不同專項特征動作中足部運動的生物力學研究

吳海菲

摘要：本文采用文獻資料法，結合前人研究結果和方法，對網球、足球兩個專項的特征動作的足部運動進行了生物力學分析，研究結果表明：1. 足部承擔離地蹬伸任務時前足承擔主要載荷，中后足受力不顯著，足部承擔落地緩沖任務時，后足和中足受力增大，前、中、后足共同承擔身體載荷。2.足球項目前足內側壓強峰值最大，網球相對較小。3.網球運動中，趾區的壓強峰值超過第一跖趾關節區；足球運動中，第一跖趾關節區和趾區壓強峰值大。

關鍵詞：足底壓力分布、踝關節、專項運動

生物力學的研究范圍包括整個人體，足部生物力學的研究是其中重要的一部分。由于體育運動中，運動損傷的多發性使其成為眾多科研項目的焦點內容。其中，踝關節損傷是所有運動損傷中最常見的運動損傷之一。這類損傷經常發生在籃球、排球和足球等通常需要迅速敏捷地跑動、急停和跳起的項目中。因此，不同專項足踝部的傷病發生機制與防治已成為學術界研究的熱點。此外，隨著專項運動員和教練員對專項運動鞋的防傷能力和功能表現力的要求越來越高，對不同專項動作中足踝部的生物力學特征研究就顯得尤為緊迫和重要。本文在閱讀大量相關文獻的基礎上，應用目前最先進的足底壓力分布測試系統，對網球、足球2個專項的6名男子大學生運動員進行了2個特征動作的足部的生物力學分析。試圖通過不同項目指標的對比分析得出不同專項的足底壓力和運動學特征，從而為足踝部損傷研究和運動鞋專項化的相關領域提供實驗依據和理論基礎。

1.研究方法：

1.1文獻資料法

1.2實驗法

1.3對比分析法

2.研究對象：本研究選取湖北大學體育學院6名本科生為研究對象，其中三名為足球專項，3名為網球專項。6名受試者均無下肢足底足踝病痛史。

3.實驗器材：1.Novel Pedar system （鞋墊式足底壓力測量系統）——垂直壓力測量/靜止狀態和運動狀態. 2.身高、體重測量器

4.實驗步驟：

4.1.進行Novel Pedar system 足底壓力分布測試系統的連接和調試。

4.2要求受試者均穿著運動服裝、體操鞋，測量受試者身高、體重后登記受試者情況。

4.3選擇符合各受試者鞋內底尺碼的測試鞋墊，確保測試鞋墊邊緣無折痕，鞋墊大小與鞋內底邊緣吻合，配戴測試設備后，受試者進行3-5分鐘適應性動作練習。

4.4采集網球、足球2個項目運動員各自專項特征動作的足底壓力分布數據，共2個特征動作分別是網球項目中網前急停反手截擊球（右手執拍）， 足球項目中的急停轉身跑左轉90度，每人每個動作測試三次，2次動作間隔2分鐘。

5.測試指標：

壓力峰值：分區內所有傳感器在測試階段內受到的最大合力。

壓強峰值：分區內每個傳感器在測試階段內所受壓強的最大值。

壓力峰值百分比：某分區壓力峰值占前中后足的壓力峰值總和的百分比。

6.實驗數據處理：

6.1采用Excel進行數據分析。

6.2選取網球和足球受試者三次動作取平均值進行分析。

6.3將每只鞋墊分為前足區、中足區、后足區三個分區，這三個分區覆蓋了整個足底，此外在定前足區內義了三個特定區域，第一跖趾關節區、趾區、除趾外其他四趾區。

7.實驗結果與分析：

7.1網球（網前急停反手截擊球）

在網球急停反手截擊動作中從跑動、急停到最后的截擊步仍然以前足的承載為主趾區的壓力峰值尤其顯著、后足尤其是支撐腳后足的受力從跑動截擊過程有不斷增大的趨勢，中足幾乎不受力，支撐腳的足底壓力峰值普遍大于發力腳，急停和截擊步足底受力大于跑動步。

7.2足球（急停左轉向跑）

由跑動到急停，足球運動員的前足受力面積變小，前足受力集中到前足的局部。

在跑動步離地蹬伸階段，趾對身體向前移動起著舉足輕重的作用，但在急停步的落地緩沖階段，趾的作用減弱，其他四趾對地的制動作用增大。我們從左腳和右腳的跑動步和急停步對足球急停左轉向跑動作的足底壓力進行分析可以看出從跑動步到急停步，前足壓力峰值明顯降低后足的壓力峰值明顯增大，但前足內側的壓強峰值始終維持較高的水平。

兩個項目足底壓力分布的對比：

1.第一跖趾關節和趾的足底受力模式。第一跖趾關節區和趾區是前足受力明顯的兩個特殊區域，這兩個位于前足內側的區域通常是各個動作中前足壓力峰值和壓強峰值發生的區域。此外，比起緩沖階段它們在足部主動發力的離地蹬伸階段起著更重要的推動人體向前的作用。

2.網球運動中，趾區的足底壓力峰值表現顯著，顯示了網球運動中趾作為推動人體重心移動的最后一個小關節，其支撐穩定性和關節力量比起第一跖趾關節更為重要，足球運動中不論是第一跖趾關節區還是趾區都表現出2個項目動作中最大的壓強峰值。比較2個項目前足內側壓強峰值情況，可以得到足球項目動作前足內側壓強峰值較大，網球項目動作較小。

3.對比網球急停反手截擊球和足球急停轉向跑動作，從跑動到急停時后足均有受力增大的變化趨勢，因此急停階段后足明顯的受力增大趨勢是由于急停階段為了增大身體重心向后的加速度，運動員必須增大對地受力面積以增大對地反作用力從而達到急停的目的，盡管后足受力增幅較大并且分擔了前足載荷的很大部分但是從壓力峰值百分比上仍然可以看出，前足依然是急停階段最主要的承載區域。

8.結論：

8.1足部承擔離地蹬伸任務時前足承擔主要載荷，中后足受力不顯著，足部承擔落地緩沖任務時后足和中足受力增大，前、中、后足共同承擔身體載荷。

8.2足球項目前足內側壓強峰值最大，網球相對較小。

8.3網球運動中，趾區的壓強峰值超過第一跖趾關節區，足球運動中，第一跖趾關節區和趾區壓強峰值大。

9.建議：

綜上所述我們從運動生物力學的角度出發，對2個專項的運動鞋設計提出以下建議：

9.1網球運動網前截擊等動作需要其專項鞋考慮到指在網球特征動作中的重要作用和影響應當增大鞋底跖趾關節部位的靈活性以及趾區域足底支撐的穩定性，以利于趾部位在網球動作中更好的充當最后關節支撐面的作用。

9.2足球運動專項鞋應當具備良好的前足減震緩沖能力并提供穩定性來抵抗踝關節在跖屈位置時的內翻力，通過對鞋面材料進行加厚和加固以增加運動員踢球的舒適度同時提供正常的距下關節靈活性。

參考文獻：

[1]王蘭美， 郭業民， 潘志國. 人體足底壓力分布研究與應用[J]. 機械制造與自動化， 2005， 34（1）：35-38.

[2]王巍. 男子羽毛球運動員疲勞前后足踝部技術動作的生物力學研究[D]. 首都體育學院， 2013.

[3]張偉. 不同專項特征動作中足部運動的生物力學研究[D]. 北京體育大學， 2004.