穿不同鞋长时间行走对人体步态的影响，我们选取了行走过程中脚后跟高度、脚尖高度、大腿角度、小腿角度、膝角度、踝角度以及膝角速度作为研究参数，6名受试者实验后的结果如表5-6所示。

表5-6　 穿不同鞋步态周期中的参数（±s）

续表

注 软底鞋与中等硬底鞋有差异☆，软底鞋与硬底鞋有差异＃，中等硬底鞋与硬底鞋有差异*。

(一)步态参数的相关关系

以实验对象001的实验为例:在脚跟着地时刻，小腿和大腿与垂直面的夹角较小，小腿角角度是13.661°，大腿角角度是34.212°。踝关节略微屈，所以踝角角度103.326°，脚跟着地之前，脚跟的高度必然比脚尖要低，脚跟高度0.246m，脚尖高度0.299m。膝关节在此时已接近伸直的状态，膝角角度为157.668°，膝关节角速度-249.671°/s。

全掌着地之后，由于膝关节处于屈曲状态，小腿角为负角，小腿角角度为-4.733°，大腿角角度为30.601°，而在脚跟着地刻之后的一个滚动趋势下，脚踝角度必然减小，此时踝角角度为99.276°，膝角角度为143.293°，脚跟较之前无变化，脚跟高度仍为0.246m，而脚尖随着全脚掌的着地而下降，脚尖高度为0.251m，角速度32.625°/s。

图5-9　步态周期中大腿角、小腿角、膝角和踝角的变化图

脚跟离地时刻，由于下肢的后摆，大腿角和小腿角的角度都呈负角，小腿角角度为-20.783°，大腿角角度为-10.213°，而脚踝因为脚跟的离地，踝角角度缩小为93.571°，在脚跟离地时产生蹬的动作，膝关节角度也变大为168.248°，脚跟离地时必然会太高，脚跟高度为0.273m，脚尖为0.235m，由于角度的变化不是很明显，所以角速度也随之下降，为-19.613°/s，如图5-9、图5-10所示。

图5-10　步态周期中脚跟、脚尖、膝角速度的变化图

脚尖离地时刻，下肢的后摆达到最大程度，小腿角角度和大腿角角度较之前又有所减小，此时小腿角角度为-45.754°，大腿角角度为-16.374°，踝关节在此时为屈曲状态，由于脚尖离地，踝角度也因此增大至105.157°，脚尖的离地意味着摆动的开始，膝关节自然为加速摆动做准备，髋关节有带动大腿前向摆动的趋势，所以膝角角度变小为149.318°，脚跟高度自然上升，为0.372m，脚尖在离地的瞬间应达到最低点，为0.228m，此时的膝角角度变化不大，角速度迅速下降为-386.349°/s。

摆动中膝角最小时刻，膝关节屈曲度增加，小腿角角度为-59.943°，而大腿角因为髋关节的带动而略微增大，角度为11.026°，踝角角度为112.611°，膝角角度106.661°，脚跟和脚尖随下肢的摆动上升，脚跟高度为0.486m，脚尖高度为0.281m，此时膝关节角度的减小得很快，角速度迅速增加到22.752°/s。

摆动中脚尖最低时刻，随着下肢的前向摆动，大腿角和小腿角的角度继续增加，小腿角角度为-27.602°，大腿角角度为24.411°，踝角的变化不是很明显，踝角角度为104.108°，随着下肢前向摆动，小腿角角度的增加和大腿角角度的增加，膝角角度自然增加为124.911°，脚跟和脚尖高度也随之下降，脚跟高度0.365m，脚尖高度0.262m，角速度为124.911°/s。

在摆动中膝角最大时刻，小腿角角度和大腿角角度仍然在变大，小腿角角度为23.563°，大腿角角度为34.179°，摆动中膝角最大时刻是为脚跟着地在做准备，所以踝角角度减小，为103.511°，伴随着膝关节伸，膝角角度增加，接近于伸直的状态，为167.161°，脚跟准备着地，高度必然下降，脚跟高度为0.261m，脚尖由于踝关节屈而高于脚跟，脚尖高度为0.350m，角速度为22.806°/s。

(二)穿不同鞋对行走步态周期的影响

如图5-11所示，受试者穿不同鞋在行走过程中步态周期会有微小波动，总体上是软底鞋大于中等硬底鞋，中等硬底鞋大于硬底鞋步行的周期(时长相差不会超过0.05s)。另外，软底鞋步态周期的离散程度大于硬底鞋，硬底鞋大于中等硬底鞋步态周期的离散程度，说明穿中等硬底鞋行走较为稳定。另外，受试者穿软底鞋的全掌着地、脚尖离地时间是增加的。

图5-11　穿不同鞋的步态周期

(三)穿不同硬度的鞋对大腿角的影响

大腿角是反映大腿抬起高度和后蹬角度，根据双因素方差分析，随时间的变化大腿角度变化不大，即大腿角的变化主要是受鞋子的影响。硬底鞋前摆最大、后摆最小，穿中等硬底鞋前摆最小、后摆最大。

