足底壓力測試系統在運動員選材與訓練中的應用

張高陽 張永剛 王偉偉

(重慶移通學院 重慶 401520)

運動員選材是根據一定標準和測量評價手段選拔適合從事某類運動項目訓練的專門人才的過程［1］。隨著運動訓練與體育科學研究之間的聯系越來越緊密，先進的實驗儀器設備在運動員的訓練中廣泛應用，足底壓力系統作為運動生物力學研究領域中的工具，通過測量不同人群自然行走狀態下的步態，能夠直接獲得一個完整步態周期的足底壓力特征，進而更能細致、準確地從生物力學角度來解析步態特征，進一步為運動訓練提供堅實的理論基礎和實踐指導。

該文從生物力學的角度出發，通過對網球運動員、右足嚴重”外八字”腳型大學生和正常腳型大學生在自然行走狀態下足底壓力分布特征進行對比，分析比較三組實驗者足軸角、足底壓強峰值、足底沖量峰值、足底支撐時相、足弓指數指標特征，進而為運動員的選材和運動訓練提供理論依據。

1 研究對象與方法

1.1 實驗對象

實驗對象為8 名西安體育學院網球專業二級及以上運動員以及右足具有嚴重外八字腳型和正常足型的在校非體育專業男生各8 名。選擇受試對象時，要求其在半年內沒有運動損傷，尤其是下肢和足部，無足部骨折史，且24h內沒有劇烈運動［2］。

1.2 研究方法

該研究采用比利時生產的FreeStep 足底壓力測試系統（采樣頻率高達500Hz，厚度1mm，測量范圍1～100N/cm2）對實驗對象進行測試。在實驗測試前，打開足底壓力測試軟件，設置相關的系統參數，該測試所設置的采集頻率為100Hz；測試者必須光腳進行測試，以正常的行走步態自然行走，各測試3次。使用該測試系統自帶的freeStep scientific7.97軟件對測試數據完成保存、分析和提取。該系統將足底分為11個區域：第1趾骨、第2～5 趾骨、第1 跖骨、第2 跖骨、第3 跖骨、第4 跖骨、第5跖骨、足弓內側、足弓外側、足跟內側、足跟外側。

2 統計學分析

所有數據采用SPSS 17.0 統計軟件進行，對所有整理過的數據用平均值±標準差來表示。各參數比較采用單因素方差分析，P＜0.05 表示具有顯著性差異，P＜0.01表示具有非常顯著性差異。

3 實驗結果

3.1 足軸角

通過試驗及統計分析獲得網球運動員、右足嚴重“外八字”腳型大學生和正常腳型大學生足軸腳數據，如表1所示。

由表1 可以得出，網球運動員右腳足軸角與外八字腳學生相比具有非常顯著性差異；外八字腳學生右足足軸角與正常學生相比具有顯著性差異；左、右足足軸角的大小均為網球運動員＜正常學生＜外八字腳學生。

表1 實驗對象足軸角比較（°）

3.2 足弓指數

通過試驗及統計分析獲得網球運動員、右足“外八字”腳型學生和正常腳型學生足弓指數數據，如表2所示。

由表2可以得出，網球運動員左、右腳足弓指數與外八字腳學生相比均具有顯著性差異，且左腳具有非常顯著性差異；左、右腳足弓指數的大小均為網球運動員＜普通學生＜外八字腳學生。

表2 實驗對象足弓指數比較

3.3 足底各區域壓強峰值分布

通過試驗及統計分析獲得網球運動員、右足“外八字”腳型學生和正常腳型學生足底各區壓強峰值數據，如表3所示。

由表3 可以得出，網球運動員左腳與外八字腳相比，在第2～5 趾骨、第3、4 跖骨區域足底壓強峰值具有非常顯著性的差異。右腳在第3 跖骨、足跟內外側區域均具有非常顯著性的差異。網球運動員左腳與正常學生相比，在第2～5 趾骨、第4 跖骨區域足底壓強峰值具有顯著性差異，在第3 跖骨區域具有非常差異。右腳在第3 跖骨，足跟內外側區域足底壓強峰值均具有非常顯著性差異。

表3 實驗者足底各區域壓強峰值分布（N/cm2）

3.4 足底各區域沖量峰值分布

通過試驗及統計分析，獲得網球運動員、右足“外八字”腳型學生和正常腳型學生足底各區域沖量峰值數據，如表4 所示。網球運動員左腳與外八字腳學生相比，在第2跖骨、足跟內側區域足底沖量峰值具有非常顯著差異；右腳在1、2 跖骨區域沖量峰值具有非常顯著性的差異，在第1 趾骨區域具有顯著差異。網球運動員左腳與正常學生相比，在第1 趾骨區域足底沖量峰值具有顯著性差異，在第1、2 跖骨區域具有非常顯著性的差異；右腳在第1 趾骨區域足底沖量峰值具有非常顯著性差異。

表4 實驗者足底各區域沖量峰值分布(N·S)

