大学生步态特点与踝关节等动肌力的相关性研究

张秀丽，魏春琴，蔡祖林，杜高山

随着大学生就业形势日益严峻，大学生对自我形象的关注程度越来越高，内、外八字不良步态对男女大学生的体育活动和心理都有不同程度的负面影响，初步调查研究表明，内、外八字步态大学生80%有矫正的愿望和需求。然而，国外对步态的研究多限于解剖学特征和矫形器的矫正实验，国内对内、外八字步态的实验研究很少，且多为科普杂志的简单描述，导致人们对内、外八字不良步态的认识仅停留于外表形态。目前学术界对八字步态形成的生物力学机制尚不明确，国外未有理想的矫治方法（Fixsen J A，1990；YH Li，Leong JCY, 2003；William Talley, 2011），国内科普杂志报道的运动方案，如走直线、踢毽子等则没有理论和实验研究的支撑，缺乏合理性和可行性（宋士彤，1996；范振静，2003；赵会刚，2009）。

肌肉收缩力是人体运动的源动力，骨骼生长发育特点与人体运动中肌肉力量大小、方向密切相关（Wolf定律）。步向角是判断步态是否为正常步态的重要依据，髋、膝、踝关节肌力矩与步向角之间是否存在一定的联系，目前尚未见报道。因此，本研究旨在通过对步向角、踝关节内收、外展等动肌力指标的测试，揭示步向角与下肢肌力学特征，为探讨标本兼治的内、外八字步态矫正方案提供理论依据。研究预期：第一，步向角、下肢等动肌力特征存在性别差异；第二，步向角与足内收、外展等动肌力距有关，不同步态（内、外八字，正常步态）之间差异具有显著性；第三，随着步向角增加，外展内收力矩比值增大。

1 测试对象和方法

1.1 测试对象

华南师范大学在校大学生27名，男15名，女12名。受试者身体健康，无关节疾患，没有下肢手术史，测试过程中无不良反应，基本情况如表1所示。

表1 受试对象基本情况TableⅠ Basic Information of the Subjects

1.2 测试仪器

Cybex-NORM 等速肌力测试系统，RSscan足底压力板测试系统（0.5 m，300 HZ），SGT-A(II)身高体重仪。

1.3 研究方法

时间和地点：2013年5月，广东省体育科学研究所，华南师范大学大学城校区。

身高和体重测试：要求受试者穿短衣、短裤、脱鞋，用身高体重仪测量身高体重并记录。

步向角测试：RSscan测力板平放在地板上，在其上面和行进的前后方向铺设6.8 m 的EVA 延长跑道，调试标定后，让每个受试者以个人自然步态、步速在铺设的跑道上行走，采集至少3次左足步向角，采集频率为300 Hz。

等动肌力测试：受试者热身运动后，在经验丰富的实验员指导下，练习测试动作，然后严格按照Cybex-NORM测试手册的规定进行正式测试。考虑到八字步态的形成与髋、膝、踝关节均相关，因此，等动测试在测试对象平卧位、下肢伸直状态下进行，分别测试踝关节内收、外展角速度为30°/s、120°/s的等动肌力指标。每个角速度重复测试5次，取其中3次一致性较强的平均值，两种速度测试之间间隔20s。主要参考指标为：峰力矩：足内收或外展过程中的力矩最大值；平均力矩：足内收或外展整个过程中，力矩的平均值；峰力矩比值：外展峰力矩与内收峰力矩的比值；平均力矩比值：外展平均力矩与内收平均力矩的比值（见图1）。

图1 等动测试左足正中位（左）与外展姿态（右）Figure 1 Middle of the Left Foot (left) and Abductive Posture (right) in Isokinetic Test

数据处理：采用SPSS 19.0统计软件对所测试数据进行独立样本t 检验和单因素ANOVA处理，结果均以P表示。P<0.05为显著性差异，P<0.01为非常显著性差异。

2 研究结果

2.1 步向角正常范围

步向角是指足的中轴线（足跟中点与第二跖骨连线）与前进方向之间的夹角，27名受试者步向角均值为8.4°标准差为6.6°，按均值加减一个标准差的原则确定正常范围，即23岁大学生的步向角正常范围为1.8～15.0°。

