梅齊昌，顧耀東，李建設(shè)

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基于足部形態(tài)特征的跑步生物力學分析

梅齊昌1，顧耀東1，李建設(shè)2

目的：旨在分析習慣著鞋跑步者與習慣裸足跑步者跑步的運動學和動力學特征，并結(jié)合習慣著鞋跑步者內(nèi)收的大腳趾與習慣裸足跑步者外展的大腳趾的足部形態(tài)差異進行功能分析。方法:18名習慣裸足跑步者與20名習慣著鞋跑步者參與跑步測試(控制速度3.0±0.2 m/s)。Vicon三維紅外運動分析系統(tǒng)用于收集兩組受試者跑步測試時下肢的運動學數(shù)據(jù)；Kistler三維測力臺用于收集受試者跑步過程中右腿的地面反作用力；Novel Pedar-X鞋墊式足底壓力測量系統(tǒng)用于獲得足部特定解剖區(qū)域的足底壓力(峰值壓強，接觸面積及壓強-時間積分)數(shù)據(jù)，重點探究兩組受試者外展及內(nèi)收的大腳趾跑步時的功能。結(jié)果：由于兩組受試者跑步時落地方式的差異，兩組受試者在落地時踝關(guān)節(jié)屈伸的角度存在較為顯著的差異。習慣著鞋跑步者跑步時垂直負荷增長率高于習慣裸足跑步者，這與下肢及足部常見損傷相聯(lián)系。習慣裸足跑步者跑步時，足部前掌區(qū)的峰值壓強和壓力-時間積分高于習慣著鞋跑步者，習慣著鞋跑步者大腳趾區(qū)由于鞋底的支撐作用表現(xiàn)出較大的峰值壓強及壓強-時間積分，相應(yīng)的前足內(nèi)外側(cè)的峰值壓強和壓強-時間積分也明顯低于習慣裸足跑步者。結(jié)合兩組受試者在踝關(guān)節(jié)冠狀面內(nèi)的角度變化，習慣裸足跑步者蹬離地面時外翻角度高于習慣著鞋跑步者。結(jié)論：習慣著鞋跑步者跑步時足部蹬離階段大腳趾由于鞋底支撐作用能夠降低聚集于前足的負荷，減少足部筋膜炎、跖骨疲勞性骨折的風險；針對腳趾蹬地時抓地彈射機能的訓練能夠提高跑步的運動表現(xiàn)。

足形態(tài)；裸足跑；跖屈；背屈；大腳趾

1 前言

鑒于上述原因，裸足跑步引起媒體、學者、跑者及運動鞋具制造商的廣泛關(guān)注。學者紛紛進行裸足、著鞋或者相互間比較的研究；跑者以減少損傷的目的嘗試裸足跑步；運動鞋具制造商也生產(chǎn)出各式各樣的“裸足”跑步鞋，如Vibram Fivefingers、New Balance Minimus、Nike Free 等各品牌的系列鞋，給跑者帶來“裸足”跑步的感覺以及所提及的好處[1,20]。與此同時，大量關(guān)于習慣裸足跑步者動作特征、習慣著鞋跑步者裸足跑等研究也表明，習慣裸足跑步者進行裸足跑步有一定的技術(shù)特點；而對于習慣著鞋跑步者進行裸足跑步而言，不光是落地方式(FSP)的差異，而且習慣著鞋跑者進行嘗試前掌落地的裸足或者著“裸足”鞋跑步時，需要經(jīng)過一定階段對裸足跑步技巧進行學習[27]。研究同樣表明，由于前掌落地時踝關(guān)節(jié)跖屈的姿勢，長期裸足跑步者下肢肌肉及跟腱等組織出現(xiàn)變化[24]，且足部會出現(xiàn)角質(zhì)化[11]。其他因素，如跑步場地環(huán)境多變等，容易對足部造成創(chuàng)傷，這也是裸足跑步時必須考慮的一個重要因素[28]。與此同時，“是‘裸足或穿鞋跑’還是‘落地方式’更重要？”[32]這一議題被提出并進行了相關(guān)研究，結(jié)果表明，裸足跑與著任何鞋具跑步時均會產(chǎn)生不同結(jié)果，尤其對習慣著鞋者而言，足部及下肢的負荷會增加得更為明顯[5]，從而出現(xiàn)損傷的風險更大。

