長期穿高跟鞋對女性足底構筑及壓力的影響

井蘭香

（燕山大學體育學院，河北秦皇島066004）

使足部肌-骨系統(tǒng)承載力學功能變化的情況之一是穿高跟鞋進行日?；顒?，此過程跖趾關節(jié)背屈，活動范圍受到一定約束，易造成前足異常形態(tài)[1]。同時踝關節(jié)跖屈，足弓抬高、跟-跖間距縮短，韌帶、腱膜持續(xù)承載較高的應力和應變[2-3]，久后，足底壓力向前/內側遷移、第1跖趾關節(jié)的壓力增大[4-5]、跖骨間軟組織加載應力過大[6]。足底力學環(huán)境的變化使足底軟組織構筑及其生物力學特征隨之改變：足底肌肌纖維因負擔更多的應變而構筑減低，生物力學效能降低[7]；腱成分（肌腱和腱膜）雖負擔更高的剛度，但在不發(fā)生損傷的情況下，構筑不變[8-9]。除了上述研究外，不同文獻對有穿高跟鞋習慣者足部骨、關節(jié)結構的研究結果相異：一是足型不變[10]；二是足橫/縱弓塌陷[11]、拇外翻[12]，較多的文獻支持后者[13-14]。

目前多數(shù)研究未限定鞋跟高度和穿著高跟鞋的時間、年限、行為模式，不宜由此推論著高跟鞋站立、行走的遠期影響。足底軟組織在經(jīng)歷長期慢性應力、應變負荷后，足底構筑學和生物力學特征發(fā)生怎樣的變化，仍需進一步研究。故本研究選取有持續(xù)時間長、連續(xù)多年以上穿著高跟鞋站立、行走經(jīng)歷者參與測試，獲取足底固有肌和跖腱膜厚度及剛度數(shù)據(jù)，尋找出足底壓力分布和足型特征變化的證據(jù)，從足底軟組織、骨、關節(jié)構筑學和生物力學角度探討長期著高跟鞋站立、行走影響足部功能的內在機制。本研究結果或能為穿高跟鞋者提供足部肌-骨系統(tǒng)運動適應機制的客觀數(shù)據(jù)依據(jù)，為穿高跟鞋者足部功能訓練提出合理化建議。

1 對象與方法

1.1 對象

以某城市事業(yè)單位有“久站”行為、年齡36~49歲、BMI介于18~25 kg/m2的在職女性為調查對象。排除條件：有下肢損傷，如跖腱膜炎、跟腱炎、滑囊炎等；有下肢手術史；有類風濕疾病；有糖尿病、足底軟組織構筑異常；有明顯的內/外八字步態(tài)。

經(jīng)多種途徑篩選，最終確定符合本研究測試條件者共39名，其中19名具有超過10年、每周總時長不低于40 h穿著5 cm及以上高跟鞋站立、行走經(jīng)歷者為實驗組。20名以穿運動鞋、無跟鞋為主，著高跟鞋站立、行走每周總時長低于10 h者作對照。由實驗人員告知受試者全部實驗流程，參觀測試場地后，按照自愿的原則簽署知情協(xié)議書。受試者基本情況見表1各數(shù)據(jù)均數(shù)間分別進行獨立樣本t檢驗后的p值均＞0.05，兩組間沒有統(tǒng)計學差異。

表1 實驗組和對照組基本情況（±SD）Tab.1 Basic information of the experimental and control groups（±SD）

表1 實驗組和對照組基本情況（±SD）Tab.1 Basic information of the experimental and control groups（±SD）

組別 n 年齡/yrs 身高/cm 體重/kg BMI/(kg/m ) 對照組 20 44.4 10.6 161.3 11.8 61.6 12.3 23.6 5.1 實驗組 19 43.9 8.3 162.1 8.5 60.8 6.7 23.1 4.7

