11～12歲肥胖兒童不同步速時足底壓力分布特征及步態研究

欒天峰

●研究報道

11～12歲肥胖兒童不同步速時足底壓力分布特征及步態研究

欒天峰

運用footscan 7.9壓力分布測試系統，對濟南市文東小學10名和山東師范大學附屬小學15名學生（年齡在11～12歲）進行足底壓力分布和步態特征的測試。以BMI＞26為肥胖判定標準，將學生分成兩組（正常組與肥胖組）進行對比分析。研究結果表明：（1）步行時兒童足跟負重比例相對要高，而肥胖兒童隨著步速的提高，足跟部壓力顯著增大。（2）慢速行走時候，肥胖兒童的步長顯著高于正常兒童，隨著步速的提高，正常兒童的步長顯著提高，而肥胖兒童的步長顯著降低，慢速行走時，肥胖兒童較正常兒童采取大步慢行的方式，而快速行走時，采取小碎步的快行方式。（3）無論是正常兒童還是肥胖兒童，隨著步速的增加，步寬顯著增大。

肥胖兒童；足底壓力；不同步速；步態

近年來，隨著人民生活水平的提高和生活習慣的改變，兒童肥胖患病率呈逐年上升趨勢。國內外對于正常人及損傷病人行走的生物力學指標已較完善，對于肥胖兒童步態的研究國外剛剛起步，僅有Hills和Parker[1，2]及Ben McGraw等[3]的幾篇論文，而在國內對肥胖兒童不同步速下足底壓力研究的報道更少。本文旨在找出肥胖兒童不同步速足底壓力的差異，為認識肥胖對兒童足部及步態帶來的影響提供理論參考依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

試驗對象為濟南市文東小學10名（5男，5女）和山東師范大學附屬小學15名（9男，6女）學生（年齡在11～12歲），要求自然行走無明顯異樣。以BMI＞26作為肥胖評定指標，將受試者分成正常兒童組和肥胖兒童組，兩組受試者身高和年齡均無顯著性差異，而體重和BMI指數均有顯著性差異（見表1）。

1.2 測試方法

測試距離總長為10 m，其中2 m為測力板，板的前后各有4 m距離（見圖1）。測試前，對受試者進行有無嚴重外傷史以及平常主動足（發力足）等情況進行調查并記錄。要求每位受試者脫鞋、脫襪，裸足步行并由講解員講解具體做法。讓準備測試的兒童在測力板上重復行走至其行走動作自然、放松。測試時，受試者以正常步速行走3次，采集數據；然后以低于正常步速（慢速）再進行3次行走并采集數據；最后以最快的行走速度，步行3次并采集數據。在測試過程中為了避免兒童長時間步行引起疲倦，每測試一組數據，讓兒童座在椅子上休息5 min。

圖1 測試距離示意圖Figure 1 Measurement of distance illustration

1.3 測試儀器

身高、體重測量：采用身高計，體重計分別測量受試者身高、體重，并記錄。測試身高、體重時嚴格按照《國家學生體質健康標準》測試規范要求進行。采用比利時生產的footscan7.9壓力分布測試系統（footscanR2nd generation system），對測試對象足底動力學指標、運動學指標進行數據采集，采樣頻率87 Hz。

1.4 測試指標

1.4.1 動力學指標 根據足底壓力測試系統的自動分區，分別采集足底各區壓力峰值、標準化壓力曲線等指標數據（見表2）。

表2 足底壓力分布測試指標描述Table 2 Index definition of Planterpressare distribution

足底壓力測試系統將足底分為10個區：第一足趾區Toe 1（T1或1）、第二至五足趾區Toe 2－5（T2－5或2）、第一跖骨區Meta 1（M1或3）、第二跖骨區Meta 2（M2或4）、第三跖骨區Meta 3（M3或5）、第四跖骨區Meta 4（M4或6）、第五跖骨區Meta 5（M5或7）、足弓區 Midfoot（MF或8）、足跟內側區Heel Medial（HM或9）、足跟外側區Heel Lateral（HL或10）。

