凝视手机对青年男性静态平衡、足底压力步态及下肢关节的影响

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.28.005

中国组织工程研究 ›› 2017, Vol. 21 ›› Issue (28): 4454-4461.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.28.005

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凝视手机对青年男性静态平衡、足底压力步态及下肢关节的影响

金宗学¹，何辉¹，阮槟²，郭辉³，熊开宇¹

¹北京体育大学教学实验中心，北京市 100084；²北京体育大学康复系，北京市 100084；³沈阳工业大学体育部，辽宁省沈阳市 110870

修回日期:2017-04-30 出版日期:2017-10-08 发布日期:2017-11-10
通讯作者: 熊开宇，博士，教授，博士生导师，北京体育大学教学实验中心，北京市 100084
作者简介:金宗学，男，1986年生，山东省莘县人，汉族，北京体育大学在读博士，主要从事运动生理学、足底健康发育和预防方面的研究。
基金资助:
中央高校基本科研业务费专项资金(2016BS011)；国家级实验教学示范中心建设项目；辽宁省教育厅科学研究一般项目(WGD2016014)

Influence of staring at mobile phone on static balance, plantar pressure gait characteristics and lower limb joints in young men

Jin Zong-xue¹, He Hui¹, Ruan Bin², Guo Hui³, Xiong Kai-yu¹

¹Teaching Experiment Center, ²Department of Rehabilitation, Beijing Sport University, Beijing 100084, China; ³Sports Department, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, Liaoning Province, China

Revised:2017-04-30 Online:2017-10-08 Published:2017-11-10
Contact: Xiong Kai-yu, M.D., Professor, Doctoral supervisor, Teaching Experiment Center, Beijing Sport University, Beijing 100084, China
About author:Jin Zong-xue, Studying for doctorate, Teaching Experiment Center, Beijing Sport University, Beijing 100084, China
Supported by:
the Fundamental Research Funds for the Central Universities, No. 2016BS011; the Project of the National Experimental Teaching Demonstration Center; the General Research Project of Department of Education of Liaoning Province, No. WGD2016014

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：
正常站立或行走试验：是一种自然站立或行走的状态，以个人习惯为标准，并在指定的测试步道进行适应 5 min左右，并咨询是否适应步道。
凝视手机站立或行走试验：在正常站立或行走的基础之上，需要志愿者专注于盯着手机进行正常站立或行走试验，并客观的证明长时间站立或行走状态下凝视手机对静态平衡能力、步态特征及下肢关节的影响情况。

摘要
背景：智能手机的科技进步不仅仅带给人们很多便利，同时也使很多人过于依赖应用手机，尤其是青年常常站立或行走的同时凝视手机，这种状态可能会影响青年静态站立平衡以及足底压力步态特征。
目的：观察男性青年在站立或行走过程中凝视于手机对静态平衡、足底压力和步态特征的影响，以期预警长时间站立或行走时凝视手机对人体步态或下肢关节的损害。
方法：选择20名健康男性青年作为测试对象，采用意大利LorAn(型号：MPS)足底压力分布测试系统测试受试者正常站立和行走时的足底压力，休息20 min后，再让该受试者凝视手机10 min，之后再按上述测试流程重复测试一遍。经系统软件得出数据，对2种状态下的相关指标进行比较分析。
结果与结论：①男性青年凝视于手机站立20 s过程中，足底重心轨迹线的波动速度、位移以及轨迹面积明显大于正常站立时(P < 0.05)；并且足底区域中的第1跖骨和第2跖骨区域的接触面积、压力峰值以及平均压强也明显大于正常站立时(P < 0.05)；而足跟外侧区域的参数明显低于正常站立时(P < 0.05)；②男性青年凝视于手机行走过程中行走步长和步速明显小于正常行走时(P < 0.05)；双脚支撑的时间和左右脚行走的夹角明显大于正常行走时(P < 0.05)；足底区域中的第4跖骨、第5跖骨和足跟外侧的接触面积、压力峰值以及平均压强大小明显大于正常行走时(P < 0.05)；③结果提示，男性青年凝视于手机站立的身体重心比正常站立时不稳定并偏向前；男性青年凝视于手机行走已改变了正常行走的步态特征，主要体现于支撑时间变长、步长变短、步速变慢、步行角度增大以及足底外侧压力增大。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0001-6790-2306(金宗学)

