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圖片來源：弗雷迪·西奇廷（Freddy Sichting）

一些常見的運動鞋或者老年健步鞋會有一個特征——具有鞋尖翹度。這種鞋會讓人走路時更加輕松，但是哈佛大學的科學家注意到這樣的鞋尖設(shè)計，并不符合人腳的演化規(guī)律。在近期一項發(fā)表于《科學報告》的研究中，他們表示這種鞋之所以讓人感覺走路輕便，或是將受力轉(zhuǎn)移到了腳的其他部位，而這種轉(zhuǎn)變可能是一些腳部疾病的起因。

撰文|石云雷

審校|吳非

可疑的輕便感

據(jù)考古學證據(jù)，鞋子大約在4萬年前進入了人類社會。到如今，鞋子已經(jīng)演變出各種款式。一雙優(yōu)秀的鞋可以緩解行走、運動給雙腳、膝蓋帶來的沖擊，防止腳部皮膚、骨骼損傷，并起到適當?shù)谋ＥЧ３酥猓恍┬瑫ㄟ^特殊的鞋底設(shè)計，讓人在行走時十分輕便或者腳底十分舒適。

在行走特別是在運動時，鞋對雙腳和身體的影響會比看上去的更加復雜。卡爾加里大學生物力學專業(yè)的名譽教授本諾·尼格（Benno Nigg）長期致力于研究運動時運動鞋對人體的影響。他發(fā)現(xiàn)，相比于穿一些特殊設(shè)計的鞋來達到減震、緩沖的效果，跑步者根據(jù)直覺選擇自己認為舒服的鞋子以及適合自己的跑步方式，對雙腳造成的損傷才是最小的。

哈佛大學的人類學家丹尼爾·E·利伯曼

長期跑馬拉松的哈佛大學人類學家丹尼爾·E·利伯曼（Daniel E. Lieberman），對光腳和穿鞋在跑步中對雙腳的影響，也具有濃厚的興趣。在2010年和2019年，他的研究團隊分別在《自然》上發(fā)表了兩項關(guān)于光腳跑步的研究。他們發(fā)現(xiàn)，相比于穿鞋，光腳跑步時，雙腳能產(chǎn)生更好的緩沖作用。雖然光跑行走和跑步會導致腳上長出厚繭，但這不會降低腳的敏感性。

具有鞋尖翹度的運動鞋。（圖片來源：Sichting et al., 2020）

最近，利伯曼與他之前的博士生弗雷迪·西奇廷（Freddy Sichting，目前是德國開姆尼茨工業(yè)大學的人類運動學教授）研究了一個被本諾·尼格忽略，但在運動鞋中常見的特征——鞋尖翹度——對雙腳的影響。具有鞋尖翹度的鞋子在生活中十分常見，例如一些常見的運動鞋或者老年健步鞋。在設(shè)計上，這些鞋子的鞋尖翹起成一定的角度，當人穿上這些鞋子走路或跑步時會更加輕松。而這類鞋也常被一些商家推薦為適合于跑步、爬山和旅行等多種運動。近期，利伯曼和西奇廷在《科學報告》發(fā)表了一項研究，表示從人類演化的角度來看，這種輕松的感覺可能并不簡單。

腳在行走時的狀態(tài)

在人類的直立行走中，跖趾關(guān)節(jié)（metatarsophalangeal joints，MTP）扮演著十分關(guān)鍵的作用。它將人的腳趾與腳的其它部位相連，能使得雙腳在行走和跑步中更加平穩(wěn)、迅速。一項發(fā)表于1954年的研究認為，當跖趾關(guān)節(jié)向上彎曲時，連接著腳趾骨和跟骨的足底腱膜（plantar aponeurosis）會變得更加緊繃，從而產(chǎn)生一個向上的力，來抵消腳縱弓承受的一部分壓力，從而讓雙腳在前進中更加穩(wěn)定。

