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摘要
本研究的目的是研究高足弓（对称和不对称）对足底压力分布和骨盆、脊柱和肩胛带的生物力学对线的影响。根据足弓量表，81名女性被分为三组（第1组：足弓正常，第2组：一侧足弓正常，对侧高弓足，第3组：双侧高弓足）。分别对前足、中足和后足的足底压力和身体姿势进行了评估。足的纵弓的轻微增高会引起四肢之间和前足与后足之间足部载荷分布的变化，并对全身产生影响。不对称的高足弓导致下肢负荷和肩胛带高度的不对称。我们认为足弓的任何改变都可能对身体组织产生不利影响，不应被忽视。由于足纵弓轻微增高是很常见的，应将其视为足部缺陷，并应采取适当的矫正措施，以防止前足过载和身体姿势的改变。
介绍
当代久坐不动的生活方式导致身体各个部位出现许多肌肉骨骼疾病。最常见的是足部姿势异常-扁平足（旋前）和高弓足（旋后）。正如一些学者所报道的，现在高弓足在儿童和青少年中比以前更常见。这个问题已经被许多作者提及，但是不同的足部姿势对骨盆和脊柱疾病的影响有待研究。
足是生物动力链的一部分，通过骨盆连接下肢和脊椎。有人认为，足弓及其在站立和行走时的负荷可能会影响上身。正常健康足的纵弓和横弓可提供最佳的足部负荷和适当的力的分布。然而，足弓改变可能导致结构变化和/或影响载荷分布。值得注意的是，即使足部内侧纵弓略高于正常值，也可能导致载荷和压力分布的变化。据观察，身体远端的异常可能会影响近端，例如过度的足部内旋转移到胫骨内旋，这可能导致膝关节过载或近端下肢的其他变化。此外，内纵弓增加伴旋后位，导致足部的灵活性降低，以及减震机制薄弱，造成损伤。因此，Murley等假设身体远端部位之间存在潜在密切联系。他们观察到，矫形器改变足部排列可能会影响下肢和躯干近端肌肉的生物电活动（sEMG）。
值得注意的是，在一些关于足部姿势对身体其他部位影响的研究中，实验采用强制性足部姿势。在这些研究中，足部边缘人为抬高，高足弓是由特殊的平台或鞋类嵌入。但这样的研究方案不足以观察足部负荷分布的真实变化，因为这种人为的高足弓对研究参与者来说是不自然的，因此，这些研究应该谨慎参考。此外，这些研究表明，足弓的瞬时变化可能产生一些力的变化，影响局部组织，但是不能直接影响到远处的身体部位，如胸椎或颈椎和/或肩胛带。但是，如果永久性高足弓，异常的足部姿势可能导致载荷分布的改变，因此，通过肌筋膜系统，足部组织中的异常张力会扩散到身体的上部。反之，又会导致远处身体部位过载，不正确的张力可能会造成韧带筋膜系统的永久性变化，从而导致姿势的改变。有人认为，身体某些部位的异常的张力可能会传递到肌肉骨骼系统较远的部位，从而导致过载和功能受限。
一些学者认为，不对称的关节活动范围可能导致肌肉和肌腱长度以及功能的改变。也有报道称，肌肉做功、力量和长度的不对称被认为是肌肉骨骼损伤的一个重要危险因素。因此，足弓高度不对称也可能与这些疾病有关。我们可以假设只有一侧高弓足会对脊柱、骨盆和肩胛带的组织产生不同的影响，排除双侧高弓足情况。深入分析足弓不对称的影响，可能会更精确的治疗肌肉骨骼功能失调。
很多学者报道了足的姿势对下肢关节，骨盆倾斜和脊柱下部的影响。然而，关于足弓过高对身体近端部位（如脊柱和肩胛带）的影响，目前还缺乏确凿的研究报告，因此缺乏研究评估不对称足弓对上半身变化的影响。本研究首次探讨了这个问题。
这项研究的目的是研究高足弓（对称和不对称）对足底压力分布和骨盆、脊柱和肩胛带生物力学对线的影响。
方法
?被试
在这项研究中，对81名女性（20-40岁，体重61±12kg，身高±5cm）进行了评估。健康，没有任何外科或神经疾病。根据测量的足弓指数（AI）将她们分为3组（图1）：