1.4.2 運動學測試指標 足底壓力測試系統能夠直接測試出以下運動學指標（見表3）。

表3 運動學指標描述Table 3 Index definition of kinesiology

圖2 時間參數示意圖Figure 2 Temporal Parameters Illustration

圖3 空間參數示意圖Figure 3 Spatial Parameters Illustration

1.5 數據處理

計算BMI，BMI=體重（kg）/身高2（m2）。運用足底壓力分布測試系統（footscanR2nd generation system），以87 Hz為一個采集頻率采集受試者不同步速行走時的足底動力學數據，這些數據包括兩足底各區域隨時間變化的壓力值，足底各區壓力峰值、接觸面積以及壓強峰值等。運動學數據包括步長、步速、步寬、擺動時相、支撐時相、雙支撐時相等也均由足底壓力分布測試系統獲得。壓力－時間曲線由bioprocess軟件進行標準化。所有數據的均值和標準差采用SPSS11.5進行統計分析，所有數據均采用均值±標準差（±S）表示。各測量參數均值差異的顯著性檢驗使用T檢驗，肥胖兒童與正常兒童的各項指標比較采用配對T檢驗。

2 結果與分析

2.1 肥胖兒童與正常兒童不同速度步態數據對比

正常兒童慢速比常速慢13.3%，快速比常速快26.7%；肥胖兒童慢速比常速慢14.2%，快速比常速快21.4%（見表4）。肥胖兒童的快速行走速度要顯著性低于正常兒童的速度。

表4 肥胖兒童與正常兒童不同速度步態數據Table 4 The gait data about different velocity forthe obese and non-obese children

肥胖兒童與正常兒童步長均值上看，右足比左足長，但進行T檢驗，P＞0.05，沒有顯著性差異。慢速行走時候，肥胖兒童的步長顯著的高于正常兒童，隨著步速的提高，正常兒童的步長顯著的提高，而肥胖兒童的步長顯著的降低。快速行走時，肥胖兒童的步長顯著的低于正常兒童。由于所有受試者中，正常兒童與肥胖兒童身高上不具有顯著性差異（見表1），所以可以排除由于身高腿長因素影響步長。由此我們可以看出，慢速行走時，肥胖兒童較正常兒童采取大步慢行的方式，而快速行走時，采取小碎步的快行方式，也就是說肥胖兒童提高步速是通過提高步頻來改變速度的。這與Hills和Parker[1]報道略有不同，他們指出肥胖兒童的步長比正常兒童的步長要長，但比較相對步長，即用步長除以身高以及左右下肢的相對步長時，又得出了相反的結果，無論在何種速度下肥胖兒童的相對步長、相對左右下肢單步長均短于正常兒童，這是由于肥胖兒童的身高比正常兒童高的緣故。但是由于兒童下肢發育可能不一樣，可能用步長除以身高不能說明什么問題。本次試驗中正常兒童與肥胖兒童身高上不具有顯著性差異，因此更能反應出肥胖兒童與正常兒童的真實步長對比數據。

步寬代表的是步行時的兩足間距。從表4中數據我們發現，無論是正常兒童還是肥胖兒童，隨著步速的增加，步寬顯著的增大。這是為了在高速下維持身體平衡的需要。而肥胖兒童在不同步速下，均比正常兒童步寬大，其差異具有高度顯著性。原因有二：第一，肥胖兒童由于體重大，為了保證在步行中的穩定性，加大了步行過程中支撐面積；第二，由于肥胖兒童腿部較粗，尤其是大腿腹股溝部，致使兩腿之間很難并攏。從訪談中得知，肥胖兒童褲子襠部摩擦很大，經常會磨損。所以在制造肥胖兒童褲子的時候，一定要注意襠部的設計及材料的選擇。

