影響下肢生物力學 跑鞋彎曲勁度對下肢關節的影響

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作者:楊琇甯 、相子元

近幾年,運動員為了增進運動表現,在鞋子中加入縱向彎曲勁度(longitudinal bending stiffness , LBS)的作法已很普遍,並且已有許多的研究發現,加入 LBS 會引起下肢生物力學的變化,尤其是在關節力學有顯著的影響,(延伸閱讀《跑鞋各項結構對長跑表現的影響有多少?》)。過去針對 LBS 的研究,主要都是採用單一跑步速度做測試,但在現實情況下長跑運動員並不會只用一種速度做訓練或比賽,由此可知,使用單一速度推論到現實生活中,有些不切實際。因此,隨著速度的變化,所選用的 LBS 會不會有差異,是許多專家、教練和選手都想知道的答案。2021 年,一篇發表於國際期刊 Gait & Posture 的文章,就特別選擇在三種不同速度下穿著三雙不同 LBS 的跑鞋進行實驗,他們認為不同的速度可能會影響運動員穿著 LBS 的關節力學變化,而這或許對長跑運動員的運動表現提升有重要關聯。

增加 LBS 會限制蹠趾關節的力學變化

這項研究招募了 10 名優秀的男性長跑運動員(5000m 成績 <16 分鐘),讓他們分別以三種速度(14km/h、17km/h、20km/h)進行跑步試驗,隨機穿著三種不同勁度(控制鞋、中等勁度、最高勁度)的 LBS 跑鞋,為了能清楚觀察到不同速度與不同 LBS 條件下,下肢關節的力學參數,使用光學攝影機捕捉運動中的關節角度變化,並將收集的運動學數據,進行分析與比較。

結果顯示,不論是在哪個速度下,增加 LBS 的跑鞋皆會影響足部蹠趾關節(metatarsophalangeal joint, MTPJ)及踝關節的生物力學,並得出以下結論:

  • 隨著 LBS 的增加,MTPJ 的蹠屈(腳掌往下彎曲)速度及角度(如下圖)也隨之減少
  • 在所有速度下 MTPJ 的關節勁度(K cr)都隨著 LBS 的增加而增加
圖片來源: Gait & Posture, 84, 187–191.
圖片來源: Gait & Posture, 84, 187–191.

註:隨著速度的增加, MTPJ 的關節角度(Range of motion)和關節勁度(K cr)就越大,而隨著勁度的增加,關節角度越小,關節勁度則越大。

從這篇研究中我們可以發現,穿著不同 LBS 的跑鞋在不同跑步速度下對下肢關節有力學上的差異,而這些力學變化可能會影響踝關節及蹠趾關節的肌肉力量及速度。這或許也間接地告訴我們,若想在現實生活中優化個人的跑步經濟性,並希望透過增加 LBS 達到最佳的運動表現,單一的勁度可能不是一個好選擇,藉由跑步的速度來選擇合適的勁度,才能為運動帶來更好的表現。

參考文獻:

Day, E. M., & Hahn, M. E. (2021). Does running speed affect the response of joint level mechanics in non-rearfoot strike runners to footwear of varying longitudinal bending stiffness? Gait & Posture, 84, 187–191.

內容來源:運動科學網

 

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