矫形鞋垫在相关病症康复中的应用研究现状

侯亚丽 王向东

1上海体育学院 运动科学学院（上海 200438）

2国家体育总局体育科学研究所（北京 100061）

矫形鞋垫在相关病症康复中的应用研究现状

侯亚丽1王向东2

1上海体育学院 运动科学学院（上海 200438）

2国家体育总局体育科学研究所（北京 100061）

矫形鞋垫；足部畸形；踝关节不稳；跖骨痛；足底筋膜炎；膝关节畸形；膝关节骨关节炎；下背痛；偏瘫；足溃疡

人体在行走等日常活动中，足部的支撑以及下肢关节的生物力学对维持姿势平衡以及预防各种病症具有很重要的意义。足底压力分布情况可以反映人体的下肢力线[1]（解剖学定义为下肢各器官的结构学连接线）是否正常，预测异常情况下会造成的病症以及采取合适的矫正方法等，在临床医学中有很重要的应用。除了先天性的遗传变形外，人们日常不正确的穿鞋方式、走路习惯等也会造成足的变形，甚至是膝关节乃至整个躯干的生物力学特征发生变化。近年来，随着有限元分析法和footscan、kistler、3D扫描打印等设备的发展，在临床治疗中，除了运用物理因子、牵拉等疗法外，矫形鞋垫的应用也越来越广泛，可以有效改变一些患者的下肢生物力线[2]。因此，本文通过查阅相关文献，了解并分析矫形鞋垫对不同临床病症的康复作用以及生物力学原理，为今后矫形鞋垫的进一步发展及其临床运用提供参考。

1 矫形鞋垫

鞋垫是放置于鞋内底上的一种常用足部辅具，起吸汗防滑、缓冲减震、支撑和改善足部功能的作用。矫形鞋垫在具备鞋垫基本功能的同时，还可以通过矫正和改善足底压力分布，保守治疗一些足部疾病；改善下肢异常的生物力学特征，预防和治疗一些膝关节病变以及调整人体站立行走时的整体姿势，改善腰背部疼痛等功能。矫形鞋垫按其制作方式可以分为预制型矫形鞋垫、定制型矫形鞋垫、以及定制-模制型矫形鞋垫3种[3]。在临床上，这3种矫形鞋垫使用都很常见，按造价和人工费不同在使用中也有差异，定制-模制型的矫形鞋垫可以真正实现个性化，价格也最贵，一般用于较严重的病症，但由于矫正效果最好，因此在临床中使用也很广泛。

2 矫形鞋垫在足部畸形等病症康复中的应用

足有两个纵弓和一个横弓。内侧纵弓由跟骨内侧、距骨、舟骨、3块楔骨和内侧3个跖骨构成，由足底长短韧带和足底筋膜支撑，富有弹性。外侧纵弓由跟骨外侧、骰骨和第 4、5跖骨构成，是一个骨性排列的结构，较为稳固，但缺少弹性，主要保持足的稳定性[4]。先天遗传、后天穿鞋不适或行走姿势不正确等易造成足骨形态异常、肌肉萎缩、韧带挛缩或慢性劳损，从而引发一系列如扁平足、高弓足、拇外翻、跖骨痛等足部畸形和病症[5]。

扁平足是以足的纵弓降低或消失为主要特征的足部畸形。临床表现是足弓塌陷伴前足旋前、外展及后足外翻变宽，距下关节旋前[4，5]。其足底压力情况分析为：足尖，第2、3跖骨，足外侧和脚跟区域的压力增大[6]；在行走向前推进的过程中，重心更倾向于右前足；且在跖骨头处着地顺序为由外向内[7]，有较大的跖曲角度和较大的踝关节跖曲力矩峰值。研究表明扁平足患者在使用合适的足弓垫后，可以改善足弓，增加水平行走时起步阶段连续性，同时减小足内翻和胫骨内旋的角度，减少跖骨头的压力峰值、后跟压力冲击力和前掌压力[8]。足跟着地时踝关节背伸角度增加，足内侧接触面积增加，外侧减少，更接近于正常值[9]。