步行過程中，從單側足跟著地開始到該足跟再次著地構成一個步態周期，見圖2中Right cycle部分。在Hills和Parker[1]及Ben McGraw等[3]的研究結果中發現，肥胖正常兒童以常速行走，支撐時相和擺動時相分別占整個周期的61.22%和38.78%。在不同步速行走時肥胖兒童完成一個完整的步態周期時間都比正常兒童要長，而且支撐時相所占的比率也高于正常兒童，特別是在快速和慢速行走時，肥胖兒童支撐時相顯著的長于正常兒童，擺動時相顯著的比正常兒童所占整個步態周期的比率小。研究還發現，在不同速度行走時，肥胖兒童的雙支撐時相占整個支撐時相的百分比較正常兒童都高。因此，他們認為肥胖兒童較正常兒童在行走過程中延長了支撐時間，尤其雙支撐時間，是為了保持身體的平衡，因為行走時肥胖兒童存在著不穩定的因素[5]。以上試驗都基于三維攝像基礎上得出的數據。本次試驗是完全用Footscan測力板，同樣也測出運動學數據。從數據中看，正常兒童以常速行走，支撐時相和擺動時相占整個周期的61.6%和38.4%，這與Mann和Hagg、Hills和Parker報道的數據非常類似（見表4）。三種步速中，肥胖兒童步態周期、支撐時相都顯著高于正常兒童。而且肥胖兒童支撐時相所占的比率也高于正常兒童，擺動時相明顯比正常兒童所占整個步態周期的比率小，具有高度顯著性差異。這與Hills和Parker[1]及Ben McGraw等[3]的結論是一樣的。肥胖兒童雙支撐時相百分比顯著高于正常兒童，這與以往的報道相同，說明了步行時肥胖兒童存在著不穩定因素。

以上對比顯示，Footscan測力板所測的運動學數據與錄像解析系統得出的數據得出結果一致。

2.2 肥胖兒童不同速度足底各區壓強峰值對比

肥胖兒童不同步速下，慢速下M2區右足較左足顯著性的增大；常速下HM區左足較右足顯著性增大；其他情況下左右足無明顯差異。但是隨著步速的提高肥胖兒童足跟部壓強峰值顯著的增大（見表5）。

表5 肥胖兒童不同速度足底各區壓強峰值數據（±S，N/cm2）Table 5 Peak pressure foreach of the 10 regions of the obese（n=15）and non-obese（n=10）subjects'feet

表5 肥胖兒童不同速度足底各區壓強峰值數據（±S，N/cm2）Table 5 Peak pressure foreach of the 10 regions of the obese（n=15）and non-obese（n=10）subjects'feet

注：與慢速比較，*P＜0.05，#P＜0.01；與左足比較，△P＜0.05，☆P＜0.01。

快走是肥胖兒童減肥簡單主要減肥方法之一，應該注意到足跟的保護，因為隨著步速的提高，跟部壓強顯著增高，給足跟部帶來更多的負荷。而減肥運動都是長時間的持續運動，這樣容易造成跟骨的損傷，如跟骨滑囊炎，跟骨生長板發炎等。疼痛會影響到肥胖兒童的運動，運動少了，體重會繼續增加，這樣就形成了惡性循環。為了避免此類事情的發生，建議購買肥胖兒童步行鞋，一定要注意最好選擇跟部有氣墊的鞋，或者減肥過程中采用游泳減肥，減少由于體重負荷對下肢乃至足部的影響。

