《Sports Medicine - Open》：The Impact of Football Boot Design on Lower Limb Injury Risk: A Systematic Review
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背景：足球鞋作为运动员与比赛场地之间的关键界面，对调节非接触性下肢损伤风险具有决定性作用。尽管大量研究已探讨鞋钉构型、鞋底版刚度及鞋-足-场地交互作用对下肢生物力学的影响，但针对其损伤关联性的整合评估仍显不足。
方法：本研究遵循PRISMA 2020指南，系统
背景：足球鞋作为运动员与比赛场地之间的关键界面，对调节非接触性下肢损伤风险具有决定性作用。尽管大量研究已探讨鞋钉构型、鞋底版刚度及鞋-足-场地交互作用对下肢生物力学的影响，但针对其损伤关联性的整合评估仍显不足。
方法：本研究遵循PRISMA 2020指南，系统检索了2005年至2025年间Elsevier、EBSCO、Web of Science、PubMed Central及《Footwear Science》数据库的相关文献。经双人评审筛选后，共32项研究符合纳入标准，并使用物理治疗证据数据库（PEDro）量表对其方法学质量进行评估。
结果：通过证据三角互证，明确了受鞋设计影响的损伤风险潜在生物力学机制。主要发现如下：1. 鞋钉构型决定旋转牵引特性。旋入式（软地（SG））鞋钉与刀形鞋钉在自然草皮与人造草皮上均会产生超生理水平的旋转扭矩，引发“足部锁死”现象，进而升高前交叉韧带（ACL）断裂、踝关节扭伤及跖骨应力性骨折的发生率。2. 鞋底版刚度与损伤风险呈U型关系。过度刚硬会限制第一跖骨背屈并导致局部足底压力集中；而过度柔软则会增大踝背屈/内翻角度及膝外翻角，从而增加ACL负荷。3. 鞋-足-场地不匹配（鞋楦尺寸过小、鞋钉-场地不兼容、性别特异性牵引过载）会重新分布足底压力并改变关节力臂，诱发过度使用性损伤。4. 鞋领高度虽增强踝关节稳定性，但会引起代偿性膝关节扭转，使损伤部位向近端转移，提高膝关节韧带创伤的可能性。5. 高风险机械负荷常发生于运动员感知阈值之下，提示无症状的微损伤可能随时间累积。
结论：综上所述，足球鞋结构是非接触性下肢损伤的一个可调控决定因素。建立标准化的测试框架，校准鞋钉几何形状、鞋底版刚度及鞋楦形态——同时兼顾场地类型、性别与运动水平——将实现高性能且低损伤的足球鞋设计优化。
引言
足球作为全球公认的第一运动，拥有庞大的参与与关注群体。流行病学数据显示，精英球员每1000小时训练会发生约8次损伤，职业球员平均每个赛季遭遇2次伤病，每次伤缺平均达37天，这不仅影响个体健康，更干扰球队战术部署与竞技成绩。作为运动员与场地间唯一的机械界面，足球鞋成为调节下肢损伤风险的首要可变因素。为适应不同运动员的生物力学特征与场地的机械特性，现代足球鞋需在牵引力、灵活性与保护性之间取得平衡。最佳鞋-地匹配不仅能提升运动表现指标，还可降低非接触性损伤风险。现有实证研究已分别揭示了鞋设计对前足足底、踝关节及膝关节的损伤生物力学特征：SG与硬地（FG）鞋款因采用更长且常为金属材质的鞋钉并减少鞋钉数量，会产生超生理水平的平移与旋转牵引，在变向或枢轴动作中引发“足部锁死”，增加ACL应变并易致踝关节内翻损伤；同时，减小的接触面积会使足底压力集中于跖骨头下方，显著提升第二与第五跖骨应力性骨折风险。此外，外底的牵引特性与鞋的有效跟趾落差也是决定运动效率与非接触性损伤的核心要素。鞋面作为运动员触球的唯一触觉界面，其材料组成与结构设计直接影响技术执行，因此每一次鞋钉几何或鞋面设计的迭代，都是向功能优化与损伤缓解迈进的进化步骤。
