萬祥林，曲 峰

1 前言

舒適是消費(fèi)者對(duì)鞋的主要要求之一，提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)一直是運(yùn)動(dòng)科學(xué)界研究的一個(gè)重要方向，世界各國(guó)的研究人員都在投入大量的人力和物力進(jìn)行深入的測(cè)試和研究。對(duì)于人體來說，要提起足跟，跖趾關(guān)節(jié)必然會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，因此，跖趾關(guān)節(jié)對(duì)人體的運(yùn)動(dòng)來說不容忽視。鞋的屈曲剛度是指使鞋前掌繞跖趾關(guān)節(jié)處彎曲單位轉(zhuǎn)角所需施加的力矩，反映鞋彎曲的難易程度。運(yùn)動(dòng)鞋前掌部位因材料、厚度、結(jié)構(gòu)等不同造成其屈曲剛度的變化。然而，屈曲剛度的改變?nèi)绾斡绊懘┲叩氖孢m性和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)一直沒有明確答案。

已有研究發(fā)現(xiàn)，鞋底的屈曲剛度特征的確會(huì)影響穿著舒適性及跑、跳的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。張遠(yuǎn)才［1］發(fā)現(xiàn)，鞋前掌易彎折性會(huì)影響穿著舒適性，但并非彎折力值越小，感受到的易彎折舒適性就越好，因其測(cè)試用鞋各部位結(jié)構(gòu)和材料均不一樣，作者提到如鞋幫面材料等會(huì)對(duì)舒適性造成影響，因此，想要了解鞋的屈曲剛度如何影響舒適性和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，就要盡可能的做到只改變鞋屈曲剛度這一個(gè)特性，而保證鞋的其它部分一致。Stefanyshyn［18］發(fā)現(xiàn)，穿著較大屈曲剛度鞋的受試者平均跳高了1.7cm，短跑成績(jī)提高了1.2%［17］，Roy［16］發(fā)現(xiàn)，提高鞋屈曲剛度能提高變相跑的成績(jī)。

一些學(xué)者試圖從關(guān)節(jié)能量的角度來分析鞋屈曲剛度影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的原因，Stefanyshyn和 Nigg［18］發(fā)現(xiàn)，鞋底屈曲剛度增加可使縱跳時(shí)跖趾關(guān)節(jié)能量流失顯著減少。而Roy［16］則發(fā)現(xiàn)，增加鞋屈曲剛度沒有明顯影響跑步經(jīng)濟(jì)性，跖趾關(guān)節(jié)的負(fù)功并沒有顯著變化。

人體通過神經(jīng)對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制并最終依靠肌肉活動(dòng)產(chǎn)生的力（或力矩）來完成動(dòng)作，人體的機(jī)械能只能是來源于肌肉。在跑、跳等動(dòng)作中肌肉活動(dòng)影響著下肢關(guān)節(jié)角度和剛度、軟組織的振動(dòng)等諸多方面，并最終影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)［15］。從機(jī)能節(jié)省化的角度考慮，在達(dá)到同樣甚至更好效果的前提下，節(jié)省不必要的肌肉活動(dòng)可以降低能量消耗，從而達(dá)到提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)和能力的目的。

現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)鞋屈曲剛度影響肌肉活動(dòng)方面的研究很少，Roy［16］的研究發(fā)現(xiàn)，穿不同屈曲剛度鞋跑時(shí)，比目魚肌、腓腸肌、股二頭肌、股直肌、股外側(cè)肌的肌電振幅沒有顯著區(qū)別。同時(shí)，現(xiàn)有文獻(xiàn)中很少有鞋屈曲剛度影響穿著舒適性規(guī)律和機(jī)制的定量研究，也未見綜合分析鞋屈曲剛度如何影響舒適性及運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的文獻(xiàn)，因此，鞋屈曲剛度影響穿著舒適性和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的機(jī)制并不明確。然而，只有明確規(guī)律和機(jī)制，才能對(duì)各種運(yùn)動(dòng)鞋進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，也有助于運(yùn)動(dòng)員選擇適合自己的運(yùn)動(dòng)鞋。因此，本研究試圖通過漸變鞋的屈曲剛度，探索鞋屈曲剛度對(duì)穿著舒適性及短跑表現(xiàn)的影響，并進(jìn)一步從機(jī)械能及下肢肌肉活動(dòng)等角度，分析屈曲剛度影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的原因。

