定制足部矫形器对患有进行性足部塌陷畸形的患者在上下台阶动作中下肢运动学和动力学的影响

《Journal of Biomechanics》：Effects of custom-made foot orthoses on lower limb kinematics and kinetics during step-up and step-down tasks in individuals with progressive collapsing foot deformity

降低中足背屈和踝外翻角度，步上步下任务中效果显著，倾斜表面任务效果不显著，同时改变膝髋关节力矩分布。

　　
本研究聚焦于灵活型渐进性塌陷足畸形（PCFD）患者穿戴定制足部矫形器（FOs）后的动态运动学及动力学表现，重点分析了三级台阶任务（上台阶、下台阶、倾斜面下台阶）中矫形器的干预效果。研究团队来自加拿大魁北克省 Trois-Rivières大学解剖学部门，共纳入20名PCFD患者，通过为期三个月的纵向观察发现：FOs能有效改善患者中足背侧曲角度（平均减少4.9°）和踝关节外旋角度（在上下台阶任务中分别减少2.9°和3.5°），同时降低踝关节内旋力矩，但倾斜面下台阶任务中矫形器的干预效果显著弱化。

研究采用三维运动捕捉系统和压力平台同步采集数据，创新性地将FOs干预效果分解为三个动态任务模块进行对比分析。实验结果显示FOs对中足动态稳定性的改善具有任务普适性，但力学干预效果存在显著任务依赖性。具体而言：
1. **上台阶任务（SU）**：FOs使中足背侧曲角度持续降低（6%-100%支撑期），踝关节外旋峰值降低2.9°，同时引发膝关节外旋力矩（34%-73%支撑期）和髋关节外展力矩（96%-100%支撑期）的适应性代偿。
2. **下台阶任务（SD）**：FOs进一步优化了中足动态角度（10%-100%支撑期），踝关节内旋力矩降低达0.09 Nm/kg，膝关节外展力矩增加（42%-54%支撑期）和髋关节多平面力矩调整（3%-27%支撑期）成为显著特征。
3. **倾斜面下台阶（SDI）**：尽管中足背侧曲角度仍降低5.4°，但踝关节外旋角度的改善未达统计学显著性，膝关节代偿模式呈现更复杂的动力链调整（66%-100%支撑期外展力矩增加0.09 Nm/kg）。

该研究突破传统足踝生物力学分析框架，首次将FOs干预效果与动态平衡控制机制关联。研究发现FOs通过强化足弓结构（4mm聚丙烯中足支撑块+6mm跟骨外侧楔形垫）有效抑制足部过度内旋（ Pronation），这种力学干预传导至膝关节引发适应性外旋代偿（平均效应量0.8-1.1），同时影响髋关节多平面运动模式。值得注意的是，当患者需要在10°内侧倾斜面完成下台阶动作时（SDI），FOs的力学缓冲效能呈现显著衰减，这可能源于倾斜面带来的额外水平方向的力矩需求（约增加17%的踝关节外旋力矩）。

临床启示方面，研究验证了FOs在非负重运动（如站立）和常规负重运动（上下台阶）中的有效性，但特别指出在复杂地形（如楼梯边缘、倾斜路面）下的局限性。这提示临床实践中需根据具体运动场景设计矫形器参数，对于需要频繁调整足部姿态的日常活动（如购物、登山），建议采用分阶段动态调整的矫形策略。

研究方法上创新性地采用分层时间序列分析（SPM1D）技术，将单次动作分解为100个时间点的连续力学参数变化。这种分析方式能精准捕捉动态任务中不同关节的协同调整机制，例如在SD任务中观察到FOs使中足背侧曲角度在50%-70%支撑期出现异常波动（效应量达1.09），这可能与膝关节动态外旋补偿模式有关。研究团队通过对比发现，FOs的力学干预效果存在显著的相位特异性，其最佳作用时段集中在支撑期的中后期（60%-90%支撑期），这与足弓结构稳定所需时间相吻合。

在生物力学机制解释方面，研究揭示了FOs通过三个主要途径改善PCFD患者的运动表现：第一，中足动态稳定增强（背侧曲角度降低4.6°-5.4°）直接缓解距骨内侧滑车撞击，减少胫后肌腱的重复性牵拉；第二，踝关节动态外旋抑制（2.9°-3.5°）降低距骨外侧撞击风险；第三，通过改变膝关节外旋模式（平均调整1.2°-1.9°）和髋关节多平面运动（外展角度增加0.8°-1.1°），形成完整的动力链补偿机制。

研究局限性主要体现于样本选择（仅纳入灵活型PCFD患者）和任务模拟的真实性（实验室环境与实际地形存在差异）。未来研究可考虑纳入中重度PCFD患者，并增加复杂地形（如粗糙石子路、湿滑地面）的对比实验。在临床应用中，建议结合步态分析（如动态足印测量）和压力分布监测，建立多维度的FOs效果评估体系。

该研究为PCFD的保守治疗提供了新的生物力学证据：当FOs设计参数（中足支撑厚度4mm、内侧楔形角度5°）与患者本体感觉阈值匹配时，可产生最佳干预效果。特别在动态平衡任务中，建议采用渐进式适应训练（如每日增加1小时穿戴时间），以促进肌肉记忆的形成和动力链的适应性调整。对于SDI类复杂地形，可考虑叠加式矫形方案（如足弓支撑器+踝关节矫形器），或采用智能压力感应FOs实时调整支撑参数。