4-7歲健康兒童步態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)分析

張海濤，陸阿明

(蘇州大學(xué) 體育學(xué)院，江蘇 蘇州 215006)

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4-7歲健康兒童步態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)分析

張海濤，陸阿明

(蘇州大學(xué) 體育學(xué)院，江蘇 蘇州 215006)

目的：通過(guò)分析4～7歲兒童步態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)，揭示兒童行走規(guī)律，掌握兒童行走時(shí)步態(tài)特點(diǎn)。方法:以27例4～7歲健康兒童(男童12名女童15名)為測(cè)試對(duì)象。使用Zebris步態(tài)分析跑臺(tái)，測(cè)得兒童行走時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，采用的時(shí)間參數(shù)包括支撐期、擺動(dòng)期、單支撐時(shí)相比率和步頻；空間參數(shù)包括：步長(zhǎng)、步寬、足偏角。結(jié)果:時(shí)間參數(shù)特征，4歲兒童支撐期較長(zhǎng)，隨著年齡的增長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，單腿支撐時(shí)間較成人短， 5歲以后與成人接近，4～5歲兒童步頻明顯高于成人水平，6歲之后與成人接近；空間參數(shù)特征：4～7歲步寬隨年齡增加呈下降趨勢(shì)，但仍然高于成人水平。兒童足偏角小于成人水平，左右腳無(wú)顯著性差異。結(jié)論：兒童步態(tài)與青年人有明顯差異，表現(xiàn)為單支撐時(shí)間較短，步寬較大，步頻較快，足偏角小于成人。

健康兒童；步態(tài)；運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

行走是人類最基本的運(yùn)動(dòng)行為，既是人體結(jié)構(gòu)與功能、行為與心理活動(dòng)的外在表現(xiàn)，也是人體運(yùn)動(dòng)功能的綜合表現(xiàn)。步態(tài)是指人體行走時(shí)的姿態(tài)，是人體通過(guò)髖、膝、踝、足趾的一系列連續(xù)活動(dòng)，使身體沿著一定方向移動(dòng)的過(guò)程。隨著測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和測(cè)試設(shè)備的改進(jìn),我們能夠?qū)θ梭w行走時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的外部特征，尤其是下肢運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)的定量分析，因此就出現(xiàn)了步態(tài)分析。步態(tài)分析對(duì)人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病因分析和診斷，功能、療效與殘疾評(píng)定，截癱病人的行走功能重建等均有重要意義，已成為基礎(chǔ)和臨床研究中不可缺少的評(píng)定方法之一。

兒童行走時(shí)的步態(tài)與成人行走步態(tài)存在非常大的差異。為了對(duì)異常或患病兒童步態(tài)進(jìn)行描述、研究并采取即時(shí)治療，人們必須要了解正常兒童的步態(tài)與成人步態(tài)之間的差異、兒童步態(tài)達(dá)到成熟的時(shí)間、影響兒童步態(tài)成熟的因素[1]。國(guó)外從19世紀(jì)開(kāi)始就開(kāi)始對(duì)正常兒童行走步態(tài)展開(kāi)研究[2]，而國(guó)內(nèi)對(duì)正常兒童步態(tài)特征的研究還比較少，多數(shù)是對(duì)肥胖兒童步態(tài)特征及足底壓力分布進(jìn)行研究[3,4]，以及對(duì)腦癱患兒的步態(tài)特征[5-8]研究較多，缺乏對(duì)兒童行走的步態(tài)特征變化情況的詳細(xì)描述。本研究為了指明兒童在不同年齡階段步態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的變化情況，了解正常兒童的步態(tài)與成人步態(tài)之間的差異。為提高兒童的身體素質(zhì)，也為患病幼兒步態(tài)診斷和治療提供定量參考依據(jù)

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

實(shí)驗(yàn)于2016年1月在蘇州大學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)27名年齡為4～7歲的兒童進(jìn)行行走步態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)采集。受試者兒童均來(lái)自于蘇州大學(xué)職工子女，所有兒童自愿參加本次測(cè)試。

