“幻影杠杆”假说：柔性扁平足中的结构-功能解耦模型

《Medical Hypotheses》：The “phantom lever” hypothesis: a structure-function decoupling model in flexible flatfoot

　　

• •
  幻影杠杆假说提出了一种可检验的、依赖任务的结构-功能解耦表型，用于描述有症状的柔韧性扁平足。
• •
  该模型将改变的足部力学与依赖任务的结构-功能失配联系起来，同时将感觉运动再校准不完全作为可检验的机制。
• •
  足部变形、足底感觉输入、肌肉激活和机械输出之间的动态耦合是主要研究目标。
• •
  该框架区分了适应后的低足弓与伴有依赖任务的神经-机械失配的有症状扁平足。
• •
  若经验证，耦合测量指标可补充结构评估，并支持对结构性支撑、感觉运动训练或综合康复方案的评价。

引言

人的足部是一个可变形的机械系统。在步行过程中，足弓、关节、足底筋膜以及内在肌和外在肌相互作用，以适应负荷、调节变形，并参与能量的储存与回馈[1]、[2]、[3]。近期针对伴有拇外翻的跑步者进行的步态分析和个体特异性肌肉骨骼建模研究发现，跑步时估计的下肢组织负荷存在差异[4]。在蹬离阶段，肌肉的主动收缩有助于足部刚度增加，因此将足部传统描述为"从活动适配器变为刚性杠杆"的说法不应被字面解读[1]、[2]、[3]。在本文中，"杠杆"一词仅作为肌肉力与地面反作用力有效传递的简写，并不意味着足部在推进过程中作为机械刚性体运作。

柔韧性扁平足涉及内侧纵弓在负重时降低，但在去除负荷或提踵时升高[5]、[6]。它与刚性扁平足及进行性塌陷性足畸形不同，后者涉及支撑结构的进行性三维失效[7]。许多低足弓个体无明显症状。因此，仅凭足弓高度不足以定义功能性病变。

足部姿态与区域性足底压力相关，尤其是中足部着地，但这些关系在不同个体和不同解剖区域间存在差异[8]、[9]、[10]。柔韧性扁平足还可能改变步态的时空特征和节段特征[11]、[12]。临床上的相关性并非确定性关系。足部明显扁平化的个体可能仍然无症状，而一些结构改变较小的个体却报告疼痛、疲劳或不稳[13]、[14]、[15]。这种不一致性表明，形态学和功能学应被视为相关但不等同的评估层面。压力和运动学差异并不能揭示潜在的应答是成功的代偿、适应不足、疼痛回避，还是肌腱单位能力下降。足底皮肤传入神经编码压力和皮肤变形信息，并参与步态和姿势反应[16]、[17]。感觉运动控制也依赖于根据预期运动后果与实际观测结果之间的差异来更新预测[18]。这些原理使得不完全适应具有可能性，但它们并未在扁平足中确立一种中枢感觉运动障碍。

上述观察揭示了一个在柔韧性扁平足评估中尚未解决的问题。静态形态学和孤立的足底负荷指标并不能确定足部在运动中的动态应答是否仍然具有机械有效性。因此，需要一个框架来区分适应后的低足弓与一种症状性状况，在后者中足部变形、感觉信息、肌肉反应和机械输出之间的协调不足。以下章节提出了一种可检验的假说来应对这种结构-功能关系。

各章节摘要

神经-机械失谐的概念

此处将结构-功能耦合定义为足部变形、足底接触及传入信息、肌肉激活和机械输出之间的协调关系。在充分适应的柔韧性扁平足中，负荷或任务需求的变化会在这些层面产生适当缩放的应答，即使所形成的模式与正常足弓足部不同。

在操作层面，结构-功能耦合可通过个体内以下关系来表示：

初步实证动机

该假说部分参考了Takata及其同事报告的公开可用足底压力数据集[19]。该数据集包含按足部姿态分类的参与者的区域性接触面积、压力和步态时序变量。此处使用它来说明激发该假说的测量领域，而非作为幻影杠杆框架的实证验证。

现有变量说明了为什么结构功能和功能不应被

假说检验

检验应对比正常足弓对照组、无症状柔韧性扁平足和有症状柔韧性扁平足。分类应将负重姿态与确认足弓仍具柔韧性相结合。症状状态（包括疼痛或功能受限的存在）可用于定义无症状和有症状柔韧性扁平足亚组。疼痛强度应作为协变量单独测量，因为疼痛本身可能改变运动行为和机械

假说的推论与讨论

该假说提出一种功能性表型，而非取代结构性诊断。具有协调变形、负荷和肌肉输出的低足弓可能代表一种适应后的变体。类似的结构若伴随过度的区域性负荷、较差的推进做功或对扰动的弱适应，则可能代表一种解耦表型。这一区分可能解释了为什么具有相似姿态的个体之间症状存在差异，但尚未得到验证[13]。

如果

总结

幻影杠杆假说将有症状的柔韧性扁平足描述为改变的足部力学与在这些条件下表达的肌肉或机械应答之间可能存在的一种依赖任务的失配；感觉运动再校准不完全是一种提出的机制，而非已确立的原因。所提出的表型定义为足部变形、足底感觉输入、肌肉激活和机械输出之间协调性的降低。其确认需要证据表明

生成式AI在科学写作中的使用声明

在准备本文过程中，作者使用OpenAI的ChatGPT来提高可读性和语言质量。作者已审阅并编辑了所得文本，并对稿件内容承担全部责任。

CRediT作者贡献声明

Weerasak Tapanya：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、监督、软件、方法学、形式化分析、数据管理、概念化。Noppharath Sangkarit：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、项目管理、资金获取、形式化分析、数据管理、概念化。

知情同意声明

如数据集作者所报告[19]，原始研究已从参与者处获得书面知情同意。公开数据集在发布前已进行去标识化处理。

伦理批准

原始数据收集已获北海道文教大学伦理委员会批准（批准号02008）[19]。本文提出了一种基于去标识化公开数据考虑而形成的概念性假说，未涉及新的招募或数据收集，因此不需要额外的机构伦理批准。

资助

本研究项目由巴尧大学和泰国RISE基金项下的基础基金（FF）2027（项目编号：2305/2569）资助。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢Takata及其同事公开分享去标识化的足底压力数据集。

Weerasak Tapanya|Noppharath Sangkarit