趙 虎，霍洪峰，2*

跑可以被定義為單腿交替向前的跳躍運(yùn)動(dòng)，跑的過程中，雙腿交替支撐身體質(zhì)量，在支撐階段下肢被壓縮，此時(shí)肌肉、骨骼、關(guān)節(jié)、韌帶等能夠儲存彈性勢能，在隨后的推進(jìn)階段這些儲存的能量被利用（Morin，2018）。為了從宏觀角度描述和分析這種類似彈簧般的特性，生物力學(xué)和生理學(xué)專家將人體下肢肌肉、肌腱、韌帶和骨骼等組織整合為一個(gè)彈簧-質(zhì)量模型，同時(shí)引入剛度概念，即材料或結(jié)構(gòu)在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力，并通過力與形變量的比值來計(jì)算（F=kx，F(xiàn)為施加的力，x為形變量，k為剛度值），剛度大則變形小，剛度小則變形大（Latash et al.，1993）。在跑步過程中可直接計(jì)算的剛度類型有3種：垂直剛度（Kvert）、腿剛度（Kleg）和關(guān)節(jié)剛度（Kjoint）。下肢整體剛度特征已經(jīng)被證明在多種運(yùn)動(dòng)中與運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)密切相關(guān)，例如，跳躍和跑步，在這些牽張-縮短循環(huán)（stretch-shortening-cycle，SSC）活動(dòng)中，為了有效儲存和再利用彈性能量，需要一定的下肢剛度。運(yùn)動(dòng)員如果能表現(xiàn)出更強(qiáng)的剛性特征，會(huì)在地面接觸的緩沖階段儲存更多彈性能量，并在蹬地有效利用儲存的能量，從而提高跑步速度和跳躍高度。雖然一定的下肢剛度是必要的，但過高或過低的剛度都可能導(dǎo)致?lián)p傷（Butler et al.，2003）。王嘉瑛等（2020）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，跑步愛好者下肢損傷的發(fā)生率超過50%，其中膝關(guān)節(jié)損傷最多，其次為踝關(guān)節(jié)和足。Kjoint與過勞損傷和退行性疾病有關(guān)，與剛度較高的關(guān)節(jié)相比，更柔順的關(guān)節(jié)將更大程度地減輕施加在關(guān)節(jié)上的負(fù)載（Hamill et al.，2014）。

下肢剛度和跑步性能之間的關(guān)系是復(fù)雜的。有研究發(fā)現(xiàn)，Kvert和Kjoint隨跑步速度的增加而增加，為了提高跑步表現(xiàn)應(yīng)該增加Kvert和Kjoint，更大的剛度將有助于抵抗下半身在著陸階段的塌陷，并提高蹬地時(shí)力的傳遞效率，進(jìn)而維持更高的步頻（Hobara et al.，2010）。相反，Kleg隨著跑步速度保持恒定或降低。但也有研究認(rèn)為，通過提高腿部順應(yīng)性可提高牽張-縮短循環(huán)（stretch-shortening-cy‐cle SSC）彈性能量的存儲和利用，進(jìn)而提高跑步表現(xiàn)（Brughelli et al.，2008）。目前，國內(nèi)鮮見對下肢剛度與跑步運(yùn)動(dòng)之間關(guān)系的系統(tǒng)綜述。因此，本研究主要對國內(nèi)外關(guān)于跑與下肢剛度領(lǐng)域的研究文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)檢索，并分析探討下肢剛度與跑的關(guān)系。

1 研究對象與方法

檢索中國知網(wǎng)、維普期刊和超星期刊等中文數(shù)據(jù)庫，關(guān)鍵詞為“下肢剛度”或含“腿剛度”或含“關(guān)節(jié)剛度”或含“下肢生物力學(xué)”或含“著地方式”或含“足弓”或含“跑”或含“鞋”，檢索設(shè)定在題目、摘要及關(guān)鍵詞。檢索Web of Science等英文數(shù)據(jù)庫，關(guān)鍵詞為“l(fā)ower extremity stiffness”O(jiān)R“l(fā)ower limbs stiffness”O(jiān)R“l(fā)ower stiffness”O(jiān)R“l(fā)owerbody stiffness”O(jiān)R“vertical stiffness”O(jiān)R“l(fā)eg stiffness”O(jiān)R“joint stiffness”AND“Human running”O(jiān)R“foot”O(jiān)R“arch”O(jiān)R“injury”。時(shí)間設(shè)定為1990年1月—2020年6月。