2 研究方法

2.1 測(cè)試跑鞋

由專業(yè)鞋廠制作的跑步鞋3雙，42號(hào)，通過改變前掌中底材料使屈曲剛度變化，前掌厚度一致，其余部位相同，外觀無明顯差別，受試者視覺無法分辨出不同，測(cè)試用鞋見圖1。

本研究評(píng)價(jià)鞋底跖趾關(guān)節(jié)屈曲剛度的方法是將鞋頭置于測(cè)力臺(tái)（Kistler 9281CA，Switzerland，1000Hz）上，鞋立起，人手握住后跟，保持鞋后跟垂直于臺(tái)面，施加一個(gè)垂直向下的力，使鞋跖趾關(guān)節(jié)部位彎曲30°并保持3s后離開測(cè)力臺(tái)，30°為跑步時(shí)腳跖趾關(guān)節(jié)背屈的最大角度［18］。所有測(cè)試由同一個(gè)人完成，每雙鞋相同的溫度和粘彈性條件下（相同的恢復(fù)時(shí)間和測(cè)試時(shí)間）測(cè)10次。計(jì)算每一次測(cè)量保持階段中間1s的垂直力的平均值，再對(duì)10次結(jié)果進(jìn)行平均，根據(jù)力值從小到大分別將鞋命名為低剛度、中剛度、高剛度鞋（表1）。正式實(shí)驗(yàn)時(shí)，受試者按自己的習(xí)慣掌握鞋帶的松緊度。本研究的所有實(shí)驗(yàn)中受試者均著統(tǒng)一的襪子。

圖1 本研究測(cè)試用鞋圖Figure 1.The Test Shoe Used in this Study

表1 本研究測(cè)試鞋基本情況一覽表Table 1 Basic Information of the Test Shoe

2.2 受試者

男性短跑運(yùn)動(dòng)員12名（年齡為21.8±1.9歲；身高為176.9±3.6cm；體重為67.9±6.7kg），鞋碼為歐碼42號(hào)，實(shí)驗(yàn)前48h未從事劇烈運(yùn)動(dòng)，確認(rèn)其下肢及足部半年內(nèi)無明顯損傷，所有受試者優(yōu)勢(shì)腳均為右腳。

2.3 數(shù)據(jù)采集與處理

2.3.1 主觀舒適性測(cè)試

舒適性量表采用150mm視覺模擬量表，將穿完對(duì)照鞋后的感覺作為中間水平，受試者根據(jù)自己的主觀感受，在橫線上（左端代表最不舒適，為0分，右端代表最舒適，為10分）劃一條豎線表示自己對(duì)該項(xiàng)目的主觀舒適感覺程度。問題包括:1）前腳掌緩沖，2）前腳掌穩(wěn)定性，3）后跟穩(wěn)定性，4）足弓部位舒適性，5）足背舒適性，6）整體舒適性。正式實(shí)驗(yàn)前，給受試者詳細(xì)講解測(cè)試流程及問卷中題目的含義，使其了解問卷的填寫方法。在穿著每雙測(cè)試鞋測(cè)試之前，受試者先穿一雙對(duì)照鞋進(jìn)行感受，保證測(cè)試前足部主觀舒適度處于同樣水平，測(cè)試順序?yàn)镃-Ti-C-Tj-CTk（C為對(duì)照鞋，T為測(cè)試鞋，為隨機(jī)順序）。受試者按照自己的習(xí)慣完成一定的跑跳動(dòng)作，重點(diǎn)感受問卷中相應(yīng)項(xiàng)目的舒適程度，之后立即填寫舒適性量表。每個(gè)題目的滿分為10分，按受試者劃線處距橫線左端距離占整條橫線長(zhǎng)度的百分比來確定得分。

