性别和步行速度对20-60岁成人足底压力分布的影响外文翻译资料

第一篇：

性别和步行速度对20-60岁成人足底压力分布的影响

孟俊中和毛俊旺*国立清华大学工业工程与工程管理系，新竹，台湾（2010年5月4日收到；最终版本收到2011年4月19日）

摘要：

本研究调查性别和步行速度（80%，100%，120%和140%的首选步行速度（PWS））对足底压力参数的影响。共有30名年龄在20至60岁之间的健康男女参加了本研究。采用足底压力测量仪测量了6个足底区的峰值压力、峰值力和接触面积。结果表明：男性在足趾内侧和前足有较高的峰值压力和峰值力，在前足中部和足跟部有较大的接触面积。女性的中足接触面积较大。随着步行速度的提高，大多数反应措施都显著提高，当步行速度高于120%PWS时，反应措施的提高更为明显。尽管性别与PWS之间没有显著的交互作用，但也发现了一些性别差异。

从业者总结：使用百分比PWS提供了一个新的角度来讨论性别和步行速度对足底压力分布的影响。这项研究的发现对不同性别的鞋类和矫形设计非常有用。

关键词：足；性别；足底压力；步行速度

1导言：

据报道，人体测量特征和解剖结构的性别差异导致了步行站姿阶段下肢运动学和动力学的差异（Simoneau等人。1998年，Smith等人。200年，Cho等人。2004年，邱和王2007）。例如，女性的骨盆比男性更宽，髋关节内旋更活跃，髋宽股长比更大，髋内收更大（Horton and Hall 1989，Simoneau et al。1998年）。此外，女性踝关节的平均足屈曲更大（Sepic等人。1986年），膝关节外翻角度更大，髋关节内收弯曲角度更大，骨盆前倾更大（Cho等人。2004年）。此外，Chiu和Wang（2007）指出，与以相同速度行走的男性相比，女性为了达到预定的行走速度，往往会增加步长，从而在负荷反应和摆动前阶段产生明显更高的踝关节运动和更大的垂直地面反作用力。步行过程中的足底压力分布是鞋类设计和临床评估的关键信息。先前的几项研究（Bennett和Duplock 1993、Ferrari和Watkinson 2005、Murphy等人，1993）报告了足底压力测量的性别差异。2005年）。例如，法拉利和Watkinson（2005）调查了健康男女足底压力的分布，发现女孩在拇趾下的峰值压力较高，脚跟接触第一跖骨头的时间比男孩快。墨菲等人。（2005）报告说，平均男性的正常接触面积和足底压力值高于平均女性。两项研究都是在自选的节奏下进行的。此外，一些先前的研究也表明，步行速度可以影响足底压力分布（Rosenbaum等人。1994年，Burnfield等人。2004年，Segal等人。2004年）。然而，很少有人关注使用一系列步行速度来研究性别对足底压力参数的潜在影响。为了评估步行速度对足底压力参数的影响，经常使用预先确定的步行速度（Burnfield等人。2004年，Segal等人。2004年）。这种方法允许以相同的速度进行比较，但相同的速度可能对不同大小和形状的个体（如男性和女性）产生不同的影响。然而，在一些调查中，要求受试者以自定义的步行速度行走，例如“快”、“慢”和“自由速度”来评估步态性能（Kernozek和LaMott 1995，Murphy等人。2005年）。这种方法可以比较同一个人在不同速度下的表现，但很难进行比较受试者之间，因为受试者之间的自定义步行速度不同（Kang和Dingwell 2008）。使用上述方法选择步态性能评估的步行速度可能没有充分考虑到性别之间的生物差异，如体型、力量、四头肌角度和脚形（Horton and Hall 1989，Wunderlich and Cavanagh 2001，Krauss et al。2008年）。最近的研究提出使用首选步行速度百分比（PWS）来指定步行速度，因为它提供了允许对同一个人的速度进行比较，以及对不同人群中不同步行条件的影响进行比较的优点。此外，受试者可以充当自己的对照。鉴于PWS百分比是使年龄和身体因素的步态参数正常化的有效方法（Clark Carter等人。1986年，Patel等人。2006年，Chung和Wang 2010年），假设当受试者以他们的首选步行速度百分比（PPW）的范围行走时，他们的步态模式变化应该是相似的。因此，研究女性和男性在一系列PPW下行走时是否会有相似的步态模式是很有意思的。本研究采用百分比PWS法探讨性别和步行速度对足底压力分布的影响。

