跑步著地模式與鞋底落差對(duì)跑者髕股關(guān)節(jié)壓力影響的研究

陳成香，毛 永，魏書(shū)濤，安 霞

（1.福建技術(shù)師范學(xué)院 體育學(xué)院，福建 福清 350300；2. 集美大學(xué) 體育學(xué)院，福建 廈門(mén) 361021； 3. 三六一度（中國(guó)）有限公司，福建 廈門(mén) 361009；4. 廣州體育學(xué)院，廣東 廣州 510500 ）

近年來(lái)，隨著“健康中國(guó)”的實(shí)施與推動(dòng)，大眾健身意識(shí)不斷覺(jué)醒，中長(zhǎng)跑和馬拉松逐漸成為大眾參與運(yùn)動(dòng)的重要方式［1］。相關(guān)研究表明，長(zhǎng)期參與跑步運(yùn)動(dòng)有利于降低心血管系統(tǒng)相關(guān)疾病的風(fēng)險(xiǎn)［2］，并且有助于控制體重、血壓和促進(jìn)身心健康［3］。但是，跑步時(shí)足部與地面撞擊所產(chǎn)生巨大沖擊力（約為體重3倍）會(huì)導(dǎo)致一系列與跑步相關(guān)的運(yùn)動(dòng)損傷，包括髕股關(guān)節(jié)疼痛、髂脛束綜合征、脛骨應(yīng)力骨折和足底筋膜炎等［4］，其中大約有25%的損傷與髕股關(guān)節(jié)疼痛有關(guān)［5］。

運(yùn)動(dòng)科學(xué)專家和運(yùn)動(dòng)鞋品牌商都試圖通過(guò)提升跑鞋科技來(lái)降低運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生率。近年來(lái)，通過(guò)對(duì)仿裸足跑鞋的相關(guān)研究表明，仿裸足跑鞋主要對(duì)步頻、步長(zhǎng)［6-8］、著地瞬間的足傾角［6-8］、膝關(guān)節(jié)的有效接觸面積［6］和峰值伸肌力矩［7-9］以及垂直負(fù)載率和沖擊力［8，10］產(chǎn)生顯著影響。主要表現(xiàn)為穿著裸足鞋跑步時(shí)，步頻增加、步長(zhǎng)縮短，著地瞬間的屈曲角度減小，膝關(guān)節(jié)有效接觸面積增加而伸肌力矩減小，沖擊力減小而峰值負(fù)載率卻增大。研究人員將上述結(jié)果歸因于裸足鞋的結(jié)構(gòu)特征，包括較少的鞋底材料和更低的后跟高度（鞋底前后落差小于傳統(tǒng)跑鞋），造成跑者的著地位置前移（更接近中足位置）［6］。此外，Chambon等［11］將傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)鞋和裸足之間的差異歸納為鞋底的厚度和變形量、鞋底前后落差以及鞋面的相關(guān)影響，但其研究只觀察了受試者穿著5種不同鞋底厚度（0 mm、 2 mm、4 mm、8 mm和16 mm）的跑鞋進(jìn)行跑步時(shí)下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化，認(rèn)為改變鞋底和鞋面厚度能夠有效影響著地模式［11］。但是，比較不同鞋底前后落差的跑鞋對(duì)跑步影響的研究，尤其是對(duì)髕股關(guān)節(jié)處的力學(xué)狀態(tài)的研究，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)際都十分缺乏。

跑步包括三種主要的著地模式：后足著地模式（著地時(shí)足跟或足的后部先接觸地面）、中足著地模式（著地時(shí)足的后部和中部同時(shí)接觸地面）和前足著地模式（著地時(shí)足的前部先接觸地面）。相關(guān)研究表明80%～90%的業(yè)余跑者采用后足著地模式［12］，改變著地模式是否能夠有效降低與跑步有關(guān)的運(yùn)動(dòng)損傷仍然存在爭(zhēng)議。Lieberman等［13］認(rèn)為，前腳掌著地模式能夠有效消除由于后跟著地而產(chǎn)生的第一峰值，因此能夠有效減少?zèng)_擊力對(duì)跑者造成的損害。祁鈺杰［14］研究證實(shí)了聯(lián)合使用前足落地模式和增加步頻，可以使髕股關(guān)節(jié)應(yīng)力有最大程度的降低，可以起到減輕髕股關(guān)節(jié)負(fù)荷的作用。但是，Hamill［15］、郝琦［16］和張力文等［17］總結(jié)了大量已有研究，均未獲得足夠的證據(jù)證明前足著地模式能夠有效防止運(yùn)動(dòng)損傷。