2.3.2 足底壓力測(cè)試

采用鞋墊式足底壓力測(cè)量系統(tǒng)（Novel Pedar System，Germany，100Hz）測(cè)量受試者在跑步時(shí)右側(cè)腿的足底壓力。受試者熟悉跑臺(tái)后以3.0m／s的速度在坡度為0的跑臺(tái)上勻速跑，按隨機(jī)順序完成三雙鞋的測(cè)試，每次采集步幅穩(wěn)定后3步步態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)三步數(shù)據(jù)取平均值。鞋墊根據(jù)足的解剖特點(diǎn)劃分成前掌內(nèi)側(cè)、前掌外側(cè)、足弓、足跟4個(gè)區(qū)域。計(jì)算每一區(qū)域的最大壓強(qiáng)和足底接觸面積。

2.3.3 短跑表現(xiàn)測(cè)試

應(yīng)用數(shù)字跑道（ADCP-04，中國(guó)科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所）測(cè)試受試者短跑表現(xiàn)。受試者充分熱身后按隨機(jī)順序穿著測(cè)試鞋，以站立式起跑在數(shù)字跑道上完成約45 m疾跑。每雙鞋測(cè)一次，每次之間充分休息。通過數(shù)字跑道的配套軟件，導(dǎo)出步速并計(jì)算受試者通過20～30m段的平均步速。

2.3.4 跑步動(dòng)作生物力學(xué)測(cè)試

受試者著泳褲，在身上貼13個(gè)反光標(biāo)志點(diǎn)（左／右髂前上棘，第四、五腰椎棘突中點(diǎn)，右大腿前側(cè)，股骨外側(cè)髁，股骨內(nèi)側(cè)髁，脛骨粗隆，腓骨外踝，脛骨內(nèi)踝，鞋尖，鞋后幫正中、與足尖同高點(diǎn)，第一跖趾關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)，第五跖趾關(guān)節(jié)外側(cè)）。通過肌電儀（MegaWin ME6000，F(xiàn)inland，1000Hz）采集右側(cè)腿股直肌、股二頭肌、脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)頭肌電信號(hào)，同時(shí)通過三維測(cè)力臺(tái)（Kistler 9281CA，Switzerland，1000Hz）、8鏡頭紅外高速運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)（Motion Analysis Raptor-4，USA，200Hz）與肌電同步采集運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。受試者以跟-尖式的著地方式完成跑步動(dòng)作，起跑位置距離測(cè)力臺(tái)直線距離10～20m，通過測(cè)力臺(tái)的速度控制在4±0.3m／s。速度通過便攜式測(cè)速系統(tǒng)（Newtest Powertimer，F(xiàn)inland）監(jiān)控，兩個(gè)測(cè)速儀紅外發(fā)射裝置置于測(cè)力臺(tái)一側(cè)，二者間距3m。在規(guī)定跑速下，受試者以正常步態(tài)、無任何步伐調(diào)整并以右腳著在臺(tái)面上，視為一次有效測(cè)試，按隨機(jī)順序完成3雙鞋的測(cè)試，每雙鞋采集3次有效數(shù)據(jù)，結(jié)果均取3次平均值。

采集的所有標(biāo)志點(diǎn)三維坐標(biāo)采用Butterworth低通濾波法進(jìn)行平滑，截?cái)囝l率為10Hz。根據(jù)標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)建立骨盆坐標(biāo)系、大腿坐標(biāo)系、小腿坐標(biāo)系、足坐標(biāo)系、前足坐標(biāo)系、后足坐標(biāo)系，其中，髖關(guān)節(jié)中心根據(jù)Bell［2］的研究計(jì)算，膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)中心為股骨內(nèi)外側(cè)髁中點(diǎn)，踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)中心為內(nèi)外踝中點(diǎn)，跖趾關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)中心為第一、五跖趾關(guān)節(jié)點(diǎn)中心；采用歐拉角的方法計(jì)算髖、膝、踝、跖趾關(guān)節(jié)的三維角度；采用逆動(dòng)力學(xué)［9］的方法計(jì)算關(guān)節(jié)的三維凈力矩，其中，人體慣性參數(shù)采用DeLeva修正后的Zatsiorsky-Seluyanovs人體慣性參數(shù)［8］。

