裸足跑生物力學(xué)特征研究述評(píng)

羅炯+姬玉+郭啟貴

摘 要：對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于裸足跑生物力學(xué)特征研究進(jìn)行了綜述，概括了裸足跑與穿鞋跑在運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、生理學(xué)等方面的生物力學(xué)特征差異。與穿鞋跑相比，裸足跑更多地采用前足著地、更短的步長(zhǎng)、更快步頻的行進(jìn)方式，這種模式能大大降低地面的碰撞沖擊峰、加載率；裸足跑能更多地利用好足部的本體感覺(jué)，從而可能增強(qiáng)足的力量及行進(jìn)中的穩(wěn)定性；裸足跑并不比穿鞋跑擁有更低的損傷率，當(dāng)前沒(méi)有權(quán)威性的證據(jù)顯示行進(jìn)中較高運(yùn)動(dòng)損傷率是由于巨大、反復(fù)的撞碰力所致，故影響裸足或穿鞋跑損傷率的方式和模式有待于進(jìn)一步探討；裸足比穿鞋跑更經(jīng)濟(jì)這已被實(shí)驗(yàn)所證明，而幾乎每個(gè)長(zhǎng)跑項(xiàng)目的世界紀(jì)錄保持者都是前足著地的跑步者，故建議將裸足跑作為一種交叉訓(xùn)練方式納入我國(guó)長(zhǎng)距離項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)員和教練員的訓(xùn)練計(jì)劃中，這對(duì)改進(jìn)運(yùn)動(dòng)員的著地方式是有益的。

關(guān) 鍵 詞：運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)；裸足跑；損傷；本體感覺(jué)；述評(píng)

中圖分類號(hào)：G804.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-7116（2017）01-0138-07

Abstract： The authors gave an overview of researches on barefoot running at home and abroad， and summarized the differences in biomechanical characteristics between barefoot running and shod running in terms of kinematics， dynamics and physiology etc. As compared with shod running， more likely barefoot running is carried out in a way of moving forward with forefoot landing， a shorter step length and a faster pace frequency， such a mode can greatly reduce ground impact shock peak and loading rate； barefoot running can better utilize foot proprioception， thus increase foot power and stability during moving forward； barefoot running does not have an injury rate lower than the one shod running has， currently there is no authoritative evidence showing that a higher sports injury rate during moving forward is caused by a tremendous repeating impact force， therefore the way and mode that affect barefoot or shod running injury rate need be further probed into； it has been proven by experiment that barefoot running is more economic than shod running， while almost every long distance run event world record holder is a forefoot landing runner， hence the authors recommended to include barefoot running as a way of cross training into long distance run event athlete and coach training plans， which is conducive to improving athletes way of landing.

Key words： sports biomechanics；barefoot running；injury；proprioception；review

1960年羅馬奧運(yùn)會(huì)上，埃塞俄比亞運(yùn)動(dòng)員Abebe Bikila裸足跑出了2 h 15 min 16 s的馬拉松世界紀(jì)錄。英國(guó)選手Bruce Tulloh多次裸足參與國(guó)際田徑大賽并在1962歐錦賽5 000 m跑項(xiàng)目中獲得了金牌。南非運(yùn)動(dòng)員Zala Badd從小進(jìn)行裸足跑訓(xùn)練并于1983年世錦賽上以15 min 1.83 s創(chuàng)下女子5 000 m跑世界紀(jì)錄，兩年后，19歲的她再度以14 min 48.07 s成績(jī)裸足跑完5 000 m，第2次打破自己創(chuàng)下的世界紀(jì)錄。隨后，一系列專業(yè)裸足跑選手陸續(xù)續(xù)涌現(xiàn)，如Chris McDougall、Micah True、Jason Robillard、Michael Sandler、Ken Bob Saxton及Rick Roeber等選手都是這領(lǐng)域的杰出代表。2005年，五腳趾鞋問(wèn)世（附：該鞋最初為海員（水手）設(shè)計(jì)，穿上后能讓水手們更好地用腳抓住滑溜溜的甲板），但這種鞋很快在體育界盛行，并被許多跑步者及戶外活動(dòng)愛(ài)好者所接受。2009年，耐克等公司又開(kāi)發(fā)出一種“最低限度的鞋”（又叫裸足鞋）——平底、很薄、很輕，隨即這種鞋受到運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練界的重視，并對(duì)后來(lái)的“裸足跑”起到了推波助瀾作用。

裸足跑現(xiàn)已逐漸滲透到普通居民的健身鍛煉中，面對(duì)這新興的健身與訓(xùn)練模式，國(guó)際新聞界、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)界，特別在體育界已引起了人們對(duì)裸足跑的濃厚興趣。主張裸足跑者認(rèn)為它是最自然且有益于人類足健康的跑方式，并同時(shí)提出鞋會(huì)引起損傷[1-3]。反對(duì)裸足跑者認(rèn)為它是一種必須避免的危險(xiǎn)“時(shí)尚”運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槿梭w“足”需要緩沖墊的保護(hù)、支撐及運(yùn)動(dòng)控制[4-5]。辯證的學(xué)者認(rèn)為：海灘上或草地上裸足跑應(yīng)該是安全的，但在像瀝青路和水泥地上的硬表面上裸足跑是有危險(xiǎn)的，并提出只有那些在生物力學(xué)上是幸運(yùn)的人才可以不穿鞋跑[6]。自Lieberman[1]在英國(guó)《Nature》上刊發(fā)出第一篇有關(guān)裸足跑科學(xué)論文后，更加引起了學(xué)界的高度重視，人們提出了一些基本問(wèn)題：裸足跑比穿鞋跑好嗎？裸足跑是最好的行走方式嗎？最低限度鞋的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)又是什么？裸足跑與穿鞋跑的生物力學(xué)差別是什么？裸足跑的表現(xiàn)、經(jīng)濟(jì)性（能量節(jié)省化）如何？裸足跑與穿鞋跑與損傷有聯(lián)系嗎？裸足跑的訓(xùn)練效果怎樣？等等。

