矯形鞋墊對(duì)足部核心穩(wěn)定性的影響概述

在“健康中國”戰(zhàn)略的推動(dòng)下，人們參與體育鍛煉的熱情持續(xù)高漲，但與此同時(shí)，運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生率也隨之上升，這對(duì)參與者的健康構(gòu)成了潛在威脅。我國的運(yùn)動(dòng)損傷流行病學(xué)調(diào)查顯示，下肢膝、踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)損傷發(fā)生率較高，其中踝關(guān)節(jié)腓側(cè)副韌帶的損傷率最高。合理使用運(yùn)動(dòng)裝備能夠有效提升人體穩(wěn)定性并保障運(yùn)動(dòng)安全。個(gè)性化矯形鞋墊是指根據(jù)個(gè)體足部生物力學(xué)特征設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)及康復(fù)裝備，具有保護(hù)、支撐及改善關(guān)節(jié)活動(dòng)能力等功能。矯形鞋墊置于鞋內(nèi)，通過調(diào)整足底與外界的接觸的面積、角度等改變足部生物力學(xué)結(jié)構(gòu)及特征，解決人體由于外界因素、下肢生物力學(xué)異常及代償?shù)纫鸬母麝P(guān)節(jié)及人體姿勢異常等問題。目前，矯形鞋墊已在醫(yī)療康復(fù)及運(yùn)動(dòng)損傷預(yù)防等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

近年來，矯形鞋墊已經(jīng)成為國外運(yùn)動(dòng)市場常見的運(yùn)動(dòng)輔具，運(yùn)動(dòng)員常使用矯形鞋墊來緩解疼痛、提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國，超過 50% 的籃球運(yùn)動(dòng)員會(huì)在比賽和訓(xùn)練中使用矯形鞋墊。美國FMI（FutureMarketInsight）咨詢機(jī)構(gòu)發(fā)布的報(bào)告顯示，2021年全球矯形鞋墊市場規(guī)模超過49億美元。據(jù)預(yù)測，2021一2030年全球矯形鞋墊市場將以 10.4% 的復(fù)合年增長率增長。而相比歐美等成熟市場，中國矯形鞋墊普及率相對(duì)較低。隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提高，在體衛(wèi)融合的背景下，以預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷、促進(jìn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為主打功能的矯形鞋墊在國內(nèi)市場仍存在較大的發(fā)展空間。

1、矯形鞋墊的設(shè)計(jì)原理與運(yùn)動(dòng)損傷預(yù)防

矯正鞋墊的設(shè)計(jì)原理包括：調(diào)整足部受力點(diǎn)，分散足底壓力；支撐足弓，提高緩沖能力；改善下肢力線，矯正關(guān)節(jié)異常受力；改善本體感覺，提高足部舒適性與關(guān)節(jié)穩(wěn)定性。

分散足底壓力及減震是矯形鞋墊的重要功能，研究顯示，矯形鞋墊能夠有效減少健康受試者跑步時(shí)下肢所受到的載荷率和垂直地面反作用力。在跑步等重復(fù)的高載荷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，重復(fù)受力會(huì)引起下肢應(yīng)力性骨折等疲勞性損傷。因此，矯形鞋墊可以有效地降低運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練過程中的下肢應(yīng)力性骨折風(fēng)險(xiǎn)，以及足跟、跖骨、足底筋膜和脛股關(guān)節(jié)疼痛發(fā)生率。

足弓支撐型矯形鞋墊能夠有效在扁平足和高足弓患者群體中起到矯正足底壓力的作用。除此之外，根據(jù)“中立位”理論，矯形鞋墊可以通過足弓支撐和楔形鞋墊使距下關(guān)節(jié)維持在中立位，從而確保步態(tài)過程中使用者建立正確合理的下肢發(fā)力方式和運(yùn)動(dòng)模式。合理的關(guān)節(jié)受力有利于增強(qiáng)本體感覺，從而提高足踝穩(wěn)定性，避免關(guān)節(jié)扭傷和跌倒風(fēng)險(xiǎn)。另外，足弓支撐及跟杯設(shè)計(jì)增加了運(yùn)動(dòng)時(shí)的足部接觸面積，增強(qiáng)了足部感覺信號(hào)輸入，也有助于提高姿勢控制能力。

