跑台的坡度与速度对.doc

炮台的坡度与速度对人体足底压力影响的研究
随着人们生活水平的提高，休闲与运动成为人们生活的重要组成部分，走步与跑步往往是人们锻炼祈体的主要运动形式，而跑台便成为人们首选的运动健身
器材，在跑台上运动可以发展有氧运动、提高心血管的能力和增加腿部的力量，
人们在不还俗扪的情况下就达到了锻炼祈体的目的，然而，人们为了达到更好的
健身效果，使身体充分承受一定的负荷强度，往往增加跑台的坡度或提高跑速来
满意健身锻炼的目的，采用这种健身方式，足部会受到来自地面反作用力产生的
极大的足底压力，因此了解足底压力变化，用于矫正步态，防备运动损伤，以有
效地采用不同的坡度和速度训练，我们有必要去了解足底这些动力学特征。
1．1足底压力的研究现状
1．1．1国外研究现状
发达国家足底压力分析研究比较早，积累了大量的参数，我国对足底压力研
究比较晚。人们对足底和支持面之间的压力分布的测量可以为研究足部的结构、
功能和体态控制提供大量有用的信息，还可利用这些信息对一些足部疾病作出合
理解释
［8］
。Mary Josephine，Hessert等
［9］
用足底压力测试鞋垫，测试了9名年 偏瘫的特征
青人和6名老年人在跑台上行走，测试一个完整步态阶段参数特征，包括平均、
最大压力和压强值。结果表示，足从接触地到离地时足底压强参数在年青人和老
年人之间明显不同，两者不同之处压强在足底分区的不同，老年人在足的内侧区
平均压强与压力比外侧小，说明老年人从足跟触地到足尖离地阶段，支持体重在
足的外侧区域。
Nigg和Bahlsen等
［22］
对十四人在力台上和高速摄影进行测试，发现跑速影
响外部冲击力的峰值，但鞋中垫的硬度并不影响外部垂直冲击力的大小和载荷
率，更不会改变冲击力的峰值和地面反作用力的位置。但是，鞋中垫的硬度变化
会影响外力对足内部结构的作用，柔软的中垫会减小韧带力而增大关节力。
Monika Horvath
［23］
等对11名偏瘫病人的步态进行了动力学和运动学分析，
发现偏瘫一侧足的支撑时间短，用这一侧去支撑和转换体重。当足放平地面时，
偏瘫一侧负荷率明显增加，当足尖离地时，偏瘫一侧负荷率显著降低，用非偏瘫
病例网:

侧弥补偏瘫侧肢体的运动幅度，导致俩侧肢体的髋、膝、踝的不正常运动。说明
了偏瘫者的步态特征，当足放平到足尖离地时这个阶段是冲击力和负荷率的变
化。Ｍorag
［24］
等收集了55个健康人行走时的足底峰值压力和功能数据，建立
了一个猜测足底峰值压力的模型。说明建立猜测模型能查看到足底压力的升高，
发现病学因子，帮助降低高风险人的足底压力。
4结论与建议
4．1在跑台上运动，随着跑速增加，足底冲击峰逐渐增加，但运动峰变化
不明显。
4．2在跑台上运动，随着坡度增加，足底冲击峰逐渐下降，运动峰也逐渐
下降。
4．3在跑台跑步过程中，随着速度的提高，足底压力分布随之发生变化，
足跟区所承受压力峰值随着速度增加随之增加，足前中部压力增大，足前部第二、
第三跖骨受力峰值加大。并且压力负荷率在足跟区域与足前中部变化出现类似增
加的特征。
4．4在跑台跑步过程中，随着速度的提高，足底压强分布随之发生变化，
偏瘫的特征

足跟区与足前中间区压强峰值都随着运动速度增加而增加，压强负荷率的变化足
跟区与足前中间区变化有类似的情况，随着跑速增加而增加。说明如长期在跑台
上跑速过快可能造成足舟骨应力性骨折。
4．5在跑跑台步过程中，随着坡度的升高，足底压力、压强分布随之发生
变化，坡度的加大，对足前各区、足跟区域有很大影响。
4．6通过6名实验者以不同速度与坡度在跑台跑时分析来看，对于跑步健
身者跑步时，速度控制在2m/s—3.5m/s较适益。为了达到一定的负荷强度时可
采用坡度升高在2度—5度较适益。也可以采用速度在2m/s—3.5m/s与坡度在2
度—5度坡度组合跑，这样既达到了健身的目的又最小限度减少过高的冲击力对
足底损伤的可能性。

摘要：
1前言
跑步健身是最普通的运动方式，人们往往选愚衍台以不同速度、坡度来增加训练效果。运动过程中，足底会受到地面冲击力的影响，使足底各部分区域产生
不同的压力和负荷率。本研究以6名东北师范大学研究生为受试者，在运动跑台
上分别以速度1.5m/s、2m/s、3.5m/s、4m/s和坡度0度、2度、5度、8度进行运 偏瘫的特征