1.1 文獻(xiàn)入選標(biāo)準(zhǔn)

1）文獻(xiàn)所述內(nèi)容包含下肢剛度模型；2）研究內(nèi)容涉及跑的下肢剛度研究或生物力學(xué)相關(guān)研究；3）運(yùn)動(dòng)方式或測試方式以跑為主；4）受試者年齡不小于18歲。

1.2 文獻(xiàn)篩選

將檢索到的文獻(xiàn)用NoteExpress軟件剔除重復(fù)文章；通過閱讀標(biāo)題進(jìn)行初次篩選，刪除與主題無關(guān)的文獻(xiàn)；閱讀余下文獻(xiàn)的摘要，排除綜述、與研究內(nèi)容不相關(guān)、非實(shí)驗(yàn)類文獻(xiàn)；將復(fù)篩后獲得的文獻(xiàn)進(jìn)行全文閱讀，排除缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)的文獻(xiàn)，最終納入文獻(xiàn)18篇（圖1）。

圖1 文獻(xiàn)檢索及篩選流程Figure 1.Literature Retrieval and Screening Process

2 結(jié)果

跑步運(yùn)動(dòng)中下肢剛度的研究大多為國外文獻(xiàn)，國內(nèi)鮮見相關(guān)研究，研究對象多為有訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)者，對無訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)者的研究較少。本研究主要探究跑步運(yùn)動(dòng)中下肢剛度的特征，因此將文獻(xiàn)中有Kvert、Kleg、Kjoint3個(gè)指標(biāo)的文獻(xiàn)進(jìn)行綜述。

2.1 下肢剛度模型的測量

Kvert適用于評估跑類運(yùn)動(dòng)支撐期的腿彈簧特性；Kleg適用于分析行走和跑運(yùn)動(dòng)；Kjoint適用于研究關(guān)節(jié)連接處的問題。Kvert已被證明具有最高的可靠性，并且與Kleg相比較，Kvert對高速跑步性能的變化更敏感（Hobara et al.，2010）。

2.1.1Kvert

Kvert通常用于描述下肢在垂直面的運(yùn)動(dòng)，近似于整個(gè)身體在地面反作用力下的變形程度（Maloney et al.，2018）。當(dāng)前，常用的Kvert模型及其計(jì)算方法有3種（表1）：方法1由Morin等（2005）提出，將地面反力與時(shí)間的圖像看作正弦函數(shù)，建模得出；方法2由McMahon等（1987）提出，該方法假設(shè)質(zhì)心的位置在觸地和騰空不變，對垂直速度進(jìn)行積分，此時(shí)積分常數(shù)為0，Δy由積分曲線最值之差得出；方法3適用于運(yùn)動(dòng)頻率基本不變的情況，如節(jié)拍器下的連續(xù)跳躍，該方法假設(shè)垂直力曲線為正弦曲線，其峰值出現(xiàn)在支撐時(shí)相的中點(diǎn)。除了早期出現(xiàn)的沖擊峰值外，這是一個(gè)合理的假設(shè)，利用振動(dòng)周期和被測物體的質(zhì)量計(jì)算Kvert（Cavagna et al.，1988）。Hobara等（2014）采用上述3種方法測試受試者在2.2、2.6、3.0和3.4 Hz連續(xù)垂直跳躍的Kvert，發(fā)現(xiàn)3種方法計(jì)算出的Kvert均隨跳躍頻率的增加而增加，在不同跳躍頻率下，方法2和3得出的Kvert無顯著性差異，但都顯著高于方法1的計(jì)算值。實(shí)際上，垂直地面反作用力（vertical ground reaction force，vGRF）在有效接觸期間類似于鐘形。但是，當(dāng)依據(jù)正弦波對vGRF建模時(shí)，在支撐階段的前半部分，該模型并未顯示出以1倍體質(zhì)量邊界上的不同斜率為特征的鐘形輪廓（圖2）。因此，方法1通過正弦波模擬很可能會(huì)限制其精度，其值可能會(huì)比其他方法?。―alleau et al.，2004）。

