栾天峰

●研究报道

11～12岁肥胖儿童不同步速时足底压力分布特征及步态研究

栾天峰

运用footscan 7.9压力分布测试系统，对济南市文东小学10名和山东师范大学附属小学15名学生（年龄在11～12岁）进行足底压力分布和步态特征的测试。以BMI＞26为肥胖判定标准，将学生分成两组（正常组与肥胖组）进行对比分析。研究结果表明：（1）步行时儿童足跟负重比例相对要高，而肥胖儿童随着步速的提高，足跟部压力显著增大。（2）慢速行走时候，肥胖儿童的步长显著高于正常儿童，随着步速的提高，正常儿童的步长显著提高，而肥胖儿童的步长显著降低，慢速行走时，肥胖儿童较正常儿童采取大步慢行的方式，而快速行走时，采取小碎步的快行方式。（3）无论是正常儿童还是肥胖儿童，随着步速的增加，步宽显著增大。

肥胖儿童；足底压力；不同步速；步态

近年来，随着人民生活水平的提高和生活习惯的改变，儿童肥胖患病率呈逐年上升趋势。国内外对于正常人及损伤病人行走的生物力学指标已较完善，对于肥胖儿童步态的研究国外刚刚起步，仅有Hills和Parker[1，2]及Ben McGraw等[3]的几篇论文，而在国内对肥胖儿童不同步速下足底压力研究的报道更少。本文旨在找出肥胖儿童不同步速足底压力的差异，为认识肥胖对儿童足部及步态带来的影响提供理论参考依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

试验对象为济南市文东小学10名（5男，5女）和山东师范大学附属小学15名（9男，6女）学生（年龄在11～12岁），要求自然行走无明显异样。以BMI＞26作为肥胖评定指标，将受试者分成正常儿童组和肥胖儿童组，两组受试者身高和年龄均无显著性差异，而体重和BMI指数均有显著性差异（见表1）。

1.2 测试方法

测试距离总长为10 m，其中2 m为测力板，板的前后各有4 m距离（见图1）。测试前，对受试者进行有无严重外伤史以及平常主动足（发力足）等情况进行调查并记录。要求每位受试者脱鞋、脱袜，裸足步行并由讲解员讲解具体做法。让准备测试的儿童在测力板上重复行走至其行走动作自然、放松。测试时，受试者以正常步速行走3次，采集数据；然后以低于正常步速（慢速）再进行3次行走并采集数据；最后以最快的行走速度，步行3次并采集数据。在测试过程中为了避免儿童长时间步行引起疲倦，每测试一组数据，让儿童座在椅子上休息5 min。

图1 测试距离示意图Figure 1 Measurement of distance illustration

1.3 测试仪器

身高、体重测量：采用身高计，体重计分别测量受试者身高、体重，并记录。测试身高、体重时严格按照《国家学生体质健康标准》测试规范要求进行。采用比利时生产的footscan7.9压力分布测试系统（footscanR2nd generation system），对测试对象足底动力学指标、运动学指标进行数据采集，采样频率87 Hz。

1.4 测试指标

1.4.1 动力学指标 根据足底压力测试系统的自动分区，分别采集足底各区压力峰值、标准化压力曲线等指标数据（见表2）。

表2 足底压力分布测试指标描述Table 2 Index definition of Planterpressare distribution

足底压力测试系统将足底分为10个区：第一足趾区Toe 1（T1或1）、第二至五足趾区Toe 2－5（T2－5或2）、第一跖骨区Meta 1（M1或3）、第二跖骨区Meta 2（M2或4）、第三跖骨区Meta 3（M3或5）、第四跖骨区Meta 4（M4或6）、第五跖骨区Meta 5（M5或7）、足弓区 Midfoot（MF或8）、足跟内侧区Heel Medial（HM或9）、足跟外侧区Heel Lateral（HL或10）。

1.4.2 运动学测试指标 足底压力测试系统能够直接测试出以下运动学指标（见表3）。

表3 运动学指标描述Table 3 Index definition of kinesiology

图2 时间参数示意图Figure 2 Temporal Parameters Illustration

图3 空间参数示意图Figure 3 Spatial Parameters Illustration

1.5 数据处理

计算BMI，BMI=体重（kg）/身高2（m2）。运用足底压力分布测试系统（footscanR2nd generation system），以87 Hz为一个采集频率采集受试者不同步速行走时的足底动力学数据，这些数据包括两足底各区域随时间变化的压力值，足底各区压力峰值、接触面积以及压强峰值等。运动学数据包括步长、步速、步宽、摆动时相、支撑时相、双支撑时相等也均由足底压力分布测试系统获得。压力－时间曲线由bioprocess软件进行标准化。所有数据的均值和标准差采用SPSS11.5进行统计分析，所有数据均采用均值±标准差（±S）表示。各测量参数均值差异的显著性检验使用T检验，肥胖儿童与正常儿童的各项指标比较采用配对T检验。

