近年運動市場的新穎跑鞋如雨後春筍般出現,無論是外觀上繽紛色彩或是特殊的結構設計,不知道身為跑者的你是否有觀察到一個趨勢:「跑鞋鞋頭上揚的趨勢日益明顯,尤其在厚底的跑鞋之中特為突出!」這對跑步會有什麼影響呢?厚底跑鞋上揚的鞋頭結構,真的對跑步時的順暢性有幫助?該結構會對跑步姿態有什麼影響?本文將透過科學的方式,解析跑鞋設計對前足順暢性的影響。
為了揭開順暢性相關的疑惑,首先我們必須了解跑步著地的過程,可比擬為一個滾動的動作。從腳跟著地到離地,可分為三個滾動機制,腳跟滾動 (Heel Rocker)、腳踝滾動 (Ankle Rocker) 以及前足滾動 (Forefoot Rocker)。腳跟滾動 (Heel Rocker) 指腳跟初著地到全腳掌踩平;腳踝滾動 (Ankle Rocker) 指全腳掌貼平到腳跟抬起之前;前足滾動 (Forefoot Rocker) 則指腳跟抬起到腳掌完全離地。
下圖由左至右依序是:腳跟滾動 (Heel Rocker)、腳踝滾動 (Ankle Rocker)、前足滾動 (Forefoot Rocker)
著地時,若是腳掌的滾動過程不流暢,則會產生「卡卡」的感覺,使整體滾動動作的速度不平順,而有不佳的順暢感。其中較容易受跑鞋影響的滾動為腳跟滾動及前足滾動,在此我們稱為「後足順暢」與「前足順暢」。本文將著重在前足順暢的部分。
或許你能直接感受到有些跑鞋順暢性的差異,但透過科學儀器量測,將能更清楚地看到差異,即量測前後方向足底壓力中心 (Center of Pressure, COP) 移動的速度變化。2018 年 Lam 等學者研究認為,良好的順暢感,COP 前後方向速度變化應該是漸進式地增加,而並非突然地遽增,換言之,當前後方向 COP 移動速度的變化越平緩,表示滾動過程較不會突然大幅加速,而是平順的滾動。
延伸閱讀:慢跑鞋的順暢感
下圖透過量測足底各部位的壓力大小,可計算出壓力中心(COP,即圖中的圓點);隨著跑步的滾動機制 COP 會由後至前移動,形成不同的速度變化,藉此可分析跑鞋的順暢性。
本文選定 6 雙市售跑鞋,分為一般跑鞋組以及鞋頭上揚組。所謂一般跑鞋組是指無特別設計鞋頭上揚的結構,鞋內也無設計幫助滾動的硬板之鞋款;而鞋頭上揚組,即該跑鞋設計底部較厚,且鞋頭有特別上揚,試圖引導跑者在前足滾動時保持順暢感受,如同蹺蹺板一般。
量測由一名跑步經驗豐富的測試員輪流穿著 6 雙市售跑鞋,並於鞋墊處使用 Pedar 足底壓力系統,且於跑步機上以每小時 10 公里的時速 (10KPH) 跑步,每一雙鞋至少跑 3 分鐘以上,擷取穩定的足底壓力訊號並匯出數據,以分析完整步態週期為主。
量測結果出爐,對比一般跑鞋組(虛線)與鞋頭上揚組(實線),在腳跟開始離地的階段,尤其是 60-85% 的時間軸,鞋頭上揚組的 COP 移動速度曲線變化較為平緩,COP 移動速度峰值約落在 0.8-1.2m/s 之間;而一般跑鞋組的 COP 移動速度曲線變化遽增,COP 移動速度峰值約在1.2-1.6m/s之間。綜上所述,COP 移動速度變化較平緩的鞋頭上揚組,有較佳的前足順暢性。
為了呈現跑步著地時的鞋底滾動變化,我們於操場拍攝慢動作影片,以利了解跑鞋結構改變對動作的影響。由下圖動畫可以清楚看出,鞋頭上揚組有較順暢的滾動過程,這也呼應了上述所分析 COP 移動速度較平順的結果。
ASICS MetaRun, NIKE free RN 5.0, MIZUNO Wave Sky 3 Waveknit:
ASICS MetaRide, NIKE Air Vaporfly Next%, HOKA ONE ONE Carbon X:
