降低跑步運動傷害 不得不了解的剪力避震

0
2321

作者:唐晏珊、相子元

慢跑一向是大眾喜愛的運動之一,各種運動員也會以慢跑作為熱身,而在跑步時,雙腳需承受體重 1.5 至 3 倍的衝擊,長時間下來容易導致下肢過度使用,進而提高傷害風險。近年來,眾多運動鞋廠透過材質、形狀、位置等不同方面來提升避震效果,降低傷害發生率。包含較為熟悉的 Adidas Ultraboost 系列採用的 E-TPU,Mizuno Wave 和 On Cloud 系列採用的結構設計。然而在評估避震功能時,大多從垂直於地面方向上的反作用力著手,但評估避震效果真的就只有如此嗎?

剪力效益

美國材料測試標準學會 ASTM(American Society of Testing and Materials)將避震進行定義:「藉由外力作用時間的增長,撞擊力峰值降低的能力」。由此可知,避震可透過力量上升的速度與幅度進行判斷,因此當力量急劇上升時,承受的衝擊力也較大,導致傷害發生率提高。而在跑步時,水平方向衝擊力雖然較垂直方向衝擊力小,但卻不能輕忽水平方向剪力的影響;有研究指出,造成前十字韌帶撕裂傷(anterior cruciate ligament tear injury)主因為脛骨產生向前(水平方向)的力所導致。此外,水平方向的力臂相對於垂直方向的力臂大很多,使得作用在關節上的力矩相對較大,進而導致肌肉產生較大的負荷,最終增加運動傷害的機率。因此在評估避震性能時,除了垂直方向,前後水平方向的剪力也是避震檢測上不可忽視的一部分。

水平及垂直方向之力臂示意圖 圖片來源: 作者自製
水平及垂直方向之力臂示意圖 圖片來源: 作者自製

2013 年一篇發表於運動生物力學期刊的研究顯示,採用不同速度(2.5 m/s、3.5 m/s、4.2 m/s)及不同鞋底上的剪力避震設計(無剪力避震、步行之剪力避震、與跑步之剪力避震)探討剪力避震對水平位移及負荷之影響,鞋底的剪力避震是根據先前足壓中心(COP)軌跡的研究結果(步行及跑步時的COP軌跡)進行設計。在步行時,COP 軌跡會先由足部外側向內偏移;跑步時,COP 軌跡較為筆直。因此透過此特徵進行鞋底剪力避震凹槽設計,步行之剪力避震為行進方向 45o 之凹槽設計,跑步之剪力避震為行進方向垂直之凹槽設計。

行走(左圖)及跑步(右圖)時COP軌跡 圖片來源:作者自製
行走(左圖)及跑步(右圖)時COP軌跡 圖片來源:作者自製
(a)著地瞬間;(b)腳掌貼地瞬間,(a)與(b)之間位移定義為「剪力位移」 圖片來源: Sports Biomechanics, 12(4), 334-342.
(a)著地瞬間;(b)腳掌貼地瞬間,(a)與(b)之間位移定義為「剪力位移」 圖片來源: Sports Biomechanics, 12(4), 334-342.

該研究結果發現,具有步行之剪力避震(45o)、跑步之剪力避震(Straight)的跑鞋,均能增加剪力位移(左圖)。然而,在行走時,步行之剪力避震(45o)設計,剪力位移較大;在慢跑與快跑時,跑步之剪力避震(Straight)設計,剪力位移較大。除此之外,垂直負荷率之結果顯示,慢跑及快跑可透過跑步之剪力避震(Straight)設計降低負荷率,以達到避震效果。此研究結果也驗證,不同的動作速度或型態,需求的剪力避震也會不同,要達到最佳的避震功能,必須針對專項運動的動作需求而設計。

圖片來源: Sports Biomechanics, 12(4), 334-342.
圖片來源: Sports Biomechanics, 12(4), 334-342.

透過剪力避震設計,不僅可降低剪力之衝擊,也可降低垂直力之衝擊,能提供更全面性的緩衝效果。未來鞋款設計上,除了垂直於地面方向上的避震設計,也應該可考慮前後方向之剪力避震。

參考文獻:

Chan, M. S., Huang, S. L., Shih, Y., Chen, C. H., & Shiang, T. Y. (2013). Shear cushions reduce the impact loading rate during walking and running. Sports Biomechanics, 12(4), 334-342.

Wang, L. I., Gu, C. Y., Chen, W. L., & Chang, M. S. (2010). Potential for non-contact ACL injury between step-close-jump and hop-jump tasks. Journal of Sports Science & Medicine, 9(1), 134.

內容來源:運動科學網

【延伸閱讀】

你會選跑鞋嗎 避震跟彈性有甚麼差別

洞窺避震的科技 跑鞋怎麼達到有效避震

SHARE
Previous article看不見的肌群很重要 跑者不要忽略補強運動
Next articleJoshua Cheptegei再破10K世界紀錄:希望能帶來希望
運動科學網
在國立台灣師範大學的實驗室裡,一群由相子元教授帶領的研究團隊正全心投入運動科學研究,和你一樣對未知的領域充滿探索熱忱。 面對運動科學興起的熱潮,許多人想瞭解正確的運動資訊卻不知道從何下手? 運動科學網持續更新經過科學驗證的運動知識與運動觀點。不論是創新產品、研究結果,甚至是專業理論,我們都會轉譯成簡單易懂的文字,讓讀者利用最短的時間瞭解運動的最新趨勢。 為了讓健康的運動觀念進入日常生活,我們創立了運動科學網;為了讓正確的運動知識提升生活品質,我們創立了運動科學網,我們致力於運動科學的研究,希望這些努力不僅僅侷限於學術領域中,而是讓熱愛運動的普羅大眾更健康快樂地運動。