doi:10.19677/j.issn.1004-7964.2023.03.006
老年人鞋履稳定性因素研究进展
方晨玮，谢红*
（上海工程技术大学纺织服装学院，上海201620）
摘要：鞋履是老年人日常步行的必需品。老年人行走通过鞋履与地面接触，鞋会影响其步行时下肢的生物力学特征，包
括骨骼、肌肉及关节的功能及表现，进而影响步态稳定性。老年人控制身体平衡的能力弱，行走时易跌倒，其中鞋履对步行稳定性的影响不容忽视。合适的鞋履可以有效提升老年人行走时的稳定性，降低跌倒风险。本文从生物力学角度归纳影响老年人稳定性的鞋履因素，结果表明，安全的老年鞋因素应包括：鞋底较硬、鞋跟较低、鞋底花纹沟槽深度较深、鞋跟形状稍外展、鞋帮较高、装有功能性鞋垫，这些鞋履特征能提高老年人的步态稳定性。关键词：鞋履；老年人；稳定性；生物力学中图分类号:TS 943.1文献标志码:A
Research Progress on the Stability Factors of Shoes for the Elderly
*
(School of Textile and Fashion,Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201620,China)
Abstract:Shoes are a daily necessity for the elderly to walk.When the elderly walk,they contact the ground through shoes,so shoes can affect the biomechanical characteristics of their lower limbs,including the function and performance of bones,muscles and joints,and further affect their gait stability.The ability of the elderly to control their body balance is weakened,and they are prone to fall when walking.So,the impact of shoes on walking stability cannot be ignored.Appropriate shoes can effectively improve the stability of the elderly when walking and reduce the risk of falls.From the perspective of biomechanics,this paper summarized the factors that affect the stability of shoes for the elderly.The results show that the characteristics of safe shoes for the elderly should include harder soles,lower heels,deeper grooves in the sole pattern,slightly abducted heel shape,higher uppers,functional insoles,and shoe lasts that can conform to the foot shape of the elderly.These shoe characteristics can improve the gait stability of the elderly.Key words:shoes;the elderly;stability;biomechanics
收稿日期：2022-07-19基金项目：国家重点研发计划主动健康和老龄化科技应对重点专项(2018YFC2000900)第一作者简介：方晨玮（1998-），女，硕士研究生，主要研究方向为功能性服装。E-mail:*****************。*通信作者：谢红，硕导，教授。E-mail:********************。
