鞋墊形態(tài)對(duì)不同腳型足底壓力的影響

羅向東，楊 洋，岳宗敏，同 高

(陜西科技大學(xué) 設(shè)計(jì)與藝術(shù)學(xué)院,陜西 西安 710021)

0 引言

人在正常行走時(shí)足部需承受人體2～3倍體重的負(fù)荷，在跑步時(shí)需承受人體5倍左右體重的負(fù)荷，在跳躍時(shí)足部承受的負(fù)荷甚至達(dá)到10倍體重，足部壓力過(guò)大或壓力分布不均勻會(huì)直接導(dǎo)致足部疲勞、疼痛、甚至畸形病變[1,2].現(xiàn)行制鞋標(biāo)準(zhǔn)未充分考慮高弓足、扁平足等特殊腳型足底壓力特點(diǎn)，多借助鞋墊進(jìn)行特殊腳型的局部矯正.因此，鞋墊的合腳程度和安全性顯得尤為重要.

隨著國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研究的發(fā)展以及人們對(duì)足部健康和舒適性的重視，國(guó)內(nèi)外對(duì)鞋墊結(jié)構(gòu)的研究有了很大進(jìn)展.在鞋墊形態(tài)領(lǐng)域研究中，有學(xué)者通過(guò)對(duì)比體力、腦力勞動(dòng)者的足底壓力，分析兩類人群足底壓力和足弓變化情況，給出合理的鞋墊選用建議[3].有學(xué)者對(duì)扁平足進(jìn)行深入研究，通過(guò)對(duì)前掌部位、足弓部位、后跟部位進(jìn)行鞋墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)輕度扁平足患者進(jìn)行矯正和治療[4,5].鞋墊厚度領(lǐng)域的研究中，國(guó)外有學(xué)者運(yùn)用生物力學(xué)方法研究了運(yùn)動(dòng)鞋鞋墊厚度硬度對(duì)足底壓力舒適性的影響，最終確定鞋墊的舒適度參數(shù)[6-8].鞋墊材質(zhì)領(lǐng)域研究中，國(guó)外學(xué)者認(rèn)為材質(zhì)相同的情況下，全腳掌墊鞋墊可降低峰值壓力，改變足底壓力的分布，并使舒適性感覺(jué)大幅提高[9,10].鞋墊定制領(lǐng)域的研究中，先后有人通過(guò)腳型取模定制鞋墊研究前掌、腰窩和后跟處的峰值壓強(qiáng)[11]，進(jìn)而深入到對(duì)糖尿病等病足的腳型鞋墊定制研究[12].

鞋墊類型及其各項(xiàng)細(xì)節(jié)指標(biāo)對(duì)足底壓力的影響逐漸成為研究熱點(diǎn).在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，本研究主要從鞋墊不同部位厚度出發(fā)，結(jié)合主觀評(píng)價(jià)量表，綜合分析鞋墊形態(tài)對(duì)不同腳型人群穿著過(guò)程中足底壓力和舒適性的影響.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

選取受試者45名，均為普通在校男大學(xué)生，平均年齡23±2歲，平均體重60±5 KG，平均身高173±5 cm，下肢無(wú)受傷史，身體狀況良好，運(yùn)動(dòng)能力良好.實(shí)驗(yàn)人員中正常足、扁平足和高弓足各15名(通過(guò)對(duì)其腳印分析確定)，所有受試者均在實(shí)驗(yàn)前簽署知情同意書(shū).如圖1所示為腳型特征.

(a)正常足 (b)高弓足 (c)扁平足圖1 腳型特征

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

(1)德國(guó)Novel公司Pedar-X鞋墊式足底壓力儀(如圖2所示)，用于測(cè)量實(shí)驗(yàn)過(guò)程中足底壓力.每只鞋墊上分布有99個(gè)電容式壓力傳感器，采集頻率0～100 Hz.

圖2 鞋墊式足底壓力儀

(2)英派斯電動(dòng)跑步機(jī)，型號(hào)為DP8660，可控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程步速，電機(jī)功率1.5 Hp，速度范圍1～16 km/h，坡度0 °～10 °.

