基于儿童足部发育规律的童鞋设计研究

丁飞

杭州泰潼商贸有限公司，浙江省杭州市 310019

摘要：由于儿童的足部处于生长发育阶段，童鞋结构与设计是否符合脚型规律，会对儿童的足部健康产生重要影响。因此童鞋设计不仅要关注款式造型，更要关注儿童的足部发育规律，从而设计出真正能够保护儿童足部的童鞋。本文将结合儿童足部的形态发育规律、骨骼生长规律等方面对童鞋设计进行深入探讨与研究，并提出应在童鞋设计上注重跖趾部位弯曲、保护踝骨部位等功能。

关键词：童鞋；生物力学；步态；足弓

引言

儿童是国家及社会中十分重要的成员，儿童的健康成长也与国家的未来密切相关。随着我国二胎、三胎政策的推进，新生儿的数量也正在逐年迅速增加。据不完全统计，新生儿人数每年可达2700万左右。现如今，人们的生活质量不断提升，足部健康也得到更多关注，而儿童的身体正处于快速成长阶段，其足部的生长发育情况也不容忽视。

对于儿童来讲，几乎100％的新生儿和婴儿都是平足，足弓在3岁后开始出现，且随着年龄的增长而发育，在6~10岁时会形成正常的足弓。然而，如果在发育期间由于鞋子不合适，缺乏运动等而导致足弓变形，则可能形成永久性扁平足。研究数据显示，超过10岁的扁平足儿童将不能通过牵引等物理手段来进行矫正，而必须通过手术来治疗，否则就会形成真正意义上的扁平足。因此，儿童扁平足是儿童脚部成长发育中一项不可忽视的足部问题^[1]。穿鞋不当成为导致儿童足部问题的主要诱因。

因此，研发有利于儿童足部发育的童鞋设计有着重要意义。本文从儿童足部的形态发育规律、骨骼生长规律、足弓形成机制等几个方面对童鞋的研发、设计理念进行了研究，并提出在童鞋设计上，应侧重于跖趾部位弯曲、保护踝骨部位等，为童鞋设计水平的提升有着借鉴意义。

1 儿童足部发育特征分析

1.1儿童足部形态发育规律

许多研究表明，儿童足的生长都遵从一定的规律。在生长速度上，出生第一年足的生长是最快的，平均每年生长25mm。国外研究还发现，在发育过程中，50%的人的两足有着轻微的差异，往往是左足较右足长，并且始终是同一只脚发育较快，因此普遍存在两足不一样的现象，平均2mm左右。因此，在童鞋设计上，可根据脚长规律，生产左右号码不一样的鞋。

1. 1. 1. 婴儿期

刚出生的婴儿脚与先天性畸形脚没什么区别，从出生后7个月开始尝试站立，到 18个月稳定地控制平衡独立行走，脚的功能逐渐显现出来，在此过程中足的发育同样经历生长期、青春期、成熟期。各部位的骨骼、关节、肌肉、韧带等发育变化是有序的，如出现障碍、损伤则可引起不同程度的畸形、使足对人体所起的支持与平衡功能受到影响。

由此可知，没有学步的婴儿，处于自然生长阶段，从足的正常发育角度来讲，最好的状态是赤足，但在某种场合需要穿鞋时，其主要目的是在户外环境下保暖御寒，使娇嫩的双足免于受粗糙硬地等的伤害。因此，此阶段童鞋的设计考虑因素相对较少，可主要从外形上下功夫，选用环保的、手感舒软的材料，保持童鞋的透气性，让婴儿足有湿度、温度合理的鞋内环境，或直接用棉质舒适的厚底袜子来代替。学步初期一方面舒适、合脚，另一方面鞋底要防滑、略硬、薄、平。

1.1.2 2～6岁阶段

此阶段，发育正常的幼儿足比较胖、有大量的脂肪组织、五个趾头几乎是平的，从脚的骨骼发育来看，儿童的距骨颈较长，其长轴与脚的长轴外侧成40°夹角，成人距骨颈缩短，且颈的长轴内收，夹角减至约 20°，因此儿童附骨前方较成人宽，前掌部分较宽呈扇形，但随着脚的生长，脂肪逐渐减少，跖骨与趾骨趋向于平行，不再成扇形。

儿童脚的趾骨、跖骨和附骨的长度在成长过程中有一些变化。据日本专家统计幼儿的附骨约占脚长的46%，跖骨约占31%，趾骨约占23%，成人跗骨约占脚长的52%，跖骨约占30%，趾骨约占18%。这种变化使脚部的静态和动态受力也相应发生了变化。