图1.A部分-V1组（正常足弓的女性）的压力分布图示；B部分-V2组（不对称足弓的女性）；C部分-V3组（高足弓女性）第1组（V1，n=38）-足弓正常的女性，AI=25%±1.4%第2组（V2，n=23）-双侧足弓不对称（一侧足弓正常，AI=23.4%±1.3%，另一侧高足弓，AI=15.8%±1.5%
第3组（V3，n=20）-双侧高弓足，AI=14%±2.8%
每位受试者在一次实验室访问期间进行所有测量。他们被详细告知研究方案，并签署参与研究的书面知情同意书。所有程序均按照年《赫尔辛基宣言》及其后来的修正案进行。克拉科夫地区医学会生物伦理委员会（编号：28/KBL/OIL/）批准了本研究和整个实验方案。
流程
?足底压力分布检测
每组在BTSP-WALK压力检测平台（BTS，Bioengineering，Italy）上测量足底压力分布，分别检测双足之间的前足、中足和后足的压力分布。使用G-Studio软件（BTS，Bioengineering,Italy）对数据进行评估。在数据收集之前根据生产商指示对平台进行校准说明。
测量时，受试者赤脚站立在平台中间，双手置于身体两侧，被要求以放松的习惯性姿势站在检测平台上，目视前方，保持30秒不动。在检查过程中，避免受试者看到电脑显示器上左右足的负荷值。
测试变量：
足弓指数（%）—正常足（18—30%），高弓足（18%）
总负荷（%）—全足负荷百分比
前足压力区（%）—前足负荷百分比
中足压力区（%）—中足负荷百分比
后足压力区（%）—后足负荷百分比
?体态评估
使用ZebrisAPGMS指针系统（Zebris，Germany）评估身体姿势。使用WinSpine软件（Zebris，Germany）对数据进行评估。
受试者穿着内衣光脚站立，测试仪器于受试者身后约80厘米处，根据身高放置于相应高度的三脚架上。三脚架的参考标志被横向固定在受试者身上足够低的位置以防止干扰脊柱的探测，不被手或指针遮挡。受试者在整个测试过程中采取习惯性姿势，保持平衡，静止站立。首先，根据地面校正测量仪器的位置，然后通过指针装置确定以下解剖点：
·肩（左/右肩峰）
·骨盆（左/右髂后上棘、左/右髂前上棘、左/右髂嵴）
·T12/L1（胸椎和腰椎之间的点）
·肩胛骨（左/右肩胛下棘）
对称的点都是从身体的左侧开始标记。在确定所有点后，用指针尖从C7到S3扫描三次。
?评估变量
·骨盆扭曲（角度）-右髂后上棘和右髂前上棘的连线与左髂后上棘和左髂前上棘的连线的角度。
·骨盆倾斜（角度）-左右髂嵴的连线与地面的角度。
·骨盆/肩部倾斜（角度）-肩峰相比于骨盆的倾斜度（直线经过髂嵴）。
·骨盆/肩部旋转（角度）-左右髂后上棘的连线与左右肩连线的旋转角度。
·骨盆高度差（毫米）-左右髂嵴的高度差。用水平较低的点作为参考点。
·胸椎后凸/腰椎前凸（角度）-胸椎或腰椎脊柱的总角度。
·骶骨角-冠状面S1的切线的角度。
·躯干总倾斜（角度）-C7和L5/S1的连线与垂直线的角度。
·肩胛骨距离差（毫米）-冠状面左右肩胛骨与C7和左右髂后上棘的距离差。
·肩的高度差（毫米）-左右肩（肩峰）的高度差。用水平较低的点作为参考点。
?数据分析
数据分析通过STATISTICA12.0软件进行。Shapiro-Wilk测试用来评估数据的常态。单向变量分析（ANOVA）被用来评测三组中变量差异的重要性。当观察到主要影响时，采用Tukey的事后测试。效应量用Cohen’sd来计算。当试验概率低于假定的显著性水平时，差异具有统计学意义（p0.05）。
结果
?足底压力分布（足部负荷分布）
