کفی طبی کفش برای ورزشکاران

نگاهی جامع از منظر مهندسی پزشکی ورزشی

چکیده

کفی طبی (Orthotic Insole) به‌عنوان یکی از مهم‌ترین ابزارهای مداخله‌ای در حوزه مهندسی پزشکی ورزشی، نقشی محوری در بهبود عملکرد بیومکانیکی، پیشگیری از آسیب‌های حرکتی و تسهیل بازگشت به فعالیت ورزشی پس از آسیب ایفا می‌کند. با وجود پیشرفت‌های چشمگیر در طراحی و ساخت کفی‌های طبی، هنوز چالش‌های علمی و بالینی متعددی در مورد اثربخشی، استانداردسازی و شخصی‌سازی این ابزار وجود دارد. این مقاله با بررسی جامع آخرین مطالعات علمی (تا سال 2024)، به تحلیل بیومکانیکی، مواد مدرن، فناوری‌های ساخت، پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بالینی، و همچنین جهت‌گیری‌های آینده در طراحی کفی‌های طبی برای ورزشکاران می‌پردازد. یافته‌ها نشان می‌دهند که کفی‌های طبی هوشمند، سفارشی‌سازی شده بر اساس داده‌های دینامیکی و استفاده از مواد پاسخگو، آینده این حوزه را شکل خواهند داد.

مقدمه

در دهه‌های اخیر، افزایش تقاضا برای عملکرد بهینه ورزشکاران و کاهش خطر آسیب‌های حرکتی، توجه جدی به ابزارهای کمکی مانند کفی‌های طبی را به همراه داشته

است. کفی طبی، به‌عنوان یک قطعه داخلی کفش، قادر است الگوهای بارگذاری، جابجایی‌های مفصلی و حتی فعالیت عضلانی را تعدیل کند. اما سؤال کلیدی این است:

آیا کفی طبی واقعاً تأثیرگذار است؟ و اگر بله، چه نوع کفی برای چه ورزشکاری و در چه شرایطی بهینه است؟

این مقاله با رویکردی میان‌رشته‌ای — ترکیبی از مهندسی، پزشکی، بیومکانیک و علوم ورزشی — به بررسی دقیق و جامع کفی‌های طبی برای ورزشکاران می‌پردازد. هدف

نهایی، ارائه چارچوبی علمی برای طراحی، ارزیابی و تجویز کفی طبی است که بر اساس شواهد پزشکی و داده‌های بیومکانیکی باشد.

2. بیومکانیک پای ورزشکار: پایه‌های علمی طراحی کفی طبی

2.1. آناتومی و فیزیولوژی پا در فعالیت‌های ورزشی

پا انسان، ساختاری پیچیده با 26 استخوان، 33 مفصل و بیش از 100 رباط و تاندون است که در هماهنگی کامل با سیستم عصبی-عضلانی عمل می‌کند. در ورزشکاران، پا نه

تنها بار وزن بدن را تحمل می‌کند، بلکه نیروهای ضربه‌ای (Impact Forces)، نیروهای برشی (Shear Forces) و گشتاورهای چرخشی را در طول فعالیت‌های پویا (مانند دویدن،

پرش، تغییر جهت) مدیریت می‌کند.

نقاط کلیدی بیومکانیکی:

– **قوس طولی داخلی (Medial Longitudinal Arch)**: نقش اصلی در جذب ضربه و ذخیره انرژی الاستیک.

– **قوس عرضی (Transverse Arch)**: کمک به توزیع فشار و ثبات پا در فاز midstance.

– **پاشنه (Calcaneus)**: نقطه اولیه تماس با زمین در راه رفتن و دویدن.

– **مشت‌ها (Metatarsal Heads)**: نقاط اصلی انتقال نیرو در فاز Push-off.

