鞋跟高度在健身走过程中对足底压力的影响

王晓艳,马楚虹,钱永东,戴 艳

(浙江师范大学 体育学院,浙江 金华 321004)

鞋跟高度在健身走过程中对足底压力的影响

王晓艳,马楚虹,钱永东,戴 艳

(浙江师范大学 体育学院,浙江 金华 321004)

采用F-scan足底压力分布解析系统,对青少年女性不同高度鞋跟情况下的健身走步态进行足底压力分布的测量与分析。结果表明:鞋跟高度的变化是影响青少年女性足底压力发生改变的主要原因;平跟鞋各个跖骨的压强—时间曲线为单峰型,而高跟鞋各个跖骨的压强—时间曲线是双峰型。提示:穿高跟鞋进行健身走对女性足部有一定的不利影响。

健身走;鞋跟高度;足底压力

健身走早在几千年前就被中医认为是“百炼之祖”,而且已有许多研究证实:有规律的健身走,可增进身体所有部位的健康[1]。本研究欲通过对青少年女性穿平跟鞋和高跟鞋进行健身走时,足底第一至第五跖骨关节点的压力和压强这两个足底压力特征参数的比较,分析两种不同鞋跟高度对青少年女性足底各个跖骨压力特征的影响及其变化规律。

1 研究方法与材料

1.1 研究目的

通过足底压力分布解析系统对青少年女性穿平跟鞋和高跟鞋进行健身走 (速度为3.5km/h)时的足底压力分布进行测量和分析,探究穿平跟鞋和高跟鞋行走时足底压力、压强的变化特征,进而作出相应的动力学功能评价。

1.2 研究对象

选取6名青少年女性作为研究对象,其平均身高161.38±4.13 cm,平均体重49.22±5.08 kg。6位受试者体型匀称,身体健康,腿部无任何损伤史。

表1 受试者的基本资料

1.3 实验仪器

F-scan足内垫压力测试系统 (传感器数量为每只脚400个,每个传感器面积0.5 cm×1 cm,采样频率500 Hz,采样时间8 ms)。跑鞋 (上海产的大博文田径鞋)、跟高8 cm的高跟鞋,全部为新鞋。跑步机为 Techongym D140。

1.4 研究方法

1.4.1 测试条件

在测试开始前,对受试者详细讲解本研究的目的和实验条件并征得受试者自愿参与的同意。

测试前,在平跟鞋内装上压力鞋垫,要求压力鞋垫在鞋内平整无折叠,受试者小心穿上鞋子,以避免压力鞋垫折叠,压力鞋垫与足底压力分布解析系统相连接。

之后,要求每名受试者在跑步机上进行热身准备活动,每名运动员正式测试前先进行1—2次预实验。测试时,每名受试者穿平跟鞋在跑步机上以3.5km/h的速度完成测试。在试验开始时,采集5分钟时和30分钟时的足底压力数据。运动员穿着统一的“大博文”牌运动跑鞋参加测试。

此项测试完成后,休息一天,换上高跟鞋再以同样的测试方法进行测试。

1.4.2 测试程序

登记受试者资料,进行准备活动的同时讲解注意事项,安装测试仪器,预试测,正式测试,读取数据并存盘,拆除仪器并检查鞋垫状况。在测试的过程中随时观察、记录受试者的情况、仪器设备情况和操作情况,填写“测试现场记录表”。

1.4.3 数据统计

用spss10.0统计软件,计算每组数据的均值、标准差,用 Kolmogorov-Smirnov Test对数据进行正态分布检验,用独立 T检验分析足底各区压强峰值均值间的显著性差异。

2 研究结果及分析

2.1 足底各区域平均最大压力的变化

人体在静止或运动时,在自身重力的作用下,足底在垂直方向上受到一个地面的反作用力,这个力就是足底压力[2]。通过本项测试,可以发现不同鞋跟高度对青少年女性足底压力分布的改变程度,从而揭示人体在健身走过程中足底的动力学特征。

2.1.1 平静时足底各区域平均最大压力的变化

足底压力反映了足在垂直方向上的受力情况[3]。对6名受试者左、右脚压力均值的 F检验和 T检验结果均表明,左右脚的压力没有显著性差异,所以在此将左右脚数据进行合并处理。图1显示的是受试者穿上平跟鞋和高跟鞋时的足底压力分布情况,其中横轴为足底各区域,纵轴为平均最大压力值。(P代表平跟鞋,H代表高跟鞋)

