《中国组织工程研究》 Chinese Journal of Tissue Engineering Research
幼儿不同跑步着地方式的生物力学特征 赵盼超，文蕊香，李嘉慧，纪仲秋，姜桂萍(北京师范大学体育与运动学院，北京市 100875) DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2604 ORCID: 0000-0002-8337-3931(赵盼超)
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·研究原著·
赵盼超，女，1994年生，文章特点— (1)以幼儿3种着地方式为主要研究对象，旨在揭示幼儿不同着地模式下肢主要关节肌肉的运动特征，河北省沧州市人，汉族，
分析不同跑步着地方式对幼儿生长发育的影响； (2)运用生物力学方法，依据录像结果、时间参数、时空参数及动力学结果分析幼儿跑步过程中不同着地方式下的特征，为幼儿正确的跑步着地方式提供科学依据。 结论： (1)在3-6岁阶段，幼儿多采用足时间参数 跟或全足着地模式进行奔跑； BTS红外动 足跟着地 (2)足跟着地比前足着地在着地作捕捉系统； 时空参数 时刻具有更多的踝关节跖屈，Kistler三维 前足着地能够动用更多的髋测力台； 全足着地 最大力值 关节和膝关节额状面的运动； Anybody 5.2 (3)前足和全足着地能有更大的仿真建模软 前足着地 跖屈肌力和胫骨前肌肌力，而件。 最大肌力 足跟着地者动用更多的第三 腓骨肌和股四头肌肌力。 文题释义：
跑：跑是双脚交替接触地面的周期性运动，但跑有一个双脚都离开地面的腾空期。幼儿在 1 岁多开始学习跑步，最初是走跑结合的移动方式，由于身体发育不完善，下肢力量弱，平衡能力差，容易摔倒；到 2.5岁，幼儿跑步的腾空阶段明显；到 6岁，早期跑步的特点基本消失。 着地方式：指的是人体在跑步着地阶段足部接触地面的方式，一般分为3种方式：分别为足跟着地(fore foot strike)，跟骨先接触地面；全足着地(mid foot strike)，全脚掌着地，即足跟与前足同时接触地面；前足着地(rear foot strike)：前足部首先接触地面。
北京师范大学体育与运动学院在读博士研究生，主要从事运动生物力学与人因工程学研究。
通讯作者：纪仲秋，博士，教授，北京师范大学体育与运动学院，北京市 100875
文献标识码:B
投稿日期：2019-08-21 送审日期：2019-08-22 采用日期：2019-10-09 在线日期：2020-01-04
摘要
背景：成年人跑步着地方式一直是国内外学者研究的重点，而幼儿跑步的着地方式也是不容忽视的内容。 目的：运用生物力学方法探究幼儿在跑步过程中，不同着地方式下的运动学和动力学指标的差异，为幼儿正确的跑步着地方式提供科学依据。 方法：在北京市海淀区某公立幼儿园中随机抽取幼儿74名，按年龄分为3岁组、4岁组、5岁组，采用BTS红外动作捕捉系统、Kistler三维测力台和VIXTA录像解析系统同步采集幼儿跑步过程中不同着地方式下的运动学、动力学数据；运用Anybody 5.2仿真建模软件计算下肢肌肉力量指标。试验前向受试者父母详细解释并签署知情同意书，试验方案符合北京师范大学的相关伦理要求。
结果与结论：①3岁组全足着地的比例最高，足跟着地的比例最低，5岁组全足着地的比例最低，足跟着地的比例最高；前足着地者的蹬伸时间大于足跟着地(P < 0.01)和全足着地(P < 0.05)；②着地时刻，踝屈曲角度足跟着地者大于前足着地(P < 0.01)和全足着地者(P < 0.05)，全足着地者大于前足着地(P < 0.05)；前足着地者髋内收-外展角度、最大髋内收-外展角、髋内-收外展的关节变化量及最大膝内收-外展角速度大于足跟着地(P < 0.01)和全足着地者(P < 0.05)；前足着地者的踝屈伸最小值大于足跟着地者(P < 0.05)，而最大髋内收-外展角速度小于足跟着地者(P < 0.05)；③足跟着地和全足着地者的腓骨短肌、腓骨长肌、第三腓骨肌的肌力大于前足着地者(P < 0.05)，前足着地者的股中间肌、股外侧肌下束、股外侧肌上束、股内侧肌下束、股内侧肌上束、股内侧肌中束肌力均大于足跟着地(P < 0.01)和全足着地者(P < 0.05)；④结果提示：在3-6岁阶段，幼儿多采用足跟或全足着地模式进行奔跑，以满足自己在跑步过程的稳定性，随着年龄的增长，逐渐出现前足着地方式的跑步模式；前足着地能够动用更多髋关节和膝关节额状面的运动来维持人体运动中的稳定，足跟着地和全足着地能够动用更多的小腿前侧和后侧的肌力，而前足着地动用更多的大腿前侧肌力。 关键词：
幼儿；跑；着地方式；下肢；肌肉力量；生物力学特征 中图分类号：R455；R318；R87 基金资助：
国家社会科学基金教育学一般课题(BLA150063)，项目负责人：姜桂萍
Zhao Panchao, Doctoral candidate, College of Physical Education and Sport, Beijing Normal University, Beijing 100875, China
Corresponding author: Ji Zhongqiu, PhD, Professor, College of Physical
Education and Sport, Beijing Normal University, Beijing 100875, China
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赵盼超，文蕊香，李嘉慧，纪仲秋，姜桂萍. 幼儿不同跑步着地方式的生物力学特征[J]. 中国组织工程研究，2020，24(20):3209-3216. DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2604
Biomechanical characteristics of children’s different strike patterns during running
Zhao Panchao, Wen Ruixiang, Li Jiahui, Ji Zhongqiu, Jiang Guiping (College of Physical Education and Sport, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)
Abstract
BACKGROUND: Foot strike patterns in adults during running have always been the focus of worldwide research, and the strike patterns of children are also something that cannot be ignored.
