不同跑步着地习惯对跟腱形态学及其负荷特征的影响

目的 探究不同着地模式对跟腱形态学和负荷特征的影响。方法 招募习惯后跟着地跑者和习惯前掌着地跑者各14人,利用超声医学影像仪采集受试者的跟腱形态学特征（跟腱长度、横截面积、厚度）;利用三维测力跑台采集并计算受试者穿着缓冲跑鞋以10 km/h速度跑步时的跟腱负荷特征（跖屈力矩、跟腱力、负载率、冲量、应力等）。结果 与习惯后跟着地跑者相比,习惯前掌着地跑者踝关节跖屈力矩峰值、跟腱力峰值、平均负载率、峰值负载率均显著增加（P＜0.05）,但两组跑者跟腱长度、跟腱横截面积和跟腱厚度差异无统计学意义（P＞0.05）。结论 长期的前掌着地模式可以适应性地提高跟腱在重复性的“拉长-收缩”循环刺激中的力学特性。深入理解跟腱在不同着地方式下的响应,对于跑步爱好者以及运动医学领域中预防跟腱相关损伤具有重要的临床意义。     

着鞋和触地方式对慢跑时足部受力特征的影响

目的探讨穿鞋和裸足跑在不同触地方式下对足部受力特征的影响。方法利用Medilogic鞋垫式足底压力测试系统和Kistler三维测力台采集12名健康男性受试者在着鞋与裸足情况下分别进行后跟触地与前掌触地慢跑(3 m/s)时的受力特征,包括地面反作用力、冲击力峰值、最大负载率、足底压力峰值以及冲量。结果 (1)后跟触地时,穿着运动鞋可以显著降低最大负载率,并且延缓冲击力峰值出现的时间。前掌触地时,穿鞋时的最大蹬地力量要显著大于裸足;(2)不同触地方式对于足底各区域压力峰值参数的影响相较于着鞋条件更多,主要表现为两种触地方式之间对于足中区和足后区足底压力峰值和出现时间的差异。结论不同触地方式对慢跑时的足部受力影响更为显著。穿鞋后跟触地跑能降低冲击负荷,而裸足前掌触地跑则会使足底压力过度集中于足前部,提示慢跑时无论采用何种触地方式均可以通过选择合理的运动鞋来减小足部受力。     

跑姿再训练对冲击力、下肢生物力学及刚度的影响

目的 通过建立12周跑姿再训练（gait retraining,GR）的干预模式（即通过一定的姿态目标改变跑者原有跑姿）,确定GR前后跑步时垂直地面反作用力（vertical ground reaction force, vGRF）以及髋、膝、踝三关节运动学、动力学和下肢刚度特征的变化,探究跑姿转换对冲击力和下肢生物力学的影响。方法 采用Vicon 运动捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集30名跑步爱好者（GR组15人,对照组15人）GR前后穿着极简鞋以 12 km/h±5%速度通过测力台的GRF以及标记点轨迹。结果 共17名受试者（GR组9人,对照组8人）完成训练。训练后两组最大负载率都显著下降,GR组相比对照组最大负载率更低;GR组足部触地角度显著减小,两组跖屈角度和髋关节蹬伸角速度都显著增加;GR组踝关节力矩增加;两组下肢刚度均显著增加。结论 成功建立12周GR运动干预模型（前掌着地转化率为78%）。GR能有效避免冲击力峰值、降低最大负载率、提高下肢刚度,进而在减小甚至避免由冲击力引起的跑步损伤风险的同时,为提高跑步经济性提供可能。     

神经肌肉疲劳前后运动鞋对下肢落地冲击的生物力学影响

目的探讨神经肌肉疲劳前后缓冲型运动鞋对落地动作下肢冲击力特征,以及对运动学和动力学的影响。方法比较15名篮球专项运动员在疲劳干预前后,穿不同缓冲性能的运动鞋从60 cm高落地时的冲击力、负载率、下肢运动学、关节力矩、关节/下肢刚度等。结果疲劳前高缓冲鞋仅使后跟处负载率峰值减小,且到达后跟负载率时间比对照组更短。疲劳后高缓冲鞋显著减小后跟处冲击力峰值、负载率峰值和前脚掌的负载率峰值,同时显著延长到达冲击力和后跟负载率峰值的时间;穿高缓冲鞋使得踝关节触地角度、最小角度显著增大。在下肢刚度、踝关节峰值力矩和刚度方面两组鞋并未发现显著性的改变。结论在疲劳后,当人体下肢神经肌肉控制策略减弱时,高缓冲鞋能够有效地衰减冲击,进而有利于避免或减小潜在的冲击性运动损伤。     

