足部生物力學與人體亞健康

足部生物力學與人體亞健康

魏鵬緒

國家康復輔具研究中心，國家康復醫院，中醫科

北京市經濟技術開發區榮華中路

1

號

各種足部問題不但會產生區域性症狀，也會對人體的其他部位帶來不利影響。作為站立和步行時人體的支點，如果足部出現機能障礙，則會導致人體足部以上骨骼系統的對線不良，從而導致膝、髖、骨盆、脊柱椎體各部位關節出現問題，影響人體健康。

1.

足部解剖、足弓和足部生物力學

足部並不是一個剛體（

rigid body

），而是由

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塊骨，

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個關節和多條肌肉、韌帶和筋膜組成的。在負重、運動時，足部會發生不同程度的變形。四個可發揮彈性作用的足弓構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、韌帶等組織共同構成的凸向上方的弓形結構。足弓的形態和功能是由韌帶、足底筋膜、肌肉及骨骼系統共同維繫的。人是唯一有足弓的脊椎動物。足弓對人體正常站立和步行功能的實現十分重要。可以認為，站立和步行時足部發揮的功能，是由足弓以及維持足弓的肌肉韌帶等共同發揮作用而實現的。

足弓分為縱弓及橫弓。縱弓又分為內側縱弓和外側縱弓。內側縱弓較高，在足的內側緣，由跟骨、距骨、舟骨、

3

塊楔骨和內側第

1

~

3

蹠骨構成，弓背的最高點為距骨頭。直立姿勢下有前後兩個支點，前支點為第

1

~

3

蹠骨小頭，後支點為跟骨結節。此弓由脛骨後肌腱、趾長屈肌腱、長屈肌腱、以及足底的短肌、蹠長韌帶及跟舟蹠側韌帶等結構維持，其中最重要的是跟舟蹠側韌帶，起著弓弦的作用。內側縱弓曲度大、彈性強，適於跳躍，並能緩衝震盪。外側縱弓較低，在足的外側緣，由跟骨、骰骨及第

4

、

5

蹠骨構成，骰骨為弓的最高點。前、後支點分別為第

4

、

5

蹠骨小頭和跟結節的蹠面。維持此弓的結構有腓骨長肌腱、小趾側的肌群、蹠長韌帶及跟骰蹠側韌帶等，弓弦是跟骰蹠側韌帶。此弓曲度小、彈性弱，主要與直立負重姿勢的維持有關。橫弓包括前橫弓和後橫弓。前橫弓由第一到第五蹠趾關節構成的，後橫弓是由三塊楔骨和骰骨構成的。

足弓可使重力從踝關節經距骨向前分散到蹠骨小頭，向後傳向跟骨，以保證直立時足底支撐的穩固性。步行時，足弓吸收部份體重及步行時的能量，然後，在後跟離地過程中，將此能量轉化為推動身體的能量。此外，足弓的彈性對身體重力下傳和地面反彈力間的節奏有著緩衝作用，同時還可保護足底的血管和神經免受壓迫。

在所有足弓中，以內縱弓變曲程度度最大，以前橫弓變化程度最大。人體站立時，體重由距骨分別傳遞到蹠骨和跟骨，足弓保持弓狀結構，支撐人體重量。而步行時，人體的重心會隨足的著地部位的移動而改變。當重心完全集中在一側足的蹠趾關節時，前橫弓消失。隨著足的繼續運動，重心轉移到另一側，消失的前橫弓會恢復到原來的弓狀結構。

