老年人鞋具穩(wěn)定性功能的研究進展

李蜀東，馬加彬，李建設，顧耀東

（1.寧波大學 體育學院，浙江 寧波315211；2.浙江體育職業(yè)技術學院，浙江 杭州311231）

0 前 言

跌倒在老年人群中是比較常見的現(xiàn)象，在這個年齡段由跌倒引起的發(fā)病率和死亡率都很高。平衡能力和神經肌肉系統(tǒng)能力隨著年齡的增加而退化，是許多老年人跌倒的重要原因［1］。鞋是老年人在室內外引起摔倒的一個危險因素［2、3］，無論老年人以什么標準來選擇他們的鞋子，鞋的類型或某些特點總是與意外摔倒有著密切的聯(lián)系。因為改變鞋底和地面間摩擦條件，可以改變腳和踝對身體的體覺反饋［4］。如今鞋的外觀款式成了設計中最主要的考慮因素，而保護足、利于行走等最初、最基本的作用卻被放在其次［4，5］。正因如此，人們對能夠保證老年人在參加活動或家中行走安全的鞋所應具備的要素知之甚少［6］，在對社區(qū)老年人的一項調查研究中發(fā)現(xiàn)，接近1/3超過65歲的老年人有過摔倒的經歷［7］。預防跌倒已經成為醫(yī)學研究的一個重中之重。再加上鞋對于摔倒來說是一個可變性很強的風險因素，所以找到影響或改變鞋平衡的關鍵區(qū)域是十分重要的。這對于設計增加行走穩(wěn)定性功能鞋的開發(fā)提供了很好的理論支持。

1 裸足狀態(tài)與穩(wěn)定性

裸足或者只穿襪子行走出現(xiàn)摔倒的概率要比穿著運動鞋或者帆布鞋高11倍［8］。一項對176位有摔倒經歷的退休鄉(xiāng)村老年人的研究發(fā)現(xiàn)，他們在室內摔倒的概率大大高于室外（50∶36）。結果同樣發(fā)現(xiàn)裸足行走或者穿襪子行走增加了摔倒的風險（比值為13.7）［9］。另外，Larsen等［10］還發(fā)現(xiàn)穿襪子或拖鞋在室內行走與年齡超過66歲的女性出現(xiàn)摔倒有著很強的相關性。

裸足要比穿鞋更能增加本體感覺和足底感覺對身體姿勢的控制［11］。但是這并不意味著裸足比穿鞋更利于維持身體的平衡，尤其對那些從小習慣于穿鞋的人來說［12］。Stacoff等［13］研究橫向移動對穩(wěn)定性的影響時發(fā)現(xiàn)，與裸足相比，鞋子可以在腳后跟剛接觸地面時給距跟關節(jié)軸提供更加安全的關節(jié)力矩（圖1），有效地預防跌倒的發(fā)生。在Robbins等［14］的研究中，要求年輕和老年受試者站上一種特制的可以改變傾斜角度的載重表面，他們需要判斷他們腳下這種特殊裝置的傾斜角度和程度。裸足時，老年受試者的關節(jié)位置感覺比年輕受試者低了162%，腳底感覺敏感度的下降很有可能與年齡的增長有關。穿運動鞋時，年輕和老年實驗組對關節(jié)角度估計的平均誤差都有所增加，所以該研究得出結論:穿鞋時的確會降低受試者的觸覺感受性。此外，對社區(qū)老人受試組在橫梁上行走來估計腳底仰角的實驗中，裸足行走比穿鞋行走產生的誤差要?。?5］。

1 裸足與穿鞋狀態(tài)側向移動比較

正如前面所說，超過1/4的社區(qū)老人是在室內裸足行走的［16］，這與摔倒的概率如此之高有著密切的聯(lián)系［8，9］。 因此，找出裸足和穿鞋狀態(tài)下對老年人平衡的影響是至關重要的。Arnadottir和Mercer［17］在對裸足與穿鞋對老年女性（n＝35）行走速度的研究中，發(fā)現(xiàn)穿鞋的老年人在10m的行走測試中能以更快的速度和更短的時間完成。這也許是因為鞋子能增強對腳底震動的吸收，增加舒適感。

