25～27歲肥胖青年男性自然行走步態運動學分析

沈 飛，王海軍，陳慶合

(河北科技師范學院體育系，河北秦皇島，066004)

隨著科學技術的不斷發展和人們物質生活水平的不斷提高，使人們的生活方式、飲食結構迅速改變，越來越多的人們營養過剩，導致肥胖群體的數量逐年遞增。肥胖給人們的日常生活帶來諸多不便，而目前國內外學者關于肥胖的研究大多停留在醫學和運動生理學等領域，通過運動生物力學的角度研究肥胖人群的步態，目前國內研究者很少。正常步態具有穩定性、周期性、節律性、方向性以及個體差異性，然而，當人們存在疾病時，以上步態特征將發生明顯的改變［1］。肥胖這一熱點問題日益受到社會的廣泛關注，由于肥胖各種各樣健康問題接踵而來，肥胖使身體承受過多的負擔，而足是承擔人體質量的重要器官，與人的健康有著密切的關系。自然行走是人們生活中必不可少的一部分，脂肪在體內過多堆積是否會引起步態的改變?大學生是祖國的未來與希望，在文獻閱讀中尚未發現國內外學者對肥胖大學生的步態進行研究，因此把這三方面的問題整合在一起加以研究顯得尤為重要，筆者通過對25～27歲肥胖大學生和體質量正常大學生自然行走時運動學相關參數的測量，并對其自然行走過程進行運動學分析與相關性研究，探索自然行走過程中運動學參數的分布規律以及自然行走時各關節角度的變化情況，探究體質量增加是否會引起這些運動學參數的改變，進而引起異常步態，為矯形處方、體育鍛煉、臨床醫學和醫療康復等方面的研究提供實踐依據和數據參考。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為東北師范大學非體育學院的在校研究生(男性)16名，其中肥胖者8名，體重正常者8名(表1)。采用韓國生產的體質成份分析儀 (VENE5.5 Body comPosition Analyzer)對受試者的體質成份進行測量，脂肪在身體總質量中的質量分數大于0.25的8名確定為肥胖組，脂肪在身體總質量中的質量分數大于0.15小于0.25的8名作為對照組，在測試前經詢問，研究對象的下肢無受傷史，無足部疾病和足部損傷，無訓練史，無扁平足和足部駢體。

1.2 運動學相關指標的采集

應用美國產Fastec Imaging高速攝像機，調試其采樣頻率為125幀/s，分辨率設為640×480，攝像機放在人體行走的正側面，與人體行走路線所成角度大約為80°，在行走路線的一側放1根1米長的標桿，使陽光能夠直射到攝像機和實驗對象上，受試者以習慣自然行走時步速沿規定的路線行走，拍攝過程中隨機拍攝，取一個完整的步態周期。拍攝完畢后馬上把圖像儲存在筆記本電腦上，進行下一組拍攝，待所有受試者拍攝完畢后，通過艾里爾配套的解析軟件對所拍攝的圖像進行處理，最后得出運動學相關參數。

表1 受試者自然狀況

1.3 實驗數據的統計分析

采用Excel建立數據庫，并進行數據處理。對實驗中所測得的運動學參數進行統計分析，結果用±S表示，組間采用雙側T檢驗，其返回值為P，分析其差異是否具有顯著性，當P﹤0.05時，認為2組數據差異顯著。當P﹤0.01時，認為2組特征量差異高度顯著，當返回值P不在此范圍內不予討論。同時，采用spss15.0軟件把測得的運動學各項指標與身高、體質量、年齡、脂肪在身體總質量中的質量分數、鞋碼等指標進行Pearson相關分析，當R值接近±1時，認為其關系具有相關性。當P﹤0.05時相關具有顯著性，當P﹤0.01時相關具有非常顯著性。

