内侧高硬度材料对跑步内旋过度状况的控制

阮果清,杨 礼,顾耀东

(1.安踏(中国)有限公司,福建晋江 362212;2.浙江体育职业技术学院,浙江 杭州 311231)

正常跑步运动中,足通过与地面接触以调整人体的平衡。通常足跟落地瞬间,足与地面成轻微内翻角;因此,足必需经过随后的向内旋转使整个后掌接触到地面,形成了足正常内旋(normal pronation),内旋不足(under pronation)和内旋过度(over pronation)三种情况。但是足的内旋过度(足成外翻和跖屈位置)最易导致运动损伤。由于内旋联系着胫骨旋转引起髌骨相对股骨关节偏离,导致髌骨接触压力增大,引起髌骨股骨关节疼痛症;内旋过度增大跟腱拉力,使于之相连的比目鱼肌增大作用与胫骨的力,引起胫骨疼痛。Warren发现内旋过度引起的旋转应力与足底腱膜病理学有一定联系。

跑鞋的运动控制系列正是针对这一运动现象,为跑步者的安全而设计。大部分运动控制系列原理主要通过提高中底和帮面材料的硬度,外援性限制踝关节的运动幅度;或者调整后掌几何尺寸,减少地面反作用力对踝关节的力臂,以降低力矩,弱化足后部内旋。本研究通过鞋中底内侧材料的改变,探讨“内硬外软”设计对跑步中的运动控制作用。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究选取五位慢跑中有较明显内旋过度青年男性为实验对象,被试者足部健康,近六个月无足部损伤史。

1.2 研究方法

实验用鞋为三双同款式慢跑鞋,仅中底材料具有差异(图1):分别为普通eva(A);内侧足弓部至后掌添加高硬度材料(B);内侧后掌部添加高硬度材料(C)。实验被试随机选取不同慢跑鞋在室内塑胶跑道以自选稳定速度进行慢跑运动各五次。鞋中底,后帮处和被试脚踝、小腿中部分别附上mark点,且矢状面上成一竖直线。实验采用高速摄像机(100Hz)设于跑道中间,影像经simi分析软件进行处理。取鞋-下肢跑动中所成最大角度和鞋-地面跑动中所成最小角度(图2)为分析指标。

2 研究结果

鞋-下肢所成角度为内旋过度所参考的重要依据之一。不同跑鞋运动中鞋-下肢所成最大角度如表1所示。纯eva中底鞋A过度内旋情况最严重,所成角度最大,平均值为13.89°。鞋A和鞋B,鞋A和鞋C都产生非常显著性差异(p<0.01),但鞋B和鞋C并为产生显著差异。

图1 跑鞋中底内侧材料变化范围

图2 a)鞋-下肢所成角度;b)鞋-地所成角度

表1 不同跑鞋运动中鞋-下肢所成最大角

鞋-地所成角度体现鞋在运动中的外翻状况(最小角小于90°时即处于外翻状态)。图3显示鞋A所成角度明显较小,反映了鞋A运动中外翻情况较另两款鞋严重。同样,鞋A和鞋B,鞋A和鞋C都产生非常显著性差异(p<0.01),但鞋B和鞋C并为产生显著差异。

4 讨论与总结

跑步中的内旋过度现象为经常引起运动损伤的重要因素,且一直为鞋类设计师所关注的焦点。尤其扁平足运动员易出现过度内旋,需要“稳定”的跑鞋以进行安全的训练[2]。因为过度内旋导致足部平衡该动作需产生更大的肌肉力量作用于足中各结构。同时提高且延长了胫骨旋转幅度和时间,增加下肢作用应力,特别是膝关节处。虽然过度内旋的原理和影响并未被完全理解,但是该动作却可作为跑步者各种疲劳损伤的预兆[3]。

本文发现内侧高硬度材料的应用比普通eva中底可以有效降低跑动中的内旋过度,相关研究也表明跑鞋内侧中底硬度变化可以实现运动控制作用[4]。不过从本研究结果显示高硬度材料的使用面积并未有明显变化,鞋B和鞋C不存在较大差异。Stell和Buckley[5]应用矫形鞋垫对跑步运动控制结果显示,鞋-下肢最大角度由11°降低到8°,鞋-地最小角度由81°提高到83°,与本研究控制情况较接近。Nester[6]等发现通过矫形鞋垫增高内侧高度亦可以有效降低跑动中的内旋过度;Eng和 Pierrynowski[7]报导此类鞋垫对膝关节的运动幅度同样可以控制。不过鞋垫的使用和中底材料变化原理上存在共同点。Nigg和Bahlsen[4]研究发现跑鞋鞋底的外形变化同样可以对运动特征起到控制作用,例如跑鞋外侧底部的曲线弧度,可显著降低最初落地时的内翻幅度,不过对内旋过度并未出现显著影响。本研究仅从冠状面上分析了跑步中的运动学情况,有一定局限性;内旋过度的动力学特征也有待进一步研究。

图3 不同跑鞋运动中鞋-地所成最小角

[1] Warren BL.Plantar Fasciitis in Runners:Treatment and Prevention.Sports Med 1990,10(5):338-45.

[2] Arangio GA,Chopra V,Voloshin A,Salathe EP.A Biomechanical Analysisof the Effect of Lateral Column Lengthening Calcaneal Osteotomy on the Flat Foot.Clinical Biomechanics 2007(22):472-477.

[3] Bahlsen A.The Etiology of Running Injuries:A Longitudinal,Prospective Study.1988 Doctoral Dissertation.University of Calgary,Canada.

[4] Nigg BM,Bahlsen HA.Influence of Heel Flare and Midsole Construction on Pronation,Supination,and Impact Forces for Heel-Toe Running.International Journal of Sport Biomechanics,1988(4):205-219.

[5] Stell JF,Buckley JG.Controlling Excessive Pronation:A Comparison of Casted and Non-casted Orthoses.The Foot 1998(8):210-214.

[6] Nester CJ,Linden ML,Bowker P,Effect of Foot Orthoses on the Kinematics and Kinetics of Normal Walking Gait.Gait and Posture 2003(17):180-187.

[7] Eng JJ,Pierrynowski MR.The Effect of Soft Foot Orthotics on Three-dimensional Lower-limb Kinematics During Walking and Running.Phys Ther 1994(74):836-844.