目的:行走和负重是人类日常生活中常见的行为,如上学、购物、上班、体育锻炼、劳动行为、军事活动等日常生活都会涉及到行走和负重现象。当人体长期行走和负担过重行走时,步态将产生一定程度的变化,对足部结构和下肢关节等将产生不利的影响。本研究的目的是分析人体正常步态下行走和负重行走时足底压力、下肢肌肉表面肌电信号及下肢关节转动的变化规律,以丰富当前中国正常人步态特征数据库,为临床诊断、康复治疗、运动训练的效果评价提供参考;本文还探究了通过足底压力检测定量分析畸形造成的足部病理状态,以期为临床诊断治疗和康复提供精准的数据参考。方法:(1)用足底压力测试系统和表面肌电仪分别测量28名健康青年男性以各自优选速度赤足行走30分钟前后足底压力分布和股二头肌、股直肌、胫前肌、腓肠肌外侧表面肌电信号。(2)用三维测力平衡系统、三维运动捕捉系统及表面肌电仪同步测试9名健康青年男性在不同负重形式(背包、单手提)下和负重重量(分别为受试者体重的0%、5%、10%、15%、20%)下赤足行走时的地面反作用力(GRF)、下肢肌肉(左右侧胫前肌、腓肠肌外侧头)肌电信号和下肢关节(髋、膝和踝)运动学和动力学参数(3)用足底压力测试系统对高足弓和拇外翻患者的足底压力分布进行了测试和分析。结果:(1)平地自然行走开始时和30分钟行走后,峰值压强、冲量等各特征参数均存在着左、右侧的差异(P<0.05),不同参数的左右侧差异分别体现在足底不同区域,而在跖骨区M3、M4、M5处,各参数均表现出左侧大于右侧;行走前后左侧胫骨前肌、腓肠肌、骨直肌与股二头肌的表面肌电信号sEMG的积分肌电值iEMG均大于右侧;行走前后左侧胫骨前肌、腓肠肌的表面肌电信号sEMG的平均功率频率MPF大于右侧(P<0.05)。30分钟行走后,右足脚趾区Toe2-5的峰值压强降低(P<0.05);各肌肉表面肌电iEMG无显著性变化,左侧股直肌的表面肌电信号的MPF显著性下降;峰值压强与身高、体重均呈弱相关。(2)背包和单手提负重赤足行走时地面反作用力GRF的特征参数Fz1、Fz2、Fz3均随着负重重量的增加而显著增大,且Fz3大于Fz1,均大于受试者体重。背包和单手提负重时Fz1、Fz2、Fz3没有统计学差异;背包和单手提负重行走时胫前肌和腓肠肌的iEMG负重重量达到15%时开始出现显著性增大,背包和单手提负重时iEMG没有统计学差异;背包和单手提负重行走时髋关节的屈曲角度、踝关节的背屈角度在负重15%时开始出现显著增加;膝关节的屈曲角度只在20%负重时显著性增加;背包和单手提负重时下肢各关节角度没有显著性差异。GRF与负重重量的相关性为0.95以上;下肢肌肉SEMG的IEMG与负重重量的相关系数为0.89以上;关节转动与负重重量的相关系数为0.75以上。(3)对于足弓高患者,右足全足外翻,右足第一跖骨受力明显增加;对于拇外翻患者右侧第一趾骨受力明显减小,双足内翻。结论:本实验中,(1)正常人自然行走中,足底压力和下肢表面肌电均具有左右侧的差异;30分钟自然行走尚未导致足底压力出现明显疲劳状态的相应结果,因此自然行走30分钟可以维持步态的稳定性;30分钟行走将导致左侧股直肌出现疲劳。(2)负重将导致GRF增加,腓肠肌、胫前肌收缩强度、下肢关节角度在负重较大时才出现显著性增加;负重重量不超过20%时负重形式(双肩背包与单手提重物)对足底压力、下肢肌电信号和关节转动没有显著性差异。(3)通过足底压力检测可以对畸形而造成的足部内、外翻程度及足底压力分布的异常程度进行定量的描述和分析,为临床诊断治疗和康复提供精准的数据参考。