1.2 數(shù)據(jù)采集

1.2.1 軟組織構筑和剛度

以美國GE公司生產(chǎn)的Voluson E8黑白B型超聲影像采集系統(tǒng)采集拇展?。▓D1-A1）、趾短屈?。▓D1-B1）、拇短屈?。▓D1-C1）、跖腱膜（圖1-D）的縱切影像，獲取各結構的厚度值；采集拇展肌（圖1-A2）、趾短屈?。▓D1-B2）、拇短屈肌（圖1-C2）的橫切影像，獲取各結構的橫截面積值[15]。以法國聲威公司生產(chǎn)的Supersonic Imagine Aixplorer彈性成像超聲診斷儀采集足底固有肌縱切剪切波速度[16]。以上數(shù)據(jù)均由1名實驗人員協(xié)助1名儀器操作技術人員完成測量。

圖1 足底固有肌和跖腱膜影像采集（以本研究個案為例）Fig.1 Image collecting of intrinsic plantar muscles and plantar fascia(a case of this study)

1.2.2 足底壓力

以SENSOR MEDICA壓力測試系統(tǒng)（型號為PODOTEK HD120，50 cm×120 cm，采樣頻率300 Hz）測試足底壓力。受試者預先適應測試環(huán)境后，裸足站立于壓力測試板中央，測試5 s睜眼自然站立時的足底壓力。隨后依自身習慣自延長跑道裸足常速行走，測試雙足動態(tài)足底壓力（圖2），測3次，取平均值。

圖2 足底壓力測試（以本研究個案為例）Fig.2 Photos showing the plantar pressure test(a case of this study)

本研究設定足底壓力分布的10個區(qū)域為：第1趾骨（T1）、第2-5趾骨（T2-5）、第1跖骨（MH1）、第2跖骨（MH2）、第3跖骨（MH3）、第4跖骨（MH4）、第5跖骨（MH5）、足弓（MF）、足跟內側（RF M）、足跟外側（RF L）。圖3-A表示本研究設定的足底壓力分區(qū)。以足跟著地（圖3-B）、全足接觸期前（圖3-C）、前足推進（圖3-D）、離地（圖3-E）4個階段為有效測試。

圖3 足底壓力分區(qū)（A）及行走時足底壓力分布（B-E）Fig.3 Zones of plantar pressure(A)and their pressure distribution in walking(B-E)

1.2.3 足型

以足印法采集受試者右足足印。標記方法見圖4，A點為第1跖骨頭內側緣最凸處，B點為第5跖骨頭外側緣最凸處，C點表示足印內側緣最凹處。按圖示連線后測量Clarke’s角θ（即足印角，代表足的縱弓）、拇外翻角α、第5趾內翻畸形角β、足跟角γ（代表足的橫弓）[17-18]。以上各項測量均由1名實驗人員單獨完成。

圖4 足印劃線標記Fig.4 Delineation mark of footprint

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用SPSS23.0統(tǒng)計軟件對本研究數(shù)據(jù)結果進行統(tǒng)計分析，描述性數(shù)據(jù)結果以均數(shù)±標準差表示?？傮w樣本的所有數(shù)據(jù)經(jīng)Normality with plot test過程K-S-L檢驗結果顯示p值均＞0.05，服從正態(tài)分布。分組數(shù)據(jù)采用獨立樣本t檢驗進行分析，比較實驗組和對照組間軟組織構筑、剪切波速、足底壓力、足型數(shù)據(jù)均數(shù)間的差異。經(jīng)單因素方差分析分別比較對照組內和實驗組內跖腱膜、拇展肌、拇短屈肌、趾短屈肌這4種軟組織彈性材料剪切波速度間的差異。顯著性水平為0.05。

2 結果

圖5顯示，兩組間比較跖腱膜厚度、跖腱膜剪切波速度、趾短屈肌剪切波速度均沒有明顯差異（p值均＞0.05）。實驗組拇展肌、拇短屈肌厚度和剪切波速度均明顯小于對照組（p值均＜0.05），趾短屈肌厚度明顯大于對照組（p＜0.05）。兩組內比較跖腱膜剪切波速度明顯高于其它3種結構（p值均＜0.05）、趾短屈肌的剪切波速明顯高于拇展肌和拇短屈?。╬值均＜0.05）。

圖5 兩組跖腱膜和足底固有肌厚度（A）及剪切波速度（B）比較Fig.5 Contrast on the thickness(A)and shear wave velocity(B)of plantar fascia and intrinsic plantar muscles in two groups

