对现有制鞋理论的生物力学分析

对现有制鞋理论的生物力学分析

1 引言

对于人的运动来说脚是至关重要的。鞋是生活的必需用品，也是现代生活的标志，与足的健康密切相关。但鞋与人体健康间的关系，却一直令人费解。

2 制鞋理论与临床资料的矛盾

大部分的鞋类产品，都有20毫米左右厚度的鞋跟，人们称之为中跟鞋。这是现有鞋类的重要标志，也是最为普及的鞋类产品。目前流行的说法声称它可以使脚的受力变得均匀，以保护脚跟；保护足弓，治疗和预防平足症；保持体态，维持内脏的正常位置；减小行走时的振动，保护脊柱和大脑。总之，优点很多，缺点几乎未闻，且很少有人质疑。

上述说法看起来颇具科学道理，但现实情况却难以让人乐观。临床资料表明"足部疾患除先天畸形外，许多是后天获得性足病，据推算全世界约有1/4的人受着不同程度足病的痛苦"，医学界确认大部分与鞋直接有关。大量资料证实：赤足更有利于足的健康。也就是说，以足的健康角度考察，鞋是无益的。有些文章称之为"文明病"。

制鞋业的科学理论和由鞋而引起足病多发的现实存在着根本的矛盾，不可能同时成例。因此有必要将其研究清楚，得出一个合乎逻辑结论。

3讨论

作者认为，穿鞋与赤足最主要的差别有两个，一个是鞋腔对足的包裹，二是鞋跟对足部力学状态的改变。显然第一个差别不足以造成过于严重的危害，即便是里面的"小气候"有问题，也只能造成皮肤类疾病。

鞋跟所涉及的范围要广得多。它使脚的力学状态发生了巨大变化，使前足的受力加大。与此相对应的，恰恰是"各种足病中90%发生在前足" [2]，而前足疾患多与过度受力有关。因此，鞋跟的作用应引起高度重视。

3.1 鞋跟对前足的影响

足外科专家一致对高跟鞋持否定态度，它使人体的重心前移，前足的受力加大。前足的结构比较复杂，力学结构的稳定性也远不如足跟。长时间或过度的承重都会导致损害，形成多种病变。高跟鞋对足部健康的损害是不可避免的。从这个角度评判，鞋跟无论高低对前足都应该是有害的。中跟鞋也具有这样的作用，与高跟鞋相比，只是有害程度和病情发展快慢的差异而已。从前足皮肤对压力的耐受性来看也是如此。胼胝和鸡眼是不合理受力而引起的，多出现在前足。

因此，不管从足的结构还是皮肤对压力的耐受性来考虑，都没有增加前足受力的道理。有跟鞋的普及所对应的前足疾病的增加，二者间该不无关系。

3.2 鞋跟对足跟的影响

鞋跟使足部的受力前移，足跟承受的重力自然减小。因此有人称"中跟鞋具有保护足跟的作用"。"保护好脚后跟使之尽可能小的受到震动，是近代科学的产物，也是有了中跟鞋后才大力提倡的"。

鞋跟的确能减轻脚跟的承重，但这种减轻是否具有保护作用还得具体分析。跟骨是足骨中最粗大的，"可以承受几倍的体重，就是因为骨小梁的排列方向与受力方向一致，使骨用最少的材料达到最大的坚固性。经过跳跃训练的运动员骨小梁排列与一般人比较有明显差别，其线系平均数目差异较大" 。可见，它的承重能力是足够的，没有减轻承重的必要。也没有资料证明，赤足和穿平跟鞋的人群中，足跟病变的发病率会高于穿有跟鞋的人群。

相反，我们却能够找到鞋跟对足跟有害的理由。足跟的疾病多表现为跟骨的废用性退化，承重的减少应该是原因之一。承重是骨的基本功能，也是骨本身的需要。如果长期不承重，会抑制成骨细胞的活力，产生钙的流失造成骨质疏松。跟骨特别如此："在太空失重条件下的生活时间越长,骨骼脱钙越严重.骨骼脱钙主要发生在承重骨上,从跟骨直到股骨……。据双子星座计划的生物医学研究结果,航天员的跟骨密度下降7%,骨钙和骨氮持续降低" 。长期卧床的病人也有同样现象。可见，减轻跟骨的承重，对其健康的影响并不是正面的。

长期穿有跟鞋的人，偶尔穿平底鞋时会产生跟骨痛。穿平底鞋与赤足是足部正常的力学状态和生理功能位，如果不能适应，只能认为长期穿有跟鞋造成了跟骨的退化。

3.3 鞋跟对足弓的影响

很多著述都认为中跟鞋可预防和治疗平足症，此说法并无证据的支持，实际考察中还得到了相反的结论。 "专家曾对西方长期穿鞋者和长年赤足的非洲土著人进行对比观察发现，土著人足部的肌肉及韧带结构坚强有力，足底皮肤粗糙耐磨，足弓发育良好" 。从足底的受力状况来看，赤足与穿平底鞋相同。如果赤足对足弓更有利的话，那么，中跟鞋的正面作用则无法成例。