方法
本研究严格遵循系统综述首选报告条目（PRISMA）指南开展。检索策略采用组合关键词：“football shoe”或“soccer cleat”或“soccer footwear”与“injuries”“sports injuries”“football injuries”“knee injuries”“ankle injuries”“foot injuries”的组合，检索时限为2005年至2025年8月，覆盖Elsevier、EBSCO、Web of Science、PubMed Central四大数据库，并在《Footwear Science》中进行定向检索。文献筛选流程由两位研究者达成共识，所有文献导入Endnote去重。纳入标准为探讨鞋结构对跑步过程中生物力学变化的原创性同行评议论文；排除标准包括重复记录、矫形器相关研究、非生物力学主题（仅涉及生理、生化或医学层面）、非足球鞋研究、非英文文献及无法获取全文的文献。鉴于本综述主要纳入实验室生物力学研究，采用物理治疗证据数据库（PEDro）量表评估方法学质量。尽管该量表最初用于临床干预试验，但因其简便性与一致性，已被广泛用于生物力学研究的质量评价。PEDro评分低于3分的研究被视为低质量并予以排除。文献检索与PEDro质量评估均由两位独立评分者完成，分歧通过与第三位评分者协商达成共识。最终通过表格整合了将特定足球鞋特征与非接触性损伤风险关联的流行病学与生物力学证据，重点关注足、踝、膝三个解剖区域，以及缓冲、运动控制、扭伤缓解、距下关节与胫骨内旋限制、足底压力分布等关键生物力学变量。
结果
概述
综合检索共识别438篇文献，经去重与排除无关记录后，32项研究符合纳入标准并进入后续分析。
对足部损伤的影响
外底鞋钉设计的影响：六项研究证实鞋钉构型显著影响足底压力分布与足部损伤风险。刀形鞋钉在制动与变向动作中产生更高平移牵引力，同时使足底负荷集中，提升跖骨头下的峰值压力与力-时间积分（FTI），这种局部过载与第二至第四跖骨应力性骨折的高发相关。SG鞋钉会产生过量旋转牵引，限制变向时的足部平移并升高关节力矩，进而增加跖骨损伤风险。圆形鞋钉构型则在前足内侧与中央区域产生最高压力与FTI值，易致第一至第四跖骨重复性应力损伤。此外，不对称鞋钉布局（如内侧密集、外侧稀疏）会显著提高第五跖骨应力性骨折与外弓疼痛风险。针对青少年的研究还发现，前足接触面积减小的设计会大幅提升局部负荷集中度，加速局部骨疲劳与应力损伤发展。
外底刚度与结构设计的影响：三项研究表明，高刚度外底会限制第一跖趾关节生理性背屈，破坏绞盘机制的正常储能与回弹周期，从而升高足底筋膜炎与跖骨应力性骨折风险。同时，刚性外底会放大跑步与变向时的足跟冲击峰值，而足球鞋普遍缺乏的前足缓震设计进一步使负荷集中于跖骨头下方。值得注意的是，主观舒适度评分（无论是整体还是局部）均无法识别足底高压区域，这意味着长时间训练中的累积微创伤可能无声地诱发跖骨应力骨折与足底筋膜疼痛。反之，过度柔软的外底亦无法提供机械保护，在侧切动作中会增加踝背屈、内翻及膝屈曲角度，导致压力中心前移，长期加剧跖骨负荷与应力骨折风险。
鞋合脚度的影响：两项研究探讨了鞋合脚度与足部损伤的关系。虽然尚无证据表明穿着尺码过小的鞋与静态足弓指数存在显著关联，但长期穿着过短的鞋会增加脚趾压缩负荷，易致甲下血肿与趾畸形。针对女性专属设计的研究发现，即便采用了牵引优化的鞋钉布局，外侧鞋钉的几何形状仍会增加前足内翻力矩，从而升高第五跖骨应力损伤与外柱疼痛的风险。
