對現有制鞋理論的生物力學分析

對現有制鞋理論的生物力學分析

1 引言

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

2 制鞋理論與臨床資料的矛盾

大部分的鞋類產品，都有20毫米左右厚度的鞋跟，人們稱之為中跟鞋。這是現有鞋類的重要標志，也是最為普及的鞋類產品。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，治療和預防平足癥；保持體態，維持內臟的正常位置；減小行走時的振動，保護脊柱和大腦?？傊?，優點很多，缺點幾乎未聞，且很少有人質疑。

上述說法看起來頗具科學道理，但現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，據推算全世界約有1/4的人受著不同程度足病的痛苦"，醫學界確認大部分與鞋直接有關。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"。

制鞋業的科學理論和由鞋而引起足病多發的現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論。

3討論

作者認為，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狀態的改變。顯然第一個差別不足以造成過于嚴重的危害，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。它使腳的力學狀態發生了巨大變化，使前足的受力加大。與此相對應的，恰恰是"各種足病中90%發生在前足" [2]，而前足疾患多與過度受力有關。因此，鞋跟的作用應引起高度重視。

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度，它使人體的重心前移，前足的受力加大。前足的結構比較復雜，力學結構的穩定性也遠不如足跟。長時間或過度的承重都會導致損害，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，多出現在前足。

因此，不管從足的結構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的前足疾病的增加，二者間該不無關系。

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，是近代科學的產物，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到最大的堅固性。經過跳躍訓練的運動員骨小梁排列與一般人比較有明顯差別，其線系平均數目差異較大" ?？梢?，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。足跟的疾病多表現為跟骨的廢用性退化，承重的減少應該是原因之一。承重是骨的基本功能，也是骨本身的需要。如果長期不承重，會抑制成骨細胞的活力，產生鈣的流失造成骨質疏松。跟骨特別如此："在太空失重條件下的生活時間越長,骨骼脫鈣越嚴重.骨骼脫鈣主要發生在承重骨上,從跟骨直到股骨……。據雙子星座計劃的生物醫學研究結果,航天員的跟骨密度下降7%,骨鈣和骨氮持續降低" 。長期臥床的病人也有同樣現象?？梢?，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生跟骨痛。穿平底鞋與赤足是足部正常的力學狀態和生理功能位，如果不能適應，只能認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

很多著述都認為中跟鞋可預防和治療平足癥，此說法并無證據的支持，實際考察中還得到了相反的結論。 "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現，土著人足部的肌肉及韌帶結構堅強有力，足底皮膚粗糙耐磨，足弓發育良好" 。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構，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果。就此而言，足弓前臂都比后臂要弱：（1）前臂的結構相對復雜，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，與第二跖骨的聯系不夠堅強。足弓后臂的骨骼粗大，力學結構簡單、穩定，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。多數足弓塌陷都與前足韌帶松弛有關，前臂骨骼位置異常最為顯著，手術修復時也是針對前臂的。因此，足部受力的這種不均衡正是對應了足弓的力學結構特征。而鞋跟的出現，打破這種合理的力學配置，必然造成對足弓的不良影響，具體體現在以下三個方面：

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，臂越長所對應的張力也越大。穿有跟鞋時，鞋跟與足弓結合為一個力學整體，相當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致松弛，損害足弓的穩定性，易導致平足癥。

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，同樣容易導致平足癥的發生。

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，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，韌帶松弛的結果必然是平足。目前，醫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。

3.4鞋跟對人體的影響

3.4.1鞋跟與脊柱健康的關系

有關論述中還認為："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"。也難以認為是真實的。 "人體振動響應"是專門研究震動對人體健康影響的學科，它認定"步行與奔跑是人天然的運動方式。特別是聯系到肌肉完成的工作，可以認為所出現的振動應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。鞋跟出現的歷史只有幾百年，而人類赤足和穿平跟鞋的歷史則長達數百萬年，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。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，維持內臟的正常位置"。同樣沒有根據，中跟鞋使腳的受力變得平均。從足跡學和步態分析學的觀點看，這是老年人的步態特征，它和老年人的體態是對應的。趨向于老年的步態，只能使姿態和體態向劣化發展。

3.4.3鞋跟對人體運動功能的影響

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

3.5 從鞋跟的產生來分析其真實功能

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