使用前腳掌著地模式對(duì)膝關(guān)節(jié)的影響同樣存在爭(zhēng)議。有研究認(rèn)為，膝關(guān)節(jié)伸肌力矩減小可能有利于髕股關(guān)節(jié)健康［18］；但是膝關(guān)節(jié)有效接觸面積增加，可能不利于髕股關(guān)節(jié)健康［19］。因此，髕股關(guān)節(jié)的生物力學(xué)模型被用以量化髕股關(guān)節(jié)反作用力和負(fù)荷［20-22］。相關(guān)研究比較了穿著裸足鞋（或裸足）和傳統(tǒng)跑鞋在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的髕股關(guān)節(jié)反作用力和負(fù)荷，發(fā)現(xiàn)穿著裸足鞋（或裸足）進(jìn)行跑步時(shí)能夠顯著減少髕股關(guān)節(jié)反作用力和負(fù)荷［22-23］。但是，在研究中并未明確說(shuō)明造成這種變化的主要原因。因此，裸足鞋（或裸足）和傳統(tǒng)跑鞋減少髕股關(guān)節(jié)反作用力和負(fù)荷的內(nèi)在關(guān)系和機(jī)制仍不明確。

綜上所述，本研究通過(guò)獲取受試者在裸足狀態(tài)和穿著3種不同鞋底前后落差（4 mm、8 mm和12 mm）的跑鞋，以后足著地模式和前腳掌著地模式跑步狀態(tài)的下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及髕股關(guān)節(jié)處的相關(guān)力學(xué)數(shù)據(jù)，研究裸足和穿著不同鞋底前后落差跑鞋在不同著地模式的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，髕股關(guān)節(jié)處的作用力及負(fù)載變化狀態(tài)，探究引發(fā)髕股關(guān)節(jié)處力學(xué)狀態(tài)與鞋底前后落差和跑步模式之間的關(guān)系，為消費(fèi)者合理選擇跑鞋和跑步著地方式，科學(xué)鍛煉，預(yù)防因跑步引發(fā)的膝關(guān)節(jié)損傷提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

通過(guò)對(duì)60名跑步愛(ài)好者進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，最終選取13名符合條件的男性跑者作為受試者（年齡20.5 ±1.1歲、身高176.1±3.5 cm、體重66.2±3.5 kg、運(yùn)動(dòng)年限≥3年、運(yùn)動(dòng)量≥ 30 km/周）。實(shí)驗(yàn)時(shí)，所有受試者在12 h內(nèi)未參與劇烈運(yùn)動(dòng)，身體狀況以及運(yùn)動(dòng)能力良好，近半年內(nèi)無(wú)下肢運(yùn)動(dòng)損傷，確保受試者了解實(shí)驗(yàn)步驟、目的、風(fēng)險(xiǎn)和自身的權(quán)利并簽署知情同意書(shū)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

1.2.1 運(yùn)動(dòng)跑鞋

采用Saucony公司已投入量產(chǎn)的3款跑鞋（Freedom ISO、Triumph ISOFIT和Cushion 10），鞋面均由網(wǎng)布和革料組成，大底使用高彈橡膠材料制成，其鞋底前后落差分別為4 mm、8 mm和12 mm（圖1）。此外，裸足狀態(tài)可視為鞋底前后落差為0 mm的情況［24］。

圖1 Freedom ISO（A）、Triumph ISOFIT（B）和Cushion 10（C） 運(yùn)動(dòng)跑鞋

1.2.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)采集系統(tǒng)