本研究忽略足趾的慣性參數(shù)，假設(shè)無外力作用時(shí)，跖趾關(guān)節(jié)的凈關(guān)節(jié)力和凈力矩為0，直到地面反作用力（GRF）作用到關(guān)節(jié)遠(yuǎn)端。忽略趾骨的慣性效應(yīng)后，關(guān)節(jié)凈力矩與作用于壓力中心處的GRF對(duì)該關(guān)節(jié)的力矩平衡，GRF對(duì)跖趾關(guān)節(jié)的三維力矩等于力臂（壓力中心到跖趾關(guān)節(jié)中心的向量）與GRF向量的叉乘結(jié)果在足三個(gè)解剖面上的投影，跖趾關(guān)節(jié)凈力矩與其等值反向。

關(guān)節(jié)功率定義為關(guān)節(jié)凈力矩與關(guān)節(jié)角速度的乘積，采用梯形法計(jì)算關(guān)節(jié)功率對(duì)時(shí)間積分獲得關(guān)節(jié)功。研究表明，內(nèi)外側(cè)（冠狀面）的運(yùn)動(dòng)對(duì)走、跑過程的動(dòng)力學(xué)及能量參數(shù)影響很小［10，24］，因此，本研究?jī)H分析人體矢狀面數(shù)據(jù)，并對(duì)各指標(biāo)按跑步支撐相進(jìn)行歸一化處理。

肌電的原始信號(hào)采用帶通濾波進(jìn)行處理，濾波器范圍為8～500Hz，并計(jì)算跑步支撐相的均方根振幅（RMS）。

2.3.5 統(tǒng)計(jì)分析

不同鞋間的參數(shù)采用單因素重復(fù)測(cè)量方差分析（oneway repeated measures ANOVA）進(jìn)行比較，后續(xù)兩兩比較采用LSD法。顯著性水平定為一類誤差概率不大于0.05，所有統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用SPSS 13.0軟件完成。

3 結(jié)果

3.1 主觀舒適性

在主觀舒適性測(cè)試中（表2），低剛度鞋在前腳掌緩沖、足背舒適性、整體舒適性方面的舒適度得分高于中剛度鞋和高剛度鞋（P＜0.05），而在前腳掌穩(wěn)定性、后跟穩(wěn)定性、足弓部位舒適性方面的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果，三種鞋無顯著性差異。

表2 本研究受試者穿不同鞋主觀舒適度評(píng)價(jià)比較一覽表Table 2 Perceived Comfort Rating in Different Shoe Conditions

3.2 足底壓力

在足底壓力測(cè)試中（圖2），低剛度鞋在前掌內(nèi)側(cè)和前掌外側(cè)區(qū)域的足底最大壓強(qiáng)低于中剛度鞋和高剛度鞋（P＜0.05）。鞋的屈曲剛度不影響各區(qū)域足底接觸面積（圖3）。

3.3 短跑表現(xiàn)

本研究受試者穿高剛度鞋（8.48±0.53m／s）完成短跑時(shí)，速度快于中剛度鞋（8.36±0.45m／s，P＜0.05）和低剛度鞋（8.34±0.59m／s，P＜0.05）。

圖2 本研究不同鞋各區(qū)域足底最大壓強(qiáng)比較圖Figure 2.Peak Plantar Pressure of Different Area in Different Shoe Conditions

圖3 本研究不同鞋各區(qū)域足底接觸面積比較圖Figure 3.Plantar Contact Area of Different Area in Different Shoe Conditions

3.4 跑的關(guān)節(jié)能量

跑步支撐相時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化后的髖、膝、踝、跖趾關(guān)節(jié)功率見圖4。結(jié)果表明（表3），受試者穿中剛度和高剛度鞋時(shí)，跖趾關(guān)節(jié)負(fù)功顯著小于穿低剛度鞋（P＜0.05），而其他關(guān)節(jié)在不同鞋間的正功、負(fù)功均無顯著性差異。

