胡宗祥，陳學(xué)燦，關(guān)雪瓊

(1.集美大學(xué)體育學(xué)院，福建 廈門 361021;2.福建省出入境檢驗(yàn)檢疫局，福建 福州 350001;3.莆田第二十七中學(xué)，福建 莆田 351100)

慢跑是廣受歡迎的一項(xiàng)健身運(yùn)動。近些年來隨著參加慢跑運(yùn)動的人數(shù)增加，由慢跑所引發(fā)的運(yùn)動損傷越來越受到人們的重視，這些損傷不僅影響到行走，而且還影響到人們的身體健康。因此在慢跑健身過程中，一雙舒適的慢跑鞋不僅是消費(fèi)者關(guān)注的重要性能之一，也是健身者預(yù)防或減小損傷的重要保障。然而國內(nèi)大多鞋企對鞋舒適性能的研究還處于試穿的經(jīng)驗(yàn)評估階段，對鞋的舒適性能開發(fā)多數(shù)停留在模仿階段，其舒適性能遠(yuǎn)不及國外著名品牌的產(chǎn)品，如何對鞋舒適性能進(jìn)行評價也是當(dāng)前鞋類研究的關(guān)注熱點(diǎn)。本研究通過問卷調(diào)查法對測試鞋的舒適性進(jìn)行主觀評價，并借助紅外光點(diǎn)運(yùn)動分析系統(tǒng)和足底壓力測試系統(tǒng)等生物力學(xué)測試方法，分別對在自然行走和慢跑兩種狀態(tài)下下肢步態(tài)的一些運(yùn)動力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行測試與研究，旨在對慢跑鞋的力學(xué)舒適性能進(jìn)行評價，以為慢跑鞋的改進(jìn)及舒適性的評價提供參考。

1 研究方法及過程

1.1 受試者

本研究挑選男女各8 名青年作為受試者。其中男受試者平均身高174.6±6.6 cm，平均體重67.0±8.1 kg;女受試者平均身高163.5±4.3 cm，平均體重54.4±9.2 kg。受試者足部無平足、拇外翻等畸形，體型勻稱，身體健康，也無踝關(guān)節(jié)不穩(wěn)等下肢關(guān)節(jié)損傷史。

1.2 測試用鞋

本測試用鞋為某品牌慢跑鞋，男女對照鞋均為Adidas 慢跑鞋，其中男鞋為41 碼，女鞋為37 碼。

1.3 數(shù)據(jù)采集

應(yīng)用Codamotion 紅外光點(diǎn)高速捕捉測試系統(tǒng)(美國)和Footscan 鞋墊式足底壓力測量系統(tǒng)(比利時)對受試者穿兩種鞋常速行走和慢跑時的踝關(guān)節(jié)運(yùn)動學(xué)和足底壓力分布特征進(jìn)行采集。運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)采集頻率為200 Hz，足底壓力分布采集頻率為1 000 Hz。受試者穿測試鞋后先進(jìn)行20 min 走或慢跑以適應(yīng)并體會試穿過程中的感覺，然后根據(jù)感覺填寫“慢跑鞋主觀舒適性調(diào)查量表”，對鞋整體舒適性和鞋各部分舒適性的主觀感覺進(jìn)行評分。量表填寫完畢后，在受試者小腿中部(后面)、跟腱部(鞋后跟幫上方)、鞋后跟幫的商埠和鞋后跟底的中間(后面觀)粘貼反光標(biāo)志點(diǎn)，并在右鞋內(nèi)放置測試鞋墊，同時要求受試者以感覺最舒服的松緊程度系好鞋帶。規(guī)定受試者以自然狀態(tài)行走和慢跑通過測試區(qū)域。測試時每款鞋都要求至少采集自然行走及慢跑各3次完整有效數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 主觀舒適性問卷調(diào)查

主觀舒適性問卷調(diào)查主要是對足跟部緩沖性能、前腳掌緩沖性能、后足穩(wěn)定性能、前腳掌穩(wěn)定性能、后腳跟寬度舒適性、鞋長舒適性、足弓舒適性以及整體舒適性9 部分進(jìn)行的問卷調(diào)查。問卷采用11 級量表，0 為最差，10 為最好。

