傅維杰，李 路，劉 宇

1 前言

在研究下肢運(yùn)動(dòng)時(shí)，人們通常只關(guān)注髖、膝、踝三大關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)特征，殊不知，對(duì)于跑、跳等急速蹬離地面的足屈曲運(yùn)動(dòng)，動(dòng)作最終的發(fā)生必定是在跖趾關(guān)節(jié):通過(guò)踝關(guān)節(jié)跖屈肌（plantar flexor muscles）配合足趾屈?。╰oe flexor muscles）在遠(yuǎn)固定條件下收縮完成跖趾關(guān)節(jié)的伸運(yùn)動(dòng)［2］。跖趾關(guān)節(jié)對(duì)于足部運(yùn)動(dòng)的作用不容忽視，其屈伸特征能夠?qū)θ梭w跑、跳動(dòng)作，特別是支撐后期的蹬離效果產(chǎn)生重要影 響［7，17］。

近期的研究表明，跖趾關(guān)節(jié)作為人體末端關(guān)節(jié)，在蹬離地面的過(guò)程中基本保持伸狀態(tài)，使得該關(guān)節(jié)在離地前主要以吸收能量為主，產(chǎn)生的能量則幾乎可以忽略［34，41］。因此，不少研究者開始關(guān)注于如何有效轉(zhuǎn)化跖趾關(guān)節(jié)所吸收的這部分能量，并對(duì)下肢的力學(xué)特性（lower extremity mechanics）及運(yùn)動(dòng)能力產(chǎn)生積極影響［17，38］。此外，從訓(xùn)練學(xué)角度出發(fā)，在短跑和跳躍類項(xiàng)目中，已有不少教練員強(qiáng)調(diào)跖趾關(guān)節(jié)屈伸的活動(dòng)度及其趾屈肌力量的訓(xùn)練［8，19］，他們認(rèn)為，通過(guò)在跖趾關(guān)節(jié)處的力量訓(xùn)練能夠增加包括相鄰關(guān)節(jié)在內(nèi)的力量輸出，并對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)產(chǎn)生正面效果。

現(xiàn)階段，人們已開始重新審視跖趾關(guān)節(jié)——這一曾被長(zhǎng)期忽略的足部第二大關(guān)節(jié)——在人體跑、跳運(yùn)動(dòng)中所起的作用，包括通過(guò)何種途徑有效地訓(xùn)練跖趾關(guān)節(jié)，改善關(guān)節(jié)能量學(xué)特征（joint energetics）和肌肉活化模式（muscle activation pattern），并最終提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)。本研究就跖趾關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)功能及其在國(guó)內(nèi)外體育領(lǐng)域的應(yīng)用作一綜述，以期充分認(rèn)識(shí)和理解跖趾關(guān)節(jié)的作用和在體育科學(xué)方向的發(fā)展趨勢(shì)。

2 跖趾關(guān)節(jié)的功能解剖和運(yùn)動(dòng)特征

第一至第五跖趾關(guān)節(jié)隸屬于前足部分（forefoot），分別由5個(gè)跖骨頭與其近節(jié)的趾骨底構(gòu)成（圖1）。由于運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，各跖趾關(guān)節(jié)經(jīng)常同時(shí)屈伸，故又統(tǒng)稱為跖趾關(guān)節(jié)（metatarsophalangeal joint，簡(jiǎn)稱 MPJ或 MTP joint）。就運(yùn)動(dòng)形式而言，跖趾關(guān)節(jié)屬橢圓關(guān)節(jié)，能繞冠狀軸做屈（勾足趾）、伸（伸足趾），繞矢狀軸做輕微的外展（五趾骨展開）、內(nèi)收（五趾骨并攏）運(yùn)動(dòng)，其中第一跖骨頭和第四、五跖骨頭成為內(nèi)、外側(cè)縱弓的前端承重點(diǎn)，為維持運(yùn)動(dòng)足底著地支撐 ，特別是起蹬的穩(wěn)定性起到一定作用［1，2，5，26］。

圖1 第一至第五跖趾關(guān)節(jié)X光片圖Figure 1.X-ray schematic of first to fifth metatarsophalangeal joint