國內(nèi)關(guān)于個(gè)性化矯形鞋墊作為運(yùn)動(dòng)輔具的相關(guān)研究較少，原因在于矯形鞋墊的名稱中“矯形”二字使市場和研究多局限在下肢和脊柱結(jié)構(gòu)異常的病患人群。雖然個(gè)性化矯形鞋墊在海外已成為運(yùn)動(dòng)裝備制造業(yè)的熱點(diǎn)，但其諸多功能在運(yùn)動(dòng)科學(xué)研究領(lǐng)域并沒有得到足夠的重視，尤其以健康人群為受試者的研究較少。矯形鞋墊直接作用于足部，因此對(duì)足部的結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生重要影響，而足作為與地面直接接觸的身體部分，其結(jié)構(gòu)功能與人體穩(wěn)定性密切相關(guān)。

2、足部核心穩(wěn)定性系統(tǒng)

在生物力學(xué)系統(tǒng)中，穩(wěn)定性是維持正常運(yùn)動(dòng)功能的基礎(chǔ)保障，其直接影響運(yùn)動(dòng)效率、能量傳遞效率及損傷風(fēng)險(xiǎn)控制；而足部作為人體與地面接觸的唯一支撐界面，其動(dòng)態(tài)穩(wěn)定調(diào)節(jié)能力直接影響下肢力線傳導(dǎo)效率與整體姿勢控制精度。足部核心穩(wěn)定性系統(tǒng)模型將足部穩(wěn)定性分為被動(dòng)、主動(dòng)和神經(jīng)三個(gè)子系統(tǒng)，三者在結(jié)構(gòu)與功能上相輔相成、相互協(xié)調(diào)，共同維持人體在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)活動(dòng)中的穩(wěn)定性。

被動(dòng)子系統(tǒng)主要包括足部特殊的骨性結(jié)構(gòu)、足底筋膜、韌帶、關(guān)節(jié)囊等，其共同將足構(gòu)成一個(gè)穹頂狀的結(jié)構(gòu)，即足弓。被動(dòng)子系統(tǒng)在解剖結(jié)構(gòu)上為姿勢穩(wěn)定提供基礎(chǔ)。研究表明，橫弓、縱弓高度與人體姿勢平衡關(guān)系密切。

主動(dòng)子系統(tǒng)由附著在腳上的肌肉和肌腱組成，可分為足內(nèi)肌和足外肌。前者是足部核心穩(wěn)定系統(tǒng)中的局部穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，肌肉起止點(diǎn)都在足內(nèi)部，提高被動(dòng)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性；后者是來自小腿肌肉的主要運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，跨越腳踝，嵌入足底，通過連接腳部與下肢其他關(guān)節(jié)的活動(dòng)幫助應(yīng)對(duì)姿勢挑戰(zhàn)。主動(dòng)子系統(tǒng)在支持足弓、協(xié)調(diào)活動(dòng)和調(diào)節(jié)載荷等方面有重要作用。研究表明，壓力中心的位移與足外肌的疲勞程度呈正相關(guān)的關(guān)系。

神經(jīng)子系統(tǒng)由位于主動(dòng)和被動(dòng)子系統(tǒng)中的感覺器所組成，能感受足底壓力和觸覺的變化，將人體姿勢相關(guān)的時(shí)間和空間信息傳遞到中樞系統(tǒng)，有助于保持姿勢的穩(wěn)定性。近年來，不斷有研究表明，足底感覺和踝關(guān)節(jié)本體感覺是影響人體穩(wěn)定性的重要因素。對(duì)老年人而言，增加足底感覺信息輸入和長期的足底感覺訓(xùn)練，可以顯著提高老年受試者的步態(tài)穩(wěn)定性。

