現(xiàn)代的鞋有一個(gè)特征——鞋子前部的鞋底有向上翹起的設(shè)計(jì)。這讓我們的腳趾跖屈。這種“腳趾彈簧”式的設(shè)計(jì)，為了方便足部的向前滾動(dòng)，但腳趾彈簧也可能對(duì)自然足部功能產(chǎn)生一些影響。

研究在一項(xiàng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)中研究了“腳趾彈簧”對(duì)足部生物力學(xué)的影響，參與者穿著腳趾區(qū)域曲率不同的，特別設(shè)計(jì)的涼鞋，模擬10至40度的“腳趾彈簧”。使用逆向動(dòng)力學(xué)技術(shù)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)腳趾彈簧會(huì)改變關(guān)節(jié)力矩和腳趾工作。腳趾彈簧的曲率越大，對(duì)行走時(shí)的肌肉工作要求越低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果有助于解釋為什么“腳趾彈簧”是鞋子的普遍特征，也表明了腳趾彈簧可能會(huì)導(dǎo)致腳部肌肉的減弱，并可能增加患足底筋膜炎的風(fēng)險(xiǎn)！

腳趾彈簧描述的是鞋底前部分向上的曲線。(A) 跖骨頭處的向上彎曲使腳趾跖屈。(B) 定制了不同程度的腳趾彈簧角度的涼鞋，以模仿市售鞋中常見的腳趾彈簧的硬度和形狀。(C) 涼鞋用最少的繩索鞋帶固定，可以用扣子調(diào)整，不影響動(dòng)作捕捉的標(biāo)記的位置。

在行走的推進(jìn)階段，腳趾相對(duì)于腳的其他部分在跖趾關(guān)節(jié)（MTP）的背屈，是人類高效地雙足行走和跑步的關(guān)鍵進(jìn)化特征。(A) 跖趾關(guān)節(jié)的背屈讓腳更有韌性——腳趾的背屈在足底肌腱中產(chǎn)生張力。(B) 在推進(jìn)階段，跖骨頭和遠(yuǎn)端趾骨是足與地面的唯一接觸點(diǎn)，即承重點(diǎn)。因此，地面反作用力（vGRF）作用在距MTP關(guān)節(jié)中心一定距離的遠(yuǎn)端趾骨上，產(chǎn)生一個(gè)力矩，導(dǎo)致MTP關(guān)節(jié)背屈。(C)內(nèi)在的屈肌在結(jié)束站立階段時(shí)，是激活的，這平衡了跖趾關(guān)節(jié)的背屈力矩(以r為作用屈肌的杠桿臂)。

▲ 足部固有肌肉（intrinsic foot muscles）

足部固有肌肉在穩(wěn)定前足方面，發(fā)揮著重要作用，這些肌肉的薄弱或功能障礙可能與足底筋膜炎等各種過(guò)度使用的傷害有關(guān)。從病因上講，足底筋膜炎是由足弓的過(guò)度和重復(fù)性負(fù)荷引起的損傷。

▲ A-B：足橫弓、B-C外側(cè)足縱弓、 A-C內(nèi)側(cè)足橫弓

足底筋膜炎可能與足部肌肉薄弱有關(guān)，這些肌肉不夠強(qiáng)壯，不能提供足部的穩(wěn)定性，因此增加了包裹跖趾關(guān)節(jié)的足底筋膜的壓力，可能影響其穩(wěn)定性。一些證據(jù)表明，腳部肌肉的薄弱有可能是現(xiàn)代鞋特點(diǎn)造成的，它支持了足弓并讓足被動(dòng)地變硬。與習(xí)慣穿現(xiàn)代鞋的人相比，習(xí)慣穿極簡(jiǎn)鞋的人的足部固有肌肉具有較大的橫截面積，縱向足弓的動(dòng)態(tài)硬度較高。因此，足部固有肌肉薄弱可能是由于足部沒(méi)有完全適應(yīng)現(xiàn)代鞋而造成的，人類穿鞋的歷史并不長(zhǎng)。早期的鞋沒(méi)有足弓支撐、緩沖和其他支持性功能，而這些功能又可以提高舒適度，減少足部肌肉的工作。

實(shí)驗(yàn)表明，在行走的推進(jìn)期間，腳趾彈簧減少了對(duì)跖趾關(guān)節(jié)的負(fù)荷。因?yàn)槟_趾彈簧會(huì)減少跖趾關(guān)節(jié)的總旋轉(zhuǎn)范圍。與此相關(guān)的是，我們發(fā)現(xiàn)更大角度的腳趾彈簧推遲了足中心壓力（Center of Pressure，COP）通過(guò)MTP關(guān)節(jié)中心的時(shí)間，并減少了足中心壓力在MTP關(guān)節(jié)前的移動(dòng)距離。由于這些運(yùn)動(dòng)學(xué)上的變化，相應(yīng)的關(guān)節(jié)力矩和由此產(chǎn)生的負(fù)功都有所下降。

最后，腳趾彈簧可以通過(guò)減少足部肌肉的工作量來(lái)增加舒適度，但它們可能會(huì)增加對(duì)足底筋膜炎和其他足部相關(guān)問(wèn)題的敏感性。盡管如此，還需要更充分地探究腳趾彈簧對(duì)足部功能和整體步態(tài)的影響。未來(lái)的研究可能會(huì)結(jié)合鞋墊、鞋的硬度與緩沖等其它鞋履功能來(lái)探索腳趾彈簧的影響。

Sichting, F., Holowka, N.B., Hansen, O.B. et al. Effect of the upward curvature of toe springs on walking biomechanics in humans.SciRep10,14643(2020).https://doi.org/10.1038/s41598-020-71247-9