跑鞋与着地方式对跑步损伤的影响

长跑是骨骼肌肉系统损伤发病率最高的运动健身项目之一,与跑鞋和着地方式有很大关系。在百链云图书馆和谷歌学术数据库中检索有关跑鞋和着地方式与跑步损伤关系的生物力学研究,最终选择42篇进行文献综述,发表时间为1981~2016年。跑鞋所宣称的缓冲和动作控制的作用并未得到证实,裸足跑作为更自然的跑步方式得到提倡。前脚掌着地的跑步方式对膝关节的损伤更小,但踝关节和跖骨的负荷较大;后跟着地则相反。因此,跑步者应根据自身情况选择适合的跑步方式。但转变跑步方法对跑步者下肢生物力学特征的影响尚未明确,这方面的研究会对跑步者转变跑步方式提出更好的建议。     

着鞋类型和步速对膝关节载荷的影响

目的探讨着鞋类型(裸足、普通鞋、极简鞋)与步行速度(快步走、常速行走)对膝关节生物力学指标的影响,为科学健身提供理论参考。方法采用Vicon三维运动捕捉系统、Kisler三维测力台同步采集10名男性在裸足、穿着不同鞋常速行走与快步走时下肢运动生物力学指标。采用双因素(2种行走方式×3种着鞋类型)重复测量方差分析对各指标进行统计分析。结果相对于快步走,常速行走时足底压力中心(center of pressure,COP)向外偏移较大,额状面膝关节力臂、膝关节内收外力矩和第1峰值负载率均较小,但额状面膝关节冲量矩较大;相对于穿着普通跑鞋,裸足或穿着极简鞋时,步幅变小,COP向外偏移较大,额状面膝关节力臂、膝关节内收外力矩、第1峰值负载率和额状面膝关节冲量矩较小。结论为降低额状面膝关节冲量矩以及峰值负载率,建议着极简鞋采用小步幅进行快步走锻炼。     

基于统计参数映射分析跑鞋跟掌落差对下肢关节负荷的影响

目的 探讨在相同跑速下穿着不同落差跑鞋对下肢关节负荷的影响,为跑鞋设计和跑步者选购跑鞋提供依据。方法 18名男性跑步者分别穿着零落差和10 mm落差跑鞋以(4.0±0.2) m/s速度完成测试,使用红外高速运动捕捉系统和三维测力台同步采集下肢运动学参数和地面反作用力(ground reaction force, GRF)。使用统计参数映射法(statistical parameter mapping, SPM)分析跑鞋跟掌落差对支撑期垂直GRF、下肢关节三维力矩的影响。结果 跑鞋跟掌落差对垂直GRF无影响,对下肢关节部分力矩-时间序列影响显著。与穿着零落差跑鞋相比,穿着10 mm落差跑鞋在27%～38%支撑期髋关节内旋力矩增加,在47%～75%支撑期膝关节伸展力矩增加,在16%～33%、25%～30%、12%～25%支撑期踝关节跖屈力矩、外翻力矩和外旋力矩降低。结论 与穿着零落差跑鞋相比,穿着10 mm落差跑鞋在支撑前期髋关节负荷增加,踝关节负荷降低,在支撑中期膝关节负荷增加。建议跑步者结合自身特点及跑鞋跟掌落差对下肢关节负荷特征的影响,选择适合自己的跑鞋。     

不同运动鞋舒适性差异及对篮球典型动作足部受力特征影响

目的探讨穿着不同篮球专项鞋在不同篮球典型步法中足部受力特征和专项鞋舒适性之间的关系。方法利用Kistler三维测力台和Medilogic鞋垫式足底压力测试系统采集并比较12名篮球专项运动员分别穿着两款篮球鞋(L、N鞋)在完成3种篮球典型步法(侧滑步、90°变向跑、3步上篮)的受力特征,包括冲击力峰值、最大负载率、足底压力峰值等;并采用主观舒适度量表对完成3种步法时两款鞋舒适性进行评分。结果 3种典型步法中两款鞋在冲击力方面无显著性差异,L鞋足部压力在侧滑步和3步上篮中比N鞋更小;在舒适性方面,N鞋显著优于L鞋,主要表现在鞋舒适性喜好程度(后跟稳定性、后跟响应、前掌缓冲、后跟缓冲和总体印象)和强度(前掌缓冲和后跟缓冲)方面存在显著性差异。结论两款篮球鞋仅在足底压力和舒适性评价上存在较大差异,但并没有一款鞋在两种评价中都表现更优异,提示在全面设计和评价专项鞋时应兼顾鞋本身的生物力学特性和运动员的主观评价。     

