身体生理结构以及足底压力分布的影响分析

人在行走和跑步等活动过程中，在一个步态周期内的部分时间，只有一只足着地承担着身体的全部重力和维持身体稳定性，双足协作起到推动身体前行并维持身体平衡的作用［18］。异常的行走姿势会对感觉系统产生影响，感觉系统分为视觉、前庭觉和本体感觉，感觉系统可以感觉外部环境的变化并转输至中枢神经处理。有研究表明反应时间可以表示中枢神经系统的处理速度，随着年龄的增长中枢神经系统会发生一些变化，而这些变化会导致中枢神经系统处理外界改变的时间变长［19］。当在行走时低头玩手机，人的注意力主要集中在手机上，对外界的感知能力减弱，神经中枢处理突发事故的反应时间变长，所以当人在行走时低头玩手机应对突发事件的能力减弱，更易发生事故。本研究发现长期低头玩手机的人群在直立行走与低头行走2种不同姿态下，行走的平均速度、平均步长、每分钟的步数以及左右脚落地的时间均发生了显著性变化。其中低头行走组行走的平均速度、平均步长、每分钟步数都明显小于正常组。低头行走组在行走过程中左右脚落地的时间都长于正常组。这表明人在低头行走时玩手机不能充分观察前方路况，身体重心不稳。为了增加行走的稳定性，会本能的减慢行走的速度、步长。双手操作手机行走注意力不集中，会增加整足接触地面阶段时间。有研究发现青年人与中年人足底各部位压强排列顺序比较稳定,反映出足部生理结构的相对稳定性。中年组除五跖外各部位的压强呈现明显下降趋势,而足底各部位与地面的接触时间、接触面积呈现明显增加趋势,反映出中年人五跖利用率提高,而运动机能逐渐退化，行走速度变慢,足部控制与身体平衡能力降低［20］。

异常的行走姿势会对姿势控制产生影响，姿势控制是人体各个器官之间相互配合维持身体的重心在重心支撑面之内；姿势控制所需参与的肌肉需要整合本体感觉、前庭觉、视觉等多种感受器的传入神经，然后经过大脑有意识或无意识的加工信息，从而完成肌肉活动［21］。当人在行走时低头玩手机身体的内部干扰加大，身体重心在重心支撑面内晃动加大，不稳定状态加剧，因此更易发生跌倒。本研究发现，长期低头玩手机的人群在正常行走与低头行走2种不同姿态下，左右脚足底各个区域的平均压力和压力最大值参数发生显著变化。其中低头行走组右脚足底的第三跖骨 （MH3）大于正常行走组，左脚足底的第一趾骨（T1）与足弓外侧（MF L）的平均压力明显小于正常行走组，右脚足底第三跖骨（MH3）的平均压力明显大于正常行走组。这表明行走时低头玩手机由于姿态的改变，头部前倾，臀部后移，造成身体的重心的前移。有研究表明青年人正常行走左右足跟区压强高度相关,其次是第三、四跖区,第二跖区,第五跖区,拇趾区和第一跖区［22］。从临床研究可知，异常的步态可能会引起参与走路和运动控制的中枢神经系统，由此产生的损伤可以使足部相关的肌肉力量下降、肌肉协调能力、平衡能力、感觉能力下降会影响行走耐力等更容易产生跌倒以及下肢关节的损伤［23］。

4 结论与建议

由研究结果可以得出，异常姿势的行走和站立感觉系统对周围环境的观察能力下降，神经中枢处理突发时间的速度减慢，身体质量重心在质量支撑面的晃动加剧，身体维持平衡所需的肌肉活动增多，肌肉代偿增加更易产生疲劳，在面对突发事故时更易产生跌倒。站立时低头玩手机足底压力发生了变化，主要表现在右脚前足、足中段以及足后面积明显增大，这反应出站立时低头玩手机身体重心偏向了右前方，导致右侧下肢支撑身体的接触面增大。在行走时低头玩手机受试者步态特征以及足底部分区域发生了显著变化，主要表现在右脚第三跖骨的平均面积和最大压力，足跟内侧的负荷都明显增大。这反映出在行走时低头玩手机，右脚支撑身体的负荷增大，右侧下肢肌肉的代偿增加，长此以往右侧下肢更易产生疲劳乃至损伤。

鉴于异常姿态的站立和行走会使身体机能减弱以及改变足底压力的分布，因此建议人们应提高对于正确身体姿态的认识，在日常生活中应注意保持正确的身体姿态，增强对于身体健康的保护意识；适当提高腿部力量，增强下肢关节的稳定性；在站立或行走时不应长时间低头玩手机，应尽量集中注意力，双手跟随身体自然摆动，抬头目视前方观察行走的路况，保持正确的行走姿态，以提高行走的稳定性。