足底压力测试系统在运动员选材与训练中的应用

张高阳 张永刚 王伟伟

(重庆移通学院 重庆 401520)

运动员选材是根据一定标准和测量评价手段选拔适合从事某类运动项目训练的专门人才的过程［1］。随着运动训练与体育科学研究之间的联系越来越紧密，先进的实验仪器设备在运动员的训练中广泛应用，足底压力系统作为运动生物力学研究领域中的工具，通过测量不同人群自然行走状态下的步态，能够直接获得一个完整步态周期的足底压力特征，进而更能细致、准确地从生物力学角度来解析步态特征，进一步为运动训练提供坚实的理论基础和实践指导。

该文从生物力学的角度出发，通过对网球运动员、右足严重”外八字”脚型大学生和正常脚型大学生在自然行走状态下足底压力分布特征进行对比，分析比较三组实验者足轴角、足底压强峰值、足底冲量峰值、足底支撑时相、足弓指数指标特征，进而为运动员的选材和运动训练提供理论依据。

1 研究对象与方法

1.1 实验对象

实验对象为8 名西安体育学院网球专业二级及以上运动员以及右足具有严重外八字脚型和正常足型的在校非体育专业男生各8 名。选择受试对象时，要求其在半年内没有运动损伤，尤其是下肢和足部，无足部骨折史，且24h内没有剧烈运动［2］。

1.2 研究方法

该研究采用比利时生产的FreeStep 足底压力测试系统（采样频率高达500Hz，厚度1mm，测量范围1～100N/cm2）对实验对象进行测试。在实验测试前，打开足底压力测试软件，设置相关的系统参数，该测试所设置的采集频率为100Hz；测试者必须光脚进行测试，以正常的行走步态自然行走，各测试3次。使用该测试系统自带的freeStep scientific7.97软件对测试数据完成保存、分析和提取。该系统将足底分为11个区域：第1趾骨、第2～5 趾骨、第1 跖骨、第2 跖骨、第3 跖骨、第4 跖骨、第5跖骨、足弓内侧、足弓外侧、足跟内侧、足跟外侧。

2 统计学分析

所有数据采用SPSS 17.0 统计软件进行，对所有整理过的数据用平均值±标准差来表示。各参数比较采用单因素方差分析，P＜0.05 表示具有显著性差异，P＜0.01表示具有非常显著性差异。

3 实验结果

3.1 足轴角

通过试验及统计分析获得网球运动员、右足严重“外八字”脚型大学生和正常脚型大学生足轴脚数据，如表1所示。

由表1 可以得出，网球运动员右脚足轴角与外八字脚学生相比具有非常显著性差异；外八字脚学生右足足轴角与正常学生相比具有显著性差异；左、右足足轴角的大小均为网球运动员＜正常学生＜外八字脚学生。

表1 实验对象足轴角比较（°）

3.2 足弓指数

通过试验及统计分析获得网球运动员、右足“外八字”脚型学生和正常脚型学生足弓指数数据，如表2所示。

由表2可以得出，网球运动员左、右脚足弓指数与外八字脚学生相比均具有显著性差异，且左脚具有非常显著性差异；左、右脚足弓指数的大小均为网球运动员＜普通学生＜外八字脚学生。

表2 实验对象足弓指数比较

3.3 足底各区域压强峰值分布

通过试验及统计分析获得网球运动员、右足“外八字”脚型学生和正常脚型学生足底各区压强峰值数据，如表3所示。

由表3 可以得出，网球运动员左脚与外八字脚相比，在第2～5 趾骨、第3、4 跖骨区域足底压强峰值具有非常显著性的差异。右脚在第3 跖骨、足跟内外侧区域均具有非常显著性的差异。网球运动员左脚与正常学生相比，在第2～5 趾骨、第4 跖骨区域足底压强峰值具有显著性差异，在第3 跖骨区域具有非常差异。右脚在第3 跖骨，足跟内外侧区域足底压强峰值均具有非常显著性差异。

表3 实验者足底各区域压强峰值分布（N/cm2）

3.4 足底各区域冲量峰值分布

通过试验及统计分析，获得网球运动员、右足“外八字”脚型学生和正常脚型学生足底各区域冲量峰值数据，如表4 所示。网球运动员左脚与外八字脚学生相比，在第2跖骨、足跟内侧区域足底冲量峰值具有非常显著差异；右脚在1、2 跖骨区域冲量峰值具有非常显著性的差异，在第1 趾骨区域具有显著差异。网球运动员左脚与正常学生相比，在第1 趾骨区域足底冲量峰值具有显著性差异，在第1、2 跖骨区域具有非常显著性的差异；右脚在第1 趾骨区域足底冲量峰值具有非常显著性差异。

表4 实验者足底各区域冲量峰值分布(N·S)