采用英國(guó)Oxford公司生產(chǎn)的Vicon Vantage V16光學(xué)三維動(dòng)態(tài)捕捉系統(tǒng)，對(duì)受試者跑步過(guò)程中的三維運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采樣頻率為100 Hz，其配套使用的紅外反光球直徑為14 mm。

1.2.3 動(dòng)力學(xué)指標(biāo)采集系統(tǒng)

受試者跑步過(guò)程中的地面反作用力數(shù)據(jù)采用2塊瑞士奇石樂(lè)公司生產(chǎn)的三維測(cè)力臺(tái)進(jìn)行采集，型號(hào)為9287C，采樣頻率為1000 Hz。

1.2.4 計(jì)時(shí)裝置

采用2臺(tái)澳大利亞Fusion Sport公司生產(chǎn)的Smartspeed紅外光門(mén)計(jì)時(shí)系統(tǒng)記錄受試者通過(guò)固定距離（10 m）的時(shí)間，以兩塊測(cè)力臺(tái)的連接位置為中心，前后5 m的位置分別放置一對(duì)Smartspeed。

1.3 測(cè)試方法和評(píng)價(jià)參數(shù)

1.3.1 跑步測(cè)試

所有受試者需完成裸足和穿著3種不同鞋底前后落差（4 mm、8 mm和12 mm）跑鞋，以后足著地模式和前腳掌著地模式的跑步的測(cè)試。每組測(cè)試采集3次有效數(shù)據(jù)，所有測(cè)試在同一天完成，且測(cè)試順序隨機(jī)。具體步驟如下：

受試者繞實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行5 min熱身跑，隨后進(jìn)行5 min的靜態(tài)拉伸活動(dòng)。熱身完成后由實(shí)驗(yàn)測(cè)試人員引導(dǎo)受試者換上統(tǒng)一的運(yùn)動(dòng)襪，然后將32個(gè)紅外反光球固定于骨盆以及下肢，其中包括26個(gè)標(biāo)定點(diǎn)（R/LTORC：右/左髂嵴；R/LIAS：右/左髂前上棘；R/LIPS：右/左髂后上棘；R/LFLE：右/左股骨外上髁；R/LFME：右/左股骨內(nèi)上髁；R/LFAX：右/左腓骨頭近端；R/LTTC：右/左脛骨粗??；R/LFAL：右/左外踝外側(cè)粗??；R/LTAM：右/左內(nèi)踝內(nèi)側(cè)粗??；R/LFM5：右/左第5趾跖關(guān)節(jié)頭；R/LFM2：右/左第2趾跖關(guān)節(jié)頭；R/LFM1：右/左第1趾跖關(guān)節(jié)頭）以及R/LTH1/2/3：6個(gè)跟蹤點(diǎn)（3個(gè)為一組分別放置在左右大腿外側(cè)）（圖2）。

圖2 紅外反光球分布示意

受試者根據(jù)隨機(jī)表的順序穿著不同的運(yùn)動(dòng)鞋依次以3.33 m/s±5%的速度勻速通過(guò)測(cè)力臺(tái)，要求右腳必須踩到其中一塊測(cè)力臺(tái)的中心位置（圖3）。每次測(cè)試完成后，實(shí)驗(yàn)人員需檢查測(cè)力臺(tái)數(shù)據(jù)，以確保受試者采用正確的著地模式。由于該測(cè)試對(duì)速度有精確的要求，為了避免過(guò)多嘗試引起的運(yùn)動(dòng)疲勞，在正式采集數(shù)據(jù)之前，實(shí)驗(yàn)測(cè)試人員會(huì)引導(dǎo)受試者熟悉目標(biāo)速度，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整受試者起跑的位置，以提高正式測(cè)試的效率。

圖3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境示意

1.3.2 評(píng)價(jià)參數(shù)

