為了瞭解我們對舒適的感覺及鞋子如何影響舒適性，我們對於腳部的解剖結構及生物力學必須有所瞭解。藉由了解這些原理和在日常生活及特殊活動中對腳施與的沉重負荷，才能去改善舒適性並去符合消費者的需求。

一個對腳的自然功能不會有任何限制的環境對腳而言就是最佳的環境。這表示，要保有健康的腳，鞋子必不能限制或改變腳的天然活動，這樣才能使穿著者感到舒適。但實際上，在將鞋子穿到腳上以避免環境中的危險傷害或不舒適的環境因數的同時，不可避免的都會多少影響到腳的活動。不同的鞋款會造成不同的影響，但所有的鞋，即使是輕量化的專業運動鞋，在我們走或跑時多少都會影響到生物力學。

足部的解剖學

腳部是包含了26塊不規則形狀的骨頭、30個滑液關節及100條以上的韌帶所形成複雜而穩定、可曲的結構，這結構通常被分成三部份討論之：足後跟，足中段及前掌。

足後跟

足後跟包含了與地面接觸的跟骨、位於跟骨上方，沿著脛骨形成踝關節的踝骨。通過跟骨，腳跟接觸地面所受的衝擊力傳到全身其他部位，特別是膝蓋。身體有幾個機制能減低這起始於足後跟的衝擊力，包含了脂肪墊、纖維組織和皮膚。

足中段

足中段是由5塊小跗骨（包含舟骨、骰骨及三塊楔狀骨），這些骨頭由韌帶緊密相聯，形成外側縱弓及內側縱弓（在足弓外側及內側）的基礎。

足弓結構的功用是在支撐及分散由脛骨傳到腳部的全身重量。足弓亦幫助腳部適應不同的荷重及接觸面。而韌帶的彈性會使已變形的足弓恢復原來的形狀。因此也提供了某一程度的吸震性。 

在步伐及站立時的腳部

走路時，從頭到尾都會有一支腳與地面接觸。這是個複雜的過程且難以詳加描述。同時，步伐的狀況亦會隨年齡改變。

走路包括兩個階段：搖擺期和支撐期。支撐期是從腳接觸地面這個點開始的。又包含了三個連續的階段。第一個階段是外側足跟接觸地面。然後腳內轉（pronation）到前掌觸地，此時整支腳與地面接觸（此即站立期） 。

生物力學是一們研究因人體的活動所產生的力及其在身體內外所造成的影響的學問。鞋對足部生物力學影響的相關知識仍有所極限，這是因為鞋子的封閉性會對傳統分析技術造成限制的關係。

吸震性

在足部與地面接觸時，有一股力量會傳送至全身（走路時最高可達1.5倍體重的力；跑步時約3-3.5倍體重的力）。人體有四種機制以降低這種衝擊時所承受的力。第一種也是最重要的是膝部及髖部屈曲。衝擊時這些關節會稍微彎曲使其屈曲以吸收衝擊力。接著是足部的內轉，內轉角度在衝擊期間會逐漸增加。第三個是脂肪墊，是位於跟骨及蹠骨尖端下方有彈性的物質，可吸收衝擊力。最後是足部本身的結構容許足部中的許多小骨頭間具有活動性，因此在荷重狀態下足弓會偏斜以吸收震盪力量。

肌肉的反應時間接近0.03秒，因此如果衝擊力（如足跟接觸地面所產生的衝擊）頻率如果大於30Hz時，則肌肉功能無法主動吸收這種衝擊。鞋子的材料對衝擊力及其傳達至全身的作用具有很大的影響力 。較硬的鞋會比較軟的鞋更易導致身體遭受較大的衝擊力。因此較硬的鞋會導致身體自然的吸震功能需花費更大的能量，如：膝蓋屈曲度增加，或必須改變其原來的步伐特徵等。反覆而持續的衝擊力甚至會導致傷害，特別是運動的時候。若鞋較軟，在衝擊頻率超過30Hz時會增加尖端衝擊力的接觸時間而有助於吸收衝擊力。而何種鞋底可降低衝擊力到何種程度則取決於鞋底的壓縮性質及厚度等。

