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。
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極地超馬好手陳彥博6月初在神秘國度不丹奪下「2018不丹高山200km超馬賽」冠軍,結束了這場上下坡總落差等同3趟半玉山、1趟聖母峰上下山的艱難賽事,在返台後分享會中他精采重現當時跑破腳皮、跑掉指甲的痛苦經驗,不僅帶著腳皮和指甲「本尊」亮相,更分享自己在信仰藏傳佛教的不丹山林中,從仁波切身上學到「任何事情都值得放下」,包括比賽奪冠後也應該放下成績、繼續往前邁進。
陳彥博今(20日)在台北市森林跑站中舉辦分享會,幽默的他在會中分飾主持人和受訪者,講述在不丹高山200km超馬賽六天賽程的難忘經歷。賽程總計200公里,6日分站賽,其中85%是森林路段,陳彥博到了第二天就碰到可怕關卡:吸血螞蝗森林賽道。
賽前主辦單位已不斷提醒森林中有螞蝗出沒,且分發草藥給選手塗抹,然而當陳彥博跑進森林想伸手拿背包中的物資時,不料摸到右大腿上有塊像果凍一樣軟的東西,猛一看,螞蝗正在邊蠕動邊吸他的血!他不禁瘋狂鬼吼鬼叫,不過為了繼續前進,尖叫之餘仍冷靜下來,徒手將螞蝗抓離大腿丟出去。螞蝗在陳彥博腿上留下一個小洞作為賽後紀念,他不忘自嘲「滿性感的」!
賽程到第三天後海拔升高,加上身體乳酸持續堆積,每一天都比前一天艱辛。陳彥博到第四天遇到更險峻的挑戰,正是自己的腳皮。當天賽程有長距離的下坡衝刺,當跑到最後10公里時他感到腳後跟劇烈疼痛,停下來檢查,發現雙腳腳跟出現很大的水泡,但眼看終點不遠,如果停下來就等於輸掉比賽,於是繼續咬著牙跑到終點,也奪得當天的第一名。
然而,當陳彥博把襪子脫下,大會人員和醫生都愣住了,醫師直問「What happend?」因為雙腳腳底的皮全部被磨到直接看到肉,襪子上全都是血,痛到無法走路。即便醫生在剪皮、清創、消毒、包紮時說了N次「Sorry」提醒他忍痛,但他形容治療過程中,自己像「被霍家拳打到」一樣ㄐㄐ叫,又像被幾百隻蜜蜂叮到般高聲尖叫。
劇烈疼痛似乎無法停止,到了第五天53.5公里的long day,陳彥博仍必續頂著途中不間斷的刺痛、最後6公里無法承受的疼痛繼續撐完全程。他坦言:每一步的痛苦都如此深刻,很難形容最後兩天是怎麼撐完的。
「運動跟修行一樣。」陳彥博說,「在運動中遇到的挫折困難,才會讓你了解怎麼面對、如何處置。這次賽事我學到如何對付螞蝗等森林裡的蟲類,在荒野醫療上更多了解;也讓我知道如何處理磨破腳皮、如何用一張衛生紙就能徒手拔腳指甲......經歷所有痛苦,最重要的是我證明了我一直相信的一句箴言:你的努力絕對不會背叛你。」
獲得總冠軍後,陳彥博留在當地休息期間,對一位仁波切說的道理印象深刻:「人生所有事情都是放下的。」接觸超馬第10年,遇過各種生死交關與痛苦經歷,他表示,自己就算獲得冠軍,同一場比賽每年都有不同冠軍,他只是其中一個「曾經」,不丹讓他學到在山岳之中人人平等,甚至在萬靈之中人人平等;也教導他任何事情都該放下、面對每個成功或勝利更加謙卑。
資料來源/RUN FOR DREAM、陳彥博FB
採訪攝影/Dama