對現(xiàn)有制鞋理論的生物力學(xué)分析

對現(xiàn)有制鞋理論的生物力學(xué)分析

1 引言

對于人的運動來說腳是至關(guān)重要的。鞋是生活的必需用品，也是現(xiàn)代生活的標(biāo)志，與足的健康密切相關(guān)。但鞋與人體健康間的關(guān)系，卻一直令人費解。

2 制鞋理論與臨床資料的矛盾

大部分的鞋類產(chǎn)品，都有20毫米左右厚度的鞋跟，人們稱之為中跟鞋。這是現(xiàn)有鞋類的重要標(biāo)志，也是最為普及的鞋類產(chǎn)品。目前流行的說法聲稱它可以使腳的受力變得均勻，以保護腳跟；保護足弓，治療和預(yù)防平足癥；保持體態(tài)，維持內(nèi)臟的正常位置；減小行走時的振動，保護脊柱和大腦。總之，優(yōu)點很多，缺點幾乎未聞，且很少有人質(zhì)疑。

上述說法看起來頗具科學(xué)道理，但現(xiàn)實情況卻難以讓人樂觀。臨床資料表明"足部疾患除先天畸形外，許多是后天獲得性足病，據(jù)推算全世界約有1/4的人受著不同程度足病的痛苦"，醫(yī)學(xué)界確認(rèn)大部分與鞋直接有關(guān)。大量資料證實：赤足更有利于足的健康。也就是說，以足的健康角度考察，鞋是無益的。有些文章稱之為"文明病"。

制鞋業(yè)的科學(xué)理論和由鞋而引起足病多發(fā)的現(xiàn)實存在著根本的矛盾，不可能同時成例。因此有必要將其研究清楚，得出一個合乎邏輯結(jié)論。

3討論

作者認(rèn)為，穿鞋與赤足最主要的差別有兩個，一個是鞋腔對足的包裹，二是鞋跟對足部力學(xué)狀態(tài)的改變。顯然第一個差別不足以造成過于嚴(yán)重的危害，即便是里面的"小氣候"有問題，也只能造成皮膚類疾病。

鞋跟所涉及的范圍要廣得多。它使腳的力學(xué)狀態(tài)發(fā)生了巨大變化，使前足的受力加大。與此相對應(yīng)的，恰恰是"各種足病中90%發(fā)生在前足" [2]，而前足疾患多與過度受力有關(guān)。因此，鞋跟的作用應(yīng)引起高度重視。

3.1 鞋跟對前足的影響

足外科專家一致對高跟鞋持否定態(tài)度，它使人體的重心前移，前足的受力加大。前足的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，力學(xué)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也遠(yuǎn)不如足跟。長時間或過度的承重都會導(dǎo)致?lián)p害，形成多種病變。高跟鞋對足部健康的損害是不可避免的。從這個角度評判，鞋跟無論高低對前足都應(yīng)該是有害的。中跟鞋也具有這樣的作用，與高跟鞋相比，只是有害程度和病情發(fā)展快慢的差異而已。從前足皮膚對壓力的耐受性來看也是如此。胼胝和雞眼是不合理受力而引起的，多出現(xiàn)在前足。

因此，不管從足的結(jié)構(gòu)還是皮膚對壓力的耐受性來考慮，都沒有增加前足受力的道理。有跟鞋的普及所對應(yīng)的前足疾病的增加，二者間該不無關(guān)系。

3.2 鞋跟對足跟的影響

鞋跟使足部的受力前移，足跟承受的重力自然減小。因此有人稱"中跟鞋具有保護足跟的作用"。"保護好腳后跟使之盡可能小的受到震動，是近代科學(xué)的產(chǎn)物，也是有了中跟鞋后才大力提倡的"。

