跑步过程中改变冲击力和关节负荷的技术总结

目的: 要回顾一些有关跑步过程中地面反作用力的数据,该物理载荷的重要性以及如何修改载荷的信息。 警告 :此职位非常庞大。 它是有关此主题的许多研究的有效且不断发展的资料库。 我希望在添加更多工作时进行更新。 我将这样的帖子用作 生活参考资料库,因此我不必搜索整篇文章就可以了解 it.  这并不意味着获得写作奖。跳到底部以获取摘要。

这篇文章是什么

1.地面反作用力(GRF) overview

2. GRF与损伤之间的关系

3.以步进率修改负载

4.用踩脚样式修改载荷

5.通过穿鞋或赤脚修改负荷。

什么是地面反作用力和冲击载荷?

当跑步过程中脚部撞击地面时,地面会产生反作用力。 力可以分为三个方向向量:

1.垂直

2.前进-后退(例如“刹车”然后“下推”)

3.并排。

大多数研究都集中在垂直荷载上,所以我也会。 垂直加载如下所示:

力的第一个峰值称为冲击峰值,由脚与地面的碰撞产生。 我们也可以看一下这种力量上升的速度 当那个高峰出现时  这称为负载率。

第二个峰称为活动峰。 它对应于 能量吸收已经停止(质心处于最低点),并且当我们开始“推”向地面时。

地面反作用力(GRF)之间的关系 and 受伤

关系是 有争议的.  It is simple to 假设负载较小 or less 身体上的压力可降低受伤风险。 但这并不总是成功的。  的 human body has the ability to adapt 和 the 跑步者的能力差异 适应是巨大的。简而言之,我们不知道一个人有多大的负担。 您甚至可以争辩说,负荷是好的,因为这是刺激跑步者适应的原因(例如,更强的骨骼,更强的软组织,更好的神经系统?)。 导致适应的良好负荷与导致伤害的过多负荷之间的分界线是我们预防伤害的圣杯。 关于跑步者受伤的负荷率和负荷率的概念可能是很长的篇幅-我将链接到下面的一些文章,并简要介绍一下这一领域。

有一些建议 冲击负荷率 与跑步者的应力性骨折有关。  See this post 这里  and the abstract 这里 .   We also have some suggestion that decreasing peak loading can influence stress fracture risk (抽象 这里  and 这里 )

艾琳·戴维斯(Irene Davis)博士也进行了一些出色的研究,将较高的撞击速度(例如载荷率)与应力断裂(链接 这里 )。  戴维斯博士还发布了一系列案例,展示了跑步过程中负载率的变化以及反馈 (abstract 这里 )。

一些链接,以获取更多信息。

戴维斯和公司(在这里, 这里 , 这里, 离群值 这里 )

其他研究人员显示与负荷和伤害无关( 这里 这里 )

那么,我们如何在地面接触期间修改载荷?

在以下各节中,我们将介绍三种在脚部敲击过程中用于更改负载的方法:

  1. 改变步速
  2. 改变脚部打击的类型(即后脚与中脚)
  3. 换鞋(或完全换鞋)

在下一篇文章中,我将回顾当我们尝试进行这些更改以影响加载时发生的其他更改。 变化不是凭空存在的。 它们可能会导致经济运行状况发生变化,肌肉活跃或其他意想不到的后果,从而可能影响性能,甚至可能导致受伤风险。

底部之前的底线

所有这三种技术都能够改变某些人的冲击负荷和关节负荷,但并非所有人都可以。 我们在研究中看到的是变异性,这会导致研究结果相互矛盾。  这个 is because there are other factors than the three above that influence the ground reaction force. 例如,您可以更改为中脚或前脚的罢工,但仍会过大步(有关此内容,请参见整洁的视频和案例) 这里 )。  我们四肢的僵硬都会影响冲击力。  这个 is what happens to some extent with kinematic changes with aging. 年长的跑步者可以有相似的步幅,但影响仍然更大(有关简短评论​​,请参阅 这里 )。  但是让我们来看一些研究。

