儿童青少年足生长发育规律及分型的研究进展

Abstract

在鞋的设计中，定性和定量的脚型数据分析对于鞋的舒适性和功能性设计是必不可少的。已有的大量研究均建议，鞋型和脚型应该相契合，才可以获得更好的穿着舒适度，因此研究不同人群脚型特征已经成为一个具有重要现实意义的研究课题。而对于儿童青少年而言，由于受到生长发育较快的特点影响，脚型变化较大，更易受到外界因素的影响。因此，研究儿童青少年脚型生长发育特征对设计穿着舒适、合脚的鞋，减少儿童青少年成长过程中足病的发生具有重要意义。本文梳理了国内外有关脚型的研究，旨在总结儿童青少年足生长发育规律和脚型分型方法，为中国儿童青少年脚型生长发育规律相关研究提供意见，同时为制鞋厂提供分类制鞋的建议。

引言

定性和定量的脚型数据分析对于鞋的舒适性和功能性设计是必不可少的^[1]。大量研究发现，只有鞋型和脚型相互契合，才可以获得更好的穿着舒适度^[2]。儿童青少年受生长发育的影响，脚型变化较大，且易受到外部因素的影响，不合适的鞋可能会使儿童青少年足部经受由较大压力而引起的疼痛^[3]。因此，对于儿童青少年而言，在设计其鞋楦时，要考虑脚型生长发育的变化。我国第 1 次大规模的脚型测量，约在 1965—1967 年，共调查 12 万人，其中儿童总体测量样本仅为 1.09 万人；2001—2004 年，我国开展的第 2 次脚型调研，儿童组样本约 5 000 余人；但都没有给出准确的脚的类型分析报告^[4]。在已有研究中，关于儿童脚型生长发育规律的研究主要集中于儿童青少年在不同时期的足的单一指标变化。但是对于人体的脚型而言，是一个多变的三维立体形状，在这个三维形状中，任何一个部位变化都应在设计鞋楦时予以考虑，例如：第一跖骨部位的长、脚宽、跖趾围、跗骨高等^[5]。因此，我们有必要研究脚在长度指标、宽度指标、足高和足围等指标的生长发育规律，以期能够利用这些数据为儿童青少年构建更为合脚的鞋^[2]。在以前的研究中，已经建立利用中国成人脚型三维数据构建的脚型分型^{[1, 6]}。2016 年，吴婷^[7]报道的数据为手工测量的西安地区 180 名 10～12 岁儿童的三维脚型，相比 1967 年全国儿童的脚部数据，如今儿童的脚宽减小，脚长增大。随后，吴婷^[7]对三种现有鞋楦（圆头、尖头和方头）进行三维扫描，然后结合手工测量数据对扫描获得的鞋楦数据进行调整，该研究对于改善儿童鞋的设计、生产及针对儿童鞋楦的研究具有重要参考意义。但是该研究尚存在一些局限性，首先该研究只是针对西安及其周边地区 10～12 岁儿童，由于测量样本的数量、地域的局限性，测量数据不一定能很好地反映整个该年龄段儿童脚型的数据特点；其次，吴婷^[7]采用的是自制工具和其它辅助工具，手工测量脚型数据，未报告信效度检验的结果。目前，国内外三维脚型分型研究是基于收集大量受试者三维脚型数据，采用统计学多变量分析的方法进行三维脚型分型^{[6, 8-9]}，与文献[7]的研究存在本质区别。

目前，关于中国儿童青少年三维脚型分型的研究尚缺乏，因此本文利用脚的三维数据对中国儿童青少年的脚型进行分型研究，同时探讨中国儿童青少年生长发育过程中足的发育特点和规律，期望在此基础上可对童鞋的设计研究和生产制造进行有科学依据的指导和改进，进而消除不合脚童鞋对儿童青少年生长过程中足部可能存在的负面作用，减少足病的发生。

1. 影响脚型的因素

在人类进化中，人类脚型的特定形态是双足步行的功能性紧张的结果^[10]。研究证据表明，影响脚的形状和尺寸变化的原因有很多，可以归纳为生物学因素和环境因素。

1.1. 影响脚型的生物学因素

1.1.1 种族差异　脚型存在种族差异，Sacco 等^[11]发现，相同脚长下，德国儿童的脚细长；而巴西儿童的前足窄，后跟宽。人种差异可能是由于基因因素、生活习惯的影响长期累积所造成的^[12]。

