健美操专用鞋生物力学研究论文

鞋与健康的是是非非鞋与健康的是是非非《Newton-科学世界》 2005年第一期中国科学院主管、科学出版社主办摘要：鞋是人们必不可少的生活必需品。它不仅可以提升一个人的穿着品味，更与我们的健康息息相关。从平底鞋的舒适与朴实到高跟鞋的诱惑与时尚，制鞋业在不断地变化着鞋跟的高度。而最新研究显示，负跟鞋更有利于人体健康。鞋是人类现代生活不可或缺的用品。古人云：千里之行，始于足下。如果没有鞋，简直不可想象。如果提到鞋的科学，人们首先想到的一定是运动鞋。虽然在 1960年，埃塞俄比亚的马拉松选手阿贝贝赤足夺得了世界冠军，但随着运动科技的发展，赤脚大仙的时代已经一去不复返了。现代竞技运动中，运动鞋是战靴、是装备。生产厂家对运动鞋的开发也绝不亚于军备竞赛，可谓不惜血本，一掷千金，一双跑鞋的造价可高达数万美元。运动鞋的科学设计体现在鞋底上，不同的运动甚至不同的场地对鞋底都会有不同的要求，因此，很多的鞋底部件都可以自由拆换，以备不时之需。著名跨栏运动员刘翔在比赛前就曾临时决定把跑鞋的短钉换成长钉，而且获得了满意的成绩，并称长钉是他的“秘密武器”。俗话说，生命在于运动。普通人的站立行走也是一种运动，是否也该有相应的健康装备呢？由于人是直立体位，体重全部由两足负担。站立和行走时，鞋与足必然结合为～个有机的整体。所以普通人的鞋是否科学也在于鞋底，不科学的设计非但不利于日常生活，而且还有害健康。比较典型的就是因高跟鞋所引发的一系列足病。同时，高跟鞋还直接影响到脊柱的健康。所以，医生们都特别提醒腰痛、颈椎病患者，一定要注意对鞋的选择，避免穿高跟鞋。这是关系到人类健康的重大问题，因此，生活用鞋的研究远比运动鞋的研究更为重要。人与鞋的关系，就好比是建筑物与地基的关系。任何一个建筑都不会对地基的设计掉以轻心，建筑学会还特设地基基础分会，专门进行深入的研究。而对于鞋的设计来说，却从未这样严谨过。传统观念的落后与偏见，严重地制约了制鞋研究的开展，还造成了更多有损于健康的问题。临床资料表明，“足部疾患除先天畸形外，许多是后天获得性足病。据推算，全世界约有 1／4的人承受着不同程度足病的痛苦。”医学界确认，大部分足病都与鞋有着直接的关系。而且大量资料证实：赤足更有利于足的健康。也就是说，从足的健康角度来考察，鞋是有害无益的。由于长期没有找到真正的病因和对策，只好无奈地称之为“文明病”。这对于高度发达的现代科学来说，无疑是一种莫大的讽刺。★ 爱恨交织高跟鞋 ★高跟鞋是时尚女性的挚爱，它像艺术品一般华美绮丽。但最初穿上它的感觉，一定是战战兢兢，如履薄冰，就像歌中所唱的那样：“高高的高跟鞋踩着颠簸的脚步”。伴随着受刑般的痛楚，各种病变也随之而来。在鞋与健康的问题上，高跟鞋对健康的损害是最为典型和突出的，它主要表现在以下几个方面。前足疾病。拇外翻、趾间神经瘤等常见的前足疾病，一般都与过度受力有关。高跟鞋使人体的重心前移，脚掌的受力成倍增加，长此以往必然造成疾患。这两种疾病一旦形成，行走能力会大受影响，连正常的穿鞋都很困难。除了手术之外，目前尚无更好的解决办法。平足症。跖腱膜松弛是平足症的重要成因，它位于足底，像弓弦一样维持着足弓的稳定。鞋跟越高，足弓的后臂越长，跖腱膜所受的拉力（张力）也就越大。如果长期拉力过大，跖腱膜松弛，足弓就随之降低，严重的会造成平足。鞋跟高度与跖腱膜所受拉力的关系，从鞋底的构造上就能清楚地反应出来。很多鞋的脚心部位（相当于跖腱膜的位置）都有一条钢板，称为“钩心”。它是用来加固鞋底的。鞋跟越高对钢钩心强度的要求也就越高，否则鞋底就容易被拉断，无跟的鞋则不必使用钩心。鞋跟的高度越大，鞋底越需要钢钩心来加固，而人的跖腱膜是无法加固的，这不是很可怕吗？踝关节损伤。踝关节损伤俗称“崴脚”，穿高跟鞋崴脚已经是司空见惯的事儿了。