A.更改步速

我们可以增加运行时执行的步骤数。 Heiderscheit等人(2011)做了这样的事情(对于研究外观的详细评论 这里  and 这里 )。  他将步速提高了5%和10%。  这个 is some of what they found:

节奏增加5%和10%

  • 步长减少
  • 重心垂直偏移降低(上下弹跳较少)
  • 从重心到脚的水平距离减小了(即,减少了在您面前的过度移动)
  • 脚接触过程中的膝盖屈曲(运动)减少(即增加刚度)
  • 减少能量吸收和能量产生 at the knee
  • 减少冲击瞬变的发生(有时跑步者在地面反作用力图中没有那么尖锐的峰值)
    • 降低制动脉冲

节奏仅增加10%

  • 接触时脚的倾斜角度减小(脚尖向下更多)
  • 减少站立时间
  • 增加 劳累程度
  • 减少髋关节屈曲和内收
  • 初次接触时膝盖弯曲增加
  • 垂直地面反作用力峰值降低
  • 降低臀部的能量吸收

脚踝上的便条

脚踏圈速增加时,脚踝能量吸收量没有变化,但膝盖处的能量吸收量却大大减少。  这个 is most likely due to a lack of change in the ankle kinematics 和 how the foot struck the ground. 我猜想,改变脚踏圈速不足以改变踩脚的类型。 如果一个人从后脚踢到中脚或前脚,我们可能会在脚踝处吸收更多的能量。 可以理解的是,很多变量会影响冲击负荷。

关于初始冲击负荷和负荷率的说明

作者发现,减小步长可以减少地面反作用力中急剧的初始颠簸的发生。 这是瞬间的冲击力,这是我们在脚后跟撞击的跑步者中最能看到的-本质上是与地面的碰撞力。但是,它很少见(每5个步幅0-1次) 将步进率提高10%时,只有56%的时间(这是 lack of impact 在最佳步长处观察到瞬态为22%)。 因此请注意,这只是某些跑步者的趋势。  如果您在研究中发现作者没有计算所有跑步者的平均负荷率。  这个 is how we 通常比较各种干预措施的负荷率。 我猜想整个 主题,我们最终不会发现加载率有统计学上的显着变化。 以这种方式显示数据表明我们有时会有所改变 在冲击瞬变中并不总是如此。 作为复习,这里是 失去的可爱视频 前脚跑步时的冲击瞬间。

http://youtu.be/XO4MruQov4Q

霍巴拉(2012-摘要 这里  ),让运动员以每秒2.5米的速度跑步,并且还更改了步频(增加了15%和30%的数量)。 他们发现减少了:

  • 垂直冲击峰值(VIP),
  • 垂直瞬时加载率(VILR)和
  • 垂直平均加载率(VALR)。

这项研究的唯一问题是步幅如此巨大的变化是多么实用。 很好地证明了原理,但我们应该质疑我们是否要在持续的经济乃至伤害风险方面做到这一点(即,您正在迈出更大的步伐,从而增加了重复次数)。

...以及事物的另一面(没有任何事情如此简单)

但是,这些发现与另一项整洁的研究形成了轻微的对比,该研究着眼于改变许多事物(步速,脚部接触方式和鞋子的类型)以及负荷响应。   贾安多利尼(2012)将节奏增加10%时发现以下内容:

  • 冲击负荷率没有变化
  • 冲击瞬变无变化
  • 脚踩在地面上的时间没有变化
  • 减少飞行时间(飞行时间)
  • 刚度增加(垂直)

这些作者查看了群体平均水平的影响负荷率的变化。 他们没有显示原始数据,因此有可能有些人降低了他们的冲击负荷率,并且可能在最初的脚部撞击过程中失去了瞬时冲击。  这个 would be consistent with the Heiderscheit study.

在这项全面的研究中,这些作者还能够通过以下方式更改许多载荷和运动学变量: 其他干预措施。  They 还做了另外两件事-将跑步者放到赛车鞋中(相对于笨重的缓冲鞋),让跑步者从后脚罢工转向中脚罢工。 他们还结合了所有三个更改(COMBI)。    那么,为什么我们不来看看这个整洁的研究,以及其他有关改变脚踏风格的研究呢?