OBJECTIVE: Using biomechanical methods to explore the differences in kinematics and kinetics of children in different strike patterns during the running process, and to provide a scientific basis for children’s correct way of running.
METHODS: Seventy-four children were randomly selected from a public kindergarten in Haidian District, Beijing, and were divided into 3-year-old group, 4-year-old group and 5-year-old group. The kinematics and kinetics data of enrolled children in different strike patterns
during running were acquired simultaneously using the BTS infrared motion capture system, the Kistler three-dimensional force table and the VIXTA video analysis system. The muscle strength index of the lower limbs was calculated using the Anybody 5.2 simulation modeling
software. Before participation in the trial, children’s parents were fully informed of study protocol and signed the informed consent form. The trial protocol met the relevant ethical requirements of Beijing Normal University.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) In the 3-year-old group, the proportion of mid foot strike (MFS) was the highest, and the proportion of fore foot strike (FFS) was the lowest. In the 5-year-old group, the proportion of MFS was the lowest, and the proportion of FFS was the highest. The rear foot strike (RFS) extension time was longer than that of FFS (P < 0.01) and MFS (P < 0.05). (2) At the moment of landing, the flexion angle of FFS was greater than that of RFS (P < 0.01) and MFS (P < 0.05), and the flexion angle of MFS was greater than that of RFS (P < 0.05). The hip adduction-abduction angle of RFS was greater than that of FFS (P < 0.01) and MFS (P < 0.05). The maximum hip abduction angle of RFS was greater than that of FFS (P < 0.01) and MFS (P < 0.01). The amount of joint changes in the RFS hip adduction and
abduction was greater than that of FFS (P < 0.01) and MFS (P < 0.05). The minimum flexion and extension of RFS was greater than that of FFS (P < 0.05). The maximal hip adduction-abduction angular velocity of RFS was greater than that of FFS (P < 0.05), and the maximal knee adduction-abduction angular velocity of RFS was greater than that of FFS (P < 0.01) and MFS (P < 0.05). (3) The muscle strength of the short bones of the tibia, the long tibia and the third metatarsal muscle of FFS and MFS was greater than that of RFS (P < 0.05). The bundle muscle strength of the medial femoral muscle, the lateral femoral muscle bundle, the lateral femoral muscle bundle, the medial femoral muscle bundle, the medial femoral muscle bundle, and the medial femoral muscle of RFS were greater than that of FFS (P < 0.01) and MFS (P < 0.05). (4) In the 3-6 years old, children often run in the heel or full-foot landing mode to meet their stability during the running process. As the age
increases, the running pattern with the forefoot landing gradually appears. To keep the movement steady, RFS can trigger more hip and knee frontal motions, FFS and MFS can offer more muscle strength on the anterior and posterior sides of the calf, while RFS can offer more muscle strength on the anterior side of the thigh.