步行時，健康成人的單步長為一側足跟著地到緊鄰的對側足跟再次著地間的距離，約

50-80cm

，步幅（

stride length

）又稱為復步長，是一側足跟著地到該側足跟再次著地間的距離，一般是單步長的兩倍。足行進角度（

foot progression angle

）是步行時足長軸與前進方向之間的夾角，一般在

7-10

度之間。

一個典型的步行週期包括站立期和擺動期。站立期佔整個步行週期的

62%

，可分為開始觸地期

（initial contact）

、承重反應期

（loadingresponse）

、站立中間期

（midstance）

、站立終末期

（terminal stance）

和擺動前期

（preswing）

；擺動期佔整個步行週期的

38%

，可分為開始擺動期

（initial swing）

、中間擺動期

（midswing）

和終末擺動期

（terminal swing）

。

正常步行時，基於支撐足的步態推進是依靠三個功能性搖桿（

functional rockers

）完成的：

足跟搖桿：足跟是足滾動到蹠屈位的支點。脛前肌群進行離心收縮，以減緩足部落下的速度，並推動脛骨前移。

踝搖桿：此時踝關節作為支點，由於向前動量的作用，脛骨前移，主要由比目魚肌進行離心收縮以減緩脛骨相對於距骨的前移。

前足搖桿：此時脛骨前移繼續進行，小腿三頭肌離心收縮，以減緩肢體的前移運動。此外，前移的動量，小腿後部肌肉存在的被動張力，小腿後部肌肉及足固有肌的主動收縮，和蹠筋膜的絞盤作用（

windlass effect

）均發揮作用，使足跟離地。

足跟搖桿，踝搖桿和前足搖桿這三個搖桿機制都發生在足部，依賴於足部的正常功能。

值得重視的是，步行時當體重從一次肢體轉移到另一次肢體時發生的足跟觸地，是一個外源性的減速過程。此過程中產生的衝力必須得到減緩，以避免對人體產生不利影響。除足弓的彈性緩衝作用外，衝力的減緩是由四種不同的機制實現的：

踝蹠屈：足跟觸地時，脛前肌群進行離心收縮以減速足的落下過程。

距下關節旋前：當跟骨和地面的摩擦係數增加時，足蹠屈、內收和外翻時距骨相對於跟骨會向前滑動。這一運動造成伴隨的下肢內旋。上述運動會造成時間延遲，使衝力可以在一個更長的時間段內被吸收。

膝關節屈曲：膝關節屈曲是對足跟搖桿，脛骨前移，和小腿後部張力的反應。在腹肌活動以作為支點的基礎上，股四頭肌的離心收縮會減緩膝屈曲。

對側骨盆下垂：當體重快速轉換到對側肢體時，同側臀中肌為主的外展肌群和外側肌腱、筋膜對側骨盆下垂髮揮減速作用。

三個功能性搖桿和四種衝力減緩機制，都依賴於所涉及的關節以及相連線的肌肉、韌帶和軟組織的的完整，依賴於足部正常的生物力學機制。

2.

足部區域性疾患及原因

多種不良習慣均可導致高足弓、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，還會進一步改變前足弓的正常形態，損害相關肌肉、韌帶的功能，有導致後天性平足的風險。此外，僅僅“合腳”並不是鞋具理想的標準。當步行時，足各部的形狀和尺寸會發生擴充套件、彎曲、伸長、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。過高的鞋跟將足後部抬起，從而使足的內側縱弓、外側縱弓和橫弓都承受過大的壓力，不但容易導致疲勞，還阻礙足弓彈性作用的正常發揮。

（

3

）使用不適當的足部矯形器。足弓正常功能的實現，關鍵在於肌肉和韌帶的功能，而不是足弓的外在形態。然而，在缺乏對足部生物力學機制充分了解的前提下，部分足部矯形器對足弓進行支援，抬高足弓。正常情況下，足部著地時，由於足弓的彈性，足部延長、變寬，從而發揮類似彈簧的蓄力機制。抬高足弓的足部矯形器阻礙了這一過程，不但無益於足部疾患的改善，隨著時間的推移，還可能進一步加重足部疾患，並帶來足部以外的問題。使用足弓墊，從而讓足部受力均勻，是另一種典型的錯誤認識。由於正常人體足部結構的不均勻，在站立和步行時，足底壓力正常情況下就不是均勻分佈的。所以，人為使足底均勻受力，並不符合足部的生物力學機制。

（

4

）行走環境單一。目前在室內外的站立和步行環境基本都是堅硬的水平面，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中，足部需要適應不同的支撐面，使小腿、足部的所有肌肉都參與活動，刺激到足部所有的關節和軟組織。

（

5

）步行姿勢不良。例如，步行時足部過度外旋，不利於足部肌肉、關節和足弓正常發揮作用。

3.