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于裸足跑的相關(guān)研究文獻(xiàn)幾乎是空白，僅查閱相關(guān)學(xué)術(shù)論文2篇及北京體育大學(xué)金季春教授[7]在最新專著（2013，教授學(xué)術(shù)文庫(kù)）《體育與運(yùn)動(dòng)科學(xué)探索》第2章中對(duì)裸足跑與裸足鞋進(jìn)行了介紹。針對(duì)上述疑問(wèn)，筆者查閱了目前國(guó)外學(xué)者關(guān)于裸足跑的最新研究成果，對(duì)裸足跑的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)實(shí)效及相關(guān)機(jī)制進(jìn)行了較全面的綜述，以全面評(píng)價(jià)裸足跑所能帶來(lái)的益處與風(fēng)險(xiǎn)，希冀能為我國(guó)將來(lái)在長(zhǎng)距離項(xiàng)目中推廣這種跑方式、改善訓(xùn)練方法、提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)、減少運(yùn)動(dòng)損傷發(fā)生等提供重要參考。

1 對(duì)裸足跑的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究

裸足跑運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的研究主要集中在著地方式、步長(zhǎng)、步頻及觸地時(shí)間特征等方面。Lieberman[1]對(duì)受試者采用3種跑速（健身跑、中快跑和快速跑）探討著地方式時(shí)發(fā)現(xiàn)，瀝青路面上，絕大多數(shù)著地是用前足，而草地上的著地則更多地表現(xiàn)為足跟著地。有學(xué)者綜合了先前的研究[8-9]，認(rèn)為裸足跑的著地方式大致歸為4類：一是足跟早于跖骨頭著地，又稱之為跟觸地，簡(jiǎn)稱RFS（跟-趾跑）；二為跖骨頭早于足跟著地是前足著地FFS（趾-跟-趾跑）；三為足跟和跖骨頭同時(shí)著地MFS（稱中足觸地跑）；四為跖骨頭先觸地而足跟始終不觸地是趾觸地。劉衛(wèi)國(guó)等[10]對(duì)91名大學(xué)生自然速度裸足跑的足底壓力測(cè)試中發(fā)現(xiàn)：自然速度裸足跑單步支撐時(shí)間先短后長(zhǎng)、負(fù)荷空間分布不均，集中作用于后足與前足，但時(shí)間與負(fù)荷分布均無(wú)性別差異。有學(xué)者提出用替代分類方法，該方法以足觸地指數(shù)為依據(jù)，用著地時(shí)壓力中心相對(duì)于最大鞋長(zhǎng)百分比[9]。若比例小于33%的是RFS，在34%到66%之間的是MFS，大于67%的是FFS[4]。對(duì)裸足跑觸地方式還有學(xué)者報(bào)道：平坦的硬地上以中等速度穿鞋跑者采用RFS著地方式的約占75%，而裸足跑的人基本上是用FFS方式著地，并通常在MFS或FFS時(shí)采用第4或第5跖骨頭下面的籽骨著地[11]。

對(duì)裸足跑和穿鞋跑間步頻及步長(zhǎng)特征的研究中發(fā)現(xiàn)：優(yōu)秀的穿鞋跑步者典型地采用170～180步/min之間的步頻，即使跑速低于2.75 m/s，這種步頻基本不變[12]。裸足跑步者同樣傾向于使用較低的步頻，而在要求他們穿鞋并用同樣速度跑時(shí)則采用較大的步長(zhǎng)[9，13]。那為什么在普通跑步者中，裸足跑者傾向于縮短步長(zhǎng)呢？研究表明其原因有二：其一是裸足跑者通過(guò)更多屈膝關(guān)節(jié)的方法來(lái)縮短步長(zhǎng)是避免以RFS著地及降低踝關(guān)節(jié)的有效質(zhì)量，因?yàn)橄リP(guān)節(jié)彎曲較大決定了足的跖表面方向更多地向著跖屈。故較短的步長(zhǎng)將增加在裸足時(shí)的FFS傾向以及在穿一雙有抬高后跟的鞋時(shí)的MFS傾向；其二是采用FFS著地時(shí)，若膝關(guān)節(jié)伸得太直，加之步長(zhǎng)較長(zhǎng)，則需要更多的跖屈，而較大跖屈的FFS著地方式則增加了作用在踝關(guān)節(jié)矢狀面上外部的背屈力矩，它需要跖屈肌力矩去抵消。故采用較短步長(zhǎng)的FFS跑步者，其踝關(guān)節(jié)剛度較小，加載速率較小以及加在小腿三頭肌和跟腱上的應(yīng)變也較小[9，3，13，10]。

