張瑞全

（滁州城市職業(yè)學(xué)院，安徽 滁州 239000）

一、資料與方法

（一）一般資料

跑步時(shí)通常有三種不同的著地方式：腳尖著地（forefoot strike，F(xiàn)FS）、前腳掌著地（midfoot strike，MFS）和腳跟著地（heelfoot strike，HFS）。在無(wú)外力干擾的情況下，人在地球表面主要受到兩種力的作用，一種是由于地球引力而產(chǎn)生的重力，一種就是來(lái)自于地面的反作用力。如若把人看成一個(gè)整體來(lái)說(shuō)，這些力的作用是垂直與地面的，但是人體也可以看成由很多零件組成的，骨骼承受的力作用并不明顯，各種力的作用主要明顯的體現(xiàn)在人體關(guān)節(jié)處。由于人處于不斷的運(yùn)動(dòng)之中，關(guān)節(jié)承受的力因活動(dòng)而不再是簡(jiǎn)單的垂直向上向下，形成了各種拉伸力、壓迫力、剪切力或各種復(fù)合力。因而跑步時(shí)不同的著地方式對(duì)人體下肢有不同的影響。早期人們普遍認(rèn)為腳后跟著地的跑步方式是最正確的跑步方式，實(shí)際調(diào)查表明確實(shí)是跑步時(shí)腳跟著地的人占絕對(duì)性壓倒優(yōu)勢(shì)，占80%。腳尖著地最少占8%，前腳掌著地的占比居中。支持腳后跟落地的人群甚至杜撰了一系列完整的理論，認(rèn)為腳后跟因?yàn)橛腥庖蚨懈玫木彌_作用。其實(shí)不然，腳底部位的脂肪厚度基本是一致的，并沒(méi)有什么明顯區(qū)別。人們對(duì)腳跟著地方式的熱愛(ài)來(lái)自于生活中走路喜歡用腳跟著地，這也得益于我們穿的鞋子通常對(duì)腳后跟起到了很好的保護(hù)作用。拋去鞋子的作用采用宏觀醫(yī)學(xué)和生物力學(xué)的視角來(lái)看，結(jié)果會(huì)有顯著的不同。

（二）研究方法

采用征集志愿者方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)分為兩項(xiàng)，一項(xiàng)運(yùn)用測(cè)重力設(shè)備進(jìn)行測(cè)試研究受試者體重與落地時(shí)所受的反作用力（Ground Reaction Force，簡(jiǎn)稱GRF）的關(guān)系。一項(xiàng)研究地面反作用力對(duì)整個(gè)下肢關(guān)節(jié)的整體影響。

1、運(yùn)用測(cè)重力設(shè)備進(jìn)行測(cè)試研究受試者體重與落地時(shí)所受的反作用力（Ground Reaction Force，簡(jiǎn)稱GRF）的關(guān)系。為了更加直觀真實(shí)的發(fā)現(xiàn)不同著地方式對(duì)跑步支撐期下肢生物力學(xué)特征的影響，我們分別做了三組實(shí)驗(yàn)。第一組實(shí)驗(yàn)，我們征集了30名受試者，近1年均無(wú)下肢損傷病史，10人為一組分別運(yùn)用不同的著地方式進(jìn)行跑步運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用測(cè)重力設(shè)備進(jìn)行測(cè)試研究受試者體重與落地時(shí)所受的反作用力（Ground Reaction Force，簡(jiǎn)稱 GRF）的關(guān)系。

2、研究地面反作用力對(duì)整個(gè)下肢關(guān)節(jié)的整體影響 在采集相關(guān)反作用數(shù)據(jù)研究的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步研究地面反作用力對(duì)整個(gè)下肢關(guān)節(jié)的整體影響，我們采用8鏡頭紅外高速運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)(Motion Analysis Raptor-4,USA,200Hz)及三維測(cè)力臺(tái)(Kistler 9281CA,Switzerland,1000Hz)同步采集了受試者跑步步態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù),進(jìn)行相關(guān)的下肢生物力學(xué)研究。由于腳尖著地方式主要應(yīng)用于短跑運(yùn)動(dòng)員，并不適合長(zhǎng)期使用也不符合大眾健身的需要，我們這次實(shí)驗(yàn)只針對(duì)前腳掌著地方式和足跟類著地方式進(jìn)行，分別采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)和配對(duì)T檢驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，統(tǒng)計(jì)分析的顯著性標(biāo)準(zhǔn)定為一類誤差概率不大于0.05。

二、結(jié)果

（一）運(yùn)用測(cè)重力設(shè)備進(jìn)行測(cè)試研究受試者體重與落地時(shí)所受的反作用力 （Ground Reaction Force，簡(jiǎn)稱GRF）的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖:

