后跟著地跑步技術(shù)對(duì)足弓肌肉力量的影響

上海體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)健身科技省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（上海 200438）

跑步是一項(xiàng)有益身心健康的運(yùn)動(dòng)，可增強(qiáng)心肺功能、控制體重和促進(jìn)心理健康等[1]。但有研究稱，跑步導(dǎo)致下肢損傷的概率是19.4%～79.3%[2]，其中作為足部?jī)?nèi)側(cè)縱弓的重要組成部分—足底筋膜的損傷（由于足弓反復(fù)的過(guò)度形變?cè)斐傻膿p傷[3]）是除髕骨疼痛綜合征、髂脛束摩擦綜合征之外最常見(jiàn)的跑步相關(guān)的過(guò)勞損傷，發(fā)生率近20%[4]。足底筋膜炎有疼痛、水腫、無(wú)力等癥狀，尤其在晨起后的一段時(shí)間內(nèi)癥狀加重明顯，常見(jiàn)的物理治療手段如沖擊波等治療效果并不理想，重者會(huì)進(jìn)行手術(shù)治療，康復(fù)期較長(zhǎng)[5]。較多研究認(rèn)為這一類(lèi)患者足部肌力較弱，在動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)中不能對(duì)足弓提供足夠的支撐，進(jìn)而導(dǎo)致足底筋膜的應(yīng)變?cè)黾覽6]，損傷后足底傳遞的力量也會(huì)大打折扣[7]。

近些年來(lái)，較多學(xué)者關(guān)注跑步過(guò)程中的后跟著地技術(shù)和現(xiàn)代緩沖跑鞋對(duì)足底肌肉力量的影響，并探討這兩者影響足底肌肉力量發(fā)展的原因。Cavanagh和Lafortune將跑步技術(shù)分為后跟著地、前掌著地和足中部著地[8]，雖然足部縱弓（尤其是內(nèi)側(cè)縱弓）的最大形變并不受著地方式影響[9]，但是不同的著地策略對(duì)足底肌肉的要求不同。前掌著地瞬間，會(huì)在足部?jī)?nèi)側(cè)縱弓形成三點(diǎn)受力的情況[10]，為了控制足弓的形變與彈性勢(shì)能的發(fā)揮，足部肌肉的激活程度會(huì)增加，因此，該跑姿有利于增進(jìn)足部肌肉的功能[9]。然而，2007年對(duì)參加半程馬拉松（15公里）的248名跑者的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，超過(guò)75%的跑者采用足跟著地方式[11]。對(duì)于后跟著地技術(shù)來(lái)說(shuō)，在著地沖擊階段足弓幾乎沒(méi)有發(fā)生壓縮，且地面反作用力、脛骨前肌收縮力和身體質(zhì)量向下施加的力作用于足弓拱形頂部和踝關(guān)節(jié)周?chē)?，這些力可能會(huì)增加足弓的剛度直至全掌著地時(shí)刻，這可能造成足弓的彈性結(jié)構(gòu)不能有效貯存能量[10，12，13]。

后跟著地技術(shù)使跑者在每一步著地沖擊階段都要承受1.5至3倍體重的垂直地面反作用力[16]，具有緩沖功能的跑鞋受到該類(lèi)型跑者的青睞[14，15]。緩震跑鞋具有較高的鞋跟、柔軟的中底、僵硬的橡膠大底和高起的足弓支撐結(jié)構(gòu)，旨在提高跑步舒適度，減少足弓肌肉和韌帶的過(guò)度緊張[16，17]。盡管緩震跑鞋有明顯的好處[18]，但是在過(guò)去40年內(nèi)，跑步相關(guān)的損傷率并沒(méi)有發(fā)生變化[19]。很多學(xué)者甚至提出了質(zhì)疑，他們認(rèn)為在足底和著地表面之間較厚的緩沖介質(zhì)會(huì)損害足底的機(jī)械感受器的反饋，這不利于中樞神經(jīng)系統(tǒng)根據(jù)不同著地沖擊傳遞情況調(diào)節(jié)腿部-彈簧和足部-彈簧的剛度[20，21]。同時(shí)，這種鞋底會(huì)減少支撐期內(nèi)足弓在垂直方向上的壓縮程度，限制足弓的壓縮和回彈，造成彈性功的損失和代謝能量成本增加[10，22]。

