基于人性化设计理念的老年保健鞋垫设计
孟丽娜 杨宇轩 王雨婷 罗丹琦 李英丽
[摘 要] 通过对老年人足部形态、足底力学和步态分析，结合老年人的特征及需求，从而引发设计思考，提出基于人性化的老年人足部保健鞋垫的设计构想。
[关键词] 足部生物特征；人性化设计；老年人；保健鞋垫
中图分类号：TB472 文献标识码：A
★基金项目：黑龙江省大学生创新创业训练计划项目（201910226135）；教育部人文社会科学研究青年基金项目（17YJCZH129）；黑龙江省教育科学“十三五”规划重点课题（GBB1317073）
足是人體下肢运动系统的重要组成部分，是人体运动的主要承担者。无论是闲暇漫步还是嬉戏追逐都离不开足，在运动过程中起着支撑、承重、缓冲及维持身体平衡重要作用。随着年龄增长，老年人的足部皮肤、肌肉、韧带等出现不同程度的老化，引起老年人足部形态、足弓高度、足部姿势等都发生了不同程度的改变，导致老年人出现足部疼痛、不舒适和控制能力下降等，这也大大增加了老年人跌倒的风险。已有研究显示，运动和环境改善可以有效降低老年人跌倒的风险，但是辅助性用具的功能不足或缺失则容易导致加剧足踝及下肢损伤，大大增加了老年人跌倒的可能性。鞋垫是鞋子的主要附属品，直接影响到鞋的功能、样式及合脚性，因此从人性化设计角度出发，符合人体平衡控制机理，设计一款适合老年人足部形态特征和运动力学的一款保健鞋垫则显得尤为重要。
一、老年人足部形态特征
足部包括皮肤、骨骼、肌肉和关节。足部的结构功能直接影响着足部的运动效果。骨骼和肌肉是支架，承担着来自全身的重量。人体单足骨骼由跗骨、跖骨和趾骨三部分构成，共计26块。足弓是由跗骨，跖骨的拱形砌合以及足底的韧带、肌腱等组织共同组成的一个凸向上方的弓形结构，是人类特有的足部骨骼特征。足弓具有增加弹跳力，缓冲在行走时的震荡，保护关节内脏的作用。长期的运动、行走过程，会使足部形态和骨骼结构发生改变。尤其是对于老年人来说，足部功能发生衰退，足弓韧带松弛下陷，甚至出现足弓降低或消失，导致扁平足的出现。李艳对1000名老年人进行足部形态的调查发现，86.75%的老年人脚发生变形，主要体现在趾关节和跖趾关节变形[1]。50%的老年人为扁平足弓，20%的老年人为高足弓，扁平足是老年人最常见的足部形态变化之一[2]。老年人扁平足一般以功能性扁平足为主，占总数的73%[3]。如果长时间未得到有效矫正，会导致人体的力线改变，足部外翻，膝关节内侧受压增加，骨盆前倾，影响行走的稳定性和安全性。
二、老年人足底压力及步态研究
足底是直接与所设计的保健产品相接触的区域，人在站立和行走过程中，全身的重量通过足底与支撑面之间的足底压力分布来体现。不同年龄人群或不同的运动类型产生的足底压力分布不同，尤其是足部畸形或有足部功能异常者，因此在设计产品时要详细了解老年人的足部情况及足底压力。
行走速度的变化和穿鞋与否直接影响老年人足底压力的变化。Brigit 等对同一受试者在穿鞋与否情况下进行足底压力分布比较，结果显示，赤足时足底压力的变化率明显大于穿鞋时的压力变化率，且穿鞋时的足底压力曲线比赤脚更平滑。当老年人快速或赤足行走时，会引起足底压力分布增加[4]。因此老年人在行走时候要选择合适的鞋子，加强对足的保护。足底压力峰值（maximum peak pressure，MPP）是反映足底压力分布的重要指标，其大小和产生的部位直接提示足部疲劳的积累及损伤的发生。孙云等对老年女性的足底压力进行分析，老年人的第3至第5跖趾关节部位和中足压力明显大于青年组，MPP出现在第二跖趾关节[5]。而李立等的研究提示老年人女性在自然行走过程中足底压力和足部冲量最大的部位为足跟、足底前掌第二、三跖趾关节部位[6]。
随着年龄增长，老年人的步速减慢，步长缩短，跨步周期延长，站立相时间延长，表现出明显的步态拖沓的特征。足底各部位与地面的接触时间随之延长，因此足后跟触地时间占步态周期总时间的比例逐渐增加，因为支撑体重的足弓接触地面面积增大，足弓部位的冲量显著增加，因此在自然行走过程中小腿肌群发力降低，足部易疲劳，老年人对足部的控制能力减弱，不稳定性增强。
三、老年人保健鞋垫的设计构想
遵循“以人为本”的人性化的设计就是要能够满足用户的各种需求。老年人作为社会中的一个特殊群体，在为他们进行人性化设计时，产品既应符合老年人的心理、生理特征，更要在细节处给予老年人更多的关爱。因此足部保健产品的设计焦点应集中在实用性和功能发挥程度，关注的对象也由物转向人，以人为本的设计理念既要考虑产品的外观、结构和功能，还要考虑将使用对象细分后足部形态特征和足底压力分布特征。
