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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川內優輝甫在新北市萬金石馬拉松大放異彩,摘下該賽事升級國際田徑總會(IAAF)銀標籤後的第一個男子組冠軍寶座。如果你有目睹他衝向終點後跪倒在地的那一刻,即便不認識他,絕對也會為他跑步時誇張扭曲的痛苦表情和拚盡全力的精神感動。透過他為萬金石馬拉松來台的分享會和採訪,進一步認識他如何以正職公務員、業餘馬拉松選手的身分,培養自己成為一名特立獨行的國際級頂尖運動員。
31歲的川內優輝不像其他馬拉松菁英選手,他不屬於任何一個實業團,而是名一周工作五天、上下班穩定的埼玉縣地方公務員。這位在大眾印象中應該安守本分的公務員,座右銘卻是「打破現狀!」,而他也用跑步證明了這個理念。
例如他不願因為頻率和強度過高的訓練帶來傷害,所以不按日本選手一天兩次的訓練頻率,每天只利用上班前集中訓練一次。「偶爾偷懶是可以的」他笑說:「馬拉松選手不一定要365天都在練習跑、隨時隨刻把自己逼在最佳狀態;人不是機器,也需要放鬆的時候,只要記住該拚的時候就要全力衝刺,偶爾放鬆一下,反而能讓自己保持對馬拉松的熱愛。
對於馬拉松賽事,大部分馬拉松選手整年只跑2-3場馬拉松,但川內每年跑十幾二十場馬拉松是家常便飯,也參與50公里的超級馬拉松以及許多半程馬拉松或短距離比賽。他的概念是,比賽就是訓練的一部分,比起自己跑,參加比賽有交通管制、計時、補水站等許多好處,況且若沒有參加馬拉松賽事,跑者無法獲得真正比賽時該有的策略和時間感。
對於跑步他自成一套「川內流」跑步方式,練習上,每月跑量約600公里的他不強調除了賽前一周以外的速度練習,反而希望跑者能挑戰4小時以上的長距離慢跑(Long Slow Distance,LSD)以及爬坡練習,從這兩方面讓肌肉和技巧就向上提升。而在每一場賽事之間學習控制身體在短時間內回復最佳狀態,並靠著賽事後的自我反省,能讓技巧不斷提升。
全程拚盡吃奶力氣、表情痛苦扭曲,一過終點線後應聲倒下被醫護人員抬走……這是常見川內參賽的經典畫面,也是大家喜愛看他比賽的原因之一。跑起步來總帶點日本武士道精神,一副「就算死了也沒關係」的態度去面對,主因他認為馬拉松是件快樂的運動,是他打從心底喜愛的事。
對川內而言,跑步最有趣的是無論長距離或短距離,都能透過互相競爭和其他跑者發展友誼;而藉由各地馬拉松賽事到達不同城市、和各國選手交流、享受當地文化,這是他參加馬拉松最大的動力。
川內對馬拉松的喜愛也觸及周遭親友。小時候,母親總是肯定且支持他跑步,要求他「努力、堅持」;長大後,熱愛跑步的川內反過來鼓勵媽媽參加馬拉松活動,日前他母親以53歲年過半百的年紀,僅花3小時41分就完成全程馬拉松;而問及單身的他徵女友條件,他不假思索地回答「努力、認真、喜歡馬拉松」。川內強調,不忘記馬拉松是件很快樂的運動,這樣才能達到自己的真正的實力。
新北市萬金石馬拉松中川內不只奪下銀標籤第一屆冠軍,更因體力不支在衝破終點線後應聲跪倒,成為各大媒體追逐焦點。川內在賽後回憶,他在前半段折返點前希望把領先人數縮到最少,沒想到後半段後面選手緊追不捨,有如一場你追我跑遊戲,加上後半段天氣轉熱,衝過終點後手腳已無力僵硬,相當感謝醫療人員對他細心照顧,才讓他能這麼快速恢復。
川內表示,上一次來台參加2016萬金石馬拉松,只拿到第二有點不甘心,所以這次來台灣一心想拿第一。而這次比賽途中很多台灣人用中文加油為他打氣,他認為跑遍各地參賽,除了日本最熱情的就是台灣,很感激能來台參賽。這次領先肯亞選手得到第一,代表亞洲人在馬拉松賽事也能成為世界第一,希望台灣的朋友一起加油,大家都能有很好的表現。
責任編輯/Dama