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鞋跟知识

中老年女性步态下肢受力与鞋跟高度的关系

作者:鞋跟专家日期:2020-02-05 20:41:00阅读:200  次

中老年女性步态下肢受力与鞋跟高度的关系,关于中老年下肢生物力学研究主要集中在以下几个方面:不同年龄、不同性别足底压力分布以及下肢动力学研究;各项体育训练对中老年人步态能力及步态平衡性影响研究;分析骨性关节炎的成因与下肢关节的力学特性之间的关系。关于不同鞋跟高度对中老年步态、地面反作用力、鞋底压力中心轨迹和膝关节受力的研究较少。

  

中老年女性步态下肢受力与鞋跟高度

中老年女性步态下肢受力与鞋跟高度的关系,本文从分析步态周期、地面反作用力峰值、鞋底压力中心轨迹和膝关节内翻矩入手,研究不同鞋跟高度对中老年女性步态平衡性和膝关节受力的影响。1试验设备与过程实验室用BTS三维动作捕捉分析系统,由1个三维测力台、6个高清红外摄像头和信息处理计算机组成,采样频率1.1kHz,红外摄像头最大摄取频率1000Hz。三维测力台镶嵌在5m长步道之中。6名中老年女性志愿者参加了试验,平均年龄为55.33岁,平均身高为(155±5)cm,平均体重为(56.07±5.48)kg。志愿者身体健康,分别穿10mm(10~15mm)、20mm(20~25mm)、30mm(30~35mm)跟高的鞋和赤脚,以自然步速行走。要求志愿者左、右脚分别踏在测力台上行走,不少于60s。每种情况下至少测试3次。

鞋跟高度与步态周期

步态周期分为站立期和摆动期2个阶段,一般比例为60%、40%,左脚及右脚以同样的方式计算,左右脚测量数据越相近,表示步态平衡越好[4],见图1、表1。从表1可以看出:(1)中老年在单脚站立期均大于正常成年人(60%),摆动期均小于正常成年人(40%)。可以看出,随着年龄的增加,中老年行走时会利用延长站立期的时间来调节自身平衡。(2)穿鞋时双脚站立期均大于赤脚时双脚站立期。同时,右脚站立期比例略大于左脚站立期比例,随着跟高的增加,表现越明显。(3)中老年在赤脚和穿10mm跟高鞋时,左右脚站立期和摆动期数据最为接近,平衡性较好。其次是20mm跟高鞋,30mm跟高鞋平衡性最差。

鞋跟高度反作用力

分析测力板量测到地面三轴向反作用力,包含垂直于地面的正向力、地面上沿人体前进方向的前后剪力和地面上垂直于人体前进方向的侧向剪力,见图2~图4、表2。图2为垂直方向力值变化。从图2可以看出:正向力呈现双峰一谷分布,两峰值分别出现在单腿支撑初期(步态20%)和单腿支撑后期(脚蹬地后,步态60%),且第2峰值大于第1峰值,与青少年相反;在单腿支撑中期(步态40%)出现极小值。同时,极大值与极小值之差较小,整体峰谷较平滑,表现为中老年走路拖沓现象。从表2可以看出:正向力最大值随鞋跟高度增加而增加,穿20mm跟高鞋和30mm跟高鞋比穿10mm跟高鞋时分别增加3.2%和12%。图3为前进方向力值变化。从图3可以看出,单腿支撑前期,主要是为控制和缓冲人体重心前移,在单腿支撑初期(步态10%~15%),缓冲力达到最大值;随后(步态20%~50%)地面反作用力表现为缓解摆动腿前移带来的惯性冲击;单支撑后期(在步态60%),地面力开始推动人体前移,推动力达到第2个峰值,且大于第1峰值。鞋跟越高,需要的缓冲力越大,30mm跟高鞋和20mm跟高鞋比10mm跟高鞋分别高出了7.5%和1%;20mm跟高鞋需要的推动力最小,比10mm跟高鞋和30mm跟高鞋小了10.9%和19.2%。图4为左右侧方向力值变化。从图4可以看出,穿30mm跟高鞋和20mm跟高鞋的峰峰值比穿10mm跟高鞋时,分别增大15.3%和减小8.1%,最大值分别大7.8%和小6.8%。在左右侧的控制力上,穿20mm跟高鞋最好。

鞋底压力中心轨迹

分析在单腿支撑期间,可得到鞋底COP(压力中心,centerofpressure)轨迹,穿鞋初期,足底压力中心由内侧向外侧移动,并很快出现极值。鞋跟越高,单腿支撑初期鞋底压力中心轨迹的最大移动量越大。穿20mm跟高鞋和30mm跟高鞋时,平均最大移动量分别比穿10mm增大7.2%和15.9%。见表3。膝关节内翻矩分析膝关节炎的致病因素有很多种,包括家族遗传、糖尿病、骨质疏松、肥胖、外伤以及生活习惯等,生物力学因素也是其中的一种。关节软骨及软骨下骨受到直接或间接的压力和磨擦损伤,可能是骨性关节炎发病的主要诱因[5]。在日常的步行中,关节载荷呈周期性改变。当应力分布不均或局部应力过高,都可使关节软骨磨损剥落,产生面磨损或者疲劳磨损。研究发现,膝关节炎患者的膝内翻力矩与软骨损伤具有相关性。膝关节炎患者的内翻力矩高于正常人,且增大内翻力矩会使病情进一步恶化[6]。在行走中,膝关节内翻力矩分别在步态周期约10%~20%和45%~55%出现峰值,分别记为PKAM1和PKAM2,对应于后跟着地阶段和前掌离地阶段,见图5。使用单因素重复性方差分析来判定3组不同跟高鞋与对照组(赤脚)对膝关节内翻力矩第1(PKAM1)和第2(PKAM2)峰值的影响。统计分析置信任区间为95%,P<0.05被认为具有显著性差异。统计学分析采用SPSS16.0数据分析软件。见表4。相对于赤脚,穿10mm跟高鞋可显著减小膝关节内翻力矩第1峰值(P<0.05),穿30mm跟高鞋可显著增大膝关节内翻力矩第1峰值(P<0.05),穿20mm跟高鞋膝关节内翻力矩第1峰值无明显变化(P>0.05);与赤脚相比,穿10mm和20mm跟高鞋膝关节内翻力矩第2峰值无明显变化(P>0.05),穿30mm跟高鞋可显著增大膝关节内翻力矩第2峰值(P<0.05)。见表4。从表4可以看出,随着鞋跟高度的增加,膝关节内翻矩第1峰值越来越大,30mm跟高和20mm跟高比10mm跟高分别增加了29.0%和10.5%。穿20mm跟高时膝关节内翻距第2峰值最小,比10mm跟高和30mm跟高小2.9%和14.3%。

结论

鞋跟高度对中老年女性行走时的稳定性的影响主要体现在:

  

(1)就步态周期和鞋底压力中心而言,10mm跟高鞋的平衡性较好。

  

(2)就地面反作用力而言,20mm左右跟高鞋控制力较好,且在蹬腿阶段所需反力最小,最省力。

  

(3)10mm跟高鞋在单腿支撑初期(缓冲人体重心前移)所需缓冲力最小。综上所述,鞋跟高度对中老年女性行走时膝关节内翻矩影响表现在:随着鞋跟高度的增加,膝关节内翻矩第1峰值越来越大。鞋跟高度对膝关节内翻矩第2峰值影响较小。

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