正常足與高弓足的足底壓力分布特征的對比研究*

劉曉飛 蘇思維 杜 森 姜雯君 宋洪強(qiáng)

1.齊魯醫(yī)藥學(xué)院，山東 淄博 255300；2. 運(yùn)動醫(yī)學(xué)研究所，山東第一醫(yī)科大學(xué)(山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院)，山東 泰安 271000

正常成人1年行走約300萬～350萬步[1]，因此足痛是一種很常見的現(xiàn)象。足痛的原因多種多樣，可能與足部畸形、足底皮膚病變、腿痛、腰痛甚至心理因素有關(guān)[2]。據(jù)估計(jì)，總?cè)丝谥懈吖闼嫉谋壤秊?0%～15%[3-4]，且他們當(dāng)中有60%都有疼痛癥狀，這被認(rèn)為與足底局部區(qū)域壓力過高有關(guān)[5-6]。高弓足的主要特征是足內(nèi)側(cè)縱弓的抬高，我們認(rèn)為，這會導(dǎo)致足中段接觸面積的減小，從而引起足底壓力整體分布的變化，直接導(dǎo)致足底某些區(qū)域壓力的增高。局部足底壓力的升高可導(dǎo)致足的病理變化及疼痛。然而，為了確定這一假設(shè)是否合理，需要將正常足和高弓足的足底壓力參數(shù)作以比較，進(jìn)而確認(rèn)兩者之間是否有明顯差異?；仡欀暗奈墨I(xiàn)，發(fā)現(xiàn)對于正常足足底壓力的分布情況缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識。一些學(xué)者認(rèn)為負(fù)載是平均分配在前足和足后的[7]，而另有學(xué)者認(rèn)為前足和足后的壓力比為3∶5[8]，1∶3[9]或后足略高于前足[10]。達(dá)成共識的是，在跖骨區(qū)，第二和第三跖骨頭承受的負(fù)載最大[11-14]。就高弓足患者而言，前足是負(fù)重最大的區(qū)域[5,6,15,16]。然而，具體的前足負(fù)重分布情況尚不清楚。因此，本研究的目的是測量并比較正常人群和高弓足患者的足底壓力分布，為高弓足患者的診斷和治療提供有價值的生物力學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本實(shí)驗(yàn)為描述性研究，共納入50名成年受試者，其中25人為高弓足，25人為正常足。高弓足組的平均年齡為(23.8±4.9)歲，平均BMI為(22.3±2.6)kg/m2。高弓足的診斷標(biāo)準(zhǔn)為影像學(xué)確認(rèn)的內(nèi)側(cè) Bartani Coata 角小于125°[17]。正常對照組的平均年齡為(26.6±8.2)歲，平均BMI為(22.1±3.0) )kg/m2。對“正常足”的診斷是基于足姿指數(shù)(Foot Posture Index，F(xiàn)PI)的評價，0～5分定義為正常足[18]。

1.2 方法

在測量過程中，測試者保持放松，呈雙腳站立姿勢，兩臂在身體兩側(cè)自然下垂?？紤]到FPI的個體內(nèi)部觀測可靠性高于個體間的觀測可靠性[19]，因此所有的測量均由同一名檢查者進(jìn)行。

1.3 觀察指標(biāo)

在FPI中使用的6個評分標(biāo)準(zhǔn)分別是距骨頭觸診、上下踝曲率、跟骨冠狀面姿勢、距舟關(guān)節(jié)凸出度、足底內(nèi)側(cè)縱弓的一致性以及前足相對于后足是內(nèi)收還是外展。每個標(biāo)準(zhǔn)在-2到﹢2之間打分，0到﹢5為正常，﹢6到﹢12為扁平足，-1到-12為高弓足[18]。該標(biāo)準(zhǔn)適用于無骨或關(guān)節(jié)退行性變、無足部手術(shù)和外傷史以及無代償性異常步態(tài)的成年人。采用Footscan足底壓力測試系統(tǒng)(2 m×0.4 m×0.02 m，16384個傳感器，500 Hz，3個/cm2傳感器)對受試者進(jìn)行動態(tài)足底壓力測試。系統(tǒng)自帶軟件將足底面積劃分為拇趾、2～4趾、第1跖骨區(qū)、第2跖骨區(qū)、第3跖骨區(qū)、第4跖骨區(qū)、第5跖骨區(qū)、足中部、足跟內(nèi)側(cè)區(qū)以及足跟外側(cè)區(qū)等10個區(qū)域。所有受試者被要求以正常的步幅和步頻赤足在測試臺上行走。研究的參數(shù)為：足底各分區(qū)的觸地面積、各跖骨區(qū)所承受的平均壓強(qiáng)、包括足趾在內(nèi)的前足(拇指+2～4趾+跖骨區(qū))所承受的壓力(壓力=平均壓強(qiáng)×觸地面積)、跖骨區(qū)承受的壓力、足中區(qū)承受的壓力以及足后跟區(qū)承受的壓力等。受試者被要求在平板上進(jìn)行至少5次標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集，5次數(shù)值的平均值作為最終的數(shù)據(jù)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

數(shù)據(jù)分析使用SPSS 17.0軟件包。使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)來確定兩組之間的差異是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為0.05。

2 結(jié) 果

表1顯示的是兩組人群足底不同區(qū)域的平均壓強(qiáng)和足底總面積的測量值(標(biāo)準(zhǔn)差)。不論是整個跖骨區(qū)還是單個的跖骨頭，高弓足實(shí)驗(yàn)組所承受的平均壓強(qiáng)都較大，除第五跖骨區(qū)外均與正常足有顯著差異。其他的足底區(qū)域除拇趾的平均壓強(qiáng)較低以外，其他區(qū)域無明顯差異。高弓足組的觸地總面積也明顯少于正常對照組。表2列出了兩組人群足底各個區(qū)域承重所占的比例。