2 裸足跑的動(dòng)力學(xué)研究

2.1 裸足跑地面垂直反作用力（GRF）的特征

Gluliani[12]對(duì)RFS和FFS著地時(shí)地面垂直反作用力（GRF）的研究中發(fā)現(xiàn)：采用腳跟著地方式（RFS）的裸足者，以4 m/s速度落在一個(gè)鋼性測(cè)力臺(tái)上，GRF碰撞峰值的加載速率約400～600倍體質(zhì)量/s，其峰值大小約達(dá)1.5～2.5倍體質(zhì)量；這種碰撞然后向上發(fā)送一個(gè)震動(dòng)波到身體上，它在幾毫秒內(nèi)可傳到脛骨上，約10 ms到達(dá)頭上[10]。有學(xué)者采用穿有抬高后跟的現(xiàn)代跑鞋且采用同樣（RFS）著地方式進(jìn)行探索[14，1]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)RFS引起的碰撞力峰值將衰減掉10%，加載速率降至約原來(lái)1/7（70～100倍體質(zhì)量/s），故穿現(xiàn)代鞋的后跟在硬表面上的觸地是舒服的，但這種鞋并未消除地面反作用的碰撞峰值。也有研究證明：FFS和MFS落地模式所產(chǎn)生的碰撞峰值幾乎難以識(shí)別，即用FFS著地的跑步者表現(xiàn)出較輕巧的或者說(shuō)紳士風(fēng)度，這與跑步期間同樣不產(chǎn)生碰撞峰值的哺乳動(dòng)物的落地方式是一樣的[10，15]。Nigg[16]研究指出：按FFS方式跑確實(shí)不需要來(lái)自鞋的任何緩沖來(lái)衰減碰撞的震蕩，即使是在測(cè)力臺(tái)這樣的硬表面上也不產(chǎn)生碰撞峰值，但鞋確實(shí)使FFS方式在粗糙表面上的跑步變得舒服，在這些表面上來(lái)自鵝卵石的擦傷和應(yīng)力集中可能引起痛苦。Hasegawa[15]進(jìn)一步研究表明：FFS著地方式的碰撞期間，足一開(kāi)始是跖屈然后通過(guò)柔性的踝關(guān)節(jié)進(jìn)行控制進(jìn)入到背屈，但RFS著地方式中，足是保持背屈，以及在同一時(shí)間中踝關(guān)節(jié)是剛硬的，這就是FFS和MFS不產(chǎn)生顯著碰撞力的主要原因。

2.2 裸足跑地面垂直反作用力（GRF）對(duì)下肢柔順性（lower limb compliance）的影響

人體在行進(jìn)期間所產(chǎn)生腿力非常類似于一個(gè)線性伸縮彈簧。這種行為來(lái)源于肌肉-肌腱單元在SSC收縮（離心-向心收縮）所做的正能量釋放，它可用單步支撐過(guò)程中，地面對(duì)支撐腿的反作用力（支反力）近似表達(dá)出來(lái)；另一方面，支撐過(guò)程中，地面反作用力對(duì)腳的作用點(diǎn)與腿質(zhì)量中心（COM）的距離稱為腿長(zhǎng)，地面支反力與腿長(zhǎng)之比稱為下肢柔順性。下肢柔順性對(duì)GRF中的加載速率的影響非常關(guān)鍵，絕大多數(shù)研究集中在人體整個(gè)站立階段的柔順性。相關(guān)研究表明，當(dāng)跑速接近4 m/s時(shí)，習(xí)慣性裸足跑者和習(xí)慣性穿鞋跑者，在穿鞋和不穿鞋條件下既用FFS著地又用RFS著地的情況下，RFS著地中的下肢柔順性要比FFS的高得多，其加載速率范圍在60～100BM/s（BM為身體質(zhì)量）[1]。不過(guò)，在這個(gè)例子中沒(méi)有RFS著地是在30～40 BM/s以下的，而這是許多裸足跑者用FFS著地的典型值。此外，還有學(xué)者認(rèn)為，有些FFS跑步者具有相對(duì)剛硬的下肢和大于大多數(shù)穿鞋跑的柔順落地的加載速率[17-18]。即一個(gè)跑步者可以用許多方法來(lái)改變下肢的柔順性，例如用較短的步長(zhǎng)，更多的膝關(guān)節(jié)屈和較少的大步子。這一點(diǎn)可能解釋為什么某些裸足跑者有時(shí)用RFS著地的沒(méi)有顯著不舒服及為什么某些穿鞋跑者用RFS形式經(jīng)受低碰撞力。

2.3 裸足跑地面垂直反作用力（GRF）對(duì)足部肌肉力量增長(zhǎng)的影響

相關(guān)研究認(rèn)為，與穿鞋跑絕大多數(shù)采用RFS著地方式不同，裸足跑常采用FFS和MFS著地，在站立階段的初期把一個(gè)離心載荷加在跖屈肌上，而離心載荷比向心載荷產(chǎn)生更多的肌肉肥大，故有理由推斷用FFS或MFS著地的跑步者或者轉(zhuǎn)換到FFS或MFS步態(tài)的跑步者具有較強(qiáng)的跖屈肌，因?yàn)榱?xí)慣上裸足跑或者穿最低限度平底鞋跑步者在FFS的站立開(kāi)始階段經(jīng)受更多的跖屈，它們比穿有抬高后跟的鞋的RFS跑步者把更多的應(yīng)力加在跖屈肌上并產(chǎn)生更多的肌肉生長(zhǎng)[8，11，19]。有學(xué)者認(rèn)為：足弓著地支撐期的緩沖階段拉長(zhǎng)（塌陷）然后在支撐期的蹬伸階段恢復(fù)，起著一種彈簧的作用[20]；足弓在RFS中并不拉長(zhǎng)直到跖骨頭著地時(shí)為止，足的縱弓是在三點(diǎn)上承載，在足觸地后立即彎曲，故一個(gè)FFS涉及的足弓的外部肌和內(nèi)在肌與RFS不同。然而，一雙有足弓支撐的鞋限制了多大的足弓塌陷，減少了多少的足弓拉長(zhǎng)以及這些肌肉做了多少負(fù)功（離心收縮），這些問(wèn)題還沒(méi)有學(xué)者進(jìn)行過(guò)測(cè)算。還有如果足的肌肉對(duì)加載的響應(yīng)像身體上其它的肌肉一樣的話，那么，裸足跑或穿最低限度鞋跑是否會(huì)比穿有足弓支撐的鞋跑更能增強(qiáng)足弓的肌肉？目前查閱到的唯一文獻(xiàn)是[14]：穿最低限度鞋（耐克自由鞋）訓(xùn)練5個(gè)月的跑步者的外部足肌肉顯著變大和變強(qiáng)了[14]。但該研究沒(méi)有經(jīng)歷重復(fù)實(shí)驗(yàn)，也沒(méi)探討鞋底的硬度變化是如何影響足肌做功的。