不同地域人群足部形態(tài)特征會存在差異，其中，尤為突出的特征在足的前掌區(qū)和腳趾區(qū)[8,14]。足部的不用形態(tài)學特征與足部特定區(qū)域的功能也緊密聯(lián)系[16,30]。本文目的在于結(jié)合足部形態(tài)學差異的同時，對習慣裸足跑步者和習慣著鞋跑步者在裸足與穿鞋條件下的時空參數(shù)、運動學及動力學指標和足底壓力特征等進行比較分析，探究其在兩種條件下的運動生物力學特征。本研究假設(shè)兩組受試者腳趾區(qū)的形態(tài)學差異與足部功能相關(guān)。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

本實驗選取18名男性習慣裸足跑步者(年齡：23±1.2周歲；身高：1.65±0.12 m；體重：65±6.9 kg；身體指數(shù)：23.88±0.93 kg/m2)，均來自印度西南部Kerala省，為寧波大學國際留學生；20名男性習慣著鞋跑者(年齡：24±2.1周歲；身高：1.72±0.16 m；體重：66±6.5 kg；身體指數(shù)：22.31±1.97 kg/m2)，為寧波大學在讀中國學生。受試者了解實驗步驟和目的且簽署協(xié)議書，右腿均為優(yōu)勢腿，鞋碼為41歐碼，均有跑步的歷史，且在實驗前半年下肢無任何損傷。

兩組受試者跑步時落地方式不同，習慣裸足跑步者跑步時是以前足落地(FFS)，習慣著鞋跑步者跑步時是以后跟落地(RFS)。兩組受試者足部存在較為顯著的形態(tài)學差異，習慣裸足跑步者(FFS)相對于習慣著鞋跑步者(RFS)，大腳趾與其他腳趾是分離的，且距離很大。

跑步測試實驗前，受試者均采用Easy-Foot-Scan (EFS,Ortho-Baltic,Kaunas,Lithuania)進行3D足形掃描(圖1)，獲取受試者的3D足面數(shù)據(jù)及2D足底圖片。Easy-Foot-Scan對受試者進行足形掃描時，受試者兩腳與肩同寬自然站立，其中，右腳踩在足形掃面器的掃面區(qū)域，左腳踩在與掃描區(qū)域等高的支撐平臺上。Easy-Foot-Scan的掃面速度、靈敏度、分辨率和平滑系數(shù)等參數(shù)均設(shè)定在快、正常、1.0 mm和30 mm。獲取的2D足底圖片采用Auto CAD 2007 (Computer-Aided-Design,Autodesk,America)對大腳趾和第2腳趾間的最小距離進行測量(圖2)。所測得兩組受試者的最小距離進行獨立樣本t檢驗，得到α=0.000<0.05,t=-16.15。

圖1 本研究Easy-Foot-Scan 3D足形掃描Figure 1. Easy-Foot-Scan 3D Foot Scan

圖2 本研究受試者的足部背面觀及2D足底圖片F(xiàn)igure 2. The Dorsal View and 2D Footprint Image of Participants

2.2 實驗方法

2.3.3 多肽的形成 指導學生尋找密碼子對應(yīng)的氨基酸和相應(yīng)的tRNA，模擬三肽的合成。依次重復上述步驟，直到核糖體讀到mRNA的終止密碼，合成終止。進一步探究： 假設(shè)不同的mRNA，其堿基排列順序不同，翻譯出來的蛋白質(zhì)是否相同？引導學生通過改變mRNA上的某些堿基，改變了原有的mRNA，并讓學生動手實驗。通過探索學生獲取新知： 不同的基因轉(zhuǎn)錄出不一樣的mRNA，翻譯出不同的蛋白質(zhì)。