正常人體的跖趾關(guān)節(jié)在矢狀面有著較大的關(guān)節(jié)活動(dòng)度（ROM）。Creighten［13］發(fā)現(xiàn)靜態(tài)下跖趾關(guān)節(jié)的主動(dòng)和被動(dòng)伸分別為51.9°和67.6°，主動(dòng)的屈則為39.1°。而在跑、垂直跳等蹬離地面過(guò)程中，跖趾關(guān)節(jié)活動(dòng)度分別可達(dá)31.5°和22.6°［41］。值得注意的是，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，跖趾關(guān)節(jié)通常都是完全包裹在運(yùn)動(dòng)鞋內(nèi)，因此穿鞋和不穿鞋以及鞋表面／底材質(zhì)的不同，必然會(huì)造成該關(guān)節(jié)活動(dòng)度的差異。魏勇［7］發(fā)現(xiàn)，跖趾關(guān)節(jié)靜態(tài)角度在裸足時(shí)明顯大于著鞋狀態(tài)；蹬伸末期，穿著更利于前足屈伸的Y鞋時(shí)，其跖趾關(guān)節(jié)角度明顯小于普通的N鞋（P＜0.05）。此外，由于第一至第五跖趾關(guān)節(jié)中心的連線所構(gòu)成的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸并非平面垂線（2Dperpendicular axis），因此轉(zhuǎn)動(dòng)軸定義的不同也會(huì)引起跖趾關(guān)節(jié)角度的變化。Smith等［36］針對(duì)不同定義方法對(duì)跑支撐階段跖趾關(guān)節(jié)特征的影響進(jìn)行分析后認(rèn)為，相比傳統(tǒng)的直線軸定義法，利用第一至第二跖趾關(guān)節(jié)中心的連線與第二至第五跖趾關(guān)節(jié)中心的連線所組成雙軸線建立跖趾關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，能夠更加準(zhǔn)確地獲取跖趾關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)特征。以上不難發(fā)現(xiàn)，在走、跑、跳過(guò)程中，相比人體下肢其它大關(guān)節(jié)，無(wú)論是運(yùn)動(dòng)鞋條件還是測(cè)量手段，都能最終影響跖趾關(guān)節(jié)活動(dòng)度的準(zhǔn)確獲取。據(jù)此，在體育科學(xué)領(lǐng)域研究跖趾關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)功能表現(xiàn)時(shí)，需要準(zhǔn)確定義跖趾關(guān)節(jié)，并盡量減小鞋因素對(duì)該關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能的影響。

跖趾關(guān)節(jié)的屈伸會(huì)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)功能、力學(xué)特征以及下肢其它關(guān)節(jié)代償產(chǎn)生重要影響［14，20，24］，而其穩(wěn)定性的破壞會(huì)引起包括跖趾關(guān)節(jié)活動(dòng)度的減小［31］、局部足底壓力的變化［22］、關(guān)節(jié)周圍應(yīng)力的增加［23］等在內(nèi)的前足生物力學(xué)特征的改變，進(jìn)而嚴(yán)重影響足部的運(yùn)動(dòng)功能并引起下肢的功能代償。Menz等［27］對(duì)172名志愿者進(jìn)行跖趾關(guān)節(jié)足底壓力及關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)量，分析比較兩者之間的關(guān)系，認(rèn)為跖趾關(guān)節(jié)活動(dòng)度與足底壓力相關(guān)系數(shù)為0.85。Budhabhatti等［11］通過(guò)三維有限元建模研究發(fā)現(xiàn)，完全限制第一跖趾關(guān)節(jié)屈伸其跖趾承受的壓力會(huì)增加223%。武明等［6］通過(guò)約束跖趾關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)來(lái)觀察步態(tài)特征的變化，發(fā)現(xiàn)下肢各關(guān)節(jié)甚至軀干等均對(duì)約束后的協(xié)調(diào)行走產(chǎn)生貢獻(xiàn)，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償主要發(fā)生在踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)，其平均步速和步長(zhǎng)為正常情況的94.8%和95.5%，同時(shí)，足尖離地前足部產(chǎn)生的向前推進(jìn)力矩受影響。

由此可見，跖趾關(guān)節(jié)對(duì)于人體正?；顒?dòng)的重要性無(wú)容置疑，但長(zhǎng)期以來(lái)，在描述下肢運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常都只關(guān)注髖、膝、踝三大關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)特征以及產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)肌，或干脆把足作為一個(gè)整體環(huán)節(jié)對(duì)待。對(duì)于足的運(yùn)動(dòng)最多也只涉及距上（踝）關(guān)節(jié)和距下關(guān)節(jié)，而忽略了跖趾關(guān)節(jié)作為地面與人體下肢之間的關(guān)節(jié)鏈接（joint link），在蹬離地面、推進(jìn)人體快速向前（或向上）中的作用［7］。