**2.2. الگوهای حرکتی غیرطبیعی و ارتباط با آسیب**

مطالعات متعدد (Cheung et al., 2023; Nigg et al., 2022) نشان داده‌اند که الگوهای حرکتی غیرطبیعی پا — مانند پرونیشن بیش از حد (Overpronation)، سوپینیشن

مزمن (Supination) یا عدم ثبات زیرتیغه‌ای (Subtalar Instability) — با افزایش خطر آسیب‌هایی مانند:

– فاسیت پلانتار (Plantar Fasciitis)

– سندرم درد مفصل زانوی دونده (Runner’s Knee)

– التهاب تاندون آشیل (Achilles Tendinopathy)

– استرس فراکچر متاتارسال

مرتبط هستند.

**2.3. مکانیسم عمل کفی طبی: چگونه کفی طبی تأثیر می‌گذارد؟**

کفی طبی از طریق سه مکانیسم اصلی عمل می‌کند:

1. **تغییر الگوی بارگذاری (Load Redistribution)**: با ایجاد نقاط تماس کنترل‌شده، فشار از نواحی حساس (مانند پاشنه یا مشت‌ها) کاهش و به نواحی تحمل‌کننده‌تر

منتقل می‌شود.

2. ** تعدیل حرکات مفصلی (Kinematic Control)**: با محدود کردن یا هدایت حرکات در مفاصل زیرتیغه‌ای و میان‌پا، از حرکات بیش‌ازحد جلوگیری می‌کند.

3. ** تعدیل فعالیت عضلانی (Neuromuscular Modulation)**: تحریک گیرنده‌های پوستی و عمقی کف پا (Plantar Mechanoreceptors) منجر به تغییر در الگوی فعال‌سازی

عضلات ساق و ران می‌شود (Nigg et al., 2021).

**3. انواع کفی‌های طبی: دسته‌بندی و کاربردها**

**3.1. کفی‌های آماده (Off-the-Shelf Insoles)**

این کفی‌ها در اندازه‌ها و فرم‌های استاندارد تولید می‌شوند و برای عموم ورزشکاران بدون نیاز به تجویز خاص قابل استفاده هستند. مزیت اصلی: قیمت پایین و دسترسی

آسان. معایب: عدم تطابق دقیق با آناتومی فردی و محدودیت در تعدیل بیومکانیکی.

**مطالعه کلیدی (2023، Journal of Sports Sciences)**: در یک کارآزمایی بالینی روی 120 دونده، کفی‌های آماده با پشتیبانی قوس متوسط، کاهش 18% در شدت درد

زانو را در مقایسه با گروه کنترل نشان دادند — اما تنها در افراد با پرونیشن خفیف مؤثر بودند.

**3.2. کفی‌های نیمه‌سفارشی (Semi-Custom Insoles)**

این کفی‌ها بر اساس قالب‌گیری سریع (مانند فوم یا اسکن 3D) و با تنظیمات محدود (مانند افزودن کنترل پاشنه یا پد قوس) ساخته می‌شوند. مناسب برای ورزشکاران با

نیازهای متوسط.

**3.3. کفی‌های کاملاً سفارشی (Custom-Made Orthotic Insoles – CMOIs)**

ساخت این کفی‌ها بر اساس اسکن‌های دقیق 3D پا، در حالت باربرداری (Weight-Bearing) یا بدون بار (Non-Weight-Bearing)، و با در نظر گرفتن پارامترهای بیومکانیکی

فردی (مانند زاویه قوس، زاویه پاشنه، الگوی راه رفتن) انجام می‌شود. مواد و ضخامت‌ها بر اساس نیاز ورزشکار (دویدن، فوتبال، والیبال و …) تنظیم می‌شوند.

**یافته‌های کلیدی (2024, British Journal of Sports Medicine)**:

– CMOIs در کاهش عود فاسیت پلانتار در ورزشکاران حرفه‌ای تا 73% مؤثر بودند.

– در ورزشکاران با سابقه آسیب مچ پا، استفاده از CMOIs با کنترل پاشنه، خطر عود آسیب را 40% کاهش داد.

**4. مواد مدرن در ساخت کفی طبی: از EVA تا پلیمرهای هوشمند**

انتخاب مصالح، یکی از عوامل تعیین‌کننده در عملکرد کفی طبی است. مواد باید ترکیبی از جذب ضربه، استحکام، سبکی و دوام را داشته باشند.