綜上所述，不同的跑步著地技術(shù)和現(xiàn)代緩震跑鞋都對(duì)足弓的肌肉功能具有一定的影響。因此，本研究對(duì)比長(zhǎng)期穿著緩震跑鞋的后跟著地跑步愛(ài)好者與沒(méi)有跑步習(xí)慣人群足弓的肌肉力量，探究是否穿著緩震跑鞋的后跟著地跑者可能會(huì)出現(xiàn)足弓肌群力量弱化的現(xiàn)象，以期為后跟著地跑者如何更有效地提高足弓的功能提供理論依據(jù)。同時(shí)，由于國(guó)內(nèi)外尚缺少足弓肌力測(cè)試的金標(biāo)準(zhǔn)，本研究使用本研究中心自我研發(fā)儀器—跖趾關(guān)節(jié)力量測(cè)試儀對(duì)足弓肌肉力量進(jìn)行測(cè)試，為足弓功能檢查提供參考。

1 對(duì)象與方法

1.1 受試者

本研究招募無(wú)跑步習(xí)慣者（無(wú)規(guī)律性運(yùn)動(dòng)且運(yùn)動(dòng)方式不選擇跑步運(yùn)動(dòng)）和周跑量超過(guò)20 km的后跟著地跑者（習(xí)慣穿著緩沖跑鞋進(jìn)行跑步）各12名，共24人。實(shí)驗(yàn)前對(duì)所有實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行問(wèn)卷詢查，使其了解實(shí)驗(yàn)步驟和目的且簽署協(xié)議書(shū)，所有受試者的優(yōu)勢(shì)腿均為右腿，且在實(shí)驗(yàn)前1年內(nèi)無(wú)任何下肢損傷。同時(shí)對(duì)受試者足部進(jìn)行足型篩查，要求足弓高度指數(shù)（arch height index，AHI）范圍為0.31到0.37[23]，以確保所有受試者都是正常足弓，排除高/低弓足、X/O型腿及踝關(guān)節(jié)內(nèi)/外翻情況。具體受試者信息及AHI結(jié)果如表1。

表1 受試者信息及足弓高度指數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

1.2.1 數(shù)顯游標(biāo)卡尺

實(shí)驗(yàn)采用300 mm量程的sylvac游標(biāo)卡尺（S_Cal Pro 910.1502）來(lái)測(cè)量足弓的形態(tài)，用于計(jì)算受試者的足弓高度指數(shù)（AHI）。

1.2.2 跖趾關(guān)節(jié)力量測(cè)試儀

實(shí)驗(yàn)采用自制的跖趾關(guān)節(jié)力量測(cè)試儀測(cè)量跖趾關(guān)節(jié)的力量，采樣頻率是120 Hz。

1.2.3 數(shù)顯拉力計(jì)

足趾拉力是通過(guò)采用改裝的數(shù)顯拉力計(jì)測(cè)量，實(shí)驗(yàn)采用Ailitech AFG 500的拉力計(jì)，采樣頻率是16 kHz。將拉力計(jì)安裝在木箱的一端并固定，通過(guò)剛性連接物將拉力計(jì)的測(cè)量頭與足趾的剛性套環(huán)相連接進(jìn)行測(cè)量。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟及指標(biāo)

1.3.1 足部形態(tài)測(cè)量

要求受試者裸足站立在測(cè)量高臺(tái)上，雙腳平行開(kāi)立與髖同寬，腳尖齊平，雙手自然下垂，目視前方，上身不能屈曲或旋轉(zhuǎn)。所有足部形態(tài)學(xué)測(cè)量均由一位康復(fù)治療師通過(guò)觸摸受試者優(yōu)勢(shì)側(cè)足部找到跟骨粗隆、第1跖趾關(guān)節(jié)中心的位置，并用可清潔的記號(hào)筆對(duì)觸摸位置進(jìn)行標(biāo)注。隨后使用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量足總長(zhǎng)、截腳長(zhǎng)（第1跖趾關(guān)節(jié)中心到跟骨粗隆的距離）以及50%足長(zhǎng)處的足背高度（圖1），計(jì)算足弓高度指數(shù)[24]，具體公式如下：足弓高度指數(shù)（AHI）=50%足長(zhǎng)處的足背高度/截腳長(zhǎng)。

圖1 足弓高度指數(shù)測(cè)試示意圖

1.3.2 跖趾關(guān)節(jié)力量測(cè)試

采用本研究中心自主研發(fā)的跖趾關(guān)節(jié)力量測(cè)試儀[25]（發(fā)明專利號(hào)：ZL201310239441.2）對(duì)足弓肌肉力量進(jìn)行測(cè)試。受試者坐在測(cè)量?jī)x的座位上，優(yōu)勢(shì)腿髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)屈曲90°，足部放在測(cè)量臺(tái)上并固定，跖趾關(guān)節(jié)連線與儀器上抬折板對(duì)齊（圖2）。校準(zhǔn)抬折板的角度后，將上揚(yáng)角度設(shè)定在15°，在受試者了解如何發(fā)力進(jìn)行測(cè)試并練習(xí)后，測(cè)量3次，每次測(cè)量間歇3分鐘，記錄有效數(shù)據(jù)，并使用受試者體重進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

