洪友廉 王琳 周繼和 李靜先

1 成都體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)系（成都 610041） 2 香港中文大學(xué)體育運(yùn)動(dòng)科學(xué)系3 School of Human Kinetics，University of Ottawa，Ottawa，Canada 4 天津體育學(xué)院健康與運(yùn)動(dòng)科學(xué)系

跑步是最普遍的運(yùn)動(dòng)之一［1］。跑鞋是跑步時(shí)的重要裝備。對跑鞋的生物力學(xué)研究指出，跑鞋的不同設(shè)計(jì)，例如鞋底后跟厚度、鞋墊材料、鞋幫高度等影響后足運(yùn)動(dòng)［2-5］、足底的壓力分布［6-9］以及鞋的舒適度［2，9-12］。這些參數(shù)已廣泛作為運(yùn)動(dòng)鞋的評價(jià)指標(biāo)。

鞋帶裝置是運(yùn)動(dòng)鞋設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)并引起許多研發(fā)人員的注意。Frey認(rèn)為鞋帶可以使鞋更貼腳，可以使鞋對足面的作用力均勻分布。然而，至今并無證據(jù)支持這一說法［13］。Hagen和Henning［14-16］令受試者穿同一跑鞋，但使用不同的鞋帶孔并憑自己的感覺將鞋帶系成松、一般和緊三種程度，觀察其對足底壓力分布、足底沖擊的減緩和后足控制的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同系鞋帶方式對鞋－腳配合有顯著影響，其中緊綁鞋帶使鞋的貼腳效果較好。近年來，國內(nèi)外眾多制鞋廠商試圖設(shè)計(jì)新型的不用鞋帶的運(yùn)動(dòng)鞋。此類運(yùn)動(dòng)鞋采用中國傳統(tǒng)布鞋的緊鞋方式，即松緊鞋舌取代鞋帶。但該設(shè)計(jì)在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)上的合理性尚未得到論證。本研究通過比較松緊鞋舌式跑鞋與有鞋帶跑鞋在跑步時(shí)在主觀舒適度、足底壓力分布和后足運(yùn)動(dòng)參數(shù)等方面的區(qū)別，為運(yùn)動(dòng)者正確選擇跑鞋提供參考。本研究的無效假設(shè)是采用松緊鞋舌和采用一般鞋帶的跑鞋在主觀舒適性、足底壓力和后足內(nèi)外翻控制上無區(qū)別。

1 對象與方法

1.1 受試者

15位業(yè)余跑步愛好者應(yīng)邀參加本研究作為受試者。所有受試者跑步時(shí)均腳跟先落地，鞋碼為歐碼41；均無神經(jīng)肌肉、前庭和視覺系統(tǒng)疾病。受試者均為男性，以排除在跑步生物力學(xué)上的性別差異。測試前，通過踢球的方法判斷受試者的優(yōu)勢腳，所有受試者均為右利。本測試所有受試者均已知情并自愿參加本測試。

1.2 測試跑鞋

由專業(yè)運(yùn)動(dòng)鞋廠制造兩款樣板跑鞋。兩款鞋僅在緊鞋方式上有區(qū)別：一款為普通鞋帶，另一款是松緊鞋舌。每位參加者均得到兩款鞋各一雙。正式實(shí)驗(yàn)時(shí)，受試者按自己的習(xí)慣掌握鞋帶的松緊度。松緊鞋舌式跑鞋的松緊度由受試者根據(jù)足背圍度自動(dòng)調(diào)整。測試過程中，隨機(jī)安排受試者穿著兩款跑鞋進(jìn)行測試，以避免跑鞋測試次序?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

1.3 測試程序

1.3.1 主觀舒適度測試

采用一份經(jīng)檢驗(yàn)證實(shí)可靠的問卷（視覺評價(jià)量表）評價(jià)受試者穿著跑鞋的舒適感［5，12］。主觀舒適度量表引自加拿大科學(xué)家的研究，包括9個(gè)問題：Q1總體舒適，Q2后跟緩沖，Q3前腳掌緩沖，Q4內(nèi)－外方向上的控制，Q5足弓高度，Q6后跟鞋幫的貼腳，Q7后跟的寬度，Q8鞋前腳的寬度，Q9鞋的長度［12］。要求受試者根據(jù)自己的主觀感受，在一條10厘米長的橫線上（“0”代表最不舒適；“10”代表最舒適）劃一條豎線表示自己對該項(xiàng)目的主觀舒適感覺程度。實(shí)驗(yàn)在田徑場跑道上進(jìn)行。在穿著每雙測試鞋跑步之前，受試者均穿著對比鞋完成相同的運(yùn)動(dòng)，保證測試前受試者足部主觀舒適度處于同樣水平。對比鞋是由實(shí)驗(yàn)室提供的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)跑鞋。受試者穿著每一雙測試鞋采用自感舒適的速度跑完450米后填寫舒適性問卷。