3 裸足跑與運(yùn)動(dòng)損傷的研究

3.1 撞碰力與運(yùn)動(dòng)損傷

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，人們普遍認(rèn)為行進(jìn)中的巨大而重復(fù)的撞碰力是造成與跑有關(guān)的運(yùn)動(dòng)器系損傷的原因[21-24]。然而，經(jīng)歷了幾十年的減震努力，緩沖性能良好的運(yùn)動(dòng)鞋卻并未改善跑步者的損傷情況。研究發(fā)現(xiàn)，跑步者和非跑步者的骨關(guān)節(jié)炎和長(zhǎng)期軟骨退化的發(fā)病率幾近相等[25-27]；與在軟表面上跑步者相比，在硬表面上跑步者所導(dǎo)致的與跑有關(guān)的損傷并沒(méi)有增加，穿著吸收震動(dòng)的鞋沒(méi)有導(dǎo)致應(yīng)力骨折的減少[28-29]。一項(xiàng)前瞻性研究顯示，跑損傷發(fā)生率與跑步者承受撞碰力峰值（高、中、低）之間也沒(méi)有顯著性差異，說(shuō)明碰撞力不是損傷的主要原因[30]；而相較于較低加載速率的受試者，較高加載速率者所患與跑有關(guān)的損傷發(fā)生率呈下降趨勢(shì)，但是，當(dāng)前沒(méi)有結(jié)論性的證據(jù)顯示行進(jìn)運(yùn)動(dòng)期間的碰撞力是跑損傷的原因。

3.2 關(guān)節(jié)力矩與運(yùn)動(dòng)損傷

當(dāng)外力作用到骨骼上時(shí)，對(duì)關(guān)節(jié)會(huì)產(chǎn)生外力矩，這些力矩必須要由肌肉、肌腱和韌帶產(chǎn)生的反方向的內(nèi)力矩來(lái)對(duì)抗。如同骨一樣，快速的加載速率在結(jié)締組織中會(huì)引起較大的滯后作用，這會(huì)潛在地導(dǎo)致更多的組織損傷[31]。跑步時(shí)著地方式不同可能產(chǎn)生的關(guān)節(jié)力矩有差異，即FFS和RFS步態(tài)產(chǎn)生不同的力矩。在矢狀面力矩方面，F(xiàn)FS跑步者足著地時(shí)有較大的跖屈，因而在站立的第1階段中踝關(guān)節(jié)做較大的背屈，引起必須由跖屈肌來(lái)控制這種較大的外力矩[32-33]，作為對(duì)照，較低的地面反作用力與較少伸展下肢相結(jié)合在FFS形式跑中產(chǎn)生較小的膝關(guān)節(jié)矢狀面力矩[32]。裸足跑者已經(jīng)顯示出比穿鞋跑者在膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)產(chǎn)生出較小的矢狀面力矩[13]，這種差別可以部分地通過(guò)鞋的設(shè)計(jì)來(lái)影響力矩作為解釋，例如，較寬的和抬高后跟的鞋能增加作用在踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)上的力矩[33]。

3.3 足“過(guò)度旋前”與運(yùn)動(dòng)損傷

有學(xué)者對(duì)足觸地“過(guò)度旋前”與跑損傷的關(guān)系進(jìn)行了探索，發(fā)現(xiàn)“足旋前”與任何一種損傷診斷（包括脛骨后肌綜合癥、跖筋膜炎、跟腱炎、膝痛、髕骨軟骨軟化）無(wú)關(guān)[21]。通過(guò)大樣本量跟蹤調(diào)查（180名運(yùn)動(dòng)員）發(fā)現(xiàn)，損傷并不是足過(guò)度旋前造成的，其中60%與跑期間錯(cuò)誤的訓(xùn)練有關(guān)，如跑距過(guò)長(zhǎng)、強(qiáng)度過(guò)大、改變?nèi)粘Ｓ?xùn)練慣例太急及上坡跑等[21，34]；另一個(gè)大樣本（143名跑步者）評(píng)估研究發(fā)現(xiàn)，隨著鞋外翻的增加，損傷率下降[34]。Wen[35]對(duì)304名參加馬拉松跑運(yùn)動(dòng)員的調(diào)查認(rèn)為，足弓指數(shù)及足跟著地外翻與跑損傷無(wú)關(guān)；Hetsroni[36]對(duì)400名有長(zhǎng)期足外翻的新戰(zhàn)士進(jìn)行長(zhǎng)期觀察發(fā)現(xiàn)，過(guò)度旋前和短期損傷無(wú)關(guān)。因此，同碰撞力一樣，當(dāng)前沒(méi)有實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明“過(guò)度旋前”是導(dǎo)致與行進(jìn)有關(guān)損傷的主要原因。

