足弓支撑鞋垫对扁平足女性行走时下肢肌电特征影响

2022-11-19李佳祺郑义

皮革科学与工程 2022年6期

李佳祺，郑义

（1.北京体育大学，北京100089；2.首都体育学院，北京100089）

前言

目前扁平足的研究受到了广泛的关注，发现普通女大学生扁平足检出率偏高[1]，脊柱侧弯的概率是正常人的1.5倍[2]。足弓是足部的重要组成部分，正常的足弓既保证了直立时足底支撑的稳固性，又能缓冲地面对人体的冲力，同时还起到保护足底的血管、神经免受重力压迫的作用[3]、有助于减震和分散传递至足部的力量[4]。为了缓轻过载的内侧纵弓，扁平足患者肌肉神经代偿[5]，不利于运动表现，长时间行走下肢疲劳感明显。

在行走过程中，从一侧足跟着地到该侧足跟再着地的时间成为一个步态周期。脚的形态影响下肢肌肉肌电图[6]。扁平足人腓肠肌外侧和内侧的均方根振幅(Root Mean Square RMS)在1 h行走前后的有显著性差异，在行走20 min后，扁平足胫骨前肌的疲劳速度明显大于正常足[7]。由此可见，扁平足行走较正常足相比更易发生下肢的疲劳。目前主要的治疗办法有手术、体育锻炼、矫形鞋,其中手术是针对畸形有效的方法[8-9]，而足弓支撑鞋垫相对来说成本和风险更低，由于其无创、安全和方便被患者广泛接受。

足弓支撑鞋垫给予塌陷的足弓支撑作用，从外界改善足弓的形态，改变扁平足人群行走时足部的不良姿态。汤运启的研究表明足弓支撑鞋垫可以改善足底压力的分布[9]，改善行走时膝关节、踝关节活动范围[10]，从而降低关节的损伤风险，缓解足底疼痛，缓冲足底压力，减轻足弓疲劳[11]，另外，在心理层面，足弓支撑鞋垫对扁平足患者产生了较好的主观感觉效果，可以改善扁平足的步态特征，长期穿足弓支撑鞋垫可以增加跖屈力量，増加外侧纵弓的支撑作用[12]。从而减缓因长时间运动的肌肉疲劳以及不正常的生物力学结构引起的损伤。

虽然大部分研究认为足弓支撑鞋垫对扁平足有积极作用，但是也有文献持相反意见，认为足弓支撑鞋垫对于扁平足人群的肌电作用的效果并不明确[6，13]，没有强有力的证据表明使用足弓支撑鞋垫对扁平足有改善作用[14]，甚至穿矫形鞋垫比不穿鞋垫更痛苦[15]。所以本文旨在探究行走时扁平足与正常足女性肌电的差异，以及足弓支撑鞋垫对扁平足女性下肢疲劳的缓解是否存在积极作用，为扁平足的康复治疗工作打下理论基础。

1 研究方法

1.1 研究对象

受试者为在校女性大学生，近期无损伤发生,可以独立行走。受试者在裸足状态下正常自然步行，通过footscan足底压力板，采用动态测试(dynamic)测量足底压力参数，中足面积占比大于29%定义为扁平足[13]。最终选取受试者为正常组7人，扁平足组7人，且均左脚为扁平足。受试者基本信息如表1。

表1 受试者基本信息Tab.1 Basic information about subjects

1.2 试验测试

为了保证实验的精准性，受试者均穿着统一的运动鞋和鞋垫。实验中受试者穿着的鞋子及其型号见图1，足弓支撑鞋垫相关信息见图2。第一次实验中，正常组和扁平足组共14名受试者均穿着普通鞋垫在跑台上以3.5 km/h的速度正常行走30 min。为了对比足弓支撑鞋垫的作用，扁平足女性在充分休息后进行第二次实验，双足穿着足弓支撑鞋垫行走30 min，由于受试者均为左侧扁平足，所以只采集受试者左侧下肢肌电数据。

图1 实验用鞋品牌：特步型号：02183316375Fig.1 Experimental shoeBrand:Xtep(China),model:02183316375

图2 足弓支撑鞋垫品牌：京健达；型号：CORK 200，前掌厚：0.4 cm，足弓高：3.5 cm，后跟高：1.0 cm；材质：表层弹力布+乳胶跖骨垫+吸汗泡棉+软木足弓托架+弹性EVAFig.2 Arch support insoleBrand:Kyogenda,model:CORK 200 Forefoot thickness:0.4 cm;Arch height:3.5 cm Heel height:1.0 cm;Material:surface elastic fabric+latex metatarsal pad+sweat-absorbing foam+cork arch support+elastic EVA

实验均需要在受试者行走状态稳定的时开始采集数据。使用Trigno Delsys无线表面肌电测试系统记录受试者行走过程中左侧下肢的肌电信号。首先对受试者下肢用医用酒精进行消毒，除去腿毛，随后在受试者下肢贴上肌电传感器，方向向上。传感器粘贴的位置见表2。