（1）運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)：采用美國(guó)c-motion公司開(kāi)發(fā)的Visual3D軟件對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)采用四階巴特沃茲低通濾波，頻率分別為20 Hz和50 Hz［20］。選取指標(biāo)包括觸地時(shí)踝關(guān)節(jié)角度（θankle）、峰值膝關(guān)節(jié)屈曲角度（θknee）和峰值膝關(guān)節(jié)伸肌力矩（Mknee）。

（2）髕股關(guān)節(jié)參數(shù)：采用Microsoft Excel的Macro 功能開(kāi)發(fā)相應(yīng)程序計(jì)算髕股關(guān)節(jié)相關(guān)參數(shù)。指標(biāo)包括：有效接觸面積（Carea）、峰值髕股關(guān)節(jié)反作用力（Patellofemoral joint reaction force， PFJR）、峰值髕股關(guān)節(jié)負(fù)荷（Patellofemoral joint reaction stress， PFJS）、前腳掌著地時(shí)髕股關(guān)節(jié)反作用力（FPPFJR）和髕股關(guān)節(jié)負(fù)荷（FPPFJS）的第一峰值。髕股關(guān)節(jié)生物力學(xué)模型的分步計(jì)算表達(dá)式如下［18-20］：

有效接觸面積表達(dá)式：

有效力臂表達(dá)式：

股四頭肌肌力表達(dá)式：膝關(guān)節(jié)伸肌力矩/有效力臂

髕股關(guān)節(jié)反作用力表達(dá)式：系數(shù)k ×股四頭肌肌力

髕股關(guān)節(jié)負(fù)荷表達(dá)式：髕股關(guān)節(jié)反作用力/有效接觸面積

其中，x表示隨步態(tài)周期變化的膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)角度。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用雙因素（不同鞋底前后落差與著地模式）重復(fù)測(cè)量方差分析（組間：不同鞋底前后落差；組內(nèi)：不同著地模式）對(duì)觸地時(shí)踝關(guān)節(jié)角度、峰值膝關(guān)節(jié)屈曲角度、峰值膝關(guān)節(jié)伸肌力矩、有效接觸面積、峰值髕股關(guān)節(jié)反作用力和峰值髕股關(guān)節(jié)負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。采用單因素方差分析對(duì)前腳掌著地時(shí)髕股關(guān)節(jié)反作用力和髕股關(guān)節(jié)負(fù)荷的第一峰值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。如發(fā)現(xiàn)顯著性差異，采用圖基（Turkey）事后檢驗(yàn)進(jìn)行各組間比較。此外，描述性分析用以定性評(píng)價(jià)后足著地和前腳掌著地狀態(tài)下，髕股關(guān)節(jié)反作用力和負(fù)荷參數(shù)的差異。各數(shù)據(jù)參數(shù)均以平均值± 標(biāo)準(zhǔn)差表示，統(tǒng)計(jì)軟件采用SPSS19.0，其中顯著性水平α設(shè)為0.05。

2 結(jié)果

2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，觸地時(shí)踝關(guān)節(jié)角度（θankle）在不同鞋底前后落差與著地模式之間存在顯著性的交互關(guān)系（F3，48=11.988，P＜0.001）。后足著地模式時(shí)，裸足狀態(tài)下觸地時(shí)踝關(guān)節(jié)角度表現(xiàn)為輕微的跖屈，與之相反，穿鞋狀態(tài)下表現(xiàn)為輕微的背屈，但在前腳掌著地模式時(shí)并未發(fā)現(xiàn)類似的變化。并且，在裸足狀態(tài)下，后足著地瞬間踝關(guān)節(jié)背屈角度（θankle）顯著大于穿鞋時(shí)（F3，48=12.694，P＜0.001）；在前腳掌著地模式下，觸地時(shí)踝關(guān)節(jié)背屈角度顯著大于后足著地模式（F1，48=874.474，P＜0.001）。此外，峰值膝關(guān)節(jié)伸肌力矩（Mknee）無(wú)顯著性的交互關(guān)系。但是，裸足狀態(tài)下的峰值膝關(guān)節(jié)伸肌力矩（Mknee）顯著小于穿鞋時(shí)（F3，48=3.687，P＜0.001）；后足著地模式時(shí)，峰值膝關(guān)節(jié)伸肌力矩（Mknee）顯著大于前腳掌著地模式 （F1，48=152.617，P＜ 0.001）（表1）。

