魏震 李靜先 王琳

1 上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)科學(xué)學(xué)院（上海200438）

2 渥太華大學(xué)健康學(xué)院人體運(yùn)動(dòng)科學(xué)系

盡管跑步運(yùn)動(dòng)有眾多益處，但研究發(fā)現(xiàn)每年跑步損傷發(fā)生率高達(dá)79.3%[1-3]。目前關(guān)于跑步損傷的可能原因中，跑步落地模式[4-6]和跑步路面類型[7-8]逐漸成為研究熱點(diǎn)。

跑步落地模式由跑步者足初始接觸地面時(shí)足底壓力中心（centre of pressure，COP）在足底的位置所決定[9]，COP 在全足長后1/3 則為后足落地模式（rearfoot strike，RFS），中1/3則為中足落地模式（midfoot strike，MFS），前1/3 則為前足落地模式（forefoot strike，F(xiàn)FS）。研究發(fā)現(xiàn)盡管FFS 在跑步者中比例較低，僅占2%[10]，但此模式相對(duì)于RFS跑步時(shí)下肢有更低的地面沖擊力和負(fù)荷率[11]，運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)較小。目前對(duì)FFS 的研究中，受試者大多并非習(xí)慣FFS，而是由習(xí)慣RFS 跑者經(jīng)過步態(tài)再訓(xùn)練轉(zhuǎn)變?yōu)镕FS 進(jìn)行研究[11-13]。盡管跑者可通過下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)調(diào)整，暫時(shí)轉(zhuǎn)變足落地模式，但有部分研究認(rèn)為RFS 跑者下肢已經(jīng)形成固定的運(yùn)動(dòng)模式，其并不能代表習(xí)慣FFS 跑者足底壓力的變化[5-7]，因此習(xí)慣FFS 跑者跑步時(shí)的足底壓力還有待于進(jìn)一步證實(shí)。

此外，不同跑步路面的硬度和地面摩擦系數(shù)不同，也會(huì)造成足底壓力有一定差異[7，14-15]。Wang等[16]研究發(fā)現(xiàn)，相較于混凝土路面，在草地上跑步時(shí)前足有更長的接觸時(shí)間，中足外側(cè)和前足峰值受力相對(duì)較小。Hong等[15]研究也提出相較于混凝土和草皮路面，在跑步機(jī)上跑步有更低的足底壓力，并建議使用跑步機(jī)進(jìn)行早期康復(fù)。盡管如此，F(xiàn)u 等[14]針對(duì)混凝土、草皮、塑膠跑道和跑步機(jī)[有或無乙烯-醋酸乙烯酯共聚物緩沖墊（ethylene vinyl acetate，EVA）] 等5種路面研究得出不同結(jié)論，該研究認(rèn)為，盡管跑步路面地面硬度差異較大，但是跑步者可能通過下肢髖、膝、踝運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的調(diào)整以適應(yīng)不同路面，使得在不同路面跑步時(shí)足底壓力無顯著差異。因此，針對(duì)不同硬度地面，由于研究方法學(xué)上的差異，研究結(jié)果還未得到一致性結(jié)論。

綜上，跑步落地模式和跑步路面不同對(duì)足底壓力的分布均有一定影響，但不同習(xí)慣落地模式在不同路面上跑步時(shí)足底壓力的差異還未可知。因此，本研究探討不同習(xí)慣落地模式跑者在不同硬度路面跑步時(shí)足底壓力的差異，為跑步者選擇不同落地模式和跑步路面提供參考，為常見跑步損傷的預(yù)防提供證據(jù)支持。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究共納入78名男性業(yè)余跑步愛好者，其中41名為習(xí)慣后足跑者（年齡24.2 ± 2.5 歲，身高171.8 ±5.7 cm，體重68.4 ± 10.2 kg，跑齡3.1 ± 1.8年），37名為習(xí)慣非后足跑者（年齡27.9 ± 6.2 歲，身高173.0 ±4.2 cm，體重68.3 ± 9.4 kg，跑齡5.0 ± 4.2年）。所有受試者均為右利腿，每周跑步里程10～15 km，且半年內(nèi)無下肢骨骼肌肉系統(tǒng)損傷。本實(shí)驗(yàn)通過本單位倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 研究方法