为了保证儿童足的正常发育，第一，此阶段的童鞋应与脚的形状相似，成扇形，为足的自然生长发育创造条件；第二，此阶段的童鞋设计应考虑儿童走路时鞋子产生弯折的部位符合儿童足的比例，不应只是成人鞋的翻版。

1.1.3 6～15岁

从6岁开始，儿童足型的性别特点明显，女孩的足细长，男孩的足中部较肥厚，最常用的指标是相足围（足围/足长）。10 岁以后是足生长的又一个高峰期，而且男女儿童因发育时间不同而出现足生长的两次交叉现象。10岁后，女童进入青春期，身体各部位迅速生长发育，许多女童的脚长超过了男童，这是男女童足长生长的第一次交叉；13岁，男童身体各部位迅速生长发育，女童的生长速度却减慢下来，男童的足长又超过女童出现男女童足长的第二次交叉，直到女生脚长停止生长之后，男生脚长还会继续生长一段时间。女童脚长的发育完成约在 13～15 岁，男童约在 16～18岁。

1.2儿童足骨及足弓的生长发育规律

儿童脚与成人脚的主要差异是足骨的骨化没有完成，足弓不稳定，具有可塑性。这个过程从胚胎至出生，一直持续到成人为止。

足骨的钙化是从足后部的外侧开始到足前部的内侧结束，最早可识别的骨核是在怀孕5-6个月时，出现在足跟部的附骨，7-8个月时在距骨又双有两个骨核出现，到出生时骰骨的骨核也清晰可见：足弓于胚胎期已能见到它的原形、有关婴儿足部解剖特点的研究表明，新生儿有较高的足弓、而且早产儿的足弓比足月婴儿的足弓还高，但在婴儿出生后的几个星期内，足弓被肥厚的脂肪垫填充而消失，延续几年，直至幼儿时期。

扁平足分为先天性扁平足和生理性扁平足。先天性扁平足是骨骼结构性的，也称为真性或僵直性扁平足，足骨结构畸形、患儿多伴有内翻足，引起了小腿和脚的生物力学改变，出现异常步态，所以要进行矫正，调直力线，一直到小腿和脚恢复正常关系，严重的需要手术治疗；生理性扁平足也称假性扁平足，是儿童身体生长发育过程中，由于其足部肌肉、肌腱、韧带等各组织的力量性能不能满足儿童站立、行走、跑跳等活动造成的压力而引起的足弓变形、是某些儿童身体生长发育过程中的必然过渡阶段。

影响足弓的不仅仅是足部的骨骼肌肉、肌腱发育水平，与下肢的骨骼形态也有很大关系。 股骨颈前倾不足，可使足产生近 20°外旋，形成外八字脚，而股骨颈的过度前倾则会由于下肢功能性内旋所掩盖，下肢的内旋导致足跟强烈外翻，形成内八字足，是扁平足的主要原因之一，因此，尽量让儿童避免下肢处于外旋状态的“W”形跪坐和趴卧也是预防扁平足的方法之一。

1.3儿童的步态特征

儿童脚在步态周期负重期间，纵弓与横弓呈重度被压迫状态，脚底变形明显，在进入离地摆动期间，脚底承重减小，脚型即恢复原始形状（这种变形在成年人中表现并不明显）。如果压力过大或负荷时间过长，会引起脚的永久变形，脚的变形会使得站立和行走过程中力的重新分布，这些很容易被人忽视的压力和冲击力的变化使肌肉、肌腱、关节、骨骼产生病理学变化，最终导致相关的并发症。因此，童鞋的保健功能需要宣导。

7岁以下儿童步态动力学共同特点如下；

1）正常体重儿童步行的地面反作用力跟年龄是相关的。正常体重儿童行走时，其动态足底压力曲线与成人相同，表现为2个峰和1个谷的双峰曲线。不同的是，第2峰值略低于第1峰值，即着地时刻所产生的冲击峰，要略大于蹬地时刻的峰值。

2）足跟着地，重力作用于踝关节并通过距骨由跟骨结节传递到地面，此时足弓负重仅为跟骨一个支点，造成跟骨下软组织最大压缩。儿童此期间过程较成人短、再加上幼儿步态不稳定，易向后跌倒。从这个角度讲，童鞋后跟不能太软、而加重着地时的不稳定性。

3）整个脚底与地面接触，足弓受力支点有三个，即后跟、第一及第五跖骨头，重力作用在前后支点之间，纵弓高度下降，横弓展宽，前脚掌与后跟软组织均被压缩。儿童此期间过程较成人长，脚底变形明显。把足各部分压力减小到最小是童鞋内底研发的重点。