Vicon 三維紅外運動捕捉系統(tǒng)(Oxford Metrics Ltd.,Oxford,UK)采用內(nèi)置Nexus Plug-in Gait模型，16個Maker反光點(直徑14 mm)分別粘在左右側(cè)髂前上棘、左右側(cè)髂后上嵴、左右大腿外側(cè)、左右膝關(guān)節(jié)中心點外側(cè)、左右小腿外側(cè)、左右外踝尖、左右腳后跟及左右側(cè)第二跖骨頭。測試頻率設(shè)定在200 Hz用于時空參數(shù)及運動學相關(guān)數(shù)據(jù)的采集。同時，Kistler三維測力臺(Kistler,Switzerland)與Vicon軟件同步測試，并固定于跑道中央，受試者調(diào)整好落腳點以右腳落于測力臺上，以1 000 Hz采集受試者右腿的地面方作用力。

鞋墊式足底壓力測量系統(tǒng)(Novel Pedar-X System,Germany)用于跑步過程中足底壓力的采集，習慣裸足跑步者裸足跑步時以襪子固定于足底，習慣著鞋跑步者著鞋跑步時平整置于鞋內(nèi)。鞋墊根據(jù)足部解剖結(jié)構(gòu)被分為后跟內(nèi)側(cè)(medial rearfoot-MR)、后跟外側(cè)(lateral rearfoot-LR)、中足內(nèi)側(cè)(medial midfoot-MM)、中足外側(cè)(lateral midfoot-LM)、前足內(nèi)側(cè)(medial forefoot-MF)、前足外側(cè)(lateral forefoot-LF)、大腳趾(hallux-H) 及其他腳趾(other toes-OT) 8個區(qū)域，以進一步準確分析足底受力特點。峰值壓強(peak pressure)、接觸面積(contact area)及壓強-時間積分(pressure-time integral)等參數(shù)用于分析習慣裸足跑步者及習慣著鞋跑步者一個步態(tài)周期中右腿支撐期的足底壓力特征。本研究將右腳落地(落于Kistler測力臺)即刻至下一次落地即刻定義為一個周期。

2.3 實驗步驟及數(shù)據(jù)采集

通過秒表和節(jié)拍器控制受試者的跑步節(jié)奏，將速度控制在3.0±0.2 m/s，受試者在實驗室內(nèi)10 m長的跑道上熟悉實驗場地適應(yīng)跑步節(jié)奏和速度，且調(diào)整好步點，以右腿落在跑道中間的Kistler測力臺上。實驗過程中，兩組受試者按隨機順序進行跑步測試，為保證受試者跑步步態(tài)的穩(wěn)定性和降低實驗數(shù)據(jù)的誤差，兩組受試者均進行6次跑步測試。運動學、動力學及足底壓力同步進行測試。

2.4 統(tǒng)計學分析

兩組受試者在裸足(習慣裸足跑步者)及著鞋(習慣著鞋跑步者)條件下均進行6次跑步實驗，以便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計過程中采用平均值降低實驗誤差。SPSS 17.0 統(tǒng)計軟件采用最小差異分析法(Least significant difference-LSD)和獨立樣本t檢驗(Independent-samples T test)分析習慣裸足跑步者裸足跑及習慣著鞋跑步者著鞋跑的時空參數(shù)、運動學及動力學的差異性，顯著性水平設(shè)定在0.05。

3 實驗結(jié)果

3.1 時空參數(shù)及運動學結(jié)果

后期實驗數(shù)據(jù)采用Vicon運動解析系統(tǒng)Nexus軟件包對時空參數(shù)及下肢各關(guān)節(jié)角度進行處理，并分析習慣裸足跑步者與習慣著鞋跑步者一個跑步步態(tài)周期幀的步周長(Stride length,SL)、步幅時間(stride time,ST)及右腳與地面接觸時間(contact time,CT)間的差異性(表1)。

表1 本研究時間-空間參數(shù)一覽表Table 1 The Spatiotemporal Parameters

注：用*,&和+分別表示習慣裸足跑步者(FFS)裸足跑步與習慣著鞋跑步者(RFS)著鞋跑步時步周長(SL)、步幅時間(ST)及接觸時間(CT)存在顯著性差異(P<0.05)；18名習慣裸足跑步者及20名習慣著鞋跑步者。