從關(guān)節(jié)功能解剖角度出發(fā)，在提踵或跑、跳蹬離地面的過(guò)程中，除了小腿三頭肌外，合拉力線跨過(guò)跖趾關(guān)節(jié)額狀軸后方的趾屈?。╰oe flexor muscles，TFM），包括趾長(zhǎng)屈肌、長(zhǎng)屈肌等，在遠(yuǎn)固定時(shí)收縮使除趾骨部分外足的所有部分在跖趾關(guān)節(jié)處產(chǎn)生伸，可增加向前的推動(dòng)力，對(duì)加大步幅和加快跑速起重要作用［5］。有研究表明，正常步態(tài)的蹬伸期，趾長(zhǎng)屈肌和長(zhǎng)屈肌所產(chǎn)生的肌力可達(dá)體重的61%［22］。

從力學(xué)角度而言，人體的跑、跳運(yùn)動(dòng)主要由足與地面接觸產(chǎn)生的反作用力所引起。足后跟的離地、踝關(guān)節(jié)的跖屈以及跖趾關(guān)節(jié)的伸共同完成了足部的向前推進(jìn)。在此階段，地面反力的作用點(diǎn)遠(yuǎn)離跖趾關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，并在跖趾關(guān)節(jié)處產(chǎn)生了使其伸展的力矩。有研究顯示，走、跑時(shí)跖趾關(guān)節(jié)的伸力矩為20～40Nm，而在水平及垂直跳時(shí)則達(dá)75～150Nm［30，38，39］。與此同時(shí)，人體下肢的趾屈肌被激活，產(chǎn)生主動(dòng)趾屈肌力來(lái)對(duì)抗上述伸力矩，并調(diào)整身體的角動(dòng)量來(lái)維持姿態(tài)的平衡（圖2）［18］。因此，從力學(xué)原理出發(fā)，跖趾關(guān)節(jié)的伸和趾屈肌的力量能夠?qū)ψ藨B(tài)的控制產(chǎn)生潛在的積極作用。然而，在真正的急速跑、跳等過(guò)程中，跖趾關(guān)節(jié)的這一效果是否突出，是否足以影響人體表現(xiàn)，以及人為改變跖趾關(guān)節(jié)的某一生物力學(xué)因素，如支撐點(diǎn)位置、關(guān)節(jié)活動(dòng)大小等，人體下肢的其它關(guān)節(jié)又會(huì)產(chǎn)生何種相應(yīng)的變化，這種變化對(duì)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn)又將如何等等，這一系列問(wèn)題的探究顯然有助于深入理解跖趾關(guān)節(jié)本身的運(yùn)動(dòng)功能以及和運(yùn)動(dòng)成績(jī)之間可能存在的相互關(guān)系。

圖2 短跑快速蹬離地面時(shí)，支撐腿踝關(guān)節(jié)跖屈和跖趾關(guān)節(jié)伸示意圖Figure 2.Schematic diagram of ankle plantar flexion and MPJ dorsal flexion of the support leg in high accelerating movements due to a forward lean of the body

3 跖趾關(guān)節(jié)的能量學(xué)及運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)

在人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，做功的能力代表了能量的大小。在力學(xué)領(lǐng)域，能量通常用機(jī)械能表示，包括平動(dòng)動(dòng)能、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能、勢(shì)能、形變能等，它們之間的轉(zhuǎn)化遵循能量守恒定律［4，45］。當(dāng)今如何有效地增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員的功-能平衡（workenergy balance）以及合理利用機(jī)械能，已成為提高競(jìng)技體育運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的關(guān)鍵［29，40］，其主要途徑包括以下三個(gè)方面:1）能量的儲(chǔ)存和回傳（store and return energy）；2）減小能量的損失（minimize energy loss）；3）優(yōu)化肌肉功能（optimize muscle function）。

在短跑、跳躍類項(xiàng)目中，運(yùn)動(dòng)員通過(guò)吸收和產(chǎn)生機(jī)械能完成向前／上的推進(jìn)［12，15］。除去肌-骨骼系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，對(duì)于跖趾關(guān)節(jié)而言，由于它在蹬離地面前始終保持伸展，其能量的利用形式主要以吸收（absorb）為主，幾乎不產(chǎn)生能量回傳［34，41］。Stefanyshyn等［38］發(fā)現(xiàn)，下肢的髖、膝、踝在此過(guò)程中所吸收和產(chǎn)生的能量相差不大，如踝關(guān)節(jié)在4m／s的跑速下吸收和產(chǎn)生的能量分別是47.8J和61.7J，膝關(guān)節(jié)則為43.2J和27.9J。但到了跖趾關(guān)節(jié)處卻幾乎損失了所有的能量（吸收與產(chǎn)生之比為70∶1），并且所吸收的能量在短跑高速跑階段甚至占到下肢四關(guān)節(jié)（髖、膝、踝、跖趾）總能量的32%，成為吸收能量的主要關(guān)節(jié)之一。相似的結(jié)果也出現(xiàn)在垂直跳過(guò)程中，跖趾關(guān)節(jié)仍然以吸收為主，而對(duì)于能量產(chǎn)生的貢獻(xiàn)幾乎為零［41］。