前言
随着全球老龄化趋势不断加剧，老龄化带来的问题日益凸显，老年人的跌倒是其中一个重要问题。而老年人所穿的鞋履不合适是致使其跌倒的重要外因。老年人由于年龄增大，骨骼肌肉系统功能退化，行走时控制身体姿势能力减弱，易失去平衡。安全性能高的鞋履可以通过提升老年人下肢骨肌系统的功能性，改变人体控制动态运动模式的基本
策略，从而增加步行的稳定性[1]。
近年来，社会对老年人足部健康的关注度逐渐增高，老年人鞋类产品的国家标准在起草当中，老年人由于穿着不合适的鞋子导致步态不稳跌倒的问题得到更多重视。然而目前国内该领域中，对老年鞋类产品的研究主要集中在其美观度及穿着舒适性上，对鞋履影响老年人步行时下肢功能及身体稳定性即鞋履安全性能方面的研究较为缺乏。老年人鞋类产品的安全性能关乎老年人生命健康与安全，应受到更多重视。
本文结合生物力学参数及步态分析方法，分析影响老年人步态稳定性的鞋履因素，包括鞋底、鞋跟、鞋帮、鞋垫的设计对老年人步行期间下肢生物力学特征的影响，并对老年人鞋类产品稳定性方面的优化设计提出建议。
皮革科学与工程第33卷
1鞋履影响老年人稳定性的研究现状及趋势分析
本文使用citespace 软件对web of science 核心数据库中的文献进行检索，对鞋履影响老年人步态稳定性的研究状况进行可视化分析。检索关键词为old people（aging people,senior）、stability （bal-ance）和shoe，检索年限为2006年至2022年，检索到的文献数为240篇。用citespace 进行可视化分析所得结果如表1、图1所示。由表1可知，相当一部分文献都对该主题进行过研究，其中关键词balance 和older adults 的中介中心性均较高。图1为关键词共现情况，节点越大，表明该关键词出现频次越高，相关研究越多。从图中可以看到对老年
人平衡性及跌倒风险的研究比较多，对相关鞋履
的研究则相对较少。大多数文献表明所穿鞋履会明显影响的老年人步行稳定性，适宜的鞋履可以增加稳定性，降低摔倒风险；但也有少部分文献表明步态的稳定程度与鞋履无明显相关性，不同的鞋履因素对平衡性影响不大。鞋履对老年人步态的影响有待更深入的分析。
2鞋履各因素对步态稳定性的影响
鞋履作为人行走时足与地面的重要介质，对行走的稳定程度有很大影响[2]。以下以与行走稳定性相关的主要鞋履因素———鞋底、鞋跟、鞋帮和鞋垫为出发点，对老年人稳定性的影响展开论述。2.1鞋底设计
影响老年人步态稳定性的鞋底因素一般有鞋底硬度、鞋底材质、鞋底花纹以及鞋底结构。2.1.1鞋底硬度
早期Robbins 等人通过测算老年人走平衡木的掉落频率研究穿着不同硬度(shoreA-15的软底，shoreA-33的中底，shore A-58的硬底）和厚度（后跟1.8cm、前掌1.15cm 的薄底，后跟3.2cm、前掌2.1cm 的厚底）鞋底的鞋子时步态稳定性的差异，得出软和厚的鞋底不利于老年人保持平衡，薄硬底的鞋子能提升步行稳定性[3]。后续研究发现，鞋底硬度会影响人体足部位置的感知，从而影响人体对平衡的控制能力，软底鞋会降低足部的位置感知能力。以下从生物力学角度对鞋底硬度对步态稳定程度影响的研究进行归纳。
Menant 等人探究鞋底硬度对老年人步行时空参数的影响，结合步态分析，发现老年人在穿着硬底鞋（硬度shore A-58）行走时的双支撑时长比穿标准鞋（硬度shore A-40）时大，说明硬底鞋对维持步态稳定更有利[3]，与之前研究者得出的结论基本相同。研究还加入路面因素，发现在潮湿接触面上行走时受试者穿软底鞋的步长和足地接触角较穿硬底鞋时小，说明在此种情况下受试者保持平衡的能力减弱，他们会以更谨慎的平缓迈步方式行走以防止跌倒[4]。过于柔软的鞋底的力学结构不稳定，受到挤压时会使前脚掌产生震动，显著改变踝关节和膝关节的角度，使之超出保持稳定所需的范围从而导致动态平衡失败。孙明伟等人研究鞋底硬度对下落时下肢的影响，发现更高的鞋底硬度有助于维持踝
图1鞋履对老年人步态稳定性影响的研究关键词共现图谱