Key words: children; running; strike pattern; lower limbs; muscle strength; biomechanical characteristics Funding: the National Social Science Foundation for Education General Subject, No. BLA150063 (to JGP)
0 引言 Introduction
近年来，跑步作为一项经济便利的体育活动形式，深受大众的追捧和喜爱。不可避免的是，跑步存在诸多伤病风险，长跑运动员的年损伤率高达56%[1]，因此如何避免跑步损伤成为学者研究的重点[2]。长期研究显示，由跑步而导致的关节肌肉过度使用的伤害性风险与足部撞击地面的冲击力有着密切关系[3-4]。近几年，学者对跑步着地方式的研究越来越感兴趣，先前的研究也提出了着地方式与下肢损伤的关系[5]。一篇基于知识图谱软件分析跑步的研究中发现，近几年关于跑步研究的重点为：基本步态、肌肉力学性质、着地模式、髌股关节疼痛综合征、不同鞋履跑的特点等方面，而不同鞋履和着地方式已成为研究热点和未来的研究趋势[6]。
跑步过程中主要有3种着地模式：①足跟着地(fore foot strike，FFS)：跟骨先接触地面；②全足着地(mid foot strike，MFS)：全脚掌着地，即足跟与前足同时接触地面；③前足着地(rear foot strike，RFS)：前足部首先接触地面[7-9]。因过度使用而产生伤害的跑步者可以采用前足着地方式以减少损伤的发生[10]，与足跟着地相比，前足着地的损伤风险降低[11]。近几年，学者们研究的关注点从运动学差异转移到更深入的动力学差异，集中于不同着地模式下关节力矩以及肌肉活动方面的研究。关节力矩作为一个更直接的衡
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量标准，用来解释地面反作用力带给人体的负荷。在肌肉活动方面，前足着地者在后期摆动阶段内外侧腓肠肌具有明显的肌肉活动[12]。足跟着地者比起前足着地发现更多的胫骨前肌活动[13]。在着地初期，成年人能够通过中枢神经肌肉系统调整策略来维持地面反作用力的相对恒定，可以降低跑步开始时冲击力对人体的影响[14]，在着地之前的 50 ms内通过肌肉激活、关节运动、腿部刚度的调整以及整个腿部运动的预备机制，最小化预期冲击的振动[15]。而幼儿还处于生长发育阶段，神经肌肉控制能力较弱，不能达到与成人相同的神经肌肉调节模式。
跑步动作在Seefeldt的动作熟练度发展金字塔模型中被视为所有高级和复杂动作的基础之一，它也是3-6岁幼儿日常生活中最常用和喜欢的运动方式，如果幼儿没有掌握好基础的运动技能，那他们在成年期完成复杂动作的能力将会降低[16]。许多幼儿参加有组织的体力活动时，例如耐力跑比赛，会导致损伤，这可能与足部接触地面时的生物力学特征有关[17]。一项研究对比了幼儿与成年人跑动的差异特征，发现幼儿和成年人使用不同的策略来调节身体动量，成年人表现出更稳定的力学策略[18]。长期研究显示，幼儿与成年人跑步的生物力学特征存在差异[19]。那么幼儿在跑步过程中是否也存在与成年人相似的3种着地模式？如果存在，3种着地方式下，幼儿具有哪些生物力学特征？
ZHAO PC, WEN RX, LI JH, JI ZQ, JIANG GP. Biomechanical characteristics of children’s different strike patterns during running.
Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2020;24(20):3209-3216. DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2604
幼儿与成年人是否存在相同的运动学和动力学特征？这些问题有待进一步探究。因此，本文运用生物力学方法探究幼儿在跑步过程中，不同着地方式下的运动学和动力学指标的差异，为幼儿正确的跑步着地方式提供科学依据。
1 对象和方法 Subjects and methods
1.1 设计 幼儿跑步着地方式的生物力学分析。 1.2 时间及地点 试验于2019年4月开始，为期18 d，在北京市海淀区某公立幼儿园中进行，将仪器设备全部搬入幼儿园中进行试验操作。
1.3 对象 在北京市海淀区某公立幼儿园大、中、小班中随机抽取幼儿74名，其中男生36名，女生38名，文中并未对幼儿信息进行分性别的统计。试验前向受试者父母详细解释并签署知情同意书。试验方案符合北京师范大学的相关伦理要求。
入选标准：受试者有良好的理解能力，身体健康，没有身体发育障碍疾病，运动功能正常。
按年龄将74名幼儿分为3岁组(3≤X<4)、4岁组(4≤X<5)、5岁组(5≤X<6)。受试者年龄=测试当天的实际年龄-出生日期。受试者基本情况见表1，不同年龄受试者的身高和体质量差异均有非常显著性意义(P < 0.01)，体质量指数(BMI)差异无显著性意义(P > 0.05)。文中仅对5岁组幼儿数据进行着地方式的划分，是因为5岁组跑步发展水平较稳定，3种着地方式下的幼儿数量也较平均，便于对比和统计学分析。而3岁组和4岁组的幼儿，由于发展水平的不同，有的着地方式还没有发展完善，因此不利于统计分析和比较。通过录像解析与测力台力值曲线筛选出5岁组3种着地模式的跑步者，分别为足跟着地者(n=9)、前足着地者(n=8)、全足着地者(n=10)。表2所示为5岁组不同着地方式幼儿的身高、体质量和体质量指数值，它们之间均不具有显著性差异。 表1 不同年龄受试者的基本信息 (x_
±s) Table 1 Basic information of subjects at different ages
年龄组
人数 身高(cm) 体质量(kg) 体质量指数(kg/m2) 3岁组 23 101.40±3.86 16.35±1.45 15.93±1.42 4岁组 24 108.93±3.99a 18.98±2.27a 15.96±1.21 5岁组
27
115.98±4.35ab
22.70±4.00ab
16.77±1.94
表注：与
3岁组相比，aP < 0.01；与4岁组相比，bP < 0.01
表2 不同着地方式的5岁组受试者信息 (x_
±s) Table 2 Information of 5-year-old children at different strike patterns
着地方式 人数 身高(cm) 体质量(kg) 体质量指数(kg/m2)
足跟着地 9 116.71±4.25 22.70±3.29 16.61±1.72 前足着地
8 115.46±4.84 23.49±5.36 17.43±2.49 全足着地 10
115.74±4.43
22.08±3.65
16.39±1.70
1.4 方法
1.4.1 测试流程 测试分为两部分，第一部分为录像分析测试，第二部分为动作捕捉测试。整个测试在幼儿园进行，
将2台Kistler三维测力台放置场地中心，周围环形放置8个高速红外摄像头，从起始点到结束点为8 m的距离。三维测力台系统和动作捕捉系统能实现动作的同步测试。测试前使用三维标定框架对测试场地进行扫描，以排除其他反光标识物对测试过程的干扰。测试人员均为运动人体科学与体育教育专业研究生，熟练掌握解剖知识及如何带领幼儿进行运动的方法。
