方法文章

使用金标准步态分析方法评估中高度高跟跑动和跑步过程中下肢力学的运动经验效应

DOI：

10.3791/55714

⸱

2017年9月14日

 ,  ,  ,  ,  , 
1Faculty of Sports Science, Ningbo University, 2Research Academy of Grand Health Interdisciplinary, Ningbo University, 3Department of Automation, Biomechanics and Mechatronics, The Lodz University of Technology, 4Savaria Institute of Technology, Eötvös Loránd University

本文内容

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本研究探讨了穿中高跟鞋进行慢跑和跑步时的下肢运动学特征及地面反作用力（GRF）。受试者被分为有经验穿着者和无经验穿着者两组。采用配备测力台的三维运动分析系统，采集下肢关节运动和地面反作用力（GRF）数据。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

目前仅有少量研究探讨了穿高跟鞋慢跑和跑步时的下肢生物力学特征，且大多数研究未能明确受试者的穿鞋经验。本实验方案描述了有经验穿鞋者（EW）与无经验穿鞋者（IEW）在中等高度高跟鞋下进行慢跑和跑步时下肢运动学及地面反作用力（GRF）的差异。采用配备测力台的三维（3D）运动分析系统，同步采集下肢关节运动与地面反作用力数据。36名年轻女性自愿参与本研究，并被询问有关穿高跟鞋的经验，包括频率、持续时间、鞋跟类型和鞋跟高度。其中11名受试者具有至少两年、每周至少三天（每天6小时）穿着鞋跟高度为3至6 cm高跟鞋的经验，另11名受试者每月穿高跟鞋少于两次。受试者分别以自身舒适的低速和高速进行慢跑和跑步，沿一条10米走道行进时，右脚完全踏上测力台。在慢跑和跑步过程中，EW与IEW表现出不同的生物力学适应模式。IEW表现出总体更大的关节活动范围，而EW在跑步时的GRF加载速率显著更高。因此，未来关于高跟鞋步态下肢生物力学的进一步研究应严格控制受试者的穿鞋经验。

引言

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高跟鞋设计一直是女性鞋类中的流行特征之一。高跟鞋迫使踝关节处于被动的跖屈状态，显著改变了行走时的运动学和动力学特征。尽管已有报道指出其对肌肉骨骼系统存在不良影响1，但社会习俗和时尚潮流仍促使人们持续穿着高跟鞋2。

目前，大多数步态分析实验室在临床和科研中均采用光学追踪系统，以准确可靠地测量三维下肢关节运动3。该技术为步态分析提供了"金标准"4。基于该技术的一致研究结果表明，与平底鞋相比，鞋跟越高，膝关节屈曲和踝关节内翻程度越大5,6,7。地面反作用力（GRF）是步态分析中另一个常用参数。研究还发现，穿高跟鞋行走时，地面反作用力向足前内侧转移，站立中期地面反作用力降低，足跟触地时垂直方向的地面反作用力增加，前后方向的地面反作用力峰值也有所增加1,6,7,

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方案

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本研究已获得宁波大学人类伦理委员会的批准（ARGH20150356）。所有受试者均签署知情同意书，同意参与本研究，并已被告知研究的目的、要求及实验流程。

1. 步态实验室准备

  1. 关闭所有白炽灯，保持实验室内的荧光照明处于合理水平。清除捕捉区域中可能被误识别为被动反光标记的所有标记物及其他不必要的反光物体。
  2. 将适当的加密狗插入计算机的并行端口。打开动作捕捉相机、专有追踪软件、测力台放大器以及外部模拟-数字转换器（ADC）。
    1. 等待8台相机完成初始化。在“资源”面板的“系统”选项卡中，单击“本地系统”节点。在“本地系统”节点的“属性”面板中，于“系统”部分的“请求帧率”属性中输入“100”，将采样率设置为100 Hz。
  3. 在“视图”面板的视图列表中选择“相机”。将由5个标记组成、各标记之间距离固定的T形标定架放置在测力台上。
    1. 在“系统资源”树中展开“相机”节点，按住CTRL键并依次单击该节点下列出的每台相机。在“相机”节点的“属性”面板中，调整“设置”部分的“闪光强度”滑块，使每台相机的数据在“视图”面板中均完整、清晰且稳定地显示。
  4. 单击“工具”面板中的“系统准备”按钮。单击“校准相机”部分的“开始”按钮，然后在计划采集三维数据的区域....