圖6顯示，實驗組拇展肌、拇短屈肌橫截面積均明顯小于對照組（p值均＜0.05），趾短屈肌橫截面積明顯大于對照組（p＜0.05）。

圖6 兩組足底固有肌橫截面積比較Fig.6 Contrast on the cross-sectional area of intrinsic plantar muscles in two groups

表2顯示，實驗組第1趾骨（T1）、第1跖骨（MH1）、足弓區(qū)（MF）、足跟內側（RF M）、足跟外側（RF L）壓力峰值明顯高于對照組（p值均＜0.05）；第4跖骨（MH4）、第5跖骨（MH5）壓力峰值明顯低于對照組（p值均＜0.05）。兩組間比較第2~5趾骨（T2-5）、第2跖骨（MH2）、第3跖骨（MH3）壓力峰值沒有顯著差異（p值均＞0.05）。

表2 兩組足底各受力分區(qū)壓力峰值比較（±SD）（單位：N）Tab.2 Contrast on the peak pressure of every plantar pressure zone in two groups（±SD）（Unit:N）

表2 兩組足底各受力分區(qū)壓力峰值比較（±SD）（單位：N）Tab.2 Contrast on the peak pressure of every plantar pressure zone in two groups（±SD）（Unit:N）

組別 T1 T2-5 MH1 MH2 MH3 MH4 MH5 MF RF M RF L 對照組 34.6 5.4 10.7 2.3 36.2 4.6 53.5 6.4 69.8 7.1 59.7 5.2 23.8 1.7 16.1 3.5 75.6 8.8 70.4 7.2 實驗組 63.4 6.9 10.4 3.8 56.5 5.8 53.4 6.1 61.5 7.3 39.6 4.7 16.6 2.2 26.2 3.6 96.9 9.7 86.8 8.5 p值 0.001* 0.051 0.034* 0.064 0.061 0.011* 0.033* 0.001* 0.012* 0.023*

表3顯示，實驗組足底第1趾骨（T1）、第1跖骨（MH1）、足弓區(qū)（MF）、足跟內側（RF M）、足跟外側（RF L）沖量明顯高于對照組（p值均＜0.05）。實驗組足底第2~5趾骨（T2-5）、第4跖骨（MH4）沖量明顯低于對照組（p值均＜0.05）。兩組間比較第2跖骨（MH2）、第3跖骨（MH3）、第5跖骨（MH5）沖量沒有顯著差異（p值均＞0.05）。

表3 兩組足底各受力分區(qū)沖量比較（±SD）（單位：N·s）Tab.3 Contrast on the impulse of every plantar pressure zone in two groups（±SD）（Unit:N·s）

表3 兩組足底各受力分區(qū)沖量比較（±SD）（單位：N·s）Tab.3 Contrast on the impulse of every plantar pressure zone in two groups（±SD）（Unit:N·s）

組別 T1 T2-5 MH1 MH2 MH3 MH4 MH5 MF RF M RF L 對照組 39.5 7.1 12.5 2.7 37.5 6.1 52.0 6.2 66.6 7.7 59.8 10.9 19.0 3.9 13.5 2.2 47.7 5.3 47.2 4.4 實驗組 71.8 9.4 9.4 0.6 80.0 12.4 60.5 7.2 64.1 7.3 44.0 8.0 16.7 1.6 19.2 2.8 71.8 8.6 71.5 7.5 p值 0.001* 0.022* 0.000* 0.055 0.072 0.003* 0.072 0.045* 0.004* 0.004*

表4顯示，兩組受試者足底各分區(qū)接觸面積除MH1在實驗組明顯增大（p＜0.05）以外，其他區(qū)域間比較均未出現(xiàn)明顯差異（p值均＞0.05）。

表4 兩組足底各受力分區(qū)接觸面積比較（±SD）（單位：cm2）Tab.4 Contrast on the contact area of every plantar pressure zone in two groups（±SD）（Unit:cm2）

表4 兩組足底各受力分區(qū)接觸面積比較（±SD）（單位：cm2）Tab.4 Contrast on the contact area of every plantar pressure zone in two groups（±SD）（Unit:cm2）