3.5 足底支撑时相

通过试验及统计分析获得网球运动员、右足“外八字”脚型学生和正常脚型学生足底支撑时相数据，如表5所示。网球运动员左脚与外八字脚学生相比，在前掌接触期、前掌蹬离期2 个阶段所用时间具有非常显著性差异；右脚在前掌接触期、前掌放平期、前掌蹬离期3个阶段所用时间具有显著性差异。网球运动员左脚与正常学生相比，在前掌接触期、前掌放平期2两个阶段所用时间具有显著性差异，在前掌蹬离期所用时间具有非常显著性差异；右脚在前掌放平期所用时间具有非常显著性差异。

4 讨论分析

4.1 网球运动员、右足“外八字”脚型学生和正常脚型学生步态特征分析

足轴角的定义为人在行走时足纵轴与前进方向的夹角，是评价步态足部控制的有效指标。当足轴角数值在6.7°～6.8°时为正常值，当数值大于15°时，则为异常值［3］。由表1 可以看出，网球运动员左、右足足轴角最小，且处于正常的范围之内，网球运动员长期进行专业训练，身体的运动能力、协调能力、平衡能力等更好。外八字脚学生左右双足的足轴角存在较大的差异，因其右足的稳定性差，在单脚着地的支撑时刻，会快速把身体的重心转移至左脚，长此以往，使左足的稳定性提高。在自然行走的一个完整步态周期过程中，需要保持整个步行过程中身体的稳定性，右足就会出现过度外翻，即使足轴角增大，进而增加足部与地面的接触面积，控制身体的稳定性完成正常行走。

正常行走步态周期分为支撑时期和摆动时期。该实验将支撑期分为初始着地阶段（时相一）、前掌接触期（时相二）、前掌放平期（时相三）、前掌蹬离期（时相四）。由表5 可以看出，在前掌蹬离阶段，网球运动员所用时间远大于其余两组实验者。在处于该阶段时刻，一侧脚是唯一的支撑脚，而另一侧脚则处于摆动期。该阶段支撑脚的主要功能是保持膝关节稳定，控制胫骨前向惯性运动，为下肢向前推进做准备。当下肢承重力小于体重或身体不稳定时，此期缩短，以便将重心迅速转移到另一侧脚，保持身体平衡［4］。网球运动员在该阶段足前掌能充分与地面接触，协调下肢相关肌肉的发力，对身体的控制能力强，能更快地完成身体从足跟到足前掌的过渡。通过训练使身体的平衡能力加强，能承受住从足跟过渡到前脚掌这一快速变化阶段的压力［5］，并使步行的速度加快。

4.2 网球运动员、右足“外八字”脚型学生和正常脚型学生足弓特征分析

足弓指数（AI）可以表示为：AI=足中部面积×100%/（足中部面积+足前掌面积+足跟面积），其中高足弓AI≤21%；正常足弓21%＜AI＜28%；扁平足AI≥28%［6］。由表2可以看出，三组实验者的足弓都为高足弓，且网球运动员的足弓指数最高。足弓的主要功能是保证直立时足底支撑的稳固性，以及起着重要的缓冲震荡作用。由于低弓者足弓功能较弱，缓冲地面对身体冲击力能力弱，在运动时需要通过增加膝关节弯曲角度来代偿［7］，低足弓者在膝部损伤明显高于高足弓者。

4.3 网球运动员、右足严重“外八字”脚型大学生和正常脚型大学生足底受力特征分析

足底压强是指在足底单位面积上所承受的地面反作用力，是由某时刻足底分区所受压力和分区面积决定的，是指单位面积所受到的压力［8］。足底区域压强峰值越大，说明该区域的抗冲击力越强，造成损伤的可能性越大［9］。由表3可以看出，在网球运动员训练的过程中，足部的不同韧带和肌腱会产生适应性变化，能够经受较大冲击力机制，对足部冲击力的消除能力增强，对防止足部的运动损伤有积极作用。如果足部区域长期集中处在较高压强下，会因过度使用而埋下损伤的隐患或是直接造成伤害。

冲量是指力在一定时间上内对足底各个区域持续作用所产生的积累效应，是力与时间的乘积［10］。由表4 可以看出，网球运动员自然状态下行走时，足底各区域冲量峰值有减小的趋势，且在第1、2 跖骨区域显著性减少。而外八字脚学生在右足外侧区域冲量峰值整体偏大，严重外八字脚大学生在行走过程中重心习惯性向右偏移，造成大腿外旋以及小腿较大幅度的外翻，使得足弓不能完全发挥缓冲作用。

长期的体育训练，使网球运动员足部相关肌肉、踝关节以及下肢力量增强，能够更好地在行走与运动训练的过程中控制稳定性，使得足部整体结构和足部周围肌肉组织的缓冲能力更强，足部和下肢出现运动损伤的风险减小［11］。

5 结语

在运动员选材过程中，应尽量挑选足轴角数值接近正常值的运动员，可以使运动训练更有效率；挑选高于正常足弓指数的运动员，在运动训练过程中可以更好地降低下肢损伤的风险。在日常训练时，通过足底压强峰值、足底冲量峰值、足底支撑时相等指标，实现对运动员训练活动的监控，可以及时调整并改变运动训练计划，高效率地提高运动成绩。