進一步的研究，要求社區(qū)老年人在裸足和穿不同鞋底結構的鞋在7.8cm寬的橫梁上行走，結果顯示，裸足比穿鞋在橫梁上行走失誤的概率要高［15，18］。雖然大家都認為，在潮濕或者光滑的室內表面上裸足或只穿襪子行走會使摔跤的風險大大增加［9］，但沒有研究和數(shù)據(jù)顯示老年人裸足或穿襪子在諸如光滑的木質地板之類的表面上行走時有摔跤的風險。裸足或只穿襪子在地毯上行走時也許會因為摩擦力太大而導致老年人摔跤，對此還需更加深入地研究。最后，Burnfield等［19］發(fā)現(xiàn)老年人裸足行走比穿鞋行走足底所承受的峰值壓力明顯要大，這樣就會增加足部損傷的風險，所以老年人應盡量避免裸足行走。

2 鞋底緩沖性能與穩(wěn)定性

鞋類中底具有減震緩沖以及在跑步中避免運動損傷的功能和作用［20］，研究主要針對鞋中底的不同厚度和硬度對老年人穩(wěn)定性的影響。一項關于25位老年男性對鞋底中層的不同軟硬度及不同高度（圖2）對平衡影響的研究，發(fā)現(xiàn)太軟和太硬的中底（shore A－15的軟底，shore A－58的硬底）對平衡控制會有很大的負面影響，測試中也較容易從較窄的橫梁上掉下來［18］，在對年輕一點的男性進行了同樣的測試，也得出了相同的結果［21］。老年男性普遍認為在不同的硬度（shore A－15，33，50）和厚度（腳后跟部位13mm，第一跖趾關節(jié)部位6.5mm和腳后跟部位27mm，第一跖趾關節(jié)部位16mm）中，具有軟而厚的中底的鞋更加舒適［18］，這也許是因為軟而厚的中底能更加平均地分配著地時的足底壓力。足底壓力的平均分配，被認為會降低腳底的觸覺反饋從而影響對平衡的控制。作者還認為這種軟的中底會在力學結構上不穩(wěn)定，在受到擠壓時會使前腳部分產生晃動，改變踝關節(jié)的角度。

Sekizawa等［22］在對20名年輕男性進行足背屈站立測試時，也發(fā)現(xiàn)了厚鞋墊的鞋（腳后跟部位50mm，第一跖趾關節(jié)部位30mm）與裸足相比在關節(jié)位置感覺方面的劣勢。另外，Perry等［23］對年輕受試者裸足和穿著三種不同硬度（shore A－15，33，50）鞋墊的鞋進行了隨機的急停測試。他們發(fā)現(xiàn)，與硬度較大的中底相比，柔軟的中底能顯著的減少內外側的質量分布。Sekizawa等［22］對柔軟中底急停對矢狀面的平衡控制影響的測試中發(fā)現(xiàn)，在急停的站立末期，柔軟的中底與裸足相比，會使壓力中心和質量中心更加靠近并且使垂直方向負荷承載率明顯增加。Perry等［23］總結，鞋底過于柔軟會威脅老人行走站立的穩(wěn)定性，因為穿著柔軟的鞋底在急停時，需要更強的肌肉活動來維持平衡。

亦有研究圍繞著年齡和鞋子對關節(jié)角度感覺的影響展開，軟而厚的鞋底會降低關節(jié)位置的感覺從而影響穩(wěn)定性［14］。這個觀點在隨后更加多樣化的測試條件下得到了證實。一個由13位年輕和13位老年人組成的受試組的實驗中，每位受試者分別穿著不同厚底和不同硬度中底的鞋在一條橫梁上行走，估計他們腳與地面的最大夾角，再將受試者對角度估計的誤差統(tǒng)計出來。老年受試者不管穿什么硬度或厚底中底的鞋，對腳位置的感知能力平均比年輕受試者大約差了200%［15］。與之前的結果相似，厚且軟的中底的鞋在平衡方面的表現(xiàn)最差，特別是對于老年人效果更加明顯［18］。對腳部位置判斷的失誤隨著中底厚度的增加而增加，而與中底的硬度成負相關。對平衡的控制越好的受試者對腳位置的判斷就更加準確。