組別 T1 T2-5 MH1 MH2 MH3 MH4 MH5 MF RF M RF L 對照組 17.8 4.0 6.4 0.9 12.8 3.4 9.3 2.1 11.1 1.7 11.5 2.1 7.9 0.6 20.0 5.6 17.4 3.2 15.8 2.2 實驗組 16.5 3.5 5.8 1.5 14.3 3.2 9.3 1.8 11.1 2.0 11.0 2.7 7.6 0.5 19.7 5.4 17.0 3.0 15.8 2.6 p值 0.151 0.152 0.026* 0.986 0.975 0.853 0.672 0.756 0.901 0.978

表5顯示，實驗組拇外翻角和足跟角明顯大于對照組（p值均＜0.05），兩組間比較Clarke’s角和第5趾內翻畸形角無明顯差異（p值均＞0.05）。

表5 兩組受試者足形比較（±SD）（單位：°）Tab.5 Contrast on the foot form in two groups（±SD）（Unit:°）

表5 兩組受試者足形比較（±SD）（單位：°）Tab.5 Contrast on the foot form in two groups（±SD）（Unit:°）

組別 Clarke's角 拇外翻角 第5趾內翻畸形角 足跟角 對照組 40.2 ± 5.5 8.7 ± 1.3 12.2 ± 6.3 16.8 ± 6.4 實驗組 39.9 ± 8.2 10.0 ± 2.4 11.7 ± 5.8 18.3 ± 5.3 p值 0.365 0.021* 0.257 0.026*

3 討論

本研究表明，長期著高跟鞋站立、行走不僅影響足底軟組織構筑和剛度，還影響裸足行走時足底壓力分布特征。足型也在一定程度上發(fā)生了改變。

3.1 足底軟組織構筑學及剛度特征

正常情況下，著高跟鞋站立、行走時，跖腱膜主要承受順著膠原纖維排列方向上的拉長應變和垂直方向上的壓縮應變，但僅限于彈性限度范圍內，拉長/壓縮應變率低，回彈率高。因足底軟組織具有固定限度的可壓縮性應變特征[19]，垂直方向上壓縮應變-回彈不足以引發(fā)增生或肥大，構筑穩(wěn)定，厚度不變。趾短屈肌肌纖維在跖趾關節(jié)背屈條件下已被拉長，再繼續(xù)離心收縮后會被過度激活[20-21]，長期適應離心收縮，肌纖維厚度和橫截面積在安靜時即已呈現(xiàn)出肌肥大現(xiàn)象。同時，足弓被抬高后前足受到擠壓[22]，限制了足拇趾側做“短足收縮”動作的活動范圍，難以再通過拇趾外展和屈曲繼續(xù)抬高內側縱弓，不能有效完成足的旋后。足旋后功能長期受限，拇展肌和拇短屈肌收縮幅度也隨之受限，降低了肌纖維厚度和橫截面積，構筑削減。

體現(xiàn)組織剛度的指標為楊氏模量[23]（楊氏模量=3×組織密度×剪切波速度2），與剪切波速度平方成正比，剪切波傳播的速度越快，組織的剛度越高。在彈性限度范圍內，組織的剛度反映其彈性大小，足底軟組織的剪切波速度值越大，剛度值就越大，彈性也就越大。本研究跖腱膜的剛度成倍高于足底固有肌纖維的剛度，具有高回彈特性。趾短屈肌剛度明顯高于拇展肌、拇短屈肌，前者抵抗應變能力和回彈能力高于后者。并且，兩組間跖腱膜和趾短屈肌剛度沒有差異，表明兩種結構的剛度穩(wěn)定，不易受外界因素影響。著高跟鞋站立、行走時跖腱膜和趾短屈肌承受較多的拉長應變，值高而穩(wěn)定的剛度使它們能及時、充分地恢復至原有長度。拇展肌和拇短屈肌剛度降低，意味著其回彈率的降低。無論是肌纖維構筑的削減還是剛度的降低，均可削弱拇展肌和拇短屈肌生物力學機能，與拇收肌之間力量失衡。提示長期穿高跟鞋者須重點加強拇趾外展和屈曲功能訓練。