圖4 本研究受試者穿不同鞋跑時(shí)支撐相髖、膝、踝、跖趾關(guān)節(jié)平均功率曲線圖Figure 4.Mean Power Curves for Hip，Knee，Ankle and Metatarsophalangeal Joints during the Stance Phase of Running in Different Shoe Conditions（n＝12）

表3 本研究受試者穿不同鞋跑時(shí)支撐相髖、膝、踝、跖趾關(guān)節(jié)做功比較一覽表Table 3 The Work Performed at the Hip，Knee，Ankle and Metatarsophalangeal Joints during the Stance Phase of Runningin Different Shoe Conditions

3.5 肌電信號(hào)

受試者穿不同鞋跑的支撐相下肢股直肌、股二頭肌、脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)頭的RMS值均無顯著性差異（圖5）。

4 討論

舒適性是一種建立在個(gè)人偏好和習(xí)慣基礎(chǔ)上的主觀感受，對(duì)一些人舒適的鞋，可能對(duì)于另一些人來說是不舒適的。研究表明，VAS是評(píng)價(jià)鞋舒適性的有效方法且被廣泛使用［11，12］，本研究基于 VAS的主觀舒適性評(píng)價(jià)結(jié)果表明，低剛度鞋在前腳掌緩沖、足背及整體舒適性方面的得分要高于中剛度鞋和高剛度鞋，即在主觀感受方面屈曲剛度較低的鞋的舒適性，要優(yōu)于剛度較高的鞋。另外，本研究還通過足底壓力的客觀指標(biāo)進(jìn)一步反映舒適性。有學(xué)者提出，鞋的緩沖避震主要是與舒適性相關(guān)而與損傷關(guān)系不大［13］，盡管有少數(shù)研究得出，足底壓力的大小與舒適性并沒有明顯的相關(guān)關(guān)系［7，20］，但多數(shù)研究還是認(rèn)為，較低的足底壓力、較大的足底接觸面積可提高鞋的穿著舒適性［5，6，21］。從本研究的結(jié)果看，跑時(shí)低剛度鞋前掌內(nèi)側(cè)和外側(cè)最大足底壓強(qiáng)較其他兩種鞋小，跑步時(shí)腳前掌的最大足底壓強(qiáng)發(fā)生在蹬離地面階段，本研究中跑步蹬離地面時(shí)，跖趾關(guān)節(jié)背屈角度低剛度鞋較其他兩種鞋要大（P＜0.05），Budhabhatti［3］的有限元建模研究發(fā)現(xiàn)，跖趾關(guān)節(jié)背屈角度減小，趾壓力會(huì)增大，這與本研究中穿屈曲剛度較大的鞋跑步蹬地時(shí)前掌足底壓力較大的結(jié)果一致，結(jié)合主觀舒適性評(píng)價(jià)結(jié)果可以得出，屈曲剛度較低的鞋具有較好的穿著舒適性。

圖5 本研究受試者穿不同鞋跑時(shí)支撐相下肢肌肉RMS圖Figure 5.Root Mean Square（RMS）Values of Lower Limb Muscles during the Stance Phase of Running in Different Shoe Conditions

本研究受試者穿高剛度鞋進(jìn)行短跑時(shí)快于另兩種鞋，表明鞋屈曲剛度確實(shí)影響了短跑成績(jī)。從運(yùn)動(dòng)裝備的角度來提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，依靠?jī)?yōu)化使用者與裝備之間的能量傳遞，主要包括優(yōu)化骨骼肌肉系統(tǒng)、增加能量產(chǎn)生和減少能量損失三個(gè)方面［14］。在運(yùn)動(dòng)鞋方面優(yōu)化骨骼肌肉系統(tǒng)未見明確報(bào)道，盡管通過運(yùn)動(dòng)鞋來進(jìn)行能量回歸的研究不少，但應(yīng)用到鞋中并不是很成功，一方面，是使用的材料致力于增加緩沖，而不是很好的儲(chǔ)存-回輸材料，即沒有高的能量產(chǎn)生-流失比例；另一方面，能量?jī)?chǔ)存的最大位置（鞋后跟）與能量回輸率最高的部位（鞋前掌）并不對(duì)應(yīng)，因此，將能量回歸運(yùn)用到鞋的設(shè)計(jì)中并不容易，也不高效?；诖耍\(yùn)動(dòng)鞋的設(shè)計(jì)應(yīng)該更注重如何減少能量損失。