表1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象基本情況

1.2 研究方法

采用德國(guó)生產(chǎn)Zebris步態(tài)分析跑臺(tái)，對(duì)兒童常速行走時(shí)步態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行采集。所有兒童都赤足在跑臺(tái)上行走，采集數(shù)據(jù)前將跑臺(tái)速度調(diào)至低速讓受試者在跑臺(tái)上試走幾次，適應(yīng)了跑臺(tái)的行走模式之后，將速度增加至兒童能夠正常步行走的速度，適應(yīng)3～5min，在兒童步態(tài)穩(wěn)定后開(kāi)始采集，采集時(shí)間為30s。采集數(shù)據(jù)時(shí)不給兒童任何提示。本實(shí)驗(yàn)采用Excle2010、SPSS21.0數(shù)據(jù)處理軟件包對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 正常步態(tài)周期描述

行走屬于周期性的動(dòng)作系統(tǒng)。在行走過(guò)程中，從一側(cè)腳跟著地開(kāi)始到該腳跟再次著地構(gòu)成一個(gè)步態(tài)周期，一個(gè)步態(tài)周期也稱為一個(gè)復(fù)步，期間左右足都經(jīng)歷一個(gè)與地面接觸的支撐過(guò)程及離地前擺的擺動(dòng)過(guò)程，對(duì)其分別稱為步態(tài)周期活動(dòng)的支撐時(shí)相和擺動(dòng)時(shí)相。支撐時(shí)相又分為腳跟著地、趾著地、支撐中期、腳跟離地 蹬離期和趾離地諸動(dòng)作階段。擺動(dòng)時(shí)相分為加速期、擺動(dòng)期和減速期。成人常速行走時(shí),支撐時(shí)相約占整個(gè)步態(tài)周期的60%～65%[9]。一只腿離開(kāi)地面的時(shí)期為單支撐期。當(dāng)一側(cè)下肢進(jìn)入支撐時(shí)相時(shí)。另側(cè)下肢尚未離地，兩下肢同時(shí)負(fù)重稱為雙支撐期。隨著年齡的增長(zhǎng)，單 、雙支撐時(shí)相占步態(tài)周期的比例也隨之變化。不同性別和身高的人，其支撐時(shí)相和擺動(dòng)時(shí)相所占的比例無(wú)明顯差異[10]。

圖1 步態(tài)時(shí)相劃分

2.2 時(shí)間參數(shù)

2.2.1 支撐期、擺動(dòng)期、單支撐時(shí)相比。從表2可以看出，4～7歲兒童支撐期隨著年齡的增加逐漸減小，5歲后支撐期達(dá)60%～65%之間，接近成人水平，4～7兒童支撐期左右腳之間無(wú)顯著性差異(P=0.27)。擺動(dòng)期隨著年齡的增加逐漸增大，表明兒童隨著年齡的增加穩(wěn)定性增加，并且各年齡段兒童擺動(dòng)期左右腳之間無(wú)顯著性差異(P=0.34)。表明在行走過(guò)程中左右腳差異較小，左右腳協(xié)調(diào)性較好。王新[13]等人對(duì)健康兒童步態(tài)特征分析的研究中表明，3歲以后兒童的支撐期便接近成人水平，而本實(shí)驗(yàn)表明兒童4歲時(shí)支撐期依然高于成人水平，這可能與跑臺(tái)行走步態(tài)與地面行走步態(tài)差異有關(guān)。也可能由于兒童不適跑步機(jī)的行走模式所導(dǎo)致。

同時(shí)，從表2中可以看出4～7歲兒童單支撐時(shí)相比隨著年齡的增長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)，5歲之后約為35%接近成人水平，4～7歲兒童單支撐時(shí)相比在左右腳之間無(wú)顯著性差異(P=0.35)。表明兒童隨著年齡的增加運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、自身姿勢(shì)控制能力不斷增強(qiáng)，單足支撐時(shí)間變小依然能夠調(diào)節(jié)身體的平衡和協(xié)調(diào)性，與國(guó)外研究一致[11，12]。單足支撐時(shí)相比，指單足支撐時(shí)間在整個(gè)在整個(gè)步態(tài)周期中所占的比例，是一個(gè)能夠反映步態(tài)成熟的重要參數(shù)，這是因?yàn)閱巫闫胶饽芰κ侨祟愲p足行走的標(biāo)志。單足支撐時(shí)間不僅能夠反映步態(tài)穩(wěn)定性，還為行走中的擺動(dòng)提供了充足的時(shí)間。

