赤脚,前脚打击和脚跟打击-生物力学摘要

观众:跑步者和戏剧拳头目的:总结跑步打击方式和击球条件的生物力学

我觉得在Blog圈和流行的流行媒体中,赤脚与所有事物都有着恋爱关系。 赤脚跑步与前脚撞击有关,与脚跟撞击相比,生物力学方面的变化与跑步形式的改变有关。 但是,该研究似乎很整洁,而实际上却很模糊。 这篇文章正在进行中。 它试图总结一些比较赤脚跑步和短靴跑步的工作,以及比较穿鞋时前脚撞击和后脚撞击的工作。 我希望我已经传达出结果是相当矛盾的。 因此,试图总结这项工作是多么痛苦。

这篇文章将持续更新。请视为正在进行中的作品。

A.从穿鞋到赤脚跑步时的变化

运动学变化

-有转移的趋势 从后脚撞击到中脚或前脚更多着陆

-增加步频(例如,每分钟更多步)

-步长的减少(Divert et al 2008,Squadrone 2009)

-脚的脚底弯曲得更多(即脚趾指向下方时接触),并且踝关节运动程度更高(Pohl和Buckley 2007; Lieberman等人2010)

-内旋峰值或跟骨外翻量减少(Morley等,2010),这在大量内旋的跑步者中最为明显。 赤脚使峰值外翻在中等水平的产角动物中从10.3度降低到6.7度,在超级分布体中从14.8度降低到9.2度。

-赤足达到最大跟骨外翻所需的时间减少

-total eversion distance is increased with 赤脚 运行。 即使内旋较少,赤脚时脚的倒立程度也更高。 因此,脚后跟撞击地面以达到最大外翻/内旋时,行进的距离更大。

力或冲击力变化

-当脚撞到地面但推力峰值不变时,减小或完全减小冲击峰值(又称冲击瞬变)。利伯曼博士的这段视频中可以看到鞋跟撞击垂直地面的反作用力:

http://www.youtube.com/watch?v=zavoQM3727s&feature=player_embedded

在下图中,请注意,与后脚护腿状况相比,赤脚和前脚状况的第一个“凸点”如何降低(Divert 2008)。

嗯,赤脚跑步是否消除了最初的冲击?

初始冲击瞬变为 不总是 eliminated with 赤脚 运行。 While, other researchers (Lieberman 2010) show that the initial impact peak or impact transient is completely washed out rather than just decreased this is 不总是 seen. Dr Lieberman's work is fantastic and his argument is beautifully laid out. 他的网站在这里( http://www.barefootrunning.fas.harvard.edu/4BiomechanicsofFootStrike.html)

他还提供了这段视频,展示了赤脚和前脚撞击时的瞬态冲击损失。

http://www.youtube.com/watch?v=TjrEyfQC5NQ&feature=player_embedded

在Divert的研究中(2008) 12名受试者中有3名继续表现出短暂的冲击力。这种差异可能是由于以下事实:其他研究调查了上图中始终赤脚奔跑的年轻人(摘自Divert 2008) 这些受试者只是在学习赤脚跑步,可能还没有执行足够的步骤来适应和改变身体的运动学。  实际上,以上研究中使用的样品可能具有 没有足够的时间来学习如何赤脚跑步以消除影响高峰。

但是,下面是Lieberman博士的图表,显示了赤脚前脚撞击时瞬态冲击的损失

与Lieberman博士的工作相反,其他研究也研究了习惯赤脚跑步者和 尽管发现赤脚跑步或与标准鞋相比,用赤脚跑步或Vibrams跑步时,冲击峰并未完全消失。 Squadrone(2009)在具有丰富赤脚跑步经验的运动员(其中3名赤脚完成了马拉松比赛)中比较了赤脚,穿鞋和穿Vibram的跑步者。 在下图中,请注意,鞋子的冲击瞬变仍然最大,赤脚的冲击瞬变如何减小,Vibrams(VF)的冲击瞬变最大。 最重要的是,请注意冲击瞬变如何仍然存在。  这些作者没有计算该冲击瞬变的斜率,因此无法与Lieberman等人(2010)的工作直接进行比较。

在极简或赤脚跑步者中,这种瞬态冲击仍然如何存在?