現(xiàn)階段，體育領(lǐng)域的生物力學(xué)家和教練員開始重新探索上述功—能平衡策略在跖趾關(guān)節(jié)處的運(yùn)用，即倘若減小跖趾關(guān)節(jié)在伸時(shí)因?yàn)槲斩鴵p失的能量，會(huì)不會(huì)由此而提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)？類似的研究曾表明，在輪滑或競(jìng)速滑中，運(yùn)動(dòng)員的足部需要消耗額外的能量以增加踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定，而損失的這部分能量確實(shí)會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)成績(jī)產(chǎn)生直接的聯(lián)系［28］。然而到目前為止，國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有相關(guān)跖趾關(guān)節(jié)能量學(xué)的報(bào)道，但國(guó)際上已有不少文獻(xiàn)把“減小能量損失”這一策略運(yùn)用 到 跖 趾 關(guān) 節(jié) 與 運(yùn) 動(dòng) 表 現(xiàn) 的 研 究 中［37，41］。Stefanyshyn等［37］發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變跖趾關(guān)節(jié)的屈伸特性能夠影響短跑運(yùn)動(dòng)員40m沖刺跑的成績(jī)，并把這一結(jié)果部分歸因于能量損失的改變，但值得注意的是，該結(jié)果可能會(huì)因?yàn)槭茉囌唧w重、身高和運(yùn)動(dòng)等級(jí)的不同而產(chǎn)生差異。此外，適當(dāng)?shù)孽胖宏P(guān)節(jié)屈伸還能夠有效減小長(zhǎng)時(shí)間的有氧代謝（近1%），提高整體的跑步經(jīng)濟(jì)性（running economy）［34，44］

不可否認(rèn)，支撐期跖趾關(guān)節(jié)的伸是引起能量在該關(guān)節(jié)以吸收為主的力學(xué)原因［21］。例如，單腿跳過(guò)程中，跖趾關(guān)節(jié)吸收了24J左右的能量，在不考慮空氣阻力、動(dòng)作技術(shù)等因素，這部分能量恰恰能夠讓一個(gè)普通人垂直跳的高度增加3.5cm［39］?；诖丝紤]，通過(guò)增加跖趾關(guān)節(jié)屈伸剛度，理論上能夠改變關(guān)節(jié)做功，從而減小在該關(guān)節(jié)處的能量損失。研究表明，在跑步時(shí)（4m／s）穿著不同跖趾剛度的運(yùn)動(dòng)鞋，跖趾關(guān)節(jié)的伸展角度以及關(guān)節(jié)功率隨著剛度的增加而逐漸減小（圖3），同時(shí)損失的能量也相應(yīng)減少（圖3右曲線下的面積即跖趾關(guān)節(jié)所做的負(fù)功）［39，41］。類似的結(jié)果也出現(xiàn)在跳躍類的測(cè)試中:通過(guò)增加鞋底的剛度可以減小在跖趾關(guān)節(jié)處36.7%的能量損失，并提高約1.7cm的垂直跳高度［41］。

另一方面，雖然增加跖趾關(guān)節(jié)的屈伸剛度能夠在一定程度上對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的提高產(chǎn)生積極的作用［10，42］，但鑒于影響運(yùn)動(dòng)成績(jī)的因素太多，跖趾關(guān)節(jié)作為支撐末期的最后施力關(guān)節(jié)，與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)之間特別是與下肢其它各關(guān)節(jié)力學(xué)特征、能量之間的內(nèi)在聯(lián)系尚未被完全建立。此外，亦存在不同運(yùn)動(dòng)員由于運(yùn)動(dòng)鞋的舒適性、小腿三頭肌肌力等的不同，對(duì)跖趾關(guān)節(jié)屈曲程度的適應(yīng)以及效果產(chǎn)生個(gè)體差異（subject specific）［37］。由此可見，利用減小關(guān)節(jié)能量的損失有效促進(jìn)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的內(nèi)在機(jī)制依然值得深入研究，為我們更全面地認(rèn)識(shí)跖趾關(guān)節(jié)、有效利用能量、提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)開辟新的思路。