1.4.2 足底壓力數(shù)據(jù)處理

本研究對足底壓力的研究，采用Footscn 鞋墊式足底壓力系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，運(yùn)用該足底壓力系統(tǒng)分析軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，后用Microsoft Excel 軟件進(jìn)行分析和處理。

我們把足底分為10個區(qū)域，即內(nèi)側(cè)足跟區(qū)(HM)、外側(cè)足跟區(qū)(HL)、足中區(qū)(MF)、第一跖骨頭區(qū)(M1)、第二跖骨頭區(qū)(M2)、第三跖骨頭區(qū)(M3)、第四跖骨頭區(qū)(M4)、第五跖骨頭區(qū)(M5)、大拇趾(T1)區(qū)和第2-5 足趾區(qū)(T2-5)。

分析指標(biāo)主要有:足底10個區(qū)域的壓力峰值和壓強(qiáng)峰值。

1.4.3 運(yùn)動學(xué)參量的計(jì)算與處理

1)應(yīng)用Codamotion 運(yùn)動分析系統(tǒng)中的自帶軟件獲得跟腱角數(shù)據(jù)。應(yīng)用Excel 軟件對每三組數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到應(yīng)用于分析的運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)。

2)跟腱角關(guān)節(jié)角度的定義。小腿中部點(diǎn)與跟腱點(diǎn)的連線和鞋后跟幫商埠點(diǎn)和鞋后跟底的中點(diǎn)連線在額狀面內(nèi)的夾角。

2 測試結(jié)果與分析

2.1 主觀舒適性

由圖1 可知，本研究受試者的評價結(jié)果表明，鞋從總體上看，整體舒適性為8.6 分，受試者對鞋的舒適性整體感覺比較滿意。其中對鞋長和前腳掌寬度的滿意程度最高，平均得分分別為9 分和8.9 分。而受試者感覺舒適性比較低的為足弓部位(8.3 分)，同時對足跟部緩沖性能(8.3 分)和前腳掌穩(wěn)定性(8.4分)評價稍低。說明受試者對鞋寬度和長度的合腳性感覺不錯，但對鞋底的緩沖支持性能感覺稍差。

圖1 測試鞋舒適性主觀評價得分雷達(dá)圖

表1 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示不同性別受試者對這款測試鞋的評價基本一致。只有在足弓部位的舒適性評價上，男受試者的評分顯著低于女性受試者，且男受試者在對鞋各項(xiàng)指標(biāo)的評價中對足弓部位評分最低。這說明不同性別對鞋足弓部位的設(shè)計(jì)要求是不一樣的，這可能是由男女體重、足部解剖結(jié)構(gòu)不同等原因造成的。因此應(yīng)該進(jìn)一步研究不同性別對鞋結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)的不同要求，使鞋能最大限度滿足不同性別穿著者的需要。

2.2 足底壓力分布

由表2 所示在自然走測試中，最大壓力是在足跟外側(cè)(HL)區(qū)，其次是足跟內(nèi)側(cè)(HM)區(qū)，之后依次是第二跖骨(M2)、第2-5 足趾(T2-5)、第三跖骨(M3)、第四跖骨(M4)、第一跖骨(M1)、第一足趾(T1)、足中區(qū)(MF)、第五跖骨(M5)。而對照鞋各區(qū)最大壓力由大到小順序是:足跟內(nèi)側(cè)(HM)區(qū)、足跟外側(cè)(HL)區(qū)、M2、第2-5 足趾(T2-5)、足中區(qū)(MF)、第一跖骨(M1)、第三跖骨(M3)、第四跖骨(M4)、第一足趾(T1)、M5，最大壓力則出現(xiàn)在足跟內(nèi)側(cè)(HM)區(qū)。由表2 可知測試鞋與對照鞋在T1、M2、M3、M4、M5、MF 和HM 區(qū)的壓力最大值有顯著性差異，其中T1、M2、M3、M4、M5 區(qū)所受的最大壓力測試鞋均大于對照鞋，而HM 和MF 區(qū)測試鞋小于對照鞋(圖2)。這說明測試鞋可以有效緩沖足跟著地后獲得的地面反作用力，又可以在支撐后使地面反自由作用力最大限度作用于人體，幫助人體向前向上蹬離地面。

