高原世居藏族与移居汉族健康青年足底压力分布特征对比

孙鑫，娄本敬，谢露，边巴,3＊

（1.三峡大学附属仁和医院，湖北 宜昌 443000；2.西藏大学医学院，西藏 拉萨 850000；3.西藏大学高原医学研究中心，西藏 拉萨 850000）

引言

千里之行，始于足下。人体双足的功能与结构在很大程度上满足了运动的需要[1]。足与个体的健康密切相关，因此，足被誉为人体的“第二心脏”[2]。足部的生物力学指标与足部的结构、机能和整体姿态的控制性密切相关。通过仪器测量，可以得到生理、病理、机能学的数据[3]。足底压力测试系统可对人体在活动时的应力情况进行精确的动态定量分析。然而，在高原人群中与该技术相关的研究未见报道，同时也未见高原不同人群的足底压力特征对比研究。本研究探索世居高原与移居高原青年人群足底压力分布规律，对比分析世居与移居高原青年足底压力差异，为将该项技术实践于高原居住人群奠定理论和实践基础，继而为基线指标、足部相关疾病的临床诊断和疗效评估，以及体育运动等提供可参考依据。

1 试验方法

1.1 研究对象

整群抽样西藏大学医学院2021 级世居高原与移居高原健康青年。为了估算研究所需的样本量，采用了一项类似研究数据[4]。每组需要比较的对象按照样本量计算公式（1）进行计算：

N：样本量大小；σ：标准差；k：常数k=7.8；Δ：不同组别之间平均值差值。

计算得出每组所需纳入的样本量约为25 人。纳入标准为世居藏族人群（三代以内在西藏生活，三代及以上无其他民族婚配史者）和移居汉族人群（非高原地区居住，三代及以上无其他民族婚配史者）且体质指数（BMI）为18.5～23.9 kg/m2[5]。应排除：①接受过专业体育训练者；②患足部疾病（如外伤、足神经瘤、扁平足和高弓足等）者；③患有足部骨性畸形者；④有足部或腿部截肢史者；⑤精神异常者；⑥因其他疾病导致行走功能障碍者。最终受试者共150 人（其中世居藏族男性37 人、女性41 人；移居汉族男性33 人、女性39 人）。受试者自愿参加测试并签署知情同意书。不同民族相同性别人群的年龄、身高、体重、BMI、足长和歩速无统计学差异。

1.2 测试流程

采用足底压力测试分析系统（Loran，意大利）测试足底压力相关指标。配套的MPS 平板测试系统适用于静态和动态足底压力测试，包括4 块测力平板和相应的配套设施及分析软件。通知受试者测试前24 h 内不得参加剧烈运动。测试中脱鞋袜，以平常姿势站立于平板上约10 s，测量两足静态足底参数，间隔时间1 min，获取有效测量3 次；以日常自然行走习惯测量两足动态足底参数，在平板上来回行走，间隔时间1 min，获取有效测量3 次。

1.3 数据处理方法

系统配套Biomech Studio 软件将足底分为10个区域，如图1 所示：第1 趾（Toe1、T1）、第2～5 趾（Toe2-5、T2～5）、第1 跖骨（Meta1、M1）、第2 跖骨（Meta2、M2）、第3 跖骨（Meta3、M3）、第4 跖骨（Meta4、M4）、第5 跖骨（Meta5、M5）、足中部（Mid Foot、MF）、足跟内侧（Medial Heel、MH）和足跟外侧（Lateral Heel、LH）。主要观察指标包括整足峰值压强（Peak Pressure、PP）、平均压强（Average Pressure、AVP）、接触面积（Contact Area、CA） 和足弓指数（Arch Index、AI）、足轴角（Foot Axis Angle、FAA）以及各区域接触面积、压力峰值（Peak Force、PF）、峰值压强、平均压强和冲量（Impulse、I）。

图1 足底区域划分图Fig.1 Division map of plantar regions

1.4 统计分析方法

使用SPSS24.0 进行全部数据统计分析。定量资料用均值±标准差（±SD）表示。差异分析采用独立样本t检验。当P＜0.05时，认为二组特征量差异显著，当P＜0.01 时，认为二组特征量差异高度显著。变量之间的相关性采用点二列相关分析，P＜0.05，表示相关具有显著性，P＜0.01，表示相关具有高度显著性。

