一些常見的運動鞋或者老年健步鞋會有一個特徵——具有鞋尖翹度。這種鞋會讓人走路時更加輕鬆，但是哈佛大學的科學家注意到這樣的鞋尖設計，並不符合人腳的演化規律。在近期一項發表於《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，或是將受力轉移到了腳的其他部位，而這種轉變可能是一些腳部疾病的起因。
可疑的輕便感
據考古學證據，鞋子大約在4萬年前進入了人類社會。到如今，鞋子已經演變出各種款式。一雙優秀的鞋可以緩解行走、運動給雙腳、膝蓋帶來的衝擊，防止腳部皮膚、骨骼損傷，並起到適當的保暖效果。除此之外，一些鞋會透過特殊的鞋底設計，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複雜。卡爾加里大學生物力學專業的名譽教授本諾·尼格（Benno Nigg）長期致力於研究運動時運動鞋對人體的影響。他發現，相比於穿一些特殊設計的鞋來達到減震、緩衝的效果，跑步者根據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。
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》上發表了兩項關於光腳跑步的研究。他們發現，相比於穿鞋，光腳跑步時，雙腳能產生更好的緩衝作用。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徵——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鬆。而這類鞋也常被一些商家推薦為適合於跑步、爬山和旅行等多種運動。近期，利伯曼和西奇廷在《科學報告》發表了一項研究，表示從人類演化的角度來看，這種輕鬆的感覺可能並不簡單。
腳在行走時的狀態
在人類的直立行走中，蹠趾關節（metatarsophalangeal joints，MTP）扮演著十分關鍵的作用。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、迅速。一項發表於1954年的研究認為，當蹠趾關節向上彎曲時，連線著腳趾骨和跟骨的足底腱膜（plantar aponeurosis）會變得更加緊繃，從而產生一個向上的力，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定。
當人們穿上一雙鞋尖向上翹起的運動鞋時，蹠趾關節會順著鞋尖翹起的弧度向上翹起，會產生相似的效果。而行走更加輕盈的感覺，正是由於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，人類穿上現代這些具有足弓支援、緩衝和其他支撐作用的鞋，還是一種很短期的現象。”人的雙腳在演化過程中主要適用於在平行地面行走，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，利伯曼和西奇廷透過一項小型實驗，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，他們透過壓力板和紅外儀等裝置記錄下這些人行走時所需要的力，以及腳上各部分關節的變化。
當將穿鞋的腳翻轉時，這種緊繃感類似於高跟鞋對腳產生的效果。放大圖中的兩個力分別為足底肌肉產生的拉力（左）和地面對腳的作用力（右）。（圖片來源：Sichting et al., 2020）
研究者發現，在行走開始階段，即用腳發力的過程中，鞋尖翹度會明顯影響蹠趾關節的彎曲範圍，限制其活動範圍。相比於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，蹠趾關節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構的平衡，讓雙腳在行走和跑步中更加穩定。
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。
疾病產生的原因
足底筋膜炎是一種常見於大量鍛鍊的跑步運動員或中老年人的腳部疾病。足底腱膜由於長期活動會出現微損傷和一些小型炎症，當這一狀況逐漸累積時，會形成足底筋膜炎。症狀發作時，腳底常會出現尖銳的疼痛。為什麼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，足底筋膜並沒有真正演化出這部分的功能，所以它會發炎。”隨著這一過程的累積，會進一步導致腳出現多種損傷，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。目前這項研究也並不足以證實，鞋尖翹度與足底筋膜炎和其他腳部問題具有直接的聯絡。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衝墊對雙腳的影響。當然，出於謹慎考慮，我們或許可以穿沒有鞋尖翹度或角度較小的鞋，特別對於跑步、打籃球等特別費腳的活動。
編輯：王星
責任編輯：姜澎
來源：環球科學、中科院物理所