表1 Kvert測量方法Table 1 Method of Measuring Kvert

圖2 垂直跳躍時(shí)力時(shí)間曲線圖（Hobara et al.，2014）Figure 2.Force Time Graph during Vertical Jump（Hobara et al.，2014）

2.1.2Kleg

Kleg常用測量方法有4種（表2）。McMahon等（1990）在彈簧質(zhì)量模型的基礎(chǔ)上結(jié)合走和跑的運(yùn)動(dòng)規(guī)律建立Kleg模型（圖3），即方法1采用的模型。方法2依據(jù)正弦曲線對力-時(shí)間曲線建模得出。Morin等（2005）對方法2與方法1計(jì)算的剛度值進(jìn)行比較，差值為0.67%～6.93%。模型3是對模型2的修正，由Bullimore等（2006）通過數(shù)學(xué)建模得出（圖4）。在水平跑步過程中，足與地面之間的作用力點(diǎn)在典型步態(tài)支撐階段不是固定點(diǎn)，而是向前移動(dòng)（Lee et al.，1998）。模型3考慮了足底壓力中心移動(dòng)的特征，更加符合人體下肢實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況。Bullimore等（2006）研究發(fā)現(xiàn)，是否有力點(diǎn)移動(dòng)，人體下肢運(yùn)行機(jī)制都非常相似，但是力點(diǎn)平移會(huì)導(dǎo)致較低的GRF峰值和每步較少的機(jī)械功，因此力點(diǎn)平移的出現(xiàn)使人類能夠以更低GRF奔跑。模型4（圖5）是Blum等（2009）提出的一種基于時(shí)間參數(shù)的方法。

表2 Kleg測量方法Table 2 Method of Measuring Kleg

圖3 Kleg彈簧質(zhì)量模型（McMahon et al.，1990）Figure 3.Spring Mass Model of Kleg（McMahon et al.，1990）

圖4 彈簧質(zhì)量模型（Bullimore et al.，2006）Figure 4.Spring Mass Model（Bullimore et al.，2006）

圖5 跑彈簧質(zhì)量模型（Blum et al.，2009）Figure 5.Spring Mass Model of Run（Blum et al.，2009）

2.1.3Kjoint

Kjoint定義為抵抗關(guān)節(jié)屈伸或旋轉(zhuǎn)變化的能力。式（1）基于關(guān)節(jié)力矩-關(guān)節(jié)角度關(guān)系，通過力矩和角度變化量的比值計(jì)算（Farly et al.，1998）；式（2）由Arampatzis等（1999）建立，通過功和角度值計(jì)算。具體計(jì)算公式如下：

式中，Δθ為關(guān)節(jié)角度的變化量，ΔM為關(guān)節(jié)力矩的變化，W為關(guān)節(jié)作功的負(fù)值。

下肢剛度已經(jīng)成為評估下肢力學(xué)性能的重要參數(shù)，但仍具有局限性，一般主要在下肢矢狀面的運(yùn)動(dòng)，而人體運(yùn)動(dòng)還包括外展、內(nèi)收以及組合形式等。Morin（2018）建立的模型僅需要一臺智能手機(jī)就能完成數(shù)據(jù)的收集，為教練通過下肢剛度指導(dǎo)訓(xùn)練提供了可能，但它只適用于12～28 km/h的速度范圍?？傊?，應(yīng)依據(jù)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和可用的實(shí)驗(yàn)室資源，選擇合適的下肢剛度模型來解決相應(yīng)問題。