(3)實(shí)驗(yàn)用鞋為某品牌42碼基礎(chǔ)跑鞋一雙.

(4)工業(yè)測(cè)厚儀一臺(tái)，品牌為EVERTE/埃維特，型號(hào)為awt-chy01，用于確定鞋墊不同部位精確厚度.

1.3 實(shí)驗(yàn)鞋墊選取

實(shí)驗(yàn)所用鞋墊為三組硬度相同、形態(tài)不同的鞋墊，共9雙(如圖3所示).每組對(duì)照組鞋墊的前掌、腰窩和后跟部位厚度分別保持在4.3～10.42 mm、4.9～7.87 mm、6.5～9.71 mm.在研究前掌厚度對(duì)足底壓力的影響時(shí)，將腰窩厚度和后跟厚度分別控制在6.37 mm和9.2 mm；在研究腰窩時(shí)，將前掌厚度和后跟厚度分別控制在4.89 mm和9.71 mm；在研究后跟時(shí)，將前掌厚度和腰窩厚度分別控制在4.3 mm和4.9 mm.其詳細(xì)規(guī)格參數(shù)如表1所示.

表1 實(shí)驗(yàn)鞋墊詳細(xì)數(shù)據(jù)

鞋墊改造依據(jù)：

(1)根據(jù)市場(chǎng)上現(xiàn)有鞋墊形態(tài)變化的規(guī)律，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)鞋墊形態(tài)變化總結(jié).

(2)根據(jù)足部生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，正常足與非正常足采用統(tǒng)一鞋墊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，選取5 mm為改變基準(zhǔn).

(a)1號(hào)鞋墊 (b)2號(hào)鞋墊

1.4 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)方法分為足底壓力測(cè)試和主觀評(píng)價(jià)法兩部分.

足底壓力測(cè)試部分使用鞋墊式壓力測(cè)試儀，獲取正常足、扁平足和高弓足測(cè)試者在使用不同形態(tài)鞋墊正常行走時(shí)足部各區(qū)域力.要求受試者在跑步機(jī)上以正常行走狀態(tài)行走，并穿著統(tǒng)一的鞋子和襪子，等待受試者行走步伐穩(wěn)定后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集.

在跑步機(jī)上設(shè)定正常行走速度：3.6 Km/h，所有受試者提前在跑步機(jī)上對(duì)速度進(jìn)行適應(yīng)，要求步伐平穩(wěn)正常.讓受試者穿著實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備鞋及襪子，在鞋子中放入實(shí)驗(yàn)鞋墊.待受試者步伐平穩(wěn)后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，每雙鞋墊采集正常行走20 s的步態(tài).

主觀評(píng)價(jià)法以人的主觀感覺(jué)為依據(jù)，主要采用讓受試者對(duì)鞋墊穿著進(jìn)行評(píng)分，舒適度評(píng)判分為五級(jí)，具體如圖4所示.

圖4 主觀舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.5 數(shù)據(jù)處理

如圖5所示，本實(shí)驗(yàn)將左右腳分為前掌、中足、后跟一共六個(gè)分區(qū)，分別為L(zhǎng)1(左腳前掌)、L2(左腳中足)、L3(左腳后跟)；R1(右腳前掌)、R2(右腳中足)、R3(右腳后跟)[13].

圖5 足底壓力分區(qū)

分析指標(biāo)包括壓力及壓力面積，分析軟件采用SPSS Statistics 25完成.標(biāo)定1號(hào)、4號(hào)、7號(hào)鞋墊分別為前掌、腰窩及后跟部位改造鞋墊的空白對(duì)照組鞋墊，采用正常足穿著1號(hào)、4號(hào)、7號(hào)鞋墊時(shí)測(cè)得足底壓力值和面積作為定量，與高弓足、扁平足穿著不同鞋墊行走時(shí)足底壓力和站立時(shí)壓力面積進(jìn)行對(duì)比，得出其相互間差異性.

主觀評(píng)價(jià)量表部分，根據(jù)不同腳型受試者穿著前掌、腰窩和后跟指定部位變化的鞋墊，行走20s后進(jìn)行主觀舒適度評(píng)分.