壓力

足底壓力分佈會受所穿的鞋很大的影響。緩衝墊的種類及厚度、鞋底的厚度及硬度，鞋型等都會影響足底壓力分佈及尖端壓力值。

足弓墊

在走路時內側縱弓變平坦是人體為了吸收衝擊力的自然機制。在荷重下，足弓高度約會降低10mm。足弓下的這部分不是設計用來與地面直接接觸的，所以在大多數的例子中足弓墊會引起穿著者的不舒適。對低足弓者而言更是如此。但是當的足弓墊可避免足弓在壓力下受傷。

對在低跟女鞋中置放內側足弓墊的影響測試，發現會平均分散前掌的壓力而不會將壓力集中於第一蹠骨的尖端。在此例中穿著者並未對足弓墊感到不舒適，但這也有可能是因為穿著者下意識地改變了步伐以避免感受到足弓墊的存在。無論這種對足底壓力分佈的改變是否有益仍是值得討論，但這種狀況下的足底壓力分佈圖示與赤腳時的足底壓力分佈圖是最相似的。

足弓墊原本是放在運動鞋中用來增加總足底接觸面積並降低足跟及前掌的尖端壓力的。後來發現足弓墊會減少內轉的程度，幫助減少過度內轉所造成的韌帶伸張。近來足跟的運動是由中底上的嵌入裝置來控制，而足弓墊則改為具足弓輪廓的鞋墊取代以提供舒適及安全感。

足後跟

足後跟在步伐中的運動包含內轉及反掌（腳踝朝外轉及朝內轉）。當足跟與地面接觸時腳底一般會朝上2-3度。當與地面接觸程度增加時，腳掌內轉就開始了。內轉的程度依個人的不同在走路時約為3-10度，跑步時約為8-15度。這是一般降低衝擊時尖端壓力的方法。過度的內轉（超過20度時）可能會造成扭傷及足部、阿基里斯腱、膝蓋及髖部的傷害。很多鞋子細部的設計會影響到足後跟的活動：足跟的高度、天皮的尺寸、大底的壓縮性、後踵套的剛性等。易過度內轉的穿著者穿著較多支撐設計的鞋時會感覺較舒適並減少腳部的問題。

在跑步動作的支撐期間足跟的動作已被相關運動實驗室充分地研究。研究顯示，較軟的中底及後跟的形狀過度展開的鞋會導致較大角度的內轉動作。跟的高度亦是影響因素，尤其是在不平坦路上走路時的動作。過度內轉所造成的傷害在過去較常見，因那時著重於運動鞋的吸震。當時中底用較軟的單一密度EVA做成，因此使足部內轉的程度比赤腳跑步還大。這後來引發了如雙密度中底研發，以同時達到良好吸震及足部活動控制的功能。雙密度中底是由較硬的EVA構成中底的中間部位，側邊則由較軟的EVA做成。很多其他相似的裝置陸續被使用，而製造足球鞋的公司亦發展新的設計以降低內轉的程度，如NikeFootbridge。

扭轉動作

從解剖學角度來看，足部是一可屈曲的結構，穿上鞋子會限制足部某些扭轉動作。足跟及前掌自由活動的能力會被大幅度降低，在較極端的例子中會導致足踝扭傷的增加。在赤腳走路或跑步時，若前腳踩在非預期物件上時，足部會讓後足跟扭轉以與後腳仍保持在同一水準線上。

在穿鞋的狀況下這種扭轉受到限制，會導致腳踝需承受較大的扭力而增加韌帶扭傷的風險。因此穿鞋以保護穿著者不受衝擊力的影響卻會導致足部屈曲能力的下降進而降低足部保護足踝不被扭傷的能力。在這方面的研究及發展最知名的是Adidas Torsion Bar。

