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鞋头向上翘起对足部功能有什么影响?

发布时间:2023-02-16 浏览量:1044

现代的鞋有一个特征——鞋子前部的鞋底有向上翘起的设计。这让我们的脚趾跖屈。这种“脚趾弹簧”式的设计,为了方便足部的向前滚动,但脚趾弹簧也可能对自然足部功能产生一些影响。

研究在一项对照实验中研究了“脚趾弹簧”对足部生物力学的影响,参与者穿着脚趾区域曲率不同的,特别设计的凉鞋,模拟10至40度的“脚趾弹簧”。使用逆向动力学技术,实验发现脚趾弹簧会改变关节力矩和脚趾工作。脚趾弹簧的曲率越大,对行走时的肌肉工作要求越低。实验结果有助于解释为什么“脚趾弹簧”是鞋子的普遍特征,也表明了脚趾弹簧可能会导致脚部肌肉的减弱,并可能增加患足底筋膜炎的风险!

脚趾弹簧描述的是鞋底前部分向上的曲线。(A) 跖骨头处的向上弯曲使脚趾跖屈。(B) 定制了不同程度的脚趾弹簧角度的凉鞋,以模仿市售鞋中常见的脚趾弹簧的硬度和形状。(C) 凉鞋用最少的绳索鞋带固定,可以用扣子调整,不影响动作捕捉的标记的位置。

在行走的推进阶段,脚趾相对于脚的其他部分在跖趾关节(MTP)的背屈,是人类高效地双足行走和跑步的关键进化特征。(A) 跖趾关节的背屈让脚更有韧性——脚趾的背屈在足底肌腱中产生张力。(B) 在推进阶段,跖骨头和远端趾骨是足与地面的唯一接触点,即承重点。因此,地面反作用力(vGRF)作用在距MTP关节中心一定距离的远端趾骨上,产生一个力矩,导致MTP关节背屈。(C)内在的屈肌在结束站立阶段时,是激活的,这平衡了跖趾关节的背屈力矩(以r为作用屈肌的杠杆臂)。

▲ 足部固有肌肉(intrinsic foot muscles)


足部固有肌肉在稳定前足方面,发挥着重要作用,这些肌肉的薄弱或功能障碍可能与足底筋膜炎等各种过度使用的伤害有关。从病因上讲,足底筋膜炎是由足弓的过度和重复性负荷引起的损伤。

▲ A-B:足横弓、B-C外侧足纵弓、 A-C内侧足横弓



足底筋膜炎可能与足部肌肉薄弱有关,这些肌肉不够强壮,不能提供足部的稳定性,因此增加了包裹跖趾关节的足底筋膜的压力,可能影响其稳定性。一些证据表明,脚部肌肉的薄弱有可能是现代鞋特点造成的,它支持了足弓并让足被动地变硬。与习惯穿现代鞋的人相比,习惯穿极简鞋的人的足部固有肌肉具有较大的横截面积,纵向足弓的动态硬度较高。因此,足部固有肌肉薄弱可能是由于足部没有完全适应现代鞋而造成的,人类穿鞋的历史并不长。早期的鞋没有足弓支撑、缓冲和其他支持性功能,而这些功能又可以提高舒适度,减少足部肌肉的工作。

实验表明,在行走的推进期间,脚趾弹簧减少了对跖趾关节的负荷。因为脚趾弹簧会减少跖趾关节的总旋转范围。与此相关的是,我们发现更大角度的脚趾弹簧推迟了足中心压力(Center of Pressure,COP)通过MTP关节中心的时间,并减少了足中心压力在MTP关节前的移动距离。由于这些运动学上的变化,相应的关节力矩和由此产生的负功都有所下降。


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最后,脚趾弹簧可以通过减少足部肌肉的工作量来增加舒适度,但它们可能会增加对足底筋膜炎和其他足部相关问题的敏感性。尽管如此,还需要更充分地探究脚趾弹簧对足部功能和整体步态的影响。未来的研究可能会结合鞋垫、鞋的硬度与缓冲等其它鞋履功能来探索脚趾弹簧的影响。

Sichting, F., Holowka, N.B., Hansen, O.B. et al. Effect of the upward curvature of toe springs on walking biomechanics in humans.SciRep10,14643(2020).https://doi.org/10.1038/s41598-020-71247-9


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