我們從一般跑鞋組(黑,ASICS MetaRun)與鞋頭上揚組(白,ASICS MetaRide)各挑出一款鞋,並搭配定格的截圖來做更詳細的解釋。
ASICS MetaRun(一般跑鞋組)與 MetaRide(鞋頭上揚組)的分解動作變化:
從全掌貼平到腳跟離地的過程中,一般跑鞋組在啟動前足滾動機制 (Forefoot Rocker) 時,需較大程度地彎折蹠骨關節;而鞋頭上揚組則是像蹺蹺板般,順應著跑鞋的結構與上揚弧度向前。從黃、紅、藍色點的相對位置便能清楚知道,當一般跑鞋組向前時,黃點位置幾乎是不動的;相對地鞋頭上揚組向前時,黃點位置則是向下,同時間藍點上升,代表鞋頭向下貼平地面,而鞋跟隨之揚升。
從最大彎折到離地瞬間的過程中,前腳掌與掌趾會推蹬地面,我們可觀察到一般跑鞋組推蹬的位移較大,伸展的幅度亦大;反之,鞋頭上揚組的位移較平緩,伸展的幅度小。對比紅點與藍點的軌跡線就能明顯看到一般跑鞋組上升幅度較大;反之,鞋頭上揚組則上升幅度較小。顯示一般跑鞋組在推蹬時會有較大的蹠骨關節彎折動作,而鞋頭上揚組則會受限於鞋子的結構,不須做出較大的延展動作;這樣的動作變化,可降低蹠骨關節推蹬的出力,但會使跑者感受到「推不到的感覺」,形成一種「還沒推蹬就離地」的感受。
本文比較鞋頭上揚組與一般跑鞋組,希望利用足底壓力中心(COP)的移動速度變化探討著地與離地時的現象,並試著解析其中的過程,這並不代表跑鞋的優劣。
跑鞋的結構設計百百種,鞋頭上揚設計的跑鞋並不一定適合每位跑者。有些跑者偏愛一般跑鞋推蹬時腳掌彎折的感受;而有些跑者則偏愛順暢的過渡感。挑選適合自己的跑鞋才是最重要,而透過科學的驗證方式可以提供客觀的數據分析,並排除主觀感受錯誤的可能。
參考文獻:
Lam, C. K. Y., Mohr, M., Nigg, S., & Nigg, B. (2018). Definition and quantification of ‘ride’ during running. Footwear Science, 10(2), 77-82.
撰文/董智尚、陳韋翰、相子元
*文章授權轉載自《運動科學》網站
原文:厚底跑鞋鞋頭上揚對前足順暢性的影響
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。
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你有想過為什麼要開始運動?基本上會開始運動大約都有這三個動機:改善身體外觀、減輕體重與增強運動表現,雖然我們都想要從運動訓練中獲得許多的好處,當然也包含上面這三個動機,但很少有人會再運動訓練前注意到自己的肌肉是否已經失衡,然而,肌肉的不平衡是運動傷害潛在最危險的因素,除非你請到一個十分專業的教練並透過適當的專業訓練計劃,才能解決肌肉不平衡的問題。
然而,我們人體的每個關節都被肌肉包圍,如果關節一側的肌肉因過度使用而變得太緊,則可能導致另一側的肌肉因缺乏使用而變得太弱;這就是所謂的肌肉不平衡。這個問題除了上面所說的肌肉不平衡可能是造成傷害的潛在原因外,還有因為它會影響靜止時關節的位置,並在運動過程中改變其運動路徑,這兩者都是潛在運動傷害的原因。
如果你已經因為這樣受傷或疼痛,就必須要找醫療專業人員進行正確的診斷和治療,但如果你是訓練過後會發現身體的相同部位總是有點疼痛或肌肉有點緊的狀況,那麼你就可能是出現肌肉不平衡的問題。當這樣的情形出現時,你就必須要調整正確的訓練計劃,幫助提高肌肉力量和增強關節活動範圍,這兩者對於消除肌肉不平衡至關重要。 接下來是關於肌肉不平衡及造成這個問題你因該了解的六件事,
