后跟着地跑步技术对足弓肌肉力量的影响

上海体育学院运动健身科技省部共建教育部重点实验室（上海 200438）

跑步是一项有益身心健康的运动，可增强心肺功能、控制体重和促进心理健康等[1]。但有研究称，跑步导致下肢损伤的概率是19.4%～79.3%[2]，其中作为足部内侧纵弓的重要组成部分—足底筋膜的损伤（由于足弓反复的过度形变造成的损伤[3]）是除髌骨疼痛综合征、髂胫束摩擦综合征之外最常见的跑步相关的过劳损伤，发生率近20%[4]。足底筋膜炎有疼痛、水肿、无力等症状，尤其在晨起后的一段时间内症状加重明显，常见的物理治疗手段如冲击波等治疗效果并不理想，重者会进行手术治疗，康复期较长[5]。较多研究认为这一类患者足部肌力较弱，在动态运动中不能对足弓提供足够的支撑，进而导致足底筋膜的应变增加[6]，损伤后足底传递的力量也会大打折扣[7]。

近些年来，较多学者关注跑步过程中的后跟着地技术和现代缓冲跑鞋对足底肌肉力量的影响，并探讨这两者影响足底肌肉力量发展的原因。Cavanagh和Lafortune将跑步技术分为后跟着地、前掌着地和足中部着地[8]，虽然足部纵弓（尤其是内侧纵弓）的最大形变并不受着地方式影响[9]，但是不同的着地策略对足底肌肉的要求不同。前掌着地瞬间，会在足部内侧纵弓形成三点受力的情况[10]，为了控制足弓的形变与弹性势能的发挥，足部肌肉的激活程度会增加，因此，该跑姿有利于增进足部肌肉的功能[9]。然而，2007年对参加半程马拉松（15公里）的248名跑者的调查研究发现，超过75%的跑者采用足跟着地方式[11]。对于后跟着地技术来说，在着地冲击阶段足弓几乎没有发生压缩，且地面反作用力、胫骨前肌收缩力和身体质量向下施加的力作用于足弓拱形顶部和踝关节周围，这些力可能会增加足弓的刚度直至全掌着地时刻，这可能造成足弓的弹性结构不能有效贮存能量[10，12，13]。

后跟着地技术使跑者在每一步着地冲击阶段都要承受1.5至3倍体重的垂直地面反作用力[16]，具有缓冲功能的跑鞋受到该类型跑者的青睐[14，15]。缓震跑鞋具有较高的鞋跟、柔软的中底、僵硬的橡胶大底和高起的足弓支撑结构，旨在提高跑步舒适度，减少足弓肌肉和韧带的过度紧张[16，17]。尽管缓震跑鞋有明显的好处[18]，但是在过去40年内，跑步相关的损伤率并没有发生变化[19]。很多学者甚至提出了质疑，他们认为在足底和着地表面之间较厚的缓冲介质会损害足底的机械感受器的反馈，这不利于中枢神经系统根据不同着地冲击传递情况调节腿部-弹簧和足部-弹簧的刚度[20，21]。同时，这种鞋底会减少支撑期内足弓在垂直方向上的压缩程度，限制足弓的压缩和回弹，造成弹性功的损失和代谢能量成本增加[10，22]。

综上所述，不同的跑步着地技术和现代缓震跑鞋都对足弓的肌肉功能具有一定的影响。因此，本研究对比长期穿着缓震跑鞋的后跟着地跑步爱好者与没有跑步习惯人群足弓的肌肉力量，探究是否穿着缓震跑鞋的后跟着地跑者可能会出现足弓肌群力量弱化的现象，以期为后跟着地跑者如何更有效地提高足弓的功能提供理论依据。同时，由于国内外尚缺少足弓肌力测试的金标准，本研究使用本研究中心自我研发仪器—跖趾关节力量测试仪对足弓肌肉力量进行测试，为足弓功能检查提供参考。

1 对象与方法

1.1 受试者

本研究招募无跑步习惯者（无规律性运动且运动方式不选择跑步运动）和周跑量超过20 km的后跟着地跑者（习惯穿着缓冲跑鞋进行跑步）各12名，共24人。实验前对所有实验对象进行问卷询查，使其了解实验步骤和目的且签署协议书，所有受试者的优势腿均为右腿，且在实验前1年内无任何下肢损伤。同时对受试者足部进行足型筛查，要求足弓高度指数（arch height index，AHI）范围为0.31到0.37[23]，以确保所有受试者都是正常足弓，排除高/低弓足、X/O型腿及踝关节内/外翻情况。具体受试者信息及AHI结果如表1。

表1 受试者信息及足弓高度指数

1.2 实验仪器

1.2.1 数显游标卡尺

实验采用300 mm量程的sylvac游标卡尺（S_Cal Pro 910.1502）来测量足弓的形态，用于计算受试者的足弓高度指数（AHI）。

1.2.2 跖趾关节力量测试仪

实验采用自制的跖趾关节力量测试仪测量跖趾关节的力量，采样频率是120 Hz。

1.2.3 数显拉力计

足趾拉力是通过采用改装的数显拉力计测量，实验采用Ailitech AFG 500的拉力计，采样频率是16 kHz。将拉力计安装在木箱的一端并固定，通过刚性连接物将拉力计的测量头与足趾的刚性套环相连接进行测量。

