超重人群北歐式健步走支撐階段的動力學特征研究

牛子孺 陸阿明 王依然

(蘇州大學體育學院 江蘇蘇州 215021)

2016年，國務院印發(fā)《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》，強調廣泛開展全民健身運動及加強體醫(yī)融合和非醫(yī)療健康干預。“全民健身”上升為國家戰(zhàn)略。然而，近年調查顯示，我國青少年超重率超過10%，我國城市成人超重率更是超過35%。由此可見，超重和肥胖仍然是影響我國大眾健康的重要危險因素。快步走是一種適用于不同人群的健身運動項目，長期堅持可以有效地預防疾病，提高身體素質，超重人群進行快步走可以有效降低體脂，達到減重的目的。然而長時間的快步走對下肢各關節(jié)的承重較大，“暴走”造成的下肢關節(jié)損傷的案例常見諸報端。

近年在北歐地區(qū)受到滑雪運動的啟發(fā)，興起了一種新型行走形式，名為北歐式健步走（Nordic walking），并迅速風靡北歐、影響全球。目前，國家體育總局已經將北歐式健步走列為優(yōu)秀全民健身項目并向全國推廣，也有學者指出，北歐式健步走對老年人體質健康有一定的潛在價值。由于借助于健步杖，這種行走不僅增加了參與行走的肌群數量，同時被認為可能會減小下肢的負荷。因此，該研究通過超重人群完成正常快步走和北歐式健步走時足支撐階段3個方向的分力進行實驗測量分析，一方面了解北歐式健步走足支撐期動力學特征，另一方面，比較兩種步行方式之間的差異性，以期為超重人群利用北歐式健步走進行健身提供理論和實驗依據。

1 研究對象與方法

1.1 實驗對象

按照研究設計，該實驗在蘇州大學招募體重超重人群作為受試者。采用身體質量指數（BMI）指標來判定超重，BMI 范圍為24 以上。共招募8 名男性受試者，其平均年齡21.6±3.35 歲，平均身高177.8±5.18cm，平均體重87.1±10.17kg。

1.2 實驗方法

（1）該實驗研究采用英國生產的Vicon紅外高速運動捕捉系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由8臺型號為MX13的紅外攝像頭、MX Net、MX Control、PC 主機、校準套件和標準配件組成。采樣頻率為200 Hz，采用Vicon系統(tǒng)自帶的下肢半身模型（Plug In Gait），該系統(tǒng)的有效拍攝范圍約5m×2.5m×2.5m（長×寬×高），主要用于采集運動過程中人體運動學相關指標。

（2）瑞士KISTLER 三維測力臺（40cm×60cm），采集受試者運動過程中支撐期（測試足從足跟著地到足趾離地）的動力學指標，包括前后、內外以及垂直方向的地面反作用力值，采樣頻率為1000Hz。

（1）實驗前準備

①采集受試者的年齡、身高、體重等形態(tài)學指標。

②讓受試者進行北歐式健步走完整練習10～20min。

③讓受試者身著緊身上衣和短褲，根據實驗目的選取下肢模型并按要求貼好16個Marker球，粘貼完畢后，通過步行及慢跑檢查Marker球粘貼牢固度。

（2）正式測試

①靜態(tài)標定：受試者站立于實驗臺中央，兩腳分開與肩同寬，兩臂側平舉，與肩同高，手掌旋前，雙眼目視前方（靜態(tài)標定前測力臺清零；雙手張開，保持靜止狀態(tài)10s）。

②動態(tài)采集：每一名受試者在實驗區(qū)域上分別跟著節(jié)拍器以120 步/min 的步頻進行快步走和北歐健步走，采集完成運動過程中的運動學和動力學數據。

1.3 數據處理

2 研究結果

2.1 垂直方向地面反作用力

由表1和圖1可知，快步走和北歐健步走地面垂直反作用力都呈現“雙峰”的特征。其中，第1 峰值出現在足著力期為沖擊力峰值（impact peak），第2峰值出現在蹬地時刻為推動力峰值（propulsion peak），也有學者將第2峰值稱之為活躍峰值（active peak）。結合表1可以看出，受試者北歐健步走的沖擊力峰值小于快步走（<0.05），蹬伸力峰值小于快步走（<0.05）。

