隨著大學生就業形勢日益嚴峻,大學生對自我形象的關注程度越來越高,內、外八字不良步態對男女大學生的體育活動和心理都有不同程度的負面影響,初步調查研究表明,內、外八字步態大學生 80% 有矯正的愿望和需求。
然而,國外對步態的研究多限于解剖學特征和矯形器的矯正實驗,國內對內、外八字步態的實驗研究很少,且多為科普雜志的簡單描述,導致人們對內、外八字不良步態的認識僅停留于外表形態。目前學術界對八字步態形成的生物力學機制尚不明確,國外未有理想的矯治方法(Fixsen JA,1990;YH Li,Leong JCY, 2003;William Talley, 2011),國內科普雜志報道的運動方案,如走直線、踢毽子等則沒有理論和實驗研究的支撐,缺乏合理性和可行性(宋士彤,1996;范振靜,2003;趙會剛,2009)。
肌肉收縮力是人體運動的源動力,骨骼生長發育特點與人體運動中肌肉力量大小、方向密切相關(Wolf 定律)。
步向角是判斷步態是否為正常步態的重要依據,髖、膝、踝關節肌力矩與步向角之間是否存在一定的聯系,目前尚未見報道。因此,本研究旨在通過對步向角、踝關節內收、外展等動肌力指標的測試,揭示步向角與下肢肌力學特征,為探討標本兼治的內、外八字步態矯正方案提供理論依據。
研究預期:第一,步向角、下肢等動肌力特征存在性別差異;第二,步向角與足內收、外展等動肌力距有關,不同步態(內、外八字,正常步態)之間差異具有顯著性;第三,隨著步向角增加,外展內收力矩比值增大。
1、 測試對象和方法
1.1 測試對象
華南師范大學在校大學生 27 名,男 15 名,女 12 名。受試者身體健康,無關節疾患,沒有下肢手術史,測試過程中無不良反應,基本情況如表 1 所示。
1.2 測試儀器
Cybex-NORM 等速肌力測試系統,RSscan 足底壓力板測試系統(0.5 m,300 HZ),SGT-A\\(II\\) 身高體重儀。
1.3 研究方法
時間和地點:2013 年 5 月,廣東省體育科學研究所,華南師范大學大學城校區。
身高和體重測試:要求受試者穿短衣、短褲、脫鞋,用身高體重儀測量身高體重并記錄。
步向角測試:RSscan 測力板平放在地板上,在其上面和行進的前后方向鋪設 6.8 m 的 EVA 延長跑道,調試標定后,讓每個受試者以個人自然步態、步速在鋪設的跑道上行走,采集至少 3 次左足步向角,采集頻率為 300 Hz。
等動肌力測試:受試者熱身運動后,在經驗豐富的實驗員指導下,練習測試動作,然后嚴格按照 Cybex-NORM測試手冊的規定進行正式測試??紤]到八字步態的形成與髖、膝、踝關節均相關,因此,等動測試在測試對象平臥位、下肢伸直狀態下進行,分別測試踝關節內收、外展角速度為 30° /s、120° /s 的等動肌力指標。每個角速度重復測試 5 次,取其中 3 次一致性較強的平均值,兩種速度測試之間間隔 20s。主要參考指標為:峰力矩:足內收或外展過程中的力矩最大值;平均力矩:足內收或外展整個過程中,力矩的平均值;峰力矩比值:外展峰力矩與內收峰力矩的比值;平均力矩比值:外展平均力矩與內收平均力矩的比值。
數據處理:采用 SPSS 19.0 統計軟件對所測試數據進行獨立樣本 t 檢驗和單因素 ANOVA 處理,結果均以 P 表示。
P<0.05 為顯著性差異,P<0.01 為非常顯著性差異。
2、 研究結果
2.1 步向角正常范圍
