有鞋和赤脚种群足弓指数和肢间对称性的运动变化

摘要

本研究的目的是研究从静态站立到动态行走和跑步的足弓指数的变化;此外，在两个种群中检验了肢间对称性。这项研究共招募了80名男性参与者，其中40名习惯赤脚，40名习惯穿鞋。拱指数(AI)是根据先前建立的“金标准”测量，通过从EMED记录的接触面积来计算的。采用重复测量方差分析(ANOVA)比较静态和动态步行和跑步弓指数的差异。成对样品 -采用试验和对称指数(SI)研究了左足弓指数和右足弓指数的对称性。结果表明，光脚和穿鞋男性的动态拱指数显著高于静态拱指数，表现为从静态负重站立到动态行走和跑步的增加。然而，足弓指数在两个种群中观察到肢间(右-左)对称。足弓指数的动态变化可以为鞋楦或鞋垫的设计提供参考。本研究报告的健康足弓指数范围的知识也可以作为一个标准基线，以探讨足弓疾病。

1.介绍

人的脚是一个复杂的机械结构，由26块骨头、33个关节和相关的肌肉、肌腱和韧带组成。1，2］.跗骨和跖骨形成圆顶状足弓，包括纵向和横向足弓，使人类两足直立运动[3.］.足弓被认为是对人类足部和下肢功能起重要作用的结构。足弓高度会影响静态站立和动态运动时的足压力分布。以前的一项研究已经根据足底接触面积建立了量化足弓的指标，足弓指数(AI)是由足中面积除以前足面积(不包括脚趾面积)、足中面积和后足面积的总和得出的[4］.据Cavanagh和Rodgers报道，足弓指数已被广泛用于根据指数值来识别足型[4]，小于0.21为高足弓，0.21 ~ 0.26为正常足弓，大于0.26为低足弓。另外，足弓指数可以直接受到足部接触区域的影响，特别是足中部。穿着出版社(5]认为体脂肪量会影响足弓指数，脂肪量的增加会增加足中接触面积，导致足弓指数的增加，有报道为低足弓或平足。

足部类型，包括高足弓、正常足弓和低足弓，以前有报道称其具有不同的结构和功能性能[6］.足弓高度是否影响生活质量仍有争议[7，8］.低弓足在跑步站立时过度内翻，而高弓足则更加僵硬和不灵活。人们认为，基于脚底形状的鞋垫支持可以增加舒适度。太阳出版社(9]开发了四分之三长度的鞋垫，显示出在足底区域的压力分布改变，从而增加舒适度。鞋类公司分别为不同类型的人群设计了足弓支撑等功能性鞋。传统上，大多数足弓支撑鞋垫是由静态重量足底形状形成的。然而，事实证明，根据不同的脚类型分配鞋子无助于降低士兵在军事训练中受伤的风险[10- - - - - -12］.Stearne出版社(13]为支持拱的能量节约弹簧理论提供了直接的证据，并发现限制拱的压缩会阻碍拱的弹性能量储存，从而增加水平跑时的能量消耗，而这在步行或斜跑时是无效的。格劳及巴利施-弗里茨[14]的研究发现，与静态加载相比，动态加载时，长度、宽度和高度等大部分测量值都有所增加;然而，所有的周长都减少了，这应该在设计鞋或鞋子时考虑。

足拱是一种弹性结构，在动态运动中，足拱高度和指标变化较大。研究表明，使用足部姿态指数、足部内纵拱角度等静态足部指标估计动态内纵拱变形可能不可靠;因此，提出了一项新的评估[15］.为方便数据收集和分析，健全人的步态对称性被广泛假设。而双侧下肢关节角度变化不对称[16］.此外，在分析起跳停落时，双肢的一些生物力学参数也不对称。据我们所知，尚未对双侧足弓指数的对称性进行研究[17］.因此，本研究的目的是:(1)揭示穿鞋人群和赤脚人群步行和跑步时足弓指数的动态变化;(2)分析右脚和左脚足弓指数的肢间对称性。假设在动态条件下足弓指数会显著增加，行走和跑步时双脚足弓指数可能是对称的。

