跑步足着地方式与下肢损伤关系的研究进展

赵滢 陆阿明

摘 要： 跑步损伤尤其是跑步引发的下肢损伤是当今运动医学领域的研究热点，就近年来有关跑步足着地方式影响因素和足着地方式与下肢损伤之间关系的研究进行综述。1）影响足着地方式的主要因素包括自身足的结构、速度、鞋具、地面材质等，且着地方式与步长、步频及下肢的一些其他运动学、动力学指标密切有关。2）不同足着地方式会对下肢生物力学特征产生不同的影响且每种着地方式都有利弊，跑步者不能仅仅通过控制足着地方式来预防下肢损伤。跑步下肢损伤是由多种因素综合导致的病理现象，综合考虑各种相关因素才能有效制定预防跑步下肢损伤的方案。

关键词： 跑步;足着地方式;下肢损伤

中图分类号：G804.6   文献标识码：A  文章编号：1006-2076（2018）06-0099-06

Abstract： For the reason that running injuries especially the lower limb injuries which caused by running had been one of the hot topics， this study reviewed the researches in recent years about factors influencing the pattern of running strike and the effects of running strike pattern on the lower limb injuries. Results showed：1） The main influencing factors of running strike pattern included the foot structure， running speed， running shoes， ground type and so on， which were related to step length、step frequency and other kinematics and kinetic variables of lower limbs. So strike pattern was one of the direct factors ， which led to sports injury.2） Each running strike pattern had its advantages and disadvantages， so we couldn't prevent the lower limb injury merely from controlling the running strike pattern. In conclusion， lower limb injuries were the pathological phenomenon caused by many factors. Therefore， runners should consider various related factors comprehensively and establish a program that can prevent running injuries of lower limbs.

Key words： running; strike pattern; lower limb injury

有研究報道，与跑步相关的损伤发生率在18.2%～92.4%之间[1]。最新的Meta分析结果表明，每1 000小时跑步过程中，与跑相关损伤的发生率在2.5%（田径运动员）到33.0%（初级跑步爱好者）之间[2]。胫骨内侧应力性综合症、跟腱炎、足底筋膜炎、髌股关节综合症以及髂胫束摩擦综合症是与跑步相关的损伤中最为常见的几种[1]。在跑步过程中，每一次与地面接触，下肢会承受3倍的垂直冲击力和1倍的前后冲击力[3]。有研究报道，下肢的损伤与着地时的冲击力峰值和负载率密切相关[4]。已有研究对跑步时的着地方式与跑步损伤的发生率、损伤风险因子以及跑步损伤的症状之间的联系进行了研究。有文献指出，前足着地方式或者是中足着地方式是低效率的跑步模式，因为这两种跑步模式下，在着地之后压力中心的轨迹先向后退然后再向前，然而后足着地方式下压力中心的轨迹在着地之后是一致往前的[3]。除此之外，前足着地方式下下肢的有效质量减少，着地时的碰撞力量减少，因此有研究提出前足着地方式有利于降低下肢跑步损伤，但是研究结论不一。本研究就目前有关跑步时着地方式对下肢生物力学特征影响的研究状况作一综述，探讨跑步着地方式与下肢损伤的关系。

1 跑步着地方式及其影响因素

1.1 着地方式分类

足或鞋与地面接触时所采用的部位被定义为足着地方式[5]。Cavanagh和Lafortune等人根据跑步时足底压力中心相对于鞋（或裸足跑动时相对于足）的位置定义了三种着地方式：后足着地、中足着地和前足着地[3]。后足着地是以脚后跟（足与地面的接触点在距离脚后跟三分之一鞋长以内）最先与地面接触的着地方式;中足着地是以脚掌（足与地面接触点在鞋长的中间三分之一以内）最先与地面接触的着地方式;前足着地是以脚前掌（足与地面的接触点在距离脚前掌三分之一鞋长以内）最先与地面接触的着地方式。三种着地方式中，后足着地方式是最常见的着地方式[6-8]，但是由于跑步者从事不同运动项目和自身习惯差异，还是存在着不同着地方式。但随着地面材质[9]、跑步速度[10]、穿鞋与否[11]、鞋子的类型[12]等因素的改变，都会影响跑步足着地方式。