表2 4～7歲兒童步行時(shí)間參數(shù)

2.2.2 步頻。步頻指行走時(shí)每分鐘邁出的步數(shù)，正常成年人一般在90～125步/min。兒童穩(wěn)定性差，步頻較快，從圖2中可以看出，4～5歲兒童步頻在130以上，隨著年齡增長(zhǎng)有下降趨勢(shì)。6歲以后步頻在120以下，與成人接近。張少偉對(duì)7歲男童步態(tài)特征分析，結(jié)果顯示7歲健康兒童步頻在62步左右/min，本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示7歲兒童的步頻仍在100以上，這可能與在跑臺(tái)上行走有關(guān)，兒童的適應(yīng)能力有限，所有參加本實(shí)驗(yàn)的兒童都是第一次嘗試在跑臺(tái)上行走，有研究表明[16]，兒童9歲以前對(duì)物體三維空間改變的適應(yīng)以及認(rèn)知的發(fā)展受到任務(wù)的復(fù)雜程度、指導(dǎo)語(yǔ)、思維發(fā)展水平等因素干擾。所以在本實(shí)驗(yàn)中7歲步頻仍然較快，兒童的快速步態(tài)，是導(dǎo)致兒童摔倒的重要因素，所以兒童步行初期和發(fā)展期，一定要注意鍛煉和家人的看護(hù)，減少摔倒的次數(shù)。

圖2 兒童步頻變化圖

2.3 空間參數(shù)

2.3.1 步寬。人們?cè)谛凶邥r(shí)，兩側(cè)足內(nèi)側(cè)弓之間的距離成為步寬，正常為5～8cm。步寬是衡量橫行穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素。當(dāng)人體穩(wěn)定性下降或者肢體患病出現(xiàn)穩(wěn)定性障礙時(shí)，在行走時(shí)步寬會(huì)增大以增大支撐面積，增加肢體的穩(wěn)定性。從圖2中可以看出，隨著年齡的增長(zhǎng)步寬減小，并趨于穩(wěn)定，約為10cm，與成人相比，大于成人水平。這是由于兒童穩(wěn)定性差，不得不增加步寬，增大支撐面，維持重心穩(wěn)定。研究表明[17]如果步寬值過(guò)大的話，就會(huì)在橫向產(chǎn)生無(wú)效分力的作用，導(dǎo)致身體的左右搖晃幅度增大，這對(duì)兒童長(zhǎng)時(shí)間行走也是不利的，容易產(chǎn)生過(guò)多的無(wú)效能量消耗。另外，步寬過(guò)寬的話，則需要足弓的內(nèi)側(cè)產(chǎn)生較大的相對(duì)下陷來(lái)緩沖力量，維持足部的穩(wěn)定性，長(zhǎng)時(shí)間行走，則導(dǎo)致脛骨后肌群肌肉容易疲勞，同時(shí)足部穩(wěn)定功能低下導(dǎo)致足部的損傷。

圖3 兒童步寬變化圖

2.3.2 步長(zhǎng)。步長(zhǎng)是指同側(cè)足跟或足尖到邁步后足跟到足尖的距離，步長(zhǎng)隨年齡、身高差異較大。已有研究證實(shí)，身高對(duì)步長(zhǎng)有影響[14]。Stansfield[15]等人提出，在對(duì)進(jìn)行步態(tài)研究時(shí)，對(duì)不同身體形態(tài)人群進(jìn)行比較時(shí)，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化(non-dimentional normalization)。本實(shí)驗(yàn)對(duì)步長(zhǎng)做了無(wú)量綱化后。從圖4中可以看出，隨著年齡的增加趨勢(shì)，基本趨于平穩(wěn)。5歲以后步長(zhǎng)身高比在55%以上接近于成人水平。Sutherland對(duì)4～7歲兒童步態(tài)特征研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)兒童步長(zhǎng)無(wú)量綱化后，步長(zhǎng)曲線不會(huì)發(fā)生顯著性變化[1]。