测试前对受试者进行身高、体质量、骨盆宽、膝宽，踝宽、大腿长和小腿长等身体形态指标的测试，作为仿真建模数据的应用。随后为受试者穿上干净且紧身的测试服装，由一名测试人员向幼儿讲解跑步动作要领并发出指令引导幼儿进行跑步动作，另一名测试人员在旁边保护以防止幼儿摔倒。测试时让幼儿在统一的起点和终点开始和结束跑步动作。以幼儿的右脚完整踏在测力台上为一次有效的数据，如果右脚未能完整踏在测力台或右脚同时踏在两块测力台都视为无效数据。幼儿以自己舒适的速度进行跑步测试，选取其中3次有效数据保存。测试完毕后在幼儿皮肤直接接触反光点处用酒精棉球进行擦拭消毒。形态学指标见表3，不同着地方式下，幼儿的腿长、大腿长、小腿长、骨盆宽、膝宽和踝宽均不具有显著性差异。
表3 不同着地方式儿童形态学指标比较 _
Table 3
(x±s，cm)
Morphological index of children at different strike patterns
指标 足跟着地(RFS) 前足着地(FFS) 全足着地(MFS) 合计 腿长
大腿长
59.39±2.93
59.25±2.19 58.60±2.41 59.06±2.47 33.25±2.22
31.50±3.46 33.60±2.07 32.86±2.66 小腿长
27.56±1.79 27.63±2.20 26.30±1.49 27.11±1.86 骨盆宽 18.94±1.57 19.00±1.98 18.91±1.17 18.95±1.51 膝宽 7.83±0.61 8.19±1.00
8.10±0.74 8.04±0.77 踝宽
5.39±0.42
5.38±0.44
5.40±0.52
5.39±0.45
1.4.2 录像分析法 对测试过程中的幼儿进行录像，将搜集到的74名幼儿跑步动作利用视觉确定的方法，依据不同着地方式划分。研究显示FSP(foot strike pattern)利用视觉确定的方法已经用于其他的很多研究，它对于跑步着地方式的评估是实用的[20]。
1.4.3 红外动作捕捉测试 使用意大利的BTS SMART DX 600(Elite，Bioengineering Technology and Systems，Milano，Italy)红外线光学动作捕捉分析系统和8台高速摄像
机进行运动学的三维拍摄，最大摄取频率为1 000 Hz，分辨率为640 dpi×480 dpi，精度在4 m×3 m×3 m的空间下小于0.2×10-3 m。整个跑步过程经过2台瑞士 KISTLER公司生产的Kistler三维测力台(型号：kistler928E)，尺寸为0.6 m× 0.4 m×0.2 m，采样频率为250 Hz，静态检测误差小于0.5%，能实现三维力学数据的实时采集和显示。运动学数据的处理在配套软件BTS Analyzer中进行，将运动学数据进行平滑处理。跑步时间参数、关节角度、测力台XYZ方向的数据通过模板运行来导出。
1.4.4 仿真与建模计算 选取Anybody人体标准下肢模型
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采集幼儿跑步过程中运动学和动力学数据。Anybody软件是由丹麦奥尔堡大学开发的计算机辅助人类工效学和生物力学分析软件，本文采用Anybody5.2版本进行数据处理和分析。它有自带的人体模型库，可以针对不同尺寸的身体生成相应的骨骼肌肉模型，调用系统内置或自定义的缩放准则函数，对系统中的默认模型(25 bones and 500 muscles)进行缩放[21]。模型标记点(Marker)点的位置见表4。大体步骤为：①将捕捉到的红外数据在BTS Tracker软件中进行连点，随后在BTS Analyzer软件中进行数据的平滑处理；②将数据以C3D的格式导出软件，并导入Anybody 5.2软件中，将每个幼儿的身高、体质量、大腿长、小腿长和骨盆宽等主要形态学指标，输入软件的脚本文件Trial specific Date. any-Loaded中，建立每个幼儿的个性化模型；③C3D文件中的标记点驱动所对应的人体骨骼系统，仿真的幼儿模型即被驱动起来。将光标放在运动学的程序后面，输入“1”，程序开始运行。运行完毕后在动力学程序后面输入“1”，将运动学程序改为“0”。所有程序运行完毕后，呈现出关节力、力矩、肌肉力等指标。