关键词: 组织构建, 组织工程, 静态平衡, 步态, 足底压力, 男性青年, 凝视, 手机

Abstract:

BACKGROUND: Smartphones are a double-edged sword, which not only bring convenience, but also result in excessive reliance. Especially the youth often gaze at their phones when standing or walking, which may affect their static standing balance and plantar pressure gait characteristics.
OBJECTIVE: To investigate the influence of staring at mobile phones when standing or walking on the static balance, plantar pressure and gait characteristics in young men, thus informing its negative effect on gait characteristics and lower limb joints.
METHODS: Twenty health young men were selected, the plantar pressure when normal standing and walking was measured using Loran plantar pressure analysis system (NO. MPS, Italy). After 20 minutes of rest, the same measurement was performed in all participants staring at mobile for 10 minutes during standing or walking. The relative indexes were compared between two conditions after data collection.
RESULTS AND CONCLUSION: When young men staring at mobile phone for 20 seconds during standing, the fluctuation speed, displacement and track area were significantly larger than those during normal standing (P < 0.05); moreover, the contact area, pressure peak and average pressure of the first and second metatarsus in plantar area were significantly larger than those during normal standing (P < 0.05), while the parameters of heel lateral area were significantly lower than those during normal standing (P < 0.05). The stride and speed when staring at mobile phone during walking were significantly smaller than those during normal walking (P < 0.05); the support time of two feet and angle between feet were significantly larger than those during normal walking; the contact area, pressure peak and average pressure of the 4th and 5th metatarsus in plantar area and heel lateral area were significantly larger than those during normal walking. These results suggest that the gravity is less stable and more anterior when young men staring at mobile phone during standing than during normal standing. Staring at mobile phone during walking can alter the gait characteristics, resulting in longer support time, shorter stride, slower step speed, larger walking angle and higher lateral plantar pressure.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Gait, Pressure, Fixation, Ocular, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

金宗学，何辉，阮槟，郭辉，熊开宇. 凝视手机对青年男性静态平衡、足底压力步态及下肢关节的影响[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(28): 4454-4461.

Jin Zong-xue, He Hui, Ruan Bin, Guo Hui, Xiong Kai-yu. Influence of staring at mobile phone on static balance, plantar pressure gait characteristics and lower limb joints in young men[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(28): 4454-4461.

图/表（结果） 5

2.1 参与者数量分析 按意向性处理，纳入20名男性青年受试者均按照试验要求完成静立和自然行走状态下凝视手机的足底测试试验，无脱落，试验流程见图2。

2.2 男性青年双足站立静态平衡及各区域参数情况

2.2.1 男性青年双足站立静态平衡情况 足底重心轨迹是作用于支撑面上全部力量的分布中心，相对于支撑面的控制反映了人体的稳定性，也是评定人体平衡功能的有效的临床应用方法^[11]。应用测力平台监测静态平衡能力主要应用的相关参数如轨迹前后摆动范围、轨迹左右摆动范围、轨迹曲线的面积、摆动曲线的总长度以及扩散速度等可从不同角度上反映平衡功能^[12]。

由表1可知，男性青年凝视于手机站立20 s整个身体的重心轨迹移动距离、速度和移动面积非常明显高于自然站立时的参数，因此可知，男性青年凝视于手机站立20 s的平衡能力要明显差于自然站立的平衡能力。

2.2.2 男性青年双足站立各区域参数情况 足底各区域的接触面积、压力峰值以及压强均是反映足底压力分布的重要指标，其大小对踝关节及膝关节甚至髋关节的损伤具有重要的影响^[13]。人体站立或行走过程中，足底压力区域大小的分布比例主要是由下肢关节过度旋转的影响的^[14]。

由表2可知，男性青年在站立20 s过程中，凝视于手机的左侧足底的T1、M1、M2和M3的区域接触面积明显大于正常站立时，LH的接触面积明显小于正常站立时；凝视于手机右侧足底的M1、M2的区域面积明显大于正常站立时，其他足底压力区域差异无显著性意义。

