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。

先了解跑步著地過程 －滾動機制

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。

科學量測 6 雙跑鞋

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。

鞋頭上揚對動作的影響

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。

結語

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

想要減脂瘦身的你，是否也曾經努力並持續的進行有氧運動？但脂肪反而沒減去多少，肌肉確開始流失！首先，我們要先了解脂肪(Fats)共分為：脂肪酸(fatty acids)、三酸甘油脂(triglycerides)、磷脂(phospholipids)和類固醇(steroids)這四大類，而脂肪酸在人體內是以三分子的脂肪酸和一分子的甘油，所組成之三酸甘油脂的方式被身體所儲存，我們體內大部分的三酸甘油脂都是儲存於脂肪細胞內，其餘小部分儲存於肌肉與肝臟內。另外，三酸甘油脂的利用將要藉由脂肪分解(lipolysis)作用，再形成脂肪酸及甘油，脂肪酸就能立即成為肌肉收縮或其他組織細胞的能量來源，而甘油將被肝臟用來合成葡萄糖，以減少醣類的消耗。

脂肪是如何釋放

我們體內的脂肪(三酸甘油脂)由脂肪細胞內游離出來的速度，即使當身體在運動中也是相當慢。通常脂肪在體內主要被囤積於白色脂肪細胞內，想要將這些脂肪轉變為脂肪酸讓肌肉與組織細胞使用，首先，必須要給於適量的運動刺激，讓交感神經分泌兒茶酚胺(例如腎上腺素與正腎上腺素等)，兒茶酚胺會刺激白色脂肪細胞內的ß3受體，這時酵素之一的腺甘酸環化酶便會活化合成出環磷酸腺甘，接著，將脂肪分解為脂肪酸的酶也會活性化，使脂肪轉變為脂肪酸成為肌肉收縮或其他組織細胞的能量來源。另外，根據一份研究報告指出，堪稱脂肪分解出發點的ß3受體，在39%的人身上相對較少，這也就是說有部分的人，即使進行有氧運動分泌出兒茶酚胺，但ß3受體仍然沒有任何反應，這也就意味著有些人做有氧運動能快速燃脂，有些人確絲毫紋風不動的原因。

運動強度與脂肪關聯

我們經由身體能量的轉換了解，要減脂就必須要藉由脂肪分解(lipolysis)作用，形成脂肪酸及甘油這兩塊，最重要的就是要利用運動來刺激體內的賀爾蒙來加快這個過程，那如果我們將運動的強度增強是否能快速分解脂肪呢？當然脂肪酸氧化的速度會加快，但是乳酸的產量也會增加！因為，我們身體骨骼肌收縮的能量來源是腺苷三磷酸(ATP)，而提供給肌肉細胞使用的ATP路徑有：經由磷酸肌酸分解重新組成的ATP，稱之為磷化物系統又稱ATP-PC；在無氧條件下將醣類經醣解作用產生ATP的稱之為乳酸系統，最終的產物為乳酸；最後一個是利用氧氣將醣、脂肪與蛋白質代謝形成ATP，稱之為有氧系統。我們將運動強度增強就會讓身體進入所微的無氧運動狀態，這時後就會排出大量的乳酸，而乳酸會降低脂肪酸游離的速度，並增加脂肪酸再合成脂肪的速度，接下來碳水化合物就成為能量的重要來源。在中低強度的運動中，血液內的乳酸濃度非常的低對脂肪酸的游離幾乎沒有影響，這樣脂肪的氧化就會成為最主要的運動能量來源，碳水化合物作為能量來源的比例也大幅降低，所以，中底強度的運動比較有利於脂肪分解的效率。

缺乏能量肌肉會減少？

我們之前已經知道脂肪會分解作為能量的來源；然而身體同時還會分解體內的蛋白質和碳水化合物來做為能量的來源，當我們減少熱量攝取又要維持身體運作的同時，體內的胰島素的含量也會成腺出非常低的狀態，這時身體會分泌其它的荷爾蒙－胰高血糖素(Glucagon)又稱為升糖素，是一種由胰臟胰島α-細胞分泌的激素，而促使全身的組織開始分解產生可用的能量，所以體內長時間胰島素過低與升糖素過高對於增加肌肉是不利的。你要知道身體有三個胺基酸的能量來源，當我們增加飲食中的蛋白質，可以減緩肌肉組織的流失，但無法完全停止流失的問題，一般認為當身體能量缺乏的越嚴重，就越會消耗體內的組織來提供能量；所以在減重減脂的過程中不要太過於心急，以至於讓身體的能量缺乏，慢慢的減重這樣肌肉流失就會少多了。

結論

可以看出脂肪分解(lipolysis)作用是個精細而複雜的過程，從脂肪組織中的脂肪細胞開始，再到血液，最後到肌肉細胞的線粒體中氧化供能，完成了脂肪分解作用與能量供給。運動根據運動強度和時間，動脈血漿中的游離脂肪酸會比安靜狀態增加10－20倍；即使是低強度運動，游離脂肪酸也會顯著增加，一般達到安靜狀態的6倍以上，唯有持續運動才能繼續燃脂，越持續運動越分解脂肪供能進而消耗脂肪越多，所以一般建議有氧運動需要持續30-45分鐘以上，畢竟時間短的運動燃燒的脂肪量較少。

資料來源／barbend、draxe

責任編輯／David

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