Повседневное ношение обычной уличной обуви влияет на стопу у всех представителей человечества на всех континентах. У молодых людей обувь вызывает ограничения роста и способна вызвать деформацию стоп. Обувь взрослых, по сравнению с обувью детей, меньше ограничивает работу стопы, меньше влияет на размер костей и больше воздействует на суставы стопы. Стопа человека представляет собой очень пластичную структуру, на которую можно осуществить целенаправленное механическое воздействие. Под влиянием внешних сил стопа способна изменить свою форму и размеры. Обувь, которая не соответствует естественной форме стопы, в конечном счете, изменяет как морфологию стопы, так и ее механику. В научных работах, в которых изучается анатомия и функция стоп современных городских жителей, пользующихся обувью, исследуется стопа, которая заведомо подвергнута деформирующему воздействию со сторону туфель, ботинок, или сапог.
Форма стопы обусловлена состоянием ее продольного и поперечного сводов. При плоскостопии имеется снижение высоты свода стопы, что влияет на функцию всей нижней конечности. Снижение свода происходит в результате уменьшения жесткости структур, которые образуют свод. Факторами, которые способствуют жесткости свода, являются сила мышц стопы, голени, соотношение костей и состояние связок стопы и голеностопа. При слабости мускулатуры, при отсутствии постоянной работы мышц жесткость стопы, в основном, контролируется пассивными механизмами, как натяжение связок и геометрия костей. Слабость этих структур ведет к развитию плоскостопия. При этом замечено, что плоская стопа почти не встречается у людей, которые ходят босиком или носят минималистскую обувь, по сравнению с людьми, которые носят традиционную уличную обувь. Современная обувь с каблуком и подошвой, с корригирующими элементами, как пронатор или супинатор, ограничивает движение стопы, ослабляет мышцы стопы и снижает жесткость сводов стопы. Использование любого вида обуви связано с тем, что она берет на себя часть нагрузки, которая приходится на нижнюю конечность. В обуви освобождение ноги от нагрузки приводит к ослаблению мышц голени и стопы, предрасполагает к снижению жесткости свода и влечет за собой развитие плоскостопия.
Рис. 1. Внутренние мышцы стопы. Первый слой: 1) отводящая большой палец, 2) короткий сгибатель пальцев, 3) приводящая мизинец. Второй слой: 4) квадратная мышца, 5) червеобразные от 1 до 4. Третий слой: 6) сгибатель мизинца, 7) косая и поперечная головка мышцы, приводящей большой палец, 8) короткий сгибатель большого пальца. Четвертый слой: 10) тыльные межкостные мышцы, 11) короткий разгибатель пальцев (McKeon PO)
Мышца, отводящая 1 палец, участвует в укреплении стопы во время ходьбы и бега и активируется, когда свод нагружается в фазу опоры на всю стопу при ходьбе и беге. Большая площадь поперечного сечения мышцы напрямую связана с ее относительно большой силой. Массивная мышца, которая отводит большой палец, сильнее увеличивает жесткость свода стопы при нагрузке, чем худая мышца. Короткий сгибатель пальцев имеет мышечные волокна и сухожилия, которые проходят в продольном направлении от пяточной кости до латеральных пальцев стопы. Мышца не способна создать эффективный рычаг для придания жесткости своду, по сравнению с мышцей, отводящей большой палец. Мышца, отводящая мизинец расположена на латеральной стороне стопы, что недостаточно для поддержания жесткости медиального свода. В экспериментах обнаружено, что напряжение мышцы, отводящей большой палец при ее электростимуляции, повышает продольный свод.
