老年人鞋具稳定性功能的研究进展

李蜀东，马加彬，李建设，顾耀东

（1.宁波大学 体育学院，浙江 宁波315211；2.浙江体育职业技术学院，浙江 杭州311231）

0 前 言

跌倒在老年人群中是比较常见的现象，在这个年龄段由跌倒引起的发病率和死亡率都很高。平衡能力和神经肌肉系统能力随着年龄的增加而退化，是许多老年人跌倒的重要原因［1］。鞋是老年人在室内外引起摔倒的一个危险因素［2、3］，无论老年人以什么标准来选择他们的鞋子，鞋的类型或某些特点总是与意外摔倒有着密切的联系。因为改变鞋底和地面间摩擦条件，可以改变脚和踝对身体的体觉反馈［4］。如今鞋的外观款式成了设计中最主要的考虑因素，而保护足、利于行走等最初、最基本的作用却被放在其次［4，5］。正因如此，人们对能够保证老年人在参加活动或家中行走安全的鞋所应具备的要素知之甚少［6］，在对社区老年人的一项调查研究中发现，接近1/3超过65岁的老年人有过摔倒的经历［7］。预防跌倒已经成为医学研究的一个重中之重。再加上鞋对于摔倒来说是一个可变性很强的风险因素，所以找到影响或改变鞋平衡的关键区域是十分重要的。这对于设计增加行走稳定性功能鞋的开发提供了很好的理论支持。

1 裸足状态与稳定性

裸足或者只穿袜子行走出现摔倒的概率要比穿着运动鞋或者帆布鞋高11倍［8］。一项对176位有摔倒经历的退休乡村老年人的研究发现，他们在室内摔倒的概率大大高于室外（50∶36）。结果同样发现裸足行走或者穿袜子行走增加了摔倒的风险（比值为13.7）［9］。另外，Larsen等［10］还发现穿袜子或拖鞋在室内行走与年龄超过66岁的女性出现摔倒有着很强的相关性。

裸足要比穿鞋更能增加本体感觉和足底感觉对身体姿势的控制［11］。但是这并不意味着裸足比穿鞋更利于维持身体的平衡，尤其对那些从小习惯于穿鞋的人来说［12］。Stacoff等［13］研究横向移动对稳定性的影响时发现，与裸足相比，鞋子可以在脚后跟刚接触地面时给距跟关节轴提供更加安全的关节力矩（图1），有效地预防跌倒的发生。在Robbins等［14］的研究中，要求年轻和老年受试者站上一种特制的可以改变倾斜角度的载重表面，他们需要判断他们脚下这种特殊装置的倾斜角度和程度。裸足时，老年受试者的关节位置感觉比年轻受试者低了162%，脚底感觉敏感度的下降很有可能与年龄的增长有关。穿运动鞋时，年轻和老年实验组对关节角度估计的平均误差都有所增加，所以该研究得出结论:穿鞋时的确会降低受试者的触觉感受性。此外，对社区老人受试组在横梁上行走来估计脚底仰角的实验中，裸足行走比穿鞋行走产生的误差要小［15］。

1 裸足与穿鞋状态侧向移动比较

正如前面所说，超过1/4的社区老人是在室内裸足行走的［16］，这与摔倒的概率如此之高有着密切的联系［8，9］。 因此，找出裸足和穿鞋状态下对老年人平衡的影响是至关重要的。Arnadottir和Mercer［17］在对裸足与穿鞋对老年女性（n＝35）行走速度的研究中，发现穿鞋的老年人在10m的行走测试中能以更快的速度和更短的时间完成。这也许是因为鞋子能增强对脚底震动的吸收，增加舒适感。