由表3可知，男性青年在站立20 s过程中，凝视于手机的左右两侧足底的T1、M1、M2和M3的区域压力峰值明显大于正常站立时，其他足底压力区域差异无显著性意义。

由表4可知，男性青年再站立20 s过程中，凝视于手机的两侧足底各区域的压强峰值与正常站立的值差异无显著性意义。

由表5可知，男性青年在站立20 s过程中，凝视于手机的左右两侧足底的T1、M1、M2和M3的区域平均压强明显大于正常站立时，其他足底压力区域差异无显著性意义。

总之，男性青年凝视于手机站立20 s过程中，足底重心轨迹的波动速度、位移以及轨迹面积明显大于正常站立时，并且足底区域中的M1和M2区域的接触面积、压力峰值以及平均压强的大小也明显大于正常站立时，而HL区域的参数明显低于正常站立时。

2.3 男性青年行走过程中时空参数和各区域参数情况

2.3.1 男性青年行走过程中步态周期中时间参数情况 由表6可知，男性青年在行走过程，凝视于手机的左脚支撑所用时间非常明显高于正常组(P < 0.01)，凝视于手机的右脚支撑所用时间非常明显高于正常行走(P < 0.01)，凝视于手机的双脚同时支撑所用时间明显高于正常行走(P < 0.05)。

2.3.2 男性青年行走过程中的步态周期中空间参数情况由表7可知，男性青年在行走过程中，凝视于手机时左右脚步长均明显短于正常行走(P < 0.01)，凝视于手机的左右脚的夹角均明显大于正常组行走(P < 0.01)。

2.3.3 男性青年行走的足底压力区域参数情况 由表8可知，男性青年行走过程中，凝视于手机时左右侧足底M4、M5和LH的接触面积明显大于正常行走时(P < 0.05)，其他区域的接触面积与正常行走时差异无显著性意义。

由表9可知，男性青年行走过程中，凝视于手机时左右侧足底M4、M5和LH的压力峰值明显大于正常行走时(P < 0.05)，其他区域的接触面积与正常行走时差异无显著性意义。

由表10可知，男性青年行走过程中，凝视于手机的左侧足底M3、M4和LH的平均压强明显大于正常行走时(P < 0.05)；右侧足底T2-5、M3、M4和LH的平均压强明显高于正常行走时(P < 0.05)，其他区域的接触面积与正常行走时差异无显著性意义。

由表11可知，男性青年行走过程中，凝视于手机时右侧足底LH的压强峰值明显大于正常行走时(P < 0.05)，其他区域的接触面积与正常行走时差异无显著性意义。

总之，男性青年凝视于手机行走过程中行走步长和步速明显小于正常行走，双脚支撑的时间和左右脚行走的夹角明显大于正常行走，足底区域中的M4、M5和LH的接触面积、压力峰值以及平均压强大小明显大于正常行走时。

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引言

材料方法

1.1 设计 自身对照试验。

1.2 时间及地点 于2016年1至3月在北京体育大学运动与体质健康教育部重点实验室完成。

1.3 对象 招募健康男性青年志愿者20人，年龄(23.36±2.01)岁，身高(177.04±4.28)cm，体质量(73.09± 4.30)kg。测试期间身体状况良好，测试前均已了解静止站立或行走状态下凝视手机试验的测试方法。

纳入标准：①年龄20-29岁；②身体健康；③无肌肉疲劳症状，测试期间足踝关节活动正常；④了解试验过程并自愿签署知情同意书。

排除标准：①体型异常、足部畸形、步态异常、足弓异常和近半年有严重足部外伤史；②测试之前24 h内参加过剧烈运动。

1.4 测试设备 意大利LorAn(型号：MPS)足底压力分布测试系统为适用于静态和动态测试足底压力的系统，由4块压力测量平板组成，可测试多步行走的步态。该设备采样频率为100 Hz，传感器规格9 mm×9 mm，测试板长度为2 m，测压原理电阻式。

1.5 方法 测试时将测力板平放在水平底板之上，测力板两边均铺上高度和颜色一致的延长步道，测试区域前后各2 m。测试前需让受试者脱鞋脱袜测试区域进行2次的预测试，使其了解相关测试要求及流程。规定受试者凝视于手机进行测试时为手机组，正常测试时为对照组。

测试分为静态测试和动态测试两方面：①静态测试步骤：要求受试者站在第一块压力板，进行原地踏步约为10 s，听口令“立正”，成人体解剖姿势站立在测力板上，进行静力测试20 s；②动态测试步骤：首先要求受试者在指定的步道上保持匀速并以平常步态自然行走，测量3次，每次测试间歇1 min，每次获取一个完整的步态周期^[9]。休息20 min后，让受试者打开手机玩或看自己最喜欢的内容，并坚持看10 min，然后边凝视于手机同时按照静态测试和动态测试步骤进行测试。