软件中编程语言命名“1”为运行指令，“0”为禁止指令。由此得到幼儿右腿完全踏在测力台时，3个方向的测力台数据和下肢肌肉的最大应力值，将力值和肌肉力值分别与体质量进行标准化处理。在典型的人体逆向动力学分析中，骨骼和肌肉系统都会有冗余的问题，即驱动关节运动所必须的肌肉的数量要小于实际建立的肌肉模型数量[22]。利用Anybody系统提供的最优化方案可以解决肌肉募集冗余的问题[23]。图1中的A、B、C、D分别对应幼儿跑步着地瞬间、支撑前期、支撑后期和离地瞬间骨肌模型的仿真图片，仿真过程为右腿支撑期即右脚着地到右脚离地的过程。
表 4 Anybody软件中模型标记点(Marker)标识 Table 4 Reflective point identification in Anybody software
Anybody Protocol
英文命名 标志点个数 左 /右头前点 L/RFHD 2 左/右头后点 L/RBHD 2 锁骨中点 CLAV 1 第
10胸椎 T10 1 胸骨剑突
STRN 1 左
/右髂前上棘 LASI/RASI 2 左 /右髂后上棘 LPSI/RPSI 2 左 /右大腿中点 LTHI/RTHI 2 左小腿中点
LTIB 1 右小腿下 1/3处
RTIB
1 左
/右胫骨外侧髁 LKNEE/RKNEE 2 左/右外踝点
LANK/RANK 2 左
/右足跟处 LHEE/RHEE 2 左 /右第一跖骨 LTOE/RTOE 2 左
/右第五跖骨
LMET/RMET
2
1.5 测试指标
1.5.1 运动学指标 ①时间参数：步态周期时间、支撑期时间、摆动期时间、缓冲时间、蹬伸时间、冲击力时刻、冲击力时刻占支撑期的百分比、推动力时刻、推动力时刻
3212
A B C D
图注：图A-D分别对应幼儿跑步着地瞬间、支撑前期、支撑后期和
离地瞬间骨肌模型的仿真图片
图
1 跑动过程中的骨肌模型 Figure 1
Skeletal muscle models during running
占支撑期百分比；②时空参数：下肢髋、膝、踝着地关节角度(θ0)、离地关节角度(θ1)、支撑期最大关节角度(θmax)、最小关节角度(θmin)、关节角度变化量(?θ)、最大关节角速度(ωmax)、最小关节角速度(ωmin)。
1.5.2 动力学指标 ①冲击力峰值(F1)、推动力峰值(F2)；②支撑期阶段下肢主要肌肉最大值(Mmax)。
1.6 统计学分析 采用SPSS 19.0对实验数据进行分析处理。计算各指标的平均值和标准差，以x_
±s的形式表示；采用单因素方差分析中的LSD法进行检验，以P < 0.05表示差异有显著性意义。
2 结果 Results
2.1 不同着地方式下幼儿的年龄分布特征 图2为3-6岁幼儿着地方式的年龄分布比例图。由图可知：3个年龄组中，3种跑步着地方式都存在；3岁组全足着地比例为47.8%，前足着地比例为8.7%，足跟着地比例为43.5%；4岁组中全足着地比例为29.2%，前足着地比例为20.8%，足跟着地比例为50%；5岁组全足着地比例为37.0%，前足着地比例为29.6%，足跟着地比例为33.4%。可以看出，全足着地比例3岁组最高，前足着地比例3岁组最低，随年龄增长而升高，足跟着地比例5岁组最低。 100 全足着地 90 80 前足着地 70 全足着地
)60 %(例50 比40 30 20 10 0
3岁组 4岁组 5岁组
图 2 幼儿(3-6岁)跑步着地方式的年龄分布比例
Figure 2 Distribution of children’s strike patterns at 3-6 years old
2.2 跑步时间参数 如表5所示，3种着地方式在时间参数方面的差异主要体现在蹬伸时间上，足跟着地幼儿的蹬伸时间大于前足着地幼儿(P < 0.01)和全足着地幼儿(P < 0.05)。
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表
5 幼儿跑步3种着地方式下时间参数特征 (x_
±s) Table 5