2方法

2.1内容

受试者共30名健康成人，男15名，女15名，年龄20-60岁。他们是一所大学的学生和教职员工志愿者。所有参与者都签署了书面知情同意书。记录体重、身高、大腿长度、小腿长度、脚长、脚宽和脚踝高度（见表1）。

表1

2.2实验设计

采用双因素方差分析，评价性别与步行速度（80%、100%、120%和140%PWS）的主要影响因素及其相互作用。响应措施包括峰值压力、峰值力和接触面积。

2.3 仪器和测量

使用足底压力测量装置（Footscan1system；RSscan，Limburg Belgium）和RSscan软件记录和分析仪器和足底压力测量数据。以500hz的采样率测量6个区域的足底压力数据，包括内侧脚趾（MT）、内侧前脚（MFF），

中央前脚（CFF）、外侧前脚（LFF）、中足（MF）和HL区。MFF区位于第一跖骨头部下方。CFF区位于第二和第三跖骨头下面。LFF区位于第四和第五跖骨头下方。每个区域收集了三个关键测量值，即峰值压力、峰值力和接触面积。峰值压力定义为10个试验过程中施加在给定足底区的最大压力的平均值（单位：kPa）。峰值力是指在10次试验过程中，施加在给定足底区域的最大力的平均值。接触面积是指在10个试验过程中，每个足底区域内所有加载传感器面积总和的平均值，用cm²表示。为了便于性别间的统计比较，将峰值力与每个受试者的体重标准化，称为标准化峰值力。

2.4 实验程序

所有受试者都充分了解本实验的目的和程序。在整个实验过程中，每个受试者都被要求赤脚行走。实验开始时，每个受试者在PWS状态下在跑步机上步行10分钟来进行热身。PWS的测定采用Dingwell和Marin（2006）方法。每个受试者首先在跑步机上以相对较慢的速度行走。工作人员逐渐提高跑步机的速度，直到受试者报告当前的速度快于首选速度。然后将当前速度记录为更快的速度。然后，跑步机速度进一步增加，并逐渐降低，直到受试者报告速度比预想的要慢。这个速度被记录为较慢的速度。这个过程重复了三次。受试者的PWS是快慢速度的平均值。每个受试者随后被要求在四个速度水平中的每一个速度水平上以他或她自己选择的步频行走：80%，100%，120%和140%的PWS随机顺序。节拍器被用来调整节奏。为了确保受试者遵循预定的速度，使用以下程序控制步频和步态速度。对于每个步频控制，要求受试者在跑步机上行走10分钟，同时测量步频。然后要求受试者在矩形走道（8m 64 m，1.2m宽的路径）上连续行走，并在节拍器的作用下保持相同的行走速度。因此，每一个受试者在地面上的步频与在跑步机上的步频相同。每个试验的步态速度都是通过运动捕捉系统（Proreflex MCU 240；Qualisys，Gothenburg，Sweden）获得的。获得的步态速度必须与预先确定的步态速度一致。当受试者在人行道上行走时，收集右脚的足底压力测量值。每一次步行速度训练共进行10轮重复测量。受试者在下次步行速度训练前至少休息10分钟，以避免疲劳效应。

2.5数据分析

采用双因素方差分析评价性别和步行速度对应对措施的影响。邓肯的多射程测试是作为事后测试进行的。皮尔逊相关分析不同变量之间的关系。男性和女性的基本信息和人体测量数据比较如下使用alpha;水平为0.05的t检验。使用统计分析软件SPSS v.10.0（SPSS Inc.，芝加哥，伊利诺伊州，美国）进行统计分析。

三 结果

表1显示了男女之间的t检验结果基本信息和人体测量数据中的组。皮尔逊相关结果表明与年龄显著相关（r=–0.65，p＜0.01）和节奏（r=0.44，p＜0.01），但没有与身高、体重指数或找到下肢人体测量数据。表2至5总结两种性别和不同的行走速度。这个方差分析结果显示性别和步行速度对大多数反应有显著影响但是性别和步行速度不显著。