数据采集与分析均采用软件分析：静态测试的分析指标静态平衡和足底压力指标，动态测试的指标时空参数和足底压力指标，足底压力分10个区域^[10](见图1)：第1趾骨(T1)、第2-5趾骨(T2-5)、第1跖骨(M1)、第2跖骨(M2)、第3跖骨(M3)、第4跖骨(M4)、第5跖骨(M5)、足弓(MF)、足跟内侧(MH)和足跟外侧(LH) 。

1.6 主要观察指标 ①静立试验过程中重心轨迹线移动的长度、平均速度和面积以及足底压力的相关参数；②静立时凝视于手机的试验过程中重心轨迹线移动的长度、平均速度以和面积以及足底压力的相关参数；③静立时凝视于手机与自然站立的试验过程中重心轨迹线移动的长度、平均速度和面积以及足底压力相关参数之间的差异性；④自然行走试验过程中时空参数和足底各区域间的参数；⑤自然行走状态下凝视手机试验过程中时空参数和足底各区域间的参数；⑥自然行走状态下凝视手机与自然行走试验过程中时空参数和足底各区域间参数之间的差异性。

1.7 统计学分析 采集数据首先应用系统自带分析软件进行数据整理，并得到原始数据，再应用SPSS 19.0分析软件，采用配对样本t 检验对正常组和手机组进行比较分析，P < 0.01表示组间的差异有非常显著性意义，P < 0.05表示组间的差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

讨论

3.1 男性青年凝视于手机双足站立静态平衡及足底各区域参数讨论分析 凝视于手机站立或行走是科技社会发展的一种“畸形产物”，长期以往，可能会影响步态或足底压力，而引起一些损伤。站立及步行是人类最常见的运动，这种运动的足底压力分布能够反映下肢乃至全身的生理、结构和功能等方面的信息。凝视于手机会改变身体姿势，同时也会影响身体重心的变化，因此，为了维持身体平衡，需要额外增加肌力维持躯体的平衡能力。Pasma等^[15]研究可知，随着年龄的增长以及特殊疾病长期影响都可使身体的刚性降低，同时会影响身体的平衡系统，以及影响本体感觉。由表2可知，站立过程中凝视手机的足底重心轨迹的移动距离、面积和速度都明显高于正常站立的相关参数，该数据符合前人研究患有下腰背疼痛的研究结果。Ruhe等^[16]研究患有下腰背疼痛患者的静态站立的足底重心轨迹可知，患有下腰背疼痛在静止站立过程中足底重心轨迹的移动距离和速度的数值均明显增大。Park等^[17]研究表明，当躯体受力不均衡时，下肢肌肉电位活动发生变化，目的是通过肌肉做额外的功率来维持机体平衡和为支撑躯体提供足够的动力。研究表明，站立或行走姿势力学发生改变，会使各环节受力不均，尤其是下肢关节以及足底受力不均，同时损伤的潜在风险增加。Bastien等^[18]研究还表明，人体静止站立时，维持静态平衡功能主要以前庭反馈系统为主，其次是本体感觉反馈系统，最后是视觉反馈系统，三者所占比例依次为55.6%，34%和17.3%^[19]。当受试者凝视于手机时，维持身体静态平衡可能主要是由前庭反馈系统和本体感受器调节。

由表3-6可知，凝视于手机使身体重心前倾造成身体姿势发生改变，刺激位置觉，产生位置感觉刺激信号，通过脊髓、脑干和大脑皮质3个神经中枢处理信息，并产生相应刺激反馈骨骼肌，调节足底压力分布等，维持机体静态平衡。同样表2也表明，受试者静态站立时，足底压力中心改变非常明显大于正常测试的参数。该研究结果符合前人研究，身体重心平均移动速度、运动长度和运动椭圆面积等指标均能反应静态平衡能力大小，数值越小表示躯干稳定性越好^[20]。静态站立平衡有助于早期重建前叉韧带的恢复和长期预防前交叉韧带的损伤具有重要意义^[21]。前人研究可知，安静的站立过程中，足底轻微的波动都会引起踝关节和膝关节的代偿，从而也会引起踝关节和膝关节周围肌肉和韧带的变化^[22]，文中静止站立时凝视手机足底平衡的变化规律与前人研究一致，因此，长期凝视于手机的站立会引起或提高踝关节和膝关节的损伤风险概率。