Lieberman组和Squadrone组之间的一个差异可能是两组脚踝都发生了脚底屈曲的程度。 在Squadrone的小组中,脚踝处于94度-这意味着of屈约4度。 在Lieberman的小组中,惯常赤脚的肯尼亚年轻人的foot屈大约为14度。

这是得出本文主要论点的重点。 这表示光靠赤脚或极简主义跑步并不是消除踩踏过程中瞬间冲击的充分条件。 实际上,如果您以脚后跟的脚趾方式赤脚奔跑,您会发现冲击瞬变增加。 这在De Clercq(2000)的作品中可以看到,他比较了赤脚和穿鞋的情况,但仍然使每个人都脚跟着地跑。 十年后,利伯曼博士发现了这一点。 De Clerq发现了这一点:

不必太困惑,但以上作者还测量了撞击时的脚背屈,发现踝角约为94度(足底屈曲4度),鞋底角约为12度(我相信鞋底角是整只脚的角度)相对于平坦的地面)。 零度将是平坦的,而12度则意味着脚趾相对于地面指向上方(这是我的解释,本文中未进行解释)。赤脚状态下的脚踝角度类似于Squadrone对94度的研究,但我们看到了在赤脚状态下的冲击瞬变以及更大的力量发展速度。 我在这里的解释是,虽然脚踝稍微plant屈,但脚后跟仍然首先下降(即,鞋底角度仍朝上)。 我不知道Squadrone研究中的唯一角度是什么 当然可以帮助解释研究之间的差异。

赤脚的底线。

显然,赤脚跑步不是消除瞬态冲击的灵丹妙药。 另外,还有其他与赤脚跑步相关的因素(例如运动学变量:步幅,步幅长度,脚踝背屈范围,内旋范围)可能会影响许多动力学变量(例如,冲击瞬态,地面反作用力)。 最重要的是,它与伤害和表现有何关系?

因此,让我们看看这些其他变量。 很简单,赤脚跑步似乎使某人从一名脚跟前锋转变为一名前脚前锋。 少量研究调查了穿着后脚和前脚撞击模式的鞋子时的差异。

踩脚时改变脚的位置会影响运动学和动力学吗?

他们肯定可以,请阅读更多。 艾琳·戴维斯(Irene Davis)博士参与了许多这项研究,但令人惊讶的是,发表的很少。 戴维斯博士发表的著作在比较后足打击(RFS)和前足打击(FFS)时经常引用她未发表的实验室发现。 我在下面引用的一些内容将引用戴维斯博士的陈述(Williams等,2000; Laughton等,2003)。 在她的介绍或讨论中,而不是在她的实际数据中(我无法掌握)。

从后脚向前脚移动时的运动学和运动学变化

运动学

-前脚前锋增加了跟骨外翻偏移和外翻速度(McClay and Manal 1995a / b),但最终最大跟骨外翻(aka内旋)减少了

-脚着陆时脚踝plant屈较大,并且在前脚掌打击情况下脚掌打击时内翻角度更大。

-在前脚打击条件下增加了膝盖的内部旋转速度(Williams等2000)

腿部刚度的变化

-根据Laughton等人(2003)的工作,前脚前锋通常具有较大的腿部僵硬,但踝部僵硬。 它们的脚踝刚度较小,因为脚踝弯曲的时间和运动范围更大。从本质上讲,脚踝有更多的时间在撞击过程中散布关节扭矩,因为脚掌在前脚掌撞击时会在较大范围内移动(请记住,脚底弯曲时脚与地面接触,脚接触地面)(Laughton等人) 2003)。 这些作者还发现,在前脚击打条件下,膝盖的屈曲不如在后脚击打条件下(30度对约34度)屈曲,因此腿部整体僵硬度更高。

-反过来, 根据Lieberman等人(2010)的研究,前脚前锋的腿顺应性更大(定义为撞击期间身体重心相对于垂直力的下降),这意味着膝关节屈曲和踝关节也更大前脚触碰时弯曲。

前脚掌撞击时冲击力的变化不一致

Lieberman博士的网站上有一个出色的视频,该视频显示了用鞋前掌敲打时冲击瞬变的变化。 不幸的是,该动力学信息没有大量的运动学信息。

Lieberman博士在以下视频中展示了瞬态冲击的损失:

http://www.youtube.com/watch?v=XO4MruQov4Q&feature=player_embedded

但是,尽管视频中记录的瞬态影响有所降低, 另一项研究Shod跑步和足部撞击模式变化的研究显示了不同的结果。

Laughton等人的评论(2003年)

这些作者比较了后脚和前脚的前锋地面反作用力,发现以下几点:

-在后足撞击状态下,胫骨的峰值正加速度较小

-FFS模式的平均峰值垂直地面反作用力,前后峰值GRF(即制动力)和平均前后GRF负载率明显大于RFS模式

-FFS和RFS模式之间的平均和瞬时垂直GRF负载率(即冲击瞬变)没有显着差异。

-但是...在劳顿研究中,前脚打击跑步者不同于典型的前脚打击者。 您实际上可以称呼TOE跑步者,因为当他们的前脚撞击地面时,不允许他们的脚后跟撞击地面。  This is not what 发生在赤脚/前脚 running. 这可能解释了加载的差异。

这变得混乱了吗?