2 结果

2.1 站立与行走时整足测试

表1 的结果表明，站立时男性双足整足接触面积（P＜0.05）和女性右足整足峰值压强（P＜0.05）、双足整足平均压强（P＜0.05）、双足足弓指数（P＜0.01）在民族间存在差异；行走时女性双足整足接触面积、足轴角在民族间差异高度显著（P＜0.01）。

表1 站立与行走时的足底测试指标对比（）1）Tab.1 Comparison of plantar test indexes during static standing and dynamic walking ()

表1 站立与行走时的足底测试指标对比（）1）Tab.1 Comparison of plantar test indexes during static standing and dynamic walking ()

1）#表示二组特征量差异显著（P＜0.05），##表示二组特征量差异高度显著（P＜0.01）。

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2.2 足分区测试

2.2.1 各区域接触面积

结果分析表示：男性双足T1 区域、右足M5 区域和女性双足T1 区域、T2～5 区域、MH 区域、左足M5区域接触面积存在民族间高度显著差异（P＜0.01）。男性左足T2～5 区域和女性左足M4 区域、左足LH区域接触面积存在民族间显著差异（P＜0.05）。如图2 为世居藏族与移居汉族青年足底各区域接触面积均值分布情况。

图2 足底各区域接触面积均值分布Fig.2 Distribution of plantar contact areas

2.2.2 各区域压力峰值

结果分析表明，男性双足T1 区域、M2 区域（P＜0.01）、左足T2～5 区域（P＜0.05）压力峰值和女性双足T1 区域、T2～5 区域、M2 区域（P＜0.01）压力峰值存在民族间差异。如图3 为世居藏族与移居汉族青年足底各区域压力峰值均值分布情况。

图3 足底各区域压力峰值均值分布Fig.3 Distribution of plantar peak forces

2.2.3 各区域峰值压强

结果分析表明，女性左足T1 区域、右足M1 区域和右足M4 区域峰值压强存在民族间高度显著差异（P＜0.01）。男性右足MF 区域峰值压强存在民族间显著差异（P＜0.05）。如图4 为世居藏族与移居汉族青年足底各区域峰值压强均值分布情况。

2.2.4 各区域平均压强

结果分析表明，女性左足T1 区域（P＜0.05）、T2～5 区域（P＜0.01）和右足M4 区域（P＜0.05）平均压强在民族间存在差异。如图5 为世居藏族与移居汉族青年足底各区域平均压强均值分布情况。

2.2.5 各区域冲量

结果分析表明，男性双足T1 区域、M2 区域（P＜0.01）和左足T2～5 区域、M1 区域、M3 区域、M4区域、M5 区域（P＜0.01）冲量存在民族间高度显著差异（P＜0.01）。男性右足M1 区域、M5 区域冲量存在民族间显著差异（P＜0.05）。女性双足T1 区域、T2～5 区域、M2 区域冲量存在民族间高度显著差异（P＜0.01）。女性左足M1 区域、M5 区域、MH 区域冲量存在民族间显著差异（P＜0.05）。如图6 为世居藏族与移居汉族青年足底各区域冲量均值分布情况。

图6 足底各区域冲量均值分布Fig.6 Distribution of plantar impulses

2.3 足底压力指标与健康青年民族间的相关性分析

表2 的结果表明，通过点二列相关性分析，显示双足足弓值、T1 压力峰值、T2～5 压力峰值、M2 压力峰值、T1 冲量、T2～5 冲量、M1 冲量、M2 冲量、M4 冲量和M5 冲量与健康青年的民族呈现显著的相关性。

表2 健康青年学生足底测试指标与民族的相关性分析1）Tab.2 Correlation analysis between nationality and plantar test indicators of healthy young students

3 讨论

目前，足底压力分布研究已应用于众多领域。健康人群足部力学的分布特点，不但可以加深对正常人的步态了解，同时也可作为异常足部压力分布的评判标准[6]。本研究检测指标中人群间差异主要表现在峰值压强、平均压强、压力峰值、接触面积、冲量、足轴角和足弓指数。