2 結(jié)果與討論

2.1 鞋墊形態(tài)改變對(duì)高弓足影響

高弓足穿著1～9號(hào)鞋墊，從足底壓力變化趨勢(shì)可以看出，高弓足在穿著所有鞋墊時(shí)，其腰窩部位的壓力值增量均小于前掌和后跟部位的壓力增量，趨勢(shì)為腰窩>前掌>后跟(如表2所示).與正常足穿著未經(jīng)改造的基礎(chǔ)鞋墊相比，高弓足在穿著所有鞋墊時(shí)，其前掌部位壓力值增量均為正增長(zhǎng)；腰窩部分，高弓足穿著1～9號(hào)鞋墊的足底時(shí)足底壓力均有顯著下降，腰窩部位的足底壓力面積具有相同變化趨勢(shì)(如表3所示).表4顯示了不同鞋墊形態(tài)下高弓足足底壓力面積占整足壓力面積百分比.

表2 不同鞋墊形態(tài)高弓足足底壓力變化率

高弓足足內(nèi)側(cè)縱弓較高，與正常足相比足底與地面接觸面積小，容易出現(xiàn)前掌和后跟部位疼痛[14].研究結(jié)果表明，高弓足前掌部位承擔(dān)了一半以上的足底壓力(如表4所示)，側(cè)面印證了高弓足足部損傷多發(fā)于前掌部位這一結(jié)論[15-17].較正常足而言，高弓足穿任何形態(tài)的鞋墊時(shí)，其前掌部位壓力都高于正常足穿著未經(jīng)改造的1號(hào)鞋墊時(shí)的足底壓力值.其中穿著2號(hào)、7號(hào)和9號(hào)三雙鞋墊時(shí)，高弓足前掌部位接觸面積有明顯下降(如表3所示)，但鞋墊形態(tài)未對(duì)高弓足足底壓力分布情況造成顯著影響，高弓足前掌部位仍然承擔(dān)著全足大部分以上的壓力(如表4所示).高弓足進(jìn)行前掌凹陷5 mm處理，使足底壓力整體前傾，明顯增加了高弓足足弓部位壓力面積，提高了腰窩處的壓力，使足跟部位壓力有下降趨勢(shì).前掌墊高5 mm使前掌壓力和后跟壓力有下降趨勢(shì)，因?yàn)閴|高處理導(dǎo)致高弓足前掌壓力面積明顯減少，后跟壓力面積明顯增加.高弓足因鞋墊腰窩的墊高，腰窩部位壓力面積持續(xù)增大導(dǎo)致腰窩壓力持續(xù)增加，同時(shí)明顯減少了前掌和后跟的壓力.高弓足在后跟改變時(shí)，其足底各部位壓力均無(wú)明顯變化，但是后跟氣墊同樣使后跟部位壓力有所減小.

表3 不同鞋墊形態(tài)高弓足足底壓力面積變化率

表4 不同鞋墊形態(tài)下高弓足足底壓力面積占整足壓力面積百分比

2.2 鞋墊形態(tài)改變對(duì)扁平影響

扁平足穿著1～9號(hào)鞋墊，足底壓力變化趨勢(shì)大致符合腰窩變化量>后跟變化量>前掌變化量(如表5所示).其中，前掌和后跟部位足底壓力變化率多為負(fù)增長(zhǎng)，腰窩部位變化率為正增長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)足底壓力面積變化率可總結(jié)為腰窩>后跟>前掌，與足底壓力變化趨勢(shì)保持基本一致(如表6所示).表7顯示了不同鞋墊形態(tài)下扁平足足底壓力面積占整足壓力面積百分比情況.

