我國青年田徑運動員不同載荷下足部三維特征的研究

朱曉蘭　楊　輝

（北京體育大學，北京 100084）

摘 要：采用無接觸式激光三維足型掃描儀對97名足部無疾病和損傷史的田徑運動員進行足部掃描，獲取受試者在0體重負重（簡稱0BW）、單足站立1/2體重負重（簡稱1/2BW）、單足站立全部體重負重（簡稱1BW）和單足站立全部體重加20 kg負重（簡稱1BW+20 kg）四個不同載荷情況下的足部外形特征及變化。研究認為不同載荷壓力對足部外形變化有一定影響；我國青年田徑運動員的足長、足寬、內踝高、外踝高、內側縱弓高等指標容易因載荷的不同而產生明顯變化；我國青年田徑運動員的足面長、足跟寬、跖趾斜寬角、自然前翹角等指標不易受到載荷變化的影響；我國青年田徑運動員的內側縱弓長、外側縱弓長、第一跖趾高、足背高、拇趾偏角、足跟面積等指標在一定載荷范圍內變化明顯，但超過承重范圍則不再因載荷增大而變化。

關鍵詞：青年田徑運動員；足部外形；不同載荷；特征指標

中圖分類號：G804.63文獻標識碼：A文章編號：1007-3612(2008)12-1649-03

A Study of Chinese Junior Athletes' Foot 3睤imension Features under Different Loads

ZHU Xiao瞝an, YANG Hui

（Beijing Sport University, Beijing 100084, China）

Abstract:A non瞔ontacted foot 3睤 laser scanner is used to obtained foot shape

data and their changes under four increasing loads of 97 athletes without disease and injury history in their feet: non瞓ody weight load (0BW), semi瞓ody weight on one foot (1/2BW), full瞓ody weight (1BW) and full瞱eight瞤lus20kg (1BW=20kg).Firstly, different weight loads have influence on junior athletes' foot shapes. Secondly, sensitive and non瞫ensitive indexes are discovered. Chinese junior athletes'

length, width of foot, internal ankle height, external ankle height, and internal arch height varied significantly with load increasing, while their length of instep, width of heel, toe angle and natural declining angle have no difference identified under different loads. While for some indexes, such as length of internal arch, length of external arch, height of first metatarsophalangeal articulations, height of instep, deviation angle of thumb toe, and area of heel, there are apparent changes in a certain range of load, but no change beyond that range.

Key words: junior athletes; foot shape; different weight loads; characteristic indexes

足，作為人體靜態平衡及動態運動的重要支持條件，其外形受到種族、地區、遺傳、生活方式等因素影響而各異，相對于個體來講，在人體支撐、平衡與運動中，由于受到身體負重、站立姿勢、運動任務和習慣、運動方法和強度、以及鞋等諸多因素的影響，足部形態也會隨之發生改變。結合足掃描技術，對不同專項運動員的足型進行規律性研究，根據不同專項運動員的足型特點進行個性化運動鞋設計將會成為一項重要的研究內容，在臨床生物力學、人類功效學和運動生物力學等領域拓展新的應用前景和研究方向。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象 隨機選取97名（31名女性，66名男性）無足部損傷史的田徑運動員作為測試對象。受試田徑運動員平均年齡19.8歲，從事專項訓練時間平均4.2 a，訓練成績均達到國家二級以上，其中包括62名跑走項目運動員、17名跳躍項目運動員和18名投擲運動員。

1.2 研究方法

1.2.1 測試儀器 研究使用由昆山多威體育用品有限公司出資，清華大學研制的國內首臺QD-1無接觸式激光三維足型掃描儀進行田徑運動員足部外形指標的測量。

1.2.2 測試指標

假設：足平踏于地面時，以足跟跟結節點為原點，從跟結節到第二趾尖點的方向作為Y軸正方向，以地面為XOY平面，以垂直地面向上的方向為Z軸正方向，建立右手坐標系，定義六項共18個指標：