足底压强是足底单位面积所承受的地面反作用力，峰值压强和平均压强是反映足底压力分布的重要指标，其大小对于足部损伤的发生具有重要的影响[7]。世居与移居青年比较发现，女性站立时藏族峰值压强、平均压强低于汉族，行走时只在个别双足足底区域存在人群间的差异。世居青年的最大峰值压强、平均压强区域均为M3 区，最小峰值压强、平均压强区域均为T2～5 区。移居青年最大峰值压强、平均压强区域均为M2 区，最小峰值压强、平均压强区域为T2～5 或MF 区。有研究发现中国当代青年女性足底前掌第二跖趾、第三跖趾和后跟区域是行走时主要的受力区域[8]。王更全[9]发现男性承受压强最大的部位在M3 部位，女性则在M2 部位。该研究与本研究结果不完全一致，但也证实王明鑫的结论[10]，即中国正常人的足底压力分布数据各有其特点，国人的足底压力分布具有独特性。双足长期承受过大的压强，会导致下肢骨、软骨、周围韧带、腰背部等产生一系列的不良反应[11]。刘少虎[12]认为足底压强分布可为鞋垫的设计提供启发，使鞋垫的设计符合力学原理，从而提高使用寿命和舒适性。本项研究结果可为设计符合高原世居青年人群的产品提供参考资料。同时，在日常生活与体育锻炼中，应挑选合适的鞋子，加强对足底高压强区域的保护，预防过大压强导致足部或身体某部位的损伤。

足轴角是足跟中点和第2 跖骨的连线与行走方向的直线形成的夹角[13]。成年男性足轴角均值较女性大[14]，这与本研究结果一致。健康大学生的足轴角正常范围为1°～15°，足轴角大于15°呈现外八字步态，足轴角小于0°呈现内八字步态[14]。世居与移居青年足轴角均值均在正常范围内，仅女性的双足足轴角均值存在差异。张珊珊[15]研究得出足底压力值与足轴角有相关性。而本研究中女性间压力指标的差异可能导致了足轴角存在差异。测试过程中个别受试者出现足轴角过大或过小的情况。对此，明确告知其如果长期存在“外八字”或“内八字”脚形态，不只对个人仪态有影响，还可造成足弓缓冲、减震作用的减弱，从而增加足部损伤的几率。

足弓指数是将足底压力图像（不包含足趾）长轴三等分后，中间区域压力占整体足底压力图的比例，是用于标识人体足底几何特征的一个参数，低于21%为高弓足，高于28%为低弓足[13]。有研究认为良好的足弓是跑跳的基础，高足弓者比低足弓者在运动中更易发挥水平[16]。世居青年足弓指数数值均偏小，甚至达到轻度高弓足标准，明显低于移居青年，特别是女性间差异显著。这或许在生物力学层面上证实了世居藏族人群运动能力优秀的结论[17]。然而，高弓足由于其足弓结构的特点，相比正常足在第1、2、3 跖骨和后跟内侧受力增大[18]，更易出现骨骼和相关肌肉损伤，这或许是高弓足容易出现足部损伤的原因之一。因此，藏族青年较高的足弓虽然不会影响他们的正常生活，但是应更加注意加强足部保健，保持足部健康。

足底接触面积反映了足与地面接触面积大小及受力位置点，对于足底压力的研究有着重要的意义[19]。世居与移居青年间比较，站立时藏族男性双足接触面积均大于汉族男性，行走时藏族女性双足接触面积均小于汉族女性，男、女性部分区域接触面积在世居与移居青年间存在显著差异。这可能与不同青年人群活动的方式和活动类型以及受试者先天性的足部结构不同等有关[20]。研究表明，对于一定的足底应力，尽可能增大接触部位的受力面积，可使局部足底组织免受过高压力的损伤[21]。吴刚[22]研究发现，长期体育锻炼可使足底接触面积明显增加。基于以上结论，健康人群应注重运动，提高机体的平衡性和肌肉的调节能力，平时选择宽松、低跟、舒适的鞋子，减少局部组织受压，预防足部疾患问题的出现。