动，使用比利时生产的(Footscan insole System)足底压力测试系统收集不同速度
与坡度的足底动力学数据，以了解训练者采用不同跑速与采用不同坡度运动方式
对足底动力学相关数值的变化情况。分别探讨6名实验者足底压力情况，同时对
每名实验者足底各分区压力所得的数据进行单因素方差分析（P=0.05）得到如下
结果。
1、在跑台跑步过程中，随着速度的提高，足底压力分布随之发生变化，足
跟部所承受压力随着速度增加随之增加，足前中部压力增大，足前部第二、第三
跖骨受力峰值加大。并且压力负荷率在足跟区域与足前中部变化出现类似增加的
特征。
2、在跑台跑步过程中，足底压强分布随着速度的提高，其分布随之发生变
化，足跟区与足前部压强峰值随着运动速度增加而增加，压强负荷率的变化在足
跟区与足前中间区变化有类似的情况，随着跑速增加而增加。说明如长期跑台上
跑速过快可造成足舟骨应力性骨折。
3、在跑台跑步过程中，随着坡度的升高，足底压力、压强峰值随之发生变
化，坡度的加大，对足前各区、足跟区域有很大影响。
4、通过6名实验者在以不同速度与坡度在运动跑台跑时分析来看，对于跑
步健身者跑步时，速度控制在2m/s—3.5m/s较适益。为了达到一定的负荷强度 病例网
时可采用坡度升高在2度—5度较适益。也可以采用速度在2m/s—3.5m/s与坡度
在2度—5度坡度组合跑，这样既达到了健身的目的又最小限度减少过高的冲击
力对足底损伤。
要害词：速度；坡度；跑台；足底压强；负荷率
1．1．2国内研究现状
20世纪80年代开始，对足底压力的研究才开始在国内受到重视，近20年2
1．1．2国内研究现状
20世纪80年代开始，对足底压力的研究才开始在国内受到重视，近20年
来，随着测量技术的发展以及先进系统的引进，国内取得了不少成果。1994年，
汤荣光
［30］
使用Musgrave平板系统测量30名正常中国人赤足站立、行走和奔跑
时的足底7个区域的压力，发现双侧足的峰值压力无明显差异；除第2跖骨头外，
男女性的足底压力无明显差异。国内足底压力研究大多是关于运动鞋的研究，吴
剑，李建设
［4］
通过录像解析系统和F-scan足底压力分布解析系统对青年女性穿
高跟鞋行走时的步态运动学和动力学测量和分析，结果表示，青年女性穿跟高
6.5cm以上的高跟鞋行走时，足底第一跖趾关节最大受力值是青年女性穿球鞋行
走时该点最大受力值的4倍，是青年女性穿中跟鞋和松糕鞋行走时该点最大受力 偏瘫的特征
值的2倍。2002年毛宾尧等
［31］
使用F－scan步态分析仪测量53例正常人行走、
站立时足底7个区域的压力，建立了一套数据库；还进行了重心分析，验证了
人体的重心运动轴线与足内侧纵弓相吻合的运动规则。但是以上两项研究存在样
本含量小的局限。2004年袁刚
［32］
等使用自行研制的测量仪，检测158例正常
人的足底压力，发现中国人足底压力与文献报道的其他种族不完全相同，男女性
无明显差异，年龄、身高、体重与足底峰值压力呈弱相关。
1．2跑台上运动与陆地上运动的差异
跑台上运动是在实验室进行，更轻易控制条件，并且它与地面跑有相似的空
间要求。大多数跑的生物力学和生理学研究，都让受试者在室内跑台上进行。许
多研究者已经检测了跑台与地面跑的不同，结果经常相互矛盾。关于跑台上与地
面上走或跑的不同，不同学者有不同的看法，目前还没有统一的结论。受试者站
在跑台上落地时放脚的姿势与地面上跑是不同的，同时发现，个体之间这种不同
具有不一致的趋势，跑台上的有关跑的运动学的结论，对地面跑可能是不适合的，
地面跑与跑台跑相比的区别往往是微妙的
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［＞］
。
跑台作为健身活动和运动训练是很方便的器材，同时应愚衍台进行实验研究
也是很好的仪器，跑台的速度和坡度可以随意调节和控制，不会受场地和条件的
影响。Anthony G.SchachePeter D.Blanch等
［15］
通过陆地和跑台上跑进行了三维
影像学分析，发现陆地与跑台比，步时、步长和摆动阶段增加，支撑阶段减少。
虽然跑台和陆地上运动极其相似，但轻微不同是髋关节屈、伸的幅度不同。同时
还指出跑台的功率大小和皮带运动的速度对人产生影响，即人在高功率的跑台和
皮带速度慢的跑台上运动，对人影响小。White ScYack HJ等
［16］