每组站立时足部总负荷（%）有所不同。V1组和V3组（拥有对称足弓的女性）中的左右足总负荷无显著差异。但是足弓不对称的V2组中，右足（正常足弓）承载了远大于左足（高足弓）的负荷（表格1）。两组差异最大，高达4.7%。
每组中对于前中后足的负荷分布的分析有所不同。V3组（双侧高足弓）显示出最大的前足负荷。双侧前足的较高负荷在V1和V3组（右侧4.4%，左侧4.7%）与V2和V3组（右侧4.4%，左侧4.1）中都被观察到。在对称与不对称组中，相较于正常足弓，前足的负荷在高足弓中更明显。但是在所有组中都没有观察到左右侧的差异。
在V1，V3组与V2，V3组的对比中发现中足的负荷有较大差异。比例差分别为右侧7.8%和7.6%，左侧8.2%和5.9%。左右侧的差异并不明显（表格1）。
V3组的后足负荷被发现远高于V1，V2组。V1，V3组的比例差为右足3.3%，左足2.9%，V2，V3组的比例差分别为3.2%和1.8%。后足负荷的效应量要小于前足负荷。后足负荷的左右侧差异并不明显（表格1）。
表格1.测试组间的足底压力分布的变量对比。V1组-正常足弓的女性；V2组-不对称足弓的女性（单侧正常足弓）；V3组-高足弓女性；ES-效应量；R-右侧；L-左侧；a：同组左右侧的p值；b：V1组和V2组的p值（测试组主要影响之后的p值）；c：V1组和V3组的p值（测试组主要影响之后的p值）；d：V2组和V3组的p值（测试组主要影响之后的p值）。数值用平均值±标准差来表示。*p0.05;**p0.01;***p0.p0.05;**p0.01;***p0.
?体态
每组之间的骨盆位置变量无明显差异（表格2）。只有骨盆高度有小幅的差异。尽管如此，在高效应量的情况下（ES=0.48），V2和V3组呈现出V3组数值较高的趋势（表格2）。
表格2.每组体态变量的对比。ES-效应量；V1组-正常足弓的女性；V2组-不对称足弓的女性（单侧正常足弓）；V3组-高足弓女性；a：1组和2组的p值（测试组主要影响之后的p值）；b：1组和3组的p值（测试组主要影响之后的p值）；c：2组和3组的p值（测试组主要影响之后的p值）。数值用平均值±标准差来表示。足弓不对称的女性（V2）中，肩的高度差要远大于高足弓女性（V3）（图2）。V1组（正常足）和不对称组（V2）无明显差异趋势，效应量相对较强（ES=0.42）（图2）。
图2.每组肩部高度的对比。p*：1组和2组的p值（测试组主要影响之后的p值）；p**：1组和3组的p值（测试组主要影响之后的p值）；p***：2组和3组的p值（测试组主要影响之后的p值）。ES-效应量。数值用平均值±标准差来表示。脊柱的曲度将测试组中的女性区别出来。V1组显示出最高的总躯干倾斜度。V2和V3组中的数值要远小于V1，但是V1和V3组的效应量（ES=0.8）略高于V1和V2组（ES=0.67）（图3）。同时发现高足弓且前足压力较明显的女性，前倾总躯干倾斜度较小。在胸椎后凸，腰椎前凸和骶骨角中没有发现较大区别（表格2)。
图3.每组总躯干倾斜度的对比。p*：1组和2组的p值（测试组主要影响之后的p值）；p**：1组和3组的p值（测试组主要影响之后的p值）；p***：2组和3组的p值（测试组主要影响之后的p值）。ES-效应量。数值用平均值±标准差来表示。讨论
这项研究最重要的发现是，即使足弓轻微增加（不在病理学范畴），也会导致肢体和前后足之间足部负荷分布的明显变化。足纵弓轻微增高可能会影响全身组织。前足负荷可见的增长可能会导致足部过载，而且需要注意这种过载可能与躯干的代偿反应有关。我们的观察指出高足弓的后果可能存在于整个身体中。此外，单侧高足弓可能与肩胛带不对称有关。