1) 長度指標：足長、足面長、內側縱弓長、外側縱弓長

2) 寬度指標：足寬、足跟寬

3) 高度指標：足背高、第一跖趾高、內踝高、外踝高、內側縱弓高

4) 圍度指標：足圍、足跟圍、踝上圍

5) 角度指標：跖趾斜寬角度、拇趾偏角度、自然前翹角

6) 面積指標：足跟面積

1.2.3 測試過程 測試時，受試者將單足放置在足型測試儀上，保證足部的直立狀態，分別在不同載荷負重的情況下，測試足型。為保證受試者不同載荷狀態，特設壓力顯示表在儀器上方，當儀器壓力數據顯示為規定載荷時，開始測試。

投稿日期：2008-06-06

投稿日期：省部級一般項目/教育部教學研究項目（2008）。

作者簡介：朱曉蘭，講師，博士，研究方向運動生物力學。

每個受試者需要完成0體重負重（簡稱0BW）、單足站立1/2體重負重（簡稱1/2BW）、單足站立全部體重負重（簡稱1BW）和單足站立全部體重加20 kg負重（簡稱1BW+20 kg）四種載荷情況下，分左、右足，共8次測試。

測試儀器的y軸、z軸方向距離較長，受試者可以很輕松的將全足及踝部置于測試板的中央區域，保證受試者全足及踝部接受掃描測試。

1.2.4 數據處理 對測量所得的數據，運用spss13.0統計軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同載荷靜態負重下青年田徑運動員足部外形指標分布情況分析 對在不同載荷下獲得的田徑運動員足部外形長度數據進行柯爾莫哥洛夫-斯米諾夫檢驗（One-Somple Kolmogorov-Smirnov Test擬合優度型檢驗），發現除第一跖趾高指標、內側縱弓高指標、跖趾斜寬、自然前翹角指標在不同載荷情況下不服從正態分布外，其他各長度指標、寬度指標、圍度指標、面積指標等數據在不同載荷壓力下均趨于正態分布（Sig.>α（=0.05））。

2.2 不同載荷靜態負重下青年田徑運動員足部外形長度指標分析 通過對不同載荷下長度指標進行比較分析及差異性分析發現，不同載荷負重對足部外形長度指標有一定影響。由于足底韌帶的牽拉與張弛，使得足弓在不同承重下長度發生變化，從而引起足長指標的變化。載荷增加，足弓承受重力下沉，足長變長，明顯大于無負重情況下的足長。足在0BW（如擺動階段）時與1/2BW、1BW（如支撐階段）時足長指標間有明顯差異，足長指標隨載荷增大而增大。但是當載荷量達到一定程度（>1BW）時，足長指標并未隨著載荷的繼續增大而有明顯變化。分析原因，可能有兩種：一是當足在1BW（如單足支撐階段）情況下的足長改變已經達到極限，再加20 kg負重對足長也無影響，所以足長指標間無顯著性差異；二是1BW+20 kg載荷量不足以對在1BW情況下的足長指標做進一步改變，因此足長指標間無顯著性差異。

此外，一定量的載荷負重（>1BW）能夠引起內側縱弓長、外側縱弓長指標的明顯變化。內側縱弓長指標的變化部分反映了內側縱弓的變化情況，外側縱弓長指標的變化部分反映了外側縱弓的變化情況，一定量的載荷負重（>1BW） 下的內側縱弓長、外側縱弓長明顯大于無負重情況下的內側縱弓長、外側縱弓長，但當載荷量達到一定程度（>1/2BW）后，隨著載荷的增大，內側縱弓長、外側縱弓長則無明顯變化。但不同載荷負重對足面長指標變化無影響。

2.3 不同載荷靜態負重下青年田徑運動員足部外形寬度指標分析 足寬指標的變化主要體現足橫弓在負重情況下的變化特點。本研究發現，不同負重對足寬的變化影響較大，隨著壓力的增大，足橫弓高度降低，足寬變寬。進一步說明足橫弓對負重的變化較為敏感，容易因載荷的增大而增寬。但是，不同載荷負重對足跟寬指標變化影響較小。足跟寬指標的變化主要體現足跟脂肪墊在負重情況下的變化。在由0BW到1/2BW的過程中，足跟寬變化較為明顯，說明足跟脂肪墊在開始承重時相比較無負重情況下有顯著變化，之后，隨著載荷的增大，足跟寬無明顯變化，說明繼續加大載荷對足跟寬無明顯影響。因此，考慮在制鞋時跖趾部位寬度的彈性要比足跟部的彈性更大些才舒服。