圖2 跖趾關(guān)節(jié)力量測(cè)試

1.3.3 足趾拉力測(cè)試

足趾拉力測(cè)試主要參考Ridge等[26]研究中采用的方法，要求受試者坐在椅子上，優(yōu)勢(shì)腿髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)屈曲90°，足部放在木箱內(nèi)，足跟緊貼箱壁，并在實(shí)驗(yàn)人員的幫助下，連接足趾套環(huán)與剛性連接物，分別測(cè)量第1足趾和其余4個(gè)足趾的肌肉力量（圖3）。Ridge等[26]已對(duì)該測(cè)試方法進(jìn)行了信效度檢驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果較為穩(wěn)定。在受試者了解如何發(fā)力進(jìn)行測(cè)試并練習(xí)后，測(cè)量3次，每次測(cè)量間歇3分鐘，記錄有效數(shù)據(jù)，并使用受試者體重進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

圖3 足趾拉力測(cè)試

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

本研究獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較兩組人群跖趾關(guān)節(jié)力量和足趾力量的差異，結(jié)果均以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。統(tǒng)計(jì)軟件為SPSS19.0，其中顯著性水平α設(shè)為0.05。

2 結(jié)果

2.1 跖趾關(guān)節(jié)力量測(cè)試

相比于普通無(wú)跑步習(xí)慣的人群，后跟著地跑組的跖趾關(guān)節(jié)肌肉力量沒(méi)有顯著性變化（P＞0.05），但后跟著地跑組的跖趾關(guān)節(jié)相對(duì)力量具有下降趨勢(shì)（P=0.065）。

表2 跖趾關(guān)節(jié)力量測(cè)試（n=12）

2.2 足趾拉力測(cè)試

無(wú)論是第1足趾力量還是其余足趾力量，兩組人群的足趾拉力測(cè)試均沒(méi)有顯著性差異（P＞0.05）。

表3 足趾拉力測(cè)試（n=12）

3 討論

本研究主要研究習(xí)慣穿著緩震跑鞋進(jìn)行后跟著地跑的方式對(duì)跑步愛(ài)好者足弓肌群力量的影響，分析后跟著地跑姿和緩沖跑鞋是否會(huì)衰減足底肌肉發(fā)力能力，為后跟著地跑者足弓健康維持與功能促進(jìn)提供依據(jù)。雖然尚未觀察到后跟著地跑者足底肌肉力量的顯著變化，但后跟著地跑組的跖趾關(guān)節(jié)相對(duì)力量有下降趨勢(shì)。

人類(lèi)的足部是身體與地面之間的連接體，足部獨(dú)特的足弓結(jié)構(gòu)允許下肢肌肉產(chǎn)生的力傳遞到地面，支持身體重量的同時(shí)產(chǎn)生向前運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力[21]。足弓是由骨、韌帶、筋膜和相關(guān)肌肉等共同構(gòu)成。其中，筋膜和韌帶構(gòu)成足底的半弧形圓頂，局部的支撐主要依靠足部的內(nèi)附肌群（intrinsicfoot muscles）和外附肌群（extrinsic foot muscles）[27]，這些結(jié)構(gòu)使足部以類(lèi)似于彈簧的方式與下肢串聯(lián)共同發(fā)揮作用[21]。在支撐早期，足弓開(kāi)始?jí)嚎s，將地面反作用力吸收為彈性勢(shì)能。在支撐后期，隨著地面反作用力的下降，足弓在足底筋膜的作用下開(kāi)始被動(dòng)回彈并釋放彈性能量，在絞盤(pán)機(jī)制（windlass mechanism）的作用下通過(guò)跖趾關(guān)節(jié)伸展可以強(qiáng)化足弓的剛度，幫助向前推進(jìn)身體運(yùn)動(dòng)[21，28]。

