是推蹬還是滾動 滾動型跑鞋是否更能助跑

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作者:董智尚、陳韋翰、相子元

近來運動市場的新穎跑鞋如雨後春筍般出現,無論是外觀上的繽紛色彩或是特殊的結構設計,不知道身為跑者的你是否有觀察到一個趨勢:「跑鞋鞋頭上揚的趨勢日益明顯,尤其在厚底的跑鞋之中特為突出!」那麼這對跑步又會有什麼影響呢?是否厚底跑鞋上揚的鞋頭結構,真的對跑步時的順暢性有所幫助?該結構又會對跑步的姿態有什麼影響?本文將透過科學的方式,解析跑鞋設計對前足順暢性的影響。

跑步的滾動機制

為了揭開順暢性相關的疑惑,首先我們必須了解跑步著地的過程,可比擬為一個滾動的動作。從腳跟著地到離地,可分為三個滾動機制,腳跟滾動 (Heel rocker)、腳踝滾動 (ankle rocker) 以及前足滾動 (forefoot rocker)。腳跟滾動 (Heel rocker) 指腳跟初著地到全腳掌踩平;腳踝滾動 (ankle rocker) 指全腳掌貼平到腳跟抬起之前;前足滾動 (forefoot rocker) 則指腳跟抬起到腳掌完全離地。

由左至右依序是:腳跟滾動 (Heel rocker)、腳踝滾動 (ankle rocker)、前足滾動 (forefoot rocker)
由左至右依序是:腳跟滾動 (Heel rocker)、腳踝滾動 (ankle rocker)、前足滾動 (forefoot rocker)

著地時,若是腳掌的滾動過程不流暢,則會產生「卡卡」的感覺,使整體滾動動作的速度不平順,而有不佳的順暢感。其中較容易受跑鞋的影響的滾動為腳跟滾動及前足滾動,在此我們稱為「後足順暢」與「前足順暢」。本文將著重在前足順暢的部分。

或許你能直接感受到有些跑鞋順暢性的差異,但透過科學儀器的量測將能更清楚地看到差異,即量測前後方向足底壓力中心 (Center of pressure, COP) 移動的速度變化。2018年Lam等學者研究認為,良好的順暢感,COP前後方向速度變化應該是漸進式地增加,而並非突然地遽增,換言之,當前後方向COP移動速度的變化越平緩,表示滾動過程較不會突然大幅加速,而是平順的滾動。

延伸閱讀《慢跑鞋的順暢感》。

透過量測足底各部位的壓力大小,可計算出壓力中心(COP,即圖中的圓點);隨著跑步的滾動機制COP會由後至前移動,形成不同的速度變化,藉此可分析跑鞋的順暢性。

透過量測足底各部位的壓力大小,可計算出壓力中心(COP,即圖中的圓點);隨著跑步的滾動機制COP會由後至前移動,形成不同的速度變化,藉此可分析跑鞋的順暢性。

科學量測

本文選定六雙市售跑鞋,分為一般跑鞋組以及鞋頭上揚組。所謂一般跑鞋組是指無特別設計鞋頭上揚的結構,鞋內也無設計幫助滾動的硬板之鞋款;而鞋頭上揚組,即該跑鞋之設計底部較厚,且鞋頭有特別上揚的設計,試圖引導跑者在前足滾動時保持順暢感受,如同蹺蹺板一般。

一般跑鞋組 (NIKE Free RN 5.0, ASICS MetaRun, MIZUNO Wave Sky 3 Waveknit)
一般跑鞋組 (NIKE Free RN 5.0, ASICS MetaRun, MIZUNO Wave Sky 3 Waveknit)
鞋頭上揚組 (HOKA ONE ONE Carbon X, ASICS MetaRide, NIKE Air ZoomX Vaporfly Next%)
鞋頭上揚組 (HOKA ONE ONE Carbon X, ASICS MetaRide, NIKE Air ZoomX Vaporfly Next%)

一名跑步經驗豐富的測試員輪流穿著六雙市售跑鞋並於鞋墊處使用Pedar足底壓力系統,且於跑步機上以每小時10公里的時速 (10KPH) 跑步,每一雙鞋至少跑3分鐘以上,擷取穩定的足底壓力訊號並匯出數據,以分析完整步態週期為主。

