足底壓力測(cè)試系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)員選材與訓(xùn)練中的應(yīng)用

張高陽(yáng) 張永剛 王偉偉

(重慶移通學(xué)院 重慶 401520)

運(yùn)動(dòng)員選材是根據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量評(píng)價(jià)手段選拔適合從事某類(lèi)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目訓(xùn)練的專(zhuān)門(mén)人才的過(guò)程［1］。隨著運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與體育科學(xué)研究之間的聯(lián)系越來(lái)越緊密，先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備在運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練中廣泛應(yīng)用，足底壓力系統(tǒng)作為運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究領(lǐng)域中的工具，通過(guò)測(cè)量不同人群自然行走狀態(tài)下的步態(tài)，能夠直接獲得一個(gè)完整步態(tài)周期的足底壓力特征，進(jìn)而更能細(xì)致、準(zhǔn)確地從生物力學(xué)角度來(lái)解析步態(tài)特征，進(jìn)一步為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。

該文從生物力學(xué)的角度出發(fā)，通過(guò)對(duì)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員、右足嚴(yán)重”外八字”腳型大學(xué)生和正常腳型大學(xué)生在自然行走狀態(tài)下足底壓力分布特征進(jìn)行對(duì)比，分析比較三組實(shí)驗(yàn)者足軸角、足底壓強(qiáng)峰值、足底沖量峰值、足底支撐時(shí)相、足弓指數(shù)指標(biāo)特征，進(jìn)而為運(yùn)動(dòng)員的選材和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練提供理論依據(jù)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為8 名西安體育學(xué)院網(wǎng)球?qū)I(yè)二級(jí)及以上運(yùn)動(dòng)員以及右足具有嚴(yán)重外八字腳型和正常足型的在校非體育專(zhuān)業(yè)男生各8 名。選擇受試對(duì)象時(shí)，要求其在半年內(nèi)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)損傷，尤其是下肢和足部，無(wú)足部骨折史，且24h內(nèi)沒(méi)有劇烈運(yùn)動(dòng)［2］。

1.2 研究方法

該研究采用比利時(shí)生產(chǎn)的FreeStep 足底壓力測(cè)試系統(tǒng)（采樣頻率高達(dá)500Hz，厚度1mm，測(cè)量范圍1～100N/cm2）對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試前，打開(kāi)足底壓力測(cè)試軟件，設(shè)置相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)，該測(cè)試所設(shè)置的采集頻率為100Hz；測(cè)試者必須光腳進(jìn)行測(cè)試，以正常的行走步態(tài)自然行走，各測(cè)試3次。使用該測(cè)試系統(tǒng)自帶的freeStep scientific7.97軟件對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)完成保存、分析和提取。該系統(tǒng)將足底分為11個(gè)區(qū)域：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、足弓內(nèi)側(cè)、足弓外側(cè)、足跟內(nèi)側(cè)、足跟外側(cè)。

2 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行，對(duì)所有整理過(guò)的數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示。各參數(shù)比較采用單因素方差分析，P＜0.05 表示具有顯著性差異，P＜0.01表示具有非常顯著性差異。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 足軸角

通過(guò)試驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)分析獲得網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員、右足嚴(yán)重“外八字”腳型大學(xué)生和正常腳型大學(xué)生足軸腳數(shù)據(jù)，如表1所示。

由表1 可以得出，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員右腳足軸角與外八字腳學(xué)生相比具有非常顯著性差異；外八字腳學(xué)生右足足軸角與正常學(xué)生相比具有顯著性差異；左、右足足軸角的大小均為網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員＜正常學(xué)生＜外八字腳學(xué)生。

表1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象足軸角比較（°）

3.2 足弓指數(shù)

通過(guò)試驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)分析獲得網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員、右足“外八字”腳型學(xué)生和正常腳型學(xué)生足弓指數(shù)數(shù)據(jù)，如表2所示。

由表2可以得出，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員左、右腳足弓指數(shù)與外八字腳學(xué)生相比均具有顯著性差異，且左腳具有非常顯著性差異；左、右腳足弓指數(shù)的大小均為網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員＜普通學(xué)生＜外八字腳學(xué)生。

表2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象足弓指數(shù)比較

3.3 足底各區(qū)域壓強(qiáng)峰值分布

通過(guò)試驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)分析獲得網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員、右足“外八字”腳型學(xué)生和正常腳型學(xué)生足底各區(qū)壓強(qiáng)峰值數(shù)據(jù)，如表3所示。

