發(fā)布時間：2015-02-02 10:36

 

【摘要】 研究背景跖趾關(guān)節(jié)這個通常被包裹在運(yùn)動鞋中的足部關(guān)節(jié)在做急速蹬離地面的動作時會對運(yùn)動產(chǎn)生巨大影響。但以往的研究鮮有提及通過改變運(yùn)動鞋鞋中底剛度來改變跖趾關(guān)節(jié)運(yùn)動及對下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)在運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)表現(xiàn)上的影響。研究目的本次研究的主要目的是利用三維高速攝像系統(tǒng)、測力臺和自制的跖趾關(guān)節(jié)MVC測試儀等設(shè)備探究不同鞋中底剛度運(yùn)動鞋對下肢運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和能量學(xué)特征的短期以及長期影響。具體如下：（1）探討垂直縱跳和單腿起跳過程中，不同鞋中底屈曲剛度的運(yùn)動鞋對于運(yùn)動表現(xiàn)，以及下肢髖、膝、踝、跖趾關(guān)節(jié)的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和關(guān)節(jié)能量學(xué)特征的影響。（2）探究在穿著具有不同鞋中底剛度的運(yùn)動鞋訓(xùn)練8周之后對下肢三關(guān)節(jié)及跖趾關(guān)節(jié)的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和能量學(xué)特征、跖趾關(guān)節(jié)處跖屈肌以及運(yùn)動表現(xiàn)所產(chǎn)生的影響。研究方法以上海體育學(xué)院30名籃球?qū)ｍ棿蠖䦟W(xué)生為受試者，利用三維運(yùn)動捕捉系統(tǒng)及三維測力臺對穿著具有不同鞋中底剛度的運(yùn)動鞋作垂直縱跳及單腿起跳這兩種跳躍動作進(jìn)行測試。分析在運(yùn)動過程中不同剛度的運(yùn)動鞋對跖趾關(guān)節(jié)，下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)參數(shù)產(chǎn)生的影響。完成測試之后將受試者隨機(jī)分為兩組，分別穿著兩種具有不同鞋中底剛度的運(yùn)動鞋進(jìn)行8周運(yùn)動訓(xùn)練。過后再次測試，分析長期穿著具有不同鞋中底硬度的運(yùn)動鞋訓(xùn)練是否會對跳躍動作中的跖趾關(guān)節(jié)，下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)參數(shù)產(chǎn)生影響。利用自制的跖趾關(guān)節(jié)等長屈曲力矩測試儀對具有不同鞋中底剛度的運(yùn)動鞋在進(jìn)行8周運(yùn)動訓(xùn)練后對跖趾關(guān)節(jié)最大等長屈曲力矩的影響，研究結(jié)果（1）具有更高鞋中底剛度的運(yùn)動鞋會顯著降低跖趾關(guān)節(jié)最大屈曲速度；顯著增加踝關(guān)節(jié)最大正功率、踝關(guān)節(jié)能量的吸收和產(chǎn)生（p＜0.05）。但是，不會引起運(yùn)動成績、機(jī)械能在跖趾關(guān)節(jié)的損失。（2）經(jīng)過8周訓(xùn)練，具有更高鞋中底剛度的運(yùn)動鞋會顯著增加跖趾關(guān)節(jié)最大等長屈曲力矩（p＜0.05）；顯著減少膝關(guān)節(jié)最大伸/屈角度和最大伸速度（p＜0.05）；顯著減少跖趾關(guān)節(jié)最大屈曲力矩、最大正/負(fù)功率、能量的產(chǎn)生和吸收以及凈能量（p＜0.05）；引起膝關(guān)節(jié)與髖關(guān)節(jié)在動力學(xué)上的代償。研究結(jié)論（1）無論長期還是短期穿著鞋底剛度更硬的運(yùn)動鞋不會對運(yùn)動表現(xiàn)產(chǎn)生影響。（2）穿著鞋底剛度更硬的運(yùn)動鞋會顯著減小在下蹲跳運(yùn)動中跖趾關(guān)節(jié)的最大伸速度，減小整個運(yùn)動過程中跖趾關(guān)節(jié)的速度變化。同時也會間接影響其他關(guān)節(jié)。（3）在穿著具有更高鞋中底剛度的運(yùn)動鞋進(jìn)行訓(xùn)練能夠顯著增加跖趾關(guān)節(jié)周圍跖屈肌肌力，減少跳躍動作中跖趾關(guān)節(jié)處的能量損失，引起其他關(guān)節(jié)生物力學(xué)特征的改變。 

