| 足部生物力學(xué)與人體亞健康 魏鵬緒 國家康復(fù)輔具研究中心，國家康復(fù)醫(yī)院，中醫(yī)科 北京市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)榮華中路1號(hào) 各種足部問題不但會(huì)產(chǎn)生局部癥狀，也會(huì)對(duì)人體的其他部位帶來不利影響。作為站立和步行時(shí)人體的支點(diǎn)，如果足部出現(xiàn)機(jī)能障礙，則會(huì)導(dǎo)致人體足部以上骨骼系統(tǒng)的對(duì)線不良，從而導(dǎo)致膝、髖、骨盆、脊柱椎體各部位關(guān)節(jié)出現(xiàn)問題，影響人體健康。 1. 足部解剖、足弓和足部生物力學(xué) 足部并不是一個(gè)剛體（rigid body），而是由26塊骨，33個(gè)關(guān)節(jié)和多條肌肉、韌帶和筋膜組成的。在負(fù)重、運(yùn)動(dòng)時(shí)，足部會(huì)發(fā)生不同程度的變形。四個(gè)可發(fā)揮彈性作用的足弓構(gòu)成了足的基本功能單位。 足弓是由足部骨骼的拱形砌合，以及肌肉、足部的肌腱、韌帶等組織共同構(gòu)成的凸向上方的弓形結(jié)構(gòu)。足弓的形態(tài)和功能是由韌帶、足底筋膜、肌肉及骨骼系統(tǒng)共同維系的。人是唯一有足弓的脊椎動(dòng)物。足弓對(duì)人體正常站立和步行功能的實(shí)現(xiàn)十分重要?？梢哉J(rèn)為，站立和步行時(shí)足部發(fā)揮的功能，是由足弓以及維持足弓的肌肉韌帶等共同發(fā)揮作用而實(shí)現(xiàn)的。 足弓分為縱弓及橫弓?？v弓又分為內(nèi)側(cè)縱弓和外側(cè)縱弓。內(nèi)側(cè)縱弓較高，在足的內(nèi)側(cè)緣，由跟骨、距骨、舟骨、3塊楔骨和內(nèi)側(cè)第1～3跖骨構(gòu)成，弓背的最高點(diǎn)為距骨頭。直立姿勢(shì)下有前后兩個(gè)支點(diǎn)，前支點(diǎn)為第1～3跖骨小頭，后支點(diǎn)為跟骨結(jié)節(jié)。此弓由脛骨后肌腱、趾長(zhǎng)屈肌腱、長(zhǎng)屈肌腱、以及足底的短肌、跖長(zhǎng)韌帶及跟舟跖側(cè)韌帶等結(jié)構(gòu)維持，其中最重要的是跟舟跖側(cè)韌帶，起著弓弦的作用。內(nèi)側(cè)縱弓曲度大、彈性強(qiáng)，適于跳躍，并能緩沖震蕩。外側(cè)縱弓較低，在足的外側(cè)緣，由跟骨、骰骨及第4、5跖骨構(gòu)成，骰骨為弓的最高點(diǎn)。前、后支點(diǎn)分別為第4、5跖骨小頭和跟結(jié)節(jié)的跖面。維持此弓的結(jié)構(gòu)有腓骨長(zhǎng)肌腱、小趾側(cè)的肌群、跖長(zhǎng)韌帶及跟骰跖側(cè)韌帶等，弓弦是跟骰跖側(cè)韌帶。此弓曲度小、彈性弱，主要與直立負(fù)重姿勢(shì)的維持有關(guān)。橫弓包括前橫弓和后橫弓。前橫弓由第一到第五跖趾關(guān)節(jié)構(gòu)成的，后橫弓是由三塊楔骨和骰骨構(gòu)成的。 足弓可使重力從踝關(guān)節(jié)經(jīng)距骨向前分散到跖骨小頭，向后傳向跟骨，以保證直立時(shí)足底支撐的穩(wěn)固性。步行時(shí)，足弓吸收部份體重及步行時(shí)的能量，然后，在后跟離地過程中，將此能量轉(zhuǎn)化為推動(dòng)身體的能量。此外，足弓的彈性對(duì)身體重力下傳和地面反彈力間的節(jié)奏有著緩沖作用，同時(shí)還可保護(hù)足底的血管和神經(jīng)免受壓迫。 在所有足弓中，以內(nèi)縱弓變曲程度度最大，以前橫弓變化程度最大。人體站立時(shí)，體重由距骨分別傳遞到跖骨和跟骨，足弓保持弓狀結(jié)構(gòu)，支撐人體重量。而步行時(shí)，人體的重心會(huì)隨足的著地部位的移動(dòng)而改變。當(dāng)重心完全集中在一側(cè)足的跖趾關(guān)節(jié)時(shí)，前橫弓消失。