表1 不同性別受試者對測試鞋主觀舒適性得分

足底壓強(qiáng)是足底單位面積所承受的地面反作用力，最大足底壓強(qiáng)(Pmax)則是特定區(qū)域內(nèi)所受地面反作用力最大的部位內(nèi)單位面積的作用力值。在最大壓強(qiáng)方面(圖3)，測試鞋各區(qū)由大到小順序分別是:T1、M2、M3、M1、M4、HL、HM、T2-5、M5 和MF，而對照鞋各區(qū)順序則是T1、M2、M1、M3、M4、HM、HL、T2-5、M5 和MF。測試鞋與對照鞋在T1、M3、M4、M5、MF區(qū)的壓強(qiáng)最大值有顯著性差異，其中T1、M3、M4、M5區(qū)所受的最大壓強(qiáng)測試鞋均大于對照鞋，只有MF 區(qū)測試鞋小于對照鞋。從結(jié)果可以看出，前腳壓強(qiáng)大于腳底后部，腳底內(nèi)側(cè)大于腳底外側(cè)。測試鞋總體壓強(qiáng)大于對照鞋，這主要是因?yàn)楹笃谇澳_受力較大。

圖2 女鞋在行走測試中各區(qū)最大壓力值柱形圖

表2 測試鞋與對照鞋各數(shù)據(jù)間t 檢驗(yàn)值

除了MF 區(qū)外，其余各區(qū)測試鞋均大于對照鞋。從結(jié)果可以看出，前腳壓強(qiáng)大于腳底后部，腳底內(nèi)側(cè)大于腳底外側(cè)。測試鞋總體壓強(qiáng)大于對照鞋，這主要是因?yàn)橹魏笃谇澳_受力較大。

圖3 女鞋在行走測試中各區(qū)最大壓強(qiáng)值柱形圖

圖4 所示男測試鞋在自然走測試中，最大壓力是在M2 區(qū)，其次是HL 區(qū)，之后依次是M3、HM、T2-5、M4、M1、MF、T1、M5。而對照鞋各區(qū)最大壓力由大到小順序是M2、M3、HM、HL、M4、T2-5、M1、MF、T1、M5，最大壓力則出現(xiàn)在M2 區(qū)。測試鞋與對照鞋之間只有M3 區(qū)的壓力最大值有顯著性差異，測試鞋小于對照鞋。對男鞋來說，測試鞋和對照鞋在足底壓力分布方面并無差異。與女鞋不同，男測試鞋與對照鞋之間差異并不明顯，測試鞋也并沒有表現(xiàn)出著地時更大的緩沖性能和離地時更好的動力性能。

圖4 男鞋在行走測試中各區(qū)最大壓力值柱形圖

在最大壓強(qiáng)方面(圖5)，男測試鞋各區(qū)由大到小順序分別是:M2、M1、M3、M4、HM、HL、T1、MF、T2-5、M5;對照鞋順序?yàn)?M2、M3、M1、M4、HL、HM、T1、T2-5、MF、M5 。通過T 檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，T2-5、M2、M3、MF 區(qū)測試鞋與對照鞋之間有顯著性差異，測試鞋均小于對照鞋。與女鞋不同，男測試鞋并沒有表現(xiàn)出足底壓強(qiáng)前腳大于腳底后部。但與女鞋相同的是足底內(nèi)側(cè)壓強(qiáng)大于外側(cè)，與女鞋最大不同的是男子測試鞋在前腳和足中部的壓強(qiáng)大于對照鞋。而考慮到男子測試鞋與對照鞋足底壓力差異不大，說明是測試鞋底的設(shè)計(jì)造成了前足和足中部壓強(qiáng)增加。