2.2 男女步向角与踝关节内收外展等动肌力特征

由表2～3可知：第一，男女步向角有显著性差异，男性步向角均值为11.4°，女性的均值为4.7°，即成年男性步态步向角较女性大，男性外八步态比较普遍，女性内八较多，这与实际观察现象一致，与研究预期结果一致；第二，角速度为30°/s和120°/s的内收和外展的峰力矩，均男性高于女性，且有非常显著性差异（P<0.01）；第三，角速度为30°/s和120°/s的内收平均力矩，男性均大于女性，且存在显著性差异，外展平均力矩男性大于女性，但不具显著性差异；第四，角速度为30°/s和120°/s的外展内收峰力矩和平均力矩比值均显示男性小于女性，且角速度为30°/s时有显著性差异，角速度为120°/s有非常显著性差异。

表2 角速度为30°/s踝关节内收外展等动肌力对比TableⅡ Comparison between the Ankle Adductive and Abductive Isokinetic Muscle Strength at the Angular Speed of 30°/s

表3 角速度为120°/s的踝关节等动肌力相关指标对比TableⅢ Compparison between the Relative Indicators of the Ankle Adductive and Abductive Isokinetic Muscle Strength at the Angular Speed of 120°/s

2.3 不同步态等动肌力特征对比分析

本研究按步向角大小，将受试者分为3个组别，分别是步向角≤1°（内八字步态），1°<步向角<15°（正常步态），步向角≥15°（外八字步态）。运用ANOVA重复性测量分析进行方差检验，结果如表4～5所示。

表4 角速度为30°/s时不同步态等动肌力指标比较TableⅣ Comparison between the Indicators of the Different Gait Isokinnetic Muscle Strength at the Angular Speed of 30°/s

表5 角速度为120°/s时步向角与等动肌力指标对比TableⅤ Comparison between the Indicators of FPA and Isokinetic Muscle Strength at the Angular Speed of 120°/s

第一， 30°/s和120°/s两种角速度的外展、内收峰力矩和平均力矩与步向角的关系，并非随着步向角的增大而增大或减小，内八字组与外八字组别的力矩特点更接近。30°/s 时两组的外展峰力矩分别是14.0 N•m和14.4 N•m，内收峰力矩分别为10.3 N•m ,11.4 N•m ,均小于正常步态组的20.2 N•m 和15.7 N•m ，120°/s时，两组的外展峰力矩分别为11.8 N•m和12.6 N•m，内收峰力矩分别为9.2 N•m和10.2 N•m，均小于正常步态组的14.6 N•m 和12.6 N•m。平均力矩如表4～5所示，有相同的规律。

第二，角速度为30°/s时，内八字、正常、外八字步态3个组的外展内收峰力矩比值分别为1.39，1.32，1.33，几近相等外展、内收平均力矩比值分别1.37，1.34，1.35，也比较接近。角速度为120°/s时，3个组的峰力矩比值分别为1.31，1.21，1.21，平均力矩比值分别为1.37，1.28，1.33。两种不同的速度，表现的同样的规律，3种步态的外展内收力矩比介于1.3～1.4之间。

3 分析与讨论

文献中设计到内、八字步态步向角的只有1篇，国内研究文献中，对内、外八字步态没有明确的定义，导致大部分人认为正常步态的步向角为0°，即足尖正对前进方向。2013年9～10月在随机进行的500名大学生问卷调查中，超过80%的大学生持此观点，包括体育学院体育系、运动系的在校大学生，证实了这一事实。本研究结果显示23岁左右青年大学生步向角的正常范围为1～15°，与Chin-Shan的研究结果基本一致：7～9岁儿童的步态接近成人，步向角正常范围为-0.9～16.5°（Chin-Shan，2000），也部分支持赵焕彬的观点：正常人的步向角约为15°（赵焕彬，2008）。