圖3 受試者穿著不同屈伸剛度運(yùn)動(dòng)鞋在跑步支撐期的跖趾關(guān)節(jié)角度變化圖（左）和關(guān)節(jié)功率變化圖（右）Figure 3.Stance Phase Metatarsophalangeal Joint Angle（left）and Power（right）for a Typical Running SubjectWhile Wearing Shoes of Different Stiffness

4 跖趾關(guān)節(jié)的訓(xùn)練和相關(guān)鞋具研究

跖趾關(guān)節(jié)肌群與髖、膝關(guān)節(jié)周圍肌群相比，屬于弱小肌群，通常只能在大肌群綜合訓(xùn)練時(shí)得到間接訓(xùn)練，但訓(xùn)練效果不佳，同時(shí)其力量的消退速度較快［35］。因此，從訓(xùn)練學(xué)角度出發(fā)，必須對(duì)跖趾關(guān)節(jié)的屈伸肌包括提踵時(shí)小腿三頭肌的發(fā)力進(jìn)行專門的負(fù)荷訓(xùn)練，才能獲得較大肌力，使整個(gè)身體的專項(xiàng)力量能力保持平衡［2］。

到目前為止，由于關(guān)注跖趾關(guān)節(jié)功能的研究在國(guó)內(nèi)并不多，有關(guān)其專項(xiàng)力量訓(xùn)練包括訓(xùn)練器材和運(yùn)動(dòng)裝備的開發(fā)僅有一篇。顏彤丹等人［8］針對(duì)速滑運(yùn)動(dòng)員跖趾關(guān)節(jié)肌群及相關(guān)踝關(guān)節(jié)肌肉的訓(xùn)練，自主研發(fā)了斜角杠鈴器、臥蹬訓(xùn)練器以及適用于強(qiáng)化跖趾關(guān)節(jié)力量的單腿側(cè)蹬訓(xùn)練器和雙滑道滑板模擬訓(xùn)練器等，同時(shí)提出了相應(yīng)的訓(xùn)練方法，為速滑運(yùn)動(dòng)員跖趾關(guān)節(jié)包括踝關(guān)節(jié)在內(nèi)的肌群力量能力訓(xùn)練提供了途徑。然而，由于研究者并沒(méi)有對(duì)訓(xùn)練效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此，其訓(xùn)練方式的合理性和科學(xué)性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

而在歐美等競(jìng)技水平發(fā)達(dá)的國(guó)家，不少教練員針對(duì)具有蹬離動(dòng)作的短跑和跳躍項(xiàng)目，均強(qiáng)調(diào)對(duì)跖趾關(guān)節(jié)屈伸活動(dòng)度以及趾屈肌力量的訓(xùn)練［19］。德國(guó)科隆體育大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)研發(fā)跖趾關(guān)節(jié)屈伸力量訓(xùn)練器（圖4，重測(cè)信度為0.91），對(duì)趾屈肌進(jìn)行為期7周的最大等長(zhǎng)收縮肌力訓(xùn)練（90%MVC）后發(fā)現(xiàn)，除趾屈力矩明顯增加外，折返跑的時(shí)間縮短且跳遠(yuǎn)成績(jī)也顯著增加，提示跖趾關(guān)節(jié)趾屈肌在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的力量訓(xùn)練后，能夠?qū)\(yùn)動(dòng)表現(xiàn)產(chǎn)生積極的影響［17，19］。研究者認(rèn)為，跖趾關(guān)節(jié)部位肌肉力量的增加，可協(xié)調(diào)腳后跟離地，同時(shí)，獲得較強(qiáng)的支撐反作用力，促使身體快速離開地面［9］，此外，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的訓(xùn)練，還能改變跖趾關(guān)節(jié)的支持，影響重心的騰起角度進(jìn)而改變運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)［17］。

圖4 德國(guó)科隆體育大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的跖趾關(guān)節(jié)力量訓(xùn)練器Figure 4.Custom Made Dynamometers Designed to Determine MPJ Moments