1.2 不同速度对着地方式的影响

众所周知，不同专项的跑步者习惯采取的足着地方式不同，多数研究学者[13-16]认为跑步速度会影响足着地方式。Nigg等人[17]通过实验发现当跑速从3 m/s增加到6 m/s时，在足接触地面之前躯干会向前倾斜，足着地的相对部位也会往前移动，这提示当速度增加时着地指数也会增加。这与Keller等人[16]的研究结果一致，后足着地跑步者当跑步速度增加到大于5 m/s时，会从后足着地方式改变为中足着地方式。Larson等人[14]采用录像法判别286名亚精英马拉松运动员进行10 km和32 km马拉松时的着地方式，发现87.8%～93%的运动员习惯采用后足着地方式，而最快的几个运动员采用的中足着地方式。由上述研究可知，足着地方式多取决于跑步者的习惯，但随着速度增加，跑步者的足着地方式可以随之改变，这可能与跑速增加引起的躯干前倾、单支撑时间缩短等有关，而这两个因素与跑步者的速度能力有关。因此，探讨速度对足着地方式的影响需要考虑跑步者的速度能力。M. MUOZ-JIMENEZ等人[18]通过实验发现，跑速并不影响跑步足着地方式，这与前面的文献观点相悖，但在实验中发现跑速会影响跑步者的足部的旋转角度。这可能是与实验中受试者的速度能力有关，实验设定速度并不足以改变受试者的着地方式，其次，可能是仅以录像方法视觉判断受试者的足着地方式会受后足内外旋转、前足内收外展的视觉干扰从而影响数据的准确性，因此相关文献中有关判断足着地方式的方法还需要进一步改进。

1.3 鞋具对着地方式的影响

由最初人们采用的裸足或者类似皮鞋、凉鞋这类低支撑度的鞋具进行跑步，直到1970年现代跑鞋的发明，跑鞋一直经历着不断发展和改进，当前趋势又回归于裸足式跑鞋（最小支撑度跑鞋），目的是让跑步者采用前足着地方式跑步。一般穿鞋跑步者都是采用后足着地方式落地的，这与现代跑鞋的高减震性也有关系。然而习惯裸足跑步者和习惯穿鞋跑步者之间最主要的差异是，裸足跑时，初始触地发生在前足或中足而非脚后跟上[8， 19]。Max Robert Paquette等人[12]通过实验发现，并不需要特殊训练，当受试者在裸足跑时，自然而然会采取更靠前的着地方式。大量比较裸足跑和穿鞋跑差异的研究[12， 17， 20]证明了裸足跑可以减小损伤的发生率，研究中指出裸足跑具有较低的触地冲击力，较低的跑步能耗，较高的运动感知和肌肉力量[8， 21]，步长变短，步频变快[22]，这要求着地所需要的时间缩短，因此通常采取更省时的前足着地方式。穿着裸足跑鞋与普通跑鞋相比，踝关节的跖屈力矩较大，踝关节离心收缩功率较大，但是地面反作用力的峰值差不多[12]，因此，穿着裸足跑鞋具有更大的地面反作用力力臂，而增加的力臂长会增加离心跖屈运动，这导致足着地时压力中心更靠前。因此，裸足跑鞋可以通过改变步长、步频、踝关节背屈和跖屈角度以及运动感知和肌肉力量来改变跑步者的着地方式。也有证据显示[23]，相比于传统跑鞋，穿着有弹性的裸足跑鞋可以整体降低慢性足底筋膜炎患者的疼痛水平。同时，一些传统跑鞋设计会影响与跑步相关的一些其他生物力学变化和肌肉骨骼损伤特征。Lieberman等人[8]认为一些传统跑鞋设计会降低本体感觉或者躯体感觉，增加了跑步过程中脚踝扭伤的风险。因此，越来越多的研究者推荐裸足跑。

虽然我们可以通过裸足跑或者穿着裸足跑鞋来影响跑步者的着地方式，从而降低跑步损伤概率，但是并非穿着裸足跑鞋就可以完全预防所有的跑步损伤。有研究发现，穿着裸足跑鞋可能会引起跖骨痛、脂肪垫综合征，加快某些骨骼（籽骨、跖骨）应力性骨折以及增加相关跟腱损伤的风险性[24]。此外，相对传统跑鞋，裸足跑鞋并不适宜越野跑等一些需要在不平坦地面跑步的运动，因此，通过跑鞋来改变足着地方式进而防止损伤这一观点还需要进一步论证和探讨。