图1 平静时足底各区域平均最大压力

如图所示:在平静时,平跟鞋的平均最大压力主要集中在第二、三跖骨关节点,最大压力值为156.53 N;而高跟鞋的平均最大压力主要集中在第一跖骨关节点,最大压力值为182.53 N。由于高跟鞋的平均最大压力过度集中在前脚掌的第一跖骨关节点,这样有可能导致人体在健身走过程中,前脚掌的内侧压力过大,从而导致人体在行走过程中出现身体重心的偏移,即走路不平稳的现象,同时也会引起足底第一跖骨关节点因用力过度而疼痛。

2.1.2 30分钟健身走后,足底各区域的平均最大压力的变化

图2 30分钟后足底各区域平均最大压力

如图所示,进行30分钟的健身走后,平跟鞋的最大平均压力还是集中于第二、三跖骨关节点,最大压力值为130.07 N,小于平静时的压力值;而高跟鞋的平均最大压力还是集中于第一跖骨关节点,但最大压力值却有所增大,为192.50 N,而其他两个区域的压力值反而有所下降。

2.2 足底各跖骨关节点压强的变化

行走的动作是由若干个步态周期组成的,每一个周期又分为不同的时相,在每一个运动周期之中,任何一个时相向下一个时相过渡时都必须通过足地之间的作用力来实现。因此,在一个完整的运动周期中,足部会尽可能地应付一定的足底压力 (即足与支撑面之间总体相互垂直的作用力)进而增大接触部位受力面积,以保证相对较低的足底压强 (即单位面积的足底压力),从而防止足部相关组织遭受过高足底压力的损伤[4]。本次测试选取的时间为全脚都对地面产生压强的时间段的最后2 ms。

由图3可知,第一跖骨与第二跖骨的压强变化曲线相类似,不管是平静时还是30分钟健身走后,穿高跟鞋时的第一、二跖骨的压强始终大于穿平跟鞋的压强。穿高跟鞋时的第一跖骨压强在整个健身走过程中维持在10—12 N/cm2,而平跟鞋的压强值范围在1—3 N/cm2。不管是穿平跟鞋还是高跟鞋,第二跖骨的最大压强均出现在平静时,最大压强值分别为11.17 N/cm2和4.33 N/cm2,且随着时间的变化压强缓慢减小。

穿平跟鞋和高跟鞋时,第三跖骨的压强在任何时间点都较为接近,且高跟鞋的压强始终大于平跟鞋。穿平跟鞋在30分钟健身走后,压强变化很小,基本维持在10.00 N/cm2左右;而高跟鞋在开始的5分钟内,压强无明显变化,但在后面的25分钟,压强呈下降趋势,但幅度不大。

在整个健身走过程中,平跟鞋在第四、五跖骨的压强在任何时间点都大于高跟鞋。穿平跟鞋时,第四跖骨的最大压强出现在平静时,而第五跖骨出现在5分钟后。穿高跟鞋时,第四跖骨的最大压强值出现在5分钟后,为4.67 N/cm2;第五跖骨的最大压强出现在平静时,为2.51 N/cm2,且随着健身走时间的延长,第五跖骨压强值变为0 N/cm2。

从足底第一至第五跖骨关节点压强的分析看,青少年女性穿平跟鞋进行30分钟的健身走时,前脚掌跖骨关节点的压强分布较为均匀,主要集中在第三、四跖骨关节点;而穿高跟鞋进行健身走时,压强过度集中在第一、第二和第三跖骨关节点,第五跖骨关节点受到的压强很小。

2.3 各个跖骨压强的变化曲线

图3 各跖骨压强变化图

如图4所示,穿平跟鞋进行健身走时,第一至第五跖骨关节点的压强曲线总体呈缓慢上升趋势,只出现了一个波峰,这个波峰出现的时间大概在脚后跟离地的那一时刻,即足前掌推离地面的推进力出现的时间,约在250 ms;而穿高跟鞋进行健身走时,第一至第五跖骨关节点的压强曲线却出现了两个波峰,第一个波峰出现在全脚掌支撑阶段,第二个波峰同样出现在足前掌推离地面阶段,时间点约在101 ms和251 ms,但第一个波峰值小于第二个波峰值。由于穿高跟鞋进行健身走所出现的最大压强次数比穿平跟鞋多一次,从而使脚掌对地面作用力的次数比平跟鞋多1倍,这是引起足部疼痛或发生损伤的原因。