鞋跟的確能減輕腳跟的承重，但這種減輕是否具有保護作用還得具體分析。跟骨是足骨中最粗大的，"可以承受幾倍的體重，就是因為骨小梁的排列方向與受力方向一致，使骨用最少的材料達(dá)到最大的堅固性。經(jīng)過跳躍訓(xùn)練的運動員骨小梁排列與一般人比較有明顯差別，其線系平均數(shù)目差異較大" 。可見，它的承重能力是足夠的，沒有減輕承重的必要。也沒有資料證明，赤足和穿平跟鞋的人群中，足跟病變的發(fā)病率會高于穿有跟鞋的人群。

相反，我們卻能夠找到鞋跟對足跟有害的理由。足跟的疾病多表現(xiàn)為跟骨的廢用性退化，承重的減少應(yīng)該是原因之一。承重是骨的基本功能，也是骨本身的需要。如果長期不承重，會抑制成骨細(xì)胞的活力，產(chǎn)生鈣的流失造成骨質(zhì)疏松。跟骨特別如此："在太空失重條件下的生活時間越長,骨骼脫鈣越嚴(yán)重.骨骼脫鈣主要發(fā)生在承重骨上,從跟骨直到股骨……。據(jù)雙子星座計劃的生物醫(yī)學(xué)研究結(jié)果,航天員的跟骨密度下降7%,骨鈣和骨氮持續(xù)降低" 。長期臥床的病人也有同樣現(xiàn)象。可見，減輕跟骨的承重，對其健康的影響并不是正面的。

長期穿有跟鞋的人，偶爾穿平底鞋時會產(chǎn)生跟骨痛。穿平底鞋與赤足是足部正常的力學(xué)狀態(tài)和生理功能位，如果不能適應(yīng)，只能認(rèn)為長期穿有跟鞋造成了跟骨的退化。

3.3 鞋跟對足弓的影響

很多著述都認(rèn)為中跟鞋可預(yù)防和治療平足癥，此說法并無證據(jù)的支持，實際考察中還得到了相反的結(jié)論。 "專家曾對西方長期穿鞋者和長年赤足的非洲土著人進行對比觀察發(fā)現(xiàn)，土著人足部的肌肉及韌帶結(jié)構(gòu)堅強有力，足底皮膚粗糙耐磨，足弓發(fā)育良好" 。從足底的受力狀況來看，赤足與穿平底鞋相同。如果赤足對足弓更有利的話，那么，中跟鞋的正面作用則無法成例。

足（縱）弓是一個不對稱的弓形結(jié)構(gòu)，前臂長后臂短，人站立時后臂的承重要大些。這種自然的受力分配對于足弓的健康來說，應(yīng)該是比較合理的。足弓的維持是骨骼、韌帶和肌肉三個因素共同作用的結(jié)果。就此而言，足弓前臂都比后臂要弱：（1）前臂的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，骨骼小且近乎橫向排列，第一跖骨還保留有一些進化上的缺點，與第二跖骨的聯(lián)系不夠堅強。足弓后臂的骨骼粗大，力學(xué)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定，呈縱向疊加不易受重力的破壞。（2）足弓前臂的肌肉、韌帶雖然較多，但普遍沒有后臂強壯有力。多數(shù)足弓塌陷都與前足韌帶松弛有關(guān)，前臂骨骼位置異常最為顯著，手術(shù)修復(fù)時也是針對前臂的。因此，足部受力的這種不均衡正是對應(yīng)了足弓的力學(xué)結(jié)構(gòu)特征。而鞋跟的出現(xiàn)，打破這種合理的力學(xué)配置，必然造成對足弓的不良影響，具體體現(xiàn)在以下三個方面：

3.3.1增加跖腱膜的受力

在站立時，足弓凹側(cè)承受張力。此張力的大小與足弓的臂長成正比，臂越長所對應(yīng)的張力也越大。穿有跟鞋時，鞋跟與足弓結(jié)合為一個力學(xué)整體，相當(dāng)于把足弓的后臂加長。這樣足底的張力加大，加大的幅度與鞋跟的高度成正比。

跖腱膜在足底起弓弦作用，對維持足弓及穩(wěn)定性起著極為重要的作用。足弓張力的增加，會使它受到過度的牽拉而導(dǎo)致松弛，損害足弓的穩(wěn)定性，易導(dǎo)致平足癥。