Time parameter characteristics under three kinds of strike patterns
时间参数 足跟着地(RFS) 前足着地(FFS) 全足着地(MFS) 步态时间 (s) 0.62±0.06 0.55±0.09 0.59±0.08 支撑时间 (s) 0.29±0.03 0.24±0.04 0.26±0.04 摆动时间(s)
0.33±0.05 0.30±0.06 0.34±0.05 缓冲时间
(s) 0.09±0.02 0.09±0.02 0.09±0.03 蹬伸时间
(s) 0.20±0.02 0.15±0.03b
0.17±0.03a
冲击力时刻6.29±2.14 - 5.33±2.35 冲击力时刻占比 (ms) (%) 2.19±0.84 -
2.13±1.09 推动力时刻
(ms) 94.29±21.80 91.75±19.29 84.17±34.35 推动力时刻占比(%)
32.74±8.60
37.87±3.69
31.99±8.31
表
注：与足跟着地幼儿比，aP < 0.05，bP < 0.01
2.3 跑步支撑期时空参数 见表6。
表6 幼儿跑步支撑期3种着地方式下的下肢3关节时空参数 (x_
±s) Table 6 Space-time parameters of three joints of the lower limbs in
three kinds of strike patterns during children’s running support
period
参数
运动 关节 足跟着地
前足着地 全足着地 (RFS)
(FFS)
(MFS)
θ0(°) 屈曲-伸展 髋
132.19±8.96 130.47±15.19 128.76±10.16 膝 155.10±7.78 148.64±9.75 152.84±9.00 踝
93.22±9.01 112.78±7.53b 103.36±7.97ac
内收-外展 髋
11.37±3.71 7.24±2.27*
6.90±3.88a
膝
7.26±3.19
6.34±1.91
7.31±3.74
θ1(°
) 屈曲-伸展 髋
161.63±15.10 164.80±11.10 165.9±9.05 膝 141.11±14.01 142.97±15.61 143.89±18.82 踝
108.93±8.63 117.36±9.07 117.55±11.74 内收-外展 髋
8.21±3.98 6.61±2.44 4.83±3.55 膝
12.94±4.86 8.43±1.53b
7.94±5.50b
θmax(°)
屈曲-伸展 髋
164.91±14.61 165.45±12.26 166.50±9.94
膝 159.12±6.96 150.93±10.21 156.78±10.44 踝
109.96±6.10 118.22±9.92 117.63±12.92 内收-外展 髋
14.94±3.11 9.28±2.28b
9.45±4.21b
膝
13.85±4.70 8.69±2.88
11.35±5.18
θmin(°) 屈曲-伸展 髋
126.60±11.16 126.19±15.81 125.33±9.63
膝 134.12±8.99 129.83±12.77 132.61±11.77 踝
72.44±7.36 82.12±7.48a
79.10±7.05 内收-外展 髋
5.74±4.47 5.61±2.30 3.81±3.51
膝
5.20±4.08 4.38±2.64 5.25±3.58 Δθ(°) 屈曲-伸展 髋
38.31±8.42 37.26±6.47 41.18±11.32 膝 25.00±3.27 21.10±7.59 24.26±7.81 踝
37.52±8.54 33.11±5.08 38.27±10.04 内收-外展 髋
9.21±4.15 3.67±1.37b 5.64±2.66a 膝
8.65±4.12 4.31±1.82 6.10±4.15 ωmax[(°
)/s] 屈曲-伸展 髋