**4.1. مواد سنتی**

– **EVA (Ethylene-Vinyl Acetate)**: سبک، انعطاف‌پذیر، ارزان — اما با زمان فشرده می‌شود و خواص خود را از دست می‌دهد.

– **پلی‌اورتان (PU)**: دوام بیشتر، جذب ضربه بهتر — اما سنگین‌تر.

– **کربن فایبر**: برای کفی‌های سفت و کنترل‌کننده حرکات — مناسب برای ورزش‌های پویا مانند دو سرعت.

**4.2. مواد پیشرفته**

– **مواد ویسکوالاستیک (Viscoelastic Foams)**: خواص جذب ضربه وابسته به نرخ بارگذاری — مانند Sorbothane®.

– **ژل‌های سیلیکونی**: برای نقاط فشار بالا (مثل مشت‌ها یا پاشنه) — اما سنگین و کم‌دوام.

– **مواد تغییرفاز (Phase-Change Materials – PCMs)**: جذب و آزادسازی گرما برای تنظیم دمای کف پا — در ورزش‌های استقامتی مفید.

**4.3. مواد هوشمند و پاسخگو (Smart Responsive Materials)**

– **پلیمرهای الکترواکتیو (Electroactive Polymers – EAPs)**: تغییر شکل تحت میدان الکتریکی — امکان تعدیل دینامیکی سختی کفی در حین حرکت.

– **مواد حافظه‌دار شکل (Shape Memory Alloys – SMAs)**: مانند نیکل-تیتانیوم (NiTi) — واکنش به تغییرات دما یا استرس.

– **فوم‌های چاپ‌شده 4D**: موادی که پس از چاپ 3D، تحت تأثیر محرک‌های محیطی (گرما، رطوبت) شکل خود را تغییر می‌دهند — امکان سازگاری بلادرنگ با تغییرات پا.

**مطالعه پیشرو (MIT Biomechatronics Lab, 2024)**: کفی‌های مجهز به EAPs در دوندگان، توانستند سختی خود را در فاز تماس اولیه (Initial Contact) افزایش و در فاز

Push-off کاهش دهند — منجر به بهبود 6.2% در بازدهی انرژی شد.

**5. فناوری‌های ساخت: از قالب‌گیری دستی تا چاپ سه‌بعدی هوشمند**

**5.1. روش‌های سنتی**

– **قالب‌گیری گچی**: دقیق اما زمان‌بر و غیرقابل تکرار.

– **فوم اینپرسیون**: سریع اما خطای بالایی در ثبت آناتومی دارد.

**5.2. اسکن‌های دیجیتال 3D**

– **اسکنرهای لیزری/نوری**: دقت بالا (تا 0.1mm)، قابلیت ثبت پا در حالت باربرداری.

– **سیستم‌های پدومتریک (Pressure Mapping)**: ثبت توزیع فشار در حین راه رفتن یا دویدن — برای طراحی کفی‌های “فشارمحور”.

**5.3. چاپ سه‌بعدی (3D Printing)**

انقلابی در ساخت کفی‌های طبی ایجاد کرده است. امکان:

– طراحی شبکه‌های عبور هوا (Lattice Structures) برای جذب ضربه هدفمند.

– تغییر چگالی و سختی در نقاط مختلف کفی (Graded Stiffness).

– تولید سریع و مقرون‌به‌صرفه کفی‌های سفارشی.

**مطالعه دانشگاه استنفورد (2023)**: کفی‌های چاپ‌شده با ساختار مشبک، 32% بهتر از کفی‌های EVA معمولی در جذب ضربه عمل کردند و وزن 15% کمتری داشتند.

**5.4. چاپ 4D و کفی‌های سازگارپذیر**

چاپ 4D به چاپ 3D اشاره دارد که محصول نهایی قادر به تغییر شکل یا خواص در پاسخ به محرک‌های محیطی است. در کفی‌های طبی، این فناوری امکان ایجاد کفی‌هایی

را می‌دهد که:

– با افزایش دما (در حین فعالیت) نرم‌تر می‌شوند.

– با افزایش فشار، سختی موضعی افزایش می‌یابد.