3.3.2增加前足的剪力

足弓前臂的骨骼是近乎橫向排列的，承重時它們的運動方向并不均整一致。比如距骨承重下降時，"足舟骨因距骨下降反而會上升"。這樣，人在站立時，足前臂韌帶不但要承受凹側(cè)的張力，還要承受骨骼間的剪力。

如果穿有跟鞋，足弓后臂的加長使得身體的重力移向前臂。這樣前足韌帶所承受的剪力也隨之增加，超過韌帶的承受極限時，同樣容易導(dǎo)致平足癥的發(fā)生。

3.3.3使足部肌肉放松加大韌帶的受力

足底受力均勻時，人體的重力被分散，足部肌肉可以達(dá)到最大程度的放松，穿中跟鞋站立時，腳的舒適感也正緣于此。但這對于足弓來講并非益事，要維持足弓的正常形態(tài)，足部肌肉的適度緊張是需要的，這樣可以減輕對韌帶的過度拉伸。中跟鞋使肌肉得到了放松，韌帶的受力必然加大，長期如此，韌帶松弛的結(jié)果必然是平足。目前，醫(yī)生都建議平足患者進行足部肌肉鍛煉也是同樣道理。

由于上述三種原因，作者認(rèn)為鞋跟對足弓是有害無益的。女性平足癥患者多于男性，推測與女性的鞋跟普遍高于男性有關(guān)。

3.4鞋跟對人體的影響

3.4.1鞋跟與脊柱健康的關(guān)系

有關(guān)論述中還認(rèn)為："鞋跟可以減緩行走和奔跑時，對脊柱和大腦的震蕩，從而保護脊柱和大腦"。也難以認(rèn)為是真實的。 "人體振動響應(yīng)"是專門研究震動對人體健康影響的學(xué)科，它認(rèn)定"步行與奔跑是人天然的運動方式。特別是聯(lián)系到肌肉完成的工作，可以認(rèn)為所出現(xiàn)的振動應(yīng)力在正常情況下不該有傷害性的后果，為了獲得人體在挺直姿勢時振動特性的指征，比較走或跑時振動所引起的人的反應(yīng)是有益的" 。可見，這種震蕩是非但無害反而有益。

從人類歷史的角度也是這樣。鞋跟出現(xiàn)的歷史只有幾百年，而人類赤足和穿平跟鞋的歷史則長達(dá)數(shù)百萬年，其間并沒有因行走和奔跑而傷害脊柱和大腦的震蕩記錄。如果那樣，人類可能無法生存到鞋跟的出現(xiàn)。一般來說，體育鍛煉時對脊柱和大腦的震動會增加很多，但參加鍛煉者并沒有因此而受到損害，而且多數(shù)運動都避免穿有跟鞋以防止崴腳。

以上這些說明，人的正常站立和行走所形成的震動對健康無害，也無須用鞋跟來減緩。

3.4.2鞋跟對形體的影響

有人還聲稱中跟鞋可以"保持體態(tài)，維持內(nèi)臟的正常位置"。同樣沒有根據(jù)，中跟鞋使腳的受力變得平均。從足跡學(xué)和步態(tài)分析學(xué)的觀點看，這是老年人的步態(tài)特征，它和老年人的體態(tài)是對應(yīng)的。趨向于老年的步態(tài)，只能使姿態(tài)和體態(tài)向劣化發(fā)展。

3.4.3鞋跟對人體運動功能的影響

現(xiàn)實生活中，人的運動方式通常有兩種，即奔跑和行走。中跟鞋的優(yōu)越性也難以證實。它不適宜奔跑已是公認(rèn)，作者據(jù)此認(rèn)為它同樣不適宜行走。因為它不宜遠(yuǎn)足，也就沒有理由認(rèn)定它對短途行走有益。

3.5 從鞋跟的產(chǎn)生來分析其真實功能

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