进一步的研究，要求社区老年人在裸足和穿不同鞋底结构的鞋在7.8cm宽的横梁上行走，结果显示，裸足比穿鞋在横梁上行走失误的概率要高［15，18］。虽然大家都认为，在潮湿或者光滑的室内表面上裸足或只穿袜子行走会使摔跤的风险大大增加［9］，但没有研究和数据显示老年人裸足或穿袜子在诸如光滑的木质地板之类的表面上行走时有摔跤的风险。裸足或只穿袜子在地毯上行走时也许会因为摩擦力太大而导致老年人摔跤，对此还需更加深入地研究。最后，Burnfield等［19］发现老年人裸足行走比穿鞋行走足底所承受的峰值压力明显要大，这样就会增加足部损伤的风险，所以老年人应尽量避免裸足行走。

2 鞋底缓冲性能与稳定性

鞋类中底具有减震缓冲以及在跑步中避免运动损伤的功能和作用［20］，研究主要针对鞋中底的不同厚度和硬度对老年人稳定性的影响。一项关于25位老年男性对鞋底中层的不同软硬度及不同高度（图2）对平衡影响的研究，发现太软和太硬的中底（shore A－15的软底，shore A－58的硬底）对平衡控制会有很大的负面影响，测试中也较容易从较窄的横梁上掉下来［18］，在对年轻一点的男性进行了同样的测试，也得出了相同的结果［21］。老年男性普遍认为在不同的硬度（shore A－15，33，50）和厚度（脚后跟部位13mm，第一跖趾关节部位6.5mm和脚后跟部位27mm，第一跖趾关节部位16mm）中，具有软而厚的中底的鞋更加舒适［18］，这也许是因为软而厚的中底能更加平均地分配着地时的足底压力。足底压力的平均分配，被认为会降低脚底的触觉反馈从而影响对平衡的控制。作者还认为这种软的中底会在力学结构上不稳定，在受到挤压时会使前脚部分产生晃动，改变踝关节的角度。

Sekizawa等［22］在对20名年轻男性进行足背屈站立测试时，也发现了厚鞋垫的鞋（脚后跟部位50mm，第一跖趾关节部位30mm）与裸足相比在关节位置感觉方面的劣势。另外，Perry等［23］对年轻受试者裸足和穿着三种不同硬度（shore A－15，33，50）鞋垫的鞋进行了随机的急停测试。他们发现，与硬度较大的中底相比，柔软的中底能显著的减少内外侧的质量分布。Sekizawa等［22］对柔软中底急停对矢状面的平衡控制影响的测试中发现，在急停的站立末期，柔软的中底与裸足相比，会使压力中心和质量中心更加靠近并且使垂直方向负荷承载率明显增加。Perry等［23］总结，鞋底过于柔软会威胁老人行走站立的稳定性，因为穿着柔软的鞋底在急停时，需要更强的肌肉活动来维持平衡。

亦有研究围绕着年龄和鞋子对关节角度感觉的影响展开，软而厚的鞋底会降低关节位置的感觉从而影响稳定性［14］。这个观点在随后更加多样化的测试条件下得到了证实。一个由13位年轻和13位老年人组成的受试组的实验中，每位受试者分别穿着不同厚底和不同硬度中底的鞋在一条横梁上行走，估计他们脚与地面的最大夹角，再将受试者对角度估计的误差统计出来。老年受试者不管穿什么硬度或厚底中底的鞋，对脚位置的感知能力平均比年轻受试者大约差了200%［15］。与之前的结果相似，厚且软的中底的鞋在平衡方面的表现最差，特别是对于老年人效果更加明显［18］。对脚部位置判断的失误随着中底厚度的增加而增加，而与中底的硬度成负相关。对平衡的控制越好的受试者对脚位置的判断就更加准确。

