超重人群北歐式健步走支撐階段的動(dòng)力學(xué)特征研究

牛子孺 陸阿明 王依然

(蘇州大學(xué)體育學(xué)院 江蘇蘇州 215021)

2016年，國(guó)務(wù)院印發(fā)《“健康中國(guó)2030”規(guī)劃綱要》，強(qiáng)調(diào)廣泛開(kāi)展全民健身運(yùn)動(dòng)及加強(qiáng)體醫(yī)融合和非醫(yī)療健康干預(yù)。“全民健身”上升為國(guó)家戰(zhàn)略。然而，近年調(diào)查顯示，我國(guó)青少年超重率超過(guò)10%，我國(guó)城市成人超重率更是超過(guò)35%。由此可見(jiàn)，超重和肥胖仍然是影響我國(guó)大眾健康的重要危險(xiǎn)因素?？觳阶呤且环N適用于不同人群的健身運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，長(zhǎng)期堅(jiān)持可以有效地預(yù)防疾病，提高身體素質(zhì)，超重人群進(jìn)行快步走可以有效降低體脂，達(dá)到減重的目的。然而長(zhǎng)時(shí)間的快步走對(duì)下肢各關(guān)節(jié)的承重較大，“暴走”造成的下肢關(guān)節(jié)損傷的案例常見(jiàn)諸報(bào)端。

近年在北歐地區(qū)受到滑雪運(yùn)動(dòng)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(fēng)靡北歐、影響全球。目前，國(guó)家體育總局已經(jīng)將北歐式健步走列為優(yōu)秀全民健身項(xiàng)目并向全國(guó)推廣，也有學(xué)者指出，北歐式健步走對(duì)老年人體質(zhì)健康有一定的潛在價(jià)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(shù)量，同時(shí)被認(rèn)為可能會(huì)減小下肢的負(fù)荷。因此，該研究通過(guò)超重人群完成正?？觳阶吆捅睔W式健步走時(shí)足支撐階段3個(gè)方向的分力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量分析，一方面了解北歐式健步走足支撐期動(dòng)力學(xué)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(jìn)行健身提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

按照研究設(shè)計(jì)，該實(shí)驗(yàn)在蘇州大學(xué)招募體重超重人群作為受試者。采用身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）指標(biāo)來(lái)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(shí)驗(yàn)方法

（1）該實(shí)驗(yàn)研究采用英國(guó)生產(chǎn)的Vicon紅外高速運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由8臺(tái)型號(hào)為MX13的紅外攝像頭、MX Net、MX Control、PC 主機(jī)、校準(zhǔn)套件和標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)×寬×高），主要用于采集運(yùn)動(dòng)過(guò)程中人體運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)指標(biāo)。

（2）瑞士KISTLER 三維測(cè)力臺(tái)（40cm×60cm），采集受試者運(yùn)動(dòng)過(guò)程中支撐期（測(cè)試足從足跟著地到足趾離地）的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，包括前后、內(nèi)外以及垂直方向的地面反作用力值，采樣頻率為1000Hz。

（1）實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

①采集受試者的年齡、身高、體重等形態(tài)學(xué)指標(biāo)。

②讓受試者進(jìn)行北歐式健步走完整練習(xí)10～20min。

③讓受試者身著緊身上衣和短褲，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪x取下肢模型并按要求貼好16個(gè)Marker球，粘貼完畢后，通過(guò)步行及慢跑檢查Marker球粘貼牢固度。

（2）正式測(cè)試

①靜態(tài)標(biāo)定：受試者站立于實(shí)驗(yàn)臺(tái)中央，兩腳分開(kāi)與肩同寬，兩臂側(cè)平舉，與肩同高，手掌旋前，雙眼目視前方（靜態(tài)標(biāo)定前測(cè)力臺(tái)清零；雙手張開(kāi)，保持靜止?fàn)顟B(tài)10s）。