當發現你也有這樣的錯誤,請務必改變你的訓練方式活習慣,以免讓這個問題變得更加嚴重。
1.重複運動是肌肉失衡的最常見原因之一,當肌肉縮短時它們會產生力量,如果它們被用於為相同的動作反覆產生力量時,則肌肉可能變得過度使用並保持半收縮狀態,這種肌肉狀態就可能會改變關節的位置。在工作環境中進行相同的動作或在每次鍛煉中進行完全相同的練習是重複動作的兩個例子,這可能是不平衡的潛在原因,如果你的工作環境或訓練時需要重複動作,請嘗試確定可以對動作進行微小更改以避免不平衡的方法。
2.長時間處於久坐不動的坐姿,可能會導致臀部肌肉不平衡,我們大多數人大部分工作時間,都屬於坐在一個座位上,試想一下當你坐下時,臀部會彎曲會導致髖部屈曲的肌肉處於縮短的位置,當髖部屈肌縮短時,就會改變髖關節移動的方式;此外,當髖部屈肌收緊時,它們減少了對臀部伸展負責的臀大肌的活動,這也可能是腰痛的潛在原因。因此,如果你的工作在一天中大部分時間都坐著,那就要找機會站起來四處走動一下,主要目的就是盡量讓你的關節保持活動,避免你臀部肌肉變得太緊。
3.長時間駕車的人也會有這種問題,看看你開車時臀部和腿部是維持什麼姿勢?基本上在駕駛時都會保持一條腿彎曲另一條腿放鬆,可能會導致肌肉的靜止長度發生變化,特別是如果你長途駕駛的時後,請注意你如何坐下並儘量保持身體處於中立位置。如果需要長途汽車旅行,請抓住機會離開駕駛座,好好的在車外伸展並走動,然後再回到方向盤前面,這除了能有效放鬆肌肉也能幫助你提振精神。
4. 僅在一個運動平面上進行訓練也可能是肌肉不平衡的原因,例如大家常做的肱二頭肌彎舉、仰臥起坐和深蹲等等,都是限制在有限的線性路徑中運動的動作,做太多這樣多限制的線性路徑運動,也是導致肌肉不平衡的問題,為了減少肌肉不平衡的風險,請確保你的訓練計劃之中包括等量的運動,如推、拉、旋轉或是側向移動的動作,當你了解如何在多平面環境中移動訓練,可以幫助減少失衡的風險。
5.長期不良姿勢可導致上半身肌肉不平衡,特別是肩部和上背部這兩個肌肉群,這些不良的姿勢大多數都是身體處於靜止狀態之下,不良的姿勢會導致低效的運動模式增加受傷的風險。例如:現在上班族最常見的姿勢,做在辦公桌前打電腦或是低頭滑手機,都會造成肩膀肌肉變短與上背部肌肉過於拉伸,造成不必要的長度。
6. 穿高跟鞋可能會造成肌肉不平衡,經常穿著後高前低鞋子的人,因為,腳跟比腳趾高這可能會使你的腳、小腿、臀部和肩膀出現一些肌肉不平衡的風險,當你的腳跟處於抬高位置時,它就有可能改變膝蓋的位置,並改變大腿骨骼的位置進而改變脊柱和肩膀的位置,高跟鞋也會導致小腿和腳趾頭的肌肉極度緊張,如果你是跑者或是舞者就要特別注意小腿肚的肌肉發展失衡,適度的放鬆按壓會解決這樣的問題。
當你的其中一個肌肉太強或太弱時,就很難將關節保持在適當位置,例如許多人喜愛練腹肌但卻沒有注重下背部的肌肉訓練,這造成肚子前部的肌肉非常強壯,但肚子肌肉的背部相對較弱,因此,就會導致略微彎曲的向前姿勢,久而久之身體就會呈現出駝背的姿勢,同時,也會對下背部造成額外的壓力並磨損脊柱中的關節。這種不均勻的關節磨損導致骨骼傾斜或朝向遠離理想運動平面的特定方向移動,在這種情況下,一組肌肉必須更加努力地將骨骼拉回理想的平面,隨著時間的推移,這一塊肌肉變得緊張更容易受傷,糾正這種肌肉不平衡的解決方案是加強平衡肌肉的力量,這也就是主動肌與拮抗肌要平衡的原因。
參考資料/draxe、bodybuilding
責任編輯/David