由表3 可以得出，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員左腳與外八字腳相比，在第2～5 趾骨、第3、4 跖骨區(qū)域足底壓強(qiáng)峰值具有非常顯著性的差異。右腳在第3 跖骨、足跟內(nèi)外側(cè)區(qū)域均具有非常顯著性的差異。網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員左腳與正常學(xué)生相比，在第2～5 趾骨、第4 跖骨區(qū)域足底壓強(qiáng)峰值具有顯著性差異，在第3 跖骨區(qū)域具有非常差異。右腳在第3 跖骨，足跟內(nèi)外側(cè)區(qū)域足底壓強(qiáng)峰值均具有非常顯著性差異。

表3 實(shí)驗(yàn)者足底各區(qū)域壓強(qiáng)峰值分布（N/cm2）

3.4 足底各區(qū)域沖量峰值分布

通過(guò)試驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)分析，獲得網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員、右足“外八字”腳型學(xué)生和正常腳型學(xué)生足底各區(qū)域沖量峰值數(shù)據(jù)，如表4 所示。網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員左腳與外八字腳學(xué)生相比，在第2跖骨、足跟內(nèi)側(cè)區(qū)域足底沖量峰值具有非常顯著差異；右腳在1、2 跖骨區(qū)域沖量峰值具有非常顯著性的差異，在第1 趾骨區(qū)域具有顯著差異。網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員左腳與正常學(xué)生相比，在第1 趾骨區(qū)域足底沖量峰值具有顯著性差異，在第1、2 跖骨區(qū)域具有非常顯著性的差異；右腳在第1 趾骨區(qū)域足底沖量峰值具有非常顯著性差異。

表4 實(shí)驗(yàn)者足底各區(qū)域沖量峰值分布(N·S)

3.5 足底支撐時(shí)相

通過(guò)試驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)分析獲得網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員、右足“外八字”腳型學(xué)生和正常腳型學(xué)生足底支撐時(shí)相數(shù)據(jù)，如表5所示。網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員左腳與外八字腳學(xué)生相比，在前掌接觸期、前掌蹬離期2 個(gè)階段所用時(shí)間具有非常顯著性差異；右腳在前掌接觸期、前掌放平期、前掌蹬離期3個(gè)階段所用時(shí)間具有顯著性差異。網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員左腳與正常學(xué)生相比，在前掌接觸期、前掌放平期2兩個(gè)階段所用時(shí)間具有顯著性差異，在前掌蹬離期所用時(shí)間具有非常顯著性差異；右腳在前掌放平期所用時(shí)間具有非常顯著性差異。

4 討論分析

4.1 網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員、右足“外八字”腳型學(xué)生和正常腳型學(xué)生步態(tài)特征分析

足軸角的定義為人在行走時(shí)足縱軸與前進(jìn)方向的夾角，是評(píng)價(jià)步態(tài)足部控制的有效指標(biāo)。當(dāng)足軸角數(shù)值在6.7°～6.8°時(shí)為正常值，當(dāng)數(shù)值大于15°時(shí)，則為異常值［3］。由表1 可以看出，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員左、右足足軸角最小，且處于正常的范圍之內(nèi)，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員長(zhǎng)期進(jìn)行專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練，身體的運(yùn)動(dòng)能力、協(xié)調(diào)能力、平衡能力等更好。外八字腳學(xué)生左右雙足的足軸角存在較大的差異，因其右足的穩(wěn)定性差，在單腳著地的支撐時(shí)刻，會(huì)快速把身體的重心轉(zhuǎn)移至左腳，長(zhǎng)此以往，使左足的穩(wěn)定性提高。在自然行走的一個(gè)完整步態(tài)周期過(guò)程中，需要保持整個(gè)步行過(guò)程中身體的穩(wěn)定性，右足就會(huì)出現(xiàn)過(guò)度外翻，即使足軸角增大，進(jìn)而增加足部與地面的接觸面積，控制身體的穩(wěn)定性完成正常行走。