Robbins等［24］為了能將舒適度與平衡性更好地結合起來，對軟且低彈性的材料進行了姿勢擺動測試。Robbins等認為這種柔軟、低彈性的材料在腳與地面發(fā)生相互作用時能一直保持穩(wěn)定的被壓縮狀態(tài)，這樣就能減輕高彈性鞋墊引起腳的前部在著地時過度擺動的現(xiàn)象?？偟脕碚f，現(xiàn)在的觀點越來越傾向于用低回彈性材料做鞋墊比高彈性材料更加舒適。與這些結果相似，舒適穩(wěn)定的鞋底被認為應該是相對較薄、較硬且回彈性低的材料。但是，在站立時對受試者姿勢擺動和傾斜平衡的測試中，對受試者的最大擺動范圍和協(xié)調穩(wěn)定性統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，中等硬度鞋墊（shore A－42）和高硬度鞋墊（shore A－58）在42位老年女性的測試中并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的差異。但是，對于本研究中較軟的鞋底對平衡有負面作用的結論來說，也不至于造成明顯的影響［25］。正因如此Menant等［26］對29位老年受試者用三種不同硬度的鞋墊（shore A－25，40，58）進行了姿勢搖擺，傾斜平衡，標準步速反應時間三項測試，但沒有發(fā)現(xiàn)明顯的差異。

總而言之，鞋底或中底的軟硬程度對站立時的平衡影響并不大。但是，厚而軟的中底在行走時會降低足部的本體感覺，改變對足部的機械支撐，這樣就會影響穩(wěn)定性，在一些平衡性能的試驗中，這種中底會對穩(wěn)定性造成更加嚴重的影響［23］?，F(xiàn)在流行病學研究還不能確定鞋底的硬度和厚底是導致老年人摔倒的因素［27］。所以中底硬度和厚底對于平衡影響，還需要進一步的研究。

3 防滑特性

滑倒和絆倒是老年人跌倒最常見的形式［2］，70歲以上社區(qū)健康老人中有17%的摔倒是有由腳底打滑引起［28］。在室內不穿鞋很容易導致滑倒，裸足行走或只穿襪子行走對老年人來說摔倒的風險比穿鞋時行走高出了十倍［8，9］。此外，寒冷的氣候下，在冰面與雪面上滑倒受傷的幾率是非常高的。Bjornstig等［29］在瑞典一個小鎮(zhèn)為期一年的研究發(fā)現(xiàn)，在冰面或雪地里因滑倒、摔倒而造成受傷的意外中，有34%的年齡在50至79歲之間，摔倒的主要原因可以歸結為缺少具有防滑功能的鞋底。對于老年人來說，年齡的增長會造成本體感覺和肌肉力量的下降，導致由打滑而造成的摔倒概率增加。所以一雙擁有良好防滑性能的鞋，對老年人的安全保障具有重要作用［30］。

通過增加鞋底的支撐面積（圖3）以增加鞋具內外側的支持力［31］，這種設計充分考慮到了老年人對鞋具的需求?，F(xiàn)在對于這種結構鞋的研究大多都建立在防止運動損傷的背景下［32，33］。在訓練實踐中發(fā)現(xiàn)，與一般的訓練鞋相比，這種外展鞋底的低邦訓練鞋可以有效的減少整個足在鞋具內部的滑動。而且，這種向外展開的鞋底在側向移動急停時，為穿著者（年輕受試者）提供了更長的支持力臂，還可以有效地降低距下關節(jié)的反向運動［33］。在對14名男性受試者穿著外展鞋底的跑鞋進行跑步測試時發(fā)現(xiàn)，著地初始階段腳的外展程度出現(xiàn)顯著增加，但是對在整個內旋程度和觸地時的最大壓力沒有明顯影響［32］。Menant在研究行走時這種外展鞋底對老年人（n＝29）平衡的影響時發(fā)現(xiàn)，穿著這種外展鞋底行走時并沒有表現(xiàn)明顯的維持平衡的能力［26］。不管這種外展鞋底對于步態(tài)平衡的影響是正面還是負面，但這種結構的功能和影響，尤其是對老年人的功效還有待進一步發(fā)掘。