3.4 碰撞頻率與肌肉調(diào)諧

根據(jù)有關(guān)理論，足著地的碰撞頻率若與身體運(yùn)動(dòng)器系的自然頻率接近，會(huì)形成共振，增大損傷風(fēng)險(xiǎn)。RFS著地方式，碰撞震動(dòng)的典型頻率在10～20 Hz之間，這個(gè)碰撞力作用于跑步者的足上，并產(chǎn)生震動(dòng)波通過(guò)身體向上傳遞，這種震動(dòng)波被運(yùn)動(dòng)器系的許多感受器感覺(jué)到，并把這種信息傳送到中樞神經(jīng)系統(tǒng)。碰撞力的震動(dòng)頻率與骨的自然頻率（80～100 Hz）相去甚遠(yuǎn)，一般不會(huì)產(chǎn)生共振導(dǎo)致大的震動(dòng)波。但是，軟組織膈室的自然振動(dòng)頻率在10～50 Hz）之間，取決于所涉及肌肉的激活、長(zhǎng)度和收縮速度[37]，故輸入的碰撞力頻率可以接近軟組織部分的自然頻率，從而可能引起軟組織部分出現(xiàn)共振，增加行進(jìn)運(yùn)動(dòng)的損傷風(fēng)險(xiǎn)。而人體會(huì)通過(guò)肌肉活動(dòng)來(lái)改變軟組織的自然頻率和阻尼特征以避免產(chǎn)生共振效果，這種改變就是肌肉的調(diào)諧作用。

Boyer[38]讓10個(gè)對(duì)象穿5種不同的鞋（鞋的中底從軟到硬分為5類），用4種不同速度進(jìn)行RFS著地跑，利用測(cè)力臺(tái)、三軸加速度計(jì)及表面肌電儀分別測(cè)出地面反作用力，軟組織震動(dòng)加速度及股直肌、股二頭肌、脛骨前肌和腓腸肌內(nèi)測(cè)頭4塊肌肉電活動(dòng)。結(jié)果表明，不同跑速、不同中底材質(zhì)的跑鞋，改變了碰撞力的輸入頻率，從而引起股四頭肌軟組隔室及股四頭肌前激活顯著不同，跑速越快，加載速率增加，前激活的肌電圖活動(dòng)也隨之增加。這意味著在快速跑時(shí)，輸入的碰撞頻率接近股四頭肌軟組織隔室的自然頻率，因此，肌肉的調(diào)諧作用增加。 3.5 重復(fù)應(yīng)力與運(yùn)動(dòng)損傷

跑產(chǎn)生一組重復(fù)性的、復(fù)雜的及動(dòng)態(tài)的力。若重復(fù)應(yīng)力是損傷的最接近的力學(xué)因素，那么，引起重復(fù)力的加載速率和數(shù)量可能是損傷的關(guān)鍵因素，然而，眾多學(xué)者的研究結(jié)果卻并未證明這一認(rèn)識(shí)。然而，重復(fù)應(yīng)力損傷在耐力運(yùn)動(dòng)員中非常普遍[24，39-40]。在一個(gè)非常接近的水平上，絕大多數(shù)重復(fù)應(yīng)力損傷是由組織中的微損傷累積所引起的，這些微損傷是由于產(chǎn)生應(yīng)力的力反復(fù)作用引起應(yīng)變的結(jié)果。微損傷的發(fā)生是源自于作用力的數(shù)量、大小、方向、頻率和速度之間的相互作用，以及遭受這些力的組織的大小、形狀和材料的性質(zhì)。微損傷的一個(gè)主要原因是伴隨著高速率的高應(yīng)變，它使骨變成更加脆弱和增加彈性滯后作用。反復(fù)的高水平的彈性滯后作用在骨中及在像韌帶與肌腱這樣的更粘滯的組織中都是潛在的損傷因素，因?yàn)樵谛遁d期間丟失的某些能量被轉(zhuǎn)換成摩擦力，產(chǎn)生熱，但是其余的能量可以被轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)的損傷。裸足跑者幾乎都用FFS著地，這種落地并不產(chǎn)生顯著的碰撞峰值[41]，F(xiàn)FS著地把較大的載荷加在跟腱和跖屈肌上，可能在損傷中引起一種折衷。

4 裸足跑與本體感覺(jué)

研究認(rèn)為穿鞋行進(jìn)運(yùn)動(dòng)限制了足的本體感覺(jué)，從而導(dǎo)致了運(yùn)動(dòng)損傷的增加[11，23，27，30，35]。因?yàn)樵谌祟愒缙谥饾u形成的足底跖表面感覺(jué)反饋是一種對(duì)地面硬度、粗糙度、不平以及像尖銳的石子這種潛在的危險(xiǎn)特征的適應(yīng)。足底感覺(jué)、壓覺(jué)和本體感受器激活反射并幫助中樞神經(jīng)系統(tǒng)做出增加穩(wěn)定性和避免損傷的決策。裸足時(shí)代的行進(jìn)運(yùn)動(dòng)形式可能是反映了這種進(jìn)化的本體感覺(jué)對(duì)保持身體平衡、避免疼痛撞擊以及調(diào)節(jié)腿的剛度的適應(yīng)作用。但是，這些反饋機(jī)制在鞋中被削弱了，這樣就增加了與行進(jìn)運(yùn)動(dòng)有關(guān)的損傷發(fā)生率。