2.材料和方法

2．1．参与者

试验前用G电源版本3.0.10 ( ， ， )．共有80名男性参与者参加了测试，其中40人习惯赤脚(年龄: ，高度: ，质量: ）和40岁习惯穿鞋(年龄: ，高度: ，质量: ）男性。赤脚参与者来自印度南部(喀拉拉邦)，他们出生后每天都穿着拖鞋跑步和做体力活动。这些被测者均为宁波大学的学生，前足和脚趾形态有显著差异，这在之前的研究中得到了强调[18］.参与者身体活跃，有规律锻炼的习惯。在过去的六个月里，他们没有任何的下肢损伤，并且在测试前没有出现足部畸形。每位参与者都获得了书面知情同意，并被告知本研究的要求和程序，并获得了大学研究所伦理委员会的批准(RAGH20170306)。

2．2.试验协议

采用Novel EMED压力板(Novel GmbH, Munich, Germany)测量双脚与肩同宽站立时(双脚50%体重分布)的静态脚接触面积。参与者随机选择来测试右脚或左脚跟随另一只脚。在使用EMED测量动态数据之前，参与者需要进行热身和练习，熟悉测试环境和调整步骤。在20米的跑道上采集动态步行和跑步的脚接触面积，并将Novel EMED压力板固定在中间。为了确保正常的步态表现，参与者以自己选择的速度行走和跑步。在行走和跑步过程中，记录了四次左右脚着地的成功试验。所有的测试都是在赤脚的情况下进行的，并且是根据以前的指导方针精心设计的[19］.

２．３．数据处理

通过Novel Database软件对足跖面与EMED压力板的接触面积进行处理得到。足底区域分为后足、中足、前足和脚趾区域，在本研究中使用后足、中足和前足的接触区域。左右肢体弓指数由式(1)，根据先前公布的协议[4，20.］.

为了检验弓指数的肢间对称性，建立了对称指数(SI)方程(2） ［21]用于计算左右对称(右脚足弓指数;左脚足弓指数

２.４.统计分析

在应用推理统计数据之前，平均进行了四次试验，这将确保在报告的性能输出中减少试验间的误差。采用SPSS Statistics 25.0版本(SPSS, Chicago, IL, US)进行统计分析。计算所有试验接触面积的描述性统计(平均值和标准偏差)。采用重复测量方差分析(ANOVA)分析静态站立和动态(步行和跑步)弓指数的显著性。Paired-sample -采用试验法和对称性指数法研究左右足弓指数的差异和对称性。使用alpha水平为0.05的双边置信区间来定义显著性。

3.结果

３．１．在穿着鞋和赤脚的男性中，站着、走着、跑着的拱形指数

从静态站立到动态行走和跑步，平均拱指数呈显著增加趋势(图)1)．与站立相比，步行时的左脚足弓指数增加了1.8% ( ，表格1)．而在跑步中，与步行相比，显著增加了3% ( ，表格1)．走路时右脚足弓指数也有同样的变化，明显增加了2% ( ，表格1)与站立相比。跑步和步行相比，增加了3% ( ，表格1)指出。

３.２．在穿着鞋的男性中，站着，走着，跑着的拱形指数

与赤脚人群的变化类似，从站立到步行和跑步，穿鞋男性的足弓指数显著增加(图)1)．在跑步任务和步行任务比较时，左、右脚足弓指数显著增加4%和3% ( ， ，表格1),分别。

３．３．光脚男性左右足弓指数的对称性

配对样本的结果 -左、右脚在不同条件下的差异无统计学意义(表1)2)．此外，使用对称性指数来证明左右足的对称性，这已被证明是评估健康个体肢体间对称性最敏感的方法¹⁵。当 ，它表示完全对称;当 ，它表示不对称[21］.结果显示，左脚和右脚是对称的(表2)．

3．4．穿鞋男性左右足弓指数的对称性

配对样本的结果 -不同条件下穿鞋男性的左右脚测试结果与赤脚男性相似，但没有显著性差异。与赤脚男性不同，左脚足弓指数略大于右脚足弓指数，但差异不显著。进一步证明了左右足弓指数的对称性，因为行走和跑步时的对称性指数分别为0.02%和0.03%。