習慣著鞋跑者(RFS)和習慣裸足跑步者(FFS)一個跑步步態(tài)周期中下肢踝、膝及髖3個關(guān)節(jié)角度變化曲線如圖3、圖4和圖5所示。為將運動學數(shù)據(jù)與動力學數(shù)據(jù)結(jié)合起來分析，關(guān)節(jié)角度變化主要集中分析右腿在支撐期的數(shù)據(jù)特點，依據(jù)兩組受試者跑步時與地面的接觸時間占總步幅時間的比例，RFS與FFS的支撐期(stance period,SP)分別占各自步態(tài)周期的37.2%±0.3%(SP)和28.5%±0.5%(SP’)，SP表示習慣著鞋跑步者的支撐期，SP’表示習慣裸足跑步者的支撐期。

圖3 本研究踝關(guān)節(jié)在一個步態(tài)周期中關(guān)節(jié)角度變化曲線圖Figure 3. The Ankle Angle Curve in One Gait Cycle

圖4 本研究膝關(guān)節(jié)在一個步態(tài)周期中關(guān)節(jié)角度變化曲線圖Figure 4. The Knee Angle Curve in One Gait Cycle

圖5 本研究髖關(guān)節(jié)在一個步態(tài)周期中關(guān)節(jié)角度變化曲線圖Figure 5. The Hip Angle Curve in One Gait Cycle

3.2 地面垂直反作用力與足底壓力結(jié)果

各受試者的垂直地面反作用力(Vertical Ground Reaction Force，vGRF)均通過體重(N)進行相對化，得到兩組受試者的垂直地面反作用力與各自體重倍數(shù)的相對值。兩組受試者進行跑步測試時落地方式不同，二者的地面反作用力特點也不相同。RFS著鞋跑時，有2個波峰，第1個波峰(I)為受試者后跟落地時產(chǎn)生被動沖擊力峰值(Passive impact peak)，第2個波峰(II)為受試者前足蹬離地面時產(chǎn)生的主動沖擊力峰值(Active impact peak)；而FFS在裸足跑與著鞋跑時，均保持前足落地(I′)，只產(chǎn)生1個前足蹬地時刻的波峰(II′)(圖6)。

垂直負荷增長率(Vertical Loading Rate,VLR)是地面反作用力除以相對應(yīng)的時間(Force/Time)。兩組受試者落地方式不同，對RFS及FFS的垂直負荷增長率(VLR)進行比較(圖6)，RFS著鞋跑時的垂直負荷增長率(VLR)大于FFS裸足跑時的VLR’。通過鞋墊式足底壓力測量系統(tǒng)測得到兩組受試者跑步時各區(qū)域的峰值壓強(peak pressure)、接觸面積(contact area)及壓強-時間積分(pressure-time integral)的特點(圖7～圖9)。本文主要比較分析兩組受試者跑步測試時支撐期內(nèi)足底相應(yīng)解剖區(qū)域的足底壓力特點。

RFS與FFS進行跑步測試時，足底8個分區(qū)的峰值壓強均存在一定差異，其中，后跟內(nèi)側(cè)(MR)、后跟外側(cè)(LR)、前足外側(cè)(LF)及大腳趾區(qū)域(H)的差異性較顯著(圖7)。FFS在MR、LR及H區(qū)域的峰值壓強顯著性小于RFS(P<0.01)。如圖9所示，RFS與FFS跑步測試時足底各區(qū)域的壓強-時間積分也存在一定的差異性，主要集中于后跟內(nèi)外側(cè)(MR，LR)、前足外側(cè)(LF)和大腳趾(H)等區(qū)域。FFS跑時后跟區(qū)(MR，LR)及大腳趾區(qū)(H)的壓強時間積分小于RFS，前掌外側(cè)相反。

圖6 本研究習慣著鞋跑步者著鞋跑與習慣裸足跑步者裸足跑時垂直地面反作用力曲線圖Figure 6. The Vertical Ground Reaction Force of Habitually Shod Runners and Habitually Unshod Runners Running Under Shod and Unshod Conditions