2.2 髕股關(guān)節(jié)參數(shù)

根據(jù)髕股關(guān)節(jié)生物力學(xué)模型計(jì)算所得的關(guān)節(jié)有效接觸面積（Carea）在統(tǒng)計(jì)結(jié)果中未見(jiàn)顯著性差異。峰值髕股關(guān)節(jié)反作用力（PFJR）和負(fù)荷（PFJS）也未見(jiàn)顯著性的交互關(guān)系。但是，后足著地模式的峰值髕股關(guān)節(jié)反作用力（PFJR）顯著大于前腳掌著地模式 （F1，48=249.066，P＜0.001），同時(shí)，峰值髕股關(guān)節(jié)負(fù)荷（PFJS）顯著大于前腳掌著地模式（F1，48=257.971，P＜0.001）。裸足狀態(tài)下，髕股關(guān)節(jié)反作用力的第一峰值（FPPFJR）顯著小于穿鞋時(shí)（F3，48=39.495，P＜0.001），同時(shí)，髕股關(guān)節(jié)負(fù)荷的第一峰值（FPPFJS）在裸足狀態(tài)下也顯著小于穿鞋時(shí)（F3，48=29.837，P＜0.001）（表1）。

表1 穿著不同鞋底前后落差跑鞋以后足著地和前腳掌著地模式跑步時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和髕股關(guān)節(jié)處力學(xué)參數(shù)比較（n=13）

由圖4可見(jiàn)，穿鞋狀態(tài)下，前腳掌著地模式跑步時(shí)髕股關(guān)節(jié)反作用力和負(fù)荷存在明顯的第一峰值，但后足著地模式并未發(fā)現(xiàn)存在第一峰值；而且裸足狀態(tài)下，前腳掌著地模式時(shí)的第一峰值幾乎消失。

圖4 某受試者髕股關(guān)節(jié)反作用力、髕股關(guān)節(jié)負(fù)荷示意

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，裸足狀態(tài)下，采用后足著地模式跑步時(shí)，后足著地瞬間踝關(guān)節(jié)角度表現(xiàn)為輕微跖屈（著地位置前移）。該結(jié)果與Thompson等人［25］的研究結(jié)果近似，Thompson等人研究了穿著傳統(tǒng)跑鞋和裸足狀態(tài)下，后足著地模式跑步時(shí)的下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)變化，結(jié)果表明在后跟著地瞬間踝關(guān)節(jié)角度從穿鞋時(shí)的背屈轉(zhuǎn)變?yōu)槁阕銜r(shí)的跖屈。但是，在Squadrone等人［6］的研究中，僅觀察到裸足或穿裸足鞋狀態(tài)下，踝關(guān)節(jié)的背屈角度小于穿鞋的情況（足在后跟著地瞬間更接近水平位置）。他們的研究是使用跑臺(tái)進(jìn)行的測(cè)試，這可能是導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生差異原因。此外，本研究結(jié)果顯示，前腳掌著地模式的跑步，著地瞬間的踝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)角度顯著大于后足著地模式。造成這種現(xiàn)象的主要原因是前腳掌著地時(shí)，著地瞬間的踝關(guān)節(jié)角度并無(wú)差異，但在后足著地時(shí)，該指標(biāo)卻存在顯著性差異。Juha-Pekka等人［26］也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果，存在后足著地者比前足著地者在著地瞬間背屈角度更小的現(xiàn)象。因此，裸足和后足著地模式的跑步，都能夠有效改變著地瞬間踝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度，使其著地位置能夠相對(duì)前移，從而對(duì)跑者下肢神經(jīng)肌肉骨骼控制系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響。

