运动鞋屈曲刚度对舒适性及短跑表现的影响_万祥林

文章编号：１０００－６７７Ｘ（２０１３）１２－００５９－０６体育科学２０１３年（第３３卷）第１２期ＣＨＩＮＡ　ＳＰＯＲＴ　ＳＣＩＥＮＣＥＶｏｌ．３３，Ｎｏ．１２，５９－６４，２０１３．运动鞋屈曲刚度对舒适性及短跑表现的影响Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｓｈｏｅ　Ｍｉｄｓｏｌｅ　Ｂｅｎｄｉｎｇ　Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　ｏｎＣｏｍｆｏｒｔ　ａｎｄ　Ｓｐｒｉｎｔｉｎｇ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ万祥林，曲　峰ＷＡＮ　Ｘｉａｎｇ－ｌｉｎ，ＱＵ　Ｆｅｎｇ摘　要：目的：探讨运动鞋屈曲刚度对穿着舒适性及短跑表现的影响及其可能机制。

方法：对１２名男性短跑运动员分别穿三种不同屈曲刚度跑步鞋跑时的足底压力分布、关节功和下肢肌肉激活等特征进行分析，并采用１５０ｍｍ视觉模拟量表进行主观舒适性测试。

结果：低刚度鞋在前脚掌缓冲、足背舒适性、整体舒适性方面的舒适度得分高于中刚度鞋和高刚度鞋；低刚度鞋在前掌内侧和前掌外侧区域的足底最大压强低于中刚度鞋和高刚度鞋；三种鞋在各区域足底接触面积方面无明显差异；穿高刚度鞋跑步速度快于穿低刚度和中刚度鞋；支撑阶段仅跖趾关节负功中刚度和高刚度鞋小于低刚度鞋，其他关节不同鞋间正功、负功均无显著性差异；支撑相下肢股直肌、股二头肌、胫骨前肌、腓肠肌外侧头的ＲＭＳ值均无显著性差异。

