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静态时足弓的应力分布

2024-03-29

  静立时,体重负荷由下肢经距小腿关节传达足后部,着力部位在跟骨上,随后重力分别由向内、向前外与前内三方向形成应力线传递。向后传达跟骨结节,向前内沿内侧纵弓达第1跖骨头,想外沿外侧纵弓到第5跖骨头。有人测算,体重的1/6重力负荷在第5跖骨头支撑点上,2/6负荷在第1跖骨头支撑点上,而其余的3/6则由跟骨结节支撑点负荷。

   人体静立时,足弓在重力作用下可以发生以下变化:内侧纵弓,跟骨后结节降低1.5mm,载距突则下降4mm,距骨也因此下降。舟骨上升使舟楔关节与楔跖关节下间隙增宽,这样跖骨与地面的角度因此减少,跖骨头向足前部移动。

   外侧纵弓,跟骨下降,骰骨与第5跖骨也随之下降。骰骨一般下降4mm,跖骨底下降3.5mm,跟骰关节、跖骰关节下间隙增宽,第5跖骨头略向前移动(图2-23B)。横弓,跖骨头处横弓变平,弓形弧度(连接该弓诸骨中点弧形)减少,第2、第3跖骨头下降,第1跖骨头内移,第4、第5跖骨头外移(图2-24A)。楔骨平面横弓变平,弧度也减少,组成该横弓的诸骨均下降,第1~3楔骨向内移动。舟骨与骰骨组成的横弓,向下向内侧移动,形成内旋,与原舟、骰骨轴心成一定角度(x)。
   此外,因负重足距骨头向内侧位移2~6mm,跟骨结节内移2~4mm,使足跟部呈内旋状。由于足横弓的内移与内旋,足前部跖趾关节远端部分呈现屈曲外展、外旋状态。
   三、步行时足弓动力学改变
   步行时,足弓受力主要是在站立相中,不同间期足的着地部位不同,使足弓受应力作用发生的动力学变化也不同。足跟着地,重力作用于距小腿关节并通距骨由跟骨结节传递到地面,此时足弓负重仅此一个支点,距小腿关节背伸,由足后部与地面相接触。

   当整个足底与地面接触时,足弓受力支点有3个(两前一后),重力作用在前后支点之间,这样,足弓弧度减少,足弓高度下降,并在支点之间形成张力(p)。如处行走站立相第3间期时,足跟抬起,足前部着地,足弓受力的支点在前部而抬起足跟的力与重力的力矩上时平衡的,犹如杠杆原理。

    此时因足弓升高弧度增加,足弓前后之间的张力(p)则见减少。在站立相末期,足跟完全抬起,仅足趾部着地,重力完全作用在趾骨上,不但足部负重的支撑面积骤减缩减,而且重力支点离开足弓。此时足弓负荷明显减少,足弓在内在肌与韧带的张力作用下收缩,足弓弧度减少并抬高。由于直接施加于足弓上重力作用大大下降,足弓前后的紧张力(p)也骤减甚至消失,代之是趾屈肌的收缩力(f)。它作用于拇趾与其他四趾使之屈曲,从而对抗重力造成牵拉足趾过伸的伸张力