隨著足的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，重心轉(zhuǎn)移到另一側(cè)，消失的前橫弓會(huì)恢復(fù)到原來的弓狀結(jié)構(gòu)。 步行時(shí)，健康成人的單步長(zhǎng)為一側(cè)足跟著地到緊鄰的對(duì)側(cè)足跟再次著地間的距離，約50-80cm，步幅（stride length）又稱為復(fù)步長(zhǎng)，是一側(cè)足跟著地到該側(cè)足跟再次著地間的距離，一般是單步長(zhǎng)的兩倍。足行進(jìn)角度（foot progression angle）是步行時(shí)足長(zhǎng)軸與前進(jìn)方向之間的夾角，一般在7-10度之間。 一個(gè)典型的步行周期包括站立期和擺動(dòng)期。站立期占整個(gè)步行周期的62%，可分為開始觸地期(initial contact)、承重反應(yīng)期(loading response)、站立中間期(midstance)、站立終末期(terminal stance)和擺動(dòng)前期(preswing)；擺動(dòng)期占整個(gè)步行周期的38%，可分為開始擺動(dòng)期(initial swing)、中間擺動(dòng)期(midswing)和終末擺動(dòng)期(terminal swing)。 正常步行時(shí)，基于支撐足的步態(tài)推進(jìn)是依靠三個(gè)功能性搖桿（functional rockers）完成的： 足跟搖桿：足跟是足滾動(dòng)到跖屈位的支點(diǎn)。脛前肌群進(jìn)行離心收縮，以減緩足部落下的速度，并推動(dòng)脛骨前移。 踝搖桿：此時(shí)踝關(guān)節(jié)作為支點(diǎn)，由于向前動(dòng)量的作用，脛骨前移，主要由比目魚肌進(jìn)行離心收縮以減緩脛骨相對(duì)于距骨的前移。 前足搖桿：此時(shí)脛骨前移繼續(xù)進(jìn)行，小腿三頭肌離心收縮，以減緩肢體的前移運(yùn)動(dòng)。此外，前移的動(dòng)量，小腿后部肌肉存在的被動(dòng)張力，小腿后部肌肉及足固有肌的主動(dòng)收縮，和跖筋膜的絞盤作用（windlass effect）均發(fā)揮作用，使足跟離地。 足跟搖桿，踝搖桿和前足搖桿這三個(gè)搖桿機(jī)制都發(fā)生在足部，依賴于足部的正常功能。 值得重視的是，步行時(shí)當(dāng)體重從一次肢體轉(zhuǎn)移到另一次肢體時(shí)發(fā)生的足跟觸地，是一個(gè)外源性的減速過程。此過程中產(chǎn)生的沖力必須得到減緩，以避免對(duì)人體產(chǎn)生不利影響。除足弓的彈性緩沖作用外，沖力的減緩是由四種不同的機(jī)制實(shí)現(xiàn)的： 踝跖屈：足跟觸地時(shí)，脛前肌群進(jìn)行離心收縮以減速足的落下過程。 距下關(guān)節(jié)旋前：當(dāng)跟骨和地面的摩擦系數(shù)增加時(shí)，足跖屈、內(nèi)收和外翻時(shí)距骨相對(duì)于跟骨會(huì)向前滑動(dòng)。這一運(yùn)動(dòng)造成伴隨的下肢內(nèi)旋。上述運(yùn)動(dòng)會(huì)造成時(shí)間延遲，使沖力可以在一個(gè)更長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)被吸收。 膝關(guān)節(jié)屈曲：膝關(guān)節(jié)屈曲是對(duì)足跟搖桿，脛骨前移，和小腿后部張力的反應(yīng)。在腹肌活動(dòng)以作為支點(diǎn)的基礎(chǔ)上，股四頭肌的離心收縮會(huì)減緩膝屈曲。 對(duì)側(cè)骨盆下垂：當(dāng)體重快速轉(zhuǎn)換到對(duì)側(cè)肢體時(shí)，同側(cè)臀中肌為主的外展肌群和外側(cè)肌腱、筋膜對(duì)側(cè)骨盆下垂發(fā)揮減速作用。 三個(gè)功能性搖桿和四種沖力減緩機(jī)制，都依賴于所涉及的關(guān)節(jié)以及相連接的肌肉、韌帶和軟組織的的完整，依賴于足部正常的生物力學(xué)機(jī)制。 2. 足部局部疾患及原因 多種不良習(xí)慣均可導(dǎo)致高足弓、平足、足旋前、踇外翻（Bunions）、胼胝、足底筋膜炎等不同足部疾患。