基于Free Step系统对我国青少年竞走运动员足迹压痕特征的分析*

刘 静 司景梅

基于Free Step系统对我国青少年竞走运动员足迹压痕特征的分析*

刘 静 司景梅

（吕梁学院体育系，山西 吕梁 033000）

通过Free Step系统来分析竞走运动下肢及足迹压痕的技术特征，探讨我国优秀青少年竞走运动员潜在的下肢损伤风险，为损伤预防提供依据。

测试；竞走运动；压力中心；峰值压力

竞走是一种不同于普通步行和跑步的不寻常的人体步态，竞走运动员在运动时由于人体重心、体位的变化，腿型及行走姿势的影响，形成了轻重不同、方向有别、部位各异的压痕特征[1]。通过压痕的大小、形态以及分布关系可以分析留痕人的人身特点。目前只有少数研究检查了峰值压力、压力中心，以及时间参数，如总接触时间和到达峰值压力的时间，与大量研究人员调查正常人步行和跑步的正常运动学和动力学，人们对竞走的运动学和动力学方面的了解有限。

本研究旨在通过测试青少年足迹压痕量化数据来分析描述竞走过程中的生物力学特征[2]，并确定竞走规则是否会造成潜在的损伤风险[3]。

1.研究对象与方法

1.1 研究对象

国家田径单项奥林匹克高水平后备人才基地8名竞走学校学生。男4名，女4名；年龄15.4±2.8岁；身高160.1±14.8厘米；体重46.5±12.54kg。受试者在研究期间或之前6个月均无下肢病理病史。所有受试者均给予知情同意。

1.2 研究方法

1.2.1实验法

测试仪器：比利时Free Step测试系统（如图1）。

图1 比利时Free Step测试系统

设置：使用足底压力板（Rs-scan International，2m×0.4m×0.02m）收集足底数据[4]。在足底压板两侧连接两条rubcor轨道（5m×0.4m×0.02m），防止受试者瞄准压板调整行走方式。3台100hz数码相机（Sony9800，日本）放置在压力板边缘的左右、左前、右前约4米处用来记录下肢运动。

方案：竞走运动员在训练中分别以竞走速度和正常竞走方式走板。在测试前，受试者填写同意书，并给予足够的时间进行热身。数据分析：使用APAS（USA）软件计算运动变量，使用Rs-scan软件计算运动变量。

1.2.2数理统计法

使用Spss21.0软件对实验所得到的参数进行统计与分析。采用配对样本t检验，比较竞走与正常行走的差异。

2 结果与分析

表1 正常步行与竞走的运动参数

*表示竞走与正常步行之间差异存在显著性，P＜0.05。

2.1 正常步行和竞走时运动参数的数值变化

通过测试可以看出：8名学生竞走和正常步行的运动参数之间的差异，踝关节背屈（P=0.003）、踝关节跖屈（P=0.002）、踝关节角速度（P=0.000）、膝关节伸展（P=0.000）、髋关节内收（P=0.038）、足外翻（P=0.013）、平均水平速度（P=0.000）。且这七项数据竞走均显著高于正常步行[5]。通过以上数据说明竞走运动项目自身对于下肢技术动作的变化和技术要求非常重要。竞走技术对竞走学校学生的技术学习的重要性不言而喻，也说明了在竞走过程中较正常行走的的状态，下肢受到的损伤较大，需要重视竞走技术运动参数的数据来预防竞走学校学生下肢足底损伤的发生[6]。

图2 竞走（左、右脚）生物力学分析动态及曲线图

2.2 8名竞走学生左右脚动态测试情况

由图2可以得出：左脚的总面积（99.6±11.35cm²）小于右脚的（132.1±9.75cm²）。左足印的长度是257.6±12.34mm，而右脚的是260.24±12.74mm。左右脚之间的负荷的平均分布显示了明显的差异（平均压力：左脚=889.45±924.54gr/cm²-右脚=631.32±824.32gr/cm²)。左脚的最大压力（P.Max）为2824.24±3102.13gr/cm²，右脚为2052.32±2634.3gr/cm²。前足与后足的负荷分布，在左脚是位于生理值范围之内（前足=58%-后足=42%），同样右脚也是（前足=62%-后足=38%）。内外侧的负荷分布，在左脚外侧是46%内侧是54%，右脚外侧是52%内侧是48%。左脚在整个帧62中在地面停留时间被测试出来是621.64±742.3ms，右脚在整个帧69是689.6±876.20ms。左脚的最大负荷点是出现在帧26，然而右脚是出现在帧52。通过以上测试的数据可以得出：在竞走比赛中当足与地面接触时，强度峰值出现在脚跟第一次接触地面之后。这个强度峰值会引起下肢的图形振动。因此，当人们感到足部压力过大时，通常会调整自己的步态状态，以减小最大压力，避免自身损伤。在正常的行走中，人们可以弯曲膝盖来缓冲过度的压力。然而，国际田径官方的竞走规则规定[7]，支撑腿必须在接触期间完全伸展，这限制了竞走过程中膝关节的缓冲作用。我们通过实验研究发现，第一次接触阶段的膝角在竞走时显著大于正常走路，因此第一次接触阶段的延长膝盖高的峰值压力的主要原因为脚跟在竞走中的作用[8]。