场地与外底特征交互作用的影响：三项研究分析了场地类型与外底设计的交互效应。鞋钉与场地不匹配（如在人造草皮上使用FG鞋钉）会显著增加足底压力与压力-时间积分，加剧足部疲劳并升高应力骨折与足底筋膜炎风险。在天然草皮上使用SG鞋钉会产生过量旋转牵引，引发“足部锁死”效应，限制足部正常活动与形变，这与跖骨应力骨折和踝关节扭伤的高发相关。此外，在不具备充分缓震性能的场地上使用圆形鞋钉，会使更大的冲击力传递至足底，进一步诱发跖骨应力损伤与足底筋膜炎症。
对膝关节损伤的影响
外底鞋钉设计的影响：十三项研究分析了不同鞋钉构型（SG、FG、人造地（AG）、碎钉（TF））对膝关节负荷与非接触性损伤的影响。多数研究指出，SG与FG构型在变向与枢轴动作中产生更高的峰值旋转扭矩与扭转刚度，过高或不平衡的牵引特性会进一步放大非接触性膝关节创伤风险，具体表现为增加膝外翻与踝外翻力矩——这两者均为ACL损伤机制的生物力学前兆。鞋钉几何形状同样关键：圆形鞋钉会诱发更大的股四头肌激活，增加胫骨前向平移与ACL拉伸应变；刀形鞋钉则产生更高的地面反作用力、旋转牵引与扭矩，共同提升ACL及其他膝关节软组织损伤风险。针对女性运动员的研究显示，刀形鞋钉会使跟骨压力中心向后外侧移位，这一生物力学改变与膝外翻及内旋力矩增加密切相关，而这两者均为ACL断裂的已知风险因素。此外，在女性专属鞋款中增设后中鞋钉的设计，被发现会增加前后向牵引并提升膝关节扭转负荷，可能与ACL撕裂相关。
外底硬度与结构的影响：三项研究探讨了外底刚度与鞋领高度的联合效应。高柔顺性鞋底会允许过度的膝外翻活动度，降低关节稳定性并理论上增加ACL拉伸力，易致韧带断裂。针对女性运动员的研究发现，穿着刀形鞋钉时，落地瞬间的峰值膝屈曲角始终低于男性，而当使用刚性外底时该角度进一步减小，提示一种“刚度代偿”策略，可能无意中升高ACL应变。另有研究表明，高帮足球鞋虽能有效限制踝内翻活动度并降低踝关节扭伤发生率，但这种限制性设计会同时增加膝关节扭转负荷，因此需要在增强踝关节稳定性与潜在的膝关节生物力学代偿之间取得平衡。
场地-外底交互作用的影响：五项研究聚焦于鞋-地组合对非接触性膝关节损伤的影响。高牵引外底会同时增加膝外翻与踝外翻力矩，这是非接触性ACL断裂的反复验证机制。其中三项研究针对SG/FG足球鞋发现，在人造草皮上使用此类配置会显著升高膝外翻与旋转力矩；即使在天然草皮上，相同鞋钉类型也会产生过量旋转牵引，增加膝关节扭转负荷与ACL非接触性损伤风险。另有研究指出，人造草皮搭配TF外底产生的ACL应变高于天然草皮搭配SG的组合，表明鞋-地不匹配本身就是ACL损伤的独立风险因素。
对踝关节损伤的影响
外底类型与鞋钉构型的影响：七项研究分析了外底类型与鞋钉构型对踝关节损伤风险的作用。足球鞋钉产生的旋转扭矩会升高外侧韧带创伤的可能性。SG外底在人造草皮上会产生过量牵引，有效“锁死”足部，限制自然活动并诱发异常步态模式，这些力学改变会提升打滑与内翻事件的发生概率，同时升高的牵引力还会增加踝外翻力矩与扭伤概率，使得SG鞋款在人造草皮上的使用尤为危险。鞋钉几何形状本身也会调节踝关节易损性：刀形与圆形鞋钉均会增加踝内翻发生率，并常与变向动作中的ACL应变或损伤伴随发生。针对慢性踝关节不稳运动员的研究发现，短TF鞋钉会延迟腓骨肌激活，这是神经肌肉控制受损的标志，会增加内翻损伤易感性。此外，女性专属足球鞋的前后向牵引系统性地高于男性款式，这一设计特征使女性运动员在急停变向动作中承受更高的踝关节扭转负荷，可能与其观察到的非接触性踝关节损伤率较高有关。
