肥胖青年平地自然行走时足底压力分析与步态特征★
李艳霞1，刘 颖2，韩 涛3，赵焕彬1，霍洪峰1
应用要点：①选择的观察对象为特殊人群，对于肥胖人群步态特征的研究刚刚开始，已有的研究主要是运动学分析，对肥胖人步态动力学的系统分析还很少，国内几乎还是空白。②利用的测试仪器为国际先进的足底压测试系统。
同行评价：对正常人群足底压力和步态的研究较多，但未见对肥胖青年进行足底压力和步态研究。本文设计合理，方法较先进可靠，数据可信，因此，本文结果有一定的应用意义，并且对肥胖的预防也有一定的参考价值。
相关链接：足底压力研究，揭示了人体在不同状态下的足底压力分布特征和模式，以及运动过程中足的动力性特征。同时，足底压力测量技术在临床步态研究和临床医疗中的不断应用与深入，已逐渐成为临床生物力学研究和诊断病足与足部康复评定的重要手段。通过足-鞋界压力的研究，也为指导人们健康穿鞋与科学制鞋带来了科学理论依据。
1河北师范大学体育学院，河北省石家庄市 050016；2 河北理工大学体育部，河北省唐山市 063000；3 河北公安警察职业学院警体部，河北省石家庄市 050091
李艳霞★，女，1957年生，河北省衡水市人， 1981年河北师范大学体育系毕业，硕士，副教授，主要从事体育教育学的研究。
通讯作者：霍洪峰，河北师范大学体育学院，河北省石家庄市
050016
hhf413@163.com
摘要
目的：观察肥胖青年人平地自然行走过程中左右双足平均峰力值、受力间期、冲量等参数特征，探索足底压力参数的分布规律。
方法：实验于2007-11在河北师范大学体育学院步态分析室进行。抽取河北师范大学20~22岁、体质量指数 > 28 kg/m2的肥胖学生94名，采用比利时Footscan USB2平板式足底压测试系统对其进行动态足底压力测试。所有受试者测试期间足踝关节活动正常，测试时均脱鞋袜，以个人平常步态自然行走，每人行走3次，记录动态足底压力，计算足底各个区域的平均峰力值、受力间期、冲量等参数特征。
结果：94名受试者进入结果分析。①平均峰力值：足部最大受力部位在足跟和前掌第2，3跖骨头，各部位最大压力由大到小依次为足跟、第2，3，1跖骨、足弓、第4跖骨、第1趾骨、第5跖骨、第2~5趾骨。②受力间期：足部最大受力间期部位在前掌第3，4跖骨头，各部位受力间期由大到小依次为第3，4，2，1跖骨、第5趾骨、足弓、第1趾骨、足跟、第2~5趾骨。③冲量：足底所受冲量最大的部位是足跟内侧，各部位所受冲量由大到小依次为足跟内侧、第2跖骨、足跟外侧、第3，1，4跖骨、足弓、第1趾骨、第5跖骨、第2~5趾骨。④肥胖青年行走时重心运动轴线在跟部和第1~3跖骨头的范围内，但压力中心移动速度过快且不均匀。
结论：① 肥胖青年平地自然行走时的足底应力-时间曲线呈明显的双峰型。②肥胖人群足底各区域所受地面反作用力的冲量大，所以其鞋的设计应尽可能增大与脚的接触面积，进而增加足与地面的接触时间，达到减小冲击力值的目的。③肥胖青年行走时重心运动轴线符合正常人体生理规则，前脚掌处压力中心过于密集，若长期大负荷刺激第2，3跖骨头处易形成胼胝体。
关键词：足底压力；肥胖；步态
李艳霞，刘颖，韩涛，赵焕彬，霍洪峰.肥胖青年平地自然行走时足底压力分析与步态特征[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12(15):2870-2874 [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-15/15k-2870(ps).pdf]
中图分类号:R87
文献标识码:B
文章编号:1673-8225
(2008)15-02870-05
收稿日期：2007-11-29
修回日期：2007-12-31 (07-50-11-6613/N·A）
Foot plantar pressure and gait features of naturally walking obese youth
Abstract
AIM: To investigate the mean peak value of foot plantar pressure, force interval and impulse in feet during natural walking of obese young people, and to explore the distribution rule of foot pressure parameters.
METHODS: The experiment was performed at the Research Center of Gait Analysis, College of Physical Education, Hebei Normal University in November 2007. Ninety-four students aged 20-22 years (body mass index > 28 kg/m2) were selected from Hebei Normal University and analyzed by the Footscan USB2 system (RSscan, Belgium) with barefoot and normal gait. Dynamic foot pressure was determined by walking for three times, and the mean peak value of force, force interval and impulse were calculated.