3.5 足底支撐時相

通過試驗及統計分析獲得網球運動員、右足“外八字”腳型學生和正常腳型學生足底支撐時相數據，如表5所示。網球運動員左腳與外八字腳學生相比，在前掌接觸期、前掌蹬離期2 個階段所用時間具有非常顯著性差異；右腳在前掌接觸期、前掌放平期、前掌蹬離期3個階段所用時間具有顯著性差異。網球運動員左腳與正常學生相比，在前掌接觸期、前掌放平期2兩個階段所用時間具有顯著性差異，在前掌蹬離期所用時間具有非常顯著性差異；右腳在前掌放平期所用時間具有非常顯著性差異。

4 討論分析

4.1 網球運動員、右足“外八字”腳型學生和正常腳型學生步態特征分析

足軸角的定義為人在行走時足縱軸與前進方向的夾角，是評價步態足部控制的有效指標。當足軸角數值在6.7°～6.8°時為正常值，當數值大于15°時，則為異常值［3］。由表1 可以看出，網球運動員左、右足足軸角最小，且處于正常的范圍之內，網球運動員長期進行專業訓練，身體的運動能力、協調能力、平衡能力等更好。外八字腳學生左右雙足的足軸角存在較大的差異，因其右足的穩定性差，在單腳著地的支撐時刻，會快速把身體的重心轉移至左腳，長此以往，使左足的穩定性提高。在自然行走的一個完整步態周期過程中，需要保持整個步行過程中身體的穩定性，右足就會出現過度外翻，即使足軸角增大，進而增加足部與地面的接觸面積，控制身體的穩定性完成正常行走。

正常行走步態周期分為支撐時期和擺動時期。該實驗將支撐期分為初始著地階段（時相一）、前掌接觸期（時相二）、前掌放平期（時相三）、前掌蹬離期（時相四）。由表5 可以看出，在前掌蹬離階段，網球運動員所用時間遠大于其余兩組實驗者。在處于該階段時刻，一側腳是唯一的支撐腳，而另一側腳則處于擺動期。該階段支撐腳的主要功能是保持膝關節穩定，控制脛骨前向慣性運動，為下肢向前推進做準備。當下肢承重力小于體重或身體不穩定時，此期縮短，以便將重心迅速轉移到另一側腳，保持身體平衡［4］。網球運動員在該階段足前掌能充分與地面接觸，協調下肢相關肌肉的發力，對身體的控制能力強，能更快地完成身體從足跟到足前掌的過渡。通過訓練使身體的平衡能力加強，能承受住從足跟過渡到前腳掌這一快速變化階段的壓力［5］，并使步行的速度加快。

4.2 網球運動員、右足“外八字”腳型學生和正常腳型學生足弓特征分析

足弓指數（AI）可以表示為：AI=足中部面積×100%/（足中部面積+足前掌面積+足跟面積），其中高足弓AI≤21%；正常足弓21%＜AI＜28%；扁平足AI≥28%［6］。由表2可以看出，三組實驗者的足弓都為高足弓，且網球運動員的足弓指數最高。足弓的主要功能是保證直立時足底支撐的穩固性，以及起著重要的緩沖震蕩作用。由于低弓者足弓功能較弱，緩沖地面對身體沖擊力能力弱，在運動時需要通過增加膝關節彎曲角度來代償［7］，低足弓者在膝部損傷明顯高于高足弓者。

4.3 網球運動員、右足嚴重“外八字”腳型大學生和正常腳型大學生足底受力特征分析

足底壓強是指在足底單位面積上所承受的地面反作用力，是由某時刻足底分區所受壓力和分區面積決定的，是指單位面積所受到的壓力［8］。足底區域壓強峰值越大，說明該區域的抗沖擊力越強，造成損傷的可能性越大［9］。由表3可以看出，在網球運動員訓練的過程中，足部的不同韌帶和肌腱會產生適應性變化，能夠經受較大沖擊力機制，對足部沖擊力的消除能力增強，對防止足部的運動損傷有積極作用。如果足部區域長期集中處在較高壓強下，會因過度使用而埋下損傷的隱患或是直接造成傷害。

沖量是指力在一定時間上內對足底各個區域持續作用所產生的積累效應，是力與時間的乘積［10］。由表4 可以看出，網球運動員自然狀態下行走時，足底各區域沖量峰值有減小的趨勢，且在第1、2 跖骨區域顯著性減少。而外八字腳學生在右足外側區域沖量峰值整體偏大，嚴重外八字腳大學生在行走過程中重心習慣性向右偏移，造成大腿外旋以及小腿較大幅度的外翻，使得足弓不能完全發揮緩沖作用。

長期的體育訓練，使網球運動員足部相關肌肉、踝關節以及下肢力量增強，能夠更好地在行走與運動訓練的過程中控制穩定性，使得足部整體結構和足部周圍肌肉組織的緩沖能力更強，足部和下肢出現運動損傷的風險減小［11］。

5 結語

在運動員選材過程中，應盡量挑選足軸角數值接近正常值的運動員，可以使運動訓練更有效率；挑選高于正常足弓指數的運動員，在運動訓練過程中可以更好地降低下肢損傷的風險。在日常訓練時，通過足底壓強峰值、足底沖量峰值、足底支撐時相等指標，實現對運動員訓練活動的監控，可以及時調整并改變運動訓練計劃，高效率地提高運動成績。