圖5 男鞋在行走測試中各區(qū)最大壓強(qiáng)值柱形圖

在慢跑測試中，女測試鞋最大壓力是在M2 區(qū)，之后依次是:HL、HM、M3、T2-5、M4、M1、MF、T1、M5。而對照鞋各區(qū)最大壓力由大到小順序是:MF、HM、HL、M2、T2-5、M3、M4、M1、M5、T1，最大壓力則出現(xiàn)在MF 區(qū)。測試鞋與對照鞋在T1、M1、MF 區(qū)的壓力最大值有顯著性差異，其中T1、M1 區(qū)所受的最大壓力測試鞋均大于對照鞋，而MF 區(qū)測試鞋小于對照鞋。在跑步時，女測試鞋和對照鞋的落地緩沖性能無明顯差別，但測試鞋在蹬離地面的動力性能上要好于對照鞋。女測試鞋第二跖骨的高壓力值得注意，跑步時跖骨過高的負(fù)荷是產(chǎn)生疲勞性損傷的原因(圖6)。

圖6 女鞋在慢跑測試中各區(qū)最大壓力值柱形圖

在慢跑測試中，測試女鞋最大壓強(qiáng)是在M2 區(qū)，之后依次是:M3、T1、M1、M4、HL、HM、T2-5、M5、MF。而對照鞋各區(qū)最大壓力由大到小順序是:M2、M3、T1、M1、M4、HM、HL、MF、T2-5、M5，最大壓強(qiáng)則出現(xiàn)在M2 區(qū)。測試鞋與對照鞋在T1、M2、M3、M4、M5、MF 區(qū)的壓強(qiáng)最大值有顯著性差異，其中測試鞋在T1、M2、M3、M4、M5 區(qū)所受的最大壓強(qiáng)值均大于對照鞋，而MF 區(qū)測試鞋小于對照鞋。由于女受試者在穿測試鞋時M2 區(qū)受到最大壓力，因此此處壓強(qiáng)也最大。與行走時相同，跑步時的女測試鞋的壓強(qiáng)依然大于對照鞋。因此應(yīng)考慮進(jìn)一步研究以確定女性足部結(jié)構(gòu)、步行和跑步的運(yùn)動特點(diǎn)，和測試鞋鞋底的設(shè)計(jì)，及確定造成這一問題的原因(圖7)。

圖7 女鞋在慢跑測試中各區(qū)最大壓強(qiáng)值柱形圖

在慢跑測試男鞋中，測試鞋最大壓力是在M2區(qū)，之后依次是:HL、HM、M3、T2-5、M4、MF、M1、T1、M5。而對照鞋各區(qū)最大壓力由大到小順序是:HM、M3、M2、HL、M4、T2-5、MF、M1、M5、T1，最大壓力則出現(xiàn)在HM 區(qū)。測試鞋與對照鞋在M3、M4、M5、MF、HM 區(qū)的壓力最大值有顯著性差異，且測試鞋均小于對照鞋。與女測試鞋一樣，男測試鞋同樣在第二跖骨(M2)區(qū)域受到最大壓力。因此應(yīng)進(jìn)一步研究測試鞋底的設(shè)計(jì)，確定造成這一問題的原因(圖8)。

圖8 男鞋在慢跑測試中各區(qū)最大壓力值柱形圖

在慢跑測試中，測試鞋最大壓強(qiáng)是在M2 區(qū)，之后依次是:M1、M3、M4、HL、HM、MF、T1、T2-5、M5、。而對照鞋各區(qū)最大壓強(qiáng)由大到小順序是:M2、M3、M1、M4、HM、HL、MF、T2-5、T1、M5，最大壓強(qiáng)則出現(xiàn)在M2 區(qū)。測試鞋與對照鞋在T2-5、M3、M5、MF、HM 區(qū)的壓強(qiáng)最大值有顯著性差異，且測試鞋均小于對照鞋。與女性不同的是，男測試鞋表現(xiàn)為足底壓強(qiáng)小于測試鞋。這進(jìn)一步說明男女足部結(jié)構(gòu)、運(yùn)動特點(diǎn)的不同造成鞋底設(shè)計(jì)應(yīng)相應(yīng)有所區(qū)別(圖9)。