使用Pedar鞋內壓力測量系統,分析前後方向COP移動的速度
使用Pedar鞋內壓力測量系統,分析前後方向COP移動的速度

量測結果

對比一般跑鞋組 (虛線) 與鞋頭上揚組 (實線) 在腳跟開始離地的階段,尤其是60-85%的時間軸,鞋頭上揚組的COP移動速度曲線變化較為平緩,COP移動速度峰值約落在0.8-1.2m/s之間,而一般跑鞋組的COP移動速度曲線變化遽增,COP移動速度峰值約在1.2-1.6m/s之間。綜上所述,COP移動速度變化較平緩的鞋頭上揚組有較佳的前足順暢性。

著地期間-前後方向足底壓力中心移動速度的變化曲線
著地期間-前後方向足底壓力中心移動速度的變化曲線

鞋頭上揚對動作的影響

為了呈現跑步著地時的鞋底滾動變化,我們於操場拍攝慢動作影片,以利了解跑鞋結構改變對動作的影響。由下圖動畫可以清楚看出,鞋頭上揚組有較順暢的滾動過程,這也呼應了上述所分析COP移動速度較平順的結果。

ASICS MetaRun NIKE free RN 5.0 Wave Sky 3
ASICS MetaRun NIKE free RN 5.0 Wave Sky 3
ASICS MetaRide NIKE Air Vaporfly Next% HOKA ONE ONE Carbon X
ASICS MetaRide NIKE Air Vaporfly Next% HOKA ONE ONE Carbon X

我們從一般跑鞋組 (黑,ASICS MetaRun) 與鞋頭上揚組 (白,ASICS MetaRide) 各挑出一款鞋,並搭配定格的截圖來做更詳細的解釋。

ASICS MetaRun (一般跑鞋組) 與MetaRide (鞋頭上揚組) 的分解動作變化
ASICS MetaRun (一般跑鞋組) 與MetaRide (鞋頭上揚組) 的分解動作變化

從全掌貼平到腳跟離地的過程中,一般跑鞋組在啟動前足滾動機制 (forefoot rocker) 時,需較大程度地彎折蹠骨關節,而鞋頭上揚組則是像蹺蹺板般,順應著跑鞋的結構與上揚弧度向前。從黃、紅、藍色點的相對位置便能清楚知道,當一般跑鞋組向前時,黃點位置幾乎是不動的;相對地鞋頭上揚組向前時,黃點位置則是向下,同時間藍點上升,代表鞋頭向下貼平地面,而鞋跟隨之揚升。

從最大彎折到離地瞬間的過程中,前腳掌與掌趾會推蹬地面,我們可觀察到一般跑鞋組推蹬的位移較大,伸展的幅度亦大;反之,鞋頭上揚組的位移較平緩,伸展的幅度小。對比紅點與藍點的軌跡線就能明顯看到一般跑鞋組上升幅度較大;反之,鞋頭上揚組則上升幅度較小。顯示一般跑鞋組在推蹬時會有較大的蹠骨關節彎折動作,而鞋頭上揚組則會受限於鞋子的結構,不須做出較大的延展動作;這樣的動作變化,可降低蹠骨關節推蹬的出力,但會使跑者感受到「推不到的感覺」,形成一種「還沒推蹬就離地」的感受。

結語

本文比較鞋頭上揚組與一般跑鞋組,希望利用足底壓力中心 (COP) 的移動速度變化探討著地與離地時的現象,並試著解析其中的過程,這並不代表跑鞋的優劣,而跑鞋的結構設計百百種,鞋頭上揚設計的跑鞋並不一定適合每位跑者。有些跑者偏愛一般跑鞋推蹬時腳掌彎折的感受;而有些跑者則偏愛順暢的過渡感,挑選適合自己的跑鞋才是最重要,而透過科學的驗證方式可以提供客觀的數據分析,並排除主觀感受錯誤的可能。

參考文獻:Lam, C. K. Y., Mohr, M., Nigg, S., & Nigg, B. (2018). Definition and quantification of ‘ride’ during running. Footwear Science, 10(2), 77-82.

內容來源:運動科學網

【延伸閱讀】

慢跑鞋的順暢感

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