2.2 跑步運(yùn)動(dòng)中下肢剛度的特征

2.2.1 跑速與下肢剛度的關(guān)系

Kvert已被研究證明與跑速具有顯著相關(guān)性，在本研究所檢索到的文獻(xiàn)中有7篇涉及不同跑速下肢剛度特征研究（表3）。Hiroaki等（2010）對8名男性運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行400 m跑測試（最大努力）中發(fā)現(xiàn)，跑速在50～100 m時(shí)達(dá)到頂峰，中后期不斷下降，Kvert表現(xiàn)出與跑速相似的變化，Kleg在第一個(gè)50 m間隔達(dá)到峰值，并在接下來的50 m間隔保持不變。Morin等（2007）進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Kleg的變化主要與支撐時(shí)間的長短有關(guān)，支撐時(shí)間是Kleg主要決定因素。

表3 不同跑速人體下肢剛度特征Table 3 Stiffness Characteristics of Human Lower Limbs at Different Running Speeds

Kjoint與跑速的關(guān)系則較為復(fù)雜。Jin等（2018）要求受試者以6種不同速度[1.8～3.8 m/s（遞增0.4 m/s）]測試，當(dāng)運(yùn)行速度增加時(shí)，踝、膝、髖關(guān)節(jié)的剛度都趨于增加，在跑的支撐階段，踝關(guān)節(jié)起主導(dǎo)作用，膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)在跑的擺動(dòng)階段占主導(dǎo)地位。Kuitunen等（2011）研究發(fā)現(xiàn)，7.00～9.73 m/s短跑中，膝關(guān)節(jié)剛度隨著速度的提高而增加，踝關(guān)節(jié)剛度保持恒定，但是并不能表明踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)剛度與跑速之間具有相關(guān)性。在低速跑時(shí)，跑步者經(jīng)常用腳后跟到前腳掌的跑步方式；而在高速跑，通常采用前腳掌著地的方式，腳跟甚至不與地面接觸，這種步態(tài)的差異可能是造成不同速度下肢剛度差異的因素之一。在短跑中觀察到，隨著速度的增加，跖屈肌和背屈肌之間以及膝伸肌和膝屈肌之間的共同收縮將使關(guān)節(jié)和整條腿的剛度提高，以應(yīng)對著陸時(shí)的沖擊（Hortobágyi et al.，2000）。踝關(guān)節(jié)或膝關(guān)節(jié)的剛度似乎不是提高跑步速度的限制因素，踝關(guān)節(jié)剛度的增加可能是為了提高力的傳導(dǎo)，膝關(guān)節(jié)剛度增加主要維持運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)。

有效存儲和再利用彈性能量需要一定的下肢剛度，更高剛度特性的運(yùn)動(dòng)員在與地面接觸時(shí)存儲更多的彈性能量，在離開地面時(shí)能量的轉(zhuǎn)化率更高，從而提高跑步速度和跳躍高度。

2.2.2 疲勞對下肢剛度的影響

從力學(xué)角度出發(fā)，在牽張-縮短循環(huán)中，跑步者下肢的肌肉肌腱結(jié)構(gòu)交替儲存和釋放彈性能量，下肢可以被描述為承受身體質(zhì)量的彈簧，不同運(yùn)動(dòng)形式造成的疲勞對下肢剛度產(chǎn)生不同影響。在本研究所檢索到的文獻(xiàn)中，有6篇涉及不同疲勞誘導(dǎo)方式對下肢剛度的影響，包括長跑和短跑造成的疲勞（表 4）。García-Pinillos等（2020）以22名男性耐力運(yùn)動(dòng)員為受試者，研究60 min盡力跑后疲勞對步態(tài)特征和下肢剛度的影響，疲勞后受試者表現(xiàn)出更長的支撐時(shí)間和更短的騰空時(shí)間，Kvert保持不變，Kleg降低，表明在長跑運(yùn)動(dòng)中后期通過保持步頻來維持Kvert很重要。Morin等（2011）對24 h持續(xù)跑的測試發(fā)現(xiàn)，從4 h開始受試者步頻顯著增加，支撐時(shí)間顯著增加到結(jié)束無變化，騰空時(shí)間無顯著性變化，Kvert和Kleg明顯增加。24 h的測試觀察到的跑步力學(xué)變化幾乎與García-Pinillos等（2020）的測試結(jié)果完全相反，這可能是因?yàn)檎T導(dǎo)疲勞的方式不同：24 h跑中神經(jīng)和肌肉的疲勞程度要遠(yuǎn)大于60 min跑，在超長時(shí)間跑過程中較高的下肢剛度能夠減少下肢著陸時(shí)的振蕩進(jìn)而降低損傷的風(fēng)險(xiǎn)。Tavernite等（2020）對越野賽跑（女5 km，男8 km）的研究發(fā)現(xiàn)，在越野跑后24 h內(nèi)Kvert顯著降低，48 h后恢復(fù)到賽前水平，疲勞引起的肌肉功能降低與下肢彈簧特征的改變有關(guān)，下肢彈簧被調(diào)節(jié)到更高的剛度以抵抗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的震蕩，進(jìn)而調(diào)整跑步時(shí)的能量消耗來適應(yīng)疲勞。