B.切换到中足打击

研究表明改变脚底冲击会影响负荷变量

这个 simple change provided some pretty drastic results. Giandollini等人(2012)发现:

  • 切换时失去瞬态冲击(也可在COMBI中找到)
  • 负载率降低幅度超过50%(也可在COMBI中找到)
  • 有趣的是 步速不变 (这很有趣,因为我们经常认为这种情况发生在中足罢工。 通常,我们假设中脚和脚后跟自然会缩短步幅-这表明我们可以在不降低步幅长度的情况下改变负荷率。
  • 在撞击前而不是撞击期间发现胃(小腿肌肉)和胫前肌(胫骨)肌肉活动增加。 但是,作者没有考虑肌电图肌活动引起的机电延迟(即,肌肉立即打开,但需要花费一些时间来吸收肌肉松弛来产生对骨骼的作用力),因此我们不能得出结论在冲击过程中,肌肉不会产生较小的力量。 随着延迟,这些肌肉将产生力量,并且最有可能有助于缓冲冲击负荷响应。

您可以在上方Lieberman博士的视频中看到此回复的视频版本。

...再也不是那么简单。 相似的研究发现不同的结论

Laughton,Davis和Hamill(2003)研究了十五名习惯性的后足罢工运动员,​​然后在一次训练中将他们转换为前足罢工运动员。  的 authors found:

  • 平均峰值垂直地面反作用力增加
  • 后GRF增加
  • 前后负荷增加
  • 平均或瞬时GRF加载速率无差异

其他一些发现:

  • 增加背屈和跟骨外翻偏移
  • 脚接触时重心偏移降低
  • 初次接触时膝盖弯曲增加
  • 膝盖屈曲偏移减少
  • 膝盖和腿部僵硬
  • 踝关节僵硬度降低

WHOA ...这是非常矛盾的。  当然可以  再次强调,更改单个变量不足以更改其他变量。更改为这种前脚击打模式会增加峰值负荷,负荷率无变化,制动力增加,膝盖和腿部僵硬。 我们不知道步幅是否会改变,但是前后力量的增加表明前脚的撞击可能与步幅过大有关。 最后,在这项特殊的研究中,不允许前脚前锋让脚后跟着地。 他们基本上是用脚尖跑。 Giandollini建议转换为中脚击打可能是有益的(就冲击力和力变量而言),但可能有正确的方法。 即不要只用脚尖踩

进一步的研究表明,随着脚震的变化,冲击负荷会变化

Becker等人(2012年)在ASB 2012上的摘要中得出结论,在自然或赤脚跑步过程中,足部撞击模式无法预测负荷率。 受试者人数为11(据报道该研究正在进行中,因此将来看起来可能会更强大)。 作者测量了跑垒员或赤脚跑者的垂直冲击负荷率和撞击方式。 他们能够评估的是一种非常新颖的方式,它的踩脚模式与VILR相关。 参与者没有被告知要尝试改变他们的步行方式。 相反,他们让人们用鞋或赤脚跑步,并使用“罢工指数”来衡量他们的踩脚模式,同时还要测量其VILR。 有了这两种措施,他们确定了脚踩打击方式与VILR的关系,因为有些人会自然地从穿鞋时的后脚踩模式变为赤脚时的前脚踩模式。  So, there were 几乎不会发生什么变化。 这是我认为相关的示例,请查看 下表显示了所有详细信息。

让我们看一下人们RFS感到沮丧但最终却赤脚切换到前脚罢工的情况:

  • 12/16从RFS切换到MFS / FFS,而4/16赤脚保持RFS
  • 12个中的5个切换为5个显着,而7个没有变化。
  • 在使用MFS / FFS时表现出变化的5人中,有5人中的所有人都显示出负荷率增加,而没有人则表现出下降。
  • 下面的图1显示,在进行中足打击的受试者中,冲击瞬变没有损失

下面的流程图显示了当单个跑步者在赤脚状态下更改为中足/前脚打击(MFS / FFS)或保持脚跟撞击(RFS)时,垂直负荷率的变化

这项研究的底线是仅转移到MFS / FFS不足以减少VILR。  这个 study is also confounded with the shift from the shod to 赤脚 but it again suggests that is not a sufficient condition to automatically assume you will get less loading rates.  最大的局限性:没有训练或没有时间习惯。  这个 is short term study 和 may not reflect what happens with motor learning over time. 