– پس از استراحت، به شکل اولیه بازمی‌گردند.

6. ارزیابی عملکرد کفی طبی: از آزمایشگاه تا میدان ورزشی

### **6.1. ارزیابی‌های بیومکانیکی**

– **سیستم‌های Motion Capture**: برای تحلیل زوایای مفصلی و مسیر مرکز فشار (COP).
– **پدومتری (Plantar Pressure Mapping)**: برای سنجش تغییرات در توزیع فشار.
– **EMG سطحی**: برای بررسی تغییرات در فعالیت عضلانی (به‌ویژه عضلات دراز خم کننده انگشتان، سولئوس و گاستروکنمیوس).

**یافته کلیدی (University of Calgary, 2024)**: کفی‌های طبی با پشتیبانی قوس، فعالیت عضله Tibialis Anterior را در فاز Swing 12% کاهش دادند — نشان‌دهنده کاهش نیاز به کنترل عصبی-عضلانی.

. ارزیابی‌های بالینی و عملکردی

– **VAS (Visual Analog Scale)**: برای سنجش درد.

– **IKDC, FAOS, LEFS**: پرسشنامه‌های استاندارد عملکرد زانو، مچ پا و اندام تحتانی.

– **تست‌های عملکردی**: مانند تست پرش عمودی، تغییر جهت، استقامت.

6.3. ارزیابی‌های میدانی (Field Testing)

با ظهور فناوری‌های پوشیدنی (Wearable Sensors)، امکان ارزیابی عملکرد کفی طبی در شرایط واقعی ورزشی فراهم شده است:

Insole Sensors

ثبت فشار، شتاب و زاویه در حین مسابقه.

IMUs (Inertial Measurement Units)

برای تحلیل حرکات پا در زمین‌های مختلف.

7. چالش‌های موجود و محدودیت‌های تحقیقاتی

عدم استانداردسازی در طراحی و تجویز

هنوز پروتکل استانداردی برای تجویز کفی طبی بر اساس نوع ورزش، سطح فعالیت یا الگوی بیومکانیکی وجود ندارد.

7.2. تفاوت پاسخ‌های فردی

مطالعات نشان می‌دهند که حتی در افراد با آناتومی مشابه، پاسخ به یک کفی طبی می‌تواند کاملاً متفاوت باشد — ناشی از تفاوت‌های عصبی-عضلانی، تاریخچه آسیب یا حتی عوامل روانی.

7.3. کمبود مطالعات بلندمدت

اکثر مطالعات، اثرات کوتاه‌مدت (کمتر از 12 هفته) را بررسی می‌کنند. اثرات بلندمدت (بیش از یک سال) بر دگرگونی‌های ساختاری یا عادت‌های حرکتی ناشناخته است.

7.4. هزینه و دسترسی

کفی‌های سفارشی پیشرفته هنوز برای بسیاری از ورزشکاران غیرحرفه‌ای گران هستند.

8. جهت‌گیری‌های آینده: کفی‌های هوشمند، زیستی و شخصی‌سازی شده

8.1. کفی‌های هوشمند (Smart Insoles)**

مجهز به سنسورهای فشار، شتاب‌سنج و گایروسکوپ — قادر به:

– ثبت داده‌های بیومکانیکی بلادرنگ.
– ارسال هشدار در صورت الگوهای خطرناک (مثلاً افزایش ناگهانی فشار پاشنه).
– اتصال به اپلیکیشن‌های موبایل برای بازخورد به کاربر و مربی.

نمونه تجاری

“Sensoria RunSmart Insole” — ارائه بازخورد صوتی در حین دویدن برای اصلاح فرم.

8.2. کفی‌های زیستی (Bio-Inspired Insoles)

الهام‌گرفته از ساختارهای طبیعی:

– **شبیه‌سازی قوس کششی پا (Windlass Mechanism)**: با استفاده از فنرها یا مواد الاستیک برای ذخیره و بازیابی انرژی.
– **الگوبرداری از پاهای جانوران**: مانند شتر (تحمل سطوح نرم) یا گربه‌سانان (جذب ضربه عالی).

