竞走技术的生物力学分析及其损伤隐患

论文摘要

研究目的:本研究通过对竞走和正常走在足底压力和运动学等方面的指标对比研究,找出竞走与正常走在足底压力和运动学指标上的差异,根据竞走的技术动作特点和规则限制,针对出现差异的地方进行描述,然后结合解剖学和医学知识对出现差异的部位进行分析讨论,以便于我们更好得理解竞走技术和竞走潜在的损伤因素。研究对象:本次研究选取山东省优秀竞走运动员14名（男9名,女5名）,要求有一定的训练年限,身高173.14±7.86 cm、体重60±9.9 kg、年龄20.36±2.44岁、训练年限3.86±1.29年。研究对象在测试前6各月至测试开始时无任何腿部疼痛或疾病,所有测试对象在测试前均已签署测试协议并得知了测试的全部步骤及意义。实验仪器:足底压力测力板（Rs-scan公司,比利时,尺寸为2m×0.4m×0.02m,共包含16,384个传感器,每cm2包含传感器2个,采样频率126Hz）测试运动员足底压力数据。摄像机（Sony 9800,拍摄频率50Hz,曝光时间1/250s）2台,拍摄测试对象的下肢运动。实验过程:受试者被要求身上贴好反光点用两种走法在周围安置摄像机的测力板上行走。一种是光脚在测力板上进行正常走,每个受试者都被要求走5次,每两次中间休息3分钟。另一种是光脚在测力板上进行平时训练步速的竞走,每个受试者都被要求走5次,每两次中间休息3分钟。为了防止对正常走的干扰,先对受试者进行正常走的测试,再进行竞走测试。主要测量指标:a)动力学指标:足底各分区压强峰值（MPP）、负荷率（Load Rate）、达最大压强时间（Pressure-to-time ratio）、足底压力中心轨迹（COP）、地面反作用力曲线（GRF）。b)运动学指标:支撑腿触地和离地时髋、膝、踝关节各关节角度。实验结果1、动力学特征:竞走比正常走在足底第四、五跖骨区、足中部、足跟外侧区的压强峰值显著大,竞走足底所有区域的负荷变化率都比正常走的大;竞走在脚后跟区域达最大压强时的时间比正常走的早,在足中部和第五跖骨区比正常走晚,在第一至第四跖骨区和趾骨区都比正常走的要早;竞走比正常走的足底压力中心轨迹偏向脚掌外侧;竞走比正常走时足底受到的地面反作用力要大。2、运动学特征:在支撑腿落地瞬间,竞走时髋关节前屈角度和膝关节伸直角度要比正常走时大;在离地瞬间,竞走时膝关节伸直角度和踝关节跖屈角度都比正常走时大。结论1、竞走在地面反作用力的第一峰值显著比正常走的大,足跟外侧的最大压强值也比正常走的大。这种差异是由于竞走时要求膝盖伸直,髋关节内收,以足跟着地,勾脚尖,并沿脚掌外侧向前滚动的特殊走法造成的。长期进行这种特殊走法容易产生滑囊炎、跟骨痛等足跟痛病症,这是产生足底损伤的一个潜在的因素。2、竞走在第四、五跖骨区和足中部的压强峰值显著比正常走的大,而且竞走在足底压力中心轨迹的曲线明显比正常走偏向脚外侧。这种差异是由于竞走时要求以足跟着地,并沿脚掌外侧滚动向前过渡的特殊走法引起的足底在各个区域的受力严重不平衡造成的,这容易引起脚底跖腱膜炎和跖骨应力性骨折等病症,这是产生足底损伤的又一个潜在因素。3、竞走在地面反作用力的第二峰值显著比正常走大,且足底压力中心轨迹在脚前段处明显比正常走多了一个拐点。这种差异是由于竞走时要求无明显的腾空现象,运动员为了保持行走的水平方向上的速度,主要利用前脚,特别是大脚趾扒地的力量产生向前的动力,容易引起大脚趾处的肌肉拉伤和骨折等病症,这是产生足底损伤的另一个潜在的因素。4、竞走和正常走在地面反作用力的第一峰值和谷值都比正常走的大,在触地时膝关节显著比正常走大,几乎伸直。这种差异是由于竞走要求以脚跟着地,支撑腿在触地瞬间必须伸直直至身体垂直面的特殊规定造成的。膝关节伸直状态下受到来自上身和小腿的力的相向作用以及足的外翻引起的胫骨扭力对半月板的挤压、摩擦,使膝关节受到损伤,这是产生下肢损伤的一个潜在因素。5、竞走在触地时髋关节的角度比和正常走大。这种差异是由于竞走规则要求支撑腿在触地瞬间必须伸直直至身体垂直面造成的。在落地时髋关节需要内收以使双脚落点保持在一条直线上,股骨头会与髋臼发生挤压,造成髋臼软骨组织磨损,甚至导致髓关节炎症的发生。我们认为这是产生下肢损伤的另一个潜在的因素。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 前言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 竞走
• 1.2.2 正常走
• 1.2.3 损伤
• 1.3 目前研究存在的问题与今后的研究前景
• 1.4 研究的目的和意义
• 1.5 研究假设
• 2 研究方法与步骤
• 2.1 研究对象
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 实验仪器及要求
• 2.2.2 测试方法
• 2.2.3 数据处理和分析
• 2.2.4 研究指标及其标定
• 2.2.5 统计学方法
• 2.2.6 技术路线
• 3. 研究结果
• 3.1 足底压力
• 3.1.1 最大压强峰值（MPP）
• 3.1.2 负荷变化率（Load Rate）
• 3.1.3 达最大压强峰值的时间（Pressure-to-time ratio）
• 3.1.4 足底压力中心轨迹（COP）
• 3.1.5 地面反作用力
• 3.2 运动学
• 3.2.1 支撑腿触地时的髋、膝、踝关节角度
• 3.2.2 支撑腿离地时的髋、膝、踝关节角度
• 4. 讨论
• 4.1 足底损伤
• 4.2 下肢损伤
• 4.3 研究限制
• 5. 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文