首先，對(duì)受試者身高、體重進(jìn)行測量，然后讓受試者在跑步機(jī)上以舒適的速度熱身5 min，待受試者適應(yīng)測試跑鞋（歐洲鞋碼41～43，ASICS SORTIEMAGIC RP 4 TMM467.0790，Japan）和不同跑步路面后測試正式開始。研究通過足初始接觸地面時(shí)COP在足底的位置確認(rèn)跑者足落地模式，由于前足和中足落地模式跑者比例較少[10]，因此將其合并為非后足落地模式（non-rearfoot strike，NRFS）進(jìn)行研究。

測試跑道長15 m、寬1 m，測試區(qū)域?yàn)榕艿乐虚g3 m。為比較不同硬度路面上足底壓力的差異，隨機(jī)鋪設(shè)以下4種路面：混凝土、人造草皮、合成橡膠、EVA泡沫地面。其中草皮、合成橡膠和EVA 路面厚度均為2 cm，混凝土地面為普通地磚，厚度1 cm。為避免測試路面與地板之間的摩擦，鋪一層厚度為1.6 mm的聚氯乙烯墊。光電計(jì)時(shí)系統(tǒng)（WittySEM，Microgate，Italy）記錄跑者在測試區(qū)域的跑步速度，高速攝像機(jī)（Motion Pro X-4，Integrated Design Tools Inc.USA）確定跑步者右足落在測試區(qū)域，采樣頻率為100 Hz。采用Pe?dar足底壓力系統(tǒng)（Novel，Munich，Germany）收集測試區(qū)域內(nèi)右足落地時(shí)的足底壓力，采樣頻率為100 Hz。鞋墊共有99 個(gè)壓力傳感器，與固定在腰部的Pedar 信號(hào)接收盒進(jìn)行連接，每次測試前均使用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備進(jìn)行校正[6]。受試者右足需要落在測試區(qū)域且速度控制在3.33 m/s（± 5%）范圍內(nèi)[17]，每個(gè)路面采集3條成功的數(shù)據(jù)用作進(jìn)一步分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用Pedar系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，根據(jù)研究目的將全足分為9 個(gè)區(qū)域[6]，見圖1。研究指標(biāo)包括右足落地期間全足及9 個(gè)分區(qū)峰值壓力（maximum force，MF）、壓力時(shí)間積分（force-time-integral，F(xiàn)TI）、峰值壓強(qiáng)（peak pressure，PP）、壓強(qiáng)時(shí)間積分（pressure-timeintegral，PTI）和接觸面積（contact area，CA），其中MF和FTI根據(jù)受試者體重進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

圖1 足底壓力分區(qū)

使用SPSS 22.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所有指標(biāo)以均值± 標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，統(tǒng)計(jì)學(xué)采用重復(fù)測量的雙因素方差分析（two-way ANOVA with repeated mea?sures），考察足落地模式和跑步路面兩個(gè)因素對(duì)上述變量的交互作用及主效應(yīng)。Bonferroni 矯正用于事后多重比較，顯著性水平設(shè)為P<0.05。

2 結(jié)果

結(jié)果顯示，不同落地模式和跑步地面在MF、FTI均無顯著的交互作用。主效應(yīng)結(jié)果顯示全足、后足和中足RFS 跑 者M(jìn)F 和FTI 均 顯著 大于NRFS 跑 者（P<0.001），其 余腳趾部MF 顯 著大于NRFS 跑者（P<0.001）。NRFS 跑者M(jìn)F 在前足內(nèi)側(cè)（F=5.86，P=0.018，ES=0.07），F(xiàn)TI在前足區(qū)域顯著大于RFS跑者。不同路面結(jié)果顯示，EVA路面前足中部和外側(cè)MF顯著小于其他3 種路面（P<0.001），前足中部、外側(cè)和中足區(qū)域FTI也顯著小于其他3種路面（P<0.001），見表1。