足（纵）弓是一个不对称的弓形结构，前臂长后臂短，人站立时后臂的承重要大些。这种自然的受力分配对于足弓的健康来说，应该是比较合理的。足弓的维持是骨骼、韧带和肌肉三个因素共同作用的结果。就此而言，足弓前臂都比后臂要弱：（1）前臂的结构相对复杂，骨骼小且近乎横向排列，第一跖骨还保留有一些进化上的缺点，与第二跖骨的联系不够坚强。足弓后臂的骨骼粗大，力学结构简单、稳定，呈纵向叠加不易受重力的破坏。（2）足弓前臂的肌肉、韧带虽然较多，但普遍没有后臂强壮有力。多数足弓塌陷都与前足韧带松弛有关，前臂骨骼位置异常最为显著，手术修复时也是针对前臂的。因此，足部受力的这种不均衡正是对应了足弓的力学结构特征。而鞋跟的出现，打破这种合理的力学配置，必然造成对足弓的不良影响，具体体现在以下三个方面：

3.3.1增加跖腱膜的受力

在站立时，足弓凹侧承受张力。此张力的大小与足弓的臂长成正比，臂越长所对应的张力也越大。穿有跟鞋时，鞋跟与足弓结合为一个力学整体，相当于把足弓的后臂加长。这样足底的张力加大，加大的幅度与鞋跟的高度成正比。

跖腱膜在足底起弓弦作用，对维持足弓及稳定性起着极为重要的作用。足弓张力的增加，会使它受到过度的牵拉而导致松弛，损害足弓的稳定性，易导致平足症。

3.3.2增加前足的剪力

足弓前臂的骨骼是近乎横向排列的，承重时它们的运动方向并不均整一致。比如距骨承重下降时，"足舟骨因距骨下降反而会上升"。这样，人在站立时，足前臂韧带不但要承受凹侧的张力，还要承受骨骼间的剪力。

如果穿有跟鞋，足弓后臂的加长使得身体的重力移向前臂。这样前足韧带所承受的剪力也随之增加，超过韧带的承受极限时，同样容易导致平足症的发生。

3.3.3使足部肌肉放松加大韧带的受力

足底受力均匀时，人体的重力被分散，足部肌肉可以达到最大程度的放松，穿中跟鞋站立时，脚的舒适感也正缘于此。但这对于足弓来讲并非益事，要维持足弓的正常形态，足部肌肉的适度紧张是需要的，这样可以减轻对韧带的过度拉伸。中跟鞋使肌肉得到了放松，韧带的受力必然加大，长期如此，韧带松弛的结果必然是平足。目前，医生都建议平足患者进行足部肌肉锻炼也是同样道理。

由于上述三种原因，作者认为鞋跟对足弓是有害无益的。女性平足症患者多于男性，推测与女性的鞋跟普遍高于男性有关。

3.4鞋跟对人体的影响

3.4.1鞋跟与脊柱健康的关系

有关论述中还认为："鞋跟可以减缓行走和奔跑时，对脊柱和大脑的震荡，从而保护脊柱和大脑"。也难以认为是真实的。 "人体振动响应"是专门研究震动对人体健康影响的学科，它认定"步行与奔跑是人天然的运动方式。特别是联系到肌肉完成的工作，可以认为所出现的振动应力在正常情况下不该有伤害性的后果，为了获得人体在挺直姿势时振动特性的指征，比较走或跑时振动所引起的人的反应是有益的" 。可见，这种震荡是非但无害反而有益。

从人类历史的角度也是这样。鞋跟出现的历史只有几百年，而人类赤足和穿平跟鞋的历史则长达数百万年，其间并没有因行走和奔跑而伤害脊柱和大脑的震荡记录。如果那样，人类可能无法生存到鞋跟的出现。一般来说，体育锻炼时对脊柱和大脑的震动会增加很多，但参加锻炼者并没有因此而受到损害，而且多数运动都避免穿有跟鞋以防止崴脚。

以上这些说明，人的正常站立和行走所形成的震动对健康无害，也无须用鞋跟来减缓。

3.4.2鞋跟对形体的影响

有人还声称中跟鞋可以"保持体态，维持内脏的正常位置"。同样没有根据，中跟鞋使脚的受力变得平均。从足迹学和步态分析学的观点看，这是老年人的步态特征，它和老年人的体态是对应的。趋向于老年的步态，只能使姿态和体态向劣化发展。

3.4.3鞋跟对人体运动功能的影响

现实生活中，人的运动方式通常有两种，即奔跑和行走。中跟鞋的优越性也难以证实。它不适宜奔跑已是公认，作者据此认为它同样不适宜行走。因为它不宜远足，也就没有理由认定它对短途行走有益。

3.5 从鞋跟的产生来分析其真实功能