2 跑步足着地方式与下肢生物力学特征

2.1 跑步损伤与下肢生物力学

许多研究从运动生物力学的角度对跑步相关损伤的危险因素进行了研究。动力学方面，髌股关节应力的增加[25]、垂直负荷加载率、髌股外侧接触面压力[26]是跑步最易导致的劳损性损伤-髌股关节综合症的潜在风险之一[25]，制动力的增加更易发生跟腱炎，平均和瞬时垂直负荷加载率、地面反作用力是胫骨应力性骨折[27-28]和足底筋膜炎[28]的危险因素。运动学方面，过度的足部旋前是胫骨内侧应力综合症的危险因素[29]，当踝关节跖屈角度受限时足突然翻转和内旋易导致距腓前韧带和跟腓韧带应力损伤[30]，下肢关节在额状面上的过度运动（膝外翻）和足外翻、膝外旋、髋关节内收角度增加[31]是髌股关节综合症的发病原因之一，一个前瞻性研究表明，过大的踝关节跖屈运动幅度[32]和足部旋前[33-34]可能会增加跟腱过劳性损伤。同时有跟腱损伤史的运动员膝关节运动幅度明显大于没有跟腱损伤史的运动员[35]。因此，跑步时下肢的生物力学特征与运动损伤有着密切的关系。

而不同的足着地方式对下肢生物力学特征有着明显的影响，如地面冲击变量、肌肉活动和关节应力等。有研究指出，采取后足着地方式的跑步运动员比采取前足着地方式的跑步运动员更易发生运动损伤[36]，因此跑步的下肢损伤因素众多，但足着地方式是可能的因素之一。

2.2 足着地方式对下肢动力学指标的影响

下肢动力学指标包括地面反作用力、平均和瞬时垂直负荷加载率和关节应力。

2.2.1 足着地方式对垂直冲击变量、负荷加载率的影响

地面反作用力即垂直冲击力是输入人体并引起软组织振动的信号，而人体的肌肉活动模式对地面反作用力的输入做出相应反馈[37]。跑步具有潜在的损伤性，当脚接触地面时足部的合成地面反作用力会被传至下肢动力链上，因此作为胫骨应力性骨折和足底筋膜炎潜在危险因素的垂直冲击变量比如垂直冲量的峰值大小和碰撞冲击的速度一直是跑步损伤研究的重点。跑步时采取前足和中足着地方式时产生的垂直地面反作用力比后足着地方式时产生的垂直地面反作用力小这个观点，一直是专家学者们认为前足着地和中足着地比后足着地更不易损伤的原因之一[36， 38]。值得一提的是，明顯的后足着地方式和小程度的后足着地方式之间的地面冲击力量具有显著性差异，相比而言，较高程度的后足着地方式的地面冲击力量会大80%左右[39]。

目前研究普遍认为，跑步时采取后足着地方式会产生2个垂直地面反作用力的冲击峰值，而前足着地方式只有1个冲击峰值[8]。这是由于后足着地跑步时的第一个峰值会在负荷变化期的初始触地即刻产生，然后在支撑中期产生第二个峰值，而前足着地跑步时只在初始触地即刻产生一个峰值。同时，与前足着地方式相比，后足着地方式跑会产生更大的平均和峰值载荷率[40-41]，以及更大的步长[42]。虽然一些研究认为冲击变量如垂直地面反作用力与下肢损伤有关[27， 43]，但也有研究不赞同这个观点[44]，Nigg BM等人[45]通过研究发现，跑步时产生得高地面反作用力和负荷载率与跑步损伤的发生没有必然联系。因此，一些研究者陆续提出了除地面反作用力以外的一些其他冲击变量，如Allison H.Gruber[46]等人通过计算头部和胫骨的加速度峰值研究跑步时的撞击频率和振动衰减程度，实验发现后足着地方式在较低和较高撞击频率下产生更快的振动衰减，同时会产生更大的地面反作用力，不同的着地方式损伤的类型也不尽相同，但是现如今振动衰减速度与损伤的相关关系还没有明确，还有待进一步研究。

2.2.2 足着地方式对下肢关节应力的影响

当足部与地面接触时，地面反作用力会被传至下肢动力链上，下肢的关节应力变化也是导致下肢关节损伤的直接原因。采用前足着地方式跑时，受试者的下肢总功率、髋和膝关节的离心功率显著低于后足着地方式跑[47]。与后足着地方式相比，采用前足和中足着地方式跑可以明显降低髌股关节的疼痛和功能受限的程度，除此之外，也可以显著地降低髌股关节的反作用力和髌股关节的应力[47-48]。从这些研究结果不难得出，前足着地方式与后足着地方式相比，前足着地方式可以缓解髌股关节疼痛的症状并有可能会降低髌股关节疼的发生率。然而，前足着地方式也可能会增加局部组织的力学负荷。一些研究表明[49-51]，前足着地跑时在支撑期的前半时期踝关节的离心功率显著提高，这可能会增加踝关节的力学负荷，同时前足着地跑步者比后足着地跑步者跟腱的硬度和大小更大，THOMAS ALMONROEDER等人[52]通过实验发现，前足着地比后足着地方式的跟腱冲击力大11%，因此有可能会增加患跟腱炎的风险。