A1組是由采用腳尖著地跑步方式的受試人群組成，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看腳尖落地時(shí)間較短，落地90m左右地面對(duì)身體造成的沖擊力最大，整個(gè)曲線近似拋物線趨勢(shì)，只有一個(gè)小高峰。

A2組是由采用前腳掌著地跑步方式的受試人群組成，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看落地時(shí)間較腳尖著地方式所用的時(shí)間長(zhǎng)長(zhǎng)，線型也是近似拋物線形式，只有一個(gè)峰值且峰值與A1組近似，但整體趨勢(shì)較A1組緩和。

A2組是由采用前腳掌著地跑步方式的受試人群組成，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看落地時(shí)間與前腳掌著地方式所用時(shí)間近似，整體線型起伏較大，有兩個(gè)高峰值，第一高峰趨勢(shì)陡峭，下降后回升較緩。

三組實(shí)驗(yàn)人員均在統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，足型標(biāo)準(zhǔn)且無(wú)外穿鞋襪，最大程度上排除了外來(lái)因素的干擾。由上述三圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以直觀明顯地看到三種不同著地方式對(duì)人體產(chǎn)生的反作用力的差異?？v軸表示地面反作用力的大小，它和體重是倍數(shù)關(guān)系。三組實(shí)驗(yàn)人員在跑步過(guò)程中地面對(duì)腳產(chǎn)生的反作用力都至少是自身的兩倍體重。橫軸表示的時(shí)間以毫秒為單位，在跑步過(guò)程中著地的時(shí)間，雖因人而異或因速而變化，但大多人會(huì)在300毫秒之內(nèi)（大約1/3秒）。腳尖著地方式因?yàn)樵谂懿竭^(guò)程中腳跟永不落地，也就是我們常說(shuō)的踮腳跑，著地時(shí)間明顯縮短，在200毫秒之內(nèi)，因而短跑運(yùn)動(dòng)員跑步姿勢(shì)一般都是典型的腳尖著地。圖三與圖二相較，曲線描繪出了從腳后跟著地至腳掌離開(kāi)面過(guò)程中地面反作用力的變化。第一個(gè)峰值我們也稱為被動(dòng)峰值，是由于腳后跟接觸地面的瞬間沖擊，地面給人身的反作用力，沖擊力峰值基本上能夠反映出此時(shí)地面對(duì)腳和小腿沖擊力并不弱，已經(jīng)達(dá)到接近人體體重2.2倍的沖力。第二個(gè)峰值我們也成為主動(dòng)峰值，一般出現(xiàn)在著地過(guò)程的中間時(shí)刻，此時(shí)沖擊力主要來(lái)自腳支撐身體的重量。很明顯第二次沖擊力峰值比第一次大，時(shí)間長(zhǎng)，這是很典型的現(xiàn)象[2]。但是就沖擊力對(duì)人體的傷害而言，被動(dòng)峰值點(diǎn)由于時(shí)間緊湊對(duì)人體的傷害往往比主動(dòng)峰值還要大，這就好比人們平時(shí)說(shuō)的緩沖前與緩沖后的區(qū)別。

（二）研究地面反作用力對(duì)整個(gè)下肢關(guān)節(jié)的整體影響結(jié)果

由此我們得出結(jié)論，（1）習(xí)慣足跟著地者跑步時(shí)下肢動(dòng)作與習(xí)慣前腳掌著地者有一定差異。例如,習(xí)慣足跟著地者著地后髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)和膝關(guān)節(jié)緩沖幅度更大,著地后地面垂直反作用力加載率更大,同時(shí)膝關(guān)節(jié)負(fù)荷也較大,但髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)負(fù)荷較小。（2）習(xí)慣足跟著地者即刻轉(zhuǎn)變?yōu)榍澳_掌著地后,與習(xí)慣前腳掌著地者的動(dòng)作存在差異。例如髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度依然較大,著地時(shí)膝關(guān)節(jié)屈角較大,但著地后地面垂直反作用力加載率更低,髖、膝、踝三關(guān)節(jié)負(fù)荷均更小。（3）足跟著地即刻轉(zhuǎn)變?yōu)榍澳_掌著地后,髖關(guān)節(jié)與膝關(guān)節(jié)負(fù)荷減少,但是踝關(guān)節(jié)負(fù)荷增加。