1  前言

現(xiàn)階段的生物力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，人體下肢三關(guān)節(jié)做功的大小以及機(jī)械能運(yùn)利用的合理與否能夠?qū)\(yùn)動表現(xiàn)產(chǎn)生很大影響，而如果僅僅考慮跖趾關(guān)節(jié)，忽略肌肉骨骼系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，由于其在蹬離地面過程中主要是保持背屈狀態(tài)，其主要是在吸收能量（absorb），幾乎不產(chǎn)生能量回傳[44,  47]。Stefanyshy與Nigg等人證明了跖趾關(guān)節(jié)在在快速跑的著地階段是吸收能量的主要關(guān)節(jié)，其所吸收的能量占下肢四關(guān)節(jié)總能量的 32%[54]。他們在另一次測試中同樣發(fā)現(xiàn)跖趾關(guān)節(jié)在單腿跳動作中吸收了24J 左右的能量，而這部分能量足以使跳躍成績提高3.5cm[12]。因此，如何有效減少或利用轉(zhuǎn)化跖趾關(guān)節(jié)所吸收的這部分能量，影響下肢的力學(xué)特性（lower extremity mechanics），并最終表現(xiàn)在運(yùn)動能力的提高？這一系列問題已經(jīng)成為當(dāng)今運(yùn)動訓(xùn)練和鞋具生物力學(xué)的又一研究熱點[6, 13, 14, 34]。 由此發(fā)現(xiàn)，影響跖趾關(guān)節(jié)屈曲會引起下肢關(guān)節(jié)的運(yùn)動學(xué)、能量學(xué)和運(yùn)動表現(xiàn)的改變[54]。因此，研究者們開始嘗試運(yùn)用各種方式來影響跖趾關(guān)節(jié)的屈曲，改變跖趾關(guān)節(jié)的運(yùn)動學(xué)特征，從而間接地改變該關(guān)節(jié)能量的利用，甚至進(jìn)一步影響運(yùn)動成績。理論上來說，通過增加跖趾關(guān)節(jié)屈曲剛度能夠改變關(guān)節(jié)做功，從而減小能量的損失并提高運(yùn)動成績。而針對這種理論，研究者們進(jìn)行了多種嘗試，其主要集中在運(yùn)動鞋和運(yùn)動表面的改進(jìn)[15]。而使用運(yùn)動鞋作為干預(yù)手段對跖趾關(guān)節(jié)進(jìn)行影響進(jìn)而試圖提高運(yùn)動成績的研究，在國內(nèi)外鮮有提及。
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2  文獻(xiàn)綜述

2.1  運(yùn)動鞋的相關(guān)研究
運(yùn)動鞋的舒適度是個什么難以度量的變量, 要定義舒適并量化舒適度是十分困年的。在這種背景下，很多研究者開始針對舒適度的量化進(jìn)行研究。最近的一項研究檢驗了三種常用量表（視覺模擬量表，利克特量表和等級量表），以確定最可靠的量表。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，等級量表是最穩(wěn)定的量表，混合直線建模發(fā)現(xiàn) VAS量表比利克特量表更穩(wěn)定，而受試者們把足弓舒適度作為鞋舒適度中最重要的考慮因素[30]。有研究者將主觀舒適度作為工具，比較了走路和跑步時的各種鞋的參數(shù)。大多數(shù)受試者對走跑兩種活動選擇相同類型的運(yùn)動鞋[31]。還有研究者利用有限元模型，以受試者的舒適度和足底壓力信息為參數(shù)進(jìn)行有限元分析，借以出具有更高舒適度的運(yùn)動鞋設(shè)計方案[32]。在一項針對專業(yè)的英式橄欖球運(yùn)動員的研究中發(fā)現(xiàn), 對于給與定制運(yùn)動鞋的受試者們，他們認(rèn)為運(yùn)動鞋不舒服的次數(shù)明顯小于自己進(jìn)行運(yùn)動鞋選擇的受試者，同時，對于運(yùn)動損傷的報告也明顯少。這說明對運(yùn)動鞋的主觀感受也會影響運(yùn)動鞋防護(hù)損傷的功能[33]。

2.2  跖趾關(guān)節(jié)的相關(guān)研究
跖趾關(guān)節(jié)這個被完全包裹在運(yùn)動鞋中的關(guān)節(jié)，一直以來并沒有受到研究者們的重視，下肢其他三個關(guān)節(jié)則是在研究下肢運(yùn)動中最受重視的關(guān)節(jié)，但是，在以跳躍、奔跑等急速蹬離地面的足部運(yùn)動中，最終動作的發(fā)生部位一定是在跖趾關(guān)節(jié)：跖趾關(guān)節(jié)的伸運(yùn)動是通過踝關(guān)節(jié)跖屈�。╬lantar flexor muscles ）配合足趾屈�。╰oe flexor muscles、）在原固定條件下收縮所完成的[2]。 而近些年的研究已經(jīng)表明跖趾關(guān)節(jié)作為下肢末端的關(guān)節(jié)，在蹬離地面的過程中一直保持著伸的狀態(tài)，這使此關(guān)節(jié)在此過程中始終在吸收機(jī)械能，基本上不產(chǎn)生能量[35,  47]。因此，不少研究者和教練員已經(jīng)開始關(guān)注這個關(guān)節(jié)，希望能夠通過改變此關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特征影響整個下肢的力學(xué)特征（lower extremity mechanics）進(jìn)而提高運(yùn)動成績。有些教練認(rèn)為訓(xùn)練跖趾關(guān)節(jié)屈肌的力量用以增加跖趾關(guān)節(jié)及相鄰關(guān)節(jié)中的力量輸出會對提高運(yùn)動表現(xiàn)有所幫助[7, 13]。