在人體跑、跳運(yùn)動(dòng)中，影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)最重要的因素之一，就是跖趾關(guān)節(jié)、踝、膝、髖的能量產(chǎn)生與吸收的比率［23］。從功-能的角度講，肌力矩所做的功將影響系統(tǒng)的機(jī)械能，當(dāng)關(guān)節(jié)凈力矩與關(guān)節(jié)角速度一致時(shí)關(guān)節(jié)功率為正值，關(guān)節(jié)肌群向心收縮做正功，這個(gè)功率在整個(gè)收縮期間內(nèi)的積分值，便是肌肉做的總功，這意味著肌肉產(chǎn)生能量和能量向肢體的傳遞；當(dāng)關(guān)節(jié)凈力矩與關(guān)節(jié)角速度不一致時(shí)，關(guān)節(jié)功率為負(fù)值，關(guān)節(jié)肌群離心收縮做負(fù)功，這時(shí)外力對(duì)肌肉所做的功為總功，體現(xiàn)著能量由肢體環(huán)節(jié)流向肌肉，肌肉吸收能量。

根據(jù)功率曲線（圖4），可以將跑的支撐相大致分成2個(gè)階段。對(duì)于髖關(guān)節(jié)來說，第一階段由伸肌完成的凈正功；第二階段由屈肌完成的凈負(fù)功。對(duì)于膝、踝關(guān)節(jié)來說，第一階段由膝伸肌群、踝跖屈肌群完成的凈負(fù)功；第二階段由膝伸肌群、踝跖屈肌群完成的凈正功。在跖趾關(guān)節(jié)則主要是后半段由跖屈肌完成的負(fù)功和離地時(shí)一個(gè)較小的正功。跑時(shí)髖肌力矩被認(rèn)為是最重要的產(chǎn)能環(huán)節(jié)，髖肌力矩產(chǎn)生的能量是人體總能量的限制因素并決定著跑時(shí)對(duì)擺動(dòng)腿能量的輸入。膝關(guān)節(jié)首要的角色是吸收能量，在短跑的擺動(dòng)階段末期，該肌力矩對(duì)能量的吸收能力被認(rèn)為是步頻和跑速最大的限制因素。踝背伸肌在著地之初最重要的作用是能量消散，并在支撐階段后期扮演產(chǎn)能角色，該肌力矩做的正功是膝伸力矩所做正功的3倍［4，22］。

本研究中受試者穿不同鞋跑時(shí)髖、膝、踝關(guān)節(jié)產(chǎn)生和吸收的能量均沒有明顯不同。跖趾關(guān)節(jié)是一個(gè)離地前能量吸收多而產(chǎn)生很少的關(guān)節(jié)，跖趾關(guān)節(jié)從足滾動(dòng)至前掌到離地，基本都是背屈，跖趾關(guān)節(jié)在支撐相能量產(chǎn)生很少，這些關(guān)節(jié)能量流失或者足離地后回輸，因此，不會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)產(chǎn)生明顯影響。研究結(jié)果中穿低剛度鞋跑時(shí)跖趾關(guān)節(jié)吸收20.5J能量，比中剛度鞋高11.4J，比高剛度鞋高15.1J，這表明，當(dāng)增加鞋屈曲剛度，能減少跑時(shí)跖趾關(guān)節(jié)的能量損失，因此，跖趾關(guān)節(jié)能量損失的減少，可能是短跑成績(jī)提高的原因。這與Stefanyshyn等人［18］關(guān)于縱跳的研究結(jié)果類似，Stefanyshyn采用的是二維逆動(dòng)力學(xué)法研究發(fā)現(xiàn)，計(jì)算跖趾關(guān)節(jié)的能量對(duì)關(guān)節(jié)中心的選擇很敏感，關(guān)節(jié)中心向前移動(dòng)1cm，跖趾關(guān)節(jié)吸收的能量平均減少17%［19］。在二維的方法中選擇第五跖骨頭作為轉(zhuǎn)動(dòng)中心，增加了GRF對(duì)跖趾關(guān)節(jié)的力臂從而力矩會(huì)偏大。Roy關(guān)于跑的研究采用的是三維方法，但Roy的研究中增加鞋的屈曲剛度，跖趾關(guān)節(jié)的負(fù)功沒有顯著變化，這可能與鞋及受試者的差異有關(guān)。