从各个跖骨的压强曲线看,穿平跟鞋时,第三、四跖骨对地面的压强最大,同时其他跖骨也同样承担了一定的作用力;而穿高跟鞋时,最大压强出现在第一和第三跖骨,但在整个健身走过程中,第五跖骨受到的力相对其他各个跖骨较小,甚至出现了0 N/cm2,这意味着第五跖骨没有对地面产生作用力。由于作用力相对集中在第一、第二和第三跖骨上,导致作用力过度集中在前脚掌的内侧,从而会引起足部疼痛或损伤。

图4 不同状态下各跖骨压强变化曲线图

3 讨论

鞋跟高度的增加,使青少年女性完全在被动的提踵状态下进行健身走,从而使身体重心发生前移,足底的压力主要集中在前脚掌内侧,同时,最大压强的出现也随着鞋跟高度的改变而增加。

如果青少年女性长时间穿高跟鞋行走,会使第一跖骨关节的内侧韧带拉长,外侧韧带收缩。当拇趾被推向外侧时,伸肌腱也移向外侧,屈肌腱开始将拇趾拉向外侧并使其内旋。第一趾骨发生这一转位时,正常起外展作用的拇外展肌开始起屈肌作用,引起近节趾骨旋转。这会使拇趾的平衡失调,第一跖骨偏向内侧,形成拇外翻位置,继而在第一跖骨头内侧形成骨赘[5]。而穿平跟鞋时的压力主要集中在第二、三跖骨,同时其他跖骨的压力分布比高跟鞋均衡得多,因而对足部的不良影响会小得多。

4 结论

鞋跟高度的变化是影响青少年女性足底压力发生改变的主要原因,这与Lateur[6]等的研究结果相吻合。平静时,穿高跟鞋的足底平均最大压力集中在第一跖骨,而平跟鞋则集中在第二和第三跖骨。而30分钟的健身走后,穿高跟鞋的第一跖骨平均最大压力进一步增大,而平跟鞋各个跖骨的压力却相对有些下降。

穿高跟鞋时各个跖骨的压强—时间曲线是双峰型,两个波峰分别出现在全脚掌支撑阶段和足前掌推离地面阶段;而平跟鞋各个跖骨的压强—时间曲线为单峰型,波峰出现在足前掌推离地面阶段。每次足着地过程中,高跟鞋时的压力峰值比穿平跟鞋时要多一次,即在整个健身走过程中,穿高跟鞋使足对地面的作用力是平跟鞋的2倍,这会引发足部的疼痛和损伤。

[1]田野.运动生理学高级教程[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2]孙天赦,王小虹.老年人常速与快速行走足底压力分布特征分析[D].长春:东北师范大学,2007:1-32.

[3]周华,李卫平.优秀中长跑运动员途中跑的步态和足底压力分布特征的研究[D].济南:山东体育学院,2007:1-45.

[4]李吉如,王小虹.跑速和运动鞋对足底压力的影响[D].长春:东北师范大学,2007:1-29.

[5]荣明,李建设,顾耀东.拉丁舞运动中的足底压力分布研究[J].浙江体育科学,2008,30(4):113-115.

[6]deLateur B J,Gaconi R M,Questad K,et al.Footwear and posture:compensatory strategies for heel height[J].Am J Phy Med Rehabil,1991(70):246-254.

Heel height of shoes affects plantar pressures in fitness walking

WANG Xiao-yan,MA Chu-hong,QIAN Yong-dong,DAI Yan
(Sport College,Zhejiang Normal University,Jinhua 321004,China)

This paper makes an analysis and measurement on force distribution of plantar pressure for young females wearing different heel heights through F-scan plantar pressure measurement system.The result shows that:First,heel heights are the main causes that bring about the change in plantar pressure.Second,pressure time curve of each metatarsal shows a single-peak with a pair of flats while shows a double-peak with high heels.It suggests that high heels can damage female foot during fitness walking.

fitness walking;the height of heel;plantar pressure

G804.6

:A

:1008-3596(2010)05-0082-04

2010-03-01

王晓艳 (1984-),女,浙江宁波人,研究方向为运动技术测量与评价。