不同体质量指数成年女性穿高跟鞋行走步态特征分析

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.49.008

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：
体质量指数：是指体质量与身高平方的比值，简称BMI。是世界公认的一种评定肥胖程度的分级方法，世界卫生组织(WHO)也以体质量指数来对肥胖或超重进行定义。由于肥胖会导致人类在行走时下肢承重增加，当体质量指数超越一定限度时，人们的行走姿态会发生相应的改变。
步态分析：为了确切对步态特征及行走能力进行描述，通常选取相关指标，如支撑相、摆动相及二者的比值等。在常速行走时，当一侧下肢进入支撑时相时，另侧下肢尚未离地，两下肢同时负重称为双肢负重期，时间占一个步态周期的28.8%，支撑时相的其他时间为单肢负重期。随年龄的增长，单、双支撑时相占步态周期的比例随之增加。双肢负重相的长短与行走的速度密切相关，速度越快，双肢负重相占的时间越短，奔跑则不存在双肢负重相。在双肢负重相结束，从一侧下肢单独负重到再一次进入双肢负重之间的一段时间，称为单肢负重期。对某一单足而言，站立相和摆动相约各占周期的61%和39%。偏瘫患者双下肢显示出不同的站立相及摆动相时间，患病肢体的站立相时间缩短，摆动相的时间延长，说明患病肢体负重能力减弱。

摘要
背景：女性穿高跟鞋经常出现不适现象，且对身体有潜在的致病作用，因此有必要探讨不同鞋跟高度对人体行走步态影响及损伤的生物力学机制。
目的：研究不同身体质量指数成年女性穿不同高度高跟鞋行走时的步态特征。
方法：依据身体质量指数将20位成年女性分为超重组与标准组，采用三维录像解析系统和足底压力测试系统，对穿平底鞋和不同高度高跟鞋行走时的步态特征进行同步测试，并采集相关的运动学及动力学参数。
结果与结论：①24 kg/m2≤身体质量指数<28 kg/m2人群(超重组)鞋跟高度在5.3 cm以下时比较符合行走时的正常步态特征；18.5 kg/m2≤身体质量指数<24 kg/m2人群(标准组)鞋跟高度在6.5 cm以下时符合行走时的正常步态特征；同时两组人群鞋跟高度在8.5 cm时的步态特征均出现严重异常；②随着鞋跟的增高，两组人群的第一跖骨处、第二跖骨处、第三跖骨处压强峰值均逐渐增加，而第五跖骨与鞋跟高度成反比。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：肾移植；肝移植；移植；心脏移植；组织移植；皮肤移植；皮瓣移植；血管移植；器官移植；组织工程
ORCID: 0000-0002-4694-909X(闫红光)

关键词: 组织构建, 成年女性, 身体质量指数, 高跟鞋, 步态特征, 运动学特征, 动力学特征

Abstract:

BACKGROUND: Women who wear high heels often feel discomfort that will become a potential killer; therefore, it is impending to figure out how the heel height affecting walking gait features and the biomechanics mechanism.
OBJECTIVE: To investigate the walking gait features of adult women with different body mass indexes wearing different height heels.
METHODS: Based on the body mass index, 20 adult women were divided into two groups: overweight and criterion groups. The walking gait features when they in flat shoes or in different height high heels were detected using three-dimensional video analysis system and plantar pressure test system, and kinematics and kinetic parameters were collected.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Walking gait characteristics were normal when overweight subjects (24 kg/m2 ≤ body mass index < 28 kg/m2) in high heels with height lower than 5.3 cm; for criterion subjects (18.5 kg/m2 ≤ body mass index < 24 kg/m2, the heels height should be lower than 6.5 cm. The obviously abnormal walking gait features were visible in 8.5 cm high heels in the two groups. (2) The peak pressure intensity of the first, second and third metatarsal bones increased with heel height increasing, while the fifth metatarsal bone peak pressure showed a negative correlation with the height.

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Key words: Body Mass Index, Shoes, Gait, Female, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

闫红光. 不同体质量指数成年女性穿高跟鞋行走步态特征分析[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(49): 7349-.

Yan Hong-guang. Walking gait characteristics of adult women with different body mass indexes wearing different height heels[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2016, 20(49): 7349-.

