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鞋跟知识

鞋脚后跟掌差概述以及对跑步的影响

作者:鞋跟专家日期:2020-01-21 20:03:00阅读:172  次

最初,人们一直都是赤足或者穿着支撑度低的鞋脚后跟(如皮鞋或凉鞋)运动,直到20世纪70年代发明了了现代跑鞋[1]。由于其鞋脚后跟平坦,可塑性好,富有弹性,对跑跳起到一定的缓冲作用,所以逐渐流行起来。从那以后,跑鞋历经变革,并朝着专业化方向发展。30多年来,研究人员做了大量的关于跑步和跑鞋性能的研究,跑鞋的运动科技也层出不穷,但是与跑步有关的损伤率不降反升,据报道每年有19.4%-79.3%的跑步者遭受跑步疲劳和损伤的困扰。

  

鞋脚后跟掌差概述以及对跑步的影响

鞋脚后跟表示对于跑步者来说,一双好的跑鞋是及其重要的,而鞋底是跑鞋的重要组成部分,是足与地面接触的中介,在日常生活和跑跳投等动作中承受着数倍于体重的重量,除了要承担体重的压迫之外,还要缓冲来自地面的冲击力,鞋底的材料和结构极为重要。运动鞋的优化依赖于材料和结构的改良,鞋底任何结构的改变都可能对鞋的性能产生影响,对跑步者的姿态和下肢生物力学特征产生影响,并最终影响运动表现和下肢损伤。

一、什么是鞋跟掌差?

鞋脚后跟掌差(Heel-ToeDrop)指的是鞋后跟高度和前掌高度的差值,跑鞋最初的跟掌差大约是12mm,甚至更高15-19mm,其作用是减轻跟腱的压力,提供后跟缓冲和向前的推动力。但近来的研究表明,高落差的跑鞋促使跑步者后跟着地,增加了地面碰撞力,被认为是跑步损伤的诱因之一,而且近年来赤足跑的兴起和跑鞋轻量化的趋势,跑鞋的鞋脚后跟掌差有减小的趋势,如BrooksMach11和SauconyKilkenny的跟掌差是4mm,也有部分跑鞋的跟掌差为0mm,如SauconyHattori、NewBalanceMinimus等,但实际上0-5mm都可以算作低落差鞋,市面上甚至出现了无跟鞋,即跟掌差为负值,如NikeSneakerboatII。有学者认为鞋跟过高会影响重心位置,使人容易跌倒;无跟的平底防滑鞋,稳定性差,也不宜穿。穿有一定后跟支撑的鞋增加了关节的活动范围,促使小腿和足部募集更多的肌肉参与运动,有助于改善跑姿,促进本体感觉,增加跑步者的内在稳定性,提高跑步经济性,降低碰撞力和旋转力,降低损伤几率。但是针对鞋脚后跟掌差如何影响步态特征以及跟掌差的行业标准并没有足够的科学研究支持。

  

一篇来自鞋脚后跟运动科技实验室的研究[3]报道了后跟高度和鞋跟掌差对跑步运动学的影响,发现跟掌差和支撑时间成正相关,和腾空时间、下肢刚度成负相关,结果表明不是后跟高度,而是跟掌差影响了跑步运动学特征,但遗憾的是没有探究跟掌差对冲击力及下肢损伤的影响。跟掌差影响着地方式及下肢运动的定量研究较少。Horvais等人通过二维拍摄的手段来确定跟掌差对下肢运动的影响,发现穿着低落差的跑鞋,在着地瞬间足地角减小,支撑期时长减小[3]。Chambon等人的研究结果表明随着跟掌差的减小,地面冲击力的加载率明显增加,赤足状态更高[4]。Gerritsen等人通过构建二维骨骼肌肉模型来评估着地点、膝关节角和地面反作用力的关系,发现着地瞬间足地角越小,地面冲击力越大;膝关节角度和地面冲击力、加载率的关系并不大[5]。Malisoux等对穿着不同跟掌差鞋的跑步者进行了为期6个月的跟踪研究,发现跟掌差对下肢损伤风险没有明显的影响,但是偶尔跑步的人群和经常跑步的人群之间出现了显著性差异[6]。到目前为止,鞋跟掌差引起下肢关节负荷的差别尚不清楚。研究人员只能通过极简鞋和传统跑鞋的对比来解释跟掌差的意义,而极简鞋不仅仅是低落差的鞋子,它还包含其他特征,比如超轻,高弯折,低缓冲等[7]。鞋任何结构的改变都可能对鞋的性能产生影响,对跑步者的姿态及下肢生物力学特征产生影响。因此,对极简鞋的研究结果可能并不适用于跟掌差的研究。