3.1性别效应

如表1所示，男性组的人体测量平均值高于女性组，特别是在身高（167.3 vs 158.8 cm，p＜0.01）、体重（66.9 vs 58.2 kg，p＜0.01）、踝高（7.5 vs.6.8 cm，p＜0.05）和足长（24.6 vs.22.4 cm，p＜0.01）方面。步行速度和步频在性别间无显著差异。表2至表5表明，在峰值力下，性别效应比在峰值压力和接触面积下更明显。除MF外，大多数足底区域的男性压力峰值较高（见表2）。然而，唯一具有统计学意义的性别差异是男性在MT（194.9 vs.143.1kpa）和CFF（324.9 vs.266.7kpa）中的峰值压力显著高于女性。当检查其他的足底区域时，一些有趣的趋势找到了。男性的最高峰值压力出现在CFF区，峰值压力324.9kpa。为了女性，最高压力的区域是在HL区发现，峰值压力为268.6千帕。对于峰力，性别效应是在所有足底面积下均有显著性差异（p ＜ 0.05），除了MF（见表3）。男性在MT（199.7 vs.133.4n）和MFF中的峰值力显著大于男性（108.5比81.2牛）、CFF（215.7比153.4牛）、LFF（119.4对91.7牛）和HL（361.9对310.8牛）。当峰值力被物体正规化时重量，一些结果不同（见表4）。男性在MT中显示出更大的标准化峰值力（30.6 vs 24.1%的体重（BW）和CFF（32.7%对26.9%BW）高于女性（P50.05）。另一方面，雌性在MF（19.2%对24.9%体重）高于雄性（p ＜0.05）。在接触区，性别效应显著CFF、MF和HL（p ＜0.05）（见表5）。男性在CFF中显示出更大的接触面积（11.7比9.9cm~2）和HL（26.3对23.0平方厘米)，而雌性更大的接触面积（14.6比17.4平方厘米)

表2

表3

表4

表5

3.2步行速度

大多数足底压力参数随步行速度的增加而增加。步行速度对MT、MFF和HL的峰值压力、峰值力和归一化峰值力有显著影响（p 5 0.05）（见表2至表4）。然而，不同步行速度水平之间的接触面积没有显著差异（见表5）。对于峰值压力，较高的步行速度导致MT（p 5 0.01）和MFF（p50.05）的峰值压力显著升高。邓肯的多量程测试结果进一步表明，在140%PWS下行走比在80-120%PWS下行走在MT和MFF中产生更高的峰值压力。步行速度越高，MT、MFF和HL的峰值力越大（p 5 0.05）。Duncan多程试验结果表明，在120%和140%PWS下行走比在80%和100%PWS下行走能产生更高的峰值力和归一化峰值力。在140%PWS下行走比在80-120%PWS下行走能产生更高的峰值力和归一化峰值力。然而，在LFF中观察到峰力减小和峰力正规化趋势，尽管这在统计学上并不显著。

4讨论

4.1性别效应

本研究考察了性别和步行速度对足底压力参数的影响。研究结果表明，男性在MT和所有前脚区域具有更高的峰值压力和峰值力，在CFF和HL区域具有更大的接触面积。这些现象可能是由于男性体重较大，导致重心垂直位移的差异。然而，当进一步检查PWS与体重、身高以及脚的尺寸（即脚长和脚宽）之间的相关性时，没有发现显著的相关性。当体重转移到站立肢体上时，会产生足部压力。在HL打击和步态周期的初始站姿阶段，体重仅加载在HL区域，导致HL区域的高峰值压力（Eils等人。2002年，Burnfield等人。2004年）。在步态周期的最后一个站姿中，随着身体向前走向踝关节，HL从地面升高，体重引起的地面反作用力集中在前脚区域（Eils等人。2002年，Burnfield等人。2004年）。因此，体重越重，前脚和HL区的足底压力和压力峰值越高，足底接触面积也越大。此外，男性在行走过程中的垂直重心位移往往高于女性（Smith等人。2002年）。这也可能导致这些地区的足底压力升高。当考虑到按体重标准化的峰值力时，女性在MF区的标准化峰值力明显大于男性。影响因素可能包括足部结构的性别差异。Wunderlich和Cavanagh（2001）指出，女性脚不仅仅是男性脚的缩小版，而是在许多形状特征上有所不同，特别是在足弓处。女性的平均足弓比男性的平均足弓高（按足部长度标准化），足弓短，脚背围小（Wunderlich和Cavanagh，2001）。此外，女性倾向于比男性有更多的韧带松弛和更少的弓僵硬（Wilkerson和Mason 2000，Zifchock等人。2006年）。因此，在女鞋设计中应强调有效的足弓支撑。结果表明，除MF区外，其余足底区均为男性接触区。男性接触面积更大的原因可能是因为更大的脚和更重的体重。如果将接触面积作为足底总面积的百分比进行分析，了解性别差异是否消失是很有意思的，因为男性的脚更大。然而，在本研究中没有测量足底总面积。女性较小的接触面积可能会降低足底表面与鞋垫之间的摩擦。因此，在女性鞋垫和鞋类设计中，应强调防滑鞋垫或防滑鞋垫。

4.2 步行速度

研究结果表明，在MT、MFF和

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