2 研究結果與分析

2.1 不同肥胖程度的在校研究生自然行走時的時間、空間參數特征

測量結果表明，反映自然行走步態時間參數指標肥胖組的雙支撐時相、足放平的時間明顯大于對照組，且差異具有顯著性(P﹤0.05，P=0.03)(表2)。而足放平的時間、單只撐時期明顯小于對照組且差異具有非常顯著性(P﹤0.01，P=0.009，P=0)。其它時間參數指標雖然有不同程度的改變，但不具有統計學意義，不予討論。反映自然行走步態空間參數指標肥胖組的步寬和對照組相比有不同程度的增加，且差異具有顯著性意義(P﹤0.05，P=0.049)。肥胖組的步長小于對照組但差異不具有顯著性意義(P＞0.05，P=0.285)，而肥胖組的相對步長明顯小于對照組且差異具有顯著性意義(P﹤0.05，P=0.042)，可能是由于肥胖組的身高大于對照組。由于在自然行走過程中，雙支撐時期是步態周期中最穩定的時期，雙支撐時期越長步行越穩定，而單只撐時期是單側足支撐全部重力的時相，此時髖關節屈，而踝關節背屈，當身體不穩定時單只撐時相縮短，迅速將重心移到另一足，以保持平衡。肥胖組由于體重過大，在邁步時體質量全部集中在單側足，嚴重破壞了身體的平衡性，而臀大肌和股四頭肌的力量不足，導致雙支撐時期增長而單只撐時期縮短。為了維持平衡的穩定性，實驗組通過減小步長從而達到維持重心在同一個水平面上運動，增加步寬來提高支撐面擴大穩定角。而相對步長的減小可能是由于肥胖組的身高大于對照組。此結果的研究與國內學者［6～7］和國外學者［8～10］等對肥胖兒童步態研究結果基本相符合，表明肥胖學生在自然步行時動態姿勢穩定性下降，需要通過調整自然行走過程中的時間、空間參數來維持平衡。

表2 受試研究生自然行走過程中時間、空間參數

2.2 肥胖研究生自然行走步態時間、空間參數與身高、體質量、年齡、鞋碼、肥胖程度的相關性分析

對研究對象的時間參數和空間參數與身高、體質量、年齡、鞋碼、肥胖程度進行Pearson相關性分析(表3)，結果顯示，研究對象時間參數指標中支撐時期與肥胖程度(即脂肪在體質量中的質量分數)呈顯著正相關(P＜0.05，R=0.604)。雙支撐時期和足放平時間與體質量及肥胖程度呈高度顯著正相關(P＜0.01，R=0.834，0.887)。而研究對象單支撐時期和體質量、肥胖程度呈高度顯著負相關(P＜0.01，R= －0.821，－0.753)。足放平時間與體質量呈顯著正相關(P＜0.05，R=0.794)。而與肥胖程度呈高度顯著正相關(P＜0.01，R=0.912)。其它時間參數指標的相關性分析呈弱相關，不具有統計學意義。研究對象空間參數指標中步長與身高呈高度顯著正相關(P＜0.01，R=0.826)，與體質量呈高度顯著負相關 (P＜0.01，R=－0.839)，與肥胖程度呈顯著負相關(P＜0.05，R=－0.771)。研究對象的步寬與身高、體質量、肥胖程度呈顯著正相關(P＜0.05，R=0.727，0.712，0.675)。研究對象的相對步長與體質量呈高度顯著正相關(P＜0.01，R=0.852)，與肥胖程度呈顯著正相關(P＜0.05，R=－0.741)。而其它空間參數指標的相關性不具有統計學意義。研究的結果和Panagiotis SPyroPouios［11］的研究結果基本一致。

表3 時間、空間參數與身高、體質量、年齡、鞋碼、脂肪在體質量中的質量分數的相關性分析

2.3 不同肥胖程度研究生自然行走時時空參數特征

自然行走時的時空參數主要以步態周期中下肢的髖、膝、踝關節角度的變化特征為主要依據。通過對關節角度的變化情況可以反映各關節的功能狀況，當神經、肌肉異常時，角度出現異常，表明兩下肢的協調性較差［12］。根據人體在自然行走過程中足跟著地、全足著地、足趾離地關節角度變化，反映步態周期中各關節角度的變化。足跟著地是足跟接觸地面的瞬間，確定人體向前運動減速，確定足進入支撐相位置。研究結果表明，在足跟著地瞬間，踝關節最大跖屈角度肥胖組明顯大于對照組，差異具有非常顯著性意義(P＜0.01，P=0.005)。產生這一現象的原因是由于肥胖組脂肪在體內過多的堆積，給踝關節造成了額外的負擔，使踝關節周圍的韌帶和肌肉的力量減弱，不利于踝關節的屈曲運動，引起足跟著地時著地角增大，使著地點離身體重心投影點過近，從而會影響步長，減小步幅，破壞了平衡的穩定性。為了代償自身的失衡，肥胖組用增加步寬增加身體的平衡性。另一方面由于肥胖組踝關節的屈曲角度大，與地面的夾角小，可以增加和地面的摩擦，更好地維持身體的平衡。肥胖組在髖關節跖屈角度小于對照組且差異具有顯著性意義(P＜0.05，P=0.017)，可能是由于肥胖人群的脂肪大多集中在腰部、臀部、大腿內側，限制了髖關節的運動。這與張曉棟等［14］對肥胖兒童的步態研究基本吻合。