3.2 男性青年凝视于手机行走过程中步态特征及足底各区域参数讨论分析 在行走和跑步等直立活动过程中，步态周期内的部分时间，只有一只足着地承担着身体的全部重力和维持身体稳定性，双足协作起到推动身体前行并维持身体平衡的作用^[23]。前人研究表明，随着步行速度的增加，空间参数中的步频、步长、步幅呈增加的趋势^[24]。既往步态分析研究表明帕金森病患者的存在步态时空运动学参数改变，如步长减小、步速减慢、步频增快、摆动相缩短、双足支撑相延长等^[25]。Rajachandrakumar等^[26]研究可知随机调整行走姿势的频率与行走速度呈负相关，其结论与本文的干预行走步速的结果相一致。正常步态是需要精确的运动控制肌肉活动稳定正常步态，同时也需神经传导通道的正常传输，以及完整的小脑参与控制和协调身体姿势平衡，保证正常行走^[27]。根据查阅有关文献，判定“外八字”的标准为：脚与行走方向中线所形成的角度，称为步向角，正常行走的步向角约为15°，超过15°为外八字脚^[28]。由表6，7可知，凝视手机行走所用的时间要明显长于正常行走所用时间，同时步向角也明显增大，近乎于外八字行走。其主要原因可能是由于凝视手机行走为了能行走更加稳定，利用降低步速来增加踝关节、膝关节及髋关节等运动的代偿，运动环节的代偿增加，承受的负荷也同样增大，对损伤的概率也会提高。Boudarham等^[29]研究推测是一种代偿机制限制的风险下降由于运动控制或改变,其原因可能是由肌肉力量和异常步态以及脊柱不平衡等因素，这也可能是患有硬化症的行走支撑时间变长或行走速度相对健康者变慢的主要原因。

动力学参数指行走过程中足底与地面作用力参数，常用评价指标有地面作用力、足底平均压强、足底最大压强等^[30]。足底压力、接触面积以及压强是研究防止足底局部相关组织遭受过高压力而损伤的有效指标，已有研究表明，如在足部某一部位的压力或压强过大时，极易产生过度使用而疲劳或损伤^[31]。正常行走时，足部最大压强主要集中于第2和3跖骨，长期行走该部位极易出现疲劳或磨损。

由表8-11可知，凝视于手机的足底M3、M4、M5的接触面积、压力峰值和压强明显高于正常行走的数值。其主要原因可能由于凝视于手机行走，为了行走稳定，因此凝视于手机行走时笔记谨慎，以免摔倒或扭伤等问题。正如England等^[32]研究指出，水平路面行走时谨慎步态的特征主要包括步速降低和步幅缩小。正常行走过程，足底相对支撑面越大行走的稳定越大，老年人行走为了保持身体平衡，不得不通过代偿地减少着地阶段和前掌接触阶段时间，增加前掌支撑期维持身体的平衡^[33]。足底压力的峰值是反映足底压力分布的重要指标，峰值的大小和部位对于足部损伤的发生具有重要的影响^[34]。与前人研究相比，足底压力分布情况与足型相关性较高^[35]，同时也能反映足部、踝关节、膝关节等伤害或不适等问题^[36-37]，尤其是行走过程中足底压力分布。由表9可知，凝视于手机行走的足底M4、M5和LH压力明显大于正常行走，因此，长期凝视于手机行走，足底外侧和足跟可能易出现磨损或损伤。从临床研究可知，异常的步态可能会引起参与走路和运动控制的中枢神经系统，由此产生的损伤可以使足部相关的肌肉力量下降、肌肉协调能力、平衡能力、感觉能力下降和痉挛状态以及会影响行走耐力等^[38-40]。

3.3 结论 ①男性青年凝视于手机时站立的身体重心较正常站立时不稳定并偏向前；②男性青年凝视于手机行走改变了正常行走的步态特征，主要体现于支撑时间变长、步长变短、步速变慢、步行角度增大以及足底外侧压力增大。

3.4 建议 与正常状态下的站立和行走相比，长时间凝视于手机的站立和行走更容易引起足底、踝关节、膝关节以及腰部等损伤，因此建议不要长时间于站立和行走时凝视手机。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

凝视手机对青年男性静态平衡、足底压力步态及下肢关节的影响

Influence of staring at mobile phone on static balance, plantar pressure gait characteristics and lower limb joints in young men

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