步向角是指足的中軸線(足跟中點與第二跖骨連線)與前進方向之間的夾角,27 名受試者步向角均值為 8.4°標準差為 6.6°,按均值加減一個標準差的原則確定正常范圍,即 23 歲大學生的步向角正常范圍為 1.8~15.0°。
2.2 男女步向角與踝關節內收外展等動肌力特征
由表 2~3 可知:第一,男女步向角有顯著性差異,男性步向角均值為 11.4°,女性的均值為 4.7°,即成年男性步態步向角較女性大,男性外八步態比較普遍,女性內八較多,這與實際觀察現象一致,與研究預期結果一致;第二,角速度為 30° /s 和 120° /s 的內收和外展的峰力矩,均男性高于女性,且有非常顯著性差異(P<0.01);第三,角速度為 30° /s 和 120° /s 的內收平均力矩,男性均大于女性,且存在顯著性差異,外展平均力矩男性大于女性,但不具顯著性差異;第四,角速度為 30° /s 和 120° /s 的外展內收峰力矩和平均力矩比值均顯示男性小于女性,且角速度為 30° /s 時有顯著性差異,角速度為 120° /s 有非常顯著性差異。
2.3 不同步態等動肌力特征對比分析
本研究按步向角大小,將受試者分為 3 個組別,分別是步向角≤ 1°(內八字步態),1° < 步向角 <15°(正常步態),步向角≥ 15°(外八字步態)。運用 ANOVA 重復性測量分析進行方差檢驗,結果如表 4~5 所示。
第一, 30° /s 和 120° /s 兩種角速度的外展、內收峰力矩和平均力矩與步向角的關系,并非隨著步向角的增大而增大或減小,內八字組與外八字組別的力矩特點更接近。30° /s 時兩組的外展峰力矩分別是 14.0 N?m 和 14.4 N?m,內收峰力矩分別為 10.3 N?m ,11.4 N?m , 均小于正常步態組的 20.2 N?m 和 15.7 N?m ,120° /s 時,兩組的外展峰力矩分別為 11.8 N?m 和 12.6 N?m,內收峰力矩分別為 9.2 N?m和 10.2 N?m,均小于正常步態組的 14.6 N?m 和 12.6 N?m。平均力矩如表 4~5 所示,有相同的規律。
第二,角速度為 30° /s 時,內八字、正常、外八字步態 3 個組的外展內收峰力矩比值分別為 1.39,1.32,1.33,幾近相等外展、內收平均力矩比值分別 1.37,1.34,1.35,也比較接近。角速度為 120° /s 時,3 個組的峰力矩比值分別為 1.31,1.21,1.21,平均力矩比值分別為 1.37,1.28,1.33。兩種不同的速度,表現的同樣的規律,3 種步態的外展內收力矩比介于 1.3~1.4 之間。
3、 分析與討論
文獻中設計到內、八字步態步向角的只有 1 篇,國內研究文獻中,對內、外八字步態沒有明確的定義,導致大部分人認為正常步態的步向角為0°,即足尖正對前進方向。
2013 年 9~10 月在隨機進行的 500 名大學生問卷調查中,超過 80% 的大學生持此觀點,包括體育學院體育系、運動系的在校大學生,證實了這一事實。本研究結果顯示 23歲左右青年大學生步向角的正常范圍為 1~15°,與 Chin-Shan 的研究結果基本一致:7~9 歲兒童的步態接近成人,步向角正常范圍為 -0.9~16.5°(Chin-Shan,2000),也部分支持趙煥彬的觀點:正常人的步向角約為 15°(趙煥彬,2008)。