Fig.1Co-occurrence map of research keywords about the impact
of shoes on the gait stability of the elderly
表1关键词数据对比表
Tab.1Comparison of keyword
data
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第3期方晨玮，等：老年人鞋履稳定性因素研究进展
关节及足部的稳定性，减少踝关节外翻[5]。
冉美玲等人研究了不同中底硬度鞋底的高跟鞋对女性行走时足底压力中心轨迹的影响，发现穿着硬度过低鞋底的鞋时足底压力中心在内外方向上摆动增加，人体不稳定[6]。宋雅伟等人研究了不同硬度鞋底对步行时足底压力中心移动的影响，发现随鞋底硬度的增加，足底压力中心从内侧第一跖骨向外依次移动。和裸足行走相比，穿中等硬底鞋以及硬底鞋时足底压力中心轨迹长度都变长，而穿软底鞋时轨迹长度缩短，这说明穿软底鞋行走时步态稳定性不好[7]。
宋雅伟等人还发现，老年人下肢肌肉的积分肌电值在其穿软底鞋行走时和穿中等和硬底鞋行走时有显著性差异，且前者高于后者，其中腓肠肌差异最明显。穿软底鞋情况下，在整足着地、足跟离地和足尖离地期，胫骨前肌收缩速度比穿中等和硬底鞋时慢。而穿中等硬底鞋行走时，股外侧肌收缩最快[8]。因此，鞋底硬度会影响人步行时下肢肌电值，穿软底鞋时需要更大的肌肉活动度以保持平衡，下肢肌肉易疲劳，不利于维持步态的稳定。穿着中等硬度鞋底的鞋有利于保持步态稳定。
另外，有学者研究鞋底硬度影响足痛老年人足底压力和步态，结果表明，硬底鞋与软底鞋在行走时的舒适度和足部的疼痛上没有显著差异，但硬底鞋比软底鞋能够更好的帮助老年人维持步态的稳定，老年人在日常行走时最好选择鞋底较硬的鞋[9]。
2.1.2鞋底材质
路正辉等人采用NR、TPR、PVC和EVA四种材质的鞋底，并检测这些材料的静态防滑性能和硬度，结果发现鞋底材质的差异对防滑性能有较大影响，NR、EVA材质鞋底的静态防滑性能随着鞋底硬度的增大下降[10]。有学者研究了环绕在鞋垫周围的弹性网面对步态稳定性的影响，实验利用鞋底设计了该种材料的鞋并对65周岁以上的社区老人进行户外防滑试验，发现此种有网面装置的鞋底在室外运动中出现摔倒、侧滑以及出现跌倒损伤的概率显著降低[11]。不同材质鞋底的防滑性能不同，选用哪种材质的鞋底更有利于降低老年人步行时的滑跌风险有待进一步研究，在鞋跟位置附加防滑装置对有利于降低老年人行走时的滑跌风险，维持安全与平衡。2.1.3鞋底花纹
早期研究通过对四种不同鞋垫材料、鞋底硬度、粗糙程度的鞋履的防滑性能进行测试和比较，发现鞋底防滑特性与粗糙度具有显著相关关系，粗糙度高则防滑性好，穿着时不易滑倒[12]。在有油污污染的表面，鞋底的花纹能提供更安全的摩擦系数，增加花纹的沟槽深度可提升鞋履在湿滑表面的防滑能力。后续研究发现，鞋底胎面花纹沟槽的宽度和胎面花纹的朝向是影响鞋底与接触面摩擦系数的重要因素，并且鞋底胎面花纹沟槽越深摩擦越大，与测量方向垂直或倾斜的鞋底胎面花纹具有更高的摩擦系数[13]。因此老年人鞋具的鞋底应设置一定深度的花纹。
2.1.4鞋底结构
近几年出现的不稳定设计的鞋底结构，能提升老年人的步态稳定性。有研究发现，鞋底的不稳定结构能使下肢肌肉更积极地活动以维持身体的平衡，尤其增大踝关节周围肌肉活动度。在运动损伤预防及恢复中，穿不稳定结构鞋具运动对减少老年人受伤风险有较显著的效果。周长青等人研究不同前跷度数的不稳定鞋对行走时下肢关节运动的影响，发现鞋底的前跷设计可以减小单支撑阶段后期膝关节的回旋力矩和踝关节的跖屈力矩，降低了关节周围的肌肉负荷，减小了关节损伤风险，增加了关节的稳定性[14]。鞋底的不稳定结构设计也可以增加老年人足跟着地时的足部背曲角度和提踵时的跖屈角度，减轻拖地步态，从而降低绊倒风险[15]。老年人鞋类产品的鞋底应设计合适的不稳定结构，这可以提升关节的活动度和增强相关肌肉的活动，提升穿着者的平衡控制能力。
2.2鞋跟设计
影响老年人步态稳定性的鞋跟因素一般为鞋跟高度和鞋跟结构。
2.2.1鞋跟高度
结合步态分析，对鞋跟高度对步态稳定性的影响从生物力学角度进行归纳。