C.当我们换鞋时,冲击力和负载变化

 我将在这里继续追逐。 换鞋并不总是足以改变负载变量。 大笨重的鞋子被敲定的前提是,鞋子的屁股会挡住鞋子,迫使跑步者落在脚后跟上并大步向前。 我们假设用较轻的鞋子(少跟)代替这些鞋子 to toe drop)  会导致我们的跑步方式发生变化,避免脚跟撞击  (由于疼痛)和大步前进。 让我们看一下关于不同鞋子发生的情况的研究。

可能的研究结果#1: 传统鞋与极简鞋 导致负载变化

Goss等人(2012)与传统和极简跑鞋相关的自我报告的脚底击打模式和负荷率的准确性(ASB 2012)。

这些作者研究了57名穿着传统跑鞋(n = 22)或极简跑鞋(n = 35)的跑步者。 这些最小的鞋子是什么没有细节。 作者测量了地面反作用力,分为后脚或前脚跑步者。  这个 gave three categories of people: 1. rearfoot striker with traditional 鞋子 (TSR) 2. Midfoot striker in minimal 鞋子 (MSA) 和 3. rearfoot striker in minimalist 鞋子 (MSR). 在进行评估之前,他们还询问了跑步者他们认为自己是如何摔倒的。 他们发现了以下内容:

  • 经验丰富的极少穿鞋的跑步者中有1/3误将跑步的脚步归类-他们以为自己是中脚,但脚在踩中。
  • MSA组(中足最小)的平均垂直负载率最低(52.8 BW / s),其次是传统鞋后脚前锋(68.6 BW / s),而鞋量最少的后脚前锋最高负载率(107.8 BW / s) )。
  • 各组的地面反作用力峰值没有变化
  • 各组的垂直地面反作用力曲线不同。 值得注意的是,无论用脚踩什么脚,最小的鞋子都不会产生短暂的冲击,但是用最小的脚来踩中脚会导致最轻的负荷率。  See chart below.

可能的研究结果2:鞋子与赤脚 导致关节负荷增加

Kerrigan等人(2009年)研究了跑鞋对标准跑鞋和赤脚下肢关节扭矩的影响(n = 68)。 他们发现,从赤脚行走到破烂时,以下关节扭矩会增加:

  • 髋内收
  • 髋关节外旋
  • 膝盖弯曲,膝盖内翻,膝盖内旋
  • 脚踝内旋

就地面反作用力而言,随着草皮的进入,该反作用力有所增加:

  • 内侧至外侧GRF和垂直GRF

最小的前后GRF降低

研究人员发现步幅从2.15米(赤脚)增加到2.29米(浅角),尽管作者建议这仅占关节扭矩变化的一小部分。

Possible Study Outcome #3: Minimal 鞋子 导致关节负荷增加

Logan等人(2012-ASB摘要在这里)跑步鞋,跑鞋和跑者距离钉之间的地面反应力

作者比较了三种不同的鞋子以及地面反作用力(冲击峰(BW),负载率(BW / s),峰值制动和推进力(BW),峰值垂直力(BW),站立时间(s))的各个方面。 (n = 18)都是惯常的后脚前锋的跑步者的垂直刚度(BW / m)。 此外,这些跑步者都是大学运动  在5.67 -6.7之间跑的运动员 meters/s.  这个 is fast considering that 跑步 around 5米/秒的速度将使您在16:40内跑5公里。  他们 found:

