25～27歲肥胖青年男性自然行走步態(tài)運動學(xué)分析

沈 飛，王海軍，陳慶合

(河北科技師范學(xué)院體育系，河北秦皇島，066004)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，使人們的生活方式、飲食結(jié)構(gòu)迅速改變，越來越多的人們營養(yǎng)過剩，導(dǎo)致肥胖群體的數(shù)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(nèi)外學(xué)者關(guān)于肥胖的研究大多停留在醫(yī)學(xué)和運動生理學(xué)等領(lǐng)域，通過運動生物力學(xué)的角度研究肥胖人群的步態(tài)，目前國內(nèi)研究者很少。正常步態(tài)具有穩(wěn)定性、周期性、節(jié)律性、方向性以及個體差異性，然而，當(dāng)人們存在疾病時，以上步態(tài)特征將發(fā)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(guān)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(fù)擔(dān)，而足是承擔(dān)人體質(zhì)量的重要器官，與人的健康有著密切的關(guān)系。自然行走是人們生活中必不可少的一部分，脂肪在體內(nèi)過多堆積是否會引起步態(tài)的改變?大學(xué)生是祖國的未來與希望，在文獻閱讀中尚未發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外學(xué)者對肥胖大學(xué)生的步態(tài)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(xué)生和體質(zhì)量正常大學(xué)生自然行走時運動學(xué)相關(guān)參數(shù)的測量，并對其自然行走過程進行運動學(xué)分析與相關(guān)性研究，探索自然行走過程中運動學(xué)參數(shù)的分布規(guī)律以及自然行走時各關(guān)節(jié)角度的變化情況，探究體質(zhì)量增加是否會引起這些運動學(xué)參數(shù)的改變，進而引起異常步態(tài)，為矯形處方、體育鍛煉、臨床醫(yī)學(xué)和醫(yī)療康復(fù)等方面的研究提供實踐依據(jù)和數(shù)據(jù)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(xué)非體育學(xué)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(chǎn)的體質(zhì)成份分析儀 (VENE5.5 Body comPosition Analyzer)對受試者的體質(zhì)成份進行測量，脂肪在身體總質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.25的8名確定為肥胖組，脂肪在身體總質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.15小于0.25的8名作為對照組，在測試前經(jīng)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(xùn)練史，無扁平足和足部駢體。

1.2 運動學(xué)相關(guān)指標(biāo)的采集

應(yīng)用美國產(chǎn)Fastec Imaging高速攝像機，調(diào)試其采樣頻率為125幀/s，分辨率設(shè)為640×480，攝像機放在人體行走的正側(cè)面，與人體行走路線所成角度大約為80°，在行走路線的一側(cè)放1根1米長的標(biāo)桿，使陽光能夠直射到攝像機和實驗對象上，受試者以習(xí)慣自然行走時步速沿規(guī)定的路線行走，拍攝過程中隨機拍攝，取一個完整的步態(tài)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(xué)相關(guān)參數(shù)。

表1 受試者自然狀況

1.3 實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

采用Excel建立數(shù)據(jù)庫，并進行數(shù)據(jù)處理。對實驗中所測得的運動學(xué)參數(shù)進行統(tǒng)計分析，結(jié)果用±S表示，組間采用雙側(cè)T檢驗，其返回值為P，分析其差異是否具有顯著性，當(dāng)P﹤0.05時，認(rèn)為2組數(shù)據(jù)差異顯著。當(dāng)P﹤0.01時，認(rèn)為2組特征量差異高度顯著，當(dāng)返回值P不在此范圍內(nèi)不予討論。同時，采用spss15.0軟件把測得的運動學(xué)各項指標(biāo)與身高、體質(zhì)量、年齡、脂肪在身體總質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、鞋碼等指標(biāo)進行Pearson相關(guān)分析，當(dāng)R值接近±1時，認(rèn)為其關(guān)系具有相關(guān)性。當(dāng)P﹤0.05時相關(guān)具有顯著性，當(dāng)P﹤0.01時相關(guān)具有非常顯著性。

2 研究結(jié)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(shù)特征

測量結(jié)果表明，反映自然行走步態(tài)時間參數(shù)指標(biāo)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(shù)指標(biāo)雖然有不同程度的改變，但不具有統(tǒng)計學(xué)意義，不予討論。反映自然行走步態(tài)空間參數(shù)指標(biāo)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(tài)周期中最穩(wěn)定的時期，雙支撐時期越長步行越穩(wěn)定，而單只撐時期是單側(cè)足支撐全部重力的時相，此時髖關(guān)節(jié)屈，而踝關(guān)節(jié)背屈，當(dāng)身體不穩(wěn)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(zhì)量全部集中在單側(cè)足，嚴(yán)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(dǎo)致雙支撐時期增長而單只撐時期縮短。為了維持平衡的穩(wěn)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(wěn)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(jié)果的研究與國內(nèi)學(xué)者［6～7］和國外學(xué)者［8～10］等對肥胖兒童步態(tài)研究結(jié)果基本相符合，表明肥胖學(xué)生在自然步行時動態(tài)姿勢穩(wěn)定性下降，需要通過調(diào)整自然行走過程中的時間、空間參數(shù)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(shù)