2.3 足着地方式对下肢运动学指标的影响

下肢动力学指标和运动学指标之间有着密切联系。不同的足着地方式下，下肢各个关节的运动学指标都不尽相同，比如步长、步频、关节角度等。大量研究证明，前足着地比后足着地方式的跑步者，步长更短，步频更快，与地面接触的时间也更短[53-54]。后足着地跑步者通过着地时更大程度地弯曲膝关节来使步长缩短[8， 40， 55]，与此同时，步频变快，与地面接触的时间也相应缩短。同时，因为步长缩短，前足着地跑步者的踝关节跖屈角度变大，足更趋向于水平前进[40， 47， 53， 56-58]。Daniel Kuhman等人[51]将习惯性后足着地跑步者在后足着地跑步时与变化成前足着地时的膝关节和踝关节角度进行比较后发现，在习惯性后足着地方式时会产生更大的踝关节背屈峰值、膝关节在矢状面的活动范围峰值，然而当改变成前足着地时，踝关节跖屈峰值、踝关节矢状面峰值会增加。不同的足着地方式对膝关节和踝关节角度影响不同，这导致不同的足着地方式所引起的跑步损伤类型也不尽相同。

2.4 足着地方式与下肢肌肉活动

下肢肌肉活动随着足着地方式而改变，但肌肉力量、肌肉疲劳等因素也同时会通过影响跑步下肢运动学、动力学参数进而导致动作结构的改变。有研究指出，膝关节周围的肌肉不仅可以产生运动，还可以增加关节稳定性和减少关节载荷[59-60]，髋关节肌肉增加可以稳定骨盆和限制膝关节内侧力矢量的力臂[60-61]，而膝关节炎患者的肌肉力量会明显影响膝关节功能和步态[62]。Meagan J.Warnica等人[63]通过研究指出，踝关节肌肉在高强度（30%～40%MVC）激活状态下可以影响压力中心和重心的移动情况从而改变受试者的平衡能力。因此，研究跑步足着地方式与损伤关系时应考虑肌肉活动的变化。

足着地方式会影响跑步时的肌肉活性，肌肉力量与地面反作用力密切相关[64]，不同足着地方式产生的不同地面反作用力都可以通过肌肉活动改变表现出来，比如Schmitz等人[65]认为当采用后足着地方式跑步时，髋屈肌活动的增加可以减少负荷载率;前足着地方式会较多使用腓肠肌内侧头和外侧头等跖屈肌肉，而后足着地方式会较多使用胫骨前肌和腘绳肌外侧肌等背屈肌肉，这与不同足着地方式引起的下肢关节角度差异有关。Jennifer R. Yong等人[66]将习惯前足着地方式与习惯后足着地方式跑步者的肌肉活动现象进行实验比较后发现，后足着地方式跑步者胫骨前部的每块肌肉RMS值在摆动相末期階段减少;相反，腓肠肌内外侧头的RMS值在摆动相末期明显增加。而在早期站立阶段，胫骨前部肌肉和跖屈肌肉都无明显差异。由此可知，不同的足着地方式会导致肌肉活动出现差异，但差异性存在于步态周期中的某些阶段，而非存在于一个完整的步态周期。

3 展望

足着地方式的影响因素主要有自身足结构、速度、鞋具、地面材质等，这与步长、步频及下肢的一些其他运动学、动力学指标有关，足着地方式是导致运动损伤的直接或间接原因之一。足着地方式可以是自身习惯产生的[46]，也可以通过外部条件控制[51]，现如今相关研究中这两种足着地方式的控制方法皆有，因此两者对跑步者的下肢生物力学影响的差异性和这个差异性是否影响下肢跑步损伤也有待进一步研究。同时，不管跑步者习惯采取何种着地方式，采取这种习惯着地方式是否是跑步者本身的一种防御保护手段，相比于其他着地方式发生下肢损伤的概率是否是最低的，此方面还有待进一步探讨研究。

研究表明，跑步前足着地方式相比于后足着地方式能预防一些跑步损伤和降低一些跑步损伤发生概率，如髌股关节综合症、胫骨应力性骨折或足底筋膜炎，但是前足着地方式也有自己的局限性，也会增加跟腱炎的发生几率。不同着地方式对下肢生物力学特征有着不一样的影响，不管是前足着地方式、中足着地方式还是后足着地方式，都有着自身的优点与缺点。目前很少有研究直接对着地方式的选择下准确的结论，因此不能盲目地改变自身习惯的着地方式来预防下肢损伤。若要改变着地方式也要逐渐改变，采取一些训练手段让跑步者逐渐适应新的着地方式，因为突然让一些未负重的肌肉承重容易引起肌肉损伤。

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