圖7 本研究著鞋跑及裸足跑的足底各區(qū)域峰值壓強示意圖Figure 7. The Peak Pressure of Habitually Unshod and Shod Running Under Shod and Unshod Conditions

注：*表示二者間顯著性水平低于0.05；下同。

圖8 本研究著鞋跑及裸足跑的足底各區(qū)域接觸面積示意圖Figure 8. The Contact Area of Habitually Unshod and Shod Running Under Shod and Unshod Conditions

圖9 本研究著鞋及裸足跑的足底各區(qū)域壓強-時間積分示意圖Figure 9. The Pressure-time Integral of Habitually Unshod and Shod Running Under Shod and Unshod Conditions

4 討論

本研究以習慣著鞋跑步者與習慣裸足跑步者間足部一個顯著的形態(tài)差異——前者內(nèi)收的大腳趾及后者外展的大腳趾為基礎(chǔ)[4]，就兩個具有不同跑步落地方式的群體，在控制跑步速度的基礎(chǔ)上，以各自正常且舒適的姿勢進行跑步測試。通過對兩組受試者跑步過程中下肢運動學、動力學及足底壓力特征的分析，探究習慣裸足跑步者與習慣著鞋跑步者足部特定形態(tài)結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的功能特點。

裸足跑步的益處被鞋具生產(chǎn)商及大眾媒體等廣泛傳播，且裸足跑步也被運用至運動員的日常訓練[15,31]、娛樂健身跑[9]及康復訓練中[12]。多變的跑步界面及環(huán)境激發(fā)出“裸足”鞋來模擬裸足跑步帶給人體產(chǎn)生的刺激和感覺，且能夠預防皮膚損傷或者其他急性損傷[10,28]。關(guān)于不同落地方式及著鞋或裸足條件下跑步的生物力學分析得到廣泛的重視與不斷的研究。

對本研究中習慣裸足跑步者(FFS)和習慣著鞋跑步者(RFS)跑步測試時的時空參數(shù)及運動學參數(shù)進行比較分析，兩組受試者在步周長(SL)、步幅時間(ST)及接觸時間(CT)上存在較大差異。FFS跑步測試時的步周長顯著小于RFS，與大量裸足跑的研究結(jié)果一致[3,22,34,35]。跑步過程中，步長與速度和時間之間存在“步周長=跑步速度×步幅時間”的關(guān)系，兩組受試者的跑步速度均控制在3±0.2 m/s，步幅時間也出現(xiàn)相應(yīng)的變化，F(xiàn)FS的步幅時間亦顯著性小于RFS的步幅時間。另外，RFS后跟落地跑步時，支撐期內(nèi)踝關(guān)節(jié)會出現(xiàn)落地時的背屈，過渡至全足支撐期的跖屈，至蹬離期的跖屈；而FFS以前掌落地時減少了踝關(guān)節(jié)的跖屈背屈的運動，使足部與地面的接觸時間減少[25]。

通過壓力鞋墊分區(qū)分析足部各區(qū)域的負荷，對RFS與FFS跑步時足底壓力進行對比分析，由于RFS以后跟落地，結(jié)合前文對兩組受試者落地差異的分析對比，RFS后跟內(nèi)、外側(cè)(MR,LR)的峰值壓強(peak pressure)及壓強-時間積分(pressure-time integral)均顯著性高于FFS(以前掌落地的跑步方式)。RFS后跟內(nèi)、外側(cè)有較大的接觸面積，RFS中足內(nèi)側(cè)接觸面積大于FFS，可能是由于鞋幫及鞋面的作用使鞋底更加貼合中足內(nèi)側(cè)。FFS的前足內(nèi)、外側(cè)(MF，LF)的峰值壓強與壓強-時間積分高于RFS，其中，前掌外側(cè)(LF)較顯著。鑒于鞋底緩沖作用，RFS前掌外側(cè)(LF)峰值壓強小于FFS；FFS由于缺乏鞋底緩沖墊作用，僅依靠踝關(guān)節(jié)由跖屈向背屈的運動來減緩沖擊力，但快速的垂直負荷增加率傳遞至小腿，增加了下肢的沖擊力負荷，尤其是小腿(脛骨)應(yīng)力性骨折的風險和前掌跖骨區(qū)域的疲勞性損傷[7,13,21,23,26]。RFS在大腳趾區(qū)較大的峰值壓強及壓強-時間積分說明著鞋時大腳趾在蹬地時的支持作用，裸足跑時前足外側(cè)較大的峰值壓強和壓強-時間積分、前足內(nèi)側(cè)的壓強-時間積分等表明，較大的壓強及其較長時間的持續(xù)作用在較小的區(qū)域均會導致足部損傷，如足底筋膜炎及跖骨的疲勞性骨折[6]。