4）脚跟抬起，脚前掌着地，足弓受力支点在前部，造成前脚掌软组织的最大压缩，此时，足纵弓升高，横弓展宽，纵弓下软组织复原，脚跟完全抬起。仅脚趾部着地，足弓负荷明显减少，脚底变形减少，重力完全作用在趾骨上。因此鞋尖部位应有一定的翘度和硬度， 以保证足尖的顺利蹬离地面。

2 童鞋设计要点分析

2.1保证跖趾部位良好的弯曲功能

脚的跖趾关节是行走弯曲的集中部位，所以跖趾部位具有良好的弯曲功能对于儿童机能鞋来说非常重要，轻则影响穿鞋的舒适性，重则抑制儿童趾骨及趾骨的良好发育。为了实现较好的弯曲功能，需对帮面设计、帮面材料和鞋底材料进行综合考虑。

帮面设计过程中，口门部位结构设计要合理，能够与脚跖趾部位建立联系，满足脚在行走过程中的弯曲舒畅，同时还能实现良好的穿脱效果。根据常用帮面材料性能特点，在弯曲部位选择韧性好，强度高的面材。为了配合机能鞋良好的弯曲性能，在大底材料选择方面不仅要有良好的柔软性和耐屈挠性，而且要有良好的热寒稳定性。

2.2注重护踝功能设计

根据近10年流行病学统计显示，踝关节损伤率在儿童和成年人群中均乘上升趋势。活泼好动是绝大多数儿童的天性，这一群体对损伤机制并无概念，对自我保护的意识也较成年人欠缺，同时很难熟练掌握在不同运动姿势中脚部的发力方法，在运动过程中更容易出现扭伤、侧翻、崴脚等现象。因此，在童鞋开发时，应注意鞋侧的设计对踝关节的保护性能，通过合理的结构设计，保护儿童的足踝关节，降低踝关节扭伤的发生率^[2]。

为了达到护踝功能，防止足踝扭伤、足踝韧带受伤、足踝不稳定等现象的出现。一般会通过对后帮高度、鞋口宽度的处理来进行实现护踝功能。

踝骨部位材料安排要从两方面考虑，一方面贴脚的内层材料，更多考虑柔软舒适、吸汗，维持踝骨部位正常血液循环，适当增加帮料的厚度及柔软度，可以考虑增加海绵等发泡材料，提高鞋的柔软舒适度。另一方面机能鞋踝骨部位帮面材料，可采用热塑性聚氨酯（TPU）等物理性能稳定，便于制鞋生产加工，不易变形，在穿鞋过程中加固踝关节部位的帮部件结构，固定、支撑脚踝，实现护踝功能。

2.3提升前掌部位抓地功能

为了使儿童脚步稳定，不易滑倒，童鞋对前掌抓地功能也有一定要求，需要在产品设计中加大前掌部位的摩擦力。

2.3.1增大鞋底前掌部位的面积

根据库仑摩擦实验定律可知：f=μFn，即干摩擦，固体与固体间摩察的最大静摩擦力一般和互相接触的两物体的表观接触面积无关，而与其实际接触面积相关。儿童在行走的过程中，人体施加于地面的正压力一定的情况下，对于相对较软的鞋底材质，在与地面接触时，产生形变，从而会出现细微不规则的塑性形变，即可获得更大的接触面积，具有较大的摩擦力，抓地功能随之会提高。

2.3.2合理的鞋底花纹设计

实验表明，鞋底设计花纹对防滑性能有很大的提高，一般情况下，花纹越多，所产生的摩擦力也就越大。合理设计前掌部位底部花纹，能够提高成鞋的外观效果，增强穿鞋前掌部位的抓地力。

从儿童的运动特点来看，在前后方向上平衡控制性较好，在左右方向上相对较弱。因此，在前掌底部花纹方向的设计重点考虑左右人体滑动受力的摩擦系数，若设计条形花纹，在安排走向与鞋子的长度方向呈45°左右较适宜，从而提高左右方向稳定性，优化前掌部位的抓地功能。

结语：在人们生活水平日益提高的今天，儿童健康备受家庭乃至整个社会的关注，儿童的足部健康也越来越受到人们的重视。儿童足部的健康发育就需要童鞋设计结合儿童的足部发育规律，例如形态发育规律、骨骼生长规律、足弓形成机制等，改善童鞋的结构与材料，提升童鞋功能，从而保证儿童足部的健康发育。

参考文献：

[1]吴立娟.中国 4~11 岁儿童足型参数测量和动态足底压力分析[A]. 中国体育科学学会

（China Sport Science Society）.2015 第十届全国体育科学大会论文摘要汇编(二)[C].

中国体育科学学会（China Sport Science Society）：中国体育科学学会，2015：3.

[2]李珂.运动鞋鞋侧设计对踝关节损伤的影响[J].中国皮革，2017，46(05)：50-53.

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