②動(dòng)態(tài)采集：每一名受試者在實(shí)驗(yàn)區(qū)域上分別跟著節(jié)拍器以120 步/min 的步頻進(jìn)行快步走和北歐健步走，采集完成運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 研究結(jié)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(xiàn)“雙峰”的特征。其中，第1 峰值出現(xiàn)在足著力期為沖擊力峰值（impact peak），第2峰值出現(xiàn)在蹬地時(shí)刻為推動(dòng)力峰值（propulsion peak），也有學(xué)者將第2峰值稱(chēng)之為活躍峰值（active peak）。結(jié)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(shí)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(shí)，其曲線(xiàn)分為負(fù)、正兩大階段，正好對(duì)應(yīng)蹬地動(dòng)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(duì)最大峰值進(jìn)行分析。第1 波峰為負(fù)值，對(duì)人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻力，第2 波峰為正值，出現(xiàn)在前腳蹬地時(shí)刻，為跑步的動(dòng)力，該研究分別將其稱(chēng)為“制動(dòng)力峰值”和“加速力峰值?！庇杀? 可以得出，受試者完成北歐式健步走時(shí)，制動(dòng)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(nèi)外方向反作用力

北歐健步走和快步走時(shí)內(nèi)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(shí)，向內(nèi)方向最大力值和向外最大力值均無(wú)顯著性差異（>0.05）。

圖3 支撐期內(nèi)外方向地面反作用力

表3 支撐期內(nèi)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(shí)支撐期垂直、前后、內(nèi)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(nèi)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(shí)，上肢借助健步杖支撐地面，從而對(duì)人體提供向上的反作用力，在一定程度上降低下肢的負(fù)荷。健步杖在制動(dòng)著地和加速蹬伸的時(shí)段發(fā)揮作用，而在其他時(shí)段，健步杖反而起到增大下肢負(fù)荷的效果，可能是由于北歐式健步走時(shí)，由于兩根健步杖和特殊的技術(shù)動(dòng)作，步長(zhǎng)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(yīng)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(wú)明顯差異。故每一次足部觸地時(shí)，足踝部剛度較大，足弓沒(méi)有很好地起到緩沖的作用，身體需承受的沖擊量級(jí)也比較大。盡管沖擊力與損傷之間尚沒(méi)有明確的關(guān)系。但重復(fù)作用的沖擊力，尤其是在著地瞬間突然產(chǎn)生，具有較高負(fù)載率和量級(jí)的沖擊力，仍是導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)損傷的高風(fēng)險(xiǎn)因子，可造成脛骨壓力綜合征和足底筋膜炎等運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

前后方向上，不論是正負(fù)兩大峰值還是在其他非特殊時(shí)段，大多數(shù)時(shí)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(fù)的失平衡和恢復(fù)平衡的過(guò)程向前推進(jìn)，肌肉做功不多。而由于在北歐式健步走步長(zhǎng)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(dòng)幅度增大。且由于步速增大，膝內(nèi)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(huì)增大。即使健步杖承擔(dān)了部分前后方向分力，但是仍然無(wú)法抵消步速增大帶來(lái)的影響。

在內(nèi)外方向峰值上，北歐式健步走與健步走沒(méi)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(dòng)作，導(dǎo)致內(nèi)外方向上的力增大，所以總的內(nèi)外方向力峰值沒(méi)有明顯差異。相對(duì)于垂直方向和前后方向，北歐式健步走在內(nèi)外方向上沒(méi)有明顯地表現(xiàn)出降低下肢負(fù)荷的影響。

同快步走相比，北歐式健步走的步速更高。有學(xué)者提出，超重人群為達(dá)到減重的效果，行走速度應(yīng)達(dá)到5.5km/h 以上。另有學(xué)者指出，每日有效步數(shù)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(duì)于快步走，北歐式健步走的步長(zhǎng)更長(zhǎng)，加之使用節(jié)拍器或者有節(jié)奏的音樂(lè)以固定步頻，超重人群也更能達(dá)到所要求的行走速度。另外，由于特殊的技術(shù)動(dòng)作要求更多的肌肉參與運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)環(huán)境下人體動(dòng)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(gè)支撐點(diǎn)增加到4 個(gè)支撐點(diǎn)，增加動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)摔倒導(dǎo)致意外事故的風(fēng)險(xiǎn)。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(yùn)動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

相對(duì)于快步走，北歐式健步走可以有效地降低下肢負(fù)荷并增加人體能量消耗，達(dá)到減重的目的。超重人群可以考慮選擇北歐式健步走來(lái)代替快步走進(jìn)行減重健身運(yùn)動(dòng)。