Эволюция
Стопа была приспособлена для хождения босиком по естественной поверхности задолго до того, как в быт человека вошла обувь. Эволюция человека показывает, что ходьба босиком является биологически естественной ситуацией. Самые древние останки человека рода Homo, обнаруженные в Илерете в Кении, имеющие возраст 1,5 миллиона лет, обладают всеми признаками современного скелета (Bennett et al., 2009). У стоп ископаемых гоминид обнаруживается хорошо развитый продольный и поперечный своды стопы. Кости стопы Homo antecessor, возраст которых составляет 0,8 миллиона лет, отличаются только в деталях от костей Homo sapiens, имеющего возраст 120 000 лет, и от костей стопы современного человека (Lorenzo et al., 1999). Археологические открытия говорят о том, что обувь наших предков была создана относительно недавно. Самой старой обуви, в виде сандалий, сплетенных из волокон, всего 8300 лет (Kuttruff et al., 1998). Наскальные рисунки из Испании, на которых изображен человек в обуви, имеют возраст около 15 000 лет. В научной литературе было высказано предположение, что обувь для защиты ног могла стать привычным предметом быта около 30 000 лет назад (Bennett et al., 2009).
Дети
Ношение обуви в раннем детстве влияет на развитие свода стопы. Привычное использование обуви с самых первых шагов ребенка влияет на форму и функцию стопы. Hoffmann P. писал, что у детей ношение обуви в течении несколько недель, оказывается достаточным для того, чтобы произошло изменение формы стопы, особенно пальцев. Автор отметил, что наибольший эффект обуви достигается в детском возрасте, когда стопа претерпевает естественное увеличение в длине и ширине. Rao U B, Joseph B. исследовали влияние обуви на распространенность плоской стопы у детей в возрасте от 4 до 12 лет. Плоскостопие среди детей, которые пользовались обувью, составило 8,6% по сравнению с 2,8% у тех, кто обувь не носил. Различия у детей, носящих обувь и не носящих ее, отмечены во всех возрастных группах. Плоскостопие чаще встречается у детей, которые носят обувь с закрытым носком и наблюдается реже у тех, кто носит сандалии или тапочки. Снижение свода стопы более выражено у детей с гипермобильностью суставов и позвоночника.
Функция стопы
До настоящего времени точно не установлено, насколько и в какой степени отличается нога, обутая в повседневную обувь, от ноги, свободной от обуви. Этот вопрос задавался более, чем столетие назад. Hoffmann P. в 1905 году заметил, что у босоногих людей передний отдел стопы шире, чем у людей, практикующих ношение обуви. Автор отметил ту же тенденцию в классических скульптурах и связал строение стопы с использованием примитивных сандалий или с отсутствием какой-либо обуви. Wells LH. (1931) сравнил уроженцев Южной Африки, ходящих, в основном, без обуви с европейцами и описал качественные признаки различия их стоп. У африканцев оказалась более широкая стопа и более низкий продольный свод. Morton D. в своей монографии 1935 года сравнил параметры ходьбы у студентов США, носящих обувь, и уроженцев Центральной Африки, практикующих босоногую ходьбу, и не обнаружил различий в этих популяциях. Tuttle RH и др. (1990, 1998) и Musiba CM. с соавт. (1997) изучали босоногих в Перу и Танзании и обнаружили, что стопы у представителей этих популяций схожи по особенностям строения и похожи на те, которые были обнаружены у ископаемых гоминид, возрастом 3,7 миллиона лет. Echarri JJ, Forriol F. (2003), изучая конголезских детей, которые проживают в городе и в сельской местности, обнаружили большую долю плоскостопия среди городского населения, которое носит обувь, по сравнению с обитателями села. Ashizawa K. и соавт. (1997) обнаружили, что у жителей острова Ява, которые ходят босиком, имеются относительно длинные и широкие стопы. Sim-Fook L., Hodgson AR. (1958) описали относительно широкий передний отдел стопы у босоногих китайцев. Kadambande S. и др. (2006) обнаружили, что босоногие индийцы имеют более гибкие стопы, чем британцы, носящие ботинки и полуботинки. Zipfel B, Berger, LR. (2007), изучая коллекцию скелетов людей, которые пользовались обувью, обнаружили, что патология костей стопы более выражена у обутых. Авторы писали, что повседневное ношение обуви влияет на изменения плюсневых костей. Robbins S.E. и др. (1987, 1988) обнаружили, что у африканцев, китайцев, жителей Соломоновых островов, которые никогда не носили обувь, относительно редко встречается патология стоп. Авторы установили, что нога, которая обычно не обута, менее подвержена травмам, чем обутая.
