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。
為了讓健康的運動觀念進入日常生活,我們創立了運動科學網;為了讓正確的運動知識提升生活品質,我們創立了運動科學網,我們致力於運動科學的研究,希望這些努力不僅僅侷限於學術領域中,而是讓熱愛運動的普羅大眾更健康快樂地運動。
當你從事跑步、跳舞,或涉及大量短跑的足球、網球運動,都可能導致腿筋緊繃。許多人腿筋一疼痛就自然地去伸展它,但小心這個動作不但沒解決問題,反而刺激已過度拉伸的肌肉,更容易造成拉傷或撕裂。因此,腿筋疼痛時絕不要馬上伸展,以下方法教你在腿筋緊繃、疼痛時如何應對。
首先,你該知道緊繃糾結的肌肉是痠痛來源。正常的肌肉應該像橡皮筋般,具有彈性;但當運動時過度使用腿部肌肉,肌肉纖維失去彈性糾結成一團、肌肉變短,像肉乾依樣硬梆梆地難以動作,將會引起疼痛。這時就算拼命做伸展運動,肌肉也不會拉長、無助於緩解痠痛。
細究腿筋(Hamstring,亦稱膕旁肌)位置附著於骨盆後部的坐骨結節,也是跑者通常會感到疼痛的部位,而與腿筋相對的肌肉群是附著於骨盆前部的「股四頭肌」,腿筋和股四頭肌肌群能保持骨盆穩定。然而,跑步等運動涉及的移動和力量,讓穩定任務變得更加困難。
1 伸展並滾動腿部的股四頭肌和髖屈肌。
2 躺著伸展腿筋,不要站立並試圖觸摸腳趾頭。
3 運用腰部伸展和骨盆傾斜運動來伸展腰部肌肉。
4 加強核心肌群,尤其是腹部肌肉,將棒式(Plank)納入日常訓練中。
5 透過下肢屈曲動作加強腿筋肌肉。起初不要使用阻力,或使用極輕阻力,透過全範圍訓練(full range of motion)來活動肌肉,暫時將動作維持在最大範圍,接著慢慢收回。建議每周做兩次。
6 運動後立刻冰敷15-20分鐘,並穿著壓力褲來幫助支撐受影響的肌肉。
7 爬樓梯與游泳交叉訓練,以保持心肺功能。爬樓梯時使用較小的步幅,可避免做這類動作時干擾到腿筋。
8 按摩有助於放鬆緊繃的肌肉、改善靈活性,促進血液循環和復原,並恢復關節活動範圍。
9 如果疼痛持續存在,使你必須以任何方式跛行或改變步態,特別是發現有任何瘀傷時,請盡速就醫。
10 物理治療可幫助治癒和糾正肌肉缺陷或不平衡。
承前段文章,想要避免腿筋疼痛,你可以做些練習和伸展動作來幫助腿筋鬆弛,日常做些伸展動作正是緩解腿筋緊繃最簡單的方法之一。以下動作可隨時隨地在不用任何設備的情況下完成,建議將這些動作納入日常生活中,每周至少2-3天。
動作 1 躺式腿筋拉伸
1 平躺在地上,雙腿自在伸展。建議躺的位置可靠近牆面或門口角落,幫助動作時支撐。
2 抬起右腿,膝蓋保持微彎,並將腳跟放在牆上。
3 慢慢伸直右腿,直到腿筋伸展,並維持至少10秒鐘,至多30秒。
4 換另一條腿做1-3動作,接著每條腿再重複1輪。
附註 此動作能加強雙腿靈活度,過程中試著盡量靠近牆面,可獲得更大的伸展。
動作 2 坐式腿筋拉伸
1 坐在地面,左腿膝蓋彎曲,右腿伸展。
2 雙手向前,朝右腳尖伸展。此時小腿可支持你向前伸展的力量,但不要強迫伸展。
3 動作2維持至少10秒鐘,至多30秒。
4 換另一條腿做1-3動作,接著每條腿重複2-3輪。
動作 3 站式腿筋拉伸
1 站立於脊椎中立位置。
2 將右腿放前方,左腿膝蓋微彎。
3 將雙手放在右腿上,同時輕輕向前傾。過程中必保持背部打直。
4 動作3伸展姿勢維持至少10秒鐘,至多30秒。
5 換另一條腿做1-4動作,接著每條腿重複2-3輪。
資料來源/Runner’s World, healthline,《滾一滾鬆筋膜天天零痠痛》、林杏青復健科總醫師
責任編輯/Dama