圖3 外展型鞋底結構

Gard和Lundborg于冬季在瑞典致力于防止在戶外滑倒的研究。他們發(fā)明出了許多對老年人有幫助的防滑裝置［34］。Gard和Lundborg對老年受試者在五種不同的平整表面（冰沙界面、冰碎石界面、冰雪界面、冰鹽界面和冰面）上進行的簡單行走測試，證明了他們的研究成果［34］。其中一種應用于鞋跟上的防滑裝置，被證明是這幾種裝置中效果最好的，對保障行走的安全與維持平衡有顯著的效果；而且，與前腳或全腳的防滑裝置相比，長時間穿著也不會對行走時的步態(tài)與姿勢造成明顯的影響。也就是說，在腳跟位置上設計防滑裝置是首選的，因為它能在行走時提供更好的平衡和安全［35］。一項對一種環(huán)繞在鞋墊的周圍彈性網面（Yakrax Walker）對步態(tài)穩(wěn)定性影響的研究，該測試利用具有這種彈性網面材料的鞋對年齡在65歲以上的社區(qū)老人進行了戶外的防滑試驗［36］，與控制組相比，這種有網面鞋底裝置的的鞋在戶外運動中出現(xiàn)側滑、摔倒及出現(xiàn)跌倒損傷的概率要分別低50%、45%和13%。因此這種裝置可以為在冰面上跌倒這一問題提供一種實用而又經濟的解決方案。

Gao等［37］對4種不同鞋墊材料、鞋底硬度、粗糙程度的防滑鞋具進行測試中，發(fā)現(xiàn)了鞋底粗糙度與摔倒具有顯著的相關性。根據(jù)一系列不同橡膠鞋底在潮濕界面、油面和冰面的防滑測試，Manning和Jones得出，為了減小跌倒的風險，應該避免地板涂蠟，這樣會減小鞋底與地板之間的摩擦系數(shù)［38］。進一步的研究顯示，橡膠后跟有10°的傾斜角度（圖4）時，與平整的后跟相比可以讓腳后跟在著地時與地面有更大的接觸面積，這種傾斜的后跟在干燥和潮濕的地面上都能提供更好的防滑性能［39］。在潮濕的地面上，胎面花紋的鞋底能讓后跟在有水的地面上接觸時，增大摩擦系數(shù)，產生更大的抓地力［11］。

圖4 腳后跟部位鞋切面防滑效果示意

Menz等［40］運用相似的研究方法也得出了類似的結論，他們對不同類型鞋跟的牛津鞋（一種低跟綁帶鞋）進行了測試。在室內干燥的界面上這些鞋都能提供足夠的摩擦系數(shù)，不過鞋跟稍帶傾斜的鞋表現(xiàn)出的防滑功能最突出。另外相對寬一些的鞋跟表現(xiàn)出更加突出的防滑效果，而女士鞋由于后跟太窄而沒有能夠提供更加安全的防滑性能。另外，胎面花紋的鞋底在垂直方向上可以提供最大的摩擦系數(shù)，但是，在油面的環(huán)境下，即使是胎面花紋也沒有達到足夠安全的摩擦系數(shù)［41］。

Connell和Wolf提出了不同的觀點，他們分析了兩起由于腳與地面間的摩擦力過大而導致的摔倒事件。這兩起事件中，老年受試者由于鞋底與地面的摩擦過大，使下肢以腳為支點向前旋轉，導致失去了平衡［3］。Menz等［9］認為，雖然對鞋底的防滑性能和地面的摩擦系數(shù)進行單獨考慮時都在正常范圍之內，但是當把這兩種都符合要求的介質組合到一起時就有可能導致摩擦系數(shù)過大。對于老年人來說，鞋底或地面的摩擦力未必是越大越好。尤其對那些經常拖著腳走路的老年人或者帕金森患者來說，這種過大的摩擦力會威脅到他們行走的穩(wěn)定性。對于習慣于拖著腳走路的老年人來說，相對光滑的表面比那些具有超高摩擦系數(shù)的界面更加安全。拖著腳走路的姿勢，腳趾與地面的間隙十分小，這樣當他們通過表面不規(guī)則的界面或者高摩擦系數(shù)的表面時就容易被絆倒。