3  研究方法............ 8

3.1  實驗對象 ..........................8

3.2  實驗方法 ................................8

4  實驗結(jié)果.................................. 15

4.1  參與者分析 ............................ 15

4.2  運(yùn)動表現(xiàn) ........................ 15

4.3 橫向?qū)Ρ妊芯?........................... 16

5  分析與討論 ............................... 31

6  結(jié)論與展望 .................................... 33

5  分析與討論

在前文中談到的代償現(xiàn)象，在經(jīng)過8周訓(xùn)練也同樣出現(xiàn)。從單腿起跳動作上看尤為明顯，由表4-11和表4-12 可以得出，雖然訓(xùn)練前后跖趾關(guān)節(jié)處在做單腿起跳時的機(jī)械能沒有顯著性的變化，但是可以看出吸收能量的量有被降低的趨勢，而同樣的，，踝關(guān)節(jié)處的凈能量也呈增加的趨勢，而膝關(guān)節(jié)處則出現(xiàn)了非常明顯的最大正功率降低，吸收的能量減少，而這部分損失則由髖關(guān)節(jié)進(jìn)行了一部分的補(bǔ)償。同樣的情況也出現(xiàn)在了垂直縱跳中。而在控制組，這種代償現(xiàn)象卻難以發(fā)現(xiàn)。但是非常可惜的是，這些效果未能影響到運(yùn)動表現(xiàn)上。 而另一個令人振奮的結(jié)果是通過自制的跖趾關(guān)節(jié)屈曲力矩測試儀測量穿著兩種不同運(yùn)動鞋進(jìn)行8周訓(xùn)練之后，較硬運(yùn)動鞋能夠非常顯著的增加跖趾關(guān)節(jié)處屈肌力量。在此前，比較明確的針對跖趾關(guān)節(jié)進(jìn)行訓(xùn)練的是德國科隆大學(xué)Brüggemann 所領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊生所使用的他們自制的儀器進(jìn)行跖趾關(guān)節(jié)的專項訓(xùn)練[13, 45]。他們是通過使運(yùn)動員在自制的儀器上反復(fù)盡力屈曲跖趾關(guān)節(jié)，保持跖屈肌最大等長收縮以訓(xùn)練跖趾關(guān)節(jié)周圍肌肉。而他們發(fā)現(xiàn)在訓(xùn)練一段時間過后能夠?qū)\(yùn)動表現(xiàn)產(chǎn)生積極的影響，如提高跳遠(yuǎn)成績和生折返跑成績。所以，雖然本次研究中，具有較硬鞋中底的運(yùn)動鞋在訓(xùn)練后并未對運(yùn)動表現(xiàn)有所影響，但是提高了跖屈肌肌力則可視為有提高運(yùn)動表現(xiàn)的潛力。
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6 結(jié)論與展望

6.1  結(jié)論
（1）無論長期還是短期穿著鞋底剛度更硬的運(yùn)動鞋不會對運(yùn)動表現(xiàn)產(chǎn)生影響。（2）穿著鞋底剛度更硬的運(yùn)動鞋會顯著減小在下蹲跳運(yùn)動中跖趾關(guān)節(jié)的最大伸速度，減小整個運(yùn)動過程中跖趾關(guān)節(jié)的速度變化。同時也會間接影響其他關(guān)節(jié)。 （3）在穿著具有更高鞋中底剛度的運(yùn)動鞋進(jìn)行訓(xùn)練能夠顯著增加跖趾關(guān)節(jié)周圍跖屈肌肌力，減少跳躍動作中跖趾關(guān)節(jié)處的能量損失，引起其他關(guān)節(jié)生物力學(xué)特征的改變。

6.2  展望
本研究初步的探討了跖趾關(guān)節(jié)在不同跳躍動作中的作用以及通過改變運(yùn)動鞋鞋中底剛度對跖趾關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特征的影響，并得出了初步結(jié)果。但是現(xiàn)階段的研究結(jié)果并不能很好的回答跖趾關(guān)節(jié)在具有急速蹬伸動作的運(yùn)動中所起到的作用，跖趾關(guān)節(jié)應(yīng)該如何進(jìn)行訓(xùn)練或如何更為有效的利用跖趾關(guān)節(jié)處機(jī)械能等一系列問題。但本研究的結(jié)果依舊可以為回答上述問題以及設(shè)計新的鞋具提供參考。隨著越來越多的研究者開始關(guān)注跖趾關(guān)節(jié)以及相關(guān)的運(yùn)動裝備，以及對跖趾關(guān)節(jié)的愈加深入了解，上述問題的答案將會被揭示。   
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參考文獻(xiàn):

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本文編號：11780