Morin等（2006）在連續(xù)4次100 m短跑測試中發(fā)現(xiàn)，在第一個(gè)100 m中，跑速變化明顯；在接下來的3次短跑中，步頻和支撐時(shí)間顯著降低，最大速度和平均速度分別降低。在第一個(gè)100 m，Kvert、Kleg保持不變，接下來3次短跑中，Kvert顯著降低，Kleg保持不變，表明在短跑后期通過保持更快的步頻來獲得較高的Kvert對于保持速度有重要意義。短跑運(yùn)動(dòng)員和長跑運(yùn)動(dòng)員下肢剛度對比發(fā)現(xiàn)，短跑運(yùn)動(dòng)員有更高的Kvert和膝關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)剛度，膝關(guān)節(jié)剛度是兩組之間Kvert差異的主導(dǎo)因素。通過EMG進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，這種差異可能歸因于不同類型運(yùn)動(dòng)員肌肉或肌腱的固有剛度（Hobara et al.，2008）。

表4 疲勞前后人體下肢剛度特征Table 4 Stiffness Characteristics of Human Lower Limbs before and after Fatigue

2.2.3 不同足型和著地方式對下肢剛度的影響

足是跑過程中人體與地面的界面，足弓結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致跑步者下肢剛度差異的一個(gè)因素，足的結(jié)構(gòu)可以通過對膝蓋的影響來改變下肢剛度。在高足弓（HA）個(gè)體中，內(nèi)側(cè)縱弓的高度增加使足后旋增加，因此，在整個(gè)跑步的支撐階段，腳的旋前程度可能會(huì)降低，足的旋前與脛骨內(nèi)旋和膝關(guān)節(jié)屈曲有關(guān)，足旋前的減少可能會(huì)導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)屈彎曲的減少，膝關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍對下肢關(guān)節(jié)的整體矢狀面位移的貢獻(xiàn)最大，進(jìn)而使下肢剛度提高（Mcclay et al.，1997）。在本研究所檢索到的文獻(xiàn)中，有5篇涉及足弓形態(tài)及不同步態(tài)對下肢剛度的影響（表5）。Williams等（2004）對比低足弓（LA）跑者與HA，表現(xiàn)出更高的Kvert和K膝，HA跑步者的支撐時(shí)間更短，重心的垂直改變量較小，這些增加的剛度伴隨膝關(guān)節(jié)屈曲角度的減少和垂直載荷率的增加，使運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)提高。Powell等（2014）相似研究發(fā)現(xiàn)，HA跑者的踝關(guān)節(jié)剛度顯著高于LA跑者，但是LA跑者足弓的彈性能量利用高于HA跑者。Williams等（2001）研究表明，與HA跑步者相比，LA跑者下肢軟組織損傷更多。

表5 不同足型及步態(tài)人體下肢剛度特征Table 5 Stiffness Characteristics of Human Lower Limbs with Different Foot Types and Gaits