费锐等人通过BTS三维运动捕捉系统采集中老年女性穿着不同鞋跟高（10、20和30mm）时的步态周期变化[16]。结果表明穿着10mm跟高的鞋步行时左右脚站立期和摆动期数据差异最不显著，稳定性最好，穿着30mm跟高时稳定性最差。Barrey等人研究得出，老年人脊柱（腰椎前凸）的退行性变化
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皮革科学与工程第33卷
致使身体重心移动，老年人平衡能力下降，其在穿
高跟鞋行走时采用增加腰椎前凸、过度伸展臀部、
增加膝关节和踝关节屈曲的方式进行代偿以维持
稳定，这会增加关节的损耗[17]。当鞋跟高度超过8cm
时，足部组织的最大应力和最大位移急剧增加，其
中踝关节处形变最大，容易产生扭伤现象[18]。另有学
者研究女性穿着高跟鞋跨越障碍物时鞋跟高度对
肢体末端和关节运动的影响，发现随着鞋跟高度的增加，鞋跟间隙减小，绊倒风险增加[19]。
费锐等人利用三维测力台测得中老年女性穿着高跟鞋行走时三个方向的地面反作用力，分析发现，随
着鞋跟高度的增加，膝关节内翻矩第1峰值增大。鞋跟高度对膝关节内翻矩第2峰值影响较小。膝关节屈曲有利于维持身体的平衡[16]。该研究发现，老年人穿着1cm跟高得鞋时，平衡性较好，且在单腿支撑初期所需缓冲人体重心前移所需的缓冲力最小，穿着2cm跟高的鞋行走时的整体控制能力较好，在蹬腿阶段所需地面反作用力最小，最省力。该研究还涉及鞋跟高度对鞋底压力中心移动的影响的探究。低跟鞋在单腿支撑初期缓冲人体重心前移的能力好，有利于维持稳定。鞋跟越高，单腿支撑初期鞋底压力中心轨迹的最大移动量越大，平衡性越差。
Esenyel研究发现，穿高跟鞋行走时，踝关节处和脚背长期弯曲使小腿比目鱼肌一直处于收缩状态，使行走时足部推力减小[20]。有研究者探究高跟鞋对行走时下肢肌肉疲劳度的影响，发现在支撑前中期，胫骨前肌以及腓肠肌外侧肌的活动度大于穿平跟鞋[21]，说明穿着高跟鞋行走时小腿更易疲劳。穿着高跟鞋行走会使肌肉原有的协调工作能力受到干扰。当鞋跟高度大于6cm时，股内侧肌和股外侧肌的收缩强度显著增强，并且激活时间发生显著改变，表明穿着高跟鞋会引起膝关节周围肌肉的不均衡，肌肉易疲劳[22]。
2.2.2鞋跟结构
鞋跟结构变化一般分为鞋跟外展、内切设计及尺寸差异。有学者认为外展型鞋底能够增大鞋底与地面的接触面积，有利于对于步行期间的人体稳定性。鞋跟结构会影响鞋底的摩擦系数，不同构造鞋跟的
鞋履防滑性能有显著差异。早期研究结果表明，10°倾斜角度的橡胶后跟与平整后跟相比可以使脚跟着地时与地面的接触面积增大（如图2），这种
适当倾斜的后跟在干燥及潮湿地面上都能更好地保障行走者的稳定性[23]。这与其他研究者得出的结论一致。
也有学者研究得出鞋跟的内外展对平衡性影响不大的结论。关于内切型鞋跟对平衡稳定性影响的研究也得到相似结论。外展鞋底对于步态平衡的功能和影响，尤其是对老年人的功效还有待进一步发掘。
Yan等人研究探讨了在不同步行速度和坡度角下，鞋跟底尺寸（HBS）对步行稳定性的影响。结果表明，与底部面积较大的鞋跟相比，底部面积小的鞋跟增加了压力中心的偏差，在步态周期开始时，压力中心向内侧移动。这些变化会损害步行稳定性[24]。
冉美玲等人研究高跟鞋跟型及跟高对女性步行时稳定性的影响，发现穿着粗跟鞋能保持较好稳定性；坡跟会导致足底压力中心向内移动较大，并增大行走时的下肢关节力矩，人体通过加大肌肉活动力度来抵消该偏移对关节及身体稳定性带来的影响，从而易导致肌肉易疲劳，增大了下肢关节受损风险，并导致步态稳定性降低[25]。以上结论对老年女性也适用，老年人选鞋应注意鞋跟高度不能过高，鞋跟底部与地接触面积较大，这有利于其安全稳定地行走。
2.3鞋帮设计
归纳文献发现，鞋帮高度和鞋帮材料会影响老年人的稳定性。
Menant等人通过研究穿着不同鞋帮高度的鞋对老年人的步态情况的影响，发现增加鞋帮高度会增加双支撑时间和步幅宽度，步行的稳定程度增加[26]。该研究团队还发现高帮鞋的步进反应时间大于低帮鞋，说明适当增加鞋帮高度可以提升步行稳定性。高帮可以有效控制踝关节的转动度，从而支持和稳定老年人的踝部；加高鞋帮增大鞋与踝的接触面积，脚踝触觉感知能力提升，有利于平衡的控制。后续学者探究低帮鞋和鞋帮图2脚后跟部位斜切面防滑效果示意图