另一方面，周期性訓(xùn)練理論提示，只有當(dāng)某一關(guān)節(jié)周圍所有肌群的平衡發(fā)展，才能有效提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和預(yù)防損傷的發(fā)生［25］。裸足訓(xùn)練（barefoot training）作為近幾年被歐美高水平教練所采用的新型訓(xùn)練方式，能夠同時(shí)改善踝關(guān)節(jié)周圍的大（腓腸?。?、?。ū饶眶~肌、腓骨長(zhǎng)肌、跖趾關(guān)節(jié)屈伸肌）肌群的力量［32］。但是，讓運(yùn)動(dòng)員長(zhǎng)時(shí)間在普通的硬地上進(jìn)行赤足的跑、跳訓(xùn)練很難實(shí)現(xiàn)。因此，現(xiàn)階段由裸足訓(xùn)練理論衍生出的各種模擬裸足運(yùn)動(dòng)鞋（minimal shoes），如adidas公司生產(chǎn)的feet you wear概念鞋、Nike公司推出的Nike Free系列訓(xùn)練鞋、Vibram研發(fā)的FiveFingers五指鞋等，其目的就是為了模仿裸足狀態(tài)或模擬裸足跑時(shí)足部的運(yùn)動(dòng)特征變化，改變足部肌肉形態(tài)，增加相應(yīng)肌群肌力。Potthast等［33］發(fā)現(xiàn)，通過(guò)穿著Nike Free鞋進(jìn)行6個(gè)月的跑、跳、沖刺等動(dòng)作訓(xùn)練，能夠提高約20%的趾屈肌力量，減小7%的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)范圍（active path of motion），同時(shí)增加長(zhǎng)屈肌、外展肌等相關(guān)肌群的體積，為提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和預(yù)防損傷提供了可能。此外，通過(guò)對(duì)專項(xiàng)訓(xùn)練鞋的改進(jìn)，使跖趾關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)表現(xiàn)在某些指標(biāo)下（離地瞬間關(guān)節(jié)角度、蹬伸期最大角速度等）甚至優(yōu)于裸足，更有利于跖趾關(guān)節(jié)的屈伸功能，提高專項(xiàng)動(dòng)作中的蹬地效果［43］。李路、劉宇等［3］發(fā)現(xiàn)，增加鞋底剛度會(huì)顯著減小運(yùn)動(dòng)員垂直縱跳過(guò)程中跖趾關(guān)節(jié)的最大伸速度，同時(shí)間接影響下肢其他三關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)表現(xiàn)。

綜上所述，采用適當(dāng)屈伸剛度的運(yùn)動(dòng)鞋既不會(huì)改變前足的易屈伸性，又能輔助提高蹬地效率，這就要求跖趾關(guān)節(jié)本身的屈伸剛度和運(yùn)動(dòng)鞋剛度達(dá)到高度一致［30，43］。由此可見，運(yùn)動(dòng)鞋設(shè)計(jì)人員應(yīng)該聯(lián)合體育科學(xué)、材料科學(xué)和人體工效學(xué)領(lǐng)域的專家，來(lái)共同找尋蹬地時(shí)鞋底、鞋面屈伸位置和最佳屈伸剛度的關(guān)系，保證運(yùn)動(dòng)鞋在損傷防護(hù)和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)兩方面發(fā)揮最大功效。

5 總結(jié)與展望

無(wú)論是作為大眾健身運(yùn)動(dòng)中最基本的方式:走、跑、跳，還是競(jìng)技體育領(lǐng)域中足、籃、排、羽、網(wǎng)的急停、急轉(zhuǎn)、急起，支撐末期的足部運(yùn)動(dòng)都是以跖趾關(guān)節(jié)作為轉(zhuǎn)動(dòng)中心產(chǎn)生較大的伸展角位移，并使足底面沿地面滾動(dòng)，最終推動(dòng)身體向前［16，36］。然而，跖趾關(guān)節(jié)作為人體末端關(guān)節(jié)，由于解剖結(jié)構(gòu)和部位的特殊，其運(yùn)動(dòng)功能一直未被很好地理解和應(yīng)用。

現(xiàn)階段，如何提升跖趾關(guān)節(jié)屈伸的力學(xué)作用，有效減少跖趾關(guān)節(jié)能量吸收，并最終達(dá)到改善疲勞、提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的目標(biāo)，已成為探索跖趾關(guān)節(jié)功能的關(guān)鍵。此外，通過(guò)外加干預(yù)因素，如跖趾關(guān)節(jié)屈伸剛度的改變和長(zhǎng)期進(jìn)行跖趾關(guān)節(jié)力量訓(xùn)練等，確實(shí)能夠改變下肢各關(guān)節(jié)的力學(xué)特征，并影響關(guān)節(jié)能量的吸收和利用，但對(duì)于能否最大限度地增加運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，減少和預(yù)防可能引起的運(yùn)動(dòng)傷害等一系列問(wèn)題仍不明朗。由此可見，跖趾關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)功能和生物力學(xué)特性，包括與能量貢獻(xiàn)及運(yùn)動(dòng)能力之間的關(guān)系等新特征和新理論，均為理解和優(yōu)化人體運(yùn)動(dòng)的發(fā)展開辟了新方向，并可藉此進(jìn)一步延伸應(yīng)用到相關(guān)訓(xùn)練理論、體育器械和運(yùn)動(dòng)裝備的開發(fā)研究中。

［1］柏樹令，應(yīng)大君.系統(tǒng)解剖學(xué)［M］.北京:人民衛(wèi)生出版社，2001:62-63.

