不同负重对六年级学生步态影响的生物力学研究

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研究目的:了解3种不同负重(无负重、自身体重10%的负重和自身体重20%的负重)对六年级学生步态运动学的影响,不同负重下行走对六年级学生步态的动力学影响。为发现适宜的背包重量并且为科学的使用背包提供依据,避免长期背负过重负荷的书包而对儿童造成不可逆的生理损害,也为了全国中小学生的“减负”工作起到数据参照作用。研究方法:本实验以24名六年级学生(12名男生和12名女生)为受试者,以常速行走并且三种不同负重(无负重、自身体重10%的负重和自身体重20%的负重)作为变量,模拟儿童背包行走的状态,使用Vicon三维运动捕捉系统和Kistler测力台同步采集受试者一个步态周期中的运动学参数(下肢三关节的运动情况)和动力学参数(垂直地面反作用力)。研究结果:(1)男生髋关节矢状面屈伸角度和关节活动度、冠状面最大外展角度和水平面最大内旋角度随负重的增加而增加;相对无负重行走,背20%BW的书包行走对髋关节矢状面关节活动度存在具有统计学意义的影响(P<0.05);相对无负重行走,背10%BW和20%BW的书包行走对髋关节水平面关节活动度存在具有统计学意义的影响(P<0.05);女生髋关节矢状面最大伸展角度和关节活动度、冠状面最大内收角度、水平面最大外旋角度和关节活动度随负重的增加而增加。髋关节冠状面最大外翻角度和关节活动度、水平面最大内旋角度随负重的增加减小;相对无负重行走,背10%BW和20%BW的书包行走对女生髋关节矢状面关节活动度存在具有统计学意义的影响(P<0.05)。(2)在膝关节中随着负重的增加不存在具有统计学意义的影响(P>0.05)。男生膝关节冠状面最大外展角度和关节活动度、女生膝关节矢状面最大屈曲角度和冠状面最大内收角度随负重的增加而增加;女生膝关节冠状面最大外展角度和关节活动度、水平面关节活动度随负重增加而减小。(3)男生踝关节中不存在具有统计学意义的影响(P>0.05),相对无负重行走,背20%BW的书包行走对女生踝关节的矢状面最大背屈角度、冠状面最大内翻角度、水平面最大外旋角度存在具有统计学意义的影响(P<0.05);男生踝关节冠状面最大内翻角度,女生踝关节矢状面最大背屈角度、冠状面最大外翻角度和关节活动度随负重的增加而增加;男生踝关节矢状面最大背屈角度和最大外旋角度,女生冠状面最大内翻角度和水平面最大外旋角度随负重的增加而减小。(4)垂直地面反作用力受负重的增加而增加;相对无负重行走,背20%BW的书包行走对男生存在具有统计学意义的影响(P<0.05)。研究结论:随着负重量的增加,六年级学生的步态发生了改变,下肢髋关节和膝关节的水平面旋转角度、矢状面屈伸角度逐渐增大;踝关节矢状面最大背屈角度和最大外旋角度,逐渐减小。学生通过关节角度的补偿实现步态的稳定,长期负重书包行走可能对六年级学生下肢关节造成一定的损伤。垂直地面反作用力的增加,也提示负重的风险。
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