在單支撐相中，膝關節、髖關節、踝關節角度肥胖組和對照組比較有著不同程度變化，但是差異不具有顯著性意義(表4)。支撐相末期是指足主動加速蹬地，開始于足跟抬起，結束于足趾離地。此時踝關節保持跖屈，膝關節伸，髖關節由屈變伸參與工作的肌肉為臀大肌、股四頭肌和小腿三頭肌［15］。測量結果表明，在足趾離地時肥胖組在膝關節、踝關節處和對照組比較差異不具有顯著性，但肥胖組在髖關節處的屈曲角度明顯大于對照組，且差異具有非常顯著性意義(P＜0.01，P=0.006)。產生這一現象的原因是由于肥胖組為了增加自身的平衡性來擴大髖關節角度從而有效增加轉動半徑的長度，形成骨盆繞支撐腿髖關節矢狀軸的轉動，來增加支撐轉動半徑的長度，有利于人體重心保持在同一個水平面上運動。從而達到代償人體的不穩定性。另一方面髖關節屈曲度改變大，步長相對會長，這與肥胖組的步長長短相吻合。

表4 足跟著地、單只撐時相、足趾離地髖、膝、踝等3關節角度

2.4 不同肥胖程度的在校研究生自然行走時時空參數與身高、體質量、年齡、鞋碼、脂肪在體質量中的質量分數的相關分析

對研究對象的時空參數主要關節角度與身高、體質量、年齡、鞋碼、脂肪在體質量中的質量分數進行Pearson相關分析(表5)，結果表明，研究對象足跟著地瞬間髖關節與踝關節角度和體質量及脂肪在體質量中的質量分數呈顯著正相關(P＜0.05，R=0.713，0.689，0.659)。而足跟著地瞬間踝關節角度與脂肪在體質量中的質量分數呈高度顯著正相關(P＜0.01，R=0.829)。由于脂肪主要分布在腰部和大腿內側，限制了足跟著地瞬間髖部前旋，縮短了支撐轉動半徑的長度，不利于緩沖地面反作用力和蹬伸階段大腿肌群的用力，所以肥胖人群應加強體育鍛煉來增加下肢肌肉力量。而在單支撐時相，膝關節的角度隨著體質量的增加而增大，為了增加膝關節的屈曲度，預先拉長肌纖維，以增加蹬地的力量。踝關節的屈曲角度大，與地面的夾角小，可以增加和地面的摩擦，更好地維持身體平衡。

單支撐時相膝關節角度與體質量、年齡、脂肪在體質量中的質量分數呈顯著正相關(P＜0.05，R=0.613，0.648，0.727)，膝關節在步行支撐階段做屈伸運動，而在單腿支撐階段關節輕微屈曲，肥胖組為了增加蹬地的力量和降低重心的高度，使膝關節角度明顯小于對照組，這樣不僅有利于緩沖地面反作用力和蹬伸階段大腿肌群的用力，降低重心波動，而且可以增加身體的平衡性。踝關節角度與鞋碼的大小呈顯著正相關(P＜0.05，R=0.712)，產生這一現象的原因可能是由于在測量的過程中產生了誤差所致。足趾離地時踝關節角度與脂肪在體質量中的質量分數呈顯著正相關(P＜0.01，R=0.815)。而其它時空參數的各項指標與身高、體質量、年齡、鞋碼、脂肪在體質量中的質量分數的相關性分析不具有統計學意義，不予討論。

表5 時空參數與身高、體質量、年齡、鞋碼、脂肪在體質量中的質量分數的相關性分析

3 結 論

(1)肥胖青年雙支撐時相、雙支撐時相百分比、足放平的時間均比體質量正常青年長，步寬比正常青年寬，且與體質量、脂肪在體質量中的質量分數呈顯著正相關。而步態周期、支撐時相和正常青年基本一致，但肥胖青年的單支撐時相、步長均小于正常青年，且與體質量、脂肪在體質量中的質量分數呈顯著負相關。

(2)肥胖青年在自然行走過程中，在單支撐結束雙支撐開始的瞬間，足跟接觸地面時，踝關節的角度明顯大于正常青年，膝關節角度明顯小于正常青年。在單支撐時期各關節角度變化基本一致。在足趾離地時肥胖青年踝關節角度大于正常青年，髖關節和膝關節角度變化和正常青年基本一致。

(3)研究對象足跟著地瞬間髖關節、踝關節角度和體質量及脂肪在體質量中的質量分數呈顯著正相關。單支撐時相膝關節角度與體質量、年齡、脂肪在體質量中的質量分數呈顯著正相關，而膝關節的角度與脂肪在體質量中的質量分數呈顯著負相關。在足趾離地時踝關節角度與脂肪在體質量中的質量分數呈顯著正相關。

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