在脚跟着地刻和摆动中膝角最大时刻，穿中等硬底鞋和软底、硬底两双存在明显差异，主要由于中等硬底鞋软硬适中，鞋对脚的支撑相对适中，大腿摆动幅度与步频均相对适中，摆动起来比较轻快。如图5-12所示。

图5-12　穿不同鞋步行阶段大腿角度的变化

从图5-13穿不同鞋步行阶段大腿角摆动幅度的变化上看，穿中等硬底鞋的摆动幅度均大于其他两双鞋。

(四)穿不同鞋对小腿角度变化的影响

如图5-14所示，穿软底鞋的小腿角度前摆最小，后摆最大。在全掌着地刻中等硬底鞋小腿角度接近零度，而其他两双鞋已开始向后摆动，说明穿其他两双鞋后摆要更积极。

图5-13　穿不同鞋步行阶段大腿角摆动幅度的变化

图5-14　穿不同鞋步行阶段小腿角度变化

从图5-15穿不同鞋步行阶段小腿角摆动幅度的变化上看，穿中等硬底鞋的摆动幅度均大于其他两双鞋。中等硬底鞋的后摆较其他两双鞋更加充分。

图5-15　穿不同鞋步行阶段小腿角摆动幅度的变化

(五)穿不同鞋对膝角度变化的影响

穿中等硬底鞋的膝角度伸膝最大，屈膝最小。如图5-16所示。

图5-16　穿不同鞋步行阶段膝角度的变化

膝角度的变化在整个步行周期中，根据方差分析可知，在全掌着地刻，软底鞋和另两双存在明显差异，在脚跟离地刻时软底鞋和中等硬底鞋存在明显差异，而在摆动中膝角最小时刻，三双鞋相互之间都存在差异，在摆动中足尖最低时刻，软底鞋和硬底鞋存在差异;最后在摆动中膝角最大时刻，中等硬底鞋和另两双存在明显差异。穿软底鞋在脚跟着地时刻的膝角度是比较小的，主要由于脚跟全部受力，鞋底较软，缓冲较好，对膝关节有较好的保护。

根据双因素方差分析，在脚跟着地刻膝关节伸主要是由股四头肌收缩引起的。在摆动中膝角最大时刻，腘绳肌收缩主要是起到一个制动的作用，防止摆动过深。这种收缩一直持续到全掌支撑时期。这个时期，膝角度的变化受时间和鞋底硬度的双因素影响还是比较明显的。在5～10min时，软底鞋呈下降趋势，后两双都呈上升趋势。10～15min时软底鞋又呈现上升趋势，与另两双相反。

全掌着地刻，从脚掌几乎全部接触地面的时候，膝是弯曲的直到完全负体重。最初是“支撑弯曲”，是伴随着股四头肌的离心收缩，去控制速度的大小。全掌着地刻时间对膝角度的变化有影响但不明显，主要受时间和鞋的双因素影响，例如35～40min时，软底鞋存在明显的下降趋势。如图5-17所示。

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图5-17　穿不同鞋脚跟着地刻与全掌着地刻膝角度的时间-鞋交互变化图

(六)穿不同鞋对膝角速度的影响

膝角速度主要反映单位时间内膝关节摆动的快慢。只在摆动中脚尖最低时刻，硬底鞋比其他两双鞋的角速度要大，摆动得要快于其他两双鞋。如图5-18所示。

图5-18　穿不同鞋步行阶段角速度的变化

(七)穿不同鞋对脚后跟高度的影响

脚后跟的高度，根据方差分析可知，在行走周期的各个时相中穿不同鞋都有差异。硬底鞋在脚尖离地刻突然降低，在脚跟着地刻、全掌着地刻和摆动中膝角最大时刻，都是软底鞋和硬底鞋存在明显差异，而在脚尖离地刻、摆动中膝角最小时刻和摆动中脚尖最低时刻都是软底鞋和其他两双存在明显差异，在脚尖离地刻是中等硬底鞋与其他两双存在明显差异。如图5-19所示。

图5-19　穿不同鞋步行阶段脚跟高度的变化

在整个周期中，穿软底鞋的脚跟高度明显低于硬底鞋，而在5～10min时，软底鞋是上升的，其他两双都是下降的。在15～20min时，软底鞋是下降的，其他两双存在明显的上升趋势。根据双因素方差分析，随时间的变化脚跟高度逐渐降低，主要是由于疲劳导致肌肉力量下降。在鞋子类型方面的影响，由于鞋子硬度不同，穿三双鞋子所表现出来的脚跟高度也不同，但只有软底鞋和硬底鞋存在明显差异。

在摆动中膝角最大时刻，脚后跟的高度受时间的影响不大，主要是受鞋子类型的影响，出现不同的趋势，而最显著的是硬底鞋子。在15～20min时，前两双上升趋势明显，硬底鞋下降。在20～25min时，硬底鞋保持不变，其他两双有显著的下降趋势。在50～55min时，硬底鞋出现稍微的上升，另两双鞋下降。如图5-20所示。

