青少年特发性脊柱侧凸(adolescent idiopathic scoliosis, AIS)是一种三维脊柱畸形，其Cobb角大于10°，多见于青春期或青春期前后，发病率为1% ~3%，与其他类型脊柱侧凸的区别是，AIS通常没有先天畸形或神经肌肉异常^[1-2]。AIS引起的并发症较多，患者可表现出身体畸形、呼吸功能障碍、心理健康状况受损及生活质量下降。其病因较为复杂，遗传因素、激素水平、环境因素以及生物力学因素均与AIS发病相关^[3]。足作为生物力学因素中的重要一环，与下肢、骨盆、脊柱紧密联系，承担着重要的支撑和动态机械结构功能。足参与了身体力学结构的形成，足的功能变化可引起身体其他部位的变化，同时足上方结构的变化也可反映在足的变化上^[4-8]。因此，充分理解足与人体其他结构间的联系，从生物力学角度探究足与AIS的关系，可为AIS的预防、早期诊断、治疗和疗效评估提供参考依据。本文就足形态、足底压力、足时空参数与AIS的关系及足部干预对于AIS的影响进行综述。

一、足形态与青少年特发性脊柱侧凸的关系

足形态会在年龄增长、体重增加、运动强度过高或过低等因素的影响下逐渐发生变化。足形态变化会引起足踝或距下关节角度不对称、足底压力分布异常，从而导致下肢生物力学改变，进而对人体的生物力学结构造成影响。及早发现并干预异常的足形态，对于人体生物力学结构的形成可能具有积极作用。

(一) 低足弓

足弓是由足部的骨骼、关节和韧带组成的弓形结构，分为横弓、内侧纵弓和外侧纵弓三部分，在人体运动中具有减震、支撑和分散压力等功能，临床上常见的低足弓通常指内侧纵弓的降低，低足弓会导致足的负担增加，引起身体不适和运动受限。Zhu等^[9]将AIS患者按侧凸的严重程度分组后分别与健康组进行比较，发现中度和重度AIS患者的足弓指数分别为0.28和0.30，差异有统计学意义(P＜0.05)。正常足弓指数的范围为0.21~0.26，高于0.26则判定为扁平足，这意味着中度和重度AIS患者倾向于拥有低足弓，且侧凸程度越重，足弓水平越低。AIS与低足弓之间的联系可能出于同一病因(如韧带松弛)，也可能是低足弓影响了AIS的发生发展。一项大型队列研究发现，低足弓是脊柱退行性疾病的独立危险因素，提示低足弓对脊柱产生了影响^[10]。也有研究指出，低足弓是AIS的独立危险因素，低足弓改变了人体的力学结构，但低足弓对脊柱造成影响的具体机制目前尚不清楚^[11-12]。低足弓会引发运动学和生物力学改变，儿童更容易出现臀部、膝盖和背部疼痛或不适^[13]。低足弓儿童膝关节、髋关节的关节力矩不对称性增高，且有一定程度的骨盆旋转、骨盆倾斜，骨盆在维持矢状面平衡方面起重要作用，骨盆旋转和骨盆倾斜会诱发脊柱代偿性旋转和侧凸^{[7-8, 14-15]}。目前类似研究较少，未来仍需要大样本研究进一步验证。

(二) 跟骨外翻与拇外翻

跟骨外翻是跟骨向外旋转或移位，足内侧向下凹陷，外侧向上凸起的足部畸形。Park等^[16]发现AIS患者胸椎不对称旋转角(asymmetrical thoracic rotation angles, ATRA)与跟骨外翻角呈正相关(r=0.281)。Khamis等^[17]研究了四种站立状态下(包括正常站立及站立在10°、15°、20°楔子上)人体的生物力学变化，该研究发现，随着楔子角度的增加，骨盆倾斜和旋转角度增大。Tateuchi等^[18]研究了跟骨正常状态、诱导外翻5°、诱导外翻10°三种状态下单侧负重位髋关节、骨盆和胸部的三维角度，发现跟骨外翻角的增加会导致下肢旋转、骨盆倾斜和旋转、脊柱侧凸和旋转，且足弓水平低的受试者上述表现更为显著。可见跟骨外翻角通过影响骨盆的状态，进而影响脊柱。此外，也有脊柱侧凸的变化引起足形态改变的报道，Park等^[19]通过对AIS患者进行Schroth康复训练来纠正脊柱侧凸，AIS患者接受康复训练后，Cobb角平均减小6.85°，左跟骨外翻角平均减小3.76°，右跟骨外翻角平均减小2.83°。拇外翻是一种进行性足部畸形，其特征为拇趾外侧偏移，第一跖骨相应内侧偏移。有研究指出拇外翻与脊柱退行性疾病的风险增加有关，提示拇外翻对脊柱同样产生了影响，同时拇外翻也与脊柱侧凸高度相关，但具体机制尚不明确^[20-21]。值得注意的是，跟骨外翻和拇外翻都是扁平足的典型表现^[22]。AIS患者跟骨外翻角和拇外翻的变化从另一个角度提示AIS与低足弓之间存在联系。