穿鞋可能促使足變得虛弱、不柔軟、不靈活，特別是足正在生長(zhǎng)中的兒童時(shí)期。肌肉骨骼系統(tǒng)需要對(duì)載荷做出響應(yīng)，沒(méi)有載荷刺激，肌肉骨骼系統(tǒng)就會(huì)變虛弱。裸足與穿鞋的載荷是不一樣的，對(duì)肌肉骨骼系統(tǒng)的刺激也不一樣。有硬底的、足弓支撐物的以及控制足旋前和其他運(yùn)動(dòng)特征的鞋可能減少了裸足時(shí)受到的“正?！睉?yīng)力，從而削弱了肌肉骨骼系統(tǒng)。如同加工過(guò)的食物導(dǎo)致降低咀嚼力和讓頜肌虛弱一樣，這會(huì)引起下頜不充分的生長(zhǎng)和以前少見(jiàn)的錯(cuò)位咬合及碰撞牙齒的高發(fā)生率。穿有高度支撐鞋的人同樣會(huì)使足和下肢肌肉骨骼虛弱，尤其是維持縱弓的肌肉，進(jìn)而削弱了保持身體平衡和其他重要功能。有研究報(bào)道，不穿鞋的人群在足弓形狀上變化不大，扁平足的百分比低以及其他的足畸形也較少[42-43]。另有研究獲得相反的觀點(diǎn)，穿最低限度的鞋會(huì)增強(qiáng)足的肌肉肌骼系統(tǒng)，一個(gè)強(qiáng)有力的足是較為柔軟的，具有較好的控制過(guò)度旋前和其他運(yùn)動(dòng)能力[44-46]。因此，在發(fā)揮鞋對(duì)人足的保護(hù)功能時(shí)，如何減少鞋對(duì)人足運(yùn)動(dòng)的約束和因改變行進(jìn)運(yùn)動(dòng)形式而帶來(lái)的損傷危險(xiǎn)就成了研究課題和運(yùn)動(dòng)鞋改革的方向。

5 裸足跑與能量節(jié)省

絕大多數(shù)優(yōu)秀跑運(yùn)動(dòng)員喜愛(ài)穿鞋，鞋除了對(duì)足有保護(hù)作用外，穿鞋跑運(yùn)動(dòng)員碰到粗糙表面時(shí)不用擔(dān)心足著地的位置。但Abebe Bikila和Zola Budd等裸足跑運(yùn)動(dòng)員已經(jīng)在馬拉松和長(zhǎng)距離項(xiàng)目上創(chuàng)造了世界紀(jì)錄。而幾乎每個(gè)長(zhǎng)跑項(xiàng)目的世界紀(jì)錄保持者都是FFS方式跑步者，他們都穿平底跑鞋或各種最低限度的鞋進(jìn)行比賽或日常訓(xùn)練。從經(jīng)濟(jì)性視角對(duì)裸足或穿最低限度鞋跑進(jìn)行了研究發(fā)現(xiàn)，鞋的重量每增重100 g幾乎要增加1%的跑的代價(jià)，而穿最低限度鞋跑要比穿一雙標(biāo)準(zhǔn)跑鞋的經(jīng)濟(jì)性大2.4%～3.3%，這種差異對(duì)長(zhǎng)跑的成績(jī)顯然有實(shí)質(zhì)性的影響[2-3，10，47-48]。到目前為止，還沒(méi)有證據(jù)表明裸足跑對(duì)運(yùn)動(dòng)成績(jī)有明顯的負(fù)作用[11]。穿鞋要增加能量消耗不僅只表現(xiàn)在鞋的質(zhì)量上，也表現(xiàn)在其他方面，如為了改變鞋底的形狀和為了對(duì)地面轉(zhuǎn)動(dòng)鞋底要做的功，以及在中底吸收的能量和在跖趾關(guān)節(jié)處彎曲鞋要做的功等方面都得消耗能量。

6 問(wèn)題與展望

（1）絕大多數(shù)的裸足跑研究文獻(xiàn)都是在實(shí)驗(yàn)室中要求平時(shí)穿鞋跑的人脫掉鞋跑來(lái)完成的，雖然這樣的研究有許多優(yōu)點(diǎn)，但是，僅僅利用平時(shí)穿鞋跑的人來(lái)研究裸足跑從而獲得運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等參數(shù)是值得思考的，因?yàn)椴荒芷谕@樣的對(duì)象具有像習(xí)慣于裸足跑的人已經(jīng)發(fā)展的肌肉骨骼的適應(yīng)性和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，故未來(lái)研究應(yīng)更多地探討自然環(huán)境下的習(xí)慣性裸足跑選手所表現(xiàn)出的真實(shí)參數(shù)。

（2）目前沒(méi)有證據(jù)證明穿鞋和跑損傷之間的明確關(guān)系。要揭示導(dǎo)致跑步者發(fā)生損傷的真正原因，可能更多的研究應(yīng)從跑步者的著地方式去找尋答案，跑損傷是多因素綜合，鞋對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的做法對(duì)減少損傷率沒(méi)有作用，僅僅通過(guò)修補(bǔ)鞋的設(shè)計(jì)來(lái)減少損傷的努力是無(wú)用的。裸足未必適合所有的跑步愛(ài)好者，那些小腿和足肌力量較弱者若采用裸足跑（FFS著地），或者他們穿鞋用RFS著地、長(zhǎng)步長(zhǎng)、低步頻去跑都會(huì)面臨較高的損傷率。

（3）幾乎每個(gè)長(zhǎng)跑項(xiàng)目的世界紀(jì)錄保持者都是FFS方式跑步者，他們都穿平底跑鞋或其它各種最低限度的鞋比賽或日常訓(xùn)練。這似乎暗示裸足跑者可能獲得較多的本體感覺(jué)反饋，故往往采用FFS著地及縮短步長(zhǎng)和增加步頻，避免RFS和在硬表面上的碰撞峰值，保持低的關(guān)節(jié)力矩和有強(qiáng)壯的足，這可能正是人類進(jìn)化過(guò)程中，人類祖先為了避免損傷而采用的一種適應(yīng)。