表1 足底不同區(qū)域平均壓強(qiáng)(kPa)以及正常足和高弓足足底接觸面積(cm2)的比較

表2 正常足和高弓足壓力分布百分?jǐn)?shù)

3 討 論

足底壓力測量技術(shù)的發(fā)展使得精確細(xì)致的測量正常足和病理足的足底壓力分布成為可能。本研究的結(jié)果表明高弓足人群的前足區(qū)域承受了大部分的足底壓力(表2)。其與正常足的不同也在該區(qū)域表現(xiàn)的最為突出(表1)。盡管尚未在文獻(xiàn)中找到證據(jù)來解釋這些發(fā)現(xiàn)，但是我們的假設(shè)如下：在高弓足人群中，跖骨垂直度的增加導(dǎo)致前足區(qū)域的負(fù)荷增多[20]，尤其是在第一跖骨區(qū)。同時，足觸地總面積的減少(表1)并沒有導(dǎo)致整個足底區(qū)域壓力的重新分布，只是在前足區(qū)域產(chǎn)生了額外的壓力。一些有關(guān)正常足足底壓力分布的研究稱前足區(qū)域中第二跖骨區(qū)承重最大[12-14]，然而另有一些人不同意這一說法[21-23]。為了確定這些結(jié)果是否真的缺乏一致性，需要考慮很多的因素。首先需要確定的是受試者在實(shí)驗(yàn)時是否穿鞋，如果穿鞋，需要明確鞋跟的設(shè)計(jì)和高度以及鞋墊的緩沖度和硬度，這些因素都有可能對結(jié)果產(chǎn)生影響。其他的影響因素包括測量系統(tǒng)的不同以及在測量過程中多種變量的控制情況[13]。這也是為什么我們在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時兩組受試者都采用相同的測量方法和測量方案。測量結(jié)果表明，在兩組試驗(yàn)人群中，第二、三跖骨區(qū)所承受的壓力最大。有學(xué)者認(rèn)為第二、三跖骨位于楔形關(guān)節(jié)處，這一區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)使得它們的活動度較小，因而較難分散所承受的壓力[24]。同時我們還觀察到，與正常足相比，高弓足組除第五跖骨外，所有跖骨區(qū)所承受的壓力都明顯增大。這也是為什么普遍認(rèn)為高弓足最容易受損的區(qū)域是前足區(qū)域[7,23]。有學(xué)者研究了足痛和足結(jié)構(gòu)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)壓強(qiáng)-時間積分和足痛有很好的相關(guān)性，不論高弓足的病因是什么，其壓強(qiáng)-時間積分都較高。通過比較兩個實(shí)驗(yàn)組的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在跖骨區(qū)的壓力分布是相似的，不過高弓足人群所承受負(fù)荷的絕對值較大(表1)。本研究的發(fā)現(xiàn)之一就是足部結(jié)構(gòu)的變化并沒有改變跖骨區(qū)的壓力分布，只是在前四個跖骨頭處都產(chǎn)生了更大的壓力。

高弓足拇趾區(qū)所承受的壓力明顯低于正常足(表1)。在高弓足中，腳趾內(nèi)部的穩(wěn)定機(jī)制以及長伸肌和長屈肌的變化導(dǎo)致了爪形趾畸形[16]。爪形趾可以減輕大腳趾底的壓力，但是其機(jī)制尚不清楚。最近有研究比較了高弓足，正常足以及扁平足的足底壓力分布，發(fā)現(xiàn)高弓足腳趾處的壓力較小[25]。

從結(jié)構(gòu)上來說，由于高弓足足底觸地面積較小[26-27]，導(dǎo)致其比正常足更僵硬且更難緩沖觸地帶來的沖擊力[15,28]。有研究表明，觸地面積的減少與前足和足后單位面積上足底壓力的增加有關(guān)，而這也是導(dǎo)致下肢過勞損傷的原因之一[29]。本研究中，我們發(fā)現(xiàn)，與正常足相比，高弓足的總觸地面積明顯減少。然而其中足和足后的足底壓力變化并沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。唯一的顯著變化是前足區(qū)域足底壓力的增加。已有報(bào)道指出，當(dāng)觸地面積增大時，整足的壓力分布都有明顯的改善，尤其是在承重較大的區(qū)域[15]。相應(yīng)的，當(dāng)足的觸地面積減小時，整足的足底的壓力分布情況變差。這與本研究中觀察到的高弓足前足區(qū)域更高的壓力分布相吻合。

本研究中選定的變量是平均壓強(qiáng)，壓強(qiáng)-時間積分以及峰值壓強(qiáng)并沒有體現(xiàn)。但是，許多足底壓力參數(shù)(峰值壓強(qiáng)、平均壓強(qiáng)和壓強(qiáng)-時間積分)都有高度相關(guān)性，因此不需要描述全部的數(shù)據(jù)[30]。本研究的樣本數(shù)量較少，未來還可進(jìn)行更大樣本量的研究，使取得的結(jié)論更有說服力[31-32]。

高弓足人群足底的觸地面積明顯減小，前足區(qū)域的承重壓力也明顯增加。盡管在高弓足中跖骨區(qū)的足底壓力的絕對值明顯增加，但是跖骨區(qū)的壓力分布比例與正常足是類似的。在臨床實(shí)踐中，不論是使用矯形器械還是鞋墊，都應(yīng)以增加足底接觸面積并減少前足區(qū)域的負(fù)載為目標(biāo)。同時，在治療高弓足時，要做好負(fù)載增高區(qū)域的監(jiān)測、評估、保護(hù)和治療工作，減少相應(yīng)區(qū)域疼痛及其他并發(fā)癥的發(fā)生。