1.3.2 后足內(nèi)、外翻運(yùn)動(dòng)測試

在活動(dòng)跑臺正后方固定一臺攝像機(jī)（9800，JVC Inc.，Japan），以200 Hz之頻率拍攝跑步者后足的動(dòng)作。為便于實(shí)驗(yàn)后自動(dòng)解析錄像畫面，根據(jù)文獻(xiàn)以及美國測試與材料學(xué)會批準(zhǔn)的用于研究鞋對后足運(yùn)動(dòng)控制的標(biāo)準(zhǔn)測試方法［2，17，18］，在受試者的利側(cè)腿上固定4個(gè)反光球。第1個(gè)球位于跟腱上踝關(guān)節(jié)上方4 cm，第2個(gè)位于膝關(guān)節(jié)后側(cè)中點(diǎn)和第一個(gè)球連線的中點(diǎn)位置，第3個(gè)位于鞋后跟鞋幫中線上跟腱的附著點(diǎn)，第4個(gè)位于鞋后跟鞋幫的中線上鞋底的上部。第1和第2個(gè)球之連線與第3和第4個(gè)球之連線的夾角為足跟相對小腿的內(nèi)翻和外翻角度（以下簡稱為后足角度）。為抵消受試者個(gè)體后足角度的解剖學(xué)差異，我們測量了所有受試者在標(biāo)準(zhǔn)姿勢下的后足角度。標(biāo)準(zhǔn)姿勢為正常站立，足跟分開5 cm，兩腳外翻7°［17］。將每位受試者在標(biāo)準(zhǔn)姿勢下的后足角度作為參考值以修訂正式跑步測試中得到的后足角度。測量標(biāo)準(zhǔn)姿勢下的后足角度后，受試者在活動(dòng)跑臺上跑3分鐘（速度3.8 m/s），拍攝最后30秒的優(yōu)勢腿的10個(gè)落地動(dòng)作。采用運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)（APAS，Ariel Dynamics Inc.，USA）處理錄像圖像以計(jì)算后足角度。修訂后的正值反映足跟相對于小腿的內(nèi)翻，負(fù)值反映足跟相對于小腿的外翻。采用后足落地角、后足最大外翻角、后足角變化范圍（即后足最大內(nèi)翻角減最大外翻角的絕對值）3個(gè)參數(shù)評價(jià)后足運(yùn)動(dòng)。

1.3.3 足底壓力測試

采用鞋墊測力系統(tǒng)（Novel Pedar System，Germany）測量受試者在跑步時(shí)利側(cè)腿的足底壓力。采樣頻率為100 Hz。受試者以3.3 m/s的速度在跑臺上跑2分鐘，分析優(yōu)勢腿10個(gè)成功步態(tài)的足底壓力。測試中，每個(gè)鞋墊均根據(jù)足的解剖特點(diǎn)劃分成9個(gè)區(qū)域，即M1足跟內(nèi)側(cè)，M2足跟外側(cè)，M3足弓內(nèi)側(cè)，M4足弓外側(cè)，M5第1跖趾關(guān)節(jié)，M6第2和第3跖趾關(guān)節(jié)，M7第4和第5跖趾關(guān)節(jié)，M8大拇趾，M9其他腳趾。此分法在許多已報(bào)道的研究中廣泛采用［19，20］。測試指標(biāo)包括每一區(qū)域的最大壓強(qiáng)和接觸面積。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有參數(shù)均表示為平均數(shù)（ ）和標(biāo)準(zhǔn)差（s）。采用SPSS 12.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行配對樣本t檢驗(yàn)，驗(yàn)證兩款鞋是否存在差異。顯著性差異水平為P < 0.05。

2 結(jié)果

2.1 主觀舒適度測試

表1顯示，在主觀舒適度測試中，有鞋帶跑鞋的前腳掌緩沖、后鞋跟幫貼腳、后跟寬度、鞋前腳寬度和鞋長度等方面的舒適度得分明顯好于松緊鞋舌跑鞋，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 有鞋帶跑鞋和松緊鞋舌跑鞋主觀舒適度評價(jià)比較

2.2 后足運(yùn)動(dòng)測試

圖1顯示，與有鞋帶跑鞋相比，松緊鞋舌跑鞋的后足最大外翻角較大（P < 0.05），后足落地角和后足角變化范圍無明顯差異。

2.3 足底壓力測試

圖2顯示，在足底壓力測試中，松緊鞋舌跑鞋足底分區(qū)中的第4和第5跖趾關(guān)節(jié)分區(qū)足底最大壓強(qiáng)較有鞋帶跑鞋增加（P < 0.05）。兩款跑鞋其它分區(qū)的足底最大壓強(qiáng)無明顯差異。兩種跑鞋足底各分區(qū)的觸地面積無明顯差異。