1.1.2 性别差异　性别差异对脚型产生的影响也已有研究证实，比如 Saghazadeh 等^[13]研究日本人脚型发现，在同等脚长情况下，男性的脚更宽，足弓更高；而女性拇外翻程度明显大于男性。

1.1.3 年龄差异　人的脚型不是一成不变的，而是随着年龄不断变化的。婴儿的脚是一个平坦宽厚且非常柔软的器官，随年龄增长，足逐渐骨化变硬，变长变宽，横弓更明显；成年后，随着年龄的增长，脚依然是可塑的^[10]。与年轻人相比，老年人的足变得更长，更宽，足弓更低平^[13]。

1.2. 影响脚型的环境因素

1.2.1 穿鞋习惯　穿鞋的习惯可能影响脚型。Shu 等^[14]发现，与长期穿着正常鞋子的中国女性相比，习惯性裸足的印度女性脚更宽，拇外翻角度更小，大拇脚趾与其余四趾的间距变大，但该研究未排除种族因素的影响。同时，Wang 等^[15]也发现，与同地区长期穿鞋者相比，习惯性裸足者五趾间距明显增大。

1.2.2 地域　地域环境会对脚型产生影响。丘理^[16]对中国大陆不同地区人的脚型研究发现，华东及西南地区人们的脚型较肥，西北地区人们的脚型偏瘦。这可能是由于华东地区临海，传统上在海边沙滩赤脚劳动、行走，松软的沙地和脚的无束缚，使脚变得宽且厚；而西南地处山区，行走坡路、山路较多，脚前掌部位肌肉比较发达。

1.2.3 体重　Rocha 等^[17]认为，儿童青少年时期肥胖会影响其骨骼肌系统发育，尤其是足部肌肉。同时，Mueller 等^[18]提出，当体重以压力的形式施加在足部，可能会改变足部软组织的分布，从而影响足宽、足高和足围。

2. 儿童青少年时期足的生长发育规律

足的结构不是一成不变的，随着年龄增长，足轮廓，足弓高度^[19]，前脚掌形状，脚趾长度都会发生变化^[10]。足的结构在每个年龄阶段，不同性别之间都具有各自的特征^{[1, 13, 20]}。

2.1. 国外有关足生长发育规律的研究

Barisch 等^[21]发现，在德国儿童青少年中，女生脚长的最大生长率出现于 7～8 岁，而男生出现于 10～12 岁。6～12 岁期间，女生脚长每半年增长 2.9～5.0 mm；而男生脚长每半年增长 2.5～5.6 mm。女生和男生分别在 13 岁和 15 岁时，脚长停止增长。与之相似，Waseda 等^[22]发现，日本儿童青少年在 6～13 岁脚长迅速生长，女生、男生分别在 13 岁和 14 岁达到足生长的平台期。但是相比之下，足弓高度发育比较迟缓，10 岁前男、女足弓较低平，女生在 10～12 岁，男生在 11～13 岁时足弓快速增高。同时，Delgado 等^[20]认为，男、女生在 8～10 岁阶段，脚宽、跖趾围和足弓等方面开始出现明显差异。

2.2. 国内有关足生长发育规律的研究

在中国，无论男女，出生第 1 年足的生长速度是最快的，平均每年生长约 25 mm。4～12 岁的女童，比男童平均每年少生长 3 mm^[23]。2005 年，丘理^[24]测量 3～17 岁儿童青少年脚长发现，女童在 5～7 岁和 9～11 岁时，是脚长的生长高峰；而男童在 5～7 岁和 11～13 岁时，为脚长生长高峰。女孩在 15 岁左右，男孩在 17 岁左右，足长达到成熟后基本停止生长。与之相似，林登云^[25]发现，我国男、女童有两个脚长生长高峰：女童在 5～7 岁和 11～12 岁时，是脚长的生长高峰；男童在 6～8 岁和 12～14 岁时，为脚长的生长高峰。女童在 13～15 岁，男童脚长在 16～18 岁时，脚长停止生长。这些研究提示，儿童青少年脚长的变化与生长发育过程有关，但有自身变化规律。