（4）裸足比穿最低限度鞋跑更經(jīng)濟(jì)，這種差異對(duì)長(zhǎng)跑成績(jī)的影響是顯著的。未來(lái)迫切需要解決的是最低限度鞋對(duì)足部本體感覺(jué)的約束到底對(duì)跑步形式的影響有多大，對(duì)一個(gè)轉(zhuǎn)換到裸足跑或穿最低限度鞋跑的運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)其跑步方法如何調(diào)整。裸足跑或穿最低限度鞋跑會(huì)影響足的力量及足弓形狀，這種影響是否與受試者年齡、跑速、身體素質(zhì)和其它環(huán)境變量有關(guān)。穿鞋對(duì)足的力量和柔順性的影響有多大，這些影響是否與運(yùn)動(dòng)損傷存在某種關(guān)聯(lián)。

（5）習(xí)慣于穿鞋跑者當(dāng)過(guò)渡到裸足跑或直接采用裸足跑姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)員會(huì)導(dǎo)致小腿三頭肌扭傷或跟腱炎癥，這是因?yàn)镕FS跑需要較強(qiáng)的小腿三頭肌力量和足的控制，反映了在FFS步態(tài)期間增加了作用在踝關(guān)節(jié)上的跖屈力矩。盡管FFS著地并不產(chǎn)生大的碰撞力，但是轉(zhuǎn)換成FFS的跑步者可能沒(méi)有足夠強(qiáng)大的伸肌群或跖骨來(lái)對(duì)抗在前足中的彎曲力矩，它可能導(dǎo)致增加跖骨痛或跖骨應(yīng)力骨折的危險(xiǎn)。未來(lái)研究需要確立哪些跑步者是從轉(zhuǎn)換中獲利及另一些從轉(zhuǎn)換中受損，從而為避免損傷找到不同的轉(zhuǎn)換策略。

參考文獻(xiàn)：

[1] LIEBERMAN D E，VENKADESAN M，WERBEL，et al. Foot strike patterns and collision forces in habitually barefoot versus shod runners[J]. Nature，2010，46（3）：531-535.

[2] DIVERT C，MOMIEUX G，F(xiàn)REYCHAT P，et al. Barefoot-shod running differences：shoe or mass effect？[J]. Int J Sports Med，2008（290）：512-518.

[3] HANSON N J，BERG K，DEKA P，et al. Oxygen cost of running barefoot vs. running shod [J]. Int J Sports Med，2011（32）：401-406.

[4] SQUADRONE R，GALLOZZI C. Biomechanical and physiological comparison of barefoot and two shod conditions in experienced barefoot runners[J]. J Sports Med Phys Fitness，2009（49）：6-13.

[5] MORLEY J B，DECKER L M，DIERKS T，et al. Effects of varying amounts of pronation on the mediolateral ground reaction forces during barefoot versus shod running[J]. J Appl Biomech，2010（26）：205-214.

[6] BRAMBLE D M，LIEBERMAN D E. Endurance running and the evolution of Homo [J]. Nature，2004（432）：345-352.

[7] 金季春. 體育與運(yùn)動(dòng)科學(xué)探索[M]. 北京：北京體育大學(xué)出版社，2013.

[8] DEWIT B，DCCLERCQ D，AERTS P. Biomechanical analysis of the stance phase during barefoot and shod running[J]. J Biomech，2000（33）：269-278.

[9] LIEBERMAN D E. Strike type variation among Tarahumara Indians in minimal sandals versus conventional running shoes[J]. J Sport Health Sci，2014（3）：86-94.

[10] 劉衛(wèi)國(guó)，高晗，歐瑜楓，等. 自然速度裸足跑足底壓力特征與慢跑鞋設(shè)計(jì)研究[J]. 北京體育大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，38（1）：74-78.

[11] PONTZER H，SUCHMAN K，RAICHLEN D A，et al. Foot strike patterns and hind limb joint angles during running in Hadza hunter-gatherers[J]. J Sport Health Sci，2014（3）：95-101.

[12] GLULIANI J，MASINI B，ALITZ C，et al. Barefoot simulating footwear associated with metatarsal stress injury in 2 runners[J]. Orthopedics，2011（34）：320-323.

[13] KERRIGAN D C，F(xiàn)RANZ J R，KEENAN G S，et al. The effect of running shoes on lower extremity joint torques[J]. Physical，Med and Rehabil，2009（1）：1058-1063.

[14] BRUGGERMANN G P，POTTHAST W，BRAUSTEIN B，et al. Effect of increased mechanical stimuli on foot muscles functional capacity[C]. Cleveland：Proceedings ISB XXch Congress，American Society of Biomechanics，2005：553.

[15] HASEGAWA H，YAMAUCHI T，KRAEMER W J. Foot strike patterns of runners at the 15-km point during an elite-level half marathon[J]. J Strength Cond Res，2007（21）：888-893.

[16] AHN A N，BRAYTON C，BHATIA T，et al. Muscle activity and kinematics of forefoot and rearfoot strike runners[J]. J Sport Health Sci，2014（3）：102-112.

[17] GRUBER A H，BOYER K A，DERRICK T R，et al. Impact shock frequency components and attenuation in rearfoot and forefoot running[J]. J Sport Health Sci，2014（3）：113-121.

[18] MILNER C E，F(xiàn)ERBER R，POLLARD C D，et al. Biomechanical factors associated with tibial stress fracture in female runners[J]. Med Sci Sports Exerc，2006（38）：323-328.