表1 不同跑步落地模式跑者在不同路面跑步時(shí)足底峰值壓力（MF）和壓力時(shí)間積分（FTI）比較

PP 在足跟區(qū)域，PTI 在前足外側(cè)區(qū)域跑步路面和足落地模式有顯著交互作用（P<0.05），進(jìn)一步分析顯示，NRFS 跑者在EVA 路面足跟區(qū)域PP 顯著較低。對(duì)于不同落地模式，主效應(yīng)結(jié)果顯示，足跟和中足區(qū)域RFS 跑者PP 和PTI 顯著大于NRFS 跑者（P<0.001），前足區(qū)域NRFS 跑者PP 和PTI 均顯著大于RFS 跑者（P<0.05）。不同路面結(jié)果顯示，EVA路面在全足和前足區(qū)域PP 和PTI 均顯著小于其他3 種路面（P<0.001），且對(duì)于PP，在足跟外側(cè)EVA顯著小于混凝土（P=0.016，95%CI=3.89-56.38）和橡膠（P=0.007，95%CI=5.22-47.91）；中足外側(cè)EVA 顯著小于橡膠（P=0.008，95%CI=1.31-13.02），見表2。

表2 不同跑步落地模式跑者在不同路面跑步時(shí)足底峰值壓強(qiáng)（PP）和壓強(qiáng)時(shí)間積分（PTI）比較

CA 在落地模式和跑步路面均無顯著的交互作用（P>0.05）。主效應(yīng)結(jié)果顯示全足、后足、中足、腳趾部RFS 跑者CA 顯著大于NRFS 跑者（P<0.001）。對(duì)于不同路面，EVA 路面在中足內(nèi)側(cè)顯著大于混凝土（P=0.008，95%CI=0.22-2.19）和草皮（P=0.014，95%CI=0.10-1.30），前足內(nèi)側(cè)EVA 顯著大于混凝土（P=0.011，95%CI=0.03-0.39），見表3。

表3 不同跑步落地模式跑者在不同路面跑步時(shí)足底接觸面積（CA）的比較（cm2）

3 討論

本研究主要探討不同習(xí)慣落地模式在不同路面跑步時(shí)足底壓力的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，跑步路面和足落地模式僅PP 在足跟，PTI 在前足外側(cè)有明顯的交互作用。RFS 跑者足底壓力主要集中在足跟和中足區(qū)域，NRFS 跑者足底壓力主要集中在前足尤其是內(nèi)側(cè)區(qū)域。相較于其它3 種路面，EVA 路面在前足有較低的MF，足弓區(qū)域CA較大。

本研究結(jié)果顯示，MF在跑步路面和落地模式無顯著的交互作用，主效應(yīng)顯示RFS跑者全足MF顯著大于NRFS 跑者。此結(jié)果與Kernozek 等[13，18]研究不盡相同，該研究將習(xí)慣RFS 跑者足底壓力與受試者轉(zhuǎn)變?yōu)镹RFS跑步時(shí)足底壓力進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩種落地模式全足MF 無顯著差異。有研究認(rèn)為跑者雖可以通過運(yùn)動(dòng)學(xué)的適應(yīng)短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變足落地模式[19]，但習(xí)慣NRFS跑者下肢已經(jīng)形成固定的運(yùn)動(dòng)模式和肌肉力量，因此結(jié)果的不同可能是由于下肢不同的生物力學(xué)差異所致。Almeida 等[20]研究也提出，運(yùn)動(dòng)再訓(xùn)練雖可以轉(zhuǎn)變足落地模式，但為了預(yù)防跑步相關(guān)損傷，跑者需要幾個(gè)月時(shí)間去適應(yīng)新的落地模式。足底分區(qū)數(shù)據(jù)顯示，RFS 跑者在足跟和中足區(qū)域MF 比NRFS 跑者高87.6%和27.3%，與Daoud 等[21-23]的研究結(jié)果一致，其發(fā)現(xiàn)習(xí)慣RFS跑者在足跟初始接觸地面時(shí)地面反作用力時(shí)間曲線比NRFS 跑者多一個(gè)沖擊峰值[20，24]；Kelly 等[25]研究也提出RFS跑者步長比NRFS跑者長，因此與地面接觸的沖擊時(shí)間相對(duì)較長。額外的沖擊峰值和較長的沖擊時(shí)間可能導(dǎo)致RFS跑者足跟落地時(shí)的沖擊力沿著脛骨向上傳遞，進(jìn)而導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)損傷的發(fā)生[26-27]。由于NRFS跑者足落地時(shí)踝關(guān)節(jié)處于跖屈狀態(tài)，因此足跟和小腿三頭肌的離心收縮會(huì)對(duì)地面沖擊力產(chǎn)生一定代償[28-29]，使足跟區(qū)域壓力較小。盡管如此，NRFS跑者前足尤其內(nèi)側(cè)區(qū)域先接觸地面，較高的負(fù)荷可能與跖骨的應(yīng)力性骨折有關(guān)[30]。此外，Almonroeder等[11]研究發(fā)現(xiàn)，NRFS跑者落地時(shí)跟腱的負(fù)荷率會(huì)增加15%，因此NRFS跑者長期跑步可能造成后期小腿三頭肌的疲勞性損傷和跟腱炎[12，20，31]。