图/表（结果） 3

2.1 不同体质量指数成年女性穿不同高度高跟鞋行走时运动学指标分析

2.1.1 不同体质量指数成年女性穿不同高跟鞋行走的时空参数表2是超重组实验对象穿不同高度高跟鞋行走时的运动学参数，可以看出：随着鞋跟高度的增加，步态周期、支撑期、双支撑期、双支撑/支撑4项参数呈现逐渐延长趋势；当鞋跟高度为4 cm时与平底鞋相比这4项参数几乎无变化(P > 0.05)；鞋跟高度为5.3 cm时开始有变化，差异有显著性意义(P < 0.05)；当高度超过5.3 cm时出现显著变化(P < 0.01)；8.5 cm时各参数值达到最大(P < 0.01)。足放平时间、单支撑时相、Avg步速、步长、MaxCOPy轴则呈下降趋势，鞋跟高度为4 cm时与平底鞋比较以上参数变化相似；鞋跟高度为5.3 cm时各项参数出现明显下降趋势，差异有显著性意义(P < 0.05)；当高度超过5.3 cm时，出现显著变化(P < 0.01)；8.5 cm时各参数值达到最小值(P < 0.01)。MaxCOPx轴在整个步态周期中无显著性变化(P > 0.05)。

表3是标准组穿不同高度高跟鞋行走的运动学参数，可以看出：随着鞋跟高度增加，步态周期、支撑期、双支撑期、双支撑/支撑4项参数呈现逐渐延长趋势；足放平时间、单支撑时相、Avg步速、步长、MaxCOPy轴则呈下降趋势。实验结果与超重组结果基本一致，但标准组试验对象穿鞋跟为4 cm、5.3 cm时与平底鞋比较差异无显著性意义(P > 0.05)，鞋跟在6.5 cm时开始出现显著性变化(P < 0.01)。

2.1.2 不同体质量指数成年女性穿不同高度高跟鞋行走过程中关节角度变化人体在行走过程中经历足跟着地、足放平时期、站立中期、足跟离地时期、迈步期、足跟再次着地6个时期完成一个步态周期^[17]。

从表4可以看出，随着鞋跟高度的增加，踝关节首次着地跖屈角度、站立相最大跖屈角度、足趾离地跖屈角度、迈步相最大角度呈现逐渐增加的趋势；膝关节首次着地屈曲角度呈逐渐下降趋势，站立相最大伸展角度、足趾离地伸展角度呈逐渐上升趋势，迈步相最大屈曲角度变化不明显；髋关节首次着地屈曲角度、足趾离地伸展角度亦逐渐增大，站立相最大伸展角度、迈步相最大屈曲角度变化不明显。通过差异性检验，鞋跟高度为4 cm时与平底鞋相比，踝关节、膝关节、髋关节在各时相中的角度没有显著变化(P > 0.05)；鞋跟高度为5.3 cm时与平底鞋相比，踝关节、膝关节在迈步相无显著性差异，其余各时相中差异有显著性意义(P < 0.05)，

髋关节只在首次着地屈曲角度差异有显著性意义(P < 0.05)；鞋跟高度大于5.3 cm时与平底鞋相比，足趾离地相髋关节也产生显著差异(P < 0.05)，其余指标与鞋跟高度为5.3 cm相近，此时差异有非常显著性意义(P < 0.01)。

从表5可以发现，随着鞋跟高度的增加，标准组试验对象踝关节首次着地跖屈角度、站立相最大跖曲角

度、足趾离地跖屈角度、迈步相最大角度呈现逐渐增加的趋势；膝关节首次着地屈曲角度、站立相最大伸展角度、足趾离地伸展角度、迈步相最大角和屈曲角度都呈逐渐下降趋势；髋关节首次着地屈曲角度、足趾离地伸展角度亦逐渐增大，站立相最大伸展角度、迈步相最大屈曲角度没有变化。实验结果与超重组的实验结果基本相似，但鞋跟高度达到6.5 cm时出现显著性差异。

2.2 不同体质量指数成年女性穿不同高度高跟鞋行走时动力学指标

2.2.1 不同体质量指数成年女性穿不同高度高跟鞋行走时足底压力峰值变化由表6可以看出，随着鞋跟增

高，超重组和标准组试验对象足底压力峰值有递增的趋势，鞋跟高度为8.5 cm时足底压力峰值达到最大值，分别为(812.6±87.3) N、(727.8±31.3) N，且超重组足底压力峰值大于标准组。鞋跟为4 cm时与平底鞋比较，超重组和标准组试验对象的足底压力峰值都没有明显变化(P > 0.05)；鞋跟高度为5.3 cm时与平底鞋比较，超重组试验对象的足底压力峰值开始显著增加(P < 0.05)，数值为(748.6±15.8) N，鞋跟高度为6.5 cm时与平底鞋比较差异有非常显著性意义(P < 0.01)；标准组试验对象的足底压力峰值当鞋跟高度6.5 cm时，与平底鞋比较差异有显著性意义(P < 0.05)，鞋跟高度为8.5 cm时，与平底鞋比较差异有非常显著性意义(P < 0.01)。两组试验对象的足底压