[19] ZADPOOR A A，NIKOOYAN A A. The relationship between lower-extremity stress fractures and the ground reaction force：a systematic review[J]. Clin Biomech，2011（26）：23-28.

[20] KER R F，BENNETT M B，BIBBY S R，et al. The spring of the arch of the human foot[J]. Nature，1987（325）：147-149.

[21] KASMER M E，KETCHUM N C，LIU X C. The effect of shoe type on gait in forefoot strike runners during a 50-km run[J]. J Sport Health Sci，2014（3）：122-130.

[22] CAVANAGH P R. Effect of shoe Cushioning upon Ground reaction forces in running[J].International Journal of Sports Medicine，1983（4）：247-251.

[23] FREDERICK E S. Measuring the effects of shoes and surfaces on the economy of locomotion[C]. Calgary AB：The University of Calgary，1983：93-106.

[24] VAN MECHELEN W. Running injuries：a review of the epideniological literature[J]. Sports Medicine，1992，14（9）：320-335.

[25] LANE N E，BLOCH D A，JONES H H. Long-distance running，bone density，and osteoarthritis. JAMA[J]. The Journal of the American Medical Association，1986，255（9）：1147-1151.

[26] PANUSH R S，SCHMIDT C，CALDWELL J R. Is running associated with degenerative joint disease？[J]. Journal of the American Medical Association，1986，255（9）：1152-1154.

[27] EICHNER E R. Does running cause osteoarthritis？[J]. The Physician and Sports Medicine，1989，17（3）：147-154.

[28] KONRADSEN L，BERG HANSEN E M. Long distance running and osteoarthritis[J]. American Journal of Sports Medicine，1990，18（4）：379-381.

[29] GRUBER K，RUDER H，DENOTH J，et al. A Comparative study of impact dynamics： wobbling mass model versus rigid body models[J]. Journal of Biomechanics，1998（319）：439-444.

[30] NIGG B M. Impact forces in running. Current Opinion in Orthopedics[J]. Clin J Sports Med，1997，8（6）：43-47.

[31] MARRIN R B，BURR D B，SHARKEY N A. Skeletal tissue mechanics[M]. New York：Springer，1998：392.

[32] WILLIAMS D S，MCCLAY I S，MANAL K T. Lower extremity mechanics in runners with a converted forefoot strike patterns[J]. J Appl Biomech，2000（16）：210-218.

[33] NIGG B M. Biomechanics of Sports Shoes[J]. J Appl Biomech，2004（11）：201-210.

[34] STEFANYSHYN D，STERGIOU P，LUN V M Y. Knee joint moments and patellofemoral pain syndrome in runners. Part Ⅰ：a case control study[G]//Proceedings of the 4th symposium of footwear biomechanics. Calgary A B：The University of Calgary，1999：211-215.

[35] WEN D Y，PUFFER J C，SCHMALZRIED T P. Lower extremity alignment and risk of overuse injuries in runners[J]. Medicine and Science in Sports and Exercise，1997，29（10）：1291-1298.

[36] HETSRONI I，F(xiàn)INESTONE A，MILGROM C. The role of foot pronation in the development of femoral and tibiat stress fractures：a prospective biomechanical study[J]. Clinical Journal of Sport Medicine，2008，18（1）：18-23.

[37] WAKELING J M，NIGG B M，ROZITIS A. Muscle activity damps the soft tissue resonance that occurs in response to pulsed and continuous vibrations[J]. Journal of Applied Physiology，2002，93（3）：1093-1103.

[38] BOYER K A，NIGG B M. Muscle tuning during running：implication of an untuned landing[J]. Journal of Biomechanical Engineering，2006，128（6）：815-822.

[39] 郝琦，李建設(shè)，顧耀東. 裸足與著鞋跑步生物力學(xué)及損傷特征的研究現(xiàn)狀[J]. 體育科學(xué)，2012，32（7）：91- 97.

[40] VAN GENT R M，SIEM D，VAN MIDDLEKOOP M，et al. Incidence and determinants of lower extremity running injuries in long distance runners：a systematic review[J]. Br J Sports Med，2007（41）：769-807.

[41] DAOUD A I，GEISSLER G J，WANG F，at al. Foot strike and injury rates in endurance runners：a respective study[J]. Med Sci Sports Exerc，2006（48）：401-410.

[42] DAOUUK，PARKEY T C，DE CLERCQ D，et al. The effects of habitual use；foot shape and function in native barefoot walker[J]. Footwear Science，2009（1）：81-94.

[43] RAO U B，JOSEPH B. The influence of footware on the prevalence of flat . a survey of 2300 children[J]. J Bone Joint Surg，1992（74）：525-527.

[44] WILLEMS T M，WITVROUS E，DE COCK A，et al. Gait-related risk factors for ekercise-related lower-leg pain during shod running[J]. Med Sports Exerc，2007（39）：330-339.

[45] ROBBINS S E，HANNA A M. Running-related injury prevention through barefoot adaptation[J]. Med Sci Sports Exerc，1987（19）：148-156.

[46] MARRI B，VADER J P，MINDER C E，et al. On the epidemiology of running injuries. The 1984 Bern Grand-Prxi study[J]. Am J Sports Med，1988（16）：285-294.

[47] BURKERT L N，KOTT W M，BUCHBINDER R. Effects of shoes and foot orthotics on VO2 and selected frontal plane knee kinematics[J]. Med Sci Sports Exerc，1985（17）：158-163.

[48] FLAHERLING R F. Running economy and kinematic difference among running with the foot shod，with the foot bare and with the bare foot equated for weight[J]. Foot and Ankle International，1994，14（6）：247-352.