3.2 足底壓力分布特征

著高跟鞋站立、行走時跖趾關節(jié)背屈位使足底力學環(huán)境產(chǎn)生變化，啟動了跖腱膜的“絞盤機制”，跖骨頭帶動足弓向足遠端延伸，足弓延長。由于跖腱膜高剛度性質，高張力牽引著跟骨向足遠端移動，快速恢復足弓形態(tài)。當裸足行走時，跖趾關節(jié)只在離地前背屈，理論上不會增加足弓區(qū)壓力，實驗組出現(xiàn)的足跟區(qū)和足弓區(qū)壓力明顯增加現(xiàn)象，主要是因為趾短屈肌體積增加的緣故。穿高跟鞋者應積極進行趾短屈肌向心收縮鍛煉，以抵消過多離心收縮帶來的弊處。

跖趾關節(jié)背屈時跖腱膜在“絞盤機制”下具有更高的剛度，跖骨頭內收，不利于足橫弓的維持[24-25]。若行走時第2、3跖骨過多、過早負重，會改變推進期足橫弓形態(tài)[26]，造成第2、3跖骨應力過大，跖骨頭勞損或產(chǎn)生胼胝體增厚的結構代償[27]。本研究實驗組在裸足行走時第2、3跖骨足底壓力并不增加，甚至第4、5跖骨壓力明顯降低，行走過程中可能存在跖骨頭方向改變、橫弓降低的階段，也僅能引起足底壓力分布的遷移，遷移后跖骨頭應力減小，不會形成勞損和橫弓塌陷。

在拇趾背屈、外翻的情況下，前足區(qū)域有效接觸面積則相對減少，須依靠足旋前的代償動作以延展前足有效接觸面積，才能在行走時支撐后期獲得足夠的推進力[28]。實驗組第1趾骨和第1跖骨區(qū)足底壓力峰值和沖量增加，第1跖骨區(qū)接觸面積較大，是前足旋前的必然表現(xiàn)[29-30]。前足過度旋前使內側縱弓壓力加大，須借助拇趾外展和跖屈來促進前足的旋后以保護內側縱弓。長期穿高跟鞋者可嘗試加強“短足訓練”，提升內側縱弓、延展前足有效接觸面積并促進足旋后，以促進前足的旋后尤為重要。

3.3 足型特征

文獻中將國人Clarke’s角，即足印角≤31.7°時確定為不同程度的扁平足[31]，兩組Clarke’s角約為40°，足縱弓高度正常。實驗組因拇展肌和拇短屈肌構筑和剛度降低，與拇收肌力量失衡而造成拇趾外翻角增大，但并不構成拇外翻畸形癥[32]。

實驗組足跟角度增大，與拇外翻角增加現(xiàn)象同時存在，可以認為拇外翻角度的增大使第1跖骨頭向足內側突出，是足橫弓寬度增加的主要原因[33]。通常意義上的足橫弓，是由5個跖骨、兩粒籽骨和強大的足底及骨間軟組織構成的穩(wěn)定性、彈性極高的結構。即使在行走推進期足橫弓有所降低，也會在跖腱膜和趾短屈肌等足底軟組織的高回彈應變共同作用下快速恢復至原有高度。鑒于長期穿高跟鞋對拇趾外展和跖屈肌的削弱，可在行走時腳尖離地前瞬間有意外展、屈曲拇趾，以平衡拇收肌力，阻止拇外翻加劇。盡量避免穿著尖頭或翹頭高跟鞋站立、行走。

4 結論與建議

長期穿著高跟鞋站立、行走降低拇趾外展肌、跖屈肌的構筑和剛度，使拇外翻角增大、足橫弓變寬；加重前足旋前，使內側縱弓壓力增大；提高趾短屈肌構筑使其肥大，使后足壓力增大。足橫/縱弓高度不變。建議穿高跟鞋者著重訓練拇趾外展、跖屈功能，同時加強趾屈肌向心收縮及足旋后鍛煉，尤其要重視前足的旋后鍛煉。