表5 不同鞋墊形態(tài)扁平足足底壓力變化率

表6 不同鞋墊形態(tài)扁平足足底壓力面積變化率

表7 不同鞋墊形態(tài)下扁平足足底壓力面積占整足壓力面積百分比

對(duì)于扁平足患者而言，選擇合適的鞋墊可有效支撐內(nèi)側(cè)足弓，起到改善足弓結(jié)構(gòu)的作用.研究結(jié)果表明，無(wú)論是前掌進(jìn)行凹陷處理或是突起處理，前掌壓力均因壓力面積增大而增大(如表5、表6所示).扁平足腳型腰窩部位壓力高，由足弓塌陷導(dǎo)致足底前掌、腰窩和后跟三個(gè)部分壓力重新分布，鞋墊形態(tài)對(duì)足底壓力和壓力面積影響較大(如表7所示).凹陷5 mm處理中，扁平足腰窩壓力有所增大，墊高后腰窩壓力有下降趨勢(shì)，但這個(gè)趨勢(shì)不是很明顯.扁平足對(duì)鞋墊前掌形態(tài)進(jìn)行墊高及凹陷處理都會(huì)導(dǎo)致足部前掌壓力增大,前掌墊高5 mm壓力大于凹陷5 mm，因此對(duì)扁平足人群不建議對(duì)其鞋墊前掌厚度進(jìn)行改變.腰窩部位改變對(duì)扁平足足底壓力無(wú)顯著影響，但會(huì)降低穿著時(shí)舒適度.目前對(duì)扁平足群體較為有效的足底矯正方法是使用不同硬度和高度的足弓墊，人為將足弓抬高，以此緩解足弓塌陷問(wèn)題，此過(guò)程會(huì)造成穿著者足弓部位舒適度降低[18].

2.3 主觀量表評(píng)分結(jié)果

表8顯示了30名扁平足和高弓足受試者穿著不同鞋墊實(shí)驗(yàn)后的主觀舒適度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果.由表8可以看出，前掌部位經(jīng)過(guò)改變的鞋墊中，扁平足對(duì)未改造的基礎(chǔ)鞋墊舒適度評(píng)分最高，同時(shí)認(rèn)為在基礎(chǔ)鞋墊上前掌墊高5 mm的3號(hào)鞋墊舒適度最低；腰窩部位經(jīng)過(guò)改變的鞋墊中，扁平足對(duì)未改造的基礎(chǔ)鞋墊舒適度評(píng)分最高，同時(shí)認(rèn)為在基礎(chǔ)鞋墊上腰窩墊高10 mm的6號(hào)鞋墊舒適度最低；后跟部位改變的鞋墊中，高弓足和扁平足對(duì)后跟部位加裝氣墊的8號(hào)鞋墊評(píng)分最高，所有足型均認(rèn)為在基礎(chǔ)鞋墊上后跟墊高5 mm的9號(hào)鞋墊舒適度最低.

表8 不同形態(tài)鞋墊舒適度評(píng)分

結(jié)合評(píng)分表(表8)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(表2～7)可以看出：在前掌部位進(jìn)行凹陷和突起改造，均會(huì)導(dǎo)致前掌壓力增加，對(duì)于高弓足能使足弓部位多分擔(dān)足底壓力，進(jìn)而產(chǎn)生舒適感，但扁平足因壓力的增大而降低了鞋墊的舒適性.由于腰窩高度的變化導(dǎo)致腰窩部位壓力的增加，使扁平足感到不舒適，而高弓足由于其足底壓力的重新分布，在一定的腰窩高度下，其舒適性有所改善.后跟膠墊能夠有效地提高鞋墊的舒適度，而在鞋墊后跟部位進(jìn)行墊高則會(huì)導(dǎo)致后跟與前掌壓力增大，降低舒適性.

3 結(jié)論

(1)對(duì)鞋墊前掌、腰窩和后跟部位進(jìn)行厚度改變，在一定程度上能夠影響高弓足行走過(guò)程中的足底壓力，進(jìn)而影響不同人群穿著時(shí)的主觀舒適度.建議對(duì)高弓足鞋墊前掌進(jìn)行墊高處理來(lái)提高舒適度，并在鞋墊后跟安裝氣墊，緩解高弓足腳型人群日?；顒?dòng)中后跟壓力.

(2)扁平足鞋墊在設(shè)計(jì)過(guò)程中要避免前掌部位增高，應(yīng)在腰窩部位增加高度，借助外力將足弓撐起.此過(guò)程會(huì)造成扁平足人群穿著舒適度降低，同樣可以在后跟部位增加氣墊緩解不適.