人體運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能只能是來源于肌肉做功，因此，鞋不同屈曲剛度影響跑時(shí)跖趾關(guān)節(jié)能量損失的機(jī)制，應(yīng)當(dāng)是影響了下肢的肌肉活動(dòng)。本研究主要選擇下肢的股直肌、股二頭肌、脛骨前肌和腓腸肌進(jìn)行肌電信號(hào)的分析，來探索鞋的屈曲剛度對(duì)下肢肌肉活動(dòng)的影響。在跑的過程中，股直肌收縮主要是完成屈髖和伸膝動(dòng)作，股二頭肌收縮主要是完成伸髖和屈膝運(yùn)動(dòng)，脛骨前肌收縮時(shí)主要完成足背屈，而腓腸肌收縮主要完成屈膝和使踝跖屈。鞋屈曲剛度增加，跖趾關(guān)節(jié)能量損失減少，研究假設(shè)能量損失減少，需要肌肉激活的程度會(huì)減少，動(dòng)作的經(jīng)濟(jì)性提高。從機(jī)能節(jié)省化的角度考慮，在達(dá)到同樣甚至更好效果的前提下，節(jié)省了不必要的肌肉活動(dòng)，可以降低能量消耗，從而達(dá)到提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)和能力的目的。

本研究結(jié)果表明，跑支撐階段股直肌、股二頭肌、脛骨前肌、腓腸肌外側(cè)頭肌電的RMS值無顯著性差異，即鞋屈曲剛度的變化，對(duì)所選取肌肉的活動(dòng)水平?jīng)]有造成顯著影響。在蹬地階段，跖趾關(guān)節(jié)周圍主要是跖屈肌群做離心收縮，跖趾關(guān)節(jié)的跖屈肌主要是趾長(zhǎng)屈肌和踇長(zhǎng)屈肌，而這兩塊肌肉位于小腿三頭肌的深層，其活動(dòng)無法通過表面肌電測(cè)得，而它們的活動(dòng)可能受到鞋屈曲剛度的影響，但目前研究深層肌肉的活動(dòng)仍存在困難，今后可通過計(jì)算機(jī)仿真等其他方法對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

5 結(jié)論與建議

穿著屈曲剛度較低的鞋能獲得更好的舒適性體驗(yàn)。在一定程度上增加運(yùn)動(dòng)鞋的屈曲剛度可使跖趾關(guān)節(jié)能量損失減少，從而提高短跑的表現(xiàn)。

屈曲剛度較低的鞋能提供更好的舒適性，但這對(duì)短跑表現(xiàn)并沒有好處，因此，制造商在設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)鞋及消費(fèi)者在選擇鞋時(shí)需要綜合考慮這兩方面因素。

鞋屈曲剛度增加對(duì)跑步過程中跖趾關(guān)節(jié)能量損失和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的良好影響可能有適當(dāng)?shù)姆秶瑹o限制增加鞋屈曲剛度，運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)反而可能下降。鞋的穿著舒適性也存在同樣的問題。因此，今后的研究可以增加鞋屈曲剛度的變化梯度，進(jìn)一步定量研究屈曲剛度的變化影響舒適性和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的規(guī)律，從而找到獲得最好運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和舒適性的最佳屈曲剛度。

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