RESULTS: Ninety-four subjects were included in final analysis. ①The maximum pressure distributed on heel and the former first, second and third metatarsal heads. From heel, the second, third, and first metatarsal bone, arch, the fourth metatarsal, the first toe, the fifth metatarsals, and the second to fifth toe, the pressure decreased gradually. ②The maximum force interval sites of foot involved the third and fourth former metatarsal head. From the third, fourth, second and first metatarsal, the fifth toe, arch, the first toe, heel, the second to fifth toe, the force interval decreased gradually. ③The maximum impulse distributed at heel medial, and decreased gradually from the second metatarsal, heel lateral, the third, first and fourth metatarsal, arch, the first toe, the fifth metatarsals, and the second to the fifth toe. ④When fat young people were walking, the movement axis of center of gravity distributed between heel and the first to third metatarsal head, but movement velocity of pressure center was too fast and uneven.
CONCLUSION: ①Plantar stress and time curves show obvious bimodal pattern in naturally walking obese youth. ②Obese youth receives larger impulse from the ground, so their shoes should be designed to maximize the contact area with the feet, leading to an increased contact with the ground to reduce the impact of impulse. ③The center movement axis of walking obese youth is accorded with normal physiological rules. The pressure center of former sole is too intensive, and long-term load on the second and third metatarsal head would result in formation of corpus callosum.
Li YX, Liu Y, Han T, Zhao HB, Huo HF. Foot plantar pressure and gait features of naturally walking obese youth.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(15):2870-2874(China)
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-15/15k-2870(ps).pdf]
0 引言
现对于肥胖人群步态特征的研究刚开始，已有的研究主要是运动学的二维分析，对肥胖人步态动力学的系统分析还很少，国内几乎还是空白[1]，对肥胖等特殊人群足底压力特征的描述，缺乏较大样本的足底压力资料。因此，本项目使用国际上较先进的Footscan高频足底压力测试系统，检测94名肥胖青年人的静态和动态足底压力分布及其影响因素，为足底压力在各领域的应用研究提供数据。
1 对象和方法
设计：单一样本设计。
单位：河北师范大学体育学院。
对象：抽取河北师范大学体质量指数 > 28 kg/m2的肥胖学生94名为观察对象，无足部畸形、异常步态和足部外伤史，足踝关节活动正常。其基本情况见表1。所有受试者对实验均知情同意，测试于2007-11在河北师范大学体育学院步态分析室完成。
设计、实施、评估者：所有作者共同完成， 均接受过正规培训，非盲法评估。
方法：应用比利时RSscan公司生产的足底压力分布测试系统Footscan insole 进行测试。测量频率为500 Hz，传感器厚度2.2 mm，传感器密度4个/cm2。引出厚度1.5 mm，压力范围1~60 N/cm2，最小分辨率为25 g，一致性为±25 g。
检测方法：将Footscan测力平板平放在地板上，测力平板两边均铺上延长跑道，所有受试者均脱鞋袜，以个人平常步态自然行走，足底压力分布解析系统可获得完整步态周期的足底压力分布图，测量3次。数据采集与分析采用配套软件footscan SOFTWARE7.0，分析过程将足底分为10个区域（见图1）：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、足跟内侧和足跟外侧，测量整足的压力及每个区域的平均峰力值、受力间期、冲量。所有受试者进行身高、体质量以及足长足宽的测量等相关信息，测试前检查所有受试者足底有无骈体。