我们观察到高足弓的前足和后足负荷增加，前足的负荷明显较大。这种现象在临床上是不利的，因为前足过载被认为是足部负荷的一种病理模式。在正常足中观察到足跟的压力略大于前足的压力。我们的观察结果与其他作者的报告相吻合，高弓足者负重区域显著减少，前足负荷明显增大。Buldt等人指出在高足弓的受试者中，足底压力和前足压力要高于扁平足。Goffar等人也得出了类似的结果。在他们的研究中，高足弓的对象在前足的内侧区域受力更大。Burns等人观察到，大约70%的高弓足对象报告了足部骨骼肌疼痛，而正常足对象中只有23%。高弓足减少了足和地面的接触面积，僵硬且不吸收震荡，因此他们比正常足更易因下肢使用过度受伤。此外，高弓足中负荷分布不均可长时间的对腿部造成轻度创伤，进而导致相关的病理症和身体其他部位的疼痛。
在我们的研究中，与正常足相比，高弓足受试者前足负荷增加，躯干前倾也减少。当较高的负荷转移到前足时，总躯干倾斜角的减小可能被认为是一种代偿反应。过去研究认为足底承重区域的减小可能与传入本体感觉刺激减少有关，从而改变姿势的矫正反应。另外，由于足底肌肉和足底筋膜共同控制着足弓的纵向支持，足底筋膜的神经支配在本体感觉、稳定性和控制足部运动中起着重要作用。一些作者指出，具有不同足弓结构的健康个体在姿势控制方面表现出一些差异，在高足弓受试者中，后足受到更多的本体感觉刺激，这可能是我们在受试者中观察到躯干倾斜角下降的原因。此外，Cote等人提出，在静态和动态的状态下，姿势稳定性受到足弓形态的影响。他们指出，高弓足在后部和侧后方有更好的姿势控制，并得出结论在临床中评估测量平衡时，应考虑足弓类型。
在单侧高弓足分组中，我们观察到不对称的肢体负荷，其中正常足弓的足部受到更多的压力。我们假设不对称的肢体负荷可能会在肌筋膜链中产生不利的张力，并且可能导致离足部较远的身体部位发生变化。在该组中观察到的肩部高度不对称证实了这一猜想。据报道，单侧或不对称的足内翻会导致下肢功能性长度差异，骨盆向足部内翻的一侧倾斜。此外，Duval等人已经证实单侧跟骨外翻到胸部的转移效应；Pinto等人研究了双侧和单侧跟骨外翻增加对骨盆对线的影响，并得出结论双侧和单侧跟骨外翻时，骨盆前部倾斜角增大，单侧跟骨外翻时骨盆侧向倾斜。
大多数研究报告了足弓降低或足过度旋前对骨盆和腰椎对线的影响。只有很少的研究评估高弓足和足内翻对体态的影响。Khamis等人评估了无症状受试者双侧跟骨外翻对骨盆对线排列的影响。他们观察到足过度旋前可立即导致小腿和大腿的内旋和骨盆位置改变。另一方面，Duval等人研究了足部旋后（测量为跟骨内翻）是否会导致骨盆后倾并减少腰椎前凸。他们发现骨盆倾斜度和腰椎前凸并没有变化，提示跟骨移动带来的影响太小，以至于无法在骨盆和下腰部检测到。Betsch等人也没有发现足部位置与脊柱姿态变化之间的相关性。我们的研究结果与Duval和Betsch等人相一致，未观察到高弓足和正常足两组之间骨盆和腰椎位置的差异。
值得注意的是一些作者观察到的骨盆和躯干姿态的变化是由于使用楔形模块或特殊的鞋子即使的改变了足的位置。此外，在生物力学运动链中，足部和骨盆之间的软组织具有一定的弹性，可以在一个节段的运动影响另一个节段之前进行适应。因此，以上观察不应该作为永久性的足部姿态变化的条件，且不应以研究为由进行引导。Tateuchi等人观察到有足部病变的患者会改变姿势以适应足部畸形。正如Mueller等人所强调的，长期的组织适应可能会导致更大的姿势变化。在我们的研究中，并未改变足部姿态，而是足部姿势习惯性变化。因此，身体组织在一些情况下进行了适应性变化，所以，我们可能没有注意到骨盆倾斜度和脊椎角度的差异。一些研究表明，功能障碍可能发生在最初受影响的区域之外。其他的肌肉会代偿功能障碍，从而导致代偿肌肉过载，可能会降低功能性活动范围，并导致该肌群疼痛或功能障碍。