本研究的動(dòng)力學(xué)指標(biāo)表明，裸足狀態(tài)下的峰值膝關(guān)節(jié)伸肌力矩顯著小于穿鞋時(shí)，前腳掌著地模式的峰值膝關(guān)節(jié)伸肌力矩顯著小于后足著地模式。Paquette等人［8］的研究顯示，裸足或穿裸足鞋進(jìn)行跑步能夠有效減少峰值膝關(guān)節(jié)伸肌力矩，且采用前足著地模式也能有效減少峰值膝關(guān)節(jié)伸肌力矩。該研究結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。許多研究觀察了裸足和穿鞋情況下膝關(guān)節(jié)伸肌力矩的變化情況，結(jié)果均發(fā)現(xiàn)裸足顯著小于穿鞋［6，16，22，24］。因此，許多學(xué)者都推斷裸足跑和前足著地模式能夠有效降低髕股關(guān)節(jié)疼痛的發(fā)生 率［18，22］。但是，這種改變可能是由于采用裸足和前足著地模式進(jìn)行跑步時(shí)，常會(huì)伴隨步長(zhǎng)減小，使得下肢的位置更接近人體質(zhì)量中心，最終造成股四頭肌力臂減?。?2］。因此，單純依靠膝關(guān)節(jié)伸肌力矩的減少作為判斷依據(jù)可能說(shuō)服力不足。

本研究發(fā)現(xiàn)在前腳掌著地模式狀態(tài)下，髕股關(guān)節(jié)峰值反作用力和負(fù)荷顯著小于后足著地模式。Juha-Pekka等人［26］的研究與本研究結(jié)果相同，他們通過(guò)研究習(xí)慣性后足著地模式和習(xí)慣性前足著地模式跑者，以自己習(xí)慣的著地模式，在4 m/s的速度下進(jìn)行跑步的數(shù)據(jù)，研究結(jié)果表明習(xí)慣性后足著地模式者峰值髕股關(guān)節(jié)反作用力和負(fù)荷顯著大于前腳掌著地模式者。但是，裸足和穿鞋狀態(tài)下的峰值髕股關(guān)節(jié)反作用力和負(fù)荷數(shù)據(jù)幾乎都存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，裸足狀態(tài)顯著小于穿鞋狀態(tài)［22，27］。而本研究并未發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但存在類似的趨勢(shì)。裸足與穿鞋時(shí)相比，后足著地模式跑步時(shí)峰值髕股關(guān)節(jié)反作用力和負(fù)荷減少約8%，前腳掌著地模式跑步時(shí)峰值髕股關(guān)節(jié)反作用力和負(fù)荷約減少了10%。這在一定程度上說(shuō)明裸足跑步能夠減小髕股關(guān)節(jié)反作用力和負(fù)荷。

根據(jù)髕股關(guān)節(jié)生物力學(xué)模型，髕股關(guān)節(jié)反作用力主要受膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)角度和伸肌力矩影響。理論上，增加膝關(guān)節(jié)伸肌力矩和股四頭肌做功能夠增加髕股關(guān)節(jié)的反作用力和負(fù)荷［28］。此外，更小的膝關(guān)節(jié)屈曲角度有利于減小髕股關(guān)節(jié)的反作用力，其根本原因是減少了股四頭肌的做功［29］。但本研究?jī)H觀察到峰值膝關(guān)節(jié)伸肌力矩在前腳掌著地模式和裸足狀態(tài)下數(shù)值更小，而峰值膝關(guān)節(jié)屈曲角度未見(jiàn)顯著性差異，這表明裸足狀態(tài)的前腳掌著地模式的跑步只改變了關(guān)節(jié)力矩，未影響關(guān)節(jié)角度。這與Juha-Pekka等人［26］的研究結(jié)果相反，在他們的研究中，不同著地模式之間峰值膝關(guān)節(jié)伸肌力矩不存在顯著性差異，峰值膝關(guān)節(jié)屈曲角度存在顯著性差異。分析原因認(rèn)為：本研究招募的所有受試者均為男性，且都習(xí)慣后足著地模式，而Juha-Pekka等的研究對(duì)象以女性為主，并且受試者僅以自己習(xí)慣的著地模式跑步。此外，兩個(gè)研究所采用的運(yùn)動(dòng)速度也存在差異。在比較裸足和穿鞋狀態(tài)下下肢生物力學(xué)差異的研究中，裸足狀態(tài)能夠減少峰值膝關(guān)節(jié)伸肌力矩的結(jié)果表現(xiàn)出高度的一致性，但是改變峰值膝關(guān)節(jié)屈曲角度的結(jié)果卻存在矛盾［6，8，11，30］。事實(shí)上，無(wú)論是減小膝關(guān)節(jié)屈曲角度還是減少膝關(guān)節(jié)伸肌力矩，其結(jié)果都是有利于減少髕股關(guān)節(jié)的反作用力和負(fù)荷，最終降低跑步過(guò)程中髕股關(guān)節(jié)的損傷。