主要观察指标：整足的压力及每个区域的平均峰力值、受力间期、冲量及足底压力中心轨迹。
统计学分析：采集数据首先应用系统自带的分析软件进行压力分布动态云图显示、压力中心移动曲线计算等操作。所有数据均由河北师范大学与河北理工大学用SPSS 11.0软件处理，用简单描述性统计，结果用_x±s表示，并计算95%可信区间，组间比较采用单因素方差分析，在文献资料研究、经验总结和问卷调查、实验，等研究
的基础上，进行分析、比较，从而得出一些规律性的认识。
2 结果
2.1 描述性统计
2.1.1 参与者数量分析 纳入肥胖青年94名，前人众多研究显示性别并不明显影响足底压力。虽然男性体质量大于女性，但他们动态和静态足底峰值压力无明显差异[2-3]，因此在本实验中并未依据性别来分组计算，全部进入结果分析，统一计算。
2.1.2 平均地面反作用力曲线 选取每个受试者自然行走时完整的地面反作用力随时间变化曲线。经过软件分析，得到平均地面反作用力曲线。肥胖青年常速行走时受试者足底应力-时间曲线呈明显的双峰型，第2峰的峰值大于第1峰。见图2。
2.2 统计推断
2.2.1 肥胖青年双足足底各区域平均峰力值分布情况 肥胖青年平地自然走时，足部最大受力部位在足跟和前掌第2、3跖骨头，各部位最大压力由大到小依次为足跟、第2跖骨、第3跖骨、第1跖骨、足弓、第4跖骨、第1趾骨、第5跖骨、第2~5趾骨，且左右双足的分布规律基本一致。肥胖青年在第3、4趾骨处右足足底平均峰力值大于左足，足跟内侧区域左足足底平均峰力值大于右足，差异均有非常显著性意义（P < 0.01）。见表2。
2.2.2 肥胖青年双足足底各区域受力间期占支撑期百分比 肥胖青年平地自然走时，足部最大受力间期部位在前掌第3、4跖骨头，各部位受力间期由大到小依次为第3跖骨、第4跖骨、第2跖骨、第1跖骨、第5趾骨、足弓、第1趾骨、足跟、第2~5趾骨，且双足的分布规律基本一致，左右足底各区域的受力间期几乎不存在显著差异，只有足跟受力间期差异有非常显著性意义（P < 0.01）。见表3。
2.2.3 肥胖青年行走时双足足底各区域所受冲量情况 肥胖青年平地自然走时，足底所受冲量最大的部位是足跟内侧，各部位所受冲量由大到小依次为足跟内侧、第2跖骨、足跟外侧、第3跖骨、第1跖骨、第4跖骨、足弓、第1趾骨、第5跖骨、第2~5趾骨，其中第1跖骨、足弓区域右足小于左足（P < 0.01），第2跖骨、第4跖骨区域右足大于左足（P < 0.01）。见表4。
2.2.4 足底压力中心轨迹 足弓的结构见图3，足底压力轨迹见图4。
由图4可知，肥胖青年行走时足底压力中心轨迹在跟部和第1，2，3跖骨头的范围内，运动过程中压力中心轨迹较为弯曲，且压力中心不均匀，足着地前期即足跟着地期压力中心特别稀疏，足前掌处压力中心过于密集。
3 讨论
人行走时的步态周期分为两个阶段：站立时相和摆动时相，其中，站立时相可划分成足跟接触期、足中支撑期、脚趾推进期3个阶段。足跟接触时，足跟处出现峰值压力并迅速降低，经过足中部支撑后，在前脚掌跖骨前端或脚趾出现第二个峰值，在这些过程中如果出现相对较高，足底压力会损伤足底组织[4]。最大应力值最好出现在离地时的前掌，以增强稳定性、减小冲击，且极大应力的离地前掌值与着地后跟值之差越大足部控制越稳定[5-6]。肥胖青年平地自然行走时足部控制能力较好，两峰值之差较正常青年小[7-8]，表现为足部控制能力较正常青年差。
压力峰值是反映足底压力分布的重要指标，压力峰值的大小和部位对于足部疲劳的积累和损伤的发生具有重要影响。本文中检测肥胖青年平地自然走时的足底压力分布，高于资料显示的正常青年足底压力[9]，更与国外其他人种的足底压力不同[10-11]，并且足压分布也不完全相同。表明不同人种的足底压力不同，同时不同地域、不同生活习惯及有特殊习惯人群的足底压力可能存有差异，因此，应用时不能照搬和使用国外已有的数据和正常值。正常人行走过程中整个足底着地顺序依次为足跟、足弓、跖骨、趾骨等，不同人群行走时，步态特征都存有差异，表现为足底部位着地的受力间期不尽相同。
冲量表示力在一定时间内对足底各区域连续作用所产生的积累效应，足底各区域冲量的大小受每个区域的压力值和接触时间两个因素的影响，对足底各区域所受冲量的研究对足部所造成的伤害，同时为肥胖人群特殊鞋类及个性化鞋垫的设计都具有重要的意义。肥胖青年足各区域冲量分布与张庆来等[12]研究的“正常青年人双足各区域冲量分布情况”相比，肥胖人群均大于正常人群足底各区域所受地面反作用力的冲量，当足与地面接触过程中应注意足底压力和作用时间的关系，若足的冲量恒定时，应充分利于足弓等的减震功能，增加足与地面的接触时间，从而减小冲击力值，避免运动损伤。即肥胖人群鞋的设计应尽可能增大与脚的接触面积，进而增加足与地面的接触时间，达到减小冲击力值的目的。
足弓由内侧纵弓、外侧纵弓、横弓组成，具有坚固、轻巧又有弹性的特点，有利于持久站立和承受较大压力，在行走中，可以缓冲支撑反作用力对人体的冲击。内侧纵弓高而跨度大，起于跟骨，经距骨、舟骨、楔骨和第1，2，3跖骨组成，距骨最高是内侧纵弓的弓顶。人体的足底压力中心轨迹在足底应力图上恰恰与解剖上的足内侧纵弓相合，是正常人体生理运动的规则[13]，肥胖青年行走时足底压力中心轨迹在跟部和第1，2，3跖骨头的范围内，符合正常人体生理规则。压力中心轨迹较为弯曲说明步行时身体左右摇摆幅度较大，但压力中心移动速度过快且不均匀，表明足中部触地控制不良[14]。前脚掌处过于密集的压力中心反映出前脚掌蹬伸延迟，着地时间过长，压力中心过于密集，若长期大负荷刺激第2，3跖骨头处易形成胼胝体。应加强足底肌肉韧带训练，增强足中部控制能力使足中部压力中心移动平稳，速度较均匀，着地时间适中可减小足前掌压力。
根据分布做步态分析已被研究人员所关注，目前国内外对正常人群和患者足底压力的研究较多[15-20]，而对肥胖人群的足底压力特征研究较少，随着肥胖已日渐成为一个影响人体健康的普遍问题, 以及人们对应用足底压力分析步态重要性认识的逐步加深, 探索肥胖人群足底其他参数的特征研究必将是今后步态分析的热点之一。
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