從Kjoint角度出發(fā)，有研究探討了矢狀面踝關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的相對剛度。提示，著地過程中Kjoint的變化部分與足著地類型有關(guān)（劉宇 等，2008）。Hamill等（2014）選取前掌著地（FF）和后跟著地（RF）跑者各20名，以3.5 m/s±5.0%的速度在25 m跑道上進(jìn)行10次試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，不同步態(tài)下Kjoint不同，但同一步態(tài)下兩組Kjoint相似；與RF跑者相比，F(xiàn)F跑者的膝關(guān)節(jié)剛度更高、踝關(guān)節(jié)剛度較低；RF跑者的地面反作用力表現(xiàn)出兩個(gè)峰值，F(xiàn)F跑者為一個(gè)峰值，在緩沖期垂直負(fù)荷加載率RF表現(xiàn)得更高。與僵硬的關(guān)節(jié)相比，柔順的關(guān)節(jié)將更大程度地吸收足-地沖擊的能量，能量吸收可以通過踝關(guān)節(jié)或膝關(guān)節(jié)，或兩者兼而有之。在FF跑步中，為了保持下肢姿勢，相對僵硬的膝蓋是必要的。當(dāng)轉(zhuǎn)變腳步模式時(shí)，運(yùn)動(dòng)員將重新組織控制策略，以適應(yīng)下肢關(guān)節(jié)的能量吸收。顯然，無論采用何種腳步模式，都會(huì)發(fā)生腳底碰撞，但是并沒有確切證據(jù)表明哪種著地方式更安全。在另一項(xiàng)研究中，Laughton等（2003）計(jì)算了同時(shí)使用RF和FF模式跑步的自然RF跑步者的Kjoint，以確定在矯形跑步時(shí)的減震效果。研究發(fā)現(xiàn)，在矯正和非矯正條件下，改變腳步模式時(shí)，腳踝和膝蓋之間的剛度值也會(huì)發(fā)生相似變化。Miller等（2009）認(rèn)為，著地模式的選擇是特定于任務(wù)的，即如果跑步者想要提高跑步經(jīng)濟(jì)性，或者想要跑得快，或者想要沖刺，那么他們應(yīng)該為每個(gè)任務(wù)選擇最合適的足跡模式。

2.2.4 運(yùn)動(dòng)表面、運(yùn)動(dòng)鞋對下肢剛度的影響

人體在不同材質(zhì)運(yùn)動(dòng)表面運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)根據(jù)運(yùn)動(dòng)表面硬度的改變來調(diào)整自身的下肢剛度值和肢體位置。肌電分析發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)表面材質(zhì)的硬度與肌肉的激活程度呈正相關(guān)，下肢剛度值隨接觸表面硬度的減小而增大，以保持運(yùn)動(dòng)時(shí)整體動(dòng)作的一致（蘇榮海等，2019）。本研究所檢索到的文獻(xiàn)中有3篇涉及運(yùn)動(dòng)表面、鞋對下肢剛度的影響（表6）。朱雨等（2019）研究了11名受試者在水泥地面和塑膠地面4種不同切換方式的下肢生物力學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)與單一運(yùn)動(dòng)表面跑步相比，在不同運(yùn)動(dòng)表面切換跑步時(shí)更容易引起膝關(guān)節(jié)剛度的減小，使跑者下肢受傷風(fēng)險(xiǎn)提高，尤其是膝關(guān)節(jié)。下肢剛度受到運(yùn)動(dòng)表面硬度的影響，兩者呈相反的關(guān)系，但運(yùn)動(dòng)表面硬度與下肢剛度之和總是維持在恒定的范圍內(nèi)（劉宇等，2008）。

表6 運(yùn)動(dòng)表面、運(yùn)動(dòng)鞋對下肢剛度的影響Table 6 Influence of Sports Surfaces and Sports Shoes on Lower Limb Stiffness