本研究結(jié)果顯示，對(duì)于不同跑步路面，不同落地模式跑者全足MF在4種路面無顯著差異，但EVA路面在前足中部，前足外側(cè)MF顯著小于其它3種路面。由于不同路面硬度不同，路面之間MF結(jié)果的相似可能是由于不同落地模式跑者在足接觸地面時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)髖、膝、踝關(guān)節(jié)的角度所致[19]。Fu等[14，16，32]的研究也認(rèn)為，跑步者會(huì)通過自身運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)調(diào)整，使用不同的代償機(jī)制適應(yīng)不同硬度的地面，從而預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生。盡管EVA路面在前足區(qū)域足底壓力顯著小于其他3種路面，但由于EVA路面硬度較低，足落地時(shí)在EVA路面會(huì)發(fā)生較大的形變，跑者為了獲得足夠的力量進(jìn)入騰空期，在EVA 路面產(chǎn)生形變的同時(shí)也會(huì)進(jìn)行下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)調(diào)整。因此，相較于其他路面，在EVA路面上跑步時(shí)發(fā)生跖骨應(yīng)力性骨折的概率可能也較低[33-34]。

跑步路面和落地模式在足跟區(qū)域PP 有明顯的交互作用，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)NRFS 跑者在EVA 路面足跟區(qū)域PP顯著較低。Kernozek等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，NRFS跑者全足PP較大，而本研究結(jié)果則顯示不同落地模式全足PP 無顯著差異。這種不一致的原因可能是：Kerno?zek等研究中受試者為習(xí)慣RFS所轉(zhuǎn)變的，而轉(zhuǎn)變落地模式后的NRFS 與習(xí)慣NRFS 下肢肌肉力量有較大區(qū)別[35]。Ferris 等[36]的研究支持上述推測，該研究認(rèn)為跑步過程中足固有肌對(duì)跖骨的支撐對(duì)運(yùn)動(dòng)損傷的預(yù)防有重要作用。此外，本研究結(jié)果顯示，NRFS跑者全足MF和CA 均小于RFS 跑者，全足PP 的相同也可能是由于跑者通過下肢MF 和CA 調(diào)節(jié)所致。足底分區(qū)結(jié)果顯示，NRFS跑者前足區(qū)域PP顯著大于RFS跑者，此結(jié)果與Kernozek等[13]研究結(jié)果一致，該研究發(fā)現(xiàn)NRFS跑者在前足內(nèi)側(cè)PP 比RFS 跑者高38.3%。Munro 等[37]也證實(shí)NRFS與地面接觸時(shí)間較短，地面反作用力短時(shí)間內(nèi)上升到峰值，前足所受的負(fù)荷率較大，而較高的前足壓強(qiáng)可能導(dǎo)致后期跖骨的壓力性骨折[38]。