认为跑台和陆
地两种形式的运动，垂直反作用力曲线模式几乎是相同的。但稍不同的是力的大
小。指出在台上运动数据的收集应当考虑中—后支撑阶段与陆地上的不同。
1．3不同坡度跑运动生物力学相关研究
人体在适合的坡度上运动不仅可以达到锻炼与健身的目的，而且还可以避免3
运动损伤，同时足底压力与地面反作用力对人身体产生积极的影响，但是不合适
的坡度可能对人体的运动产生不良影响。
Toshiharu YokozawaNorihisa fujii等
［13］
对六名男运发动在三种下坡条件下运 偏瘫的特征
动进行了研究，发现当足接触地面后冲击力比平地上变大，但是冲击力和负荷率
并不随着坡度的升高而增加。说明运发动在较陡峭的破面上运动接触地面时可以
避免过大的冲击负荷，使髋伸加大和增大了膝关节的运动速度，运发动能汲取额外的冲击力和机械能。但Olfat等
［25］
采用影象解析的方法研究人体坡面运动时
足底压力及其分布特征的变化，研究认为，斜面的坡度变化导致足底压力及其分
布特征随之变化。陆毅琛，李建设
［7］
也认为坡面的变化对足底压力及其分布特
征发生变化。闫松华等
［35］
在1
o
、2
o
、3
o
、4度跑道上进行了百米跑研究，发现
在3o
斜坡上训练提高速度最快。
1．4不同速度跑运动生物力学相关研究
跑是最简朴的移动和健身方式，人在跑步时，足部与下肢各组织将地面反作
用力化解调，以减少下肢关节和身体的负荷，所以足部基本功能包括支持体重、
汲取走路时能量，减少下肢关节受力。跑步与走没有严格的区别，一般认为，步
行速度为1.16m/s，慢跑的速度大约在3.5m/s，快跑速度大约在3.8-4.5m/s左右。
Kei MasaniMotoki Kotuzaki
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［12］
在跑台上研究了行走过程中地面反用力的变
化情况，研究对象为10名年龄在28岁左右健康的男性，身高和体重分别为170cm
和66kg左右，测量了三维地面反作用力，行走速度为3.0 km/h4.0 km/h5.0
km/h6.0 km/h7.0 km/h和8.0km/h，测得三个方向的力分别为F（X水平方向的力），
FY（左右方向的力），Fz（垂直方向的力），结果FZ和FX的力随着行走速度的
增加而增大。然而FY（左右方向的力）在中等速度（5.0km/h）比低速（3.0km/h）
和高速（8.0km/h）显著的小。作者讨了为什么足底压力的分量FZ和FX随着走
的速度（3---8km/h）的增加变大，而Fy在中等速度（5.5—5.8km/h）变化的是
非常小。其原因是神经调节下，常速行走时步态控制最稳定。
Gross和Bunch
［26］
对十名跑步者的研究发现，当跑步速度增大时，足底各
部分的平均峰值应力也会有显著增大，测量到的最大应力发生在第二、三跖骨前
端和大趾底部，为解释跑步者经常发生趾骨“疲惫骨折”景象提供了理论依据。
Nigg和Bahlsen等
［22］
对十四人在力台上高速摄影进行测试，发现跑速影响外部
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冲击力的峰值。Wit和Clercq等
［27］
在研究中让九位实验者穿鞋和赤足两情况下
以三种不同的速度跑步，发现赤足跑步会产生较大的外部载荷率和足部接触率，
并认为足底接触率的增加可以帮助赤足跑步者减小足跟处的局部压力。
1．5跑步与足伤害的研究
不正当的跑步可发生运动损伤，然而足和踝是最易伤害的部位。这种损伤与
骨、关节重复载荷相关，重复载荷可使关节软骨面局部负荷和磨损增加，刺激软4
骨发生炎性改变，另外，跑步落地时对髋关节、膝关节、踝关节储备能量多，容
易产生伤害，这是关节软骨过劳性损伤的病理改变基础。己有研究表示长时间大
强度重复、冲击性、扭转或剪切性的运动则轻易产生运动性损伤甚至骨性关节炎。
在这些损伤所致足、踝、膝关节结构发生改变的过程中，足底是首先受到力的部
位，因此，了解不同模式跑步对足及其它关节软骨的损伤具有重要作用。
一切与运动损伤有关的力来说，决定损伤性质和程度的因素有7个：作用力
的大小、力施加于身体的部位、力的方向、力作用的持续时间、力作用的频繁程
度、在作用过程中力的大小是稳定的还是变化的、力以何种速度作用于身体