4 小 結

制鞋技術和防跌倒研究已有很多改進，但這個問題現(xiàn)在仍然沒有解決。老年人最好穿著低跟型鞋具行走，高跟型鞋具會造成老年人行走姿勢的改變且不利于平衡，肯定伴隨著跌倒的風險加大。至于鞋墊的軟硬程度，老年人應該選擇較硬的薄鞋墊鞋，因為較軟的鞋墊（硬度小于shore A－33）在一些大強度的步態(tài)測試中會對平衡的控制產生負面影響。此外，有數(shù)據(jù)可以證明胎面鞋底和具有腳后跟斜面的鞋底可以在濕滑的表面起到提升防滑性能的作用。今后相關的研究方向，應該通過各種有效的測試，系統(tǒng)地研究鞋底結構和外展型鞋底對老年人平衡的影響。另外，臨床研究中應該強調鞋墊的防滑功能，因為它能防止室內的摔倒發(fā)生。最后，足部的本體感覺對平衡控制的影響，有待進一步的深入。

［1］Lord SR，Sherrington C，Menz HB.Falls in older people:Risk factors and strategies for prevention［M］.2nd ed.Cambridge（England）:Cambridge University Press，2001.

［2］Berg WP，Alessio HM，Mills EM，Tong C.Circumstances and consequences of falls in independent community dwelling older adults［J］.Age Ageing.1997，26（4）:261－268.

［3］Connell BR，Wolf SL.Environmental and behavioral circumstances associated with falls at home among healthy elderly individuals［J］.Atlanta FICSIT Group.Arch Phys Med Rehabil，1997，78（2）:179－186.

［4］McPoil TG.Footwear［J］.Physical Therapy，1988，68（12）:1857－1865.

［5］郝琦，李建設，顧耀東.裸足與著鞋下跑步生物力學及損傷特征的研究現(xiàn)狀［J］.體育科學，2012，32（7）:125－128.

［6］Guidelines for the prevention of falls in older people.American Geriatrics Society，British Geriatrics Socie ty，and American Academy of Orthopaedic Surgeons Panel on Falls Prevention［J］.J Am Geriatr Soc，2001，49（5）:664－672.

［7］Tinetti ME，Speechley M，GINTER SF.Risk factors for falls among elderly persons living in the community.N Engl J Med，1988，319:1701－1707.

［8］Koepsell TD，Wolf ME，Buchner DM，Kukull WA，et al.Footwear style and risk of falls in older adults［J］.J Am Geriatr Soc，2004，52（9）:1495－1501.

［9］Menz HB，Morris ME，Lord SR.Footwear characteristics and risk of indoor and outdoor falls in older people［J］.Gerontology，2006，52（3）:174－80.

［10］Larsen ER，Mosekilde L，F(xiàn)oldspang A.Correlates of falling during 24hamong elderly Danish community residents［J］.Preventive Medicine，2004，39（2）:389－398.

［11］李建設，顧耀東，陸毅琛，王永祥.運動鞋核心技術的生物力學研究［J］.體育科學，2009，29（5）:40－75.

［12］馬加彬，李蜀東，顧耀東，李建設.不穩(wěn)定結構鞋具的運動生物力學研究進展［J］.浙江體育科學，2012，34（4）:125－128.

［13］Stacoff A，Steger J，Stüssi E，Reinschmidt C.Lateral stability in sideward cutting movements［J］.Med Sci Sports Exerc，1996，28（3）:350－358.

［14］Robbins S，Waked E，McClaran J.Proprioception and stability:Foot position awareness as a function of age and footwear［J］.Age Ageing，1995，24（1）:67－72.

［15］Robbins S，Waked E，Allard P，McClaran J，et al.Foot position awareness in younger and older men:The influence of footwear sole properties［J］.J Am Geriatr Soc，1997，45（1）:61－66.

［16］Munro BJ，Steele JR.Household－shoe wearing and purchasing habits.A survey of people aged 65years and older［J］.J Am Podiatr Med Assoc，1999，89（10）:506－514.

［17］Arnadottir SA，Mercer VS.Effects of footwear on measurements of balance and gait in women between the ages of 65and 93years［J］.Phys Ther，2000，80（1）:17－27.

［18］Robbins S，Gouw GJ，McClaran J.Shoe sole thickness and hardness influence balance in older men［J］.J Am Geriatr Soc，1992，40（11）:1089－1094.

