25～27岁肥胖男青年自然行走时足底压力分析

王海军，杨洪涛

(1河北科技师范学院体育系，2河北科技师范学院物理系，河北秦皇岛，066004)

人在自然行走过程中足部所承受的地面反作用力是体质量的1.5倍［1，2］，而肥胖者足部要承受的作用力更大，根据生物全息理论，足部关联着人体的五脏六腑和各个器官，并有其相应的反射区［3］。在步行时足底与支撑面之间的压力分布反映了下肢乃至全身的生理、结构和功能等方面的信息［4］，因此如何保持足部的健康、避免损伤并对健康程度做出定性评价一直以来是医学、生物力学，体育学所关注的重要课题之一。许多国内外学者对肥胖儿童足底压力分布特征及步态特点进行分析［5～10］，对肥胖青年女性穿着不同高度高跟鞋的足底压力变化特点的研究也有所涉猎［11～15］，而对25～27岁肥胖男青年自然行走时的步态动力学研究尚未见报道。笔者通过对25～27岁肥胖男青年自然行走时足底压力研究，旨在揭示肥胖男青年与体质量正常男青年自然行走时足底压力参数变化特点，进一步掌握自然行走时足的运行机制和功能特性，探究足底压力参数变化的影响因素，为临床医学、康复医学和体育学等方面的研究提供实践依据和数据参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

研究对象为东北某大学非体育学院的25～27岁在校研究生(男性)16名，采用韩国杰文公司生产的身体成份分析仪(VENE5.5Body composition Analyzer)对研究对象的身体成份进行测量，脂肪占身体的质量分数＞0.250的8名研究生确定为肥胖组，脂肪占身体的质量分数在0.150～0.250的8名研究生为对照组。在测试前经询问与医院体检确定研究对象下肢无受伤史，无八字脚、糖尿病、“O”型腿、训练史、扁平足、足部胼体等。研究对象自然情况见表1。

表1 研究对象自然情况

1.2 测试方法

应用比利时RSscan INTERNATIONAL公司生产的足底压力测力平板(Foot scan 7 USB2 gait system)，连接和调节测力平板，使采样频率为500帧/s，测量时间为8 s，对受试者进行适应性练习(要求脱掉鞋袜)，待其适应后，让其以平时自然步速(速度为1 m/s或一步半/s)行走通过测力平板，为提高数据的准确性和可靠性，随机一足踏在测力板上即可，受试者多次往返行走，通过仪器共采集6次往返自然行走时左足的足底压力相关参数，最后通过观察与分析剔除无效数据，取3次有效数据存入数据库。足底压力测试系统的主页面见图1。

图1 footscan7系统软件主界面

1.3 数据统计分析

将Footscan7足底压力测试系统分析软件测量后获得的数据导出，录入SPSS 18.0软件，结果用±S表示，组间采用配对样本T检验，其返回值为P，分析其差异是否具有显著性，当P＜0.05时，认为二组数据差异具有显著性意义。当P＜0.01时，认为二组特征量差异具有高度显著性差异，当返回值P不在此范围内不予讨论。同时将测得足底各部位最大峰值压强、最大峰值接触面积、最大峰值压力负荷率及最大峰值冲量等足底压力参数指标与身高、体质量、年龄、脂肪占身体的质量分数、鞋码进行Pearson相关分析，其返回值为P，分析其相关性是否具有显著性，且当相关系数R接近于±1时，认为其关系具有相关性。当P＜0.05时，认为二组数据相关性显著。当P＜0.01时，认为二组特征量相关性高度显著。

1.4 足底压力分区方法

根据人体足底压力分布特点与人体解剖学结构，以及为了客观准确的研究，将足底分为足跟区、足弓区、跖骨区、趾骨区等4个部分。为了更为细致的研究采用二维测力平板配套的分析软件自动将足底共分为10个区域:第1趾骨(Toe1)、第2～5趾骨(Toe 2-5)、第1跖骨(Meta 1)、第2跖骨(Meta2)、第3跖骨(Meta 3)、第4跖骨(Meta 4)、第5跖骨(Meta 5)、足弓(Mid Foot)、足跟内侧(HM)和足跟外侧(HL)(图2)。