2 结果与分析

2.1 肥胖儿童与正常儿童不同速度步态数据对比

正常儿童慢速比常速慢13.3%，快速比常速快26.7%；肥胖儿童慢速比常速慢14.2%，快速比常速快21.4%（见表4）。肥胖儿童的快速行走速度要显著性低于正常儿童的速度。

表4 肥胖儿童与正常儿童不同速度步态数据Table 4 The gait data about different velocity forthe obese and non-obese children

肥胖儿童与正常儿童步长均值上看，右足比左足长，但进行T检验，P＞0.05，没有显著性差异。慢速行走时候，肥胖儿童的步长显著的高于正常儿童，随着步速的提高，正常儿童的步长显著的提高，而肥胖儿童的步长显著的降低。快速行走时，肥胖儿童的步长显著的低于正常儿童。由于所有受试者中，正常儿童与肥胖儿童身高上不具有显著性差异（见表1），所以可以排除由于身高腿长因素影响步长。由此我们可以看出，慢速行走时，肥胖儿童较正常儿童采取大步慢行的方式，而快速行走时，采取小碎步的快行方式，也就是说肥胖儿童提高步速是通过提高步频来改变速度的。这与Hills和Parker[1]报道略有不同，他们指出肥胖儿童的步长比正常儿童的步长要长，但比较相对步长，即用步长除以身高以及左右下肢的相对步长时，又得出了相反的结果，无论在何种速度下肥胖儿童的相对步长、相对左右下肢单步长均短于正常儿童，这是由于肥胖儿童的身高比正常儿童高的缘故。但是由于儿童下肢发育可能不一样，可能用步长除以身高不能说明什么问题。本次试验中正常儿童与肥胖儿童身高上不具有显著性差异，因此更能反应出肥胖儿童与正常儿童的真实步长对比数据。

步宽代表的是步行时的两足间距。从表4中数据我们发现，无论是正常儿童还是肥胖儿童，随着步速的增加，步宽显著的增大。这是为了在高速下维持身体平衡的需要。而肥胖儿童在不同步速下，均比正常儿童步宽大，其差异具有高度显著性。原因有二：第一，肥胖儿童由于体重大，为了保证在步行中的稳定性，加大了步行过程中支撑面积；第二，由于肥胖儿童腿部较粗，尤其是大腿腹股沟部，致使两腿之间很难并拢。从访谈中得知，肥胖儿童裤子裆部摩擦很大，经常会磨损。所以在制造肥胖儿童裤子的时候，一定要注意裆部的设计及材料的选择。

步行过程中，从单侧足跟着地开始到该足跟再次着地构成一个步态周期，见图2中Right cycle部分。在Hills和Parker[1]及Ben McGraw等[3]的研究结果中发现，肥胖正常儿童以常速行走，支撑时相和摆动时相分别占整个周期的61.22%和38.78%。在不同步速行走时肥胖儿童完成一个完整的步态周期时间都比正常儿童要长，而且支撑时相所占的比率也高于正常儿童，特别是在快速和慢速行走时，肥胖儿童支撑时相显著的长于正常儿童，摆动时相显著的比正常儿童所占整个步态周期的比率小。研究还发现，在不同速度行走时，肥胖儿童的双支撑时相占整个支撑时相的百分比较正常儿童都高。因此，他们认为肥胖儿童较正常儿童在行走过程中延长了支撑时间，尤其双支撑时间，是为了保持身体的平衡，因为行走时肥胖儿童存在着不稳定的因素[5]。以上试验都基于三维摄像基础上得出的数据。本次试验是完全用Footscan测力板，同样也测出运动学数据。从数据中看，正常儿童以常速行走，支撑时相和摆动时相占整个周期的61.6%和38.4%，这与Mann和Hagg、Hills和Parker报道的数据非常类似（见表4）。三种步速中，肥胖儿童步态周期、支撑时相都显著高于正常儿童。而且肥胖儿童支撑时相所占的比率也高于正常儿童，摆动时相明显比正常儿童所占整个步态周期的比率小，具有高度显著性差异。这与Hills和Parker[1]及Ben McGraw等[3]的结论是一样的。肥胖儿童双支撑时相百分比显著高于正常儿童，这与以往的报道相同，说明了步行时肥胖儿童存在着不稳定因素。