圖1 支撐期垂直方向地面反作用力

表1 支撐期垂直方向地面反作用力特征

2.2 前后方向反作用力

北歐健步走和正常走時前后方向上的地面反作用力如表2和圖2所示。由圖2可以得出，快步走和北歐式健步走在支撐期時，其曲線分為負、正兩大階段，正好對應蹬地動作的前支撐和后支撐階段，快步走前支撐階段波形比較不規(guī)則，該研究只針對最大峰值進行分析。第1 波峰為負值，對人體運動產生阻力，第2 波峰為正值，出現在前腳蹬地時刻，為跑步的動力，該研究分別將其稱為“制動力峰值”和“加速力峰值。”由表2 可以得出，受試者完成北歐式健步走時，制動力峰值高于快步走（<0.05），加速力峰值高于快步走（<0.05）。

圖2 支撐期前后方向地面反作用力

表2 支撐期前后方向地面反作用力特征

2.3 內外方向反作用力

北歐健步走和快步走時內外方向上的地面反作用力如表3和圖3所示。由表3可以得出，受試者完成北歐式健步走時，向內方向最大力值和向外最大力值均無顯著性差異（>0.05）。

圖3 支撐期內外方向地面反作用力

表3 支撐期內外方向地面反作用力特征

3 討論

該研究探究超重人群在完成北歐式健步走和快步走時支撐期垂直、前后、內外方向地面反作用力。在支撐階段，垂直方向的分力值最大，其次是前后方向，內外方向分力最小。垂直方向上，北歐式健步走的沖擊力峰值和加速力峰值明顯低于快步走。造成北歐式健步走沖擊力和加速力峰值比快步走低的主要原因是在著地和蹬伸時，上肢借助健步杖支撐地面，從而對人體提供向上的反作用力，在一定程度上降低下肢的負荷。健步杖在制動著地和加速蹬伸的時段發(fā)揮作用，而在其他時段，健步杖反而起到增大下肢負荷的效果，可能是由于北歐式健步走時，由于兩根健步杖和特殊的技術動作，步長大于快步走，在固定步頻要求下，受試者提高步速而做出適應性改變。

有研究指出，在著地瞬間，北歐式健步走和快步走呈背屈狀態(tài)，以足后跟著地，且二者著地角度無明顯差異。故每一次足部觸地時，足踝部剛度較大，足弓沒有很好地起到緩沖的作用，身體需承受的沖擊量級也比較大。盡管沖擊力與損傷之間尚沒有明確的關系。但重復作用的沖擊力，尤其是在著地瞬間突然產生，具有較高負載率和量級的沖擊力，仍是導致運動損傷的高風險因子，可造成脛骨壓力綜合征和足底筋膜炎等運動損傷。使用健步杖，減小著地瞬間沖擊力，可以在一定程度上降低運動損傷的風險。

前后方向上，不論是正負兩大峰值還是在其他非特殊時段，大多數時段北歐式健步走的地面反作用力值均大于快步走。原因可能是快步走很大程度上是利用重心的慣性前移及反復的失平衡和恢復平衡的過程向前推進，肌肉做功不多。而由于在北歐式健步走步長大于快步走，受試者在固定步頻下步速增加，肌肉做功增大，重心擺動幅度增大。且由于步速增大，膝內翻角度增加，后足背屈和跖屈角度增加，向前后方向投影的分力自然會增大。即使健步杖承擔了部分前后方向分力，但是仍然無法抵消步速增大帶來的影響。

在內外方向峰值上，北歐式健步走與健步走沒有顯著性差異。原因可能是由于隨著步行速度的增加，足偏角減小，然而由于特殊的步行動作，導致內外方向上的力增大，所以總的內外方向力峰值沒有明顯差異。相對于垂直方向和前后方向，北歐式健步走在內外方向上沒有明顯地表現出降低下肢負荷的影響。

同快步走相比，北歐式健步走的步速更高。有學者提出，超重人群為達到減重的效果，行走速度應達到5.5km/h 以上。另有學者指出，每日有效步數12000步可作為其改善超重或肥胖狀況的有效健走推薦量。相對于快步走，北歐式健步走的步長更長，加之使用節(jié)拍器或者有節(jié)奏的音樂以固定步頻，超重人群也更能達到所要求的行走速度。另外，由于特殊的技術動作要求更多的肌肉參與運動，北歐式健步走的能量消耗高于快步走。相比于快步走在高步速的運動環(huán)境下人體動態(tài)穩(wěn)定性降低，北歐式健步走由于使用健步杖，人體從雙腳2 個支撐點增加到4 個支撐點，增加動態(tài)穩(wěn)定性，減少破壞平衡的可能性，從而降低超重人群運動時摔倒導致意外事故的風險。因此，北歐式健步走比快步走更適合超重人群作為減重健身運動。

4 結語

相對于快步走，北歐式健步走可以有效地降低下肢負荷并增加人體能量消耗，達到減重的目的。超重人群可以考慮選擇北歐式健步走來代替快步走進行減重健身運動。