本研究結(jié)果顯示，EVA 路面在全足、足跟外側(cè)、中足外側(cè)、前足區(qū)域PP顯著小于其他3種路面，本結(jié)果與Wang 等研究類似[15-16]，該研究顯示全足和前足區(qū)域PP在混凝土路面顯著大于草皮路面。雖然本研究路面為EVA 路面，但其硬度和草地硬度均小于混凝土[39]。此外，由于本研究使用草皮為人造草皮，可能與自然草皮有一定差異。有研究證實(shí)人造草皮上地面峰值沖擊力較大，其運(yùn)動(dòng)損傷發(fā)生率顯著大于自然草皮[40-41]。因此，在自然草皮上跑步者足底壓力特征還需進(jìn)一步研究。

足底CA是研究者根據(jù)研究目的而設(shè)定的，盡管本研究足底分區(qū)與Kernozek 等[13，18]研究類似，但在全足CA 結(jié)果有一定差別，Kernozek等認(rèn)為其兩項(xiàng)研究結(jié)果的差異是由測試用鞋不同（極簡跑鞋vs.標(biāo)準(zhǔn)緩沖跑鞋）所致的。本研究推測另一重要因素是NRFS 足底壓力數(shù)據(jù)是由習(xí)慣RFS跑者短暫轉(zhuǎn)變足落地模式所致。由于足底壓力為足底MF 和CA 的比值，本研究中RFS 跑者足底MF 和CA 均顯著高于NRFS，因此PP 在兩種落地模式之間結(jié)果類似，這一結(jié)果提示跑者可能會(huì)通過下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)的調(diào)整，改變足底接觸面積，以避免運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生[21，42-43]。

值得注意的是，不同路面CA結(jié)果顯示中足內(nèi)側(cè)和前足內(nèi)側(cè)EVA路面足底CA均顯著大于其他3種路面，即足弓高度會(huì)顯著下降[44]。較大的CA 也支持本研究EVA 路面足底PP 顯著較小的研究結(jié)果。本研究結(jié)果與Fu等[14]的研究結(jié)果不盡相同，其原因可能是Fu等研究足底分區(qū)與本研究不同，且跑步機(jī)與地面跑步下肢生物力學(xué)機(jī)制也有一定差異。本研究結(jié)果顯示在EVA路面上跑步時(shí)內(nèi)側(cè)縱弓區(qū)域有更大的CA，猜測其可能是由于EVA 路面相對(duì)較軟所致，因此足初始接觸地面時(shí)形變較大，內(nèi)側(cè)縱弓下降較多以儲(chǔ)存更多的能量為后期騰空做準(zhǔn)備，但長期如此可能會(huì)造成足弓高度下降、扁平足，甚至發(fā)生運(yùn)動(dòng)損傷。Fukano等[45]的研究也發(fā)現(xiàn)馬拉松跑步后跑者足弓高度顯著下降，并建議跑者休息1周使足舟骨高度恢復(fù)。此外，Perkins等[46]研究證實(shí)跑步時(shí)足弓高度的降低與足底筋膜炎的發(fā)生有一定關(guān)系。Chen等[47]針對(duì)不同落地模式下足弓高度研究提出，相較于RFS 跑者，NRFS 跑者跑步時(shí)足弓高度會(huì)降低9.12%。因此，跑步者在EVA 等相對(duì)較軟的路面上跑步時(shí)應(yīng)注意防止內(nèi)側(cè)縱弓高度降低，以及足底筋膜炎的發(fā)生。

4 結(jié)論

跑步落地模式和跑步路面雖作為兩個(gè)常見因素與運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生有關(guān)，但兩者之間并無明顯的交互作用。不同路面后足落地跑者在足跟和中足較高的壓力可能沿著脛骨傳遞到膝關(guān)節(jié)使其承受較大負(fù)荷。非后足落地跑者雖全足底壓力較小，但其足底壓力主要集中在前足內(nèi)側(cè)區(qū)域。EVA路面雖在前足有較低的峰值壓力，但由于其硬度較小，跑步時(shí)內(nèi)側(cè)縱弓高度會(huì)顯著降低。因此，跑者應(yīng)根據(jù)自身情況合理選擇跑步路面和足落地模式，以避免運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生。