疲劳对中老年女性足底压力的影响

徐明月 董德朋 高国程

(曲阜师范大学体育科学学院,山东 曲阜 273165)

随着年龄增长,老年人的四肢肌肉发生衰退,对其足底压力测量出现压力中心轨迹长度延长、第四、五跖骨区受力较差等变化〔1〕。通过观察老年人行走状态下足底压力变化,能够帮助临床判断是否存在并导致足部疾病的发展。对比不同年龄段人群足底压力特征〔2,3〕,表现为跖骨区足-地接触时间与年龄都呈递增趋势,伴随步态周期时间的增加,其步态稳定性呈下降趋势。在不同年龄段的老年人群中,其足底压力也呈现不同特点,霍洪峰等〔4〕研究发现中年与老年女性群体的足前掌中部是最易疲劳与损伤区域,老年女性的足轴角度更大,同时更容易发生足内翻。Gimunová等〔5〕研究发现,70～79岁老年男性的第四、第五跖骨区、足中部平均压力较高,而同年龄范围老年女性的第一跖骨区的平均压力较高,在考虑年龄变化对足底压力的影响时,应将性别纳入考量范围之内。然而,针对疲劳后中、老年女性足底压力变化的研究数量有限。本研究比较中年和老年女性下肢疲劳前后其足底压力特征变化,并探讨年龄增长和下肢疲劳状态下步行,会给女性中、老年群体带来何种不同影响。

1 对象与方法

1.1研究对象 根据实验纳入与排除标准,选取某市某社区的15名老年女性(老年组)及15名40～59岁中年女性(中年组)。纳入标准:①中年女性年龄40～59岁;老年女性年龄60～69岁女性;②日常生活能够自主流畅步行,无行动受限且能完成疲劳干预;③在熟悉知情实验流程下,自愿签订实验知情同意书。排除标准:①不能独自完成实验过程;②过去半年内发生过跌倒、骨折等情况;③无糖尿病、帕金森病等出现病理步态等疾病。两组基本情况见表1。

表1 两组基本信息

1.2研究方法 步态数据获取采用意大利Freestep足底压力测试系统进行中、老年人疲劳前后步态的动力学数据收集。在受试者充分熟悉行走通过Freestep足底压力板后,开始收集疲劳前足底压力数据,每位受试者采取往返行走方式,单程走完后身体完全进入缓冲区后转身继续,根据Freestep压力板长度(受试者以最舒适方式行走便可采集到2～4个有效脚印),往返共收集4～6个完整足底压力数据,完成收集后选3次有效足底压力数据即可。疲劳干预后3 min内完成第二次足底压力数据采集。数据通过Freestep配套的FreeStep足底压力分析软件导出Excel格式。

1.3疲劳干预试验 为诱发受试者肌肉疲劳产生,本实验选取重复坐-站的任务进行干预。受试者在测试前24 h内无剧烈运动,采用双手交叉放在肩膀位置,选取相同标准尺寸且没有扶手座椅(高度42 cm、宽度28 cm、深度32 cm),疲劳干预过程中要求受试者保持30次/min的节拍器音频,全程鼓励尽可能跟上节拍器节奏,当出现3次以上低于节拍器速度或表示无法坚持后,疲劳干预停止。在疲劳试验结束后的3 min之内完成步态试验,对疲劳后足底压力数据进行收集。

1.4足底压力分区及指标 Freestep软件将足底进行分区为第一趾骨(T1)、第2～5趾骨(T2～5)、第一跖骨(M1)、第二～第三跖骨(M2～3)、第四～第五跖骨(M4～5)、内侧足弓(MFM)、外侧足弓(MFL)、内侧足跟(HM)、外侧足跟(HL)共计9个区域。分析指标包括足底负荷分布面积、足底分区负荷分布百分比、足底平均压力峰值、足底压强峰值、压力中心轨迹占足印长度百分比。

1.5统计学分析 采用SPSS22.0软件进行t检验、方差分析。

2 结 果

2.1足底负荷分布面积变化比较 中年组在疲劳干预后,T1、M4～5、MFL负荷分布面积较疲劳干预前显著减小,HM、HL显著增大;老年组疲劳干预后MFM负荷分布面积明显减小,HL负荷分布面积显著增大(P<0.05)。两组间疲劳干预前,T1、M1、M4～5、MFM、MFL差异有统计学意义,疲劳干预后两组M1、M4～5、MFL、HL有显著差异(P<0.05)。见表2。

表2 疲劳干预前后两组足底负荷分布面积

2.2足底分区负荷分布百分比变化比较 中年组的足底各分区负荷在疲劳干预后无明显变化;老年组T1、MFL分区负荷分布百分比明显增大,M2～3分区负荷分布百分比显著降低(P<0.05)。疲劳干预前老年组的M2～3分区负荷分布百分比显著大于中年组,M1区域显著小于中年组(P<0.05)。疲劳干预后,老年组M1区域依然明显低于中年组(P<0.05)。见表3。

表3 疲劳干预前后两组足底分区负荷分布百分比变化

2.3足底相对压力峰值变化比较 考虑到受试者体质量的差异性,将足底压力峰值数据进行体质量标准化处理(%BW),足底压力选为相对压力峰值。疲劳后中年组的HM、HL区域相对压力峰值明显增大;老年组T2～T5、M4～5、HM区域相对压力峰值显著增大,MFM区域相对压力峰值显著减少(均P<0.05)。疲劳干预前两组T1、M1、MFM区域显著差异,疲劳干预后两组T2～5、M1、M4～5、MFM相对压力峰值有显著差异(P<0.05)。见表4。