結(jié)合上述時空參數(shù)與運動學及動力學的討論分析，裸足跑時較小的步周長、較短的步幅時間及較短的接觸時間，下肢踝關(guān)節(jié)背屈及跖屈角度和髖關(guān)節(jié)的屈曲角度(前擺幅度)等，均是由于裸足跑對長期裸足直接接觸地面適應(yīng)的結(jié)果，是跑者在保持前足落地特征的同時機體對裸足跑進行一定適應(yīng)調(diào)整的結(jié)果，以降低出現(xiàn)裸足跑步時直接的沖擊而減小損傷的幾率。對裸足跑的好處是在于其落地的方式還是著鞋或裸足進行研究表明，落地方式比著鞋或裸足更為重要，且要掌握正確落地方式的技巧需要一定階段的學習、適應(yīng)[7,27]。

本研究中，F(xiàn)FS與RFS足部形態(tài)的最大差異在大腳趾區(qū)[14]，實驗前通過Easy-Foot-Scan三維足形掃描得到，F(xiàn)FS的大腳趾與其他腳趾間的最小距離顯著性大于RFS的大腳趾與其他腳趾間的最小距離，F(xiàn)FS的大腳趾呈外展位置，而RFS的大腳趾呈內(nèi)收位置[4]。結(jié)合腳趾在跑步過程中足部蹬地功能的分析，Lambrinudi等[16]將運動過程中足蹬離地面時足看作一條杠桿，跖骨頭為支點，動力源自下肢各肌群(腓腸肌、趾長屈肌及踇長屈肌等)，阻力為機體自身重量。大腳趾蹬地作用一方面能夠增加支點的面積，降低聚集于支點(跖骨頭)區(qū)域的壓強等負荷；另一方面，與下肢肌群相連的趾長屈肌腱收縮，使大腳趾的抓地產(chǎn)生彈射作用，增加跑步時抓地面積，從而提高運動表現(xiàn)。結(jié)合降低的前足內(nèi)側(cè)的壓強-時間積分，說明大腳趾的支撐作用對前足區(qū)負荷有降低的作用，類似的腳趾作用能夠提升跑步時的運動表現(xiàn)，尤其是長時間的耐力跑[30]。大腳趾在支撐期蹬離地面階段的支撐作用，不僅能夠降低聚集于前足跖骨區(qū)域的負荷，降低足部出現(xiàn)足底筋膜炎、跖骨疲勞性骨折的風險，而且，能夠通過特定方式的訓練刺激連接趾長屈肌腱相關(guān)肌群的作用，能夠提升大腳趾抓地機能，從而提升跑步時的運動表現(xiàn)。