结论：穿着屈曲刚度较低的鞋能获得更好的舒适性体验，在一定程度上增加运动鞋的屈曲刚度能提高短跑的表现，跖趾关节能量损失减少可能是短跑表现提高的原因。

关键词：运动鞋；屈曲刚度；运动表现；跖趾关节；关节能量；肌肉活动Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ：Ｔｈｅ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ　ｗａｓ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｓｈｏｅ　ｍｉｄｓｏｌｅｂｅｎｄｉｎｇ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　ｏｎ　ｃｏｍｆｏｒｔ　ａｎｄ　ｓｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｍｅｔｈｏｄｓ：Ｔｗｅｌｖｅ　ｍａｌｅ　ｓｐｒｉｎｔｅｒ　ｐａｒｔｉｃｉｐａｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ，ｔｈｒｅｅ　ｐａｉｒ　ｏｆ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｓｈｏｅｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍｉｄ－ｓｏｌｅ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ．Ｐｌａｎｔａｒ　ｌｏａｄｉｎｇ，ｊｏｉｎｔ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　ｍｕｓｃｕｌａｒ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｌｏｗｅｒｅｘｔｒｅｍｉｔｙ　ｄｕｒｉｎｇ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｓｈｏｅｓ　ｗｅｒｅ　ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｅｒｃｅｉｖｅｄ　ｃｏｍ－ｆｏｒｔ　ｗａｓ　ｒｅｃｏｒｄｅｄ　ｂｙ　１５０ｍｍ　ＶＡＳ．Ｒｅｓｕｌｔｓ：Ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　ｓｈｏｅ　ｓｈｏｗｅｄ　ｈｉｇｈｅｒ　ｐｅｒｃｅｉｖｅｄｃｏｍｆｏｒｔ　ｒａｔｉｎｇ　ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｆｏｒｅｆｏｏｔ　ｃｕｓｈｉｏｎｉｎｇ，ｄｏｒｓａｌ　ｃｏｍｆｏｒｔ　ａｎｄ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｃｏｍｆｏｒｔ　ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈ　ｍｅｄｉｕｍ　ａｎｄ　ｈｉｇｈｅｒ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　ｓｈｏｅ．Ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　ｓｈｏｅ　ｒｅｃｏｒｄｅｄ　ｌｏｗｅｒ　ｐｅａｋ　ｐｌａｎｔａｒｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌａｔｅｒａｌ　ａｎｄ　ｍｅｄｉａｌ　ｓｉｄｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｏｒｅｆｏｏｔ．Ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　ｓｈｏｅ　ｆａｓｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｅｏｔｈｅｒ　ｔｗｏ　ｓｈｏｅｓ　ｉｎ　ａｖｅｒａｇｅｄ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ．Ｉｎ　ｊｏｉｎｔ　ｅｎｅｒｇｅｔｉｃｓ，ｏｎｌｙ　ｌｏｗｅｒ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　ｓｈｏｅ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｔｈｅａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｌｏｓｔ　ａｔ　ｍｅｔａｔａｒｓｏｐｈａｌａｎｇｅａｌ　ｊｏｉｎｔ　ｄｕｒｉｎｇ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｏｔｈｅｒ　ｔｗｏｓｈｏｅｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ｎｏ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｎ　ＲＭＳ　ｏｆ　ｒｅｃｔｕｓ　ｆｅｍｏｒｉｓ，ｂｉｃｅｐｓ　ｆｅｍｏｒｉｓ，ｔｉｂｉａ－ｌｉｓ　ａｎｔｅｒｉｏｒ　ａｎｄ　ｌａｔｅｒａｌ　ｇａｓｔｒｏｃｎｅｍｉｕｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｃｅ　ｐｈａｓｅ　ｏｆ　ｒｕｎｎｉｎｇ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ：Ｌｏｗｅｒ　ｍｉｄｓｏｌｅｂｅｎｄｉｎｇ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　ｓｈｏｅｓ　ｃａｎ　ｈｅｌｐ　ｗｅａｒｅｒ　ｏｂｔａｉｎ　ｂｅｔｔｅｒ　ｃｏｍｆｏｒｔ．Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｍｉｄｓｏｌｅ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｓｔｉｆｆ－ｎｅｓｓ　ｏｆ　ｓｈｏｅｓ　ｉｎ　ａ　ｗａｙ　ｃａｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｓｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｌｏｓｔａｔ　ｔｈｅ　ｍｅｔａｔａｒｓｏｐｈａｌａｎｇｅａｌ　ｊｏｉｎｔ　ｍａｙ　ｒｅｓｕｌｔｅｄ　ｉｎ　ａ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｐｒｉｎｔｉｎｇ　ｐｅｒ－ｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｐｏｒｔ　ｓｈｏｅ；ｍｉｄｓｏｌｅ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ；ｓｐｏｒｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｍｅｔａｔａｒｓｏｐｈａｌａｎｇｅａｌｊｏｉｎｔ；ｊｏｉｎｔ　ｅｎｅｒｇｙ；ｍｕｓｃｕｌａｒ　ａｃｔｉｖｉｔｙ中图分类号：Ｇ８０４．６ 文献标识码：Ａ收稿日期：２０１３－０４－０８；　修订日期：２０１３－１１－０１作者简介：万祥林（１９８８－），男，江西九江人，在读博士研究生，研究方向为运动生物力学，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｘｉａｎｇｌｉｎ＠ｖｉｐ．ｑｑ．ｃｏｍ；曲峰（１９６２－），女，山东莱州人，教授，博士，博士研究生导师，主要研究方向为运动生物力学，Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｕｆｅｎｇ９２９＠１６３．ｃｏｍ。

作者单位：北京体育大学，北京１０００８４Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｓｐｏｒｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８４，Ｃｈｉｎａ．１　前言舒适是消费者对鞋的主要要求之一，提高运动表现一直是运动科学界研究的一个重要方向，世界各国的研究人员都在投入大量的人力和物力进行深入的测试和研究。

对于人体来说，要提起足跟，跖趾关节必然会产生运动，因此，跖趾关节对人体的运动来说不容忽视。

鞋的屈曲刚度是指使鞋前掌绕跖趾关节处弯曲单位转角所需施加的力矩，反映鞋弯曲的难易程度。

运动鞋前掌部位因材料、厚度、结构等不同造成其屈曲刚度的变化。

然而，屈曲刚度的改变如何影响穿着者的舒适性和运动表现一直没有明确答案。

９５已有研究发现，鞋底的屈曲刚度特征的确会影响穿着舒适性及跑、跳的运动表现。

张远才［１］发现，鞋前掌易弯折性会影响穿着舒适性，但并非弯折力值越小，感受到的易弯折舒适性就越好，因其测试用鞋各部位结构和材料均不一样，作者提到如鞋帮面材料等会对舒适性造成影响，因此，想要了解鞋的屈曲刚度如何影响舒适性和运动表现，就要尽可能的做到只改变鞋屈曲刚度这一个特性，而保证鞋的其它部分一致。