以上对比显示，Footscan测力板所测的运动学数据与录像解析系统得出的数据得出结果一致。

2.2 肥胖儿童不同速度足底各区压强峰值对比

肥胖儿童不同步速下，慢速下M2区右足较左足显著性的增大；常速下HM区左足较右足显著性增大；其他情况下左右足无明显差异。但是随着步速的提高肥胖儿童足跟部压强峰值显著的增大（见表5）。

表5 肥胖儿童不同速度足底各区压强峰值数据（±S，N/cm2）Table 5 Peak pressure foreach of the 10 regions of the obese（n=15）and non-obese（n=10）subjects'feet

表5 肥胖儿童不同速度足底各区压强峰值数据（±S，N/cm2）Table 5 Peak pressure foreach of the 10 regions of the obese（n=15）and non-obese（n=10）subjects'feet

注：与慢速比较，*P＜0.05，#P＜0.01；与左足比较，△P＜0.05，☆P＜0.01。

快走是肥胖儿童减肥简单主要减肥方法之一，应该注意到足跟的保护，因为随着步速的提高，跟部压强显著增高，给足跟部带来更多的负荷。而减肥运动都是长时间的持续运动，这样容易造成跟骨的损伤，如跟骨滑囊炎，跟骨生长板发炎等。疼痛会影响到肥胖儿童的运动，运动少了，体重会继续增加，这样就形成了恶性循环。为了避免此类事情的发生，建议购买肥胖儿童步行鞋，一定要注意最好选择跟部有气垫的鞋，或者减肥过程中采用游泳减肥，减少由于体重负荷对下肢乃至足部的影响。

2.3 肥胖儿童不同速度足底压力曲线

由Footscan足底压力分布测试系统得出压力曲线数据，然后对所有数据进行时间标准化。从肥胖儿童和正常儿童的压力曲线（见图4）我们可以看出，无论是肥胖儿童还是正常儿童足底压力曲线都表现出典型的双峰曲线图。其中第1个峰出现于对侧足蹬离后单足支撑期开始之时，此时单足的负重较大。谷值出现于负重单足的前移过程中，因为对侧主动用力承担了体重的大部分。第2个峰出现于对侧足足跟着地而同侧足蹬离时，此时单侧足底压力也处于较高水平[6]。由于体重大的原因，肥胖儿童的足底压力曲线明显各个时相压力均大于正常儿童，但是正常儿童左右足差异较小，而肥胖儿童左右足存在着一定的差异性，尤其是两个峰值，右足明显高于左足。前面对各区足底压力分析中，我们指出无论是正常儿童还是肥胖儿童各区压力峰值左右足存在一定差异性，并不是对称的。但是从整个足的平均压力曲线图中可以看出，正常儿童左右足平均压力曲线呈对称性，而肥胖儿童左右足两个峰值存在一定差异性。

图4 肥胖儿童与正常儿童左右足的压力-时间百分比曲线图Figure 4 Diagram of curves about Press-Percentage of time for the obese and non-obese children

如果在对所有压力数值再与自身体重进行标准化，得出图5。从图中可以看出，体重标准化后的压力曲线肥胖儿童与正常儿童相差不大。但是从两个峰值可以明显看出，肥胖儿童存在差异而正常儿童位于其间，相差并不多。

图5 肥胖儿童与正常儿童左右足的压力体重比-时间百分比图Figure 5 Diagram of curves about Press/weight-Percentage of time forthe obese and non-obese children

肥胖儿童不同速度步行时足底各区压强峰值研究显示，肥胖儿童随着步速提高足跟部压强峰值显著的增大。而对不同速度下肥胖儿童足底压力曲线研究可以看出，随着步速的提高第一峰值显著的增大，慢速时第一峰最低。这是因为第一峰出现在于对侧足蹬离后单足支撑期开始之时，此时单足的负重较大。如果按照步态时间比例来说，这个时间正好是足跟主要负重处。同时也验证了，随着步速的提高增大了足跟的负荷。所以对于肥胖儿童的运动方式和运动鞋的选择，一定要注意对足跟的保护。