三、討論

（一）垂直沖擊力與跑步損傷發(fā)生率關(guān)系

結(jié)合兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明前腳掌著地方式中第一次沖擊力峰值的消失，是由于前腳掌著地方式，通過(guò)足弓、跟腱和小腿肌肉代替腳跟吸收了沖擊力。下肢更多是隨著前腳掌著地而緩沖，不是直接的硬碰硬，使垂直沖擊速率變的緩和。這與傳聞恰好相反，腳前掌落地比足跟落地更具有緩沖作用。研究顯示，高的垂直沖擊速率與下肢應(yīng)力性骨折有一定的聯(lián)系。研究結(jié)果也的確顯示了垂直沖擊力峰值越高、垂直沖擊速率越大，跑步損傷發(fā)生率越高。因此降低垂直沖擊速率，也就是說(shuō)學(xué)會(huì)緩沖，可以預(yù)防跑步損傷。這就是為什么高水平中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員所采用的動(dòng)作技術(shù)會(huì)要求運(yùn)動(dòng)員在著地后，膝關(guān)節(jié)要積極下壓，目的就是要增加緩沖。所以如果在沒(méi)有任何保護(hù)的前提下，用足跟著地方式進(jìn)行跑步訓(xùn)練無(wú)疑會(huì)對(duì)身體造成嚴(yán)重?fù)p傷，這好比赤手空拳打向墻面，拳頭會(huì)很快停下來(lái)，產(chǎn)生非常大的沖擊力，你的手會(huì)感到疼痛，甚至骨折。如果你帶上一副拳擊手套，用同樣的力打擊墻面，手套里面緩沖墊會(huì)緩沖沖擊力并在這段時(shí)間分散沖擊力，所以，你不會(huì)受傷并且手沒(méi)有骨折的危險(xiǎn)。覺(jué)得足跟跑步舒服應(yīng)該是發(fā)明鞋子后文明世界的產(chǎn)物。

另外即刻轉(zhuǎn)變習(xí)慣性著地方式后，由于之前習(xí)慣性原因和關(guān)節(jié)肌肉的習(xí)慣性契合，使得著地方式對(duì)下肢生物力學(xué)的影響有所偏差。因而要糾正跑步著地方式，即興無(wú)目的地自發(fā)改變是盲目的，沒(méi)有效果甚至是有害的。因?yàn)閺纳锪W(xué)分析角度來(lái)看，前腳掌著地方式的確比足跟落地方式有更好的緩沖作用，但這僅僅是從外力而言，從內(nèi)力而言（內(nèi)力主要是肌肉收縮力），前腳掌著地大大增肌了小腿、足底等部位肌肉等軟組織的緊張度，因?yàn)橹挥羞@些部位緊張收縮才能緩沖地面作用力，而習(xí)慣足跟落地的人群平時(shí)得不到很好的相應(yīng)肌肉鍛煉，當(dāng)前腳掌著地時(shí)就感覺(jué)小腿足底十分疲勞，當(dāng)我們用前腳掌著地奔跑時(shí)，小腿的肌肉、跟腱、足底腱膜此時(shí)發(fā)揮了較大的緩沖作用，換言之同時(shí)也增加了小腿三頭肌、跟腱、足底腱膜的拉應(yīng)力，甚至?xí)l(fā)小腿脛骨應(yīng)力綜合征、跟腱炎、足底筋膜炎等問(wèn)題。所以對(duì)于中足寬大，足弓正常，小腿柔韌性良好，改變著地方式可以一試，或許可以解決膝痛問(wèn)題。而對(duì)于那些患有跟腱炎，足底筋膜炎的跑友而言，前腳掌著地只會(huì)加重你的傷病。