压力峰值是反映足底压力特征的一个有效指标[13]，压力峰值的大小与部位对于评价足部受力及疲劳程度和发生足部损伤概率具有重要意义。足底区域出现过高的压力会导致不同程度的运动损伤，如足底应力性骨折、胼胝体形成等[23]。移居与世居青年男女足趾部和M2 区压力峰值存在差异，藏族人群均低于汉族人群。世居藏族最大压力值集中于足跟部及M3 区，而移居汉族为足跟部及M2 区。国外研究[24]显示，健康人行走时足底最大压力位于M1区；国内研究[25]则发现行走时足底最大压力主要位于M2 区和足跟区。以上结论的不一致可能与生活习惯有关，也可能是世居藏族独特的遗传属性造成的。目前已证实世居藏族在长期适应高原环境的过程中引起形态、机能、代谢、免疫乃至基因的变化，表现出人群间的差异[26]。世居高原人群足部力学的研究可为高原人群的相关适应性研究开辟新的方向。足底压力异常，可产生不良后果，因此应加强足部组织锻炼，提高足部掌控力，关注压力峰值过高区域，进行足部保健按摩，选择功能鞋垫等，预防足部损伤。

冲量是描述力在一定时间内对足底各区域持续作用所产生的累积效果[13]。足底各区域冲量的大小取决于每个区域压力值和足与地面的接触时间，也是评价足底压力和足部损伤的重要指标[27]。本研究中世居藏族青年最大冲量值集中于足跟部与M3区，最小为T2～5 区；移居汉族青年最大冲量值集中于足跟部与M2 区，最小为T2～5 区。藏族青年足底部分区域冲量值低于汉族。我们认为，世居与移居人群表现的冲量差异，是由于民族不同导致的，这一点经过相关性分析证实。李立等[28]研究发现体重是影响足底冲量的关键，提示青年人群应注意健康，保持正常BMI 水平，超重或肥胖不仅会造成足底受力异常，更会影响足弓结构，造成足弓损伤，最终形成足弓塌陷、平足症等。鉴于不同人群足底各区域冲量的不同，建议通过足底压力测试了解自身的冲量特征，并在平时注意防范冲击力对身体的损伤。

目前仅有极少数文献报道种族或民族间足部力学差异，例如黑人和白人受试者在足部压力方面存在种族差异[29]；高加索人种与印度人种具有足压差异[30]。国内多名学者报道了一系列中国正常人的足底压力分布数据，各有其特点，也充分证明国人的足底压力分布具有独特性[31]。本研究发现民族与足底压力特征及分布规律有着显著的相关性。世居藏族人群定居高原的时间最长[32]，被证实是适应高原环境最优秀的民族之一[33]。长期生活在高原的极端环境下的世居人群，其身体机能状态以及器官和结构都会产生相应的“适应性”变化[34]，藏族的高原适应性变化达到了形态、机能和体成分完美的统一[35]。因而我们有理由认为，世居高原藏族人群足底压力特征及分布规律有别于其他人群，是为了更好地适应高原的极端环境而产生的结果。

本研究通过获取世居藏族与移居汉族健康青年足底压力各项数据，进行比对分析，但测试人群具有一定局限性。虽然选择青年人群可避开下肢疾病高发的年龄段，但是代表性不强，未来将以10 岁为年龄段间隔分组进行分析[36]。测试数据和结论与其他学者的研究不尽相同，因为足底压力特征在个体间差异很大，且受众多因素的影响。要准确反映高原地区世居青年的足底压力的大小、分布及影响因素,还需扩大样本量进一步深入研究。

4 结论

综上所述，整体来看世居藏族与移居汉族健康青年足底压力指标存在差异，且足底各区域参数分布规律不同。本次调查初步比较了高原世居藏族与移居汉族青年学生步态的基本特征，充实了中国人群的步态数据库，可为日后开展不同人群足底压力的应用研究提供数据对比，也可为鞋履、支具的设计和制作、医学诊断和体育锻炼等方面的研究提供一定的技术支撑和数据参考。