雖然緩震跑鞋的中底選用的是較厚的粘彈性材料，使跑鞋在跑步步態(tài)周期內(nèi)可以隨著負(fù)載期進(jìn)行壓縮，吸收部分沖擊，在非負(fù)載期進(jìn)行回彈，釋放積蓄的能量，為向前推進(jìn)身體提供一部分動(dòng)力[30-32]。但是緩震跑鞋對(duì)足弓支撐的設(shè)計(jì)，很難確定對(duì)足弓功能影響的利弊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均每位跑者每公里需著地600次[33，34]，盡管緩震跑鞋的設(shè)計(jì)提供了更多的緩沖和運(yùn)動(dòng)控制增強(qiáng)效果，但是常年累計(jì)下來(lái)的外在作用會(huì)影響足底的本體感覺(jué)，削減足弓的力量，造成足部的過(guò)度內(nèi)旋，增加足底筋膜的負(fù)荷，增加了跑者患足底筋膜炎的風(fēng)險(xiǎn)[14]。此外，也使跑者更加依賴跑鞋的緩沖性能，而不是我們本身具備的天然緩沖器：肌肉和肌腱[14，35]。

以前的研究使用了多種方法試圖測(cè)試足部?jī)?nèi)附肌群的力量。較多的研究采用的是手持式拉力計(jì)來(lái)測(cè)試腳趾屈曲肌力，還有部分采用的是壓紙測(cè)試（paper grip test）、足底壓力測(cè)試和內(nèi)附肌群激活測(cè)試（Intrinsic positive test）。然而這些測(cè)試或多或少存在一些無(wú)法解決的技術(shù)問(wèn)題，如踝關(guān)節(jié)跖屈肌群的參與、重復(fù)性測(cè)試結(jié)果不一致以及不便于臨床應(yīng)用等[26]。同時(shí)，Ridge等[26]指出，足底的這些肌肉具有許多相似的功能，將這些肌肉進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試并不能更好地保證最大發(fā)力。本研究足趾拉力測(cè)試主要參考Ridge等研究中采用的方法[26]，測(cè)試結(jié)果較為穩(wěn)定。但是由于測(cè)試中的具體連接環(huán)節(jié)皆為剛性體，盡管所有受試者測(cè)試要求與流程完全相同，但受試者反饋?zhàn)阒禾幫锤忻黠@，可能對(duì)于受試者最大力量的發(fā)揮有一定影響。此外，由于目前國(guó)內(nèi)外對(duì)足底肌肉力量的測(cè)試尚缺少金標(biāo)準(zhǔn)，本研究中對(duì)跖趾關(guān)節(jié)肌肉力量的測(cè)試采用的是本研究中心自我研發(fā)儀器，其主要設(shè)計(jì)是采用踏板傳遞跖趾運(yùn)動(dòng)，利用拉力傳感器和計(jì)算機(jī)來(lái)測(cè)量和處理跖趾關(guān)節(jié)屈曲力量的數(shù)據(jù)，并通過(guò)腿部固定架和腳跟限位板排除其他關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的干擾。該儀器數(shù)據(jù)采集流程簡(jiǎn)單明了，采集重復(fù)性好且數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，其可靠性和穩(wěn)定性作為設(shè)計(jì)亮點(diǎn)值得進(jìn)一步推廣[25]。

本研究只針對(duì)兩組不同人群進(jìn)行了一次對(duì)比分析，后跟著地技術(shù)會(huì)對(duì)跑步愛(ài)好者的足底肌肉力量產(chǎn)生怎樣的持續(xù)性影響仍需進(jìn)一步探究。因此，建議未來(lái)研究從跑者進(jìn)行跑步運(yùn)動(dòng)的初期開(kāi)始，跟蹤觀察足底肌肉力量的變化進(jìn)程，并結(jié)合靜態(tài)和動(dòng)態(tài)任務(wù)測(cè)試，更好地分析該種跑姿對(duì)足部健康的影響。

4 結(jié)論

足弓肌肉力量在跑步中起到了維持足弓形態(tài)和足弓彈性功能的重要作用，進(jìn)而有利于保證下肢力量的有效傳遞。與無(wú)跑步習(xí)慣者相比，習(xí)慣穿著緩沖跑鞋進(jìn)行后跟著地的跑者的足趾力量雖無(wú)明顯差異，但跖趾關(guān)節(jié)的相對(duì)力量存在下降趨勢(shì)。這究竟是緩沖跑鞋還是后跟著地跑姿起主要影響仍需進(jìn)一步探究。此外，本研究所采用的新型足弓肌肉力量測(cè)試方法，能為專業(yè)跑者及大眾健身愛(ài)好者的足部健康和肌力恢復(fù)提供評(píng)價(jià)手段，并為跑鞋的人體工效學(xué)設(shè)計(jì)提供支撐。