圖9 男鞋在慢跑測試中各區(qū)最大壓強(qiáng)值柱形圖

2.3 跟腱角

跟腱角是反應(yīng)跟骨和小腿骨之間相對角運(yùn)動的信息，可用它來描述足的內(nèi)外翻。

女受試者穿對照鞋站立時跟腱角顯著大于穿測試鞋(P=0.02)。說明對照鞋對足部外翻的限制不如測試鞋。著地瞬間，女受試者穿對照鞋時的跟腱角依然明顯大于穿測試鞋。自然行走過程中，女受試者穿測試鞋在著地時跟腱角為3.7°，最大幅值為17.8°，出現(xiàn)時間為0.24 s，離地時跟腱角為-51.5°;而對照鞋著地時跟腱角為6.6°，最大幅值為24.6°，出現(xiàn)時間為0.19 秒，離地時跟腱角為-58.7°。而男鞋中測試鞋在著地時跟腱角為1.95°，最大幅值為26.6°，出現(xiàn)時間為0.15 s，離地時跟腱角為-48.6°;女受試者穿對照鞋在著地時跟腱角為2.3°，最大幅值為20.8°，出現(xiàn)時間為0.20 s，離地時跟腱角為-61.6°(表3)。

在穿測試鞋步行測試中，男女之間跟腱角的變化并沒有顯著性差異，但最大值出現(xiàn)時間女性明顯晚于男性。測試鞋與對照鞋之間除女鞋在站立和走路著地瞬間跟腱角較大外，其他指標(biāo)沒有顯著性差異，兩雙鞋對受試者行走時踝關(guān)節(jié)影響并無區(qū)別。同時也說明測試鞋在對走路時男女踝關(guān)節(jié)運(yùn)動的影響略有不同。

表3 自然行走不同時刻跟腱角及出現(xiàn)時間

在慢跑測試中，女鞋在著地時跟腱角為9.6°，最大幅值為18.8°，出現(xiàn)時間為0.06 s，離地時跟腱角為-24.1°;而對照鞋著地時跟腱角為7.6°，最大幅值為20.9°，出現(xiàn)時間為0.08 s，離地時跟腱角為-17.5°。而男鞋中測試鞋在著地時跟腱角為5.9°，最大幅值為23.3°，出現(xiàn)時間為0.08 s，離地時跟腱角為-25.3°;對照鞋在著地時跟腱角為6.3°，最大幅值為22.6°，出現(xiàn)時間為0.096 s，離地時跟腱角為-22.5°。從數(shù)據(jù)上看出不同鞋慢跑時，男女之間跟腱角的變化并沒有顯著性差異，測試鞋與對照鞋之間也幾乎沒有顯著性差異。說明兩雙鞋對受試者跑步過程中踝關(guān)節(jié)運(yùn)動的影響沒有區(qū)別(表4)。

表4 慢跑不同時刻跟腱角及出現(xiàn)時間

3 結(jié)論

1)測試鞋寬度和長度的合腳性較好，但鞋底的緩沖支持性能稍差。

2)男女對鞋足弓部舒適性的評價不一致。

3)測試鞋對不同性別在完成不同運(yùn)動狀態(tài)(走和跑)時的影響存在差異。

4)女性測試鞋可在行走時提供較好的緩沖與蹬離效果，但同時足底壓強(qiáng)較大。

5)男性測試鞋足底壓強(qiáng)較小。

6)測試鞋可造成穿鞋者第二跖骨負(fù)荷增加，增加疲勞損傷危險。

7)測試鞋對女性站立時足內(nèi)外翻有較好的限制作用，但在運(yùn)動時對踝關(guān)節(jié)的影響與對照鞋無區(qū)別。

4 建議

進(jìn)一步研究男女在足部結(jié)構(gòu)、動作特征等方面的差異，在鞋的設(shè)計(jì)上充分考慮男女差別。

［1］劉靜民，鄭秀瑗，蔡宇輝，等.慢跑鞋功能測評方法的探討性研究［J］.北京體育大學(xué)學(xué)報，2007(3):344-347.

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