不同足弓高度对踝关节肌力和运动能力的影响
赵晓光
【摘 要】Objectives: The aim of this study was to investigate the possible correlation of arch height with ankle muscle strength and physical performance. Methods: Sixty-ven participants took part in this study. Arch height index (AHI) was assd using a 3D Foot Scanner and ankle muscle strength was measured employing a dynamometer of Biodex system 4. Physical performance including agility, force and proprioception was tested randomly. Results: Compared with the medium AHI, the high AHI had lower plantar flexion and inversion peak torque. The high AHI also had lower peak torque per body weight value for plantar flexion and inversion (P<0.05). No significant ankle muscle strength difference was obrved between the low and medium AHI. Additionally, AHI was negatively correlated with eversion and inversion peak torque, and negatively associated with plantar flexion, eversion and inversion peak torque per body weight (R ranged -0.26 to -0.36, P<0.050). But no significant relationship was found between arch height and physical perfor
mance. Conclusions: 1) high arches had lower ankle muscle strength while low arches exhibited greater ankle muscle strength. 2) arch height have a certain impact on ankle muscle strength but not related with physical performance.%目的:探讨不同的足弓高度对踝关节肌力以及运动能力的影响.方法:选取受试者67名,均无运动习惯(每周运动时间少于150 min)和无影响足功能的相关疾患.使用三维足形态扫描仪(3D Foot Scanner)对足弓高度进行测量与分析;使用多关节等速肌力测试训练系统(Biodex System 4)对踝关节跖屈、背屈、内旋、外旋的绝对和相对肌力进行测量与评价;使用灵活性、跳跃能力、本体感受性等测试项目对受试者运动能力进行评价.结果:与正常足弓组相比,高足弓组的跖屈和内旋的绝对和相对肌力显著较低(P<0.05).而低足弓组与正常足弓组的踝关节肌力无显著差异.此外,足弓高度指数与内旋、外旋绝对肌力呈显著正相关,与跖屈、内旋、外旋相对肌力呈显著负相关关系(R=-0.26~-0.36,P<0.05).未发现足弓高度指数与所测的运动能力指标之间存在显著的相关关系.结论:1)高足弓人群具有较低的踝关节肌力,而低足弓人群具有较高的踝关节肌力.2)足弓高度会对踝关节肌力产生一定影响,但不会影响其运动能力.
【期刊名称】《体育科学》
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自私的人性【年(卷),期】2018(038)004
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【总页数】5的倍数是多少6页(P61-66)