二、足底压力与青少年特发性脊柱侧凸的关系

足底是身体与地面之间的主要接触点，负责承受来自身体重量和地面反作用力的力量。足底压力与人体生物力学结构密切相关，AIS患者足底压力的变化能在一定程度上反映侧凸的严重程度和进展情况，足底承受的力量不平衡时，会引起脊柱负荷的异常分布，可能影响侧凸的发生发展。了解AIS患者足底压力的分布情况，可以为临床医师调整AIS患者生物力学结构、评估AIS治疗效果等提供参考依据^{[5-6, 23-24]}。

(一) 足底压力分布

足底压力分布是指足部接触地面的区域所承受力量的分布情况。通常情况下，足底压力分布并不均匀，不同的力学结构和步态特征会导致足底压力呈现出不同的分布模式。Zhu等^[9]研究发现足底压力分布与侧凸严重程度有关，与健康组相比，中度和重度AIS患者内侧足跟压力显著增加，外侧足跟压力显著降低；重度AIS患者第一跖骨压力显著增加，第三、四、五跖骨压力显著降低。Catan等^[5]评估了32例主腰弯且为左侧凸的AIS患者，与健康组相比，足总压力、第一和第五跖骨压力、足跟压力存在显著差异，且左足总压力较右足和健康组均显著增加，提示AIS患者的足底压力分布受侧凸主弯侧的影响，主弯凸侧足底压力高于主弯凹侧。这与游国鹏等^[25]主弯凹侧足底压力值明显高于主弯凸侧的研究结论不符，可能与纳入AIS的侧凸类型及观察指标不同有关。韩秀兰等^[23]研究发现，与健康组相比，右侧凸组左足压力显著降低，右足压力显著增加；左侧凸组右前足压力显著降低，右后足压力显著增加；S型侧凸组左前足压力显著降低。以上研究表明，AIS患者足底压力分布与侧凸的严重程度、侧凸的主弯曲线以及侧凸类型均有关系，AIS患者侧凸的变化可以在足底压力分布上得到反映。

(二) 足底压力与脊柱骨盆参数的相关性

当前很多研究关注足底压力与脊柱矢状面参数、脊柱冠状面参数、骨盆参数之间的相关性，并已证实AIS患者脊柱骨盆参数主要与主弯侧足底压力存在显著相关性，而与主弯对侧无显著相关性。Yi等^[26]的研究提示，AIS患者脊柱矢状面参数胸椎后凸角(thoracic kyphosis, TK)与主弯侧前半足压力占比(r=-0.35，P=0.02)呈负相关，骨盆倾斜角(pelvic tilt, PT)与主弯侧后半足压力占比(r=0.35，P=0.02)及整足压力占比(r=0.45，P=0.003)呈正相关。贾品茹等^[27]对AIS患者脊柱矢状面参数的进一步研究提示，腰椎前凸角(lumbar lordosis, LL)与主弯侧后半足压力占比(r=0.338，P＜0.05)及整足压力占比(r=0.324，P＜0.05)呈正相关。从相关性研究结果中可以看出，AIS患者胸椎越往后凸，腰椎越往前凸，其前足压力占比越小，后足压力占比越大，这可能是身体为了保持平衡，将重心后移的结果。陈梦婕等^[28]对AIS患者脊柱冠状面参数与足底压力之间的关系进行分析，用第七颈椎侧方偏移(C7 vertebra plumb line, C7PL)与主弯顶点侧方偏移(apical translation of the major curve, AT)来反映冠状位平衡。在AIS患者主弯侧，前半足压力占比与C7PL(r=0.400，P=0.008)及AT(r=0.331，P=0.030)均呈正相关。脊柱骨盆参数与足底压力间的生物力学联系，主要体现在人体姿势的调节上，AIS患者矢状面异常的胸椎后凸或腰椎前凸，及冠状面脊柱侧凸会引起身体平衡受损，身体为保持姿势的稳定，重心会相应移动，因而导致足接触面积和足底压力的改变^[26-28]。脊柱矢状面平衡与冠状面平衡也并非互相独立，两者通过椎体的旋转联系，AIS患者通常伴有椎体旋转；骨盆在脊柱平衡的维持上也发挥了重要的作用，骨盆侧倾、骨盆前后倾也影响了脊柱平衡^{[14, 29]}。此外，地面施加的反作用力通过足底向上传导，由双侧足底压力的异常分布产生的不平衡力矩，会引起脊柱负荷异常分布，可能影响侧凸的发生发展。AIS患者的足底压力与骨盆、骨盆与脊柱、足底压力与脊柱之间均存在相关性，但足底压力与脊柱之间的因果关系及作用机制还有待进一步研究^{[14, 26-29]}。