正常人在行走和运动中，脚踝容易产生向内的翻转力，鞋的外侧总是最先磨损就是这个原因。人的自身也在不断地调整这种翻转力，以维持平衡，但穿上高跟鞋后，调整能力就会减弱，容易造成崴脚。且鞋跟越高，向内翻转的势能越大，受伤程度也就越加严重。腰痛和颈椎病。腰痛和颈椎病的主要原因是脊柱的弯曲过大，因为脊柱是由多个椎骨连接而成的，两个椎骨的接触面近乎为平面。姿态挺拔时，椎骨之间是面与面的接触，受力得到分散，不易损伤；而脊柱弯曲时，椎骨间的接触面变小，受力趋于集中，甚至集中到一个点，压强迅速增大，这样很容易损伤椎骨。高跟鞋使人的重心过度前移，必然造成骨盆前倾，脊柱弯曲增大，腰椎和颈椎受力的集中，容易形成损伤，这种损伤的积累最终将导致腰痛和颈椎病的发生。★ 似是而非中跟鞋 ★长久以来，中跟鞋一直被认为是最有利于健康的，而且没有任何不良作用，与高跟鞋成为鲜明的两极。在制鞋业，它被奉为金科玉律，设计者尽可能让自己的产品符合中跟标准，以求畅销。消费者出于健康的考虑，也往往会选择中跟鞋。那些对高跟鞋望而却步的女性，对同样可以摇曳生姿的中跟鞋更是情有独钟。这样，中跟鞋就自然而然地成为鞋类的主流产品。但这个理论有时也不免让人疑惑，中跟鞋和高跟鞋都是在鞋底后端加个跟，虽高度有别，但很难划出绝对的界限。比如3．5厘米高的鞋跟，有人认为是高跟鞋，有人则认为是中跟鞋，后来又有了“中高跟鞋”的过渡性称谓。既然没有绝对的界线，那怎么可能有着截然相反的作用呢？高跟鞋是有弊无利的健康敌人，仅仅稍矮了一点儿的中跟鞋则是十全十美的健康天使吗？以怀疑的眼光审视下去，问题就更多了。中跟鞋的健康理论核心是：它能使足底的受力变得均匀。解释起来好像很简单：高跟鞋使脚掌的受力大于脚跟，自然不利于健康；而平底鞋，脚跟的承重又大于脚掌，也不合适。只有中跟鞋才能使脚的受力变得均匀，所以最佳。其实，只要看一下足部解剖图即可得知，足的结构显然是不均匀的，跟骨粗大坚实，肌肉韧带强健；而前足的骨骼、肌肉和韧带都要弱小得多。从人体力学的角度分析，跟骨骨骼近似于纵向叠加，结构稳定，重力传导顺畅；而前足的骨骼几乎是横向排列，承重时必须要由肌肉和韧带的力量来维系，属于弹性结构，容易变形，不适于承重。总之，无论从哪个角度分析，前足的承重能力都远不如后足，让前、后足承受同样的压力没有道理——均匀并不等于合理。它必定会损伤柔弱部位，这也是足病多发于前足的原因所在。再看中跟鞋的所谓第二大优点，即减缓震荡，保护脊柱和大脑。由震动造成的疾病，被称为震动病，它使神经系统的功能下降，条件反射受到抑制，神经末梢受损，震动觉、痛觉功能明显减退。表现为手臂发麻、酸、痛、有蚁行感，严重的还会出现手臂皮肤苍白、青紫、手肌无力和肌肉萎缩，后果比较严重。但震动病属于职业病，是高频率机械震动长期刺激人体的结果。多发于机动车驾驶员，比如拖拉机手所承受的震动频率每秒高达50多次，挂高速挡可达 100～200次。这种震动和人自身运动所产生的震动，是两个完全不同的概念。为了避免对震动病的恐慌，国际标准化组织第 108（机械与振动）技术委员会第四（人体振动响应）分会，专门研究了震动对人体健康的影响，最终认定“步行与奔跑是人天然的运动方式。特别是联系到肌肉完成的工作，可以认为所出现的振动应力在正常情况下不该有伤害性的后果，为了获得人体在挺直姿势时振动特性的指征，比较走或跑时振动所引起的人的反应是有益的。”既然这种振动是有益的，中跟鞋为何要防范它呢？有趣的是，最早给鞋底安装鞋跟并不是为了行走，而是骑马。游牧民族在骑马时，鞋跟可以让脚稳稳地卡住马镫，战斗时还能站起来使用武器，优势显著。随着游牧民族对各地的征服，有跟的鞋也逐渐流传开来，并被广泛接受。这才是出于切实的需要，也是鞋跟惟一可信的功能。从对人体的作用而言，中跟鞋和高跟鞋并无两样。