高弓足是足弓高于正常足弓范围（14～18 mm），足与地面的接触面积减少的一种足部畸形。其足部的生物力学情况表现为：承重面积减少，足底压力均增加，前脚掌区域除第5跖骨外，其他跖骨区域的压力均明显增加[5]。有研究表明通过定制合适的足弓垫可以减轻前脚掌和足跟两部分的压力，明显减小跖骨头的压力峰值、后跟压力冲击力和前掌压[9]。例如在鞋垫中加厚跖骨头位置的部分，减少前脚掌的压力，并且把鞋垫后外侧加厚，可以减轻行走时足跟部出现的内翻倾向[9]。

拇外翻是指第1拇趾向外偏斜超过正常生理角度的一种足部畸形。一般指第1跖骨和第2跖骨之间的夹角超过8°～9°范围，第1跖趾关节外翻的角度超过15°～20°的范围[5]。此类畸形女性发病率较男性高，且扁平足会增加患拇外翻的几率。其生物力学表现为：在站立或行走时，第1跖趾关节向外脱位或呈半脱位，第1跖骨关节头突出。足内侧纵弓和前足横弓较正常者过度下降，第1跖列的承重减少，整体负重外移。因此拇外翻患者常伴有拇囊炎、前脚掌疼痛、胼胝和第1跖骨头内侧疼痛等病症[6]。通过矫形鞋垫可以将足的内侧纵弓和前足横弓垫起，使足保持中立位，且研究表明矫形鞋垫配合足部内外肌的锻炼和理疗可取得较好效果。但对于严重者需先通过手术治疗[11]。

踝关节不稳定患者表现特征为：在足跟着地时，足底压力线较正常者明显向外侧偏离，足背屈不足，内翻角度大，足中部和前部压力显著增加，双足压强变化不对称，且足部位置觉较差[12]。可以通过在足跟处放置杯状足跟垫，从而增强足跟的稳定性。或者可以通过定制更个性化的鞋垫来纠正和改善患足的足底力线。如对于跟骨关节内骨折造成的踝关节不稳患者，通过定制一款鞋垫（足内侧用发泡胶填充且足跟部嵌入一个避免跟骨轴向偏移的杯状垫），增加足的稳定性，可以使患侧足的前足压力峰值减小，易于增加跖屈力矩和整个踝关节力量，使左右两足差异减小，显著提高步态和步长[13]。

跖骨痛也是一种临床常见并发症，产生原因主要是由于其他病症或衰老造成的足部组织变薄，使得足部跖骨头压力过大，承载的负荷过多。通过定制跖骨支撑垫可以重新分配跖骨痛患者跖骨头处过多的负荷。但有研究发现，跖骨垫对缓解跖骨痛有一定的局限[14]，主要是因为患者行走时与跖骨垫的吻合度不高。因此又发明了动态压力鞋垫[15]，这是一种基于连续的步态压力的泡沫垫，可以很好地与动态中的足的跖骨吻合，增大跖骨接触面积，减少压力峰值，从而更好地缓解跖骨痛。目前国外还有通过对足进行有限元三维建模来定制治疗鞋垫。

足底筋膜炎是由足弓自身结构和力学异常所导致的足底筋膜跟骨止点处损伤或退变，在人群中的发病率为10%。其生物力学及临床表现为：距下关节过度旋前，足弓降低，足部与地面的接触面积增大，足底筋膜受到牵拉，局限在脚跟处有刺骨疼痛。由于与其他临床治疗方式相比较，定制鞋垫的治疗效果最好[16]，所以可以定制阴性足型矫形鞋垫或采用100%双密度乙烯醋酸乙烯酯（EVA）材料来制作个性化鞋垫[17]，以承托起整个足弓，使足底筋膜松弛，恢复足部的生物力学平衡，使疼痛症状改善或完全缓解。

3 矫形鞋垫在膝关节畸形等病症康复中的应用

常见的膝关节畸形有膝外翻和膝内翻，这些不正常的解剖结构使患者的胫股角以及足踝关节发生变化，膝关节受力不均匀，其他部位（如足内外翻）发生代偿。长期任其发展会加剧膝内外翻的程度以及诱发膝骨关节炎等病症。