2.2 肥胖研究生自然行走步態(tài)時間、空間參數(shù)與身高、體質(zhì)量、年齡、鞋碼、肥胖程度的相關(guān)性分析

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

表3 時間、空間參數(shù)與身高、體質(zhì)量、年齡、鞋碼、脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性分析

2.3 不同肥胖程度研究生自然行走時時空參數(shù)特征

自然行走時的時空參數(shù)主要以步態(tài)周期中下肢的髖、膝、踝關(guān)節(jié)角度的變化特征為主要依據(jù)。通過對關(guān)節(jié)角度的變化情況可以反映各關(guān)節(jié)的功能狀況，當(dāng)神經(jīng)、肌肉異常時，角度出現(xiàn)異常，表明兩下肢的協(xié)調(diào)性較差［12］。根據(jù)人體在自然行走過程中足跟著地、全足著地、足趾離地關(guān)節(jié)角度變化，反映步態(tài)周期中各關(guān)節(jié)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(jié)果表明，在足跟著地瞬間，踝關(guān)節(jié)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(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是由于肥胖組脂肪在體內(nèi)過多的堆積，給踝關(guān)節(jié)造成了額外的負(fù)擔(dān)，使踝關(guān)節(jié)周圍的韌帶和肌肉的力量減弱，不利于踝關(guān)節(jié)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(wěn)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(guān)節(jié)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(guān)節(jié)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(nèi)側(cè)，限制了髖關(guān)節(jié)的運動。這與張曉棟等［14］對肥胖兒童的步態(tài)研究基本吻合。

在單支撐相中，膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)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(jié)束于足趾離地。此時踝關(guān)節(jié)保持跖屈，膝關(guān)節(jié)伸，髖關(guān)節(jié)由屈變伸參與工作的肌肉為臀大肌、股四頭肌和小腿三頭?。?5］。測量結(jié)果表明，在足趾離地時肥胖組在膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)處和對照組比較差異不具有顯著性，但肥胖組在髖關(guān)節(jié)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(chǎn)生這一現(xiàn)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(guān)節(jié)角度從而有效增加轉(zhuǎn)動半徑的長度，形成骨盆繞支撐腿髖關(guān)節(jié)矢狀軸的轉(zhuǎn)動，來增加支撐轉(zhuǎn)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(wěn)定性。另一方面髖關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)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(shù)與身高、體質(zhì)量、年齡、鞋碼、脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)分析

對研究對象的時空參數(shù)主要關(guān)節(jié)角度與身高、體質(zhì)量、年齡、鞋碼、脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進行Pearson相關(guān)分析(表5)，結(jié)果表明，研究對象足跟著地瞬間髖關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)角度和體質(zhì)量及脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)(P＜0.05，R=0.713，0.689，0.659)。而足跟著地瞬間踝關(guān)節(jié)角度與脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈高度顯著正相關(guān)(P＜0.01，R=0.829)。由于脂肪主要分布在腰部和大腿內(nèi)側(cè)，限制了足跟著地瞬間髖部前旋，縮短了支撐轉(zhuǎn)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(yīng)加強體育鍛煉來增加下肢肌肉力量。而在單支撐時相，膝關(guān)節(jié)的角度隨著體質(zhì)量的增加而增大，為了增加膝關(guān)節(jié)的屈曲度，預(yù)先拉長肌纖維，以增加蹬地的力量。踝關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)角度與體質(zhì)量、年齡、脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)(P＜0.05，R=0.613，0.648，0.727)，膝關(guān)節(jié)在步行支撐階段做屈伸運動，而在單腿支撐階段關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)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(guān)節(jié)角度與鞋碼的大小呈顯著正相關(guān)(P＜0.05，R=0.712)，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是由于在測量的過程中產(chǎn)生了誤差所致。足趾離地時踝關(guān)節(jié)角度與脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)(P＜0.01，R=0.815)。而其它時空參數(shù)的各項指標(biāo)與身高、體質(zhì)量、年齡、鞋碼、脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性分析不具有統(tǒng)計學(xué)意義，不予討論。

表5 時空參數(shù)與身高、體質(zhì)量、年齡、鞋碼、脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)性分析

3 結(jié) 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(zhì)量正常青年長，步寬比正常青年寬，且與體質(zhì)量、脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)。而步態(tài)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(zhì)量、脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。

(2)肥胖青年在自然行走過程中，在單支撐結(jié)束雙支撐開始的瞬間，足跟接觸地面時，踝關(guān)節(jié)的角度明顯大于正常青年，膝關(guān)節(jié)角度明顯小于正常青年。在單支撐時期各關(guān)節(jié)角度變化基本一致。在足趾離地時肥胖青年踝關(guān)節(jié)角度大于正常青年，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)角度和體質(zhì)量及脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)。單支撐時相膝關(guān)節(jié)角度與體質(zhì)量、年齡、脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)，而膝關(guān)節(jié)的角度與脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。在足趾離地時踝關(guān)節(jié)角度與脂肪在體質(zhì)量中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)。

［1］ 王海軍.25～27歲肥胖青年自然行走時運動生物力學(xué)研究［D］.長春:東北師范大學(xué)，2010.

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