按照科学的分类，中跟鞋和高跟鞋应该一并称为有跟鞋。如果说高跟鞋是对人体特别有害的鞋，那么中跟鞋则是中度有害，特别是对发育中的青少年和体质渐衰的中老年人。中跟鞋的问题得以澄清后，目前，足病大幅上升、被称为“文明病”的死结也就此解开了。中跟鞋的损害尽管没有高跟鞋那样显著，但日积月累终究要酿成疾患的。更让人担忧的是，这种影响仍在加剧。近年来，运动鞋厂家纷纷推出新款的中跟运动鞋，在中跟鞋健康理论的蛊惑下，越来越多的人已经改用中跟鞋进行体育锻炼了，这是非常危险的。但愿这个问题的提出和澄清，能引发人们一些理性的思考。中跟鞋和高跟鞋统称为有跟鞋。相对于人体的作用而言，二者没有本质的区别★ 自然之子平底鞋 ★既然鞋跟越高越有害，那么，没有鞋跟的平底鞋或赤足是否就完全没有害处了呢？大量的医学实践表明，赤足比穿鞋更有利于足部健康，但皮肤容易受损。平底鞋显然可以弥补这个不足，而且还能保持赤足的力学状态，这也是人类最自然、最天性的状态，符合人体的力学结构和运动规律。但近年来，很多文章纷纷对平底鞋发难，认为穿平底鞋脚跟负担过重，容易造成足跟的损伤，而且平底鞋的减震功能差，会影响脊柱和大脑的健康。同中跟鞋的健康理论一样，这同样是没有科学依据的。事实上，赤足及穿平底鞋站立时，虽然足跟的受力比脚掌大，但却符合足部力学结构，并不会损伤脚跟。前面已经从理论上分析过了，现在再看一下实际情况。因过度运动而造成的足部损伤，在临床上称为“行军骨折”，又叫“行军足”。因多发生于步行的战士而得名。该病多见于赛跑、竞走及体操运动员和纺织工人、搬运工人中。它的主要损害是在前足的跖骨（特别是二、三跖骨）及其周围的软组织。这也从实践上证明，足跟的承重能力远大于脚掌，因为首先受损的总是前足。如果穿有跟鞋，前足损伤的出现无疑会更早，更严重。足跟远比我们想象的要强壮得多。它的损伤多是由于高处坠落等意外伤害或事故造成，同时会伴随脊柱骨盆等多处骨折，不属于运动损伤。经常穿有跟鞋的人，偶尔穿平底鞋可能会产生足跟痛，长期卧床的病人更加明显，这是足跟长期缺乏负重，足底脂肪垫萎缩的结果，适应后会很快消失的。再看看关于减震的不利。权威机构的研究结论已经证实，由于人体运动而形成的震动对健康非但无害反而有益。当我们从事剧烈运动和重体力劳动时，震动肯定要比日常生活大得多，而大家所穿的不都是平底鞋吗？如果穿平底鞋真的会损伤脊柱和大脑的话，那么，赤足行走的早期人类该如何存活？★ 情理之中负跟鞋 ★那么，有没有一种鞋在力学上是对人体健康有益的呢？基于前面的分析，大家自然会想到前高后低的鞋，我们暂且称这种鞋为负跟鞋。其实，负跟鞋早已不是设想了，出现在市场上也有几年的时间，只是一直默默无闻。负跟鞋的品种和生产厂家比较多，以下三种比较有代表性：美国的地球鞋、香港的瘦身健体鞋和北京的形体训练鞋。这三种鞋的功能基本相同——矫正人体姿态，使脊柱得以挺拔。“地球鞋”源于一位瑜伽教练的感悟，她在海边旅行时，发现当地人的体态格外挺拔健美。她在观察中特别注意了当地人留在海滩的脚印：脚跟部位格外的深。于是制作了一种鞋底前高后低的鞋，穿上后顿觉体态挺拔，而且具有瑜伽练习中“莲花座”的奇妙效果。行走时也备感舒适，好像是“在沙滩上赤足散步”一般的享受。地球鞋在美国已经非常普及了，500多个销售终端遍布各地，并出口到多个国家和地区。西方国家正在升温的步行健身热潮，也为地球鞋提供了广阔的市场空间。“瘦身健体鞋”的发明人是香港一家鞋类国际贸易公司的高级女主管。她发现前高后低的鞋底不但能挺拔体态，还有显著的减肥作用。这也引起了科学家们的浓厚兴趣，出于科学研究的目的，香港中文大学体育运动科学系洪友廉教授（现任国际运动生物力学学会副主席）和人体运动实验室科学主任李静先博士共同主持了对健体鞋的研究与测试。通过摄影记录、肌电图、能量消耗、呼吸。