2.4 不同載荷靜態負重下青年田徑運動員足部外形高度指標分析 由分析可以看出，不同載荷負重對足部外形高度指標有一定影響。內踝高、外踝高、內側縱弓高指標容易因不同載荷負重而產生變化。內踝高指標的變化部分反映了內側縱弓高度的變化情況，外踝高指標則反映外側縱弓高度的變化情況，此二項指標與內側縱弓高共同反映了足縱弓的高度變化。此三項高度指標都隨著載荷的變化而一致變化，即，載荷增大，高度降低，且不同載荷下的高度有顯著性差異。說明不同負重對內踝高、外踝高、內側縱弓高的變化影響較大，隨著壓力的增大，足弓高度降低。此外，內踝高、外踝高這二項指標個體差異較大，這一特點在設計制作鞋幫高度及內墊時建議著重考慮。不過，載荷的增加對一定載荷負重（>1/2BW）情況下的第一跖趾高、足背高指標無明顯影響。與0BW情況下的第一跖趾高和足背高相比，附加載荷會對此二項指標產生顯著的影響，但當載荷進一步增加，達到一定程度（>1/2BW）后，卻不會造成此二項指標的繼續明顯改變。

2.5 不同載荷靜態負重下青年田徑運動員足部外形圍度指標分析 因載荷的不同，使得承重的足內部骨骼結構發生一定相對的位置變化，導致足部外形圍度指標的改變。由研究分析可以看出，不同載荷負重對左、右足圍度指標影響不同。不同的載荷承重對左足的足圍、踝上圍產生較大影響，但對右足的足圍、踝上圍無明顯影響。同時，不同載荷承重對左足足跟圍無明顯影響，卻對右足足跟圍指標有一定影響，一定載荷承重下的足跟圍與0BW下的足跟圍間存在顯著性差異。究其原因，可能與田徑運動員優勢足的存在有關。

2.6 不同載荷靜態負重下青年田徑運動員足部外形角度指標分析 一定載荷負重能夠引起拇趾偏角指標的變化。與0BW情況下的拇趾偏角相比，載荷的增加對拇趾偏角指標的影響比較明顯，但當載荷已達到一定程度（>1/2BW）以后，載荷的繼續增加對拇趾偏角指標的改變無明顯影響。但是，不同載荷負重對跖趾斜寬角、自然前翹角指標無明顯影響。

2.7 不同載荷靜態負重下青年田徑運動員足部外形面積指標分析 一定載荷負重能夠引起足跟面積指標的變化。與0BW情況下的足跟面積相比，載荷的增加對足跟面積指標的影響比較明顯，但當載荷已達到一定程度（>1/2BW）后，載荷的繼續增加對足跟面積指標的改變無明顯影響。說明足底受力時先由足跟脂肪墊緩沖，當載荷繼續增加時足跟脂肪墊不再有明顯變化，此時，由鞋墊材料進行繼續緩沖，此特點可在制作鞋墊時著重考慮。

3 結論與建議

3.1 結論

1) 不同載荷壓力對足部外形變化有一定影響。

2) 我國青年田徑運動員的足長、足寬、內踝高、外踝高、內側縱弓高等指標容易因載荷的不同而產生明顯變化。

3) 我國青年田徑運動員的足面長、足跟寬、跖趾斜寬角、自然前翹角等指標不易受到載荷變化的影響。

4) 我國青年田徑運動員的內側縱弓長、外側縱弓長、第一跖趾高、足背高、拇趾偏角、足跟面積等指標在一定載荷范圍內變化明顯，但超過承重范圍則不再因載荷增大而變化。

3.2 建議

1) 進一步對青年田徑運動員分不同專項進行大樣本量的足部外形測試，建立青年田徑運動員足形指標數據庫。

2) 利用青年田徑運動員足部外形的在不同載荷下的變化規律，通過指標間的相互關系來說明和解釋青年田徑運動員足部外形的結構、影響因素和作用大小。

3) 通過實驗條件的控制，加大載荷的負重，進一步研究青年田徑運動員足部外形特點，進一步做特征指標相對值規律的研究。

4) 通過把指標的測量值和制鞋業的某種標準進行比較，從而對運動鞋的制作進行標準評定，也可為青年田徑運動員的選材提供依據。

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