（二）著地方式對(duì)人體下肢生物力學(xué)的影響

關(guān)于正規(guī)的跑步姿勢(shì)實(shí)際上早有研究，就是著名的pose跑步法。為了提高訓(xùn)練的效果和實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，我們聘請(qǐng)了專業(yè)的健身教練對(duì)習(xí)慣足跟跑的實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行了專門(mén)的指導(dǎo)訓(xùn)練。與習(xí)慣前腳掌著地者相比,習(xí)慣足跟著地者在經(jīng)過(guò)一個(gè)月的POSE跑法訓(xùn)練后,著地時(shí)下肢動(dòng)作更加接近習(xí)慣前腳掌著地者的跑步特征,但髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)受力的加載率降低。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明POSE跑法的訓(xùn)練可以使習(xí)慣足跟著地者成為前腳掌著地的跑步者,同時(shí)在跑步時(shí)還能進(jìn)一步降低髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的負(fù)荷。對(duì)于學(xué)不會(huì)前腳掌著地跑步姿勢(shì)的人員和本身患有足底筋膜損傷的人員，健身教練給出建議，可以改變步頻，或者是減小每步的幅度，如果步數(shù)小的話，腳跟著地方式本身是沒(méi)有問(wèn)題的，就如同我們平時(shí)走路更習(xí)慣于腳跟走路，卻很少有人因?yàn)樽呗范鹣轮珦p傷。對(duì)于健身教練提出的建議我們也做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明減小步幅對(duì)保護(hù)我們的膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)也有明顯的優(yōu)勢(shì)。對(duì)此我們分析，著地方式對(duì)人體下肢生物力學(xué)的影響關(guān)鍵是看跑步時(shí)我們的重心位置，要想保護(hù)我們的下肢不受損傷，關(guān)鍵是要使腳接觸地面時(shí)的位置應(yīng)當(dāng)在身體重心的正下方（或者說(shuō)基本在臀部正下方）。當(dāng)著地位置過(guò)于靠前，超過(guò)身體重心，膝蓋被迫伸直，才會(huì)導(dǎo)致更大的垂直沖擊速率，更大的垂直沖擊速率迫使身體在短時(shí)間內(nèi)吸收更大的來(lái)自地面的反作用力，也就是說(shuō)迫使骨骼、肌腱、肌肉非?？斓奈盏孛娴姆醋饔昧?，這樣就會(huì)增加損傷的可能性。最佳的步頻是在每分鐘180—190步之間，如果你的步頻170以下，可能就是跨大步，而跑步者自身無(wú)法覺(jué)察。所以使用節(jié)拍器，來(lái)調(diào)整跑步者的步頻很有必要，讓步頻加快，步幅縮小，有助于讓你的著地點(diǎn)不會(huì)偏離重心太遠(yuǎn)，這樣就可以有效減少地面的垂直沖擊速率。由此看來(lái)腳跟著地與膝傷沒(méi)有必然聯(lián)系，但是腳跟著地容易產(chǎn)生一種錯(cuò)誤跑姿——甩腿跑，這會(huì)導(dǎo)致在腳著地時(shí)膝蓋過(guò)直，著地點(diǎn)在身體重心的之前，這不僅產(chǎn)生了剎車效果，還使得著地瞬間沖擊直接作用于膝蓋，導(dǎo)致膝蓋受到?jīng)_擊力。越野跑名將杰里科和塔拉烏拉馬的跑者（原住民天生善跑者）?？幢荣惪梢园l(fā)現(xiàn)杰里科和塔拉烏拉馬的跑者著地方式是不同的，杰里科腳尖向上（腳跟著地），塔拉烏拉馬的跑者腳尖向下（前腳掌著地）。但有研究者研究發(fā)現(xiàn)兩者的跑步都非常有效率，他們的共同點(diǎn)是前腿觸擊地面都在臀部的正下方，此時(shí)他們的垂直沖擊速率最小。有趣的是杰里科（腳后跟著地）穿著跑鞋，而塔拉烏拉馬人穿著涼鞋。造成相關(guān)跑步損傷并不是由腳跟著地引起的，而是因?yàn)榭绱蟛剑绱蟛揭鹉_跟著地，而腳跟著地不一定是跨大步的）。同樣跑步姿勢(shì)的情況下，選擇適當(dāng)?shù)呐苄鼙Ｗo(hù)腳跟著地者的下肢。

綜上我們總結(jié)出，足跟跑更容易對(duì)下肢造成損傷，轉(zhuǎn)換跑步著地方式要循序漸進(jìn)，pose跑步法能夠很好的糾正著地方式，減少下肢損傷。在足跟著地方式不能選用的情況下，無(wú)論前腳掌著地，還是腳跟著地都是可以的，重要的是在于腳著地時(shí)位置應(yīng)當(dāng)在臀部的下方，且落地較為輕盈。前腳掌落地著地方式自然而然帶動(dòng)身體前傾，腿后拉，重心前移，可以自動(dòng)減少?zèng)_擊。腳跟著地方式80%會(huì)造成跨大步，腿前伸，重心后傾加重膝關(guān)節(jié)損傷。針對(duì)糾正腳跟著地跑姿問(wèn)題，建議不要選用后跟帶氣墊的鞋子，雖然目的在于緩沖地面對(duì)我們的沖擊力，但這樣會(huì)加重我們對(duì)用腳跟先著地方式的依賴。[4]剛開(kāi)始跑步時(shí)就要注重跑姿，應(yīng)用pose跑步法，剛開(kāi)始參加鍛煉的朋友，由于小腿肌肉不夠強(qiáng)壯，可以先跑一段再走一段，逐漸由全腳滾動(dòng)式著地過(guò)渡到全腳掌著地。在慢速跑步情況下，可以適當(dāng)選用足跟著地方式；在快速跑步中，中足著地能更加避免下肢損傷（中速跑步頻步幅往往加大）。