［2］常穎.淺談跖趾關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)作用［J］.阜陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1995，25（3）:75-76.

［3］李路，劉宇，傅維杰.不同跳躍動(dòng)作下運(yùn)動(dòng)鞋對(duì)跖趾關(guān)節(jié)及髖、膝、踝運(yùn)動(dòng)學(xué)表現(xiàn)的影響［C］.南京:第十五屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)學(xué)術(shù)交流大會(huì)論文摘要匯編，2012.

［4］陸愛云.運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)［M］.北京:人民體育出版社，2010:95-98.

［5］潘珊珊，于新凱.運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)［M］.北京:人民體育出版社，2007:154-155.

［6］武明，季林紅，金德聞，等.人體跖趾關(guān)節(jié)彎曲對(duì)行走步態(tài)特征的影響［J］.中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志，2001，16（6）:8-12.

［7］魏勇.運(yùn)動(dòng)鞋對(duì)羽毛球典型步法中跖趾關(guān)節(jié)和后足穩(wěn)定性的影響［J］.體育科學(xué)，2009，29（10）:89-97.

［8］顏彤丹，宋文利，楊春杯.速滑運(yùn)動(dòng)員強(qiáng)化踝、跖趾關(guān)節(jié)肌群力量能力訓(xùn)練的器械與方法［J］.冰雪運(yùn)動(dòng)，2002，24（3）:74-76.

［9］BRüGGEMANN G P，GOLDMANN J，POTTHAST W.Effects and evaluation of functional footwear［C］.Leipzig:Orthop?die and Rehatechnik Kongress，2008.

［10］BRüGGEMANN G P，POTTHAST W，GOLDMANN J，et al.Impact of increased FHL muscle strength on gait mechanics and performance［C］.XIth Nike Global Res Symposium，Portland，2009.

［11］BUDHABHATTI S P，ERDEMIR A，PETRE M，et al.Finite element modeling of the first ray of the foot:a tool for the design of interventions［J］.J Biomech Eng，2007，129（5）:750-756.

［12］CHAPMAN A E，CALDWELL G E.Kinetic limitations of maximal sprinting speed［J］.J Biomech，1983，16（1）:79-83.

［13］CREIGHTON D，OLSON V L.Evaluation of range of motion of the first metatarsophalangeal joint in runners with plantar faciitis［J］.J Orthop Sports Phys Ther，1987，8（7）:357-361.

［14］ERDEMIR A，HAMEL A J，F(xiàn)AUTH A R，et al.Dynamic loading of the plantar aponeurosis in walking［J］.J Bone Joint Surg Am，2004，86-A（3）:546-552.

［15］FUKUNAGA T，MATSUO A，ICHIKAWA M.Mechanical energy output and joint movements in sprint running［J］.Ergonomics，1981，24（10）:765-772.

［16］GOLDMANN J-P，POTTHAST W，BRüGGEMANN G-P.Athletic training with minimal footwear strengthens toe flexor muscles［J］.Footwear Sci，2013，5（1）:19-25.

［17］GOLDMANN J，SANNO M，WILLWACHER S，et al.Effects of increased toe flexor muscle strength to foot and ankle function in walking，running and jumping［J］.Foot Sci，2011，3（S1）:59-60.

［18］GOLDMANN J P，BRüGGEMANN G P.The potential of human toe flexor muscles to produce force［J］.J Anat，2012，221（2）:187-194.

［19］GOLDMANN J P，SANNO M，WILLWACHER S，et al.The potential of toe flexor muscles to enhance performance［J］.J Sports Sci，2013，31（4）:424-433.

［20］HARTON F M，WEISKOPF S A，GOECKER R M.Sectioning the plantar fascia.Effect on first metatarsophalangeal joint motion［J］.J Am Podiatr Med Assoc，2002，92（10）:532-536.

［21］HOPKINSON N，CAINE M，TOON D.The Effect of Shoe Bending Stiffness on Predictors of Sprint Performance［M］.Impact Technol Sport II:Taylor Francis，2007.

［22］JACOB H A.Forces acting in the forefoot during normal gait--an estimate［J］.Clin Biomech （Bristol，Avon），2001，16（9）:783-792.