3、矯形鞋墊對(duì)足部核心穩(wěn)定系統(tǒng)的影響

足部核心穩(wěn)定性系統(tǒng)模型是將足踝復(fù)合體作為獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，闡釋其不同子系統(tǒng)對(duì)于人體運(yùn)動(dòng)和姿勢控制的作用。目前，部分學(xué)者就矯形鞋墊對(duì)人體穩(wěn)定性及運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響進(jìn)行了研究，但并未從機(jī)制上闡明矯形鞋墊如何對(duì)人體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。結(jié)合足部核心穩(wěn)定性系統(tǒng)模型探究矯形鞋墊的影響，不僅能夠?yàn)槌C形鞋墊的個(gè)性化設(shè)計(jì)提供參考，還能夠?yàn)槌C形鞋墊產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供理論支撐。

3.1、矯形鞋墊與足部形態(tài)

在臨床康復(fù)中，矯形鞋墊被應(yīng)用于治療膝關(guān)節(jié)炎、腔股關(guān)節(jié)疼痛、脊柱側(cè)彎等多種疾病。由于矯形鞋墊直接作用于足部，因此其核心作用機(jī)制在于通過矯正足部形態(tài)來矯正身體力線、恢復(fù)人體姿態(tài)。靜態(tài)足形是指在人體自然放松站立時(shí)，測量足部在靜止?fàn)顟B(tài)下的形態(tài)參數(shù)。矯形鞋墊在靜態(tài)足形的即刻矯正上取得了較好的效果，尤其是在糾正扁平足及足外翻方面。而內(nèi)翻足由于踝關(guān)節(jié)和距下關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍較小，因此足部形態(tài)受矯形鞋墊的影響較小。此外，關(guān)于矯形鞋墊對(duì)足部形態(tài)長期影響的研究相對(duì)較少，部分學(xué)者對(duì)使用矯形鞋墊的扁平足兒童進(jìn)行了跟蹤研究，但研究結(jié)果存在分歧。

在動(dòng)態(tài)足形方面，由于足部大部分關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)幅度較小，動(dòng)態(tài)足形的研究相對(duì)受限，較多運(yùn)動(dòng)學(xué)研究將足部視為單一剛體。如Ho等人的研究發(fā)現(xiàn)，矯形鞋墊可以降低籃球運(yùn)動(dòng)員在立定跳及垂直跳過程中踝關(guān)節(jié)的外翻程度和額狀面力矩。另外，有部分學(xué)者研究步態(tài)周期過程中矯形鞋墊對(duì)前足和后足內(nèi)外翻的影響效果。結(jié)果顯示，矯形鞋墊對(duì)足前掌的過度外翻能起到較好的矯正效果，但對(duì)于步態(tài)中后足的內(nèi)外翻并沒有明顯的影響。

3.2、矯形鞋墊與足部肌肉

逆向動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果顯示，矯形鞋墊可以有效減少扁平足患者脛骨后肌、腓腸肌、比目魚肌等足外肌的代償性激活。運(yùn)動(dòng)疲勞可導(dǎo)致足內(nèi)肌的功能下降，引發(fā)舟骨下降、足弓塌陷，從而導(dǎo)致下肢力線改變、穩(wěn)定性下降、損傷風(fēng)險(xiǎn)增加，而矯形鞋墊可以緩解疲勞導(dǎo)致的穩(wěn)定性下降。除足內(nèi)肌外，個(gè)性化矯形鞋墊能夠重新分布運(yùn)動(dòng)過程中的足底壓力，避免過高的足底負(fù)荷在足底某一個(gè)區(qū)域的長時(shí)間累積。而符合受試者足底壓力特征和足形的鞋墊能夠降低足外肌的疲勞程度。然而，也有研究者對(duì)使用矯形鞋墊的扁平足患者進(jìn)行長期跟蹤。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，矯形鞋墊可能導(dǎo)致包括指趾短屈肌、拇展肌等足內(nèi)肌橫截面積下降，這與足弓支撐導(dǎo)致的足內(nèi)肌惰性有關(guān)。因此，矯形鞋墊對(duì)足內(nèi)肌和足外肌的結(jié)構(gòu)與功能均有一定影響。但矯形鞋墊作為運(yùn)動(dòng)輔具對(duì)于健康足的肌肉影響尚不明確，相關(guān)研究較少，這制約了矯形鞋墊在運(yùn)動(dòng)裝備制造業(yè)的發(fā)展。