3 討論

Frey推測可通過調(diào)整鞋帶松緊使鞋適應(yīng)腳型，幫助跑步者獲得更好的舒適度［13］。本研究中，跑鞋舒適度問卷結(jié)果顯示，有鞋帶跑鞋的一些主觀舒適度評分明顯好于松緊鞋舌跑鞋，此結(jié)果支持Frey的假設(shè)。在舒適度評分中，采用松緊鞋舌跑鞋在前腳掌緩沖上得分較低。有研究認(rèn)為，跑步中足底壓強(qiáng)分布影響跑步者主觀舒適度評價(jià)［11，21］。較高的足底壓強(qiáng)降低足底主觀舒適度［22］。一些研究將足底壓力測試系統(tǒng)用于研究不同跑鞋的足底緩沖［6，23，24］。本研究中，松緊鞋舌跑鞋在第4和第5跖趾關(guān)節(jié)分區(qū)足底壓強(qiáng)較有鞋帶跑鞋高，這會降低其在前腳掌緩沖上的主觀舒適度。與有鞋帶跑鞋相比，松緊鞋舌跑鞋在后鞋跟幫貼腳、后跟寬度、鞋前腳寬度和鞋長度等方面的主觀舒適度評分較低。在整體主觀舒適度評價(jià)上，兩款鞋之間雖無顯著性差異，但有鞋帶跑鞋得分有高于松緊鞋舌跑鞋的趨勢（P = 0.074），表明穿著松緊鞋舌跑鞋降低了跑步者的主觀舒適度。

本研究中，松緊鞋舌跑鞋在第4和第5跖趾關(guān)節(jié)分區(qū)足底壓強(qiáng)高于有鞋帶跑鞋。Hagen和Henning［15］曾報(bào)道過類似結(jié)果，在他們的研究中，受試者穿著鞋帶系成不同松緊程度（松、一般和緊）的跑鞋跑步，鞋帶較松跑鞋的足底壓強(qiáng)最高，鞋帶較緊跑鞋在足底中足外側(cè)區(qū)壓強(qiáng)較低。較高的足底壓強(qiáng)增加長距離跑步運(yùn)動(dòng)中足部產(chǎn)生過勞性損傷的危險(xiǎn)性。此外，過度足外翻（Excessive pronation）也是造成下肢運(yùn)動(dòng)損傷的重要因素之一［25］。Sandrey等發(fā)現(xiàn)鞋帶的特殊綁法可有效控制足球運(yùn)動(dòng)員正常跑動(dòng)時(shí)的過度足外翻［26］。一些研究者猜想，穿著鞋帶較松的跑鞋跑步時(shí)，跑步者足外翻角度可能較大［15］。而相關(guān)研究未證實(shí)這一假設(shè)。本研究中，松緊鞋舌跑鞋足外翻角度大于有鞋帶跑鞋，可證實(shí)上述假設(shè)，鞋帶幫助足跟與鞋后跟部分貼合，更好控制后足運(yùn)動(dòng)。如果跑步者穿著松緊鞋舌式跑鞋跑步，可能增加損傷幾率。

合腳的運(yùn)動(dòng)鞋幫助防止運(yùn)動(dòng)損傷和增加跑步中的舒適度［27-29］。如Avramakis等研究發(fā)現(xiàn)，鞋筒和鞋底高度影響足和踝側(cè)向運(yùn)動(dòng)的能力，而鞋幫影響足外翻［30］。本研究中，松緊鞋舌式跑鞋較有鞋帶跑鞋有較低的主觀舒適度評分、較大的足外翻角度和較高的足底壓力，考慮跑步中運(yùn)動(dòng)損傷的相關(guān)因素，松緊鞋舌設(shè)計(jì)并不適合跑鞋。有鞋帶跑鞋較松緊鞋舌跑鞋能更好控制上述因素，可幫助防止運(yùn)動(dòng)損傷。

4 總結(jié)

鞋帶可幫助跑鞋獲得更好的合腳性，有利于跑步者的腳在鞋內(nèi)的固定，增加穿著運(yùn)動(dòng)鞋的主觀舒適度，防止跑步中的過度足外翻以及降低足底壓力。松緊鞋舌式設(shè)計(jì)并不適合于跑鞋。

［1］Van Mechelen W. Running injuries： A review of the epidemiological literature. Sports Med，1992，14（5）：320-335.

［2］Cheung RTH，Ng GYF. Eff cacy of motion control shoes for reducing excessive rearfoot motion in fatigued runners. Phys Ther Sport，2007，8（2）：75-81.

［3］Dewit B，Declercq D， Lenoir M. The effect of varying midsole hardness on impact forces and foot motion during foot contact in running. J Appl Biomech，1995，11（4）：395-406.