Robbins等［24］为了能将舒适度与平衡性更好地结合起来，对软且低弹性的材料进行了姿势摆动测试。Robbins等认为这种柔软、低弹性的材料在脚与地面发生相互作用时能一直保持稳定的被压缩状态，这样就能减轻高弹性鞋垫引起脚的前部在着地时过度摆动的现象。总得来说，现在的观点越来越倾向于用低回弹性材料做鞋垫比高弹性材料更加舒适。与这些结果相似，舒适稳定的鞋底被认为应该是相对较薄、较硬且回弹性低的材料。但是，在站立时对受试者姿势摆动和倾斜平衡的测试中，对受试者的最大摆动范围和协调稳定性统计发现，中等硬度鞋垫（shore A－42）和高硬度鞋垫（shore A－58）在42位老年女性的测试中并没有发现明显的差异。但是，对于本研究中较软的鞋底对平衡有负面作用的结论来说，也不至于造成明显的影响［25］。正因如此Menant等［26］对29位老年受试者用三种不同硬度的鞋垫（shore A－25，40，58）进行了姿势摇摆，倾斜平衡，标准步速反应时间三项测试，但没有发现明显的差异。

总而言之，鞋底或中底的软硬程度对站立时的平衡影响并不大。但是，厚而软的中底在行走时会降低足部的本体感觉，改变对足部的机械支撑，这样就会影响稳定性，在一些平衡性能的试验中，这种中底会对稳定性造成更加严重的影响［23］。现在流行病学研究还不能确定鞋底的硬度和厚底是导致老年人摔倒的因素［27］。所以中底硬度和厚底对于平衡影响，还需要进一步的研究。

3 防滑特性

滑倒和绊倒是老年人跌倒最常见的形式［2］，70岁以上社区健康老人中有17%的摔倒是有由脚底打滑引起［28］。在室内不穿鞋很容易导致滑倒，裸足行走或只穿袜子行走对老年人来说摔倒的风险比穿鞋时行走高出了十倍［8，9］。此外，寒冷的气候下，在冰面与雪面上滑倒受伤的几率是非常高的。Bjornstig等［29］在瑞典一个小镇为期一年的研究发现，在冰面或雪地里因滑倒、摔倒而造成受伤的意外中，有34%的年龄在50至79岁之间，摔倒的主要原因可以归结为缺少具有防滑功能的鞋底。对于老年人来说，年龄的增长会造成本体感觉和肌肉力量的下降，导致由打滑而造成的摔倒概率增加。所以一双拥有良好防滑性能的鞋，对老年人的安全保障具有重要作用［30］。

通过增加鞋底的支撑面积（图3）以增加鞋具内外侧的支持力［31］，这种设计充分考虑到了老年人对鞋具的需求。现在对于这种结构鞋的研究大多都建立在防止运动损伤的背景下［32，33］。在训练实践中发现，与一般的训练鞋相比，这种外展鞋底的低邦训练鞋可以有效的减少整个足在鞋具内部的滑动。而且，这种向外展开的鞋底在侧向移动急停时，为穿着者（年轻受试者）提供了更长的支持力臂，还可以有效地降低距下关节的反向运动［33］。在对14名男性受试者穿着外展鞋底的跑鞋进行跑步测试时发现，着地初始阶段脚的外展程度出现显著增加，但是对在整个内旋程度和触地时的最大压力没有明显影响［32］。Menant在研究行走时这种外展鞋底对老年人（n＝29）平衡的影响时发现，穿着这种外展鞋底行走时并没有表现明显的维持平衡的能力［26］。不管这种外展鞋底对于步态平衡的影响是正面还是负面，但这种结构的功能和影响，尤其是对老年人的功效还有待进一步发掘。

图3 外展型鞋底结构

Gard和Lundborg于冬季在瑞典致力于防止在户外滑倒的研究。他们发明出了许多对老年人有帮助的防滑装置［34］。Gard和Lundborg对老年受试者在五种不同的平整表面（冰沙界面、冰碎石界面、冰雪界面、冰盐界面和冰面）上进行的简单行走测试，证明了他们的研究成果［34］。其中一种应用于鞋跟上的防滑装置，被证明是这几种装置中效果最好的，对保障行走的安全与维持平衡有显著的效果；而且，与前脚或全脚的防滑装置相比，长时间穿着也不会对行走时的步态与姿势造成明显的影响。也就是说，在脚跟位置上设计防滑装置是首选的，因为它能在行走时提供更好的平衡和安全［35］。一项对一种环绕在鞋垫的周围弹性网面（Yakrax Walker）对步态稳定性影响的研究，该测试利用具有这种弹性网面材料的鞋对年龄在65岁以上的社区老人进行了户外的防滑试验［36］，与控制组相比，这种有网面鞋底装置的的鞋在户外运动中出现侧滑、摔倒及出现跌倒损伤的概率要分别低50%、45%和13%。因此这种装置可以为在冰面上跌倒这一问题提供一种实用而又经济的解决方案。