图5-20　穿不同鞋脚跟着地刻与摆动中膝角最大时刻脚跟高度的时间-鞋交互变化图

(八)穿不同鞋对脚尖高度的影响

脚尖离地刻高度的变化，根据数据分析，在行走周期中只在全掌着地刻无明显差异。在脚跟着地刻，穿中等硬底鞋子脚尖离地刻的高度和其他两双明显不同，在脚跟离地刻，硬底鞋和其他两双存在明显差异，而在摆动中膝角最小时刻和摆动中脚尖最低时刻，穿软底鞋的脚跟高度和中等硬底鞋明显不同。在摆动中膝角最大时刻，硬底鞋和软底鞋有明显差异。总体看来，硬底鞋的脚尖高度变化最大。如图5-21所示。

图5-21　穿不同鞋步行阶段脚尖高度变化

总的来说，脚尖高度随时间的变化有下降趋势，穿硬底鞋子脚尖高度变化明显，但三双鞋子之间都存在明显差异。在5～10min时，软底鞋与硬底鞋两双上升，中等硬底鞋的脚尖高度下降。在25～30min时，中等硬底鞋脚尖高度降低，其他两双上升。30～35min时，软底鞋脚尖高度下降而中等硬底鞋上升，硬底鞋保持不变。在摆动中脚尖最低时刻、脚尖离地刻和脚跟着地刻，脚尖高度受鞋子类型的影响较大，同时也受双因素时间和鞋子类型的交互影响。

脚跟离地刻，中等硬底鞋和前两双存在明显差异:在0～5min时，中等硬底鞋脚尖高度上升，其他两双下降明显。5～10min时，中等硬底鞋下降，其他两双鞋的脚尖高度上升。在25～30min时，中等硬底鞋的脚尖高度上升显著。而接下来5min，中等硬底鞋的脚尖高度开始降低，其他两双鞋的脚尖高度上升。如图5-22所示。

(九)穿不同鞋对踝关节角度变化的影响

穿软底鞋的踝关节角度最小，根据方差分析可知，踝在整个步行周期中，仅有全掌着地刻无明显差异。在脚跟着地刻穿三双鞋相互之间的踝角度都存在明显差异;在脚跟离地刻、脚尖离地刻和摆动中膝角最小时刻，穿硬底鞋和软底鞋、中等硬底鞋两双鞋时踝角度存在明显差异;在摆动中脚尖最低时刻和摆动中膝角最大时刻软底鞋和中等硬底鞋存在明显差异。如图5-23所示。

图5-22　穿不同鞋脚跟离地刻与脚尖离地刻脚尖高度的时间-鞋交互变化图

在全掌着地刻，踝角度的变化受与时间和鞋子的双因素影响较明显。在0～5min时，中等硬底鞋呈下降趋势，其他两双上升。在25～30min时，中等硬底鞋上升显著，软底鞋下降明显，而硬底鞋保持不变。在35～40min时，与25～30min的趋势基本相同。由于长时间的步行导致的疲劳，从脚尖过渡到全掌的时间就比较长。

图5-23　穿不同鞋步行阶段踝角度

在脚跟离地刻，时间和鞋子的双因素对踝关节影响相当显著。在10～15min时，硬底鞋子上升明显，其他两双是下降趋势。在40～45min时，硬底鞋上升，中等硬底鞋保持不变，软底鞋一直降到结束。而硬底鞋在55～60min时又出现一个反弹上升，而中等硬底鞋是降低的。如图5-24所示。

图5-24　穿不同鞋全掌着地刻与脚跟离着地刻踝角度的时间-鞋交互变化图

(十)穿不同鞋对脚跟高度和脚尖高度的关系

通过双因素方差分析，我们发现只有脚尖、脚跟高度、膝角和踝角与时间及鞋底硬度的交互关系最大，由此，我们针对以上四个变量再具体分析。

通过脚尖与脚跟高度图可知，穿硬底鞋的差异最大，主要表现在摆动中膝角最大时刻脚尖高度与脚跟高度较其他两双鞋降低明显。如图5-25所示。

图5-25

图5-25　穿不同鞋的步行脚尖与脚跟高度图

(十一)穿不同鞋对膝角和踝角的关系

踝关节在穿软底鞋时，起脚慢，要靠踝关节的推动前进(腓肠肌工作活动加大)，软底鞋在足尖离地时刻跖屈最大。

在足跟离地到足尖离地刻穿软底鞋子膝角度接近170°，而中等硬底鞋是180°。硬底鞋则是介于二者之间。他们的变化原理基本与全掌着地刻相同。

在足尖离地到加速摆动之间的踝角的峰值在三双鞋子之间存在较大差异，最主要的是硬底鞋子踝角度峰值的后移，其主要原因是穿硬的鞋子冲量比较大，用力较小，折叠较快，即腿的摆动幅度较快，步幅较小，大腿摆动较快，幅度较小，因此穿硬底鞋子的踝角峰值会后移。而它们的大小变化主要由被试者所穿鞋子的适应性与舒适性决定的。在摆动中膝角最小时刻到摆动中脚尖最低时刻，穿硬底鞋与软底鞋膝角的变化接近110°，而中等硬底鞋则稍大于120°。如图5-26所示。

图5-26　穿不同鞋的步行膝角和踝角的关系图