我从中得出的结论是,前脚的敲击当然可以将脚/小腿的负重率降低到与赤脚跑步相似的程度。 但同样,这不是充分条件。 我猜想甚至有可能训练自己后跟打击,但以减少冲击瞬变的方式进行。 在戴维斯博士的实验室中进行研究,该实验室可将有关胫骨防震鞋的信息反馈给个人,使人们可以学会更柔软地跑步并减少瞬态冲击。在这些研究中(点击这里)没有提供关于前脚打击的建议,个人穿中性鞋。 他们只是被要求跑得更柔和,并获得反馈。

对于Laughton研究为何在冲击瞬变中没有变化,而Lieberman的工作表明在冲击瞬变中的损耗却显着减少,我没有确切的答案。 我的直觉是,其他运动学变量可能会影响脚的负荷。  一种解释可能是,如果在Laughton研究中,从脚跟打击转变为前脚打击时步幅长度没有差异,则这可能说明缺少冲击瞬变的损失(这与脚跟缺失有关)被允许降低到地面-一种冲击吸收,这可以解释我们的差异)。

该评论缺少什么

- research investigating whether individuals could wear standard 跑步 shoes yet still be trained to run in a manner that mimics all of the kinematics of 赤脚, forefoot strike 运行。

-研究鞋跑的理论(I应力理论)影响足底本体感觉的任何研究,而鞋底本体感觉反过来又影响跑动-这种信念非常普遍,并且总是写在表面上  manner. 但是,没有很多研究对此进行研究。 我会保留意见。

-a full body kinetic analysis comparing all the different foot conditions of 运行。

长期研究,研究在伤害发生率和跑步效率方面变化的步幅机制

-我故意遗漏了研究POSE技术的良好研究

临床相关性-我告诉我的患者

我认为现在光着脚跑金牌并将所有人换成极简主义鞋还为时过早 我当然愿意接受这个想法。 1970年代,跑步者仍然受到极简主义鞋子的伤害(请参阅此处的pdf评论: 1978年Am J Sports Med-1978-James-40-50跑步损伤概述出奇的好)

赤脚或前脚打击跑步可能是休闲奔跑者作为训练刺激的绝佳辅助。 它可以用作力量训练或康复的一种形式。

没有研究关注跑步者的冲击瞬变,其运行速度比本文研究的慢得多。 这些论文大多数都以最慢的速度运行5分钟(8分钟)。 您的绝大多数休闲跑步者的步伐都不是这样。 如果您以25分钟5公里的速度奔跑,则您可能会处于大型比赛的前10%(例如,在2010年Goodlife Marathon 5公里处25分钟的比赛结果中,您在2721年中排名第178),如果您以25分钟5分钟的速度奔跑,保持马拉松的速度。  那么,基于相对精英的研究,我们是否要告诉所有跑步者隐瞒前脚罢工,极简主义的鞋子或赤脚? 唯一正确的:)答案是-----我不知道。

祝您好运,将其全部拼凑在一起,敬请期待更多更新。

格雷格·雷曼(Greg Lehman)

多伦多物理治疗师

参考文献

Squadrone R,GallozziC。在有经验的赤脚跑步者中赤脚和两种击球情况的生物力学和生理比较。 J运动医学物理健身。 2009年3月; 49(1):6-13。

转移C,Mornieux G,Freychat P,Baly L,Mayer F,Belli A.赤脚踩跑步的区别:鞋子还是质量效应?国际J运动医学杂志。 2008年6月; 29(6):512-8。 EPUB 2007年11月16日

Pohl MB, Buckley JG.Changes in foot and shank coupling due to alterations in foot strike pattern during 运行。Clin 生化mech (Bristol, Avon). 2008 Mar;23(3):334-41. Epub 2007 Nov 19.

Morley JB, Decker LM, Dierks T, Blanke D, French JA, Stergiou N. Effects of varying amounts of pronation on the mediolateral ground reaction forces during 赤脚 versus shod 运行。 J Appl 生化mech. 2010 May;26(2):205-14.

Lieberman DE,Venkadesan M,Werbel WA,Daoud AI,D'Andrea S,Davis IS,Mang'eni RO,Pitsiladis Y.性质。 2010 Jan 28; 463(7280):531-5。

Carrie A. Laughton1,Irene McClay Davis2和Joseph Hamill在跑步过程中打击方式和正畸干预对胫骨休克的影响应用生物力学,2003,19,153-168

Williams DS,McClay IS&Manal K:具有转换的前脚打击模式的跑步者的下肢力学。 应用生物力学杂志S,16(2):210-218,2000。

麦克莱(I.)&Manal,K。(1995a)。前脚和后脚前锋之间的下肢运动学比较。在K.R. Williams(Ed。),会议论文集:第19届ASB年会,CA,斯坦福(pp。211-212)。加利福尼亚州戴维斯市:加州大学戴维斯分校。

麦克莱(I.)&Manal,K。(1995b)。前脚和后脚前锋之间的下肢动力学比较。在K.R. Williams(Ed。),会议论文集:第19届ASB年度会议,加利福尼亚州斯坦福(pp。213-214)。加利福尼亚州戴维斯市:加州大学戴维斯分校。