3 结 论

（1）步行时儿童足跟负重比例相对要高，而肥胖儿童随着步速的提高，足跟部压力显著的增大。

（2）慢速行走时候，肥胖儿童的步长显著的高于正常儿童，随着步速的提高，正常儿童的步长显著的提高，而肥胖儿童的步长显著的降低。由此我们可以看出，慢速行走时，肥胖儿童较正常儿童采取大步慢行的方式，而快速行走时，采取小碎步的快行方式。（3）无论是正常儿童还是肥胖儿童，随着步速的增加，步宽显著的增大。

[1]Hill A P，ParkerA W.Gait characteristics of obese chil2 dreno[J].Archives of Physical Medicine and Rehabilitation，2001，72：403-407.

[2]Hill A P，Parker A W.Locomotor's characteristics of obese children[J].Archives of Physical Medicine and Rehabilitation，2001，18：29-34.

[3]McGraw B，McClenaghan B A.Gait and postural stability in obese and nonobese prepubertal boys[J].Arch Phys Med Rehabil，2000，81（4）：484-9.

[4]Mann R A，Hagy J.Biomechanics of walking，running，and spring[J].American Journal of Sports Medicine，2004，8（5）：345-350.

[5]高原，肖丹丹.肥胖人步态生物力学研究的现状及进展[J].北京体育大学学报，2001，28（8）：1 097.

[6]周安艳.正常学龄前儿童步行时的动态足底压力特征[J].中国临床康复，2006，10（24）：55.

[7]李艳霞.肥胖青年平地自然行走时足底压力分析与步态特征[J].中国组织工程研究与临床康复，2008，12（15）：2 870.

[8]闫松华.肥胖儿童平地自然行走时的步态研究 [J].中国运动医学杂志，2007，5（26）：286.

[9]赵芳，周兴龙.老年人站立及行走稳定性的生物力学研究[J].北京体育大学学报，2003，26（3）：188.

[10]Shirley Aparecida Fabrics de Souza，Joel Faintish，Antonio Carlos Valezi，et al.Gait cinematic analysis in morbidly obese patients[J]..Obesity Surgery，2005，15：1 238-1 242.

[11]于鸿.肥胖的研究现状及国内外进展 [J].中国卫生工程学，2000，9（3）：126.

[12]王永慧.不同年龄健康人足底压力参数的比较[J].中国老年医学杂志，2005，24（10）：761.

[13]钱竞光，宋雅伟，叶强，等.步行动作的生物力学原理及其步态分析[J].南京体育学院学报，2006，5（4）：1-7.

[14]严励等.非糖尿病人群足底压力的研究 [J].中山大学学报，2006，27（2）：197.

[15]张春林.人体足底受力测试及其分析[J].北京理工大学报，2006，24（7）：567.

[16]DowlingAM，Steele JR，BauerLA.Does obesityinfluence foot structure and plantar pressure patterns in prepubescent children?[J].Obes Relat Metab Disord，2001，25（6）：845-52.

[17]Dowling A M，Steele J R，Baur L A.What are the effects of obesity in childrenonplantarpressure distributions?[J].Obes Relat Metab Disord，2004，28（11）：1 514-9.

Plantar Pressure Distribution and Gait Characteristics about Different Velocity in Obese Children of 11～12 Years

LUAN Tianfeng
（Admission Office，Shandong Institute of Physical Education，Jinan 250102，China）

With the footscan 7.9，the plantar pressure distribution and gait characteristics of 25 students（11～12yrs）were measured.According to the standard of BMI＞26，students were divided into two groups（normal and obesity）.And then the data of two groups were compared and analyzed.The results showed：First，the ratios of plantar load between them were different and those of heels were relatively higher.But when obese children increased walking speed，heel forces increased significantly.Second，when children walked at a low speed，step length value of the obese children was significantly greater that of normal children.With increase of walking speed，the step length of normal children became longer significantly and that of obese children was on the contrary.Therefore we can conclude that at a low speed，the step length value of obese children was greater；but at a high speed，it was less.Third，with the increase of walking speed，step width of the two groups increased significantly.But at the same speed，the step width value of obese children was significantly greater than that of normal children.

obese children；plantar pressure；different walking speed；gait

G 804.62

A

1005-0000（2010）06-0533-04

2010-06-22；

2010-10-20；录用日期：2010-10-26

栾天峰（1978-），男，山东泰安人，讲师，研究方向为运动生物力学。

山东体育学院教务处招生办公室，山东济南250102。