［4］Hamill J，Bates BT，Holt KG. Timing of lower extremity joint actions during treadmill running. Med Sci Sports Exerc，1992，24（7）：807-813.

［5］Kersting UG，Brüggemann GP. Midsole material-related force control during heel-toe running. Res Sports Med，2006，14（1）：1-17.

［6］Dixon SJ. Use of pressure insoles to compare in-shoe loading for modern running shoes. Ergonomics，2008，51（10）：1503-1514.

［7］Henning EM，Milani TL. In-shoe pressure distribution for. running in various types of footwear. J Appl Biomech，1995，11（3）：299-310.

［8］Verdejo R，Mills NJ. Heel-shoe interactions and the durability of EVA foam running-shoe midsoles. J Biomech，2004，37（9）：1379-1386.

［9］Chiu MC，Wang MJ. Professional footwear evaluation for clinical nurses. Appl Ergon，2007，38（2）：133-141.

［10］Hong WH，Lee YH，Chen HC，et al. Inf uence of heel height and shoe insert on comfort perception and biomechanical performance of young female adults during walking. Foot Ankle Int，2005，26（12）：1042-1048.

［11］Milani TL，Hennig EM，Lafortune MA. Perceptual and biomechanical variables for running in identical shoe constructions with varying midsole hardness. Clin Biomech，1997，12（5）：294-300.

［12］Mündermann A，Stefanyshyn DJ，Nigg BM. Relationship between footwear comfort of shoe inserts and anthropometric and sensory factors. Med Sci Sports Exerc，2001，33（11）：1939-1945.

［13］Frey C. Foot health and shoewear for women. Clin Orthop Relat Res，2000，372：32-44.

［14］Hagen M，Henning EM. The inf uence of different shoe lacing conditions on plantar pressure distribution，shock attenuation and rearfoot motion in running. Clin Biomech，2008，23（5）：673 -674.

［15］Hagen M，Henning EM. Effect of different shoe-lacing patterns on the biomechanics of running shoes. J Sports Sci，2009，27（3）： 267-275.

［16］Hagen M，Henning EM. Effects of different shoe-Lacing patterns on dorsal pressure distribution during running and perceived comfort. Res Sports Med，2010，18（3）：176-187.

［17］ASTM F1833-97，Standard Test Method for Comparison of Rearfoot Motion Control Properties of Running Shoes. 2006，West Conshohocken：American Society for Testing and Materials.

［18］Clarke TE，F(xiàn)rederick EC，Hamill CL. The effects of shoe design parameters on rearfoot control in running. Med Sci Sports Exerc，1983，15（5）：376-381.

［19］Burnf eld JM，F(xiàn)ew CD，Mohamed OS，et al. The inf uence of walking speed and footwear on plantar pressures in older adults. Clin Biomech，2004，19（1）：78-84.

［20］Mao DW，Li JX，Hong Y. Plantar pressure distribution during Tai Chi exercise. Arch Phys Med Rehabil，2006，87（6）：814-820.

［21］Chen H，Nigg BM，Hulliger M，et al. Inf uence of sensory input on plantar pressure distribution. Clin Biomech，1995，10（5）：271-274.

［22］Jordan C，Bartlett R. Pressure distribution and perceived comfort in casual footwear. Gait Posture，1995，3（4）：215-216.

［23］Clinghan R，Arnold GP，Drew TS，et al. Do you get value for money when you buy an expensive pair of running shoes? Br J Sports Med，2008，42（3）：189-193.

［24］Wegener C，Burns J，Penkala S. Effect of neutralcushioned running shoes on plantar pressure loading and comfort in athletes with cavus feet： a crossover randomized controlled trial. Am J Sports Med，2008，36（11）：2139-2146.

［25］Hintermann B，Nigg BM. Pronation in runners. Implications for injuries. Sports Med，1998，26（3）：169-176.

［26］Sandrey MA，Zebas CJ，Bast JD. Rear-foot motion in soccer players with excessive pronation under 4 experimental conditions. J Sport Rehabil，2001，10（2）：143-154.

［27］Mckenzie DC，Clement DB，Taunton JE. Running shoes，orthotics，and injuries. Sports Med，1985，2（5）：334-347.

［28］Riddle DL，Pulisic M，Pidcoe P，et al. Risk factors for plantar fasciitis： A matched case-control study. J Bone Joint Surg Am，2003，85A（5）：872-877.

［29］Taunton JE，Ryan MB，Clement DB，et al. A prospective study of running injuries：the Vancouver Sun Run“In Training ”clinics. Br J Sports Med，2003，37（3）：239-244.

［30］Avramakis E，Stakoff A，Stüssi E. Effect of shoe shaft and shoe sole height on the upper ankle joint in lateral movements in floorball（uni-hockey）. Sportverletz Sportschaden，2000，14（3）：98-106.