1.3 实验步骤及指标

1.3.1 足部形态测量

要求受试者裸足站立在测量高台上，双脚平行开立与髋同宽，脚尖齐平，双手自然下垂，目视前方，上身不能屈曲或旋转。所有足部形态学测量均由一位康复治疗师通过触摸受试者优势侧足部找到跟骨粗隆、第1跖趾关节中心的位置，并用可清洁的记号笔对触摸位置进行标注。随后使用数显游标卡尺测量足总长、截脚长（第1跖趾关节中心到跟骨粗隆的距离）以及50%足长处的足背高度（图1），计算足弓高度指数[24]，具体公式如下：足弓高度指数（AHI）=50%足长处的足背高度/截脚长。

图1 足弓高度指数测试示意图

1.3.2 跖趾关节力量测试

采用本研究中心自主研发的跖趾关节力量测试仪[25]（发明专利号：ZL201310239441.2）对足弓肌肉力量进行测试。受试者坐在测量仪的座位上，优势腿髋关节和膝关节屈曲90°，足部放在测量台上并固定，跖趾关节连线与仪器上抬折板对齐（图2）。校准抬折板的角度后，将上扬角度设定在15°，在受试者了解如何发力进行测试并练习后，测量3次，每次测量间歇3分钟，记录有效数据，并使用受试者体重进行标准化处理。

图2 跖趾关节力量测试

1.3.3 足趾拉力测试

足趾拉力测试主要参考Ridge等[26]研究中采用的方法，要求受试者坐在椅子上，优势腿髋关节和膝关节屈曲90°，足部放在木箱内，足跟紧贴箱壁，并在实验人员的帮助下，连接足趾套环与刚性连接物，分别测量第1足趾和其余4个足趾的肌肉力量（图3）。Ridge等[26]已对该测试方法进行了信效度检验，测试结果较为稳定。在受试者了解如何发力进行测试并练习后，测量3次，每次测量间歇3分钟，记录有效数据，并使用受试者体重进行标准化处理。

图3 足趾拉力测试

1.4 统计方法

本研究独立样本t检验比较两组人群跖趾关节力量和足趾力量的差异，结果均以均值±标准差表示。统计软件为SPSS19.0，其中显著性水平α设为0.05。

2 结果

2.1 跖趾关节力量测试

相比于普通无跑步习惯的人群，后跟着地跑组的跖趾关节肌肉力量没有显著性变化（P＞0.05），但后跟着地跑组的跖趾关节相对力量具有下降趋势（P=0.065）。

表2 跖趾关节力量测试（n=12）

2.2 足趾拉力测试

无论是第1足趾力量还是其余足趾力量，两组人群的足趾拉力测试均没有显著性差异（P＞0.05）。

表3 足趾拉力测试（n=12）

3 讨论

本研究主要研究习惯穿着缓震跑鞋进行后跟着地跑的方式对跑步爱好者足弓肌群力量的影响，分析后跟着地跑姿和缓冲跑鞋是否会衰减足底肌肉发力能力，为后跟着地跑者足弓健康维持与功能促进提供依据。虽然尚未观察到后跟着地跑者足底肌肉力量的显著变化，但后跟着地跑组的跖趾关节相对力量有下降趋势。

人类的足部是身体与地面之间的连接体，足部独特的足弓结构允许下肢肌肉产生的力传递到地面，支持身体重量的同时产生向前运动的动力[21]。足弓是由骨、韧带、筋膜和相关肌肉等共同构成。其中，筋膜和韧带构成足底的半弧形圆顶，局部的支撑主要依靠足部的内附肌群（intrinsicfoot muscles）和外附肌群（extrinsic foot muscles）[27]，这些结构使足部以类似于弹簧的方式与下肢串联共同发挥作用[21]。在支撑早期，足弓开始压缩，将地面反作用力吸收为弹性势能。在支撑后期，随着地面反作用力的下降，足弓在足底筋膜的作用下开始被动回弹并释放弹性能量，在绞盘机制（windlass mechanism）的作用下通过跖趾关节伸展可以强化足弓的刚度，帮助向前推进身体运动[21，28]。

虽然缓震跑鞋的中底选用的是较厚的粘弹性材料，使跑鞋在跑步步态周期内可以随着负载期进行压缩，吸收部分冲击，在非负载期进行回弹，释放积蓄的能量，为向前推进身体提供一部分动力[30-32]。但是缓震跑鞋对足弓支撑的设计，很难确定对足弓功能影响的利弊。据统计，平均每位跑者每公里需着地600次[33，34]，尽管缓震跑鞋的设计提供了更多的缓冲和运动控制增强效果，但是常年累计下来的外在作用会影响足底的本体感觉，削减足弓的力量，造成足部的过度内旋，增加足底筋膜的负荷，增加了跑者患足底筋膜炎的风险[14]。此外，也使跑者更加依赖跑鞋的缓冲性能，而不是我们本身具备的天然缓冲器：肌肉和肌腱[14，35]。

以前的研究使用了多种方法试图测试足部内附肌群的力量。较多的研究采用的是手持式拉力计来测试脚趾屈曲肌力，还