本研究存在一些局限性。所有的测量都是在静态下进行的，因此，实验结果不应被外推到动态条件下。未来的实验中，在步行中测量，可能会显示出过高的足弓如何在动态条件下影响负荷分布和体态。此外，进一步研究不同足部病变的患者，可以更好的了解通载荷是如何通过运动链从足部传导到髋部，骨盆和胸廓的。
结论
我们的研究表明，即使在通常不认为是病理学范畴内，足纵弓的轻微增加，也会导致肢体和前后足的负荷分布的明显变化。高弓足也可能影响整个身体。此外，不对称的高弓足会导致下肢负荷和肩胛带高度不对称。我们认为对足弓的任何改变都可能对身体组织有害，不应被认为是正确的（排除在正常范围内）。由于轻度的足纵弓增加很常见，应被视为足部缺陷，适当的矫正运动应该用来防止前足过载和体态的变化。?临床意义
在诊断下肢、骨盆、脊柱和胸部的所有骨骼肌肉功能障碍时，足部的力线应被考虑为一个致病因素。更全面的了解生物动力链的各个部位如何相互影响，将为评估和治疗人体生物力学对线建立更好的基础。
科室介绍医院康复医学工程科(足脊矫治与运动康复研究中心)，隶属于医院（医院）。目前科室以足脊结构和人体生物力学为基石的运动康复新理念作为科室的发展方向；另外科室其规模、设备、技术医院内前列，是集科研和教学一体的康复工程技术诊疗机构。科室占地㎡，科室配有全套德国进口加工设备、压力衣制作设备、计算机辅助设计与制造系统（CAD-CAM）、3D扫描、太空舱脊柱三维矫治系统、SIMIAktisys3D临床动作分析系统、足踝生物力学静态评估系统和动态评估系统、3D打印等国内一流的先进设备。科室与香港理工大学、医院（QueenMaryHospital）、医院（PrinceofWalesHospital）、北京理工大学、所等建立紧密合作。科室目前有博士2名、硕士研究3名、资深运动康复师3名、康复工程师4名及多名助理康复工程师。
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康复医学工程科-足脊矫治与运动康复研究中心主任——解益
香港理工大学硕士（人体结构和人体生物力学方向）中国康复医学会康复医学工程辅具专委会常委，中国生物材料先进制造分会（3D打印）常委中国康复器具协会委员中国足踝专业委员会委员世界中医药联合会小儿脑瘫专业委员会理事中国康复医学康复工程与产业促进专业委员会委员中国康复医学会青年治疗委员会委员郑州大学康复治疗专业康复工程课程负责人中国康复杂志审稿专家河南省康复医学工程研究中心负责人参与《假肢与矫形器的临床应用》、《低温热塑矫形器实用技术》、《矫形器》、《矫形器的临床应用》等12本专业书籍编写，其中2本为副主编。发表论文10余篇，其中主持和参与省课题5项、参与国家自然科学基金2项.个人研究方向：足脊生物力学的改变对颈肩腰腿痛的影响、儿童先天性四肢发育畸形的生物力学矫正与矫形器设计、脊柱侧弯（驼背）生物力学调整与脊柱侧弯矫形器设计及临床应用等门诊安排诊疗范围：脊柱侧弯、脊柱生理曲度改变（驼背）、扁平足、高弓足、X和O型腿、先天性的马蹄内外翻足、先天性的斜颈、运动损伤、创伤性的骨性关节炎、中枢和外周神经疾患导致功能障碍者（如：脊髓损伤患者、脑卒中患者、脑瘫患者、儿麻患者等）、烧伤患者、淋巴水肿患者、骨折术后患者、类风湿关节炎患者、截肢患者、足脊结构和人体生物力学改变导致关节的应力性损伤和劳损性的疼痛等，可提供精准的评估、矫治（结构矫治与运动康复）、科学的运动控制和科学的肌骨疼痛的ADL管理。另外，还为各类型功能障碍患者或残疾人提供各种的移动设备、交通工具及家居环境的评估、改造、适应和训练。
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