Fig.2Schematic diagram of anti-slip effect of oblique section of heel 无倾斜角10度倾斜角
触地面积触地面积
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第3期
比低帮高4cm的鞋对踝关节生物力学的影响，发现增加鞋帮高度在一定程度上可以增加踝关节的稳定性，降低扭伤风险[27]。
鞋帮后跟部位设计会影响老年人行走时的跟骨稳定性，后跟部位需要有一定的强度和回弹性，防止跟
骨过度外翻。王占星等人研究发现使用进口热熔性聚氨酯材料作为老年鞋的鞋帮后跟部位的材料有利于老年人的平衡稳定性[15]。该材料具有超强弹性恢复性，受外界压力后可以迅速回复到原来形状，且不易断裂、变形，可以防止后跟处材料折断伤害跟骨。鞋帮材质应选择较柔软、回弹性较好的材料。
综上，合适帮高和材料的高帮鞋可以有效提升老年人的步态稳定性。将来可结合更多生物力学参数，对鞋帮与老年人平衡稳定性的关系做更深入细致的研究分析，从而为老年人提供更科学且多样的鞋履选择建议。
2.4鞋垫设计
鞋垫设计对老年人的步态稳定性有重要影响。对于老年鞋垫的研究大多集中在功能性鞋垫上。老年人足底感觉能力减弱，行走时易摔倒，功能鞋垫可刺激足底感受器，提高穿着者的身体平衡控制能力。
Stephen等人调查了振动鞋垫对老年人步态稳定的影响，结果发现，老年人穿着带有振动鞋垫的鞋行走时，鞋垫的振动能刺激足部的感觉运动，从而降低老年人空间和时间步态变异性，提高了步态稳定程度[29]。另有研究发现有纹理的鞋垫可降低重心超过支撑底座极限的可能性，有助于降低身体失去平衡和横向摔倒的可能[30]。近些年对老年鞋垫的研究很多针对矫形鞋垫展开。老年人足部问题较多，行走时的平衡能力降低，合适的矫形鞋垫能纠正下肢的生物力学，增加老年人本体感觉能力，从而提升步态稳定性[31]。管聆等人对60名老年人穿戴普通鞋垫和矫形鞋垫3个月后的平衡能力用Berg 平衡量
表、起立-走计时试验、强化Romberg检查法三种平衡测定方法进行比较，发现穿戴矫形鞋垫的老年人的指标得分高于穿着普通鞋垫者，表明矫形鞋垫能有效增强老年人平衡功能[32]。张新语等人研究发现矫正鞋垫能够对足弓起到支撑作用，增加缓冲，并且改善老年人的下肢力线，提高稳定性[33]。拇外翻、扁平足是老年人常见的足部疾病。拇外翻
矫正鞋垫通过改变拇指两侧压力改善第一跖趾关节形变及受力，为跖骨部位提供支撑，重新分配跖骨处过多的压力。扁平足矫正鞋垫通过调整足部负重点位置，将压力转移至足底其他区域，其中足后跟部位的压力减小最多。鞋垫通过调整足前掌旋前与足后跟外翻程度使距下关节旋前角度得到有效控制，维持足部力学平衡[34]。
因此，老年人鞋类产品中最好安装合适的功能性鞋垫，以增强穿着者的行走稳定性。
3结论
从生物力学角度，结合步态参数归纳影响老年人步态稳定性的鞋履因素并分析其影响机制。总结分析结果，得到：鞋底较硬、有适度不稳定结构、花纹沟槽深度较深，鞋跟较低、形状略外展，鞋帮较高、回弹性好，鞋垫具有功能性的鞋履有利于提升老年人步态稳定性，但其余的鞋履因素对于平衡的影响尚无统一明确的定论，值得更深入的研究。
鞋履对老年人步行稳定性起到有效干涉作用，合适的鞋履可以有效提升老年人平衡能力，降低跌倒风险。老年人由于平衡能力和神经肌肉系统能力的退化，对鞋履的安全性能要求更高，同时老年人身体比较容易疲劳，鞋履良好的穿着舒适性也很重要。未来可将某些鞋履因素划分成更细致的层级（如硬度多分几档），并结合更丰富的生物力学参数对以上尚未确定的因素进行探究，深入分析其对平衡的影响。设计生产老年人鞋履时应充分结合老年人的特殊需求，在提供较舒适的穿着感受的同时更应注重保证安全的稳定性。
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方晨玮，等：老年人鞋履稳定性因素研究进展35

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