膝内翻俗称“O”型腿，其生物力学特征表现为：膝内收力矩增大，膝关节内侧室的压力增加，足踝关节外倾；且在支撑期的最大膝内翻角度显著增大，并伴有步态的足偏角减小。研究通过对比平底鞋垫和外侧楔形鞋垫发现，使用外侧楔形鞋垫可减少支撑期的膝内收力矩，主要是通过减少足的外倾，使机械轴更接近垂直，减轻踝关节外翻程度[10]。长期使用可有效防治膝内翻程度加重。但有研究发现，这种楔形鞋垫不能改变胫股角[18]。

膝外翻俗称“X”型腿，指两足站立，膝关节并拢时，两足不能并拢的症状。与膝内翻不同的是，膝外翻时胫骨平台受力不均匀，外侧受力较大，下肢解剖结构的生物力线向外偏移，并伴有不同程度的足内翻[19]。根据严重程度，可以采用内厚外薄的楔形鞋垫，抬高足底内缘，使负重点向外侧移动，从而达到力线稳定或平衡。

膝关节骨关节炎是高发的膝关节疾病之一，病变常起于膝关节某一侧间室，先是关节软骨某一承重区磨损，继而产生关节面不平，使负重力线内移或外移，关节面磨损增加，最终导致膝外翻或膝内翻畸形[20]。临床中常见为膝内侧关节炎，这是由于地面反作用力在步态的站立相中始终指向膝关节内侧，导致膝关节内侧承载较多。研究通过对比不同等级的外侧楔形鞋垫表明，5度和10度的外侧楔形鞋垫都可以有效地减小站立相中足底内侧的压力，使下肢力线外移[21]。使用增加足弓支撑的新型外侧楔形鞋垫，还可以更好地避免踝关节因异常受力所产生的不适[22]。还有研究发现，对于单侧膝骨关节炎患者，使用外侧楔形鞋垫会使足的内旋、膝内收力矩、小腿旋转和躯干侧弯增加，对其下肢及躯干造成不利影响，因此对于此类患者应该谨慎使用[23]。

4 矫形鞋垫在腰背部病症康复中的应用

引起下背痛的原因之一是下肢生物力学异常，而扁平足、高弓足、前足内外翻、踝关节过度扭转、膝内外翻等都会引起下肢力线异常。在临床研究中，对于下背痛患者矫形鞋垫的制作与以往不同，其矫正技术特别强调调整站立姿势时跟骨的中立位，通过减少距下关节旋转，从而减少踝关节扭伤，使人体重心能够准确落在舟、楔、骰骨构成的承重位置，重建良好的人体生物力学姿势[24]。但是国外一些研究发现，矫形鞋垫对治疗或缓解下背痛的效果还有待商榷[25]。

对于脑卒中后的偏瘫患者，由于其感觉通路发生障碍，所以其运动表现为左右肢体间协调性下降、重心摆动增加和承重不对称等不平衡状态。Ocguder等[26]研究发现，穿矫形鞋垫，可显著增加偏瘫患者的踝跖屈力矩及踝部力量，增加步长、步宽，而且鞋垫的硬度可以刺激患足的本体感觉和深层感觉，纠正其下肢生物力线，从而提高平衡功能及步行能力。还有研究发现使用可及时监测足底压力且进行振动提示的鞋垫可大大降低姿势不稳的风险[27]。

5 矫形鞋垫在糖尿病、麻风病并发足溃疡病症康复中的应用

研究发现糖尿病患者足底压力过高且分布不均衡，表现为：患者足的大拇趾和前脚掌部分受力大，行走时缓冲不充分，支撑时间长，脚趾离地前最大压力多集中在前足的外侧，对于受压比较大的部分易造成损伤，尤其是足大拇趾及前脚掌容易发生溃疡。因此，对于患有糖尿病的患者，应提前预防和治疗足溃疡[28]。由于溃疡先发生在足底的软组织而不是足底表面，因此有研究调查了不同类型的鞋垫（定制硅胶垫和预制垫）对减少足底软组织压力和足的压力情况。结果发现定制的硅胶垫可同时减少两者的压力，而预制垫只能很好地减少软组织的压力，因此，定制型硅胶鞋垫在矫正治疗中具有更大的有效性[29]。有研究发现糖尿病足可以采用增加内侧纵弓支撑的柔软防潮材质的矫形鞋垫，可通过对足弓的支撑减少前足和足跟的压力，使足底压力重新分配，减少易发生溃疡的第1跖骨头处的压力[30，31]。还有研究对比了全脚掌垫和跖骨垫发现，两者均可减小糖尿病足跖骨头处的压力，只是全脚掌垫是通过增加接触面积减少压力，而材质较软的跖骨垫可以通过有效吸收异常的足底压力减少胼胝、溃疡的发生[32]。麻风病人的足底压力分布也不均匀，跖骨头和足跟处承载压力较大，易得溃疡。研究发现通过定制的大头套鞋和使距下关节成非承重位置的全接触鞋垫，可以增加脚后跟区域的接触面积，减少足跟部、足内侧，以及整个跖骨头区域的足底压力，有效预防和治疗足溃疡[33]。