目前，尚未見(jiàn)研究報(bào)道在穿鞋狀態(tài)下，前腳掌著地跑步時(shí)會(huì)出現(xiàn)髕股關(guān)節(jié)反作用力和負(fù)荷的第一峰值，見(jiàn)圖4，該峰值類似于后足著地模式跑步時(shí)地面反作用力數(shù)據(jù)形態(tài)。許多研究認(rèn)為，該峰值是造成跑步損傷的主要原因［13］。根據(jù)該觀點(diǎn)，雖然在穿鞋狀態(tài)下采用前腳掌著地模式會(huì)受到較小的峰值髕股反作用力和負(fù)荷，但是由于第一峰值的存在，可能也無(wú)法降低膝關(guān)節(jié)由于過(guò)度使用而造成的運(yùn)動(dòng)損傷。而當(dāng)裸足跑步時(shí)，第一峰值顯著減小或消失，且峰值髕股關(guān)節(jié)反作用力和負(fù)荷也小于穿鞋時(shí)。因此，在裸足或穿著裸足鞋且采用前腳掌著地模式進(jìn)行跑步，可能會(huì)更加有效地幫助跑者降低出現(xiàn)髕股關(guān)節(jié)疼痛的風(fēng)險(xiǎn)。

本研究的局限：本研究選取的受試者為健康男性，因此無(wú)法直接說(shuō)明髕股關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)變化和髕股關(guān)節(jié)疼痛之間的關(guān)系，在髕股關(guān)節(jié)疼痛綜合征患者中的效果需要在以后的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步驗(yàn)證；所有跑者均為習(xí)慣性后足著地模式者，急性改變著地模式所造成的下肢運(yùn)動(dòng)鏈的變化可能并不穩(wěn)定，在未來(lái)的研究中需要通過(guò)長(zhǎng)期的步態(tài)訓(xùn)練進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證；本研究使用的模型僅能從矢狀面上進(jìn)行分析和解釋，并且主要考慮了與膝關(guān)節(jié)相關(guān)的數(shù)據(jù)，因此對(duì)于其它運(yùn)動(dòng)面和關(guān)節(jié)上的變化仍然存在疑問(wèn)；髕股關(guān)節(jié)有效接觸面積和股四頭肌力臂都是通過(guò)多項(xiàng)式擬合計(jì)算得到的，對(duì)測(cè)量誤差十分敏感，可能與實(shí)際數(shù)值存在一定的差異；本研究未考慮受試者人體測(cè)量學(xué)的個(gè)體差異。

4 總結(jié)

本研究發(fā)現(xiàn)只改變運(yùn)動(dòng)鞋鞋底前后落差并不能有效的降低跑步時(shí)的峰值髕股關(guān)節(jié)反作用力和負(fù)荷。但是跑步時(shí)采用前腳掌著地模式，能夠有效的降低跑步時(shí)的峰值髕股關(guān)節(jié)反作用力和壓力；并且裸足跑步能夠有效減小或消除髕股關(guān)節(jié)反作用力和壓力的第一峰值。因此，跑步時(shí)，選擇裸足或鞋底前后落差小的跑鞋，采用前腳掌著地模式，可能有助于降低髕股關(guān)節(jié)的損傷風(fēng)險(xiǎn)。