表2 传感器粘贴位置对应表Tab.2 Sensor paste position

1.3 数据处理

采用EMG works Analysis进行数据分析。用滤波频率为10~500 Hz进行带通滤波处理。之后，肌电取绝对值，获取整流肌电信号。得出第1 min、第10 min、第20 min、第30 min的RMS。

1.4 数据分析

将实验获得的数据用SPSS25和EXCEL软件进行数据分析，结果以平均值±标准差来表示。采用T检验分析下肢肌电数据指标的差异。P＜0.05表示差异具有显著性，P＜0.01表示差异具有非常显著性。由于所选受试者左脚为扁平足，所以仅对左侧的数据进行分析。

2 研究结果

RMS反映一定时间内的肌肉放电的平均水平。正常组以及扁平足组穿着足弓支撑鞋垫前后RMS数据结果如表3所示。

表3中为正常组以及扁平足组穿着足弓支撑鞋垫前后的RMS结果。FF组与N组比第1 min的LHOG的RMS差异具有显著性(P=0.021)，PL的RMS差异具有非常显著性(P=0.006)；第10 min的PL、MHOG、LHOG的RMS差异均具有非常显著性(P=0)、(P=0)、(P=0.001)；第20 min的PL、LHOG的RMS差异具有显著性(P=0.022)、(P=0.016)，MHOG的RMS具有极显著差异(P=0.006)；第30 min的PL的RMS差异具有显著性(P=0.023)，MHOG的RMS、LHOG的RMS差异均具有非常显著性(P=0.007)、(P=0.007)。FF+ASI与FF相比较只有第10 min的PL的RMS差异具有非常显著性(P=0.006)，其他在统计学上无显著差异。

表3 正常组(N)以及扁平足组(FF)和扁平足穿着足弓支撑鞋垫(FF+ASI)的RMS结果(mV)Tab.3 RMS results(mV)of normal feet group(N),flat feet group(FF)and flatfeet wearing arch supported insole(FF+ASI)

除正常组AT的RMS整体上随时间延长而增大以外，RF、PL、MHOG、LHOG随时间延长均呈现整体下降趋势，并且MHOG下降最明显。无论是正常组还是扁平足组是否穿着足弓支撑鞋垫，RF波动最稳定且最小，AT、PL、MHOG、LHOG的RMS值相对于RF较大。

3 讨论

RMS反映一定时间内的肌肉放电的平均水平。一项研究在尸体模拟显示扁平足的足部内侧结构负荷增加[16]，行走时募集更多的MHOG、LHOG和AT，以减少过载的内侧纵弓[5]，与前人[7，17]的研究结果相一致，显示为各肌肉RMS更大，所以扁平足人群较正常足相比腓骨长肌和腓肠肌更易疲劳。

扁平足组在穿足弓支撑鞋垫后，腓肠肌内侧头的RMS整体减小，足弓支撑垫改变了扁平足不良的生物力学结构，降低了MHOG的放电，进而意味着MHOG的疲劳缓解。在第30 min时RF、AT、LHOG的RMS水平降低，达到了缓解肌肉疲劳的作用，可能是受试者此前还没能适应鞋垫，或是足弓支撑鞋垫长时间才可以达到缓解疲劳的效果。然而，PL的RMS大部分时刻均高于穿鞋垫前，可能穿做足弓支撑鞋垫后，下肢生物力学结构改变，PL代偿了MHOG、LHOG和AT的疲劳，也可能是足弓支撑鞋垫在胫骨前肌缓解疲劳上体现为负面效应。

扁平足穿着足弓支撑鞋垫后，各肌肉RMS整体上并没有随着时间的延长而增长，反而下降，因为几乎所有足部韧带的最大应力随着鞋垫的材料硬度和足弓高度的增加而增加[15]。换句话说，实验所用的足弓支撑鞋垫的硬度和高度，导致各肌肉和韧带的最大应力增加，在相同负荷下收缩力量越大则需要动员的肌肉减少，减缓了由时间延长产生的疲劳，则导致RMS减小。也有可能是因为，行走时间延长，主要是慢肌纤维比例增多，在肌电上显示为低频放电[12]，所以显示为均方根振幅随着时间延长而减小。

本实验存在一定的局限性。本实验的研究对象均为女性，可能与男性扁平足患者的肌电数据具有一定的差异。另外，扁平足患者的足弓塌陷程度不同，本实验采用的是普通市售的足弓支撑鞋垫，并非为受试者专门定制的专业鞋垫，建议根据患者的足弓高度选取不同高度的足弓支撑鞋垫并且增大运动量，进一步研究足弓支撑鞋垫对扁平足人群缓解下肢疲劳是否存在积极作用。