6 矫形鞋垫的发展

矫形鞋垫在欧美国家比较流行，我国起步较晚，还处于发展阶段。随着临床广泛应用，矫形鞋垫在调整足底压力以及下肢力线，改善治疗一些病症方面取得了良好效果。定制-模制型鞋垫的设计和应用越来越多[3]，但既有研究较多关注下肢的足底压力，且研究中的鞋垫大多是根据静止站立情况下的足底压力情况来设计的，与足做不到完全相适应，尤其是在日常活动等动态的环境中，因此，为了更好发挥鞋垫的作用，对其研究也越来越深入，科学化程度不断提高。目前，国外根据足步态分析检测数据设计三维鞋垫来防治足部疾病已很普遍，一些高科技的材料以及新的技术被运用到鞋垫中，如采用双密度 100%乙烯醋酸乙烯酯（EVA）制作个性化矫形鞋垫，这种材料可以在还未完全成型期通过走路等方式慢慢形成符合自己脚型的鞋垫；还有将光纤布拉格光栅（FBG）传感器加在鞋垫中，可以检测运动中足的变化[34]，将足部变化传输到终端，便于采集观察；还有使用装有振动节奏器的鞋垫来改善在不同地面上的行走步态，当足底压力分布超过预定的范围便会通过不同程度的振动来提示使用者，这对于足底感觉迟钝者以及老年人来说非常重要[35]。随着3D打印技术以及其他相关仪器的推广应用，在国内也出现了一些可以制作个性化鞋垫的机构，主要是通过记录行走中人的足底压力变化，扫描3D足型，再计算选材，通过设备制作鞋垫。

7 总结

由于人体是一个整体，足部压力分布不均匀会使整个下肢甚至脊柱等其他部分力学结构也发生变化。临床证明许多下肢畸形及一些疾病的并发症与其异常的足底压力分布及下肢生物力学特征有关。矫形鞋垫这种嵌入式的治疗辅具，可以通过改变足与地面的接触面积从而重新分布足底压力，预防和治疗一些临床病症，且长期使用无危害性。

本研究发现目前对于扁平足等足部畸形以及糖尿病等的并发足溃疡的研究较多，且矫形鞋垫的应用也比较成熟，矫正和缓解病痛效果较佳。但由于其治疗时间较长、见效慢，在临床中常配合物理治疗、手术等，且大多数研究都是即时的效果报道，因此对矫形鞋垫对足踝畸形的矫正作用以及持久性还无法量化。关于矫形鞋垫对膝关节畸形及病变、腰背部的一些病症影响的研究较少，临床应用显示矫形鞋垫在治疗轻度膝内翻及膝外翻方面效果较好，但对于胫股角严重偏离正常范围的膝内外翻以及膝骨关节炎的治疗效果还有一定局限[2]。且对于治疗和缓解下背痛效果不明显。究其原因，一方面是由于对这方面的研究较少，且样本量较少；另一方面是由于人们对自身步态的变化关注较少，发现时已经较严重，且通常造成相邻的关节肌肉发生了代偿，造成研究复杂化和治疗效果降低。因此，今后对膝关节病变及腰背部疼痛等的研究应尽量深入，增加样本量，评价矫形鞋垫对膝骨关节炎治疗效果时应排除足踝关节变形或胫股角变化等其他因素。

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2016.04.28

国家财政部基本科研业务费资助（基本16-02）

王向东，Email：wangxiangdong@ciss.cn