笔者研究发现竞走中脚跟区域的峰值压力更大，脚跟峰值压力可能是造成足部伤害的一个因素。足跟撞击可能会在胫骨中段肌肉骨骼结构中产生张力，当肌肉骨骼系统过载时，可能会发生过度使用损伤，表明胫骨应力综合征是竞走运动员最常见的损伤之一[9]。脚跟区域的高峰压力是竞走规则的延长膝盖部分引起的胫骨脚损伤的潜在危险因素。外翻增加会增加下肢受伤的风险。过度外翻可能与内部反转力矩增加有关。反转肌组织试图控制运动可能会导致对足底屈肌和反转肌组织的过度偏心牵引，这些肌肉组织起源于胫骨的中部和后部区域。在我们的研究中，竞走时的外翻明显大于正常行走时的外翻[10-11]，外翻是受伤的另一个危险因素。在竞走过程中，虚拟飞行阶段是不允许的，因此运动员需要增加步长来保持较高的水平速度。我们认为脚踝外翻运动是为了补偿臀部内收，这使得竞走者能够直线行走以产生更大的步长。因此，这种外翻可能是由无飞行阶段的竞走规则间接引起的。

2.3 8名竞走学生平均cop路线图分析

图3 竞走cop示意图

测试研究数据表明，在竞走时COP的前后位移大于正常行走时。图3cop路径图显示，导致差异的是前COP点，而不是后COP点。根据查询文献资料认为，当脚离开地面时，跖屈可以使COP的前路更靠前[12]。通过我们的测试数据研究发现了同样的数据关联。根据实验测试说明，竞走时的跖屈角度与正常步行时的跖屈角度存在差异性（P=0.002）。我们假设竞走学生在竞走过程中做了更多的跖屈，从而导致了较大的前后移位。我们发现在竞走过程中COP的中外侧移位较大，髋关节内收运动参数较多。图3显示侧COP点而不是内侧COP点导致了差异。竞走时，运动员需要收臀以保持走直线，以保持较大的步长。通过此次实验数据得出，当足底首次接触地面时，越多的外侧COP路径产生更多的髋关节内收运动[13]。当COP向中外侧方向移动时，髋关节外展-内收的变化是明显的。说明竞走过程中最大的峰值压力出现在两个足跟区域下方。

3 结论

通过测试数据得出：在竞走过程中，高、中分区的峰值压力，前—后、内—外侧方向上的踝关节位移、踝关节背屈、踝关节跖屈、膝关节伸展、髋关节内收、足外翻、踝关节角速度和平均水平速度数据明显大于正常行走过程。根据研究结果显示，踝关节跖屈和髋关节内收较大，是前-后、内-外侧方向上踝关节外侧移位较大的原因。脚跟峰值压力越大，脚踝外翻越多，可能是竞走规则带来的伤害风险[14]。

[1]刘树权.足迹动力学[M].北京：中国人民公安大学，1990.

[2]Lafortune M, Cochrane A, Allison W ) Selected biomechanical parameters of race walking Excel.1989，5(3):15-17.

[3]李文霞,罗祥蓉,曹瑛,等.糖尿病周围神经病变患者足底压力与步态的变化[J].广东医学，2017(6):859-863.

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[14]Willems T.M, Delbaere K, Vanderstraeton G, De Cock A, Witvrouw E . A prospective study to gait related risk factors for exercise-related lower leg pain Gain and posture，2004，23(1): 91-98.

An Analysis of Footprint Indentation Characteristics of Chinese Young Walking Athletes based on Free Step System

LIU Jing, etal.

(Lvliang College, Lvliang 033000, Shanxi, China)

山西省教育厅高等学校哲学社会科学基金项目，编号：2020W237。

刘静（1982—），硕士，讲师，研究方向：体育教育训练学。