6.56±1.80 6.44±1.29 6.53±1.58 膝 5.40±2.97 3.72±1.45 4.32±1.50 踝
9.88±4.16 7.14±1.83 8.92±4.93
内收-外展 髋
3.14±1.18 1.28±0.49a 2.44±1.64 膝
2.81±1.45
1.26±0.53b
1.75±0.40a
表注：与足跟着地幼儿比，aP < 0.05，bP < 0.01；与前足着地幼儿比，c
P < 0.05。
θ0：着地角度；θ1：离地角度；θmax：最大角度；θ min：最小角度；Δθ：关节
变化量；
ωmax：最大关节角速度
表6显示，在着地时刻，前足着地者踝屈曲角度大于足跟着地者(P < 0.01)和全足着地者(P < 0.05)，全足着地者踝屈曲角度大于足跟着地者(P < 0.05)。足跟着地者髋关节
内收-外展角度显著大于前足着地者(P < 0.01)和全足着地者(P < 0.05)。足跟着地者最大髋内收-外展角度大于前足着地者(P < 0.01)和全足着地者(P < 0.01)。足跟着地者髋内收-外展的关节变化量大于前足着地者(P < 0.01)和全足着地者(P < 0.05)。前足着地者踝屈伸最小值大于足跟着地者(P < 0.05)。足跟着地者最大髋内收-外展角速度大于前足着地者(P < 0.05)，足跟着地者最大膝内收-外展角速度大于前足着地者(P < 0.01)和全足着地者(P < 0.05)。 2.4 跑步支撑期地面反作用力峰值 图3为选取的1名幼儿跑步支撑期垂直地面反作用力与体质量归一化的曲线图，A、B、C分别对应的是足跟着地、前足着地和全足着地幼儿的数据。从图中可明显的看出足跟着地和全足着地跑步者均具有明显的2峰值1谷值的曲线特征，而前足着地者只有1个峰值。表7为幼儿跑步支撑期3种着地方式垂直地面反作用力峰值，各个峰值的均值之间均无显著性差异。 表7 幼儿跑步支撑期3种着地方式垂直地面反作用力峰值
(x_
±s，N/BW)
Table 7
Peaks of vertical ground reaction force at three kinds of strike patterns during children’s running support period
垂直力峰值 足跟着地(RFS) 前足着地(FFS) 全足着地(MFS) 冲击力峰值
1.48±0.54 - 1.70±0.44 推动力峰值
1.72±0.17
1.91±0.36
1.79±0.27
2.5 支撑期下肢最大肌肉力值 表8中为幼儿跑步支撑期3种着地方式下肢最大肌肉力值。其中，前足着地跑步者的腓骨短肌、腓骨长肌、第三腓骨肌的肌力大于足跟着地跑步者(P < 0.01)，全足着地跑步者的腓骨短肌、腓骨长肌、第三腓骨肌的肌力大于足跟着地跑步者(P < 0.05)。足跟着地跑步者的股中间肌、股外侧肌下束、股外侧肌上束、股内侧肌下束、股内侧肌上束、股内侧肌中束均大于前足着地(P < 0.01)和全足着地跑步者(P < 0.05)。
3 讨论 Discussion
跑步的着地方式一直是跑步过程中的研究重点，近年来很多学者研究了成人不同着地模式人体下肢运动特点，主要目的在于探究何种方式能够减少损伤，使跑步更具有经济性。该文以幼儿3种着地方式为主要研究对象，旨在揭示幼儿不同着地模式下肢主要关节肌肉的运动特征，分析不同跑步着地方式对幼儿生长发育的影响，为促进幼儿学习跑步动作提供科学指导。
3.1 依据录像结果分析特征 该文通过录像分析法按年龄对74名3-6岁幼儿的跑步着地方式进行统计整理，发现3种着地方式在3个年龄组都存在。幼儿前足着地的比例3岁组最低，并随年龄增长呈上升趋势。以往的研究显示，在人体跑步时，前足着地是减小损伤和更优的跑步方式[24-25]。在TGMD-3儿童动作发展量表评分细则中，前足着地也被认为是发展水平较高的跑步方式[26]。随年龄增长，幼儿跑步发展水平呈增长的趋势，这一结果符合幼儿的动作发展
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幼儿不同跑步着地方式的生物力学特征 - 图文