八字步態表面上是足的畸形,但實際上是由下肢骨骼和關節的解剖學特點共同決定的,包括股骨、脛骨、跖骨及其關節,即從足到髖的任何環節和關節形態變化都可能引起內八字步態(Fabry, 1973;Staheli,1972;Cohan &Desal, 1987;Svenningsenr, 1990;Ryan & Donna, 2001)。
因此,本研究足外展、內收肌力矩的等動測試在受試對象仰臥,髖、膝關節伸展狀態進行。Kite 認為跖骨內收的內八字,腓骨長肌和腓骨短肌力量較弱,而脛骨前肌和脛骨后肌相對較強(Kite,1967);宋士彤認為后天形成的八字腳是由于某些動作的錯誤使下肢旋外肌群和旋內肌群力量不平衡而形成的(宋士彤,1996);王安利認為老年人走路呈外八字的步態的主要原因之一是老年人大腿內收肌肉力量下降比其他肌群早(王安利,2005);半腱肌主要作用是使大腿在髖關節處旋內,內八步態中半腱肌和腓腸肌內側平均肌電的值都比較大,導致用來對抗骨盆扭轉的內回旋程度超過了骨盆扭轉程度,從而形成了內八的走步姿勢;外八步態中股二頭肌和腓腸肌外側平均肌電的值是最大的,使得骨盆的外回旋程度加大,從而造成了外八的走步姿勢(李世明,2007)。綜合上述諸多研究認為,內、外八字的形成是下肢內、外旋肌群肌力失衡有關,因此,本研究基于前人研究基礎提出研究假設:不同步態人群的等動肌力矩有差異,隨著步向角的增加,踝關節外展肌力矩增加,內收肌力矩減小,即足外展內收肌力矩比值逐漸增加。但本研究結果出乎意料地顯示:內、外八字有相同的下肢外展、內收肌力矩特點,無論是角速度為 30° /s 的慢速還是角速度為 120° /s 的快速,其值均小于正常步態,即說明,外展、內收肌群均薄弱的肌力特點是導致步態不正常主要原因,至于什么因素決定導致內八字步態,或者外八字步態,則需要進一步深入探討。
另一重要研究結果,3 種不同步態 30° /s 和 120° /s的外展內收峰力矩比值,平均力矩比值均相差無幾,并沒有表現出與步向角的線性相關,即外展內收肌力矩比值與步態特點無關,不能作為判斷內、外八字步態的肌力特征指標,同樣與預期不符,不支持前期研究成果。分析主要原因是:第一,本研究只對下肢髖、膝關節伸展狀態下的踝關節外展、內收的等動肌力矩進行測試,僅探討步向角與 3 個關節聯動時的肌力關系,研究不全面,后續研究將對下肢等動肌力進行更全面的測試,關注不同環節肌力對步態的影響。第二,以往的研究結論有的是理論推導,沒有實驗數據支持,有的是探討不同步態人步行時的肌肉動員特點,并非八字步態形成的肌力學機制,即步行時沒有被激活或激活程度不強的肌肉群,并不表明其本身薄弱。
4、 結論
4.1 25 歲左右青年人步向角正常范圍為 1~15°,步向角≤ 1°為內八字步態,步向角≥ 15°為外八字步態。
4.2 步向角性別差異具顯著性,男性步向角較大,外八步態發生率較高,女性步向角較小,內八步態發生率較高;30° /s 和 120° /s 的踝關節外展、內收肌力矩以及力矩比均具有性別差異。
4.3 內、外八字步態不是由于髖、膝伸展狀態下踝關節外展、內收肌力失衡引起的,而是由于下肢外展、內收肌力都薄弱導致的。
5、 研究局限與展望
本研究為初步探討,只對受試者髖、膝關節伸展狀態下踝關節的外展、內收肌力矩進行測試,研究發現無論是內外八字步態人群,下肢外展、內收肌群力量有同樣的特點:外展和內收肌力都薄弱。薄弱的下肢外展、內收肌力有可能引起內八字步態,也可能引起外八步態,是什么因素決定形成內八還是外八步態,需要更進一步的探討。后續研究將在增加樣本量的同時,對受試對象下肢等動肌力進行更全面的測試,關注不同環節肌力對步態的影響。