在脚的宽度方面，丘理^[24]认为，脚长停止生长后，跖围仍在继续加大，这符合人体形态发育规律，即先长长度，再长宽度，直至成人。同时，林登云^[25]认为，儿童从 2 岁开始，脚的肥度在逐渐生长；7 岁时，脚肥度有一个缓长期。随后，女童在 13 岁，跖趾围长基本停止增长，而男童在 15 岁后，跖趾围长仍有继续增加的趋势^[24]。

儿童青少年时期是脚的生长发育关键时期，这一阶段脚的生长发育具有特殊规律及明显的性别差异，应当予以关注。但是在已有研究中，关于儿童脚型生长发育规律的研究主要集中于儿童青少年在不同时期足的单一指标的变化，但是对于人体的脚型而言，其是一个多变的三维立体形状，在这个三维形状中，任何一个部位变化都应予以考虑^[26]，例如：脚跖围、内侧足背长、后跟宽度等^{[1, 6]}。我们有必要研究儿童青少年三维脚型数据的变化及生长发育规律^[27]。

3. 脚型的分型

有研究认为，相同脚长情况下，脚的其他尺寸指标在不同个体间存在着更大的多样性^[20]。Sagha-zadeh 等^[13]认为应当根据脚在各个维度上的尺寸差异，将脚分成不同的脚型，并根据不同脚型改良鞋楦，可以提高鞋子的合脚性。

3.1. 国外脚型分型研究

在脚型分型上，有研究使用接触式力学成像足部测量设备采集足印，并根据足印形状，将脚型分为埃及型脚、希腊型脚、罗马型脚、方形型脚^[4]。此外，也有研究利用足指数（foot index，FI）^[28]，即：脚宽/脚长×100%，进行足型分型，把足指数小于 34.9% 者，定义为窄长型；足指数在 35.0%～39.9% 之间者，定义为中间型；足指数大于 40.0% 者，定义为短宽型。

近些年以来，随着脚型三维测量技术的发展，研究者利用脚型的三维数据，采用统计学多变量分析的方法对脚进行更为准确的分型^[8-9]，对鞋类生产与制作具有指导性意义。Krauss 等^[8]采用三维足部扫描仪收集了 847 名欧洲人的三维脚型数据，他们主要测量了 10 个三维脚型指标：脚长、内侧脚掌长、外侧脚掌长、脚趾长、斜脚宽、斜后跟宽、球角、脚面高度、脚面长度以及脚趾高度。他们根据所采集的三维脚型数据，使用聚类分析将脚型分为三类：宽脚（voluminous foot）、平尖脚（flat and pointed foot）、细脚（slender foot），并发现三种脚型在不同脚长中的分布情况有差异，宽脚脚型对应的脚长较短，细脚脚型对应的脚长较长。之后，Mauch 等^[9]采用三维足部扫描仪收集了 2 867 名白人儿童的三维脚型数据，他们主要测量了 6 个三维脚型指标：脚长、内侧脚掌长、脚宽、后跟宽、外侧足背高以及球角。他们根据所采集的三维脚型数据，使用聚类分析将脚型分为三类：壮足、细足和发散足，并且他们发现三种脚型的特征差异主要体现在脚宽和前脚掌处，如表 1 所示。

表 1. Foot types classification introduction.

脚型分型介绍

	测量方法	测量指标	分型方法	不同脚型特征		文献
白人儿童 （n=2 867）	三维扫描仪	脚长、内侧脚长、脚宽、 后跟宽、外侧足背高、球角	聚类分析	壮足：宽度大，足背高，内侧脚长和球角小，前脚掌呈方形。 细足：足宽度较小，足背高度较低，内侧脚长和球角中等。 发散足：前脚掌宽度较大，后跟宽和足背高度中等，内侧脚长和球角较大，前脚掌呈现三角形。		[9]
白人成人 （n=847）	三维扫描仪	内侧脚长、外侧脚长、后足 长、脚趾长、前脚宽、后跟宽、 脚背高、脚趾高、球角	聚类分析	宽脚：足背高，宽度大，内侧足长中等，球角小，前脚掌呈方形。 细脚：宽度小，内侧脚长和球角较小，前脚掌呈方形。 平尖脚：足弓低，宽度中等，内侧足长和球角大，前脚掌呈三角形		[8]
中国成人 （n=3 000）	三维扫描仪	内侧脚长、外侧脚长、脚宽、 后跟宽、跖围、跗背围、趾 高、足弓高、脚背高	聚类分析	（男）LL 型：内侧脚掌长，足弓低，宽度居中。 S 型：宽度小、内侧脚掌短，足弓居中。 WH 型：内侧脚掌长度居中，脚宽大，足弓高度大。 （女）LW 型：内侧脚掌长，足宽大，足弓中等。 NL 型：内侧脚掌短，足宽小，足弓低。 SH 型：内侧脚掌短，足宽中等，足弓高。		[6]