5 結(jié)論

習慣裸足跑步者與習慣著鞋跑步者進行跑步測試時由于不同的落地方式，表現(xiàn)出時空參數(shù)、運動學、動力學及足底壓力的差異。本文的動力學研究結(jié)果表明，習慣著鞋跑步者相對于習慣裸足跑步者有較大的垂直負荷增長率，與下肢及足部損傷的機率緊密相關(guān)。對于廣泛認同的裸足跑對機體的益處及較低的損傷機率需要辯證的接受，裸足跑前掌區(qū)域的負荷高于著鞋跑。裸足跑帶來的益處是源于其跑步過程中足部落地的方式，而非裸足或著鞋，且掌握正確落地方式的技巧需要一定階段的學習和適應(yīng)。因此，對于習慣著鞋者而言，要正確對待裸足跑，不要盲目嘗試，更重要的是需要掌握落地方式。習慣裸足跑步者跑步時，主要負荷集中于足部前掌區(qū)，與多種下肢足部損傷相聯(lián)系。習慣著鞋跑步者由于鞋底緩沖系統(tǒng)的作用，大腳趾能夠起到支撐作用而降低前足的負荷。習慣著鞋跑步者與習慣裸足跑步者間足部的形態(tài)差異關(guān)聯(lián)的功能在大腳趾區(qū)，大腳趾的支撐作用降低前足跖骨區(qū)域的負荷，減小足部損傷的風險；同時，大腳趾抓地時彈射的功能能夠提升跑步時的運動表現(xiàn)。本研究通過對習慣著鞋跑步者與習慣裸足跑步者跑步的運動生物力學分析，證實兩組受試者足部的形態(tài)差異與特定的運動機能相關(guān)聯(lián)，該功能不僅能夠提高跑步時的運動表現(xiàn)，而且能夠降低損傷風險。

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A Biomechanical Analysis of Running Based on the Foot Morphological Characteristics

MEI Qi-chang1,GU Yao-dong1,LI Jian-she2

Objective:This study aims to investigate the kinematics and kinetics of habitually unshod runners and habitually shod runners running.The foot morphological characteristics of abducted hallux of habitually shod runners and adducted hallux of habitually unshod runners is linked in the analysis morphology-related functions while running.Methods:A total of 18 habitually unshod runners and 20 habitually shod runners participated in the running test controlling the speed of 3.0±0.2m/s.The Vicon three dimension motion analysis system was taken to capture the kinematics of lower extremity while running test.Kistler was employed to record the ground reaction force of running under shod and unshod conditions.The Novel Pedar-X insole plantar pressure measurement system was utilized to collect the plantar pressure (peak pressure,contact area and pressure-time integral) in specific anatomical areas.The function of abducted and adducted hallux is analyzed through the comparison of plantar pressure parameters and kinematical results.Results:Owing to the different landing patterns of two participant groups,the dorsiflexion and plantarflexion angle of ankle while landing show significant difference.The Vertical Loading Rate of habitually shod runners is obviously higher than that of habitually unshod runners,which is linked with common injuries to the lower extremities.The peak pressure and pressure-time integral of habitually unshod runners’ running are significantly higher than habitually shod runners.As to the hallux part of habitually shod runners,the peak pressure and pressure-time integral are higher owing to the supporting from outsole,thus reducing the loading in the medial forefoot and lateral forefoot.Combining the inversion and eversion of ankle in the coronal plane while pushing off,habitually unshod runners show a bigger eversion angle than habitually shod runners.Conclusion:In the pushing-off phase,the supporting from outsole to the hallux of the habitually shod runners could reduce the loading to the forefoot,thus lowering down the incidence of foot disorders,like plantar fasciitis and metatarsal fatigue fracture,but also improving the running performance through training of pushing-off sling-like action.

Footmorphology;barefootrunning;plantarflexion;dorsiflexion;hallux

1000-677X(2015)06-0034-07

10.16469/j.css.201506005

2014-12-31；

2015-05-20

國家自然科學基金資助項目(81301600)；安踏(中國)有限公司資助項目(HS11085)。

梅齊昌(1990-)，男，湖北黃岡人，在讀碩士研究生，主要研究方向為運動生物力學，Tel:(0574)87609396,E-mail:meiqichang@aliyun.com; 顧耀東(1981-)，男，浙江寧波人，副教授，主要研究方向為體育工程，Tel:(0574)87609396,E-mail:guyaodong@hotmail.com; 李建設(shè)(1957-)，男，山東鄒城人，教授，博士研究生導師，主要研究方向為運動生物力學，Tel:(0574)87609396,E-mail:lijianshe@nbu.edu.cn。

1.寧波大學 體育學院，浙江 寧波 315211；2.浙江水利水電學院，浙江 杭州 310018 1.Faculty of Sports Science,Ningbo University,Ningbo 315211,China;2.Zhejiang University of Water Resources and Electric Power,Hangzhou 310018,China.

G804.63

A