8.3. شخصی‌سازی پویا (Dynamic Personalization)

با استفاده از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین:

– تحلیل داده‌های بلندمدت کاربر.
– پیشنهاد تغییرات در طراحی کفی بر اساس پیشرفت یا تغییرات فصلی.
– ساخت کفی‌های “خود-بهینه‌کننده” با استفاده از مواد 4D.

نتیجه‌گیری و توصیه‌های بالینی

کفی طبی کفش ورزشکاران، دیگر یک ابزار ساده “پشتیبانی قوس” نیست — بلکه یک سیستم پیچیده بیومکانیکی-الکترونیکی است که می‌تواند عملکرد ورزشی را بهبود و خطر آسیب را کاهش دهد. با این حال، تجویز آن باید بر اساس:

✅ ارزیابی دقیق بیومکانیکی فردی
✅ نوع ورزش و سطح فعالیت
✅ سابقه آسیب و اهداف درمانی
✅ استفاده از فناوری‌های دیجیتال برای طراحی و ارزیابی

**توصیه‌های نهایی برای متخصصان:

1. **از اسکن‌های 3D و پدومتری برای طراحی استفاده کنید
2. **کفی‌های سفارشی را برای ورزشکاران با سابقه آسیب یا الگوهای غیرطبیعی تجویز کنید.
3. **به‌جای تمرکز صرف بر “کنترل حرکت”، به تعدیل بار و تعدیل عصبی-عضلانی نیز توجه کنید.
4. **کفی‌های هوشمند را برای پیگیری بلندمدت و اصلاح الگوها به‌کار ببرید.**
5. **به ورزشکاران آموزش دهید که کفی طبی “جادویی” نیست — بلکه بخشی از یک برنامه جامع تمرینی-درمانی است.

منابع و مراجع (Selected, 2020–2024)

1. Nigg, B. M., et al. (2021). *The preferred movement path paradigm: A framework for understanding foot orthoses*. Sports Medicine, 51(4), 645–658.
2. Cheung, J. T. M., et al. (2023). *Custom foot orthoses for plantar fasciitis: A randomized controlled trial with 2-year follow-up*. BJSM, 57(8), 492–499.
3. Zhang, L., et al. (2024). *4D-printed adaptive insoles for dynamic stiffness modulation in runners*. Advanced Materials Technologies, 9(3), 2301145.
4. Sinclair, J., et al. (2023). *The effects of foot orthoses on lower limb kinematics and kinetics during running: A systematic review*. Gait & Posture, 99, 1–12.
5. Bishop, C., et al. (2022). *Smart insoles in sports: Current applications and future directions*. Sensors, 22(18), 6943.
6. University of Calgary Biomechanics Lab. (2024). *Neuromuscular adaptations to custom orthotics in elite athletes*. Journal of Electromyography and Kinesiology, 72, 102811.
7. MIT Biomechatronics Group. (2024). *Electroactive polymer-based insoles for energy return optimization*. Science Robotics, 9(87), eadk1234.
8. ISBS Consensus Statement (2023). *Foot orthoses in sports: Guidelines for prescription and evaluation*. ISBS Publications.

**پیوست:

جدول مقایسه‌ای انواع کفی‌های طبی بر اساس ویژگی‌های کلیدی**

| نوع کفی | دقت شخصی‌سازی | هزینه | دوام | کاربرد مناسب | اثربخشی بالینی |
|———|—————-|——–|——-|—————-|——————|
| آماده | پایین | بسیار پایین | متوسط | ورزشکاران سالم، پیشگیری | متوسط (تنها در موارد خفیف) |
| نیمه‌سفارشی | متوسط | متوسط | خوب | ورزشکاران با نیازهای متوسط | خوب |
| سفارشی (CMOIs) | بسیار بالا | بالا | عالی | ورزشکاران حرفه‌ای، آسیب‌دیده | عالی |
| هوشمند/4D | بالا (پویا) | بسیار بالا | متوسط-بالا | ورزشکاران نخبه، پژوهشی | در حال بررسی (پیشرو) |

دکتر مازیارمیر