正常行走步態(tài)周期分為支撐時(shí)期和擺動(dòng)時(shí)期。該實(shí)驗(yàn)將支撐期分為初始著地階段（時(shí)相一）、前掌接觸期（時(shí)相二）、前掌放平期（時(shí)相三）、前掌蹬離期（時(shí)相四）。由表5 可以看出，在前掌蹬離階段，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員所用時(shí)間遠(yuǎn)大于其余兩組實(shí)驗(yàn)者。在處于該階段時(shí)刻，一側(cè)腳是唯一的支撐腳，而另一側(cè)腳則處于擺動(dòng)期。該階段支撐腳的主要功能是保持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定，控制脛骨前向慣性運(yùn)動(dòng)，為下肢向前推進(jìn)做準(zhǔn)備。當(dāng)下肢承重力小于體重或身體不穩(wěn)定時(shí)，此期縮短，以便將重心迅速轉(zhuǎn)移到另一側(cè)腳，保持身體平衡［4］。網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員在該階段足前掌能充分與地面接觸，協(xié)調(diào)下肢相關(guān)肌肉的發(fā)力，對(duì)身體的控制能力強(qiáng)，能更快地完成身體從足跟到足前掌的過(guò)渡。通過(guò)訓(xùn)練使身體的平衡能力加強(qiáng)，能承受住從足跟過(guò)渡到前腳掌這一快速變化階段的壓力［5］，并使步行的速度加快。

4.2 網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員、右足“外八字”腳型學(xué)生和正常腳型學(xué)生足弓特征分析

足弓指數(shù)（AI）可以表示為：AI=足中部面積×100%/（足中部面積+足前掌面積+足跟面積），其中高足弓AI≤21%；正常足弓21%＜AI＜28%；扁平足AI≥28%［6］。由表2可以看出，三組實(shí)驗(yàn)者的足弓都為高足弓，且網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員的足弓指數(shù)最高。足弓的主要功能是保證直立時(shí)足底支撐的穩(wěn)固性，以及起著重要的緩沖震蕩作用。由于低弓者足弓功能較弱，緩沖地面對(duì)身體沖擊力能力弱，在運(yùn)動(dòng)時(shí)需要通過(guò)增加膝關(guān)節(jié)彎曲角度來(lái)代償［7］，低足弓者在膝部損傷明顯高于高足弓者。

4.3 網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員、右足嚴(yán)重“外八字”腳型大學(xué)生和正常腳型大學(xué)生足底受力特征分析

足底壓強(qiáng)是指在足底單位面積上所承受的地面反作用力，是由某時(shí)刻足底分區(qū)所受壓力和分區(qū)面積決定的，是指單位面積所受到的壓力［8］。足底區(qū)域壓強(qiáng)峰值越大，說(shuō)明該區(qū)域的抗沖擊力越強(qiáng)，造成損傷的可能性越大［9］。由表3可以看出，在網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練的過(guò)程中，足部的不同韌帶和肌腱會(huì)產(chǎn)生適應(yīng)性變化，能夠經(jīng)受較大沖擊力機(jī)制，對(duì)足部沖擊力的消除能力增強(qiáng)，對(duì)防止足部的運(yùn)動(dòng)損傷有積極作用。如果足部區(qū)域長(zhǎng)期集中處在較高壓強(qiáng)下，會(huì)因過(guò)度使用而埋下?lián)p傷的隱患或是直接造成傷害。

沖量是指力在一定時(shí)間上內(nèi)對(duì)足底各個(gè)區(qū)域持續(xù)作用所產(chǎn)生的積累效應(yīng)，是力與時(shí)間的乘積［10］。由表4 可以看出，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員自然狀態(tài)下行走時(shí)，足底各區(qū)域沖量峰值有減小的趨勢(shì)，且在第1、2 跖骨區(qū)域顯著性減少。而外八字腳學(xué)生在右足外側(cè)區(qū)域沖量峰值整體偏大，嚴(yán)重外八字腳大學(xué)生在行走過(guò)程中重心習(xí)慣性向右偏移，造成大腿外旋以及小腿較大幅度的外翻，使得足弓不能完全發(fā)揮緩沖作用。

長(zhǎng)期的體育訓(xùn)練，使網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員足部相關(guān)肌肉、踝關(guān)節(jié)以及下肢力量增強(qiáng)，能夠更好地在行走與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的過(guò)程中控制穩(wěn)定性，使得足部整體結(jié)構(gòu)和足部周?chē)∪饨M織的緩沖能力更強(qiáng)，足部和下肢出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)減小［11］。

5 結(jié)語(yǔ)

在運(yùn)動(dòng)員選材過(guò)程中，應(yīng)盡量挑選足軸角數(shù)值接近正常值的運(yùn)動(dòng)員，可以使運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練更有效率；挑選高于正常足弓指數(shù)的運(yùn)動(dòng)員，在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過(guò)程中可以更好地降低下肢損傷的風(fēng)險(xiǎn)。在日常訓(xùn)練時(shí)，通過(guò)足底壓強(qiáng)峰值、足底沖量峰值、足底支撐時(shí)相等指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練活動(dòng)的監(jiān)控，可以及時(shí)調(diào)整并改變運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練計(jì)劃，高效率地提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)。