（一）老年保健鞋垫的设计现状
鞋垫作为鞋的互补产品，相较于鞋成本低廉，使用广泛。在为老年人定制足部保健鞋垫时，应根据足底压力的分布，确定足部疲劳部位，对重点保健区域选择不同的足底材料或刺激方式是最经济、科学的平衡足部压力、缓解疲劳的有效手段。目前国内老年人使用的鞋垫多为传统的薄款鞋垫，采用纯棉织物加工，吸汗、除臭、透气性好，但是缺少对足部的保护和保健功能。为了满足不同脚型老年人的需求，很多国外厂商在制作保健鞋垫时将3D打印技术和足底压力分布测量技术相结合，足底压力分布测量设备可以覆盖整个足底区域，记录足底的各个区域在动态和静态下的压力，并进行自定义压力分区，准确找到足底压力异常的区域。数据采集结束后同时采用无线或蓝牙技术将数据进行实时快速传输，再通过3D打印机制作出能够匹配老年人的脚型并且具备生物力学增强特性的保健鞋垫。但是目前来看，3D打印技术和足底压力测量技术相结合的保健鞋垫虽然能够满足老年人足部保健和矫正的需求，但是制作成本较高，在我国老年人群中难以达到大范围推广。
（二）老年人保健鞋垫的设计构想
作者尝试采用脚型测量仪收集老年人的足印，对量足部的长度、宽度和足弓高度进行测量，探究老年人的脚型规律。对大量的足底压力分布测量数据进行分析，找到老年人在静态和动态下的主要受力点，生成多组通用模型，适应不同性别、不同脚型及足部疾病的老年人需要。
老年人的脚型规律研究提示：老年人的脚变长、变宽、足弓下榻。因为脚有肥瘦之分，即跖趾围各不相同，所以将鞋子尺码分为1型到5型，型差为7mm。李松竹等对2248名45-70岁的中老年男女脚型进行比较研究，相同脚长的男性和女性其跖趾围相差较大，54%的中老年女性脚型為1型到2型，23%的女性为3型或超过3型；56%的中老年男性脚型为2型到3型，28%的中老年男性脚型为4型或以上[7]。因此在进行鞋垫设计时，必须将男、女分开，且分出肥瘦型号，即“号码”中设“型”，如：40男2型、42男3型、38女1型、35女2型等，同时可根据需要弹性设计是否增加半型。
除区分男、女增加“型号”外，基于人机设计理念，老年人保健鞋垫设计采用全接触式鞋垫，对足弓处及足跟处进行曲面造型设计，对人体足部起到支撑作用，同时能够达到平衡足底压力的作用。中医学认为，在人的足部分布着丰富的末梢神经，这些末梢神经即为神经反射的感受器，这些反射区能反映相关脏器的变化。足部按摩就是刺激分布于足底的感受器，调节脏器的生理功能而达到防治疾病、缓解疲劳的效果。老年人群足部压力集中部位点即第一至第五跖趾关节部位和足跟区域，在此区域设计专门的保健模块，增加按摩粒子，通过行走中的挤压起到缓解疲劳、刺激神经反射的作用。足跟部位采用杯状设计，保护足踝关节，稳固足跟。鞋垫材料采用多层材质，表层材料采用软织布材料层，吸汗性和透气性好，具有较好的排汗除臭功能；中层在受压区域增加柔性材料的按摩粒子，底部采用高密度EVE材料，起到良好的承载和减震效果。
随着社会的发展和老龄化的加剧，庞大的老年群体为鞋类市场带来了巨大的商机，而作为鞋的重要附属衍生——鞋垫的市场却显得较为薄弱，一副具有保健功能的鞋垫对于老年人的经济负担远远小于一双保健鞋，而鞋垫对于老年人的步态稳定具有重要意义，鞋垫的设计应针对老年人的需求，从功能出发，适应老年人不同类型的足部形态。推进老年人足部产品研究，适应老年市场消费的需要。
参考文献：
[1]李艳.老年人足部运动功能衰退的力学研究[D].西安：陕西科技大学，2016.
[2]吕双勇，李艳，罗向东，等.老年人脚型规律及足部形态变化特征[J].中国皮革，2017，46（02）：44-48.
[3]王占星.老年人防跌倒鞋的生物力学特征研究[D].南京：南京体育学院，2020.
[4]Brigit？De？Wit，Dirk？De？Clercq，Peter？Aerts.Biomechanical？analysis？of？the？stance？phase？during？barefoot？and？shod？ running[J].？Journal？of？Biomechanics，2000（33）：269-278.
[5]孙云，罗向东.基于生物力学的足部保健产品研究[J].包装工程，2019，40（10）：239-242，258.
[6]李立，陈玉娟，翟凤鸣，等.老年人不同运动形式下足底压力分布特征研究进展[J].中国老年学杂志，2011，31（16）：3210-3212.
[7]李松竹，费锐.我国中老年人群脚型规律分析[J].中国皮革，2014，43（10）：121-123，127.
