跖骨头后垫与趾横条在感觉运动足矫形器中对健康成人腓肠肌肌电活动的即刻影响

《Frontiers in Rehabilitation Sciences》：Immediate effects of the retrocapital pad and toe bar in sensorimotor foot orthoses on the electromyographic activity of the gastrocnemius muscle in healthy adults

　　

背景：感觉运动足矫形器（sensorimotor foot orthoses, SMFOs）可调节肌张力。在越来越多的证据中，SMFO的两种组成元件——跖骨头后垫（retrocapital pad）与趾横条（toe bar）对跖屈肌的影响尚未被研究。已有观察并推测这两种元件联合使用可能降低小腿肌肉活动。材料与方法：这项随机交叉研究纳入29名健康受试者（年龄25.8±6.5岁）。每位受试者在跑步机上分别进行30秒步行和跑步试验，以比较SMFO与无足矫形器（no-foot orthoses, NFOs）条件。采用表面肌电（surface electromyography, sEMG）测量腓肠肌内侧头和外侧头的活动。使用基于配对t检验统计量的统计参数映射（Statistical Parametric Mapping, SPM）进行计算和分析（显著性水平α=0.05）。结果：在健康成人中，无论步行还是跑步，SMFO与NFO条件之间的肌肉活动均无显著差异。结论：临床实践中观察到的SMFO效应可能并不适用于健康的年轻成年人。

论文解读

一、研究背景与目的

足部矫形器广泛用于改善足、踝、膝运动，缓解疼痛，纠正生物力学功能障碍以及处理下肢病变。与主要提供结构支撑和重新分布足底压力的传统足矫形器不同，感觉运动足矫形器（sensorimotor foot orthoses, SMFOs）旨在通过靶向刺激本体感觉结构来调节神经肌肉活动。跟腱病、尖足步态（toe walking）以及马蹄足畸形等常见于痉挛和帕金森病等神经疾病中的情况，往往与踝关节上方的跖屈肌张力增高有关，尤其是腓肠肌和比目鱼肌。既往研究表明踝足矫形器可减少腓肠肌痉挛激活，但也会抑制胫骨前肌活动，且可能限制鞋类选择。相比之下，足矫形器体积更小，日常使用更灵活。SMFO中的跖骨头后垫（retrocapital pad）和趾横条（toe bar）被设计用于影响足底筋膜和趾屈肌，从而通过筋膜和神经生理途径间接调节小腿肌肉活动。临床观察提示联合这两种元件可能改善足跟触地，但这一潜在效应尚未被科学验证。因此，本研究检验假设：在健康成人步行和跑步时，包含retrocapital pad和toe bar的SMFO与无足矫形器（no-foot orthoses, NFO）条件相比，腓肠肌外侧头和内侧头的肌肉活动存在差异。由于缺乏先前研究，该研究首先试图在健康个体中验证是否存在普遍的神经肌肉效应。

二、研究方法

研究人员采用随机交叉设计，通过抽签确定SMFO和NFO顺序。研究最初纳入38名健康受试者，因测量误差排除9人，最终样本为29名健康成人（年龄25.8±6.5岁；身高175.2±9.8 cm；体重73.1±12.5 kg；身体质量指数23.6±2.6 kg/m²）。参与者均在无症状且能正常走跑的情况下进入研究。使用中性鞋（Adidas Samba）以减少额外支撑或矫正元件的影响；SMFO由Springer Aktiv AG制造，材料为乙烯-醋酸乙烯酯（EVA），Shore硬度35，跖骨头后垫高度8.7–9.5 mm，趾横条高度7.5–8.1 mm，按鞋码缩放，并磨去内外侧元件。研究采用表面肌电（surface electromyography, sEMG）以1500 Hz采样频率记录腓肠肌内侧头（gastrocnemius medialis, GM）与外侧头（gastrocnemius lateralis, GL）的活动，电极放置遵循SENIAM建议；同时使用电阻式压力测量鞋垫识别足跟触地和足尖离地以划分站立相。步行速度由受试者在4–6 km/h范围内自选并保持跨条件一致。每种条件包含5分钟熟悉期和30秒测量期。数据处理时进行带通滤波（有限冲激响应，20–500 Hz）和整流，提取20步，将每个站立相归一化至1000个时间点；采用统计参数映射（Statistical Parametric Mapping, SPM）进行配对t检验比较两种条件下的肌电波形，显著性水平α=0.05，并计算Cohen's d_z效应量。

三、研究结果

（一）步行条件下的比较

在步行站立相中，SMFO与NFO条件下腓肠肌外侧头和内侧头的标准化平均sEMG活动曲线高度相似，标准差大量重叠。对应的SPM曲线显示，检验统计量在整个站立相始终位于临界阈值线（α=0.05）以内，提示在步行过程中，两种条件之间不存在任何时间点的显著差异。因此，研究假设在步行条件下未得到支持。

（二）跑步条件下的比较

在跑步站立相中，腓肠肌外侧头和内侧头的肌电活动曲线同样在SMFO与NFO之间基本一致，SPM统计量未超过显著性阈值。描述性统计显示，跑步时GM和GL的积分肌电（integrated EMG, iEMG）均值差异很小，且无统计学意义。因此，跑步条件下的假设同样未得到支持。

四、讨论总结

本研究未证实此前临床观察所推测的SMFO降低腓肠肌活动的效应。机制上，跖骨头后垫可伸直足横弓并重新分布足底压力，趾横条则旨在对抗锤状趾和爪形趾的发展，二者组合可能通过增加足底筋膜和趾屈肌张力，形成类似绞盘机制（windlass mechanism）的效应，理论上可导致跟骨后旋，从而影响小腿肌肉。然而，这种牵拉也可能刺激腓肠肌肌梭的Ia类传入，诱发牵张反射，反而增加腓肠肌活动。此外，SMFO轮廓产生的机械刺激可能诱发回避反应，改变前足负荷时间和促进足跟触地，从而间接改变步态模式。以往研究多集中于传统足矫形器的内侧/外侧楔垫，且结果不一；本研究所用的SMFO有意不包含内外侧元件，因此无法直接与既往研究比较。据研究人员所知，这是首次将跖骨头后垫和趾横条联合应用于SMFO并观察其对腓肠肌活动影响的研究。健康年轻人具有正常步态，代偿能力强，矫形器可能难以产生可检测的神经肌肉变化；加之SMFO按鞋码而非个体足部形态制作，刺激强度可能不足。因此，现有证据不支持仅为降低健康人腓肠肌活动而使用SMFO，临床使用应基于个体功能损害和治疗目标，未来需在相关临床人群中开展纵向研究。

五、结论

本研究结果不提供证据表明包含趾横条和跖骨头后垫的SMFO能改变正常步态年轻成年人的腓肠肌肌电活动。在步行和跑步的整个站立相中，SMFO与NFO条件之间均未观察到显著差异。需要在更大规模的临床人群中开展进一步研究，以确认和验证这些发现。