［23］KIRANE Y M，MICHELSON J D，SHARKEY N A.Contribution of the flexor hallucis longus to loading of the first metatarsal and first metatarsophalangeal joint［J］.Foot Ankle Int，2008，29（4）:367-377.

［24］LAROCHE D，POZZO T，ORNETTI P，et al.Effects of loss of metatarsophalangeal joint mobility on gait in rheumatoid arthritis patients［J］.Rheumatol（Oxford），2006，45（4）:435-440.

［25］MARTIN M A，HALLMARK K C，SHARKEY F E.Periodic review of pathology training program teaching files:aquality improvement study［J］.Am J Clin Pathol，2010，134（2）:332-334.

［26］MARTINI F，OBER W C，GARRISON C W，et al.Fundamentals of anatomy ＆physiology［M］.New Jersey:Prentice Hall，2001:352-355.

［27］MENZ H B，MORRIS M E.Clinical determinants of plantar forces and pressures during walking in older people［J］.Gait Posture，2006，24（2）:229-236.

［28］NIGG B M.Impact forces，soft-tissue vibrations，and muscle tuning［M］.Calgary，Alberta，Canada:Topline Printing Inc.，2011.

［29］NIGG B M，MACINTOSH B R，MESRER J.Biomechanics and Biology of Movement［M］.Champaign:Human Kinetics Publishers，2000.

［30］OLESON M，ADLER D，GOLDSMITH P.A comparison of forefoot stiffness in running and running shoe bending stiffness［J］.J Biomech，2005，38（9）:1886-1894.

［31］PHILLIPS R D，LAW E A，WARD E D.Functional motion of the medial column joints of the foot during propulsion［J］.J Am Podiatr Med Asso，1996，86（10）:474-486.

［32］PINNINGTON H C，DAWSON B.Running economy of elite surf iron men and male runners，on soft dry beach sand and grass［J］.Eur J Appl Phys，2001，86（1）:62-70.

［33］POTTHAST W，NIEHOFF A，BRAUNSTEIN B，et al.Changes in morphology and function of toe flexor muscles are related to training footwear［C］.Cleveland:7thSymposium Footwear Biomechanics，2005.

［34］ROY J P，STEFANYSHYN D J.Shoe midsole longitudinal bending stiffness and running economy，joint energy，and EMG［J］.Med Sci Sports Exe，2006，38（3）:562-569.

［35］SAMSON W，DOHIN B，DESROCHES G，et al.Foot mechanics during the first six years of independent walking［J］.J Biomech，2011，44（7）:1321-1327.

［36］SMITH G，LAKE M，LEES A，et al.Measurement procedures affect the interpretation of metatarsophalangeal joint function during accelerated sprinting［J］.J Sports Sci，2012，30（14）:1521-1527.

［37］STEFANYSHYN D，F(xiàn)USCO C.Increased shoe bending stiffness increases sprint performance［J］.Sports Biomech，2004，3（1）:55-66.

［38］STEFANYSHYN D J，NIGG B M.Mechanical energy contribution of the metatarsophalangeal joint to running and sprinting［J］.J Biomech，1997，30（11-12）:1081-1085.

［39］STEFANYSHYN D J，NIGG B M.Contribution of the lower extremity joints to mechanical energy in running vertical jumps and running long jumps［J］.J Sports Sci，1998，16（2）:177-186.

［40］STEFANYSHYN D J，NIGG B M.Energy aspects associated with sport shoes［J］.Sportverletz Sportschaden，2000，14（3）:82-89.

［41］STEFANYSHYN D J，NIGG B M.Influence of midsole bending stiffness on joint energy and jump height performance［J］.Med Sci Sports Exe，2000，32（2）:471-476.

［42］TINOCO N，BOURGIT D，MORIN J-B.Influence of midsole metatarsophalangeal stiffness on jumping and cutting movement abilities［J］.Proc.IMechE Part P:J Sports Engin Techn，2010，224（P3）:209-217.

［43］WEI Y，LIU Y，TIAN M，et al.Effects of Different Footwear on the Metatarsophalangeal Joint during Push-off in Critical Badminton Footwork［J］.J Med Biological Engine，2009，29（4）:172-176.

［44］WILLIAMS B J，CAINE M P.Effects of Shoe midsole bending stiffness on running economy in highly-trained triathletes［M］.Melbourne:RMIT University Press，2009.

［45］WINTER D A.Calculation and interpretation of mechanical energy of movement［J］.Exe Sport Sci Rev，1978，6:183-201.