跑步生物力学:膝盖不会被腿筋屈曲

受众:治疗师,培训师& Runners

重点: 绳肌不会使脚趾弯曲膝盖。 换句话说,跑步者在跑步时不会有意识地弯曲膝盖,这很可能是愚蠢的。 我读过许多脊椎按摩疗法和物理疗法的“专家”,他们建议人们积极地将腿弯曲离开地面并保持其弯曲状态,以便在有人跑步时改变大腿周围的惯性矩。 这样做的目的是使腿部的重量更靠近髋关节,从而更容易使腿部向前摆动。 T这个想法的问题是,跑步时腿筋不会这样做。 膝盖屈曲是被动发生的。这是臀部迅速而有力弯曲的结果。当膝盖弯曲时,四头肌实际上是活动的。  它们的作用是控制膝盖的弯曲程度。 这就是使股直肌劳损的原因。

证据

我们可以看两件事: 运动的动力学分析(由身体产生并作用于身体的力)和EMG研究。  One note, 有研究表明,股二头肌的短头在早期摆动和晚期站立时很活跃,提示膝盖弯曲。 但是,这是EMG的局限性之一-只是因为肌肉在运动,我们不能假设我们知道自己在做什么。 动力学分析使我们能够洞悉肌肉在做什么。 力量和力矩(即关节扭矩)分析表明膝盖不是主动屈曲,而是被动屈曲。 股二头肌短头的肌电图活动可能提供其他功能,而不是作为原动力。例如,当胫骨在地面上时,它可能起到减速胫骨的正向旋转的作用。

膝盖的动力学分析

摆动和脚趾弯曲时的膝盖功能

拉尔夫·曼(Ralph Mann)和戴维·温特(David Winter)对此进行了30多年前的调查(点击 这里),最近,Anthony Schache撰写了一篇精彩的论文,探讨了以不同速度运行时的3D动力学分析(点击 这里).  他们和其他人(Cavanaugh)发现,脚趾断力主要是在臀部(屈曲)和脚踝(足底屈曲)产生的。

引用拉尔夫·曼(Ralph Mann,1980)的论文:

“大多数屈曲可能是在初始挥杆阶段大腿快速加速之后继发的,脚和胫骨也随之跟随,使膝盖处于最大屈曲状态”

脚趾离开后,在上半部挥杆过程中会产生膝盖伸展扭矩(即使膝盖在弯曲,四边形也正在努力控制这种弯曲),并且力量被吸收。 膝盖的屈肌扭矩在挥杆的最后一半期间产生并产生动力((绳肌使膝盖弯曲以准备与地面接触)。

站立时膝盖功能的简化版本

在大多数情况下,膝盖处有伸肌扭矩,而在踩下脚趾之前会有轻微的屈肌扭矩。 在上半部分的姿态中吸收动力(四边形为减震而偏心工作),在下半部分的姿态中产生动力。但...

膝盖在跑步过程中是否能帮助您下垂?

没有你想的那么多。 膝盖实际上只是吸收冲击力,阻止您塌陷并在后期姿势中产生一些力量。 Schache博士的研究强烈表明(与之前的工作一样),随着速度的增加,膝关节不再做更多的工作,而是髋屈肌力量的增加以及在一定程度上与之相关的plant屈力量随着运行速度的提高。 曼恩博士认为,后期站立时的膝盖伸展又是对侧髋关节向前拉动身体,脚踩在地面上仍导致膝盖伸展的产物。

在短跑期间,发生了一些不同的事情……在站立姿势期间第二次膝盖伸展并未发生。 相反,在站立阶段膝关节屈曲缓慢进行。 短跑运动员没有足够的时间吸收膝盖的震动(震动在脚踝处吸收)。

这项研究得到了麦克莱和卡瓦诺的支持,他们研究了伸肌悖论。 这些研究人员(在“远程跑步的生物力学” 第6章)发现,在四头肌关闭后超过120毫秒发生了膝盖伸展。 这是比肌肉的机电延迟所预期的更多的时间延迟(该延迟是指肌肉打开,吸收肌肉松弛然后对其附件施加力的时间)。 因此,除了股四头肌外,还有其他东西在后期姿势中导致膝盖伸展。

跑步时的肌电图

下图显示了跑步和短跑期间的平均肌肉活动。 注意伸肌群是如何通过后期的姿势和脚趾脱落来减少其活动的(Source Mann et al 1986)。 这以前被称为伸肌悖论。  力量分析(逆动力学)告诉我们,腿部伸展可能来自其他来源,这很可能是对侧肢体的髋部屈曲。

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跑步

跑步

下面的横条表示何时打开肌肉以及步态周期中的什么时间点。  T.O. means toe off.

底线

脚筋在脚趾离开和挥杆阶段被高估时作为膝关节的主要屈肌的功能。 这是一种被动的活动。 动力学分析和肌电图研究表明,绳肌在后期挥杆以将脚放回地面的过程中,更重要地起到控制膝盖的作用。 这种作用加上它们在后期姿势中伸展臀部的作用。 另一个重要功能与提高运行速度高度相关。 未来的文章将探讨跑步过程中臀部的功能。

格雷格·雷曼(Greg Lehman)

物理治疗师