Рис. 2. Стопа индийской женщины, которая не пользуется обувью. Заметен продольный свод и высокий подъем
Рис. 3. Стопы индийцев, практикующих босоногую ходьбу. Пальцы расположены веерообразно, передний отдел стопы расширен
Привычное использование обуви влияет как на форму всей стопы, так и на давление под стопой. У представителей разных народов есть различия форме стопы. В отличие от жителей западных стран, население Индостана в массе своей, реже носит обувь и предпочитает менее тесную обувь. В работе D’Aout K. изучено давление под стопой у босоногих индийцев и проведено сравнение данных с контрольной группой той же этнической принадлежности, а также с испытуемыми европеоидной расы. Жителей Индии, которые ходят босиком, сравнили с группой тоже индийцев, обутых в индийскую обувь и с представителями западной популяции, привычно носящих обувь. У босоногих людей подошвенная поверхность стопы нагружается более равномерно, чем у обутых людей. У лиц, использующих обувь, более заметны области высокого или низкого пикового давления. У европейцев имеются относительно узкие стопы, на которых выделяются контрастные участки с высоким пиковым давлением в области пятки и плюсны. Авторы исследования установили, что люди, которые ходят босиком, имеют более широкие стопы и более равномерное распределение давления под стопой. Низкое давление под стопой благоприятно для предотвращения заболеваний нижних конечностей.
Рис. 4. Распределение давления под стопой у босоногих индийцев, обутых индийцев и европейцев. Различия между обеими группами индийцев незначительны, европейцы отличается от обеих индийских групп, имеют более низкое давление в середине стопы и переднем отделе стопы и более высокое давление под пяткой и под головками плюсневых костей.
Физические нагрузки
De Wit B. и др. (2000) обнаружили значительные различия в кинематико-динамической характеристике работы нижних конечностей при беге босиком по сравнению с бегом в обуви. У босоногих испытуемых снижена опора на пятку, увеличена нагрузка на передний отдел стопы. Во время переднего толчка стопа совершает быстрое прислоение к опоре своей подошвенной поверхностью.
Качество обуви
На состояние стопы влияют качество и подбор обуви. Неправильно подобранная обувь представляет собой угрозу для искривления стопы, т.к. представляет собой массовое явление. Frey S. и соавт. (1993) сообщили, что в США 88% здоровых женщин носят обувь, которая по размеру меньше, чем длина стопы. Среди этих женщин почти у 3/4 была деформация стоп разной степени выраженности.
Типы обуви
Исследования, посвященные влиянию обуви, затрагивают разные конструкции ботинок, туфель и кроссовок. Ношение традиционной уличной обуви, по сравнению с легкой обувью, приводит к снижению жесткости свода и уменьшению массы мышц: отводящей большой палец (abductor hallucis), короткого сгибателя пальцев (flexor digitorum brevis), мышцы, отводящей мизинец (abductor digiti minimi). Ношение легкой обуви, типа сандалий, не ограничивает работу стопы. У лиц, практикующих сандалии, имеется большая толщина мышцы, отводящей мизинец, по сравнению с лицами, которые носят обычную обувь. Отводящая мышца участвует в укреплении свода стопы. У людей, которые носят сандалии, нет ограничения в работе пальцев стопы, что обеспечивает большую подвижность пятого пальца. Палец постоянно участвует в отталкивании от опоры, что способствует развитию отводящей мышцы.
Использование минималистской обуви имеет преимущество для здоровья и работоспособности. Минималка оказывает положительное влияние на силу мышц сгибателей большого пальца (Potthast et al., 2005). Бег босиком и бег в минималистской обуви уменьшает время переднего толчка, когда стопа контактирует с опорой своей пяткой (Lieberman et al. 2009). Обнаружено, что у лиц, носящих минималистскую обувь, имеются более высокие показатели жесткости свода. У людей, носящих обычную, уличную обувь, свод стопы оказывается ниже, и, кроме того, свод сильнее деформируется во время ходьбы, чем у людей, обутых в минималистскую обувь.