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结果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

所有结果均以均值 ± 标准差表示。无论穿着经验如何，跑步速度均显著大于慢跑速度（EW：慢跑 与 运行：2.50 ± 0.14 与 3.05 ± 0.14, p = 0.010；IEW：慢跑 与 运行：2.24 ± 0.26 与 2.84 ± 0.29, p = 0.028；单位：m/s）（表1）。在EW与IEW之间的相应慢跑/跑步速度上未发现显著差异。通常情况下，EW的步幅长度大于IEW（慢跑：EW 与 IEW：1.86 ± 0.06 与 1.49 ± 0.20, p = 0.016；运行：EW 与 IEW：2.15 ± 0.14 与 1.79 ± 0.16, p = 0.004；单位：m），而步频则呈现相反趋势（慢跑：EW 与 IEW：82.43 ± 3.48 与 90.74 ± 2.92.......

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讨论

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大多数分析高跟鞋步态生物力学的研究存在一个缺陷，即忽视了穿高跟鞋经验可能带来的影响12。本研究将受试者分为经常穿着组和偶尔穿着组，以探讨穿高跟鞋经验对中等高度高跟鞋慢跑和跑步过程中下肢运动学及地面反作用力的影响。

EW 和 IEW 的慢跑/跑步速度相当。与 EW 相比，IEW 采用了更高的步频和更短的步幅，这可能是为了维持身体平衡的一种策略15,16。EW 较长的步幅可能与蹬离阶段更大的膝关节伸展有关，这也增加了矢状面上的膝关节活动范围（ROM）。同样，EW 表现出更大的髋关节屈伸活动范围，并具有更高的峰值屈曲角度。这可能有助于降低身体质心位置，增强身体稳定性17。然而，EW 在冠状面和横断面上髋关节和膝关节活动范围的减小，可能是长期穿高跟鞋后为限制关节过度活动而产生的一种适应性改变。IEW 在矢状面上具有更大活动范围的更灵活踝关节，作为将肌肉力量传递至地面的杠杆效率较低.......

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披露

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本研究由国家自然科学基金（81301600）、宁波大学王宽诚幸福基金、国家社会科学基金（16BTY085）、浙江省社会科学规划“之江青年项目”（16ZJQN021YB）、洛克特人体工学科技有限公司以及安踏体育用品有限公司资助。

....

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
运动追踪相机Oxford Metrics Ltd., Oxford, UKMX camerasn= 8
Vicon Nexus Oxford Metrics Ltd., Oxford, UKVersion 1.4.116专有追踪软件（PlugInGait 模板）
加密狗Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK--
MX Ultranet HDOxford Metrics Ltd., Oxford, UK--
Vicon 数据站 ADC Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK-外部 ADC
被动式反光标记点Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK-n=16；直径=14 mm 
测力台放大器Kistler, Switzerland5165An=1
测力台Kistler, Switzerland9287Cn=1
T型支架Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK--
双面胶带Oxford Metrics Ltd., Oxford, UK-用于将标记点固定于皮肤
中等高度高跟鞋Daphne, Hong Kong13085015 heel height: 4.5cm; Size:37EURO
Microsoft Excel Microsoft Corporation, United StatesVersion 2010用于数据低通滤波和计算；插件：Butterworth.xla
Origin OriginLab Corporation, United StatesVersion 9.0绘制 GRF-时间曲线
Stata Stata Corp, College station, TXVersion 12.0统计分析

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Barkema, D. D., Derrick, T. R., Martin, P. E. Heel height affects lower extremity frontal plane joint moments during walking. Gait Posture. 35 (3), 483-488 (2012).
  2. Hong, W. H., Lee, Y. H., Chen, H. C., Pei, Y. C., Wu, C. Y.

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