外底硬度的影响：一项研究明确外底硬度是踝关节损伤风险的关键决定因素。软质外底会允许过度的踝内翻，对下胫腓前韧带（ATiFL）施加高拉伸应变，易致内翻扭伤；相反，硬质鞋底会产生更大的踝关节扭矩，过度负荷前三角韧带（ADL）并诱发内踝扭伤。长期穿着软质鞋款会使ATiFL遭受重复性微创伤，最终导致韧带松弛并增加慢性踝关节不稳的易感性。
鞋-地交互与旋转牵引的影响：五项研究探讨了鞋-地交互如何通过对踝关节的旋转负荷影响损伤风险。鞋与场地不兼容始终与踝关节扭伤可能性增加相关。在人造草皮上使用FG外底时，变向与制动动作中产生的高水平旋转牵引会“锁死”足部，增加传递至膝与踝关节的扭转应力，这一机制会放大外侧韧带应变并大幅升高急性踝关节损伤风险。高旋转牵引是主要的诱发因素，其引发的典型“足部锁死”效应会限制自然活动，显著提高外侧踝关节扭伤的发生率。
讨论
本研究整合了当前关于足球鞋结构与设计如何影响非接触性下肢损伤风险的证据。尽管纳入研究在场地类型、运动任务与参与者特征上存在异质性，限制了结果的直接普适性，但跨研究的一致生物力学机制支持了核心结论的可靠性。首先，鞋钉构型是损伤风险的首要决定因素：SG鞋钉持续产生最大的旋转牵引，在人造草皮上引发“足部锁死”，限制自然活动并使膝踝关节承受更高的剪切与扭转负荷；刀形鞋钉则大幅提升局部足底压力与膝踝旋转力矩，共同推高足、踝及ACL损伤发生率。其次，外底刚度独立调节损伤谱：高刚度限制跖趾关节屈曲，损害蹬伸时的能量储存与释放，与足底筋膜炎及跖骨应力骨折风险升高相关；而过低的刚度则允许更大的膝外翻活动度并降低关节稳定性，理论上增加ACL拉伸负荷，同时软质外底易导致踝内翻与ATiFL高应变，硬质外底则因产生更大踝关节扭矩而增加内踝扭伤风险。第三，鞋-足匹配是关键风险因素：涵盖性别特异性鞋楦、合脚度与鞋钉-场地兼容性的设计需与个体足部形态对齐。不对称鞋钉布局会促进后足旋后，使应力集中于外侧跖骨与足底筋膜外侧束，易致应力骨折与足底筋膜炎；长期穿着尺码过小的鞋会压迫趾区，导致甲下出血与趾畸形；高帮设计虽限制额状面踝活动度并降低内翻扭伤率，但会将冲击吸收向近端转移，增加髌腱应力与ACL张力；女性专属鞋款尚未有效降低牵引相关负荷，其前后向鞋钉力高于男性款式，产生更大的膝关节负荷；鞋钉构型与场地不匹配会放大旋转需求，SG与FG外底产生的高扭转牵引会锁死足部，增加膝踝剪切力矩，大幅提升非接触性下肢损伤总体概率。
结论
本系统综述整合了足球鞋设计影响非接触性下肢损伤风险的现有证据。核心发现可归纳为四点：第一，鞋钉构型与几何形状决定旋转牵引特性，SG与刀形配置产生最高峰值扭矩，在变向动作中“锁死”足部，增加膝内旋力矩，升高ACL断裂、踝关节扭伤及第五跖骨应力性骨折发生率。第二，外底刚度呈现U型剂量-反应关系，过度刚硬限制前足屈曲、升高足底压力，易致足底筋膜炎与跖骨疲劳骨折；过度柔软则增加踝背屈、内翻及膝外翻，放大ACL及相关韧带负荷。第三，合脚度受性别与场地交互作用调节，女性鞋楦产生的前后向牵引高于男性版本，升高膝外翻力矩；高帮设计虽减少内翻但将代偿扭矩转移至膝关节；鞋钉-场地不匹配（如人造草皮上使用SG）产生最大扭转刚度与峰值ACL应变。第四，慢性微损伤具有临床隐匿性，峰值足底压力与旋转负荷常低于不适阈值，却在多次训练中累积并最终导致症状性损伤。现有证据多源于横断面实验室研究，未来需开展纵向研究量化不同鞋钉构型、刚度特征与合脚条件下的损伤发生率，建立标准化测试协议以确定针对不同位置、性别、场地与环境条件的最优外底弯曲刚度与旋转牵引范围，开发平衡性能牵引与安全阈值的算法以设计场地专用鞋钉布局，并整合可穿戴压力与扭矩传感器实现训练与比赛中的足底负荷实时监测，从而在维持足球专项表现的同时降低非接触性损伤风险。
