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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她來自於美國加州,一直熱衷於跑步與參加賽事,現年90歲的奶奶多蘿西‧喬伊 (Dorothy Joy),在當地時間2月5日,參加了衝浪城半程馬拉松的比賽。
在這場比賽中,多蘿西可以說是以走完成了全程,但是她的速度卻不慢,以平均每英里(約1.6公里)17分21秒前進,最終以3小時47分24秒的成績完成了比賽。在90歲以上的年齡組中,只有多蘿西一個人完賽,即使是80歲以上年齡組,多蘿西仍然是最快的。這是自2014年10月份以來,她的最佳半馬成績,領先322人衝過終點線。
其實多蘿西1995年才開始運動。那年,她和她的丈夫吉姆‧喬伊 (Jim Joy)搬到了加州一個位於洛杉磯以東80英里的聖貝納迪諾國家森林西部邊緣的城市。當吉姆被他的新醫生建議開始每天行走45分鐘以維持他的健康的時候,多蘿西也加入了他。結髮69年的他們就這樣從那時候開始,一路一起運動至今。
多蘿西最小的女兒珍妮·迪恩 (Jenny Dean),從高中就開始跑步,1999年還轉入職業賽跑領域。2001年,她鼓勵父母參加一次5K慈善賽。回想起自己第一次參加有組織的比賽,多蘿西說:「她讓我們更喜歡跑步了。」在上坡的時候,多蘿西雖然有些落後,但是下坡時她卻超過了很多人。
當在終點線等待其他人完賽的時候,多蘿西和女兒順便看了下比賽結果。珍妮大喊:「我的天啊!媽媽,你跑的好快喔!你是第一名。」那種感覺就像是在一頭公牛面前揮舞著紅旗,從那之後我便停不下來了。
2002年1月份,在多蘿西75歲生日的那天,她和女兒參加了太平洋海岸線半程馬拉松,如今已改名為她前不久剛參加的衝浪城市半程馬拉松。多蘿西說:「 當我完成比賽時,一位年輕人走過來祝賀我,並說:我可以吻你一下嗎?」當然好呀!為什麼不?在75歲的時候還能盡情享受生活,真的是太棒了!
迪恩是媽媽最堅定的支持者和比賽搭檔,感情要好的母女倆,每個星期六早上,都會一起前往俱樂部,參加組織所舉行的步行活動,每次三到七英里。此外,他們也已經在美國的12個州以及加拿大的不列顛哥倫比亞參加過比賽。其他的家庭成員也受她們的影響開始跑步,今年的衝浪城市半馬,她們家是四代人同時參加比賽的。
除了能偶爾得到別人的吻,多蘿西也在接下來的15年比賽生涯中獲得了超過100枚獎牌,且絕大部分都是贏得了她所在的年齡組的冠軍。目前為止,多蘿西已經完成了63場5K賽和53場半程馬拉松賽,以及10場接力賽。
除了在步行之中享受樂趣和益處,多蘿西表示:「她喜歡成為別人的榜樣。」過去幾年,也有不少人與她說:看著她的表現,就是一種鼓舞與堅持的力量,希望自己能與多蘿西一樣到了這個年齡仍然在堅持。
因著自己的經驗,能說服更多人前進,對於多蘿西來說就像多做了一件善事。