图2 足底各分区位置示意

2 结果与分析

2.1 25～27岁男青年自然行走时足底各区的压力-时间变化情况

肥胖组与对照组的足底压力-时间变化曲线均呈现出典型的两峰一谷的双峰型曲线(图3，图4)，其中第一峰代表一侧足跟着地阶段，而第二峰由一侧足蹬离地面而对侧足处于足跟着地阶段，且第一峰值压力均大于第二峰值压力，肥胖组和对照组在足跟着地时足底各区域的主要受力部位为足跟内侧、足跟外侧和足弓，但肥胖组的各区域受力比对照组有不同程度的增加。在足放平的过程中，肥胖组足弓着地的时间比对照组早，但离地的时间明显晚于对照组。在第二峰中，肥胖组的主要受力部位是第3跖骨、第2跖骨、第1跖骨，而对照组的主要受力部位是第3跖骨、第2跖骨、第1趾骨。产生这一现象的可能原因是由于肥胖青年脂肪在体内过多堆积，给身体带来额外负担，单一靠足部的某一分区承受体重难以实现，而足弓是承受体重的最佳部位，所以肥胖组在双支撑结束过渡到单支撑时马上从足跟过度到足弓，为了维持这种平衡，使平衡不被破环，增加支撑面，足弓离地时间较晚，足弓承受压力时间较长，易使足弓受压过大，极易出现疲劳，形成塌陷，产生损伤。

图3 肥胖组足底各分区压力-时间曲线

图4 对照组足底各分区压力-时间曲线

2.2 肥胖组自然行走时足底压力参数情况

实验结果显示，肥胖组足底各分区的压强从大到小的顺序为第3跖骨、第2跖骨、第4跖骨、足跟外侧、足跟内侧、第5跖骨、第1跖骨、足弓、第1趾骨、第2～5趾骨;对照组足底各分区的压强从大到小的顺序为第3跖骨、第2跖骨、第4跖骨、足跟内侧、足跟外侧、第1趾骨、第5跖骨、第1跖骨、足弓、第2～5趾骨(表2，表3)。且研究对象的峰值压强均集中在第3跖骨，压强最小值均集中在第2～5趾骨。但肥胖组在第1跖骨、第5跖骨、足弓、足跟外侧的峰值压强明显大于对照组(P＜0.01，P=0.001，0.000，0.006，0.001)且差异具有非常显著性意义。而在第2跖骨、第3跖骨、第4跖骨处的峰值压强大于对照组且差异具有显著性意义(P ＜0.05，P=0.034，0.013，0.035)。而肥胖组在第1趾骨处的压强明显小于对照组(P＜0.01，P=0.000)。其它足底各部位的峰值压强不具有统计学意义。

研究结果显示，肥胖组足底各分区压强负荷率(LR)从大到小的顺序为:足跟外侧、足跟内侧、足弓、第3跖骨、第2跖骨、第4跖骨、第1跖骨、第1趾骨、第5跖骨、第2～5趾骨;而对照组足底各分区压强负荷率从大到小的顺序为，足跟内侧、足跟外侧、第3跖骨、第2跖骨、第4跖骨、足弓、第1跖骨、第1趾骨、第5跖骨、第2～5趾骨(表2，表3)。肥胖组在足跟外侧的压强负荷率明显大于对照组(P＜0.01，P=0.001)且差异具有显著性意义。肥胖组在足弓处的压强负荷率明显大于对照组(P＜0.01，P=0.009)且差异具有非常显著性意义。对照组在足跟内侧压强负荷率明显大于肥胖组(P＜0.05，P=0.029)，而肥胖组在第1趾骨处压强负荷率大于对照组(P＜0.05，P=0.037)且差异具有显著性意义。产生这种现象的可能原因是，肥胖组在自然行走时步态一般呈“外八字型”，使足跟外侧用力较大。为此，肥胖青年在自然行走时应注意走路姿势，使足部均匀受力，也可以考虑在鞋的足跟内侧垫一加高的保健鞋垫来腾空足跟外侧，减小足部某一特定区域的压强，防止损伤。

肥胖组和对照组的足底接触面积(CA)存在着不同程度的差异。肥胖组足底接触面积较大部位在足弓、足跟和第1趾骨，接触面积较小部位集中在第2～5趾骨、第3跖骨、第4跖骨;而对照组足底接触面积最大集中在足弓、足跟、第2～5趾骨，接触面积最小集中部位在第3跖骨和第4跖骨。除第2～5趾骨外，肥胖组足底各区域的接触面积都比对照组有着不同程度的增加，其中肥胖组在第1趾骨处的接触面积明显大于对照组且差异具有显著性意义(P＜0.05，P=0.015)。肥胖组在足跟内侧的接触面积明显大于对照组且差异具有非常显著性意义(P＜0.01，P=0.008)。肥胖组在第2～5趾骨处的接触面积明显小于对照组且差异具有非常显著性意义(P＜0.01，P=0.000)。