Gao等［37］对4种不同鞋垫材料、鞋底硬度、粗糙程度的防滑鞋具进行测试中，发现了鞋底粗糙度与摔倒具有显著的相关性。根据一系列不同橡胶鞋底在潮湿界面、油面和冰面的防滑测试，Manning和Jones得出，为了减小跌倒的风险，应该避免地板涂蜡，这样会减小鞋底与地板之间的摩擦系数［38］。进一步的研究显示，橡胶后跟有10°的倾斜角度（图4）时，与平整的后跟相比可以让脚后跟在着地时与地面有更大的接触面积，这种倾斜的后跟在干燥和潮湿的地面上都能提供更好的防滑性能［39］。在潮湿的地面上，胎面花纹的鞋底能让后跟在有水的地面上接触时，增大摩擦系数，产生更大的抓地力［11］。

图4 脚后跟部位鞋切面防滑效果示意

Menz等［40］运用相似的研究方法也得出了类似的结论，他们对不同类型鞋跟的牛津鞋（一种低跟绑带鞋）进行了测试。在室内干燥的界面上这些鞋都能提供足够的摩擦系数，不过鞋跟稍带倾斜的鞋表现出的防滑功能最突出。另外相对宽一些的鞋跟表现出更加突出的防滑效果，而女士鞋由于后跟太窄而没有能够提供更加安全的防滑性能。另外，胎面花纹的鞋底在垂直方向上可以提供最大的摩擦系数，但是，在油面的环境下，即使是胎面花纹也没有达到足够安全的摩擦系数［41］。

Connell和Wolf提出了不同的观点，他们分析了两起由于脚与地面间的摩擦力过大而导致的摔倒事件。这两起事件中，老年受试者由于鞋底与地面的摩擦过大，使下肢以脚为支点向前旋转，导致失去了平衡［3］。Menz等［9］认为，虽然对鞋底的防滑性能和地面的摩擦系数进行单独考虑时都在正常范围之内，但是当把这两种都符合要求的介质组合到一起时就有可能导致摩擦系数过大。对于老年人来说，鞋底或地面的摩擦力未必是越大越好。尤其对那些经常拖着脚走路的老年人或者帕金森患者来说，这种过大的摩擦力会威胁到他们行走的稳定性。对于习惯于拖着脚走路的老年人来说，相对光滑的表面比那些具有超高摩擦系数的界面更加安全。拖着脚走路的姿势，脚趾与地面的间隙十分小，这样当他们通过表面不规则的界面或者高摩擦系数的表面时就容易被绊倒。

4 小 结

制鞋技术和防跌倒研究已有很多改进，但这个问题现在仍然没有解决。老年人最好穿着低跟型鞋具行走，高跟型鞋具会造成老年人行走姿势的改变且不利于平衡，肯定伴随着跌倒的风险加大。至于鞋垫的软硬程度，老年人应该选择较硬的薄鞋垫鞋，因为较软的鞋垫（硬度小于shore A－33）在一些大强度的步态测试中会对平衡的控制产生负面影响。此外，有数据可以证明胎面鞋底和具有脚后跟斜面的鞋底可以在湿滑的表面起到提升防滑性能的作用。今后相关的研究方向，应该通过各种有效的测试，系统地研究鞋底结构和外展型鞋底对老年人平衡的影响。另外，临床研究中应该强调鞋垫的防滑功能，因为它能防止室内的摔倒发生。最后，足部的本体感觉对平衡控制的影响，有待进一步的深入。

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