三、足时空参数与青少年特发性脊柱侧凸的关系

足时空参数是评估足部运动的量化指标，包括步态周期、步行速度、步长、步宽等。在日常活动中，行走是最普遍的运动形式，这一运动看似简单，但维持正常步态却是一个非常复杂的过程，需要完整的多系统协作^[30]。AIS影响了人体生物力学结构，改变了人体运动模式，几乎所有关于AIS患者足时空参数的研究都发现了姿势控制策略的改变、步态异常及行走效率下降^{[4, 6, 31-34]}。对足时空参数的分析可以尽早反映并评估AIS的进展情况。

(一) 足时空参数特征

1. 步态周期  在行走过程中，人体的步态可以分为支撑相和摆动相两个阶段。支撑相是指足接触地面到离开地面的这一段时间，摆动相是指足离开地面到再次接触地面的这一段时间。AIS组的支撑相较健康组显著降低，摆动相较健康组显著增加^[6]。不同严重程度AIS患者的步态周期也存在差异，重度AIS患者的承重反应期提前，站立末期延迟^[9]。这可能是因为随着侧凸程度的进展，AIS患者需要更多的时间来维持姿势稳定。支撑相和摆动相时间比例的改变会影响行走效率，并增加行走过程中的能量消耗^[35]。

2. 步行速度   步行速度是指在单位时间内的行走距离。8项研究比较了AIS组与健康组之间的步行速度，其中4项研究发现AIS组的步行速度较健康组显著降低，另外4项研究则发现AIS组的步行速度与健康组无显著差异^{[4, 6, 30, 32-34, 36-37]}。Zhu等^[9]研究发现，中重度AIS组步行速度较轻度AIS组显著降低，提示步行速度与侧凸程度有关。Bortone等^[30]研究了lenke 1~5型AIS患者的步行速度，发现侧凸类型与步行速度无显著相关性。AIS患者的步行速度与步长之间可能也存在联系，多项研究指出AIS患者在步长缩短的同时，往往伴随着步行速度下降^{[4, 30, 32]}；但部分研究不赞同步长缩短是步行速度下降的原因，且未发现AIS患者与健康人的步长存在显著差异^{[6, 33, 37-38]}。此外，AIS患者在运动中肌肉消耗的能量显著增加，以及侧凸对肺部压迫引起的通气功能下降，均是导致步行速度下降的可能原因^{[2, 35]}。

3. 步频、步长/步幅与步宽   步频是指单位时间内行走的步数。Bortone等^[30]研究提示，AIS组的步频较健康组显著降低。然而，多项研究在进行侧凸类型、侧凸程度分组及负重试验后均未观察到AIS组与健康组之间存在步频上的显著差异^{[6, 32-33, 37-39]}。步长是指某一步左右足跟或足尖之间的距离，步幅是指相邻两步同侧足跟或足尖之间的距离。9项研究比较了AIS组与健康组之间的步长与步幅，其中5项研究发现AIS组的步长与步幅较健康组显著降低，4项研究发现AIS组的步长与步幅较健康组无显著差异^{[4, 6, 30, 32-34, 36-37, 39]}。Mallau等^[36]研究提示，AIS组的地面走、直线走时步幅较健康组分别缩短9%和12%。步长与步幅缩短可能是为了平衡身体重心和保持稳定而进行的姿势调整。步宽是指双足中轴线的水平距离。4项研究观察了AIS患者的步宽情况，3项研究提示AIS组的步宽较健康组无显著差异^{[6, 33, 36]}；而Bortone等^[30]研究提示AIS组的步宽较对照组显著增加。