力随着鞋跟增高而增加，且鞋跟高度在8.5 cm时足底压力达到最大值。

2.2.2 不同体质量指数成年女性穿不同高度高跟鞋行走时足底压强峰值足底峰值压强是指实验对象在整个运动过程中足底压力鞋垫中的每个传感器测得的最大压强值，它所反映的是足底各区在行走过程中压强所达到的最大水平^[18-19]。通过分析足底各部分的峰值压强可以得到实验对象在行走过程中足底的主要受力部分^[20]。从表7可以发现，与穿平底鞋行走比较，超重组试验对象穿4 cm高跟鞋行走时，H1区域、H2区域、M2区域、M3区域、M4区域的压强峰值差异无显著性意义(P > 0.05)，M5区域的压强峰值显著性升高(P < 0.05)。当鞋跟高度为5.3 cm时与平底鞋比较，H1区域、H2区域、M1区域、M2区域、M3区域、M5区域的压强峰值开始有明显的变化(P < 0.05)；当鞋跟大于5.3 cm时，H1区域、H2区域、M3区域、M5区域的压强出现非常显著性差异(P < 0.01)。H1区域、H2区域、M5区域的压强峰值随着鞋跟增高而减小，H1的压强峰值大于H2的压强峰值，M2区域、M3区域的压强峰值随鞋跟增高而增大。M4区域的压强峰值不随鞋跟增高而改变。

从表8中可以发现，与平底鞋比较标准组试验对象穿4 cm高跟鞋行走时，足底各区域压强峰值没有显著变化(P > 0.05)。穿5.3 cm高跟鞋行走时与平底鞋比较，M2区域、H1区域、H2区域的压强峰值差异有显著性意义(P < 0.05)，M5区域、M4区域、M3区域、M1区域的压强峰值差异无显著性意义(P > 0.05)，其中随着鞋跟增高M2区域的压强增高，H1区域和H2区域的压强峰值减少，H1区域的压强峰值大于H2区域的压强值。与平底鞋比较，当鞋跟高度分别为6.5 cm、8.5 cm时，H1区域、H2区域的压强峰值差异有显著性意义(P < 0.05)，M5区域、M3区域、M2区域、M1区域的压强峰值差异有非常显著性意义(P < 0.01)，M4区域的压强峰值差异无显著性意义(P > 0.05)，其中H1区域、H2区域、M5区域的压强随鞋跟高度的增加而减少，且H1区域的压强大于H2区域的压强，M3区域、M2区域、M1区域的压强随鞋跟高度的增加而增大。

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引言

穿高跟鞋是女性追求美的一种方式，在日常生活中随处可见穿着高跟鞋的女性。穿高跟鞋能使人身体重心前移、挺胸收腹、身体自然挺拔，同时也增加了小腿长度，弥补了身体形态的不足^[1]。美国加利福尼亚州立大学的人体工程学研究所对700多名女性的研究显示，70%以上的女性喜欢穿6.0-7.0 cm高度的高跟鞋^[2]。有学者调查女性穿高跟鞋情况，并指出女性穿高跟鞋时有中度以上的不适，提示高跟鞋对女性身体的舒适感影响较大^[3]。

Turner等^[4]通过对高跟鞋、运动鞋、平跟鞋的运动学指标对比研究发现，鞋跟高度增加将导致步幅减小等一系列运动学指标的变化；Ucanko等^[5]发现在一个步态周期中，对比穿着不同高度鞋和裸足情况下的运动学状况，膝关节和踝关节弯曲角度有明显不同，且步幅、步长、最大膝曲屈角、踝关节弯曲角度等都有显著变化；Arnadottir等^[6]通过平底鞋、高跟鞋和裸足3种状态比较，发现高跟鞋会明显降低人的步速、步幅等步态参数；吴剑等^[7]通过simi-motion录像解析系统对青年女性穿高跟鞋行走的步态进行运动学测量和分析，结果显示穿高跟鞋步态的主要特征为步幅小、步速慢、周期长、重心起伏大和单支撑时相缩短。