У людей, которые пользуются минималистской обувью, больше развита мышца, отводящая большой палец, чем у людей носящих обычную обувь. Chen и соавт. обнаружили значительное увеличение общего объема мышц стопы в группе людей, ходящих в минималистской обуви, в отличие от людей, носящих традиционную обувь.
Использование минималистской обуви может увеличить силу мускулатуры стопы и повысить свод стопы. Регулярное использование минималистской обуви на протяжении всей жизни приводит к увеличению массы мышц стопы и росту жесткости свода. В отличие от мужчин и женщин, носящих традиционную обувь, люди, которые носят минималистскую обувь, имеют более мощные мышцы стопы и более жесткий свод. У людей, носящих минималистскую обувь, мышцы, которые отводят большой палец и мизинец, имеют большую площадь поперечного сечения, чем лица, носящие обычную обувь. У носителей минималистской обуви имеются более жесткие стопы, чем у людей, использующих обычную обувь. При этом толщина короткого сгибателя пальцев существенно не отличается в группах людей, носящих минималку и обутых в традиционную обувь.
Рекомендации
Жесткость стопы связана с мышечной активностью, в большей степени, во время ходьбы, и в меньшей степени, во время стояния, что обусловлено силой мышц и состоянием связок. Динамическая жесткость свода стопы имеет значение для профилактики плоскостопия, фасциита, стрессового перелома костей плюсны, а также артрозо-артрита коленного сустава. Среди лиц, носящих минималистскую обувь, отмечено почти полное отсутствие людей с низким сводом стопы. В то же время, у людей, обутых в обычную обувь зарегистрирована высокая частота стоп с низкими сводами. С низким сводом и плоскостопием обычно сочетается гипотрофия внутренних мышц стопы. Многочисленные исследования подтверждают редкие случаи плоскостопия у полностью босоногих людей, а также в тех группах населения, где использование обуви является редким. В настоящее время существует мнение, что плоскостопие можно вылечить, перейдя от традиционной обуви к минималистской обуви, которая не ограничивает естественные движения стопы или перейти к целиком босоногой ходьбе. Вопрос о целенаправленном воздействии на свод с помощью обуви нельзя считать решенным, т.к. продолжаются и расширяются исследования о роли обуви в формировании стопы. Выработано промежуточное заключение, которое заключается в том, что у детей частая ходьба босиком способна помочь в сохранении естественной функции стопы. В тех случаях, когда ходьба босиком невозможна, показана обувь, которая защищает стопу от травм, но не стесняет движений и позволяет стопе функционировать в максимально возможной степени, как это происходит со стопой без обуви.
Рис. 5. Минималистская обувь компании Персей.
ЛИТЕРАТУРА
Ashizawa K. Relative foot size and shape to general body size in Javanese, Filipinas and Japanese with special reference to habitual footwear types. Annals of Human Biology, 1997. 24(2): 117–129. [
Bennett, MR. 2009. Early hominin foot morphology based on 1.5-million-year-old footprints from Ileret, Kenya. Science, 323: 1197–1201.
Cavanagh, PR and Rodgers, MM. 1987. The arch index: a useful measure from footprints. Journal of Biomechanics, 20(5): 547–551.
Cheung, JTM. 2005. Three-dimensional finite element analysis of the foot during standing – a material sensitivity study. Journal of Biomechanics, 38: 1045–1054.
D’Aout K., Pataky T.C., De Clercq D., P. Aerts The effects of habitual footwear use: foot shape and function in native barefoot walkers† Footwear Science, 2009, V 1, I 2.
De Wit B, De Clercq, D and Aerts, P. 2000. Biomechanical analysis of the stance phase during barefoot and shod running. Journal of Biomechanics, 33(3): 269–278. Lescrenier, K, Van Gheluwe, B and De Clercq, D. 44–68. Maastricht: Shaker Publishing.