(二) 影响足时空参数的脊柱相关生物力学因素

由于行走过程的复杂性，AIS对足时空参数的生物力学影响也是多方面的。在肢体对称与姿势控制方面，Wu等^[33]发现AIS患者在行走过程中，脊柱、骨盆和下肢的运动存在明显异常，肢体在主弯凸侧与主弯凹侧表现出了明显的不对称。肢体不对称会对步态和姿势控制产生影响，进而影响患者的行走能力^[37]。在脊柱骨盆相关性方面，Syczewska等^[40]发现AIS患者步长与Cobb角(r=-0.338，P=0.002)呈负相关，步长随脊柱侧凸Cobb角的增加而缩短。Thummerer等^[41]研究发现，即使在没有脊柱侧凸的情况下，步行速度与脊柱、骨盆参数也具有显著相关性，这表明AIS患者步行速度的降低很可能与脊柱侧凸同时伴随了骨盆倾斜、骨盆旋转有关。在关节活动方面，AIS患者关节活动范围受到一定限制。与健康组相比，AIS患者表现为骨盆、髋关节前后方向和水平方向运动范围减小，膝关节弯曲和伸直过程中的角度减小^{[4, 33, 39]}。关节活动受限与AIS引起的身体僵硬、腰和骨盆相关肌肉激活时间延长以及姿势控制受损有关。关节活动范围减小可能会对AIS患者步长、步幅产生一定的影响^[30]。在肌肉活动方面，AIS患者的肌肉收缩激活时间增加，且力量明显弱于正常人^{[32, 39]}。Mahaudens等^[39]研究发现在步态周期中，AIS患者的腰方肌、脊柱伸肌、臀中肌、股直肌、半腱肌、胫骨前肌在步态周期中收缩时间占46%，较健康组的35%显著增加。肌肉收缩时间的增加可能会对步态周期、步态稳定性、步幅和能量消耗产生影响。Haber等^[32]进一步研究发现，AIS患者的肌肉激活时间存在差异，主弯凸侧肌肉激活的峰值较主弯凹侧推迟，这种差异会对下肢步态的对称性产生影响。

四、足部干预对特发性脊柱侧凸的影响

对于AIS患者足形态、足底压力、足时空参数的变化，临床上尝试采用矫形鞋垫进行调整，AIS患者在穿戴矫形鞋垫后骨盆倾斜角、高压力足的足底压力百分比均出现了显著降低^[42]。使用矫形鞋垫干预AIS的发生发展，其机制主要是通过矫形鞋垫刺激本体感觉、改变足形态、改善足底压力分布及足时空参数，同时调整人体生物力学异常，使骨盆保持良好平衡，进而达到纠正脊柱侧凸的目的^[43]。韩秀兰等^[23]在不同侧凸类型的AIS患者佩戴矫形鞋垫前后，立刻进行足底测压和全脊柱X线片拍摄，对比两次结果，观察到矫形鞋垫短时间内有效调整了AIS患者的足底压力分布，但对侧凸无明显疗效。朱飞龙等^[44]对佩戴矫形鞋垫2个月的AIS患者进行分析，发现矫形鞋垫有效改善了人体异常的生物力学和步态表现，但对侧凸的疗效不明显；另一项AIS患者佩戴矫形鞋垫6个月的前瞻性研究，同样未观察到其对侧凸的治疗效果^[45]。然而，Lee等^[43]的研究中AIS患者佩戴矫形鞋垫(18.6±0.70)个月，AIS患者Cobb角由最初的(22.03±4.39)°减少到(18.86±7.53)°，且年龄较小、侧凸程度较轻的AIS患者Cobb角改善更为显著。佩戴矫形鞋垫对AIS患者的足形态、足底压力、步态表现、人体生物力学均有改善效果，但是在AIS患者侧凸的疗效上，各研究结果不一致，这可能是由于样本选择、研究设计和随访时间等因素的差异所致。

五、小结

随着生物力学的发展以及对人体结构整体观认识的加深，AIS患者的相关研究已经不再局限于脊柱侧凸，而是开始关注身体其他部位与脊柱侧凸之间的关系。足作为身体最基础的支撑和运动部位，在生物力学上与AIS关系密切。足对脊柱的生物力学作用主要表现在足形态的变化，例如低足弓、拇外翻、跟骨外翻等。这些变化会导致足踝或距下关节角度不对称以及足底压力分布异常，同时引起胫骨、股骨发生旋转，及行走姿势的改变，进而导致骨盆倾斜、骨盆旋转，最终可能出现脊柱侧凸。而AIS对足的生物力学作用则表现在很多方面，例如身体平衡受损、姿势控制策略改变、骨盆倾斜、肢体不对称、关节活动受限等，这些变化在足部以足形态改变、足底压力分布异常、足时空参数变化的形式表现。因此对于AIS患者，建议进行系统性的足部评估。足部参数一定程度上可以作为诊断AIS的方法和评估AIS治疗效果的手段，同时足部力学结构的改善可能有助于AIS的预防和治疗。

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