【关键词】足弓高度;足弓高度指数;踝关节肌力;运动能力
【作 者】赵晓光
【作者单位】宁波大学 大健康研究院 体育学院, 浙江 宁波 315211
【正文语种】中 文
【中图分类】G804.6
足弓是由跗骨、跖骨以及围绕在其周围的韧带和肌腱等构成的具有弹性和收缩性的拱形结构，在人体运动过程中起着支撑体重和吸收地面反作用力的作用。由于受年龄、体重、选鞋习惯等因素的影响，足弓的形态会发生一定改变，而这种足弓形态的改变也势必会引起下肢一系列的生物力学变化，甚至引发病痛[2]。在过去的几十年中，足弓高度一直被认为是评价下肢病痛的一个重要风险指标[13,21]。已有研究报道指出，过度的高足弓与下肢骨的应力性骨折，膝、踝、足关节疼痛有关联[7,10,23]，而过度的低足弓（扁平足）与下肢
软组织损伤，膝、踝关节炎以及跟腱损伤等有联系[14,18]。在近年，有学者研究发现，足弓高度与下肢运动链耦合（评价运动链共同协作的指标）之间存在着一定的相关关系[22]。足踝关节的角度不对称（Foot Asymmetry）或许可以在一定程度上解释为何足弓形态的改变会引起下肢生物力学的变化。一般来说，足弓形态的改变经常会伴随出现脚踝或者距下关节的角度不对称，即高足弓会导致足内翻（Supination），而低足弓会导致足外翻（Pronation）。可以看出，不同足弓形态所引发的下肢生物力学变化可能是导致下肢疾患的诱因。
有关足弓高度与踝关节肌力和运动能力之间是否存在关联目前还没有达成一致的共识。一项以儿童少年为研究对象的研究显示，足弓高度，特别是低足弓，会对儿童的运动技能和运动成绩产生一定的负面影响[14]，这种影响可能与足踝部的肌肉力量减弱有关，因为已有研究表明，足弓高度与踝关节的内旋肌力之间存在着显著的相关关系[5,28]。与此研究结果不同，日本学者研究发现，足弓高度不会对儿童少年的运动能力，包括速度、灵敏以及跳跃能力造成影响[16]。同样，我国学者研究发现，足弓高度不会对大学生以及运动员的运动能力产生影响[1,3]。鉴于以上研究结果的不同，有必要对足弓高度是否会影响踝关节肌力和运动能力做进一步的研究和验证。
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足弓高度指数（Arch Height Index, AHI）是具有高信度和效度的评价足弓形态的一个临床指标[8]。足弓高度指数被定义为足背高度（Dorsum Height）与足弓凹陷长度（Truncated Foot Length）的比值，它是由Williams和McClay[25]两人在2000年时创造并使用的。此后，足弓高度指数在评价足弓形态的研究中得到了广泛应用。根据足弓高度指数的大小，足弓可以被划分为高、低和正常足弓。划分方法一般使用标准差法，即把足弓高度指数的平均值小于一个标准差或者0.5个标准差之内的数值范围定义为正常足弓，大于或小于此标准差的定义为高足弓或低足弓。例如，Teyhen[20]等人就利用标准差法把足弓被划分为高、低和正常足弓，并对足弓高度对足底压力的影响进行了研究。综上所述，足弓高度指数可以对足弓高度进行评价。
足部健康在一定程度上影响着人体的健康水平，而足形态，特别是足弓形态是足部健康的基础和前提。因此，有关足弓形态的研究应受到学者的广泛关注和重视。虽然，目前学界对足弓高度变化所导致的下肢生物力学变化可能是诱发下肢疾患的观点达成了一致意见，但是，对足弓高度是否会直接影响踝关节肌力和运动能力的相关研究报道仍存在分歧[1,3,15,16]。因此，本研究基于以往的研究基础，提出足弓高度与踝关节力矩之间存在显著性负相关关系的研究假设。为了验证此研究假设，本研究通过测量足弓高度、踝关节肌
力和运动能力等指标参数，并在此基础上探讨不同的足弓高度对踝关节肌力以及运动能力的影响，以及它们之间是否存在着一定的相关关系。
通过在报纸上刊登招募信息，以及在人群密集处张贴宣传海报的方式募集受试者。受试者进入此研究的筛选条件是：1）男性；2）30～60岁；3）无运动习惯（每周运动时间少于150 min）；4）无足病痛史和影响足功能的神经、肌肉等病患。
共有67名受试者符合筛选条件进入本研究，并分别对受试者足弓高度、踝关节肌力以及运动能力等指标参数进行测量。