運(yùn)動(dòng)鞋的軟硬程度也會(huì)影響下肢剛度，受試者在穿軟質(zhì)鞋底的時(shí)候，下肢剛度明顯提高（Smith et al.，2002）。Bishop等（2006）研究了9名受試者分別穿著極簡鞋和緩沖運(yùn)動(dòng)鞋以及赤腳跑步時(shí)下肢生物力學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)穿鞋跑步時(shí)跑步者的背屈更多，但腳踝的活動(dòng)范圍比赤腳跑步時(shí)少，從赤腳到緩沖鞋Kvert顯著增加。梅齊昌等（2015）的研究也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果，赤足跑者一般采用前腳掌著地方式，穿鞋跑者多采用腳跟著地方式。Kulmala等（2018）研究了12名健康男性受試者在10.0和14.5 km/h兩種跑速下分別穿著一般鞋和高緩沖性能跑鞋下肢生物力學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)高緩沖性能的跑鞋改變了跑步時(shí)腿彈簧的特性，增強(qiáng)沖擊負(fù)荷，具有更高的Kleg，高速跑（14.5 km/h）更為明顯，地面反作用力峰值和加載速率分別增加了10.7%和12.3%。上述結(jié)論可解釋雖然運(yùn)動(dòng)鞋的緩沖能力越來越好，但因跑步而受傷的人群比例并沒有明顯改變的原因。

3 結(jié)論

將人體下肢建模為簡單的彈簧質(zhì)量模型，利用量化的剛度能夠很好地描述跑步運(yùn)動(dòng)中下肢的力學(xué)特性。1）在跑步過程中可直接計(jì)算的下肢剛度類型中，隨著速度的提高，Kvert增加更為顯著，Kleg隨跑速提高略微增加或保持不變，Kjoint與跑速的關(guān)系較為復(fù)雜，膝關(guān)節(jié)剛度對于跑速的變化比較敏感，高速跑時(shí)較高的踝關(guān)節(jié)剛度更有利于力的傳遞；2）人體下肢剛度會(huì)根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)及疲勞方式產(chǎn)生適當(dāng)調(diào)節(jié)，特別是針對高強(qiáng)度重復(fù)性SSC動(dòng)作至疲勞時(shí)，通過提高步頻來維持Kvert，有助于提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)；3）除自身生理結(jié)構(gòu)外，運(yùn)動(dòng)表面、鞋等對下肢剛度也會(huì)產(chǎn)生影響，跑者會(huì)根據(jù)不同的表面以及鞋的軟硬程度自動(dòng)改變腿的剛度，來保持下肢總剛度的恒定，進(jìn)而減少損傷。

4 不足與展望

下肢剛度模型已被用來描述和預(yù)測運(yùn)動(dòng)員在各種運(yùn)動(dòng)情況下的力學(xué)行為，但存在一定局限：1）跑步運(yùn)動(dòng)中下肢剛度的測量大多在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，需要昂貴科研設(shè)備支持，但是大多數(shù)運(yùn)動(dòng)場所不具備這樣的條件，很難用于實(shí)際測試，受試者需要在測力板或在裝有測力板的跑步機(jī)上進(jìn)行測試，這種測量只是模擬真實(shí)的運(yùn)動(dòng)條件。2）下肢剛度模型主要用于評估矢狀面的運(yùn)動(dòng)，所以測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性一定程度上取決于受試者的運(yùn)動(dòng)方式和矢狀面的穩(wěn)定能力；其次下肢剛度模型并不適用于起跑和猛然加速階段。3）下肢剛度計(jì)算方式很多，測量下肢剛度方法的差異可能會(huì)使研究的有效性受到質(zhì)疑。

未來針對跑步運(yùn)動(dòng)中下肢剛度的研究可以考慮以下方向：1）當(dāng)前下肢剛度模型并不適用于起跑階段和快速加速階段，進(jìn)而無法評估這兩個(gè)階段的下肢剛度特征，需要新的模型來彌補(bǔ)這一空缺；2）因?yàn)樽愎奶匦杂兄谕炔康膹椥蕴卣鳎愎瓌偠鹊牟町惪赡苡跋轮珓偠?，今后的研究?yīng)側(cè)重于足部和下肢剛度的單獨(dú)測量，并將其與不同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷條件下的足部結(jié)構(gòu)評估聯(lián)系起來；3）影響下肢剛度和提高跑步性能的最佳訓(xùn)練方法還不清楚，以上研究將有助于提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和降低運(yùn)動(dòng)損傷。