足底各区域冲量(I)是足底各局域的压力对足底各部位的累积效应，是判断足现疲劳的重要指标之一［16］。测量结果表明:肥胖组和对照组足底各区域的最大冲量主要都集中在第3跖骨、第2跖骨、第4跖骨、足跟内侧、足跟外侧，而肥胖组和对照组的最小冲量都集中在第2～5趾骨。肥胖组在第1跖骨、第5跖骨、足跟内侧、足跟外侧的峰值冲量与对照组相比有不同程度的增加且差异具有显著性意义(P ＜0.05，P=0.049，0.047，0.015，0.023)。而肥胖组在足弓处的冲量明显大于对照组且差异具有非常显著性意义(P＜0.01，P=0.000)。但肥胖组在第1趾骨处的峰值冲量明显小于对照组且差异具有显著性意义(P＜0.01，P=0.001)。产生这一现象的可能原因是由于肥胖青年为维持身体平衡在由足跟向前脚掌移动时侧向摆动增大，以扩大支撑面，而前后方向摆动较小。

表2 肥胖组男青年自然行走时足底压力参数情况

表3 对照组男青年自然行走时足底压力参数情况

2.3 肥胖组自然行走时足底压力各参数与身高、体质量、年龄、鞋码、脂肪占身体的质量分数的相关性分析

对肥胖组自然行走时左足足底各区域最大的峰值冲量(I)(即第3跖骨冲量)、峰值压强(即第3跖骨压强)、足底接触面积(即足弓接触面积)、压力负荷率(即足跟压强负荷率)与身高、体质量、年龄、鞋码的大小、脂肪占身体的质量分数进行Pearson相关分析结果显示，肥胖组的最大峰值冲量、足底接触面积、最大峰值压强与体质量呈高度显著正相关(P ＜0.01，R=0.920，0.971，0.897)且差异具有高度显著统计学意义(表4)。足底的最大峰值冲量与身高呈弱的正相关(P＞0.05，R=0.315)与年龄、鞋码呈弱的负相关(P＞0.05，R=－0.360，－0.319)且差异不具有统计学意义，肥胖组压强负荷率与体质量呈显著正相关(P＜0.05，R=0.761)且差异具有显著统计学意义。肥胖组自然行走时足底最大峰值冲量、峰值压强、峰值压强负荷率与脂肪占身体的质量分数呈高度显著正相关(P＜0.01，R=0.887，0.880，0.870)且差异具有高度显著统计学意义。肥胖组自然行走时足底峰值接触面积与脂肪占身体的质量分数呈显著正相关(P＜0.05，R=0.721)且差异具有显著统计学意义。足底最大峰值压强与身高、年龄呈弱的正相关(P ＞0.05，R=0.438，0.058)与鞋码呈弱的负相关(P ＞0.05，R=－0.136)且差异不具有统计学意义。足底峰值接触面积与身高、鞋码、呈弱正相关(P＞0.05，R=0.062，0.500)，与年龄呈弱的负相关(P ＞0.05，R=－0.007)。足底峰值压力负荷率与身高、鞋号呈弱的正相关(P ＞0.05，R=0.521，0.407)，与年龄呈弱的负相关(P＞0.05，R=－0.398)且差异不具有统计学意义，在此不予讨论。

表4 足底压力参数指标与身高、体质量、年龄、鞋码、脂肪占身体的质量分数的相关性分析

3 结 论

(1)25～27岁男青年自然行走时足底各区域压力-时间曲线均呈现出典型的两峰一谷的双峰型曲线，且足底各部位着地顺序、离地顺序基本保持一致，但肥胖男青年最后离地的足底区域是第2～5趾骨，而体质量正常男青年则为第1趾骨;肥胖男青年在足弓部位的接触时间明显早于体质量正常男青年，离地时间明显晚于体质量正常男青年。

(2)肥胖男青年第5跖骨压强、足弓压强、足跟接触面积、足弓压强负荷率、足弓外侧压强负荷率和足弓冲量明显大于体质量正常男青年且差异具有显著统计学意义，而体质量正常男青年第1趾骨压强、第1趾骨冲量、足跟内侧压强负荷率明显大于肥胖男青年且差异具有显著统计学意义。

(3)肥胖男青年足底最大峰值冲量、足底接触面积、最大峰值压强与体质量呈高度显著正相关，压强负荷率与体质量呈显著正相关，而与身高、年龄、鞋码呈弱相关且不具有统计学意义，肥胖男青年自然行走时足底最大峰值冲量、峰值压强、峰值压强负荷率与脂肪占身体的质量分数呈高度显著正相关，足底峰值接触面积与脂肪占身体的质量分数呈显著正相关，其它指标不具有显著相关性且不具有统计学意义。

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