Echarri, JJ and Forriol, F. 2003. The development in footprint morphology in 1851 Congolese children from urban and rural areas, and the relationship between this and wearing shoes. Journal of Pediatric Orthopaedics B, 12: 141–146.
Frey, C. 1993. American Orthopaedic Foot and Ankle Society women's shoe survey. Foot & Ankle, 14(2): 78–81.
Hoffmann P. Conclusions drawn from a comparative study of the feet of barefooted and shoe-wearing peoples. Journal of Bone and Joint Surgery, 1905. 3(2): 105–136.
Holowka N B , Wallace I J , Lieberman D E. Foot strength and stiffness are related to footwear use in a comparison of minimally- vs. conventionally-shod populations. SciRep. 2018 Feb 27; 8(1): 3679.
Jackson, R. 1990. The Chinese foot-binding syndrome. Observations on the history and sequelae of wearing ill-fitting shoes. International Journal of Dermatology, 29(5): 322–328.
James, CS. 1939. Footprints and feet of natives of the Solomon Islands. Lancet, ii: 1390–1393.
Kadambande S. 2006. Comparative analysis of shod and unshod feet. The Foot, 16: 188–191.
Kuttruff, JT, DeHart, SG and O’Brien, MJ. 1998. 7500 Years of prehistoric footwear from Arnold Research Cave, Missouri. Science, 281: 72–75.
Lieberman DE, Werbel, W and Daoud, A. 2009. Biomechanics of foot strike in habitually barefoot versus shod runners. American Journal of Physical Anthropology, 138(S48): 267–268.
Lorenzo, C, Arsuaga, JL and Carretero, JM. 1999. Hand and foot remains from the Gran Dolina Early Pleistocene site (Sierra de Atapuerca, Spain). Journal of Human Evolution, 37: 501–522.
McKeon PO, Hertel J, Bramble D, Davis I. The foot core system: a new paradigm for understanding intrinsic foot muscle function. Br. J. Sports Med. 2014. Morton, DJ. 1935. The human foot – its evolution, physiology and functional disorders, New York: Columbia University Press.
Murphy, DF. 2005. Efficacy of plantar loading parameters during gait in terms of reliability, variability, effect of gender and relationship between contact area and plantar pressure. Foot & Ankle International, 26(2): 171–179.
Musiba CM. Swift and sure-footed on the savanna: a study of Hadzabe gaits and feet in Northern Tanzania. American Journal of Human Biology, 1997. 9: 303–321.
Pataky, TC and Goulermas, JY. 2008. Pedobarographic statistical parametric mapping (pSPM): a pixel-level approach to foot pressure image analysis. Journal of Biomechanics, 41: 2136–2143.
Potthast, W. 2005. “Changes in morphology and function of toe flexor muscles are related to training footwear”. In Abstract, 7th Symposium on Footwear Biomechanics Cleveland, OH
Rao, UB and Joseph, B. 1992. The influence of footwear on the prevalence of flat foot. Journal of Bone and Joint Surgery, 74(4): 525–527.
Robbins SE, Hanna, AM, Gouw, GJ. 1988. Overload protection avoidance response to heavy plantar surface loading. Medicine & Science in Sports & Exercise, 20: 85–92. [Google Scholar]
Rodgers, MM. 1995. Dynamic foot biomechanics. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy, 21(6): 306–316.
Sim-Fook L and Hodgson AR. 1958. A comparison of foot forms among the non-shoe and shoe-wearing Chinese populations. Journal of Bone and Joint Surgery, 40(5): 1058–1062.
Tuttle RH, Webb, DM and Baksh, M. 1990. Further progress on the Laetoli trails. Journal of Archaeological Science, 17: 347–362.
Wells, LH. The foot of the South African native. American Journal of Physical Anthropology, 1931. 15(2): 185–289.
Zipfel B, Berger, LR. 2007. Shod versus unshod: the emergence of forefoot pathology in modern humans?. The Foot, 17: 205–213.
Мицкевич В.А. врач травматолог-ортопед, докт. мед. наук