受试者首先进行裸足、短衣短裤状态下的身体形态学测量。利用身高计（YG-200; Yagami, Nagoya, Japan）和体重计（TBF-551; Tanita, Tokyo, Japan）对身高和体重进行测量，读数分别准确至0.1 cm和0.1 kg。体重指数（BMI, kg/m2）的值为体重（kg）除以身高（m）的平方。
利用三维足形态扫描仪（FSN-2100, Dream GP Inc., Japan）对足弓高度进行测量与分析。与传统利用卡尺测量的方法相比，三维足形态扫描仪具有快速、准确等特性。与以往
的测试方法一样[27]，在本研究中，也仅对右足站立姿状态下的足弓进行数据采集与分析。
在测试前，受试者需在测试人员的指导下将右足放在三维足形态扫描仪指定的扫描位置上。然后，保持两脚自然站立与肩同宽、目视前方、两手自然下垂的状态，以保证体重均匀分配至双脚。在测试时，三维足形态扫描仪发出的激光束会对足部进行全方位的扫描。扫描结束后，此仪器的自带软件会自动重建足形态模型，并将重建出来的足形态模型自动保存在电脑上以待下一步分析评价。在足形态模型中可以测量足高度、宽度、围度等指标的数值，以计算足弓高度指数。每次测试均在15 s以内完成。每位受试者测试结束后，需要用酒精浓度为70%的医用酒精对站立部位进行擦拭，以备下位受试者进行测试。
本研究使用足弓高度指数对足弓高度进行评价。足弓高度指数为足背高度除以足弓凹陷长度的值。本研究采用和Williams[24]人相似的足弓高度分类方法，即利用0.5个标准差法将足弓高度划分为高、低和正常足弓组。
本研究随机选取灵活性、跳跃能力、本体感受性等测试项目对运动能力进行评价，各个运动能力测试项目之间的休息时间为3～5 min。以下项目均测试两次，取最佳值。
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左右跳跃移动（Stepping Side to Side）：受试者两脚跨立站在左右间隔为1 m的三条线的中间线上，然后受试者以最快速度重复性地进行左右跳跃移动。跳跃移动过程中，双脚需踩到或者跨过两边缘线。测试人员记录受试者在20 s内左右跳跃移动的最大重复次数（n）。
前后跨步移动（Stepping Forward and Back）：受试者站立在一横线的后方，然后右脚跨过此横线，待左脚也跨过横线后，右足、左足再次跨回原点。跨步过程中，两脚不得踩到中间横线。测试人员记录受试者在20 s内前后跨步的最大重复次数（n）。
垂直跳跃（Vertical Jump）：受试者在腰间佩戴垂直跳跃测试仪（Jump-MD, TKK 5106, Takei Scientific Instruments, Tokyo, Japan），此测试仪以一条连接线连接着足底部的起跳平台，然后受试者尽最大努力进行垂直跳跃，垂直跳跃测试仪则会自动显示出受试者的跳跃高度。测试人员记录受试者的垂直跳跃高度（cm）。
单腿闭眼平衡（Balancing on One Leg with Eyes Clod）：受试者须在闭眼的状态下双手叉腰，并用优势足进行单腿站立。测试人员记录受试者保持平衡的最大时间（s）。
手抄报雷锋使用多关节等速肌力测试训练系统（Biodex Medical System Inc., Shirley, NY, USA）对踝关节跖屈、背屈、内旋、外旋的绝对肌力（N·m）和相对肌力（N·m/kg×100%）进行测量与评价。根据以往研究的报道，30゜/s和120゜/s的角速度具有较高的信度和效度，且被多数研究者所广泛使用[1,7]。因此，本研究也选取30゜/s和120゜/s的角速度对踝关节肌力进行评价。踝关节肌力测试与运动能力测试的时间间隔为1～2天。
测试前，受试者需在测试人员的带领和指导下，进行3～5 min的针对下肢和踝关节的热身运动。在受试者进行热身运动的同时，测试人员根据仪器操作手册中的步骤对仪器进行调节与设定，以测试踝关节肌力。在正式肌力数据采集前，受试者需发挥大约50%的肌力进行2～3次的预测试以熟悉测试流程。正式测试时，受试者发挥最大肌力分别在角速度为30゜/s时进行3次测试，角速度为120゜/s时进行5次测试。本研究分别采用30゜/s和120゜/s的角速度测试时的最大力矩输出值进行数据分析。测试过程中，为了让受试者发挥最大肌力，测试人员对进行测试的受试者给予大声的加油鼓励。两组测试之间有3 min的间歇。为了减小测试误差，全部受试者的踝关节肌力测试都由同一测试人员独立操作完成。