［19］Burnfield JM，F(xiàn)ew CD，Mohamed OS，Perry J.The influence of walking speed and footwear on plantar pressures in older adults［J］.Clin Biomech，2004，19（1）:78－84.

［20］丘理.生物力學技術在制鞋領域的應用［J］.中國皮革，2004（2）:120－121.

［21］Robbins S，Waked E，Gouw GJ，McClaran J.Athletic footwear affects balance in men［J］.Br J Sports Med，1994，28（2）:117－122.

［22］Sekizawa K，Sandrey MA，Ingersoll CD，Cordova ML.Effects of shoe sole thickness on joint position sense［J］.Gait Posture，2001，13（3）:221－228.

［23］Perry SD，Radtke A，Goodwin CR.Influence of footwear midsole material hardness on dynamic balance control during unexpected gait termination［J］.Gait Posture，2007，25（1）:94－98.

［24］Robbins S，Waked E，Krouglicof N.Improving balance［J］.J Am Geriatr Soc，1998，46（11）:1363－1370.

［25］Lord SR，Bashford GM，Howland A，Munroe BJ.Effects of shoe collar height and sole hardness on balance in older women［J］.J Am Geriatr Soc，1999，47（6）:681－684.

［26］Menant JC，Steele JR，Menz HB，Munro BJ，et al.Effects of footwear features on balance and stepping in older people［J］.Gerontology，2008，54（1）:18－23.

［27］Tencer AF，Koepsell TD，Wolf ME，F(xiàn)rankenfeld CL，et al.Biomechanical properties of shoes and risk of falls in older adults［J］.J Am Geriatr Soc，2004，52（11）:1840－1846.

［28］Hill K，Schwarz J，F(xiàn)licker L，Carroll S.Falls among healthy，community－dwelling，older women:A prospective study of frequency，circumstances，consequences and prediction accuracy［J］.Aust N Z J Public Health，1999，23（1）:41－48.

［29］Bjornstig U，Bjornstig J，Dahlgren A.Slipping on ice and snow—Elderly women and young men are typical victims［J］.Accid Anal Prev，1997，29（2）:211－215.

［30］Gao C，Abeysekera J.A systems perspective of slip and fall accidents on icy and snowy surfaces［J］.Ergonomics，2004，47（5）:573－598.

［31］李媛，李建設，陳佳佳.高跟鞋－步態(tài)－損傷之生物力學研究［J］.浙江體育科學，2010，32（1）:125－128.

［32］Nigg BM，Morlock M.The influence of lateral heel flare of running shoes on pronation and impact forces［J］.Med Sci Sports Exerc，1987，19（3）:294－302.

［33］Stacoff A，Steger J，Stussi E，Reinschmidt C.Lateral stability in sideward cutting movements［J］.Med Sci Sports Exerc，1996，28（3）:350－358.

［34］Gard G，Lundborg G.Test of Swedish anti－skid devices on five different slippery surfaces［J］.Accid Anal Prev，2001，33（1）:1－8.

［35］Gard G，Berggard G.Assessment of anti－slip devices from healthy individuals in different ages walking on slippery surfaces［J］.Appl Ergon，2006，37（2）:177－186.

［36］McKiernan FE.A simple gait－stabilizing device reduces outdoor falls and nonserious injurious falls in fall－prone older people during the winter［J］.J Am Geriatr Soc，2005，53（6）:943－947.

［37］Gao C，Abeysekera J，Hirvonen M，Gronqvist R.Slip resistant properties of footwear on ice.Ergonomics［J］.2004，47（6）:710－716.

［38］Manning DP，Jones C.The effect of roughness，floor polish，water，oil and ice on underfoot friction:Current safety footwear solings are less slip resistant than microcellular polyurethane［J］.Appl Ergon，2001，32（2）:185－196.

［39］Lloyd D，Stevenson MG.Measurement of slip resistance of shoes on floor surfaces－Part 2:Effect of a beveled heel［J］.J Occup Health Saf，1989，5（3）:229－235.

［40］Menz HB，Lord ST，McIntosh AS.Slip resistance of casual footwear:Implications for falls in older adults［J］.Gerontology，2001，47（3）:145－149.

［41］Li KW，Chen CJ.Effects of tread groove orientation and width of the footwear pads on measured friction coefficients［J］.Saf Sci，2005，43（7）:391－405.