二、鞋脚后跟掌差对跑步运动学特征的影响

随着鞋脚后跟掌差的减小,步态特征典型地表现为步长减小,步频加快。步长和步频是一组矛盾统一体,其统一性体现在步长和步频同时决定了速度,矛盾性体现在一味地增加步长,步频就会减小,一味地增加步频,步长同样会减小[40]。如果追求成绩,则应该在增加步长的基础上加快步频,而对于那些以保持和提高健康状态为最终目的的普通跑步者,小步快频则是目前被多数生物力学专家所推荐的跑步技术。

  

从跑步经济性来说,较小的步长可以增大着地角度,减小着地后的阻力以及阻力冲量,有利于跑速的发挥;从损伤的角度来说,步长减小,避免膝关节过度伸展发生扣锁,缓冲能力增加,膝关节损伤风险降低。另外步长减小使着地时足的位置更接近人体重心的垂直投影点,着地角度增加,支撑初期产生的地面冲击力从下肢远端相对垂直地向上传递,通过屈曲膝关节和跖屈踝关节来缓冲震动,避免产生较大的剪切力。

  

随着鞋脚后跟掌差的减小,支撑期和缓冲期时长都有不同程度的减小。这是因为随着后跟高度降低,着地时跖屈踝关节,更加倾向于全脚掌着地,避免了后跟与地面的强烈撞击。Horvais让受试者在跑步机上穿着不同跟掌差的跑鞋跑步,也发现支撑期随着跟掌差的减小而减小[,但他没有讨论缓冲期时长。支撑期时长被认为是步态稳定性的指标,所以从某种程度上穿着低落差的跑鞋更稳定,无需过长的支撑期来维持身体平衡。缓冲时间是缓冲动作是否充分的表现。水平速度的损失与剪切力峰值无关,与制动冲量相关。穿着低落差的跑鞋,借助于减小剪切力的作用时间,从而减小水平阻力和制动冲量,有利于跑速的保持。另有研究表明,缓冲时间较长有助于增加膝关节活动范围,减小后蹬角,从而提高蹬地效率。经对比分析,穿着低落差的跑鞋缓冲时间偏短,缓冲动作不充分,地面反作用力等指标也同样说明了这一点,在冲击力峰值相差无几的情况下,随着跟掌差减小,峰值加载率显著增加。其他的时空参数没有发生明显的变化,这说明作为外周因素,鞋底结构的变化对跑步时空参数的影响有限。

  

随着赤足跑的流行和运动鞋轻量化的趋势,许多运动鞋公司推出了低落差的跑鞋,他们声称穿着极简鞋能模拟赤足跑,转换着地方式,以达到降低损伤的目的。先前的研究已经揭示了传统跑鞋和赤足跑运动学特征方面的差异[,赤足跑在着地瞬间踝关节置于跖屈位,足的触地点前移,采用全脚掌或前足着地方式。踝关节活动度增大,膝关节屈曲角度增加,活动度减小。

  

鞋跟厂研究发现随着鞋脚后跟掌差的减小,着地角度没有发生明显变化,但着地瞬间的足地角显著降低(p=0.003)。跑步者采取屈踝屈膝的策略,使得着地瞬间足底更加水平,这在一定程度上避免了对足跟的强烈撞击。Horvais等的研究也得出了相同的结论[3]。Altman等人通过摄影分析,提出以着地瞬间的足地角来确定跑步者的着地方式[43]。后跟着地者的足地角大部分大于10°(脚尖向上),前足着地者的足地角大部分小于0°(脚尖向下)。Hamill等人的研究发现穿着不同跟掌差(4,12,20mm)的跑鞋,着地方式和地面冲击力峰值并没有改变,但是赤足跑和穿鞋跑之间却表现出明显的差异。

  

鞋跟厂研究表明,虽然穿着D0鞋的足地角减小至22.26±9.94°,但并没有达到全脚掌着地的临界值。所以对于后跟着地的跑者来说,穿着低落差的跑鞋并不能立即变换着地方式,只能在一定程度上促使他们向全脚掌着地过渡。这与Horvais的研究结果一致,他发现跟掌差和鞋底厚度都对足地角产生影响,随着跟掌差和鞋底厚度的减小,足地角均减小[3]。他认为造成足地角和下肢生物力学特征的差异是后跟减震材料引起的。Liberman等也认为鞋脚后跟中底厚度增加是跑步者普遍后跟着地的一个重要原因。鞋脚后跟掌差对人体重心的影响有限。随着跟掌差的减小,人体重心的左右、垂直活动范围表现出减小的趋势。根据Hansen等人的研究,这可能会减少跑步过程中的能量消耗,提高经济性。

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