鞋帮高度对跳跃动作踝关节矢状面运动学及动力学特征的影响

目的 探讨穿着高、低帮篮球鞋对跳跃动作踝关节矢状面运动学、动力学以及运动表现的影响。方法 利用Vicon运动捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集12名受试者穿着高、低帮篮球鞋进行双腿落地反跳（drop jump, DJ）和单腿跨步跳（lay-up jump, LJ）过程中踝关节矢状面屈伸最小/最大角度、力矩、功率、刚度、跳跃高度以及背屈活动度等参数指标。结果 （1） 穿着高帮鞋能够显著减小踝关节的背屈角度（P<0.05）。在DJ和LJ过程中,两款鞋的跳跃高度、踝关节触地角度、最小/最大角度、活动度均无显著性差异;（2） 在DJ过程中,穿着两款鞋的踝关节屈伸动力学特征无显著差异;但在LJ过程中,穿着高帮鞋的跖屈力矩和功率峰值均显著小于低帮鞋（P<0.05）。结论 穿着高帮鞋虽然没有限制跳跃情况下踝关节的屈伸表现,但会影响踝关节矢状面的部分动力学特征,建议鞋帮高度的选择和设计能够在护踝的基础上充分发挥踝关节在矢状面的力学作用,从而实现运动表现的最优化。     

鞋帮高度对跳跃动作踝关节矢状面运动学及动力学特征的影响

目的探讨穿着高、低帮篮球鞋对跳跃动作踝关节矢状面运动学、动力学以及运动表现的影响。方法利用Vicon运动捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集12名受试者穿着高、低帮篮球鞋进行双腿落地反跳(drop jump,DJ)和单腿跨步跳(lay-up jump,LJ)过程中踝关节矢状面屈伸最小/最大角度、力矩、功率、刚度、跳跃高度以及背屈活动度等参数指标。结果 (1)穿着高帮鞋能够显著减小踝关节的背屈角度(P0.05)。在DJ和LJ过程中,两款鞋的跳跃高度、踝关节触地角度、最小/最大角度、活动度均无显著性差异;(2)在DJ过程中,穿着两款鞋的踝关节屈伸动力学特征无显著差异;但在LJ过程中,穿着高帮鞋的跖屈力矩和功率峰值均显著小于低帮鞋(P0.05)。结论穿着高帮鞋虽然没有限制跳跃情况下踝关节的屈伸表现,但会影响踝关节矢状面的部分动力学特征,建议鞋帮高度的选择和设计能够在护踝的基础上充分发挥踝关节在矢状面的力学作用,从而实现运动表现的最优化。     

Footwear designed to enhance energy return improves running economy compared to a minimalist footwear: does it matter for running performance?

The present study compared the effects of a footwear designed to enhance energy return (thermoplastic polyurethane, TPU) vs minimalist shoes on running economy (RE) and endurance performance. In this counterbalanced and crossover design study, 11 recreational male runners performed two submaximal constant-speed running tests and two 3-km time-trials with the two shoe models. Oxygen uptake was measured during submaximal constant-speed running tests in order to determine the RE at 12 km/h and oxygen cost of running (CTO₂) at individual average speed sustained during the 3-km running time-trials wearing either of the two shoes. Our results revealed that RE was improved (2.4%) with TPU shoes compared with minimalist shoes (P=0.01). However, there was no significant difference for CTO₂ (P=0.61) and running performance (P=0.52) comparing the TPU (710±60 s) and the minimalist (718±63 s) shoe models. These novel findings demonstrate that shoes with enhanced mechanical energy return (i.e. TPU) produced a lower energy cost of running at low (i.e., 12 km/h) but not at high speeds (i.e., average speed sustained during the 3-km running time-trial, ∼15 km/h), ultimately resulting in similar running performance compared to the minimalist shoe.