有学者研究30位18-30岁穿不同高跟鞋女性行走时步态，当鞋后跟高度超过3.12 cm时，后跟的负重时间开始缩短，与裸足状态下第五跖骨端压强峰值相比，随着鞋跟的增粗增大，第五跖骨端的压强明显下降^[8]；王力平等^[9]对青少年女性裸足、平跟鞋、中跟鞋和高跟鞋状态下的足底压力分布和表面肌电信号进行测量，发现穿高跟鞋行走时足底压力中心前移、步长缩短、步频降低、支撑时间长度增加、步态周期和双腿负重时间随鞋跟增高而增加；时会娟等^[10]对穿高跟鞋和平跟鞋人群步态的研究显示，穿高跟鞋身体负重由前脚趾向第五跖骨转移，第三、第四跖骨负重增加，同时高跟鞋的鞋尖挤压足尖^[11]；顾耀东等^[12]利用有限元方法分析，从力学角度解释了由于提踵动作会引起的常见足病部位。

由于穿高跟鞋发生不适很常见^[13]，且对身体有潜在的致病作用^[14-15]，所以有必要加强高跟鞋对人体损伤及生物力学机制的研究。为了探讨高跟鞋对不同身体质量指数女性的影响，采用运动学和动力学相结合的方法，研究不同身体质量指数成年女性穿不同高度高跟鞋行走时的步态特征，以期探索适合不同成年女性的鞋跟高度，也为设计出更符合人体结构功能的高跟鞋提供理论和实验研究基础，探讨不同鞋跟高度对人体的危害及适宜度。

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材料方法

1 对象和方法 Subjects and methods

1.1 设计对比观察研究。

1.2 时间及地点于2013年5月至2013年7月在沈阳体育学院完成。

1.3 对象选取从未参加过系统体育训练的沈阳体育学院在校女研究生30名，其下肢、足部均无损伤及任何疾病，足部解剖结构和机能正常，有3年以上穿高跟鞋史。测量30名学生体质量、身高、下肢长，计算出身体质量指数^[16]，根据国家体育总局网中国正常成人身体质量指数划分标准及试穿高跟鞋的感觉筛选出20名女性为试验对象，其中10名为超重组、10名为标准组。试验对象的基本资料见表1。

1.4 试验仪器试验设备由沈阳体育学院重点实验室提供。运动学指标采集所用仪器是2台SONY DXC-637摄像机，采样频率50 Hz/s及三维DLT标定框架；动力学指标采集所用仪器是比利时生产的足底压力分布测试系统；试验中平底布鞋定义为鞋跟为0 cm，高跟鞋鞋跟高度分别为4.0，5.3，6.5，8.5 cm的包头皮鞋，均为同一品牌新鞋。为了方便阐述鞋跟高度分别由G1代表平底布鞋、G2代表4.0 cm、G3代表5.3 cm、G4代表6.5 cm、G5代表8.5 cm。

1.5 试验过程测试前要求两组试验对象穿所有高度的鞋子以正常步速行走，适应行走5 min。在两侧下肢髋关节、膝关节、踝关节及两侧上肢肩关节、肘关节、腕关节等关节点粘贴标志点；压力鞋垫放入试验鞋中，鞋垫在鞋内平整无折叠；2台摄像机分别放置人体行走方向的正面和正侧面，2台摄像机主光轴与地面垂直高度1.4 m，主光轴之间成90°，使其平视运动范围，对试验对象进行定点拍摄并采集动力学参数。

1.6 主要观察指标 ①运动学指标包括步态周期、站立相、双支撑期、单支撑期、双支撑期占总百分比、足放平时间、步长、步速、MaxCOPy、MaxCOPx (MaxCOPy、MaxCOPx指足底压力中心在整个支撑时相中沿脚纵轴和横轴方向移动最大距离)以及不同时相时的踝关节角度、膝关节角度、足髋关节角度；②动力学指标包括足底的压力和压强峰值。根据足的解剖位置与鞋垫上面传感器的对应关系，整个足底压力分为7个位置，分别为：H1、H2代表足后跟内侧与外侧，M5、M4、M3、M2、M1代表第五、四、三、二、一跖骨处。

1.7 统计学分析在数据处理过程中采用SPSS10.0统计软件对实验数据进行单因素方差检验和相关分析，结果用x(_)±s表示。

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