3.2. 国内脚型分型研究

过去，国内关于脚型的二维特征研究较多，大部分都集中于测量脚长、脚宽等比较简单的指标上。进而基于这两项指标，即根据脚宽/脚长的比值对中国人的脚型进行了分型^{[25, 29]}。中国先后进行了两次大规模的脚型数据的采集，并建立了中国人的鞋号与鞋楦标准^[4]。这些方法虽然推动了我国鞋号标准的建立，但是由于技术条件的限制，这些数据均采用传统的二维人工方法测试获得。因此，我国的鞋号均是采用上述根据相应脚长固定值为标准建立的，并没有进行有效的三维脚型分型。

2015 年 Lee 等^[6]采用三维扫描仪收集了 3 000 名中国成人各自 10 个不同的三维脚型指标：脚长、内侧脚长、外侧脚长、前脚宽、跟宽、跖趾围、跗背围、踇趾高、足弓高和足背高。在进行统计学分析之前，他们先将所采集的 10 个三维脚型指标进行 Z 转换，后采用主成分分析的统计学方法，从 10 个标准化指标中获取 3 个主成分：长度因子（内侧脚长、外侧脚长）；宽度因子（前脚宽、跟宽、跖趾围、跗背围、踇趾高）；足弓因子（足弓高）。然后采用聚类分析的方法，最终将男性脚型分为三型：扁长型 （long ball of foot length and low arch height type，LL）；细短型 （small foot breadth and short ball of foot length type，S） 和宽壮型 （wider foot breadth and highest arch height type，WH）；将女性脚型分为三型：宽大型 （long length and wider breadth type，LW）；窄平型 （narrow breadth and low arch height type，NL） 和短壮型 （short ball of foot length and high arch height type，SH），如表 1 所示。他们进一步分析发现，相同脚长情况下，中国成年人脚型存在性别差异，这些差异可能来源于内侧足掌长，斜脚宽和足背高。

足是一个多变的三维立体形状，在这个三维形状中，任何一个部位变化都应在脚型分型时予以考虑^[13]，仅研究足长、足宽等单一指标对于提高鞋楦与脚的契合度而言意义不大^[30]。因此，我们有必要研究在同样脚长情况下，足宽、足高和足围指标的变化及生长发育规律，以期能够利用这些数据生产更为合脚的鞋。聚类分析已被认为是一种很好的适合脚型分型的方法^[6]，这种方法旨在将同类聚集，不同类分开。Lee 等^[6]和 Krauss 等^[8]的研究为成人脚型数据库提供了重要参考，为鞋楦的设计提供了可靠、有效的数据支持。而在国内研究中，Lee 等^[6]已经建立了利用中国成人足部三维数据为依据的脚型分型，但是目前尚缺乏能代表中国儿童青少年三维脚型进行分型的研究。因此，未来研究应当填补中国儿童青少年三维脚型分型研究的不足。

4. 小结与展望

研究证明，不合脚的鞋类穿着将会影响人脚的发育以及引起足部的病理性改变。对于儿童青少年的鞋而言，所穿着的鞋既要符合其脚型的形态学特点，又不能影响脚的发育。基于此，针对儿童青少年设计的鞋的内部形状必须符合对应的脚型。鞋的内部形状由代表脚形态的鞋楦决定，即使对于脚型细微的变化，在制作鞋楦时均应予以考虑。因此，为了制造合脚的鞋，适应变化较大的儿童青少年脚型，有必要收集不同种族及性别儿童青少年脚型的数据，进而研究者及厂商可以利用这些数据进行脚型的分型，从而构建合适目标人群的鞋楦系统。而对于我国儿童青少年脚型研究而言，这一方面的研究尚属不足，未来研究应当填补中国儿童青少年三维脚型生长发育规律特征及脚型分型研究的不足。

Funding Statement

上海市自然科学基金资助项目(15ZR1439300)；上海体育学院研究生教育创新计划项目(yjscx2016012)