3.5。赤脚和穿鞋者步行和跑步时足弓指数的比较

独立样本的结果 -试验显示，赤脚和穿鞋的男性在行走和跑步时弓指数没有差异3.)．

4.讨论

本研究的主要发现是，从静态负重站立到动态行走和跑步条件下，足弓指数增加较大，但在行走和跑步任务中，左右脚之间表现出良好的对称性，这一假设得到了支持。

基于足迹的拱高指数已被证明是反映拱高的有效方法[20.］.然而，在计算基于足迹的拱指数时，身体组成可能是一个混淆因素。穿着出版社(5]报道脂肪团与足中接触面积有关。较大的脂肪量会增加足中接触面积，导致足弓指数(扁平足)升高。相反，无脂肪质量影响足总接触面积，特别是前足和后足面积;此外，无脂肪质量与足中接触面积无关。另一项研究还发现，肥胖人群的内侧纵拱会因为更大的向下垂直力量而塌陷[22］.吉纳维芙出版社(23研究表明，衰老与足部特征的变化显著相关，并导致播种机负荷模式的重新分布。老年人的弓形指数的正常范围与年轻人略有不同。正常足弓指数在0.21至0.28之间，超过或低于此范围被认为是低足弓或高足弓[24］.伯奇出版社(25发现，只要孩子开始走路，脚的形状和负重特征就会发生显著变化。此外，小野寺等[26结果表明，3 ~ 4岁时，低拱发生率较高，4 ~ 5岁时，纵拱逐渐形成成人样。唐刚[27]建议不要测量儿童的静态足迹，因为儿童体重轻，可能导致足迹接触不完整。

与上述研究和发现不同的是，本研究纳入了年龄、体重相同、喜欢运动、有不同穿鞋习惯(穿鞋或赤脚)的年轻个体，从而减轻了年龄、体重和潜在病理状况的影响。

在参考拱指数时，以往的研究主要讨论的是静态拱指数。然而，足部参数在动态条件下会发生变化。马蒂松出版社(28发现从动态占用空间计算的占用空间参数通常比从静态占用空间计算的占用空间参数高。Cavanagh和Rodgers [4)表明，从步行到跑步，足弓指数增加了约10%。格劳及巴利施-弗里茨[14在动态任务中，大多数长度、宽度、高度和角度测量值显著增加，而所有周长测量值都减小。在鞋楦或鞋垫的设计和制造过程中，应充分考虑这些变化。因此，根据静态的足底形状来分配鞋子以增加舒适度和防止损伤可能不是很有效。以往的研究已经证明，根据静止的足部形状来分配鞋子对军事基础训练中减少损伤的影响很小[10，12］.本研究的另一个优点是通过展示足弓指数，揭示了在静态(站立)和动态(行走和跑步)条件下足底形状的变化。本研究结果与以往的研究结果具有高度的一致性。研究结果表明，动态拱指数显著大于静态拱指数。此外，在动态条件下，跑拱指数明显高于走拱指数。足弓作为一种支撑结构，在动作中起着重要的作用。弓压缩/反冲，就像弹簧一样，可以减少能量消耗[13］.行走时，纵向拱受的荷载大于站立时，拱受的压力也大于站立时，从而导致足中接触面积增大，最终导致拱指标值增大。同样，跑步时拱的受力大于步行，拱的受压程度更大，因此拱指数明显高于步行。如上所述，动态足弓指数与静态足弓指数存在显著差异，这可以部分解释为什么根据静态足底形状分配鞋对降低损伤风险影响不大。动态拱指数的变化可能是鞋楦和鞋垫设计和制造时需要考虑的一个因素。

对比静态和动态任务的差异，发现右脚的足弓指数略大于左脚。利用对称指数和配对样本 -检验这种差异是否有统计学意义，证明左右足弓指数的差异无统计学意义。对称性指数评分结果相似，左脚足弓指数与右脚足弓指数对称。右脚足弓指数略高于左脚足弓指数的原因可能是右腿是大多数人群的优势腿。无论是在静态还是动态条件下，个体倾向于在优势腿上承受更多的重量。此外，右腿为运动提供了更多的能量，因此右脚纵向弓的负荷压缩略大于左脚。然而，在我们的研究结果中，左脚和右脚的足弓指数是对称的。这一发现可能有助于为高需求的个人或患者开发定制鞋或鞋垫。

本研究的局限性应被考虑并纳入进一步的研究。目前的研究只招募了没有足部畸形或功能障碍的健康个体，目的是比较不同穿鞋习惯的赤脚和穿鞋人群的这种功能差异。然而，这项研究的结果可以作为基线数据，以调查病理性足弓功能障碍。

5.结论

本研究发现，光脚和穿鞋男性的动态拱指数明显高于静态拱指数，表现为从静态负重站立到动态行走和跑步的增加。这些变化可能提供了在设计鞋楦或鞋垫时需要考虑的影响。从这项研究中获得的知识也可以作为研究足弓疾病的标准基线。

数据可用性

用于支持本研究发现的数据可由通讯作者要求提供。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

本研究由国家社会科学基金项目(no. 513701)资助。19BTY021)、宁波大学黄家昌麦格纳基金。

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