跑步鞋和钉鞋之间的冲击峰值和垂直刚度大大增加。站立时间和负重率之间的差异接近显着,而培训师的水平更低

这个 再次很有趣。 我不知道这些跑步者是否用任何鞋子改变了脚部的踩踏动作,但它重申将鞋子换成更小的鞋子足以降低负荷变量。 在这种情况下,它增加了他们。 我想尽管鞋子有所变化,但这些跑步者仍然是脚后跟前锋。    这个 group shows that you can have less of an impact peak, less vertical stiffness 和 a trend to having less loading rate with a trainer than with more minimal 鞋子 . 可以理解的是,我们的运动方式涉及运动学习...运动学习涉及努力,时间和有意识的尝试来改变我们的运动方式。

可能的结果4:鞋子的差异很小,但赤脚行走会减少负载变量。

...现在是相反的看法 Hamill等人(2011 详细审查 这里 ) 一项名为“穿鞋和赤脚跑步的影响特征”的研究。 作者比较了三种不同鞋底厚度的鞋子的赤脚跑步和跑步鞋垫(1.鞋跟高4毫米,前脚0毫米; 2。鞋跟高12毫米,前脚8毫米; 3。鞋跟高20毫米,前脚16毫米)。作者研究了这些不同鞋子的立即反应。 再一次,没有训练或尝试使步态大步向前。简而言之,他们的结果是:

  • 改用赤脚会导致前脚部搏动
  • 赤脚导致所有鞋类条件的负载率降低50%
  • 最小的鞋子(4mm的高度和很小的厚度)仍然很容易达到冲击峰
  • 随着鞋中底厚度的减少,加载率有降低的趋势
  • 一般而言,中底厚度不同的鞋子没有不同的负荷变量,因为所有鞋子的跑步者都不会改变其踩脚模式

可能的结果5:最小的鞋子对冲击负荷没有影响

Giandollini(2012)的研究将标准气垫鞋与赛车鞋进行了比较(重要说明:赛车的脚跟到脚趾的下降很大,为10.8毫米,因此尽管质量较轻,有些人可能不会将其称为最小鞋)。 作者训练了参与者,让他们穿着两双不同的鞋子以相同的速度奔跑。 作者发现加载速率,达到峰值垂直负载的时间和峰值垂直负载的时间没有差异。作者建议,个人继续使用追击跑的方式,并且最小的鞋子不会强迫跑步者改变自己的跑步方式。 我发现有趣的是,即使赛车鞋轻得多,减震少,但相比起类似风格的跑步,也不会产生不利影响。 普通的缓冲鞋。 下面是Giandolinni对垂直地面反作用力的所有干预的漂亮图示。

改变步态变量以影响冲击负荷的摘要

所有方法都可能影响冲击力和关节载荷,但不一致。

增加步速可以降低关节载荷,但并不总是导致冲击瞬变或冲击载荷率的减小

更改为中足击打确实有改变冲击负荷变量的证据,但同样,在某些人中,我们看不到任何变化

更改为中脚击打也可能会导致其他因素,增加胫骨的压力(链接 这里 以开始这个有趣的想法)。 我们不能肯定地说每个人都应该进行此更改。 后续帖子必须并且将解决此问题。

将鞋子换成更轻的重量或最小的鞋子也有不同的效果。 最重要的是,当您穿着轻便,最小的鞋子时,负载可能会增加。 最有可能是由于保持了您在以前的气垫运动鞋中跑步时所采用的跑步风格

Giandollini et al(2012)研究 真的很可爱 他们关注您可以合理查看的尽可能多的变量和干预措施。 它们显示了我们认为可能会改变影响的多少种技术并不能始终如一地改变影响,并且它们还提供了对此“原因”的见识。 我也喜欢他们的结论(可能是因为它与我的观点一致) 去年写 在赤脚跑步和踩脚风格上,我需要加强:))他们在哪里写:

我们的结果表明,以“赤脚式”跑步(即以中脚的击打方式进行跑步)可能是一种有效的解决方案,可以减少撞击的幅度(通过加载速率来量化)

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