表4 疲劳干预前后两组相对压力峰值变化

2.4足底压强峰值变化比较 疲劳干预后,老年组M2～3、HL区域足底压强峰值显著增大,中年组M2～3、HM、HL区域压强峰值显著增大(P<0.05)。疲劳干预前,两组T1、T2～5、 MFM、MFL、HM区域足底压强峰值有显著差异,疲劳干预后两组除M2～3区域外均有显著差异(均P<0.05)。见表5。

表5 两组疲劳干预前后足底压强峰值对比

2.5压力中心连线占足印长度百分比变化比较 疲劳干预后老年组轨迹长度占足印长度百分比显著增大(P<0.05)。对照组干预前后以上指标未发生明显变化。疲劳干预前后组间对比未出现明显差别(P>0.05)。见表6。

表6 疲劳干预前后与压力中心轨迹占足印尺度百分比

3 讨 论

步行是老年人日常生活的必需品,对于老年人步行出现不畅或无法自主步行时,对其身体、心理都会产生一定影响。当下肢疲劳的产生,老年人足底压力产生何种变化及是否影响行走的稳定性,通过步态数据评估能够帮助老年人降低跌倒产生的概率。一个完整的步态周期是以足跟触底相开始,疲劳产生前老年人足跟外侧相对压力峰值要大于足跟内侧,疲劳产生后足跟内侧区域平均压力峰值明显增加,从力-时曲线来看,疲劳后曲线表现出第一峰值力明显降低,曲线的斜率明显减小,从步态中观察老年人在疲劳后的行走更为谨慎,在足跟着地过渡到平足期时,下肢关节的屈曲缓冲减少,这种策略一直保持到足前掌蹬地开始,即第二峰值力发生之前。这种曲线特征与高跌倒风险老年人的曲线特征有一定相似〔6〕。老年人随着年龄的逐渐增高,伴随足部肌肉的衰退与韧带的松弛,足跟与足中部的负荷增大〔7〕,负荷增加成为诱发疾病产生的原因。同时这种双支撑对称性的降低与跌倒风险有一定相关,疲劳后老年人步态稳定性明显降低〔8〕。

神经肌肉的疲劳会使得着地时刻足跟缓冲冲击能力下降〔9〕,中年组出现HM、HL压力峰值明显增加。老年组在足跟区域的峰值压力数值低于中年组,在疲劳产生后老年人可能通过髋关节策略弥补神经肌肉疲劳产生所致的足跟冲击过大。结合相对峰值压力与足底接触面积两个指标,疲劳产生前HL接触面积明显大于内侧区域,在疲劳产生后,同时足内侧区域接触面积也出现明显增加。压强是压力与面积的比值,当峰值压力过大时,老年人会产生足底疼痛等情况,当接触面积增大足够大时会弥补压力增大带来的压强升高,避免足底疼痛产生,这是按照Freesteps的足底分区,若将T1-T5、M1-M5面积相加划定为足前部,MFM、MFL、HM、HL相加定为足后区,足部前后分区面积呈现足后区域小幅度增大,前区小幅度减小的情况,前后区域对称性未出现大幅度变化,疲劳后前足部前后着地面积对比未发生明显波动。

本研究说明,伴随疲劳产生后,即便是有年龄差异的人群,他们的着地控制能力都有减弱,这是疲劳所带来的附加效应。老年人疲劳后身体的控制能力减弱,从足跟着地开始到峰值力出现整个过程时间缩短,这一时间段是通过下肢髋、膝、踝关节的屈曲来降低身体所受到的力,因此疲劳后行走时肢体缓冲能力减弱,足跟内侧区受力增加,在老年人肌肉衰退的情况下,足跟区域出现损伤概率增加。老年人在行走过程中应避免疲劳后长时间行走。

压力中心运动轨迹可以作为测量神经肌肉控制的指标〔10〕,当压力中心轨迹出现X或Y轴不同方向偏移时,人体步态会呈现出不同典型特征。本研究选取的指标欠缺将压力中心轨迹进行前后对比及着步态着地时刻的时间变化,因此不能明确的评价为这是一种老年群体在疲劳后为了增加对称性的一种补偿步态,还是加快速度的重心转移行为。但压力中心轨迹长度占足印百分比的增大同时说明压力中心轨迹长度增加,在足印长度无明显变化的情况下,说明压力中心在整个轨迹过程中出现不同方向上的移动,相较于疲劳前老年人的步行稳定性下降,身体的控制能力出现减弱,当下肢开始着地缓冲再到离开地面过程中,压力中心轨迹延长反应老年人在单支撑时,重心未出现急于离开支撑腿表现,老年人想通过延长压力中心轨迹补偿疲劳对步态的影响。

关于疲劳试验的选取,重复坐-起方案满足了下肢疲劳的产生,未选取步行疲劳干预是因为在测量足底压力过程时,步行干预可能会带来步速的适应性,反而提高步速和压力中心移动轨迹〔11,12〕。通常在疲劳时人们会选择减慢步行速度从而减缓疲劳感觉,如果选取步行疲劳模型,伴随步速适应性所获得足底压力数据不完全符合预想的疲劳后足底压力数据。

综上,疲劳会明显影响中、老年人群行走的足底压力,老年人表现出较弱的补偿能力,前足跖骨区压力显著增大,中年组表现在足跟区域压力、压强增大。步入老年阶段,身体各项功能衰退,中、老年应适当加强体育锻炼,提高肌肉质量,在疲劳产生时注意休息,避免足部损伤的情况出现。