已率监测、足底受力分析等设备和手段，进行了6个项目的试验。研究证实，鞋底前高后低的健体鞋确实可以使“躯干显著挺直，能强化背部肌肉，帮助矫正站立及走路姿势”。“瘦身效果”也得到了充分证实，所以健体鞋又名“瘦身健体鞋”。同时还意外地发现，“穿这种健体鞋步行时，人体姿势的变化令脚接触地面时产生的冲击力减小”，这无疑对足部具有保护作用。形体训练鞋的研制者以理论研究见长，从多个角度进行深入研究，发表了多篇学术论文。形体训练鞋，顾名思义是用来美化形体的。芭蕾舞演员的体态无疑是最为完美的，特别之处在于他们的躯干比一般人要直得多。业内人士称之为“非自然体态”，这是成为芭蕾舞演员的首要条件，也是人体美的最高境界。芭蕾形体训练要求双脚必须向外打开 180”呈“一”字形，重心后移至脚跟，人就会形成异常挺拔的姿势。形体训练鞋的作用原理也是一样的，由于鞋底是前高后低的，同样是把人体重心强制后移至脚跟，体态立刻变得挺拔。这样，人们在日常生活中的站立、行走全都具有了形体训练的意义，把美体训练变成了生活的一部分。这种方法已作为教育材料在舞蹈界推广，形体训练鞋更受到美体爱好者（特别是产后妇女）的欢迎，并称它是“懒人的形体训练法”。没有接触过这种鞋的朋友，如果有兴趣的话也可以通过两个小试验来验证：让自己的身体保持笔直（比如贴墙站立），体会一下重心是否在脚跟；赤足或穿平底鞋站立，在前脚下垫一本2厘米厚的书，感觉一下姿势是否比平时挺拔。形体训练鞋还具有医学意义。大家知道腰痛、颈椎病的根本原因是脊柱的过度弯曲，矫正是最根本的治疗方法，健康人的美体训练对腰痛、颈椎病患者来说就是治疗。形体训练鞋的康复作用，还可以通俗地用“倒走”来解释。外科医生通常会建议患者进行“倒走”（退步走）锻炼，实践证明效果不错。同形体训练的原理一样，倒走的作用也是将人的重心后移到脚跟。但倒走受到路面情况等很多条件的制约，而且容易发生摔倒的危险。正是由于这些隐患的存在，倒走锻炼难以持久，效果自然也有限。形体训练鞋所解决的就是这个问题，它将人体重心长期限制在脚跟，这样即便是向前行走时也具有倒走的康复功效。这种最新的腰痛康复方法，在医学界称为“腰痛足疗法”。也许有人会担心倒走或穿负跟鞋对足跟健康有损害，其实这种担忧是不必要的。以芭蕾舞演员为例，芭蕾的动作虽多，但脚的姿势只有五个，称为五位，每一个脚位都要求双脚完全向外（即横向）打开。此时，全身的重量几乎都落到了脚跟上，比穿负跟鞋受力更大，同时还要进行剧烈运动。即便如此，芭蕾舞演员的足跟也不至于因此而受损。在芭蕾数百年的历史中，也没有足跟受损的记载。所以说，这种担心是不必要的，体态挺拔者的重心都在脚跟。--------------------------------------------------------------------------------人的年轮人在行走时，每一只脚都要经过”踏、滚、蹬”三种状态。脚后跟落地的一瞬间，足迹学称之为”踏”；在地面留下的圆形痕迹，足迹学称之为“踏浪”。这就是人的年轮，它的大小随年龄的变化而变化。”踏浪的变化规律是：随年龄的增长，其面积逐渐由落足点向前增大。足迹学认为它是人类的年轮符号之一，踏浪滚动轨迹每延长1毫米，基本需要一年的时间。这是公安系统的痕迹检验专家通过脚印来推断留迹人年龄的重要理论依据。其实，这个问题不难解释，年轻人的脚掌上扬幅度大，脚跟的着力面小；老年入走路时，脚是平的，行走迟缓拖沓。读者也可以体验一下，行走的时候，尽可能地让脚掌向上扬，这样，行走人会显得很有朝气，平添几分精神，甚至有趾高气扬的感觉。如果人们常穿负跟鞋，脚的上扬幅度就会自然加大，踏痕随之减小，人也就会显得挺拔年轻。

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