當人們穿上一雙鞋尖向上翹起的運動鞋時，跖趾關(guān)節(jié)會順著鞋尖翹起的弧度向上翹起，會產(chǎn)生相似的效果。而行走更加輕盈的感覺，正是由于腳縱弓承受的壓力減少所導致的。西奇廷說：“從演化學的觀點來看，人類穿上現(xiàn)代這些具有足弓支持、緩沖和其他支撐作用的鞋，還是一種很短期的現(xiàn)象。”人的雙腳在演化過程中主要適用于在平行地面行走，這種腳尖向上翹起的行走方式或具有一些危害性。

當穿上有鞋尖翹度的鞋時，足底腱膜會緊繃（圖片來源：Sichting et al., 2020）

在新研究中，利伯曼和西奇廷通過一項小型實驗，測試了這類鞋在人行走時對雙腳的影響。他們分別讓13位參與者光腳或穿上腳尖翹度為10°、20°、30°和40°的涼鞋。鞋尖彎曲的角度和鞋底硬度模仿了市面上可以購買的鞋。當參與者在跑步機上行走時，他們通過壓力板和紅外儀等設(shè)備記錄下這些人行走時所需要的力，以及腳上各部分關(guān)節(jié)的變化。

當將穿鞋的腳翻轉(zhuǎn)時，這種緊繃感類似于高跟鞋對腳產(chǎn)生的效果。放大圖中的兩個力分別為足底肌肉產(chǎn)生的拉力（左）和地面對腳的作用力（右）。（圖片來源：Sichting et al., 2020）

研究者發(fā)現(xiàn)，在行走開始階段，即用腳發(fā)力的過程中，鞋尖翹度會明顯影響跖趾關(guān)節(jié)的彎曲范圍，限制其活動范圍。相比于光腳和腳尖翹度最小（10°）的涼鞋，鞋的翹度增加時，人的雙腳在行走時所做的負功會明顯減少。這時，跖趾關(guān)節(jié)和腳縱弓周圍肌肉的運動明顯減少了。這些肌肉原本需要活動來維持這些結(jié)構(gòu)的平衡，讓雙腳在行走和跑步中更加穩(wěn)定。

雖然在研究中，這些肌肉的活動改變只是輕微的，但當我們穿上這些鞋每天行走數(shù)千步時，隨著量的累積，這些肌肉的活動會明顯減少，進而導致其強度減弱甚至喪失功能。利伯曼表示，這會進一步降低腳的耐受力，進而導致過度使用腳時，出現(xiàn)一系列損傷以及患足底筋膜炎（plantar fasciitis）等腳部疾病的風險增加。

疾病產(chǎn)生的原因

足底筋膜炎是一種常見于大量鍛煉的跑步運動員或中老年人的腳部疾病。足底腱膜由于長期活動會出現(xiàn)微損傷和一些小型炎癥，當這一狀況逐漸累積時，會形成足底筋膜炎。癥狀發(fā)作時，腳底常會出現(xiàn)尖銳的疼痛。為什么長期穿著鞋尖上翹的運動鞋，患足底筋膜炎的風險就會增加呢？

利伯曼解釋道:“我們認為其中的原因是，當人們運動時，原本需要依賴腳上肌肉做的事情，會轉(zhuǎn)移到了足底筋膜上。當腳上的肌肉變得越弱，足底筋膜將需要承擔更多的工作。但是，足底筋膜并沒有真正演化出這部分的功能，所以它會發(fā)炎。”隨著這一過程的累積，會進一步導致腳出現(xiàn)多種損傷，甚至形成足底筋膜炎。

考慮到實驗的研究樣本較少，他們還表示需要在這一方向上進行更多的研究。目前這項研究也并不足以證實，鞋尖翹度與足底筋膜炎和其他腳部問題具有直接的聯(lián)系。而除此之外，他們也將進一步研究鞋尖翹度如何影響鞋的硬度和緩沖墊對雙腳的影響。當然，出于謹慎考慮，我們或許可以穿沒有鞋尖翹度或角度較小的鞋，特別對于跑步、打籃球等特別費腳的活動。

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來源： 中科院長春光機所