八字步态表面上是足的畸形，但实际上是由下肢骨骼和关节的解剖学特点共同决定的，包括股骨、胫骨、跖骨及其关节，即从足到髋的任何环节和关节形态变化都可能引起内八字步态（Fabry, 1973；Staheli，1972；Cohan &Desal, 1987；Svenningsenr, 1990；Ryan & Donna, 2001）。因此，本研究足外展、内收肌力矩的等动测试在受试对象仰卧，髋、膝关节伸展状态进行。Kite认为跖骨内收的内八字，腓骨长肌和腓骨短肌力量较弱，而胫骨前肌和胫骨后肌相对较强（Kite，1967）；宋士彤认为后天形成的八字脚是由于某些动作的错误使下肢旋外肌群和旋内肌群力量不平衡而形成的（宋士彤，1996）；王安利认为老年人走路呈外八字的步态的主要原因之一是老年人大腿内收肌肉力量下降比其他肌群早（王安利，2005）；半腱肌主要作用是使大腿在髋关节处旋内，内八步态中半腱肌和腓肠肌内侧平均肌电的值都比较大，导致用来对抗骨盆扭转的内回旋程度超过了骨盆扭转程度，从而形成了内八的走步姿势；外八步态中股二头肌和腓肠肌外侧平均肌电的值是最大的，使得骨盆的外回旋程度加大，从而造成了外八的走步姿势（李世明，2007）。综合上述诸多研究认为，内、外八字的形成是下肢内、外旋肌群肌力失衡有关，因此，本研究基于前人研究基础提出研究假设：不同步态人群的等动肌力矩有差异，随着步向角的增加，踝关节外展肌力矩增加，内收肌力矩减小，即足外展内收肌力矩比值逐渐增加。但本研究结果出乎意料地显示：内、外八字有相同的下肢外展、内收肌力矩特点，无论是角速度为30°/s的慢速还是角速度为120°/s的快速，其值均小于正常步态，即说明，外展、内收肌群均薄弱的肌力特点是导致步态不正常主要原因，至于什么因素决定导致内八字步态，或者外八字步态，则需要进一步深入探讨。

另一重要研究结果，3种不同步态30°/s和120°/s的外展内收峰力矩比值，平均力矩比值均相差无几，并没有表现出与步向角的线性相关，即外展内收肌力矩比值与步态特点无关，不能作为判断内、外八字步态的肌力特征指标，同样与预期不符，不支持前期研究成果。分析主要原因是：第一，本研究只对下肢髋、膝关节伸展状态下的踝关节外展、内收的等动肌力矩进行测试，仅探讨步向角与3个关节联动时的肌力关系，研究不全面，后续研究将对下肢等动肌力进行更全面的测试，关注不同环节肌力对步态的影响。第二，以往的研究结论有的是理论推导，没有实验数据支持，有的是探讨不同步态人步行时的肌肉动员特点，并非八字步态形成的肌力学机制，即步行时没有被激活或激活程度不强的肌肉群，并不表明其本身薄弱。

4 结论

4.1 25岁左右青年人步向角正常范围为11～15°，步向角≤1°为内八字步态，步向角≥15°为外八字步态。

4.2 步向角性别差异具显著性，男性步向角较大，外八步态发生率较高，女性步向角较小，内八步态发生率较高；30°/s和120°/s的踝关节外展、内收肌力矩以及力矩比均具有性别差异。

4.3 内、外八字步态不是由于髋、膝伸展状态下踝关节外展、内收肌力失衡引起的，而是由于下肢外展、内收肌力都薄弱导致的。

5 研究局限与展望

本研究为初步探讨，只对受试者髋、膝关节伸展状态下踝关节的外展、内收肌力矩进行测试，研究发现无论是内外八字步态人群，下肢外展、内收肌群力量有同样的特点：外展和内收肌力都薄弱。薄弱的下肢外展、内收肌力有可能引起内八字步态，也可能引起外八步态，是什么因素决定形成内八还是外八步态，需要更进一步的探讨。后续研究将在增加样本量的同时，对受试对象下肢等动肌力进行更全面的测试，关注不同环节肌力对步态的影响。

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