可屈曲度

可屈曲度通常被認為是舒適的必要元素，而可屈曲度較高的鞋也較被消費者接受。但實際上並沒有科學文獻佐證可屈曲度與舒適的直接關係。研究發現，赤腳走路時，足部約會屈曲55度。在跑步運動時，研究發現在足部蹠骨尖端後部會屈曲30-50度。

因為第二蹠骨是最長的，所以足部可以在兩個軸屈曲：一個通過第一及第二足趾的蹠趾關節的橫軸以及通過第二至第五足趾的蹠趾關節的斜軸。這適用於兩種模式（可形容成高低兩種排檔模式）：在低速狀態、荷重較大或在疾速跑步的第一步時（低速排檔模式），足部以輕微的足趾內傾沿斜軸屈曲；或在高速狀態（高速排檔模式）疾速跑步時雙足幾近平行，足部沿橫軸屈曲。一般走路的狀況下足部會先以低速的狀態（低速排檔模式）沿斜軸彎曲但會配合輕度的足趾外傾，然後在足趾離地後逐漸的變成高速的狀態（高速排檔模式）沿橫軸彎曲。

一般而言，鞋要令人感到舒適必需使足部能自然地活動。較硬的鞋一般會使足部較無法屈曲。足部必須工作的更賣力以克服這一點，也因此會耗費較多的能量。若鞋特別無法屈曲，則可能引起局部的肌肉疲勞，因此可屈曲性佳的鞋較能提供理想的舒適度。以上述高低兩種排檔模式為基礎的話，鞋子需有多個屈曲線（如樞紐般）而非單個，才能滿足需求。

能量消耗

不管鞋對一般足部功能造成任何限制或多或少都會造成能量的消耗。如足部需花費較多的能量去屈曲較僵硬的鞋或鞋跟較硬時膝蓋需較彎曲以吸震。雖然所多耗費的能量可能非常小且不可量測，但加諸於穿著者可能變成使之較易疲憊的原因。鞋亦可能抑制足部自然屈曲的角度（這會造成儲存於韌帶的能量量降低），並在步伐的下一個階段反彈回來。

重量

一般認為若鞋子的重量增加在走路或跑步時會消耗較多的能量。雖然在生物力學實驗中量測氧氣消耗量的試驗尚非最後結論，但在跑步機跑30分鐘試驗時，當鞋增加100g，穿著者對腿酸痛的抱怨就增加了。量測耗氧量發現當鞋增加100g時能量消耗增加1﹪。

跟高對盛裝女鞋的影響

高跟女鞋通常都是為時尚流行及造型而非舒適所設計。有一些重點式的改變正在增加：使用軟且具延伸性的皮革、吸震的中底、較寬的尺碼等。但這些改變對於緩和細高跟鞋對足部生物力學的影響是微乎其微的。

穿著高跟鞋時會改變姿勢使重量分佈移往前掌，使前掌的蹠部及足背都受到較大的尖端壓力。站立時當跟高增加時，前掌蹠底受力（以體重的百分比表示之）增加。其影響在站立時比在走路時大。

站立且穿著較平坦的鞋時足跟部所受的壓力傾向較前掌所受的壓力大。反之在走路時前掌所受壓力較大。

當鞋跟越高走路的速度和步伐的長度就越小。在極端的例子中，穿著非常高跟的鞋時會以平足步伐行走。但依經驗而言女性穿高跟鞋時與穿低跟鞋相較，鞋跟敲擊地面的角度為25度時穿著者會感到較舒適。高跟鞋的鞋跟容易斷裂即是證明。

穿著高跟鞋走路會因高衝擊力而有害足部健康。雖然下背痛有時亦被歸咎於是穿著高跟鞋得原因，但並無實際量化的數據。高跟使得體重無法被分散承受且鞋身太緊也限制了足弓天然的彈簧作用。這使得身體自然的吸震功能大打折扣，而膝蓋屈曲及足後跟的動作（其他的吸震機制）增加了。

節錄自人生何必太正常部落格，2010/8/1