常見原因包括： （1）鞋型與足部形狀不符。鞋前部過窄是相當(dāng)常見的問題，不但擠壓前足，影響足部骨骼的正常排列，而且，還會(huì)進(jìn)一步改變前足弓的正常形態(tài)，損害相關(guān)肌肉、韌帶的功能，有導(dǎo)致后天性平足的風(fēng)險(xiǎn)。此外，僅僅“合腳”并不是鞋具理想的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)步行時(shí)，足各部的形狀和尺寸會(huì)發(fā)生擴(kuò)展、彎曲、伸長(zhǎng)、收縮等各種各樣的變化。因此，鞋必須能夠適合這種變化。 （2）鞋跟過高。過高的鞋跟將足后部抬起，從而使足的內(nèi)側(cè)縱弓、外側(cè)縱弓和橫弓都承受過大的壓力，不但容易導(dǎo)致疲勞，還阻礙足弓彈性作用的正常發(fā)揮。 （3）使用不適當(dāng)?shù)淖悴砍C形器。足弓正常功能的實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵在于肌肉和韌帶的功能，而不是足弓的外在形態(tài)。然而，在缺乏對(duì)足部生物力學(xué)機(jī)制充分了解的前提下，部分足部矯形器對(duì)足弓進(jìn)行支持，抬高足弓。正常情況下，足部著地時(shí)，由于足弓的彈性，足部延長(zhǎng)、變寬，從而發(fā)揮類似彈簧的蓄力機(jī)制。抬高足弓的足部矯形器阻礙了這一過程，不但無益于足部疾患的改善，隨著時(shí)間的推移，還可能進(jìn)一步加重足部疾患，并帶來足部以外的問題。使用足弓墊，從而讓足部受力均勻，是另一種典型的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。由于正常人體足部結(jié)構(gòu)的不均勻，在站立和步行時(shí)，足底壓力正常情況下就不是均勻分布的。所以，人為使足底均勻受力，并不符合足部的生物力學(xué)機(jī)制。 （4）行走環(huán)境單一。目前在室內(nèi)外的站立和步行環(huán)境基本都是堅(jiān)硬的水平面，難以刺激到足部所有的骨骼、肌肉和韌帶。而在類似爬山的野外活動(dòng)中，足部需要適應(yīng)不同的支撐面，使小腿、足部的所有肌肉都參與活動(dòng)，刺激到足部所有的關(guān)節(jié)和軟組織。 （5）步行姿勢(shì)不良。例如，步行時(shí)足部過度外旋，不利于足部肌肉、關(guān)節(jié)和足弓正常發(fā)揮作用。 3. 足部問題導(dǎo)致的其他部位疾患 多位康復(fù)醫(yī)學(xué)，包括足病領(lǐng)域的專家指出，對(duì)于非外傷性的下背痛、頸部疼痛和膝關(guān)節(jié)問題，必須注意是否為足部疾患所致。 足部是所有站立位活動(dòng)（站立、坐-立位轉(zhuǎn)換、步行、跑步、跳躍等）的支撐點(diǎn)。足部疾患容易引起與其連接的下肢關(guān)節(jié)對(duì)線不良，以及全身其他關(guān)節(jié)例如骶髂關(guān)節(jié)和脊柱關(guān)節(jié)的對(duì)線不良，從而導(dǎo)致多種健康問題。例如，臨床實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，許多膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和下背痛患者均存在平足或足部旋前。矯治足部疾患后，臨床癥狀就可以獲得明顯改善。 4. 足部疾患的矯治與康復(fù) 除部分嚴(yán)重的畸形需要手術(shù)外，足部疾患的干預(yù)手段包括手法治療、足部矯形器和足部鍛煉法。 合理的足部矯形器能夠?qū)ψ悴拷】蛋l(fā)揮重要作用。足部矯形器包括矯形鞋、矯形鞋墊和其他類型的足部矯形器。足部矯形器的作用包括對(duì)足部變形部位進(jìn)行直接矯正或支撐，手術(shù)后對(duì)矯正肢位的保持，以及對(duì)腿長(zhǎng)差及足長(zhǎng)的補(bǔ)償。此外，足部矯形器還可以改善站立、步行時(shí)足部的平衡狀況。