圖4 步長(zhǎng)與身高比

2.3.3 足偏角。足偏角是指平地行走時(shí)腳與步行方向中線所成的角,正常人約為15°,左右腳分別計(jì)算。這個(gè)角度是由大腿骨頸部的前屈和小腿脛骨扭曲使下肢關(guān)節(jié)外旋所造成的,如果大腿骨頸和小腿脛骨扭曲異常,足偏角就會(huì)產(chǎn)生明顯的變化。從圖5可以看出,隨著年齡增長(zhǎng)足偏角有增加趨勢(shì)，4歲到5歲增加較快，5歲到6歲變化較小，但4-7歲兒童的足偏角均小于成人水平,這可能與幼兒發(fā)育狀況有關(guān)。同時(shí)從圖5中可以看出兒童左右腳具有不對(duì)稱性，但左右腳無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.13)。提示家長(zhǎng)，在兒童步態(tài)穩(wěn)定初期需要特別關(guān)注左右腳的對(duì)稱性，預(yù)防長(zhǎng)短腿，扁平足的發(fā)生。

圖5 兒童左、右足偏角變化

綜上所述，兒童的步態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)特征與成人比較具有一定的差異性。本研究中，兒童的單支撐時(shí)相、步頻、步寬均大于成人，這可能與兒童的下肢肌肉力量發(fā)展特點(diǎn)有關(guān)。有研究表明[18]兒童身體肌肉發(fā)育具有一定的順序性，規(guī)律一般為：先發(fā)展軀干肌再發(fā)展四肢肌肉，屈肌先于伸肌，大塊肌肉先于小塊肌肉，先發(fā)展上肢肌肉再發(fā)展下肢肌肉，一般8、9歲以后，肌肉發(fā)育的速度開(kāi)始加快，力量逐漸增加。兒童在行走早期穩(wěn)定性較差，協(xié)調(diào)性不夠，提醒家長(zhǎng)應(yīng)注意看護(hù)兒童，減少摔跤和磕絆的風(fēng)險(xiǎn)。并且在兒童行走早期注意兒童左右足協(xié)調(diào)性，避免出現(xiàn)長(zhǎng)短腿，高低肩等不良姿勢(shì)，對(duì)兒童的身體形態(tài)造成不良影響。

3 結(jié) 論

3.1 4歲兒童支撐期較長(zhǎng)，5歲之后支撐期接近成人水平。擺動(dòng)期隨著年齡的增長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)。4歲時(shí)，單足支撐期較短，5歲左右單足支撐時(shí)間與成人接近。5歲之前為了保持身體平衡兒童步頻較快，隨年齡的增加步頻逐漸減小，6歲后接近成人水平。

3.2 4～7歲兒童步態(tài)發(fā)展不成熟，行走時(shí)穩(wěn)定性較差，隨著年齡的增長(zhǎng)步寬減小，并趨于穩(wěn)定，約為10cm，但仍高于成人水平。隨著年齡的增加趨勢(shì)，步長(zhǎng)身高比基本趨于平穩(wěn)。5歲以后步長(zhǎng)身高比在55%以上接近于成人水平。

3.3 4～7歲兒童足偏角均隨年齡增長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)，但均小于成人水平，并且左右腳之間無(wú)顯著性差異。

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Gait Kinematics Parameter Analysis on Healthy Children Aged 4 to 7

ZHANG Hai-tao,LU A-ming

(PE College ,Suzhou University, Suzhou 215006， China)

Objective: Through the analysis of children aged 4 to 7 walking gait kinematics characteristics, revealing the rules and characteristics of children walking gait master. Methods:27healthy children aged 4 to 7(boys 12 and girls 15) were selected. Use the Zebris treadmill gait analysis, measured kinematic parameters of children walking, using the time parameter including support, swing, rate and frequency compared to the single support. Spatial parameters include: step length. step width, foot angle.,Results: The time parameters of 4 year old children support over a long period of time, decreased with age, single leg support time is short after the age of 5 adults, and adults to stride 4～5 years old children was significantly higher than that of adults, and adults after the age of 6 near; spatial parameter characteristics: 4～7 years step width decreased with the increase of age, but still higher than the adult level. Children less than a foot angle level, there were no significant difference on foot. Conclusion: There are significant differences in children's gait with young people, showed a single support time is shorter, the step width is larger, faster pace, foot angle less than adults.

healthy children; gait; kinematics characteristics

2016-10-08

張海濤(1991-)，女，在讀碩士研究生，研究方向：運(yùn)動(dòng)生物力學(xué).

G804.64

A

1004-3624(2016)06-0103-04