Ｓｔｅｆａｎｙｓｈｙｎ［１８］发现，穿着较大屈曲刚度鞋的受试者平均跳高了１．７ｃｍ，短跑成绩提高了１．２％［１７］，Ｒｏｙ［１６］发现，提高鞋屈曲刚度能提高变相跑的成绩。

一些学者试图从关节能量的角度来分析鞋屈曲刚度影响运动表现的原因，Ｓｔｅｆａｎｙｓｈｙｎ和Ｎｉｇｇ［１８］发现，鞋底屈曲刚度增加可使纵跳时跖趾关节能量流失显著减少。

而Ｒｏｙ［１６］则发现，增加鞋屈曲刚度没有明显影响跑步经济性，跖趾关节的负功并没有显著变化。

人体通过神经对运动进行控制并最终依靠肌肉活动产生的力（或力矩）来完成动作，人体的机械能只能是来源于肌肉。

在跑、跳等动作中肌肉活动影响着下肢关节角度和刚度、软组织的振动等诸多方面，并最终影响运动表现［１５］。

从机能节省化的角度考虑，在达到同样甚至更好效果的前提下，节省不必要的肌肉活动可以降低能量消耗，从而达到提高运动成绩和能力的目的。

现有文献对运动鞋屈曲刚度影响肌肉活动方面的研究很少，Ｒｏｙ［１６］的研究发现，穿不同屈曲刚度鞋跑时，比目鱼肌、腓肠肌、股二头肌、股直肌、股外侧肌的肌电振幅没有显著区别。

同时，现有文献中很少有鞋屈曲刚度影响穿着舒适性规律和机制的定量研究，也未见综合分析鞋屈曲刚度如何影响舒适性及运动表现的文献，因此，鞋屈曲刚度影响穿着舒适性和运动表现的机制并不明确。

然而，只有明确规律和机制，才能对各种运动鞋进行针对性的优化设计，也有助于运动员选择适合自己的运动鞋。

因此，本研究试图通过渐变鞋的屈曲刚度，探索鞋屈曲刚度对穿着舒适性及短跑表现的影响，并进一步从机械能及下肢肌肉活动等角度，分析屈曲刚度影响运动表现的原因。

２　研究方法２．１　测试跑鞋由专业鞋厂制作的跑步鞋３双，４２号，通过改变前掌中底材料使屈曲刚度变化，前掌厚度一致，其余部位相同，外观无明显差别，受试者视觉无法分辨出不同，测试用鞋见图１。

本研究评价鞋底跖趾关节屈曲刚度的方法是将鞋头置于测力台（Ｋｉｓｔｌｅｒ　９２８１ＣＡ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，１０００Ｈｚ）上，鞋立起，人手握住后跟，保持鞋后跟垂直于台面，施加一个垂直向下的力，使鞋跖趾关节部位弯曲３０°并保持３ｓ后离开测力台，３０°为跑步时脚跖趾关节背屈的最大角度［１８］。

所有测试由同一个人完成，每双鞋相同的温度和粘弹性条件下（相同的恢复时间和测试时间）测１０次。

计算每一次测量保持阶段中间１ｓ的垂直力的平均值，再对１０次结果进行平均，根据力值从小到大分别将鞋命名为低刚度、中刚度、高刚度鞋（表１）。

正式实验时，受试者按自己的习惯掌握鞋带的松紧度。

本研究的所有实验中受试者均着统一的袜子。

图１　本研究测试用鞋图Ｆｉｇｕｒｅ　１．　Ｔｈｅ　Ｔｅｓｔ　Ｓｈｏｅ　Ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　Ｓｔｕｄｙ表１　本研究测试鞋基本情况一览表Ｔａｂｌｅ　１　Ｂａｓｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔｅｓｔ　Ｓｈｏｅ单只鞋质量（ｇ）跖趾关节处弯曲３０°时所施加的垂直力（Ｎ）低刚度２３０　１５．７±１．４中刚度２４６　５３．０±４．２高刚度２６３　１１５．２±１０．７２．２　受试者男性短跑运动员１２名（年龄为２１．８±１．９岁；身高为１７６．９±３．６ｃｍ；体重为６７．９±６．７ｋｇ），鞋码为欧码４２号，实验前４８ｈ未从事剧烈运动，确认其下肢及足部半年内无明显损伤，所有受试者优势脚均为右脚。

２．３　数据采集与处理２．３．１　主观舒适性测试舒适性量表采用１５０ｍｍ视觉模拟量表，将穿完对照鞋后的感觉作为中间水平，受试者根据自己的主观感受，在横线上（左端代表最不舒适，为０分，右端代表最舒适，为１０分）划一条竖线表示自己对该项目的主观舒适感觉程度。