例如，對(duì)于足底筋膜炎，穿著具有彈性和吸震作用的功能鞋或鞋墊，可使患者減輕疼痛。踇外翻患者則應(yīng)注意鞋具調(diào)整，選擇寬、高鞋頭的鞋子，使用腳趾保護(hù)墊、夜間夾板、腳趾繃帶等。扁平足患者應(yīng)穿著平跟鞋或負(fù)跟鞋，矯形鞋墊應(yīng)保持后跟中立位、矯正足旋前，并避免足弓支持。 足部矯形器可以針對(duì)每個(gè)個(gè)體的情況處方訂制。訂制足部矯形器需要對(duì)個(gè)體進(jìn)行足部和下肢的生物力學(xué)評(píng)估，然后使用模具取型，或采用儀器進(jìn)行足部掃描取型，制作矯形器。在很多情況下，也可以使用成品（商品化的）足部矯形器。 矯形器學(xué)是康復(fù)醫(yī)學(xué)的重要組成部分。了解矯形器的基本原理和足部生物力學(xué)機(jī)制，是合理應(yīng)用足部矯形器的前提。但是，足部矯形器學(xué)不是一項(xiàng)距離民眾遙遠(yuǎn)的技術(shù)。實(shí)際上，鞋內(nèi)部、外部的修改、多種鞋墊、足墊均屬于足部矯形器學(xué)范疇。在掌握矯形器技術(shù)原理和足部生物力學(xué)機(jī)制的前提下，一些簡(jiǎn)單的調(diào)整常可獲得足部生物力學(xué)的改善，從而緩解足部乃至全身的不適癥狀。以鞋具調(diào)整為例，鞋靴前部過窄、老年人選用平跟鞋、童鞋的鞋面和后幫過軟等屬于常見的誤區(qū)，需要改進(jìn)或調(diào)試。再以鞋墊為例，目前部分市場(chǎng)銷售的鞋墊不但具有對(duì)足部的支撐、穩(wěn)定、防滑、抗扭等保護(hù)作用，還可以充分吸收運(yùn)動(dòng)中足部著地時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，減緩運(yùn)動(dòng)過程中上傳沖力對(duì)足、踝、膝、髖及脊柱關(guān)節(jié)的影響，并將其轉(zhuǎn)化為下一個(gè)起動(dòng)動(dòng)作的動(dòng)力。 在發(fā)達(dá)國家，如美國，各種足部矯形器的應(yīng)用已經(jīng)極為廣泛。近期我國這一領(lǐng)域的發(fā)展也十分迅速，目前國內(nèi)已經(jīng)能夠生產(chǎn)多種足部矯形器。 除使用矯形器外，針對(duì)不同足部疾患，采用合理的足部鍛煉法也有很好的效果。例如，對(duì)于扁平足患者，適度的彈跳類運(yùn)動(dòng)可以增強(qiáng)維持足弓的肌肉，自我牽拉練習(xí)則可以延展攣縮的跖筋膜和跟腱。國外學(xué)者還介紹有足部的踩球自我鍛煉法，簡(jiǎn)便易行，對(duì)改善足部癥狀、乃至足部疾病引起的全身其他癥狀有很好的矯治效果。 5. 足與亞健康 世界衛(wèi)生組織將機(jī)體無器質(zhì)性病變，但是有一些功能改變的狀態(tài)稱為“第三狀態(tài)”，我國稱為“亞健康狀態(tài)”。失眠、乏力、無食欲、易疲勞、心悸，抵抗力差、易激惹、經(jīng)常患感冒或口腔潰瘍、便秘等都可能是亞健康狀態(tài)的表現(xiàn)。處于高度緊張的工作、學(xué)習(xí)狀態(tài)，精神負(fù)擔(dān)過重，腦力、體力勞動(dòng)負(fù)擔(dān)繁重，人際關(guān)系緊張，生活缺乏規(guī)律，飲食方案不合理，吸煙酗酒等都被認(rèn)為可導(dǎo)致亞健康狀態(tài)。 各種原因?qū)е碌淖悴考不迹坏绊懽悴孔陨?，也?huì)影響人體站立、步行等運(yùn)動(dòng)時(shí)的生物力學(xué)對(duì)線，帶來其他部位的問題。此外，足部還分布有多個(gè)傳統(tǒng)經(jīng)穴，包含有全身各部分的反射區(qū)，關(guān)聯(lián)著人體臟腑經(jīng)絡(luò)的氣血變化。因此，足部機(jī)能與整個(gè)人體的健康狀態(tài)是密切相關(guān)的。各種原因?qū)е碌淖悴可锪W(xué)機(jī)制失常，可能導(dǎo)致人體亞健康狀態(tài)，并最終引起明顯的疾病狀態(tài)。因此，關(guān)注足部，保護(hù)足部，是保持人體健康的重要因素。 | 