3.3、矯形鞋墊與足部神經(jīng)感受器

足部核心穩(wěn)定性系統(tǒng)中的神經(jīng)子系統(tǒng)，即足部的感受器，其功能在于為中樞提供位置感覺信息。疲勞及足部周圍神經(jīng)病變均會(huì)導(dǎo)致足部皮膚敏感度下降，從而減少足底感覺信息輸入，影響人體姿勢穩(wěn)定性。目前，矯形鞋墊對(duì)足部感受器的影響仍存在爭議。雖然足部感受器信息輸入增加有助于穩(wěn)定性的提高，且這一理論已被應(yīng)用到震動(dòng)鞋墊、按摩鞋墊的設(shè)計(jì)制造中，但也有學(xué)者認(rèn)為普通矯形鞋墊并不存在對(duì)足底感受器的強(qiáng)刺激，其對(duì)姿勢穩(wěn)定性的正向影響機(jī)制在于對(duì)足部結(jié)構(gòu)的調(diào)整而非對(duì)感受器的影響。因而，矯形鞋墊對(duì)神經(jīng)子系統(tǒng)的長期影響有待進(jìn)一步探究，而本體感覺增強(qiáng)功能在運(yùn)動(dòng)矯形鞋墊設(shè)計(jì)上的應(yīng)用亟待進(jìn)一步拓展。

4、結(jié)語

近年來，矯形鞋墊已在醫(yī)療康復(fù)及運(yùn)動(dòng)損傷預(yù)防等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并逐漸成為運(yùn)動(dòng)市場常見的運(yùn)動(dòng)輔具。關(guān)于矯形鞋墊的原理及其在預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷中的應(yīng)用，已經(jīng)有較多研究提供理論支撐?，F(xiàn)有的諸多研究從運(yùn)動(dòng)疲勞、足形、肌肉及神經(jīng)感受器等方面探究矯形鞋墊對(duì)于足部核心穩(wěn)定性的影響，且其中多數(shù)研究已經(jīng)證實(shí)了矯形鞋墊對(duì)于足形、足內(nèi)外肌的形態(tài)功能、足底壓力起著改善作用。但相比歐美等成熟市場，中國矯形鞋墊普及率相對(duì)較低，矯形鞋墊在國內(nèi)市場仍存在較大的發(fā)展空間。目前，市場和研究多局限在下肢和脊柱結(jié)構(gòu)異常的病患人群，對(duì)于健康人群的影響尚未明確；矯形鞋墊對(duì)運(yùn)動(dòng)疲勞、足部形態(tài)以及神經(jīng)子系統(tǒng)的長期影響研究尚未形成統(tǒng)一的結(jié)論，需要進(jìn)一步探究，這都制約了矯形鞋墊的全面推廣應(yīng)用。

未來需要通過更多的臨床研究和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，明確矯形鞋墊在健康人群中的使用效果，為其在更廣泛人群中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。另外，可以通過3D掃描、足底壓力分析等技術(shù)，為不同人群提供量身定制的鞋墊，滿足個(gè)體化的需求，使其朝著個(gè)性化定制和智能化方向發(fā)展。與此同時(shí)，可結(jié)合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，優(yōu)化鞋墊的結(jié)構(gòu)，使其在提供支撐和穩(wěn)定性的同時(shí)，減少對(duì)足部的壓迫感，提升使用者運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。未來矯形鞋墊的研究和應(yīng)用可以與其他學(xué)科領(lǐng)域相結(jié)合，如生物力學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)等，進(jìn)一步探索其在運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)提升、康復(fù)治療、慢性疼痛管理等方面的潛力，并可通過建立肌骨模型計(jì)算矯形鞋墊干預(yù)后的下肢關(guān)節(jié)力，分析矯形鞋墊長期干預(yù)對(duì)運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)的影響，為矯形鞋墊在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

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