2.3 肥胖兒童不同速度足底壓力曲線

由Footscan足底壓力分布測試系統得出壓力曲線數據，然后對所有數據進行時間標準化。從肥胖兒童和正常兒童的壓力曲線（見圖4）我們可以看出，無論是肥胖兒童還是正常兒童足底壓力曲線都表現出典型的雙峰曲線圖。其中第1個峰出現于對側足蹬離后單足支撐期開始之時，此時單足的負重較大。谷值出現于負重單足的前移過程中，因為對側主動用力承擔了體重的大部分。第2個峰出現于對側足足跟著地而同側足蹬離時，此時單側足底壓力也處于較高水平[6]。由于體重大的原因，肥胖兒童的足底壓力曲線明顯各個時相壓力均大于正常兒童，但是正常兒童左右足差異較小，而肥胖兒童左右足存在著一定的差異性，尤其是兩個峰值，右足明顯高于左足。前面對各區足底壓力分析中，我們指出無論是正常兒童還是肥胖兒童各區壓力峰值左右足存在一定差異性，并不是對稱的。但是從整個足的平均壓力曲線圖中可以看出，正常兒童左右足平均壓力曲線呈對稱性，而肥胖兒童左右足兩個峰值存在一定差異性。

圖4 肥胖兒童與正常兒童左右足的壓力-時間百分比曲線圖Figure 4 Diagram of curves about Press-Percentage of time for the obese and non-obese children

如果在對所有壓力數值再與自身體重進行標準化，得出圖5。從圖中可以看出，體重標準化后的壓力曲線肥胖兒童與正常兒童相差不大。但是從兩個峰值可以明顯看出，肥胖兒童存在差異而正常兒童位于其間，相差并不多。

圖5 肥胖兒童與正常兒童左右足的壓力體重比-時間百分比圖Figure 5 Diagram of curves about Press/weight-Percentage of time forthe obese and non-obese children

肥胖兒童不同速度步行時足底各區壓強峰值研究顯示，肥胖兒童隨著步速提高足跟部壓強峰值顯著的增大。而對不同速度下肥胖兒童足底壓力曲線研究可以看出，隨著步速的提高第一峰值顯著的增大，慢速時第一峰最低。這是因為第一峰出現在于對側足蹬離后單足支撐期開始之時，此時單足的負重較大。如果按照步態時間比例來說，這個時間正好是足跟主要負重處。同時也驗證了，隨著步速的提高增大了足跟的負荷。所以對于肥胖兒童的運動方式和運動鞋的選擇，一定要注意對足跟的保護。

3 結 論

（1）步行時兒童足跟負重比例相對要高，而肥胖兒童隨著步速的提高，足跟部壓力顯著的增大。

（2）慢速行走時候，肥胖兒童的步長顯著的高于正常兒童，隨著步速的提高，正常兒童的步長顯著的提高，而肥胖兒童的步長顯著的降低。由此我們可以看出，慢速行走時，肥胖兒童較正常兒童采取大步慢行的方式，而快速行走時，采取小碎步的快行方式。（3）無論是正常兒童還是肥胖兒童，隨著步速的增加，步寬顯著的增大。

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Plantar Pressure Distribution and Gait Characteristics about Different Velocity in Obese Children of 11～12 Years

LUAN Tianfeng
（Admission Office，Shandong Institute of Physical Education，Jinan 250102，China）

With the footscan 7.9，the plantar pressure distribution and gait characteristics of 25 students（11～12yrs）were measured.According to the standard of BMI＞26，students were divided into two groups（normal and obesity）.And then the data of two groups were compared and analyzed.The results showed：First，the ratios of plantar load between them were different and those of heels were relatively higher.But when obese children increased walking speed，heel forces increased significantly.Second，when children walked at a low speed，step length value of the obese children was significantly greater that of normal children.With increase of walking speed，the step length of normal children became longer significantly and that of obese children was on the contrary.Therefore we can conclude that at a low speed，the step length value of obese children was greater；but at a high speed，it was less.Third，with the increase of walking speed，step width of the two groups increased significantly.But at the same speed，the step width value of obese children was significantly greater than that of normal children.

obese children；plantar pressure；different walking speed；gait

G 804.62

A

1005-0000（2010）06-0533-04

2010-06-22；

2010-10-20；錄用日期：2010-10-26

欒天峰（1978-），男，山東泰安人，講師，研究方向為運動生物力學。

山東體育學院教務處招生辦公室，山東濟南250102。