足部問題導致的其他部位疾患

多位康復醫學，包括足病領域的專家指出，對於非外傷性的下背痛、頸部疼痛和膝關節問題，必須注意是否為足部疾患所致。

足部是所有站立位活動（站立、坐

-

立位轉換、步行、跑步、跳躍等）的支撐點。足部疾患容易引起與其連線的下肢關節對線不良，以及全身其他關節例如骶髂關節和脊柱關節的對線不良，從而導致多種健康問題。例如，臨床實踐發現，許多膝關節、髖關節和下背痛患者均存在平足或足部旋前。矯治足部疾患後，臨床症狀就可以獲得明顯改善。

4.

足部疾患的矯治與康復

除部分嚴重的畸形需要手術外，足部疾患的干預手段包括手法治療、足部矯形器和足部鍛鍊法。

合理的足部矯形器能夠對足部健康發揮重要作用。足部矯形器包括矯形鞋、矯形鞋墊和其他型別的足部矯形器。足部矯形器的作用包括對足部變形部位進行直接矯正或支撐，手術後對矯正肢位的保持，以及對腿長差及足長的補償。此外，足部矯形器還可以改善站立、步行時足部的平衡狀況。例如，對於足底筋膜炎，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

外翻患者則應注意鞋具調整，選擇寬、高鞋頭的鞋子，使用腳趾保護墊、夜間夾板、腳趾繃帶等。扁平足患者應穿著平跟鞋或負跟鞋，矯形鞋墊應保持後跟中立位、矯正足旋前，並避免足弓支援。

足部矯形器可以針對每個個體的情況處方訂製。訂製足部矯形器需要對個體進行足部和下肢的生物力學評估，然後使用模具取型，或採用儀器進行足部掃描取型，製作矯形器。在很多情況下，也可以使用成品（商品化的）足部矯形器。

矯形器學是康復醫學的重要組成部分。瞭解矯形器的基本原理和足部生物力學機制，是合理應用足部矯形器的前提。但是，足部矯形器學不是一項距離民眾遙遠的技術。實際上，鞋內部、外部的修改、多種鞋墊、足墊均屬於足部矯形器學範疇。在掌握矯形器技術原理和足部生物力學機制的前提下，一些簡單的調整常可獲得足部生物力學的改善，從而緩解足部乃至全身的不適症狀。以鞋具調整為例，鞋靴前部過窄、老年人選用平跟鞋、童鞋的鞋面和後幫過軟等屬於常見的誤區，需要改進或除錯。再以鞋墊為例，目前部分市場銷售的鞋墊不但具有對足部的支撐、穩定、防滑、抗扭等保護作用，還可以充分吸收運動中足部著地時產生的衝擊力，減緩運動過程中上傳衝力對足、踝、膝、髖及脊柱關節的影響，並將其轉化為下一個起動動作的動力。

在發達國家，如美國，各種足部矯形器的應用已經極為廣泛。近期我國這一領域的發展也十分迅速，目前國內已經能夠生產多種足部矯形器。

除使用矯形器外，針對不同足部疾患，採用合理的足部鍛鍊法也有很好的效果。例如，對於扁平足患者，適度的彈跳類運動可以增強維持足弓的肌肉，自我牽拉練習則可以延展攣縮的蹠筋膜和跟腱。國外學者還介紹有足部的踩球自我鍛鍊法，簡便易行，對改善足部症狀、乃至足部疾病引起的全身其他症狀有很好的矯治效果。

5.

足與亞健康

世界衛生組織將機體無器質性病變，但是有一些功能改變的狀態稱為“第三狀態”，我國稱為“亞健康狀態”。失眠、乏力、無食慾、易疲勞、心悸，抵抗力差、易激惹、經常患感冒或口腔潰瘍、便秘等都可能是亞健康狀態的表現。處於高度緊張的工作、學習狀態，精神負擔過重，腦力、體力勞動負擔繁重，人際關係緊張，生活缺乏規律，飲食方案不合理，吸菸酗酒等都被認為可導致亞健康狀態。

各種原因導致的足部疾患，不但影響足部自身，也會影響人體站立、步行等運動時的生物力學對線，帶來其他部位的問題。此外，足部還分佈有多個傳統經穴，包含有全身各部分的反射區，關聯著人體臟腑經絡的氣血變化。因此，足部機能與整個人體的健康狀態是密切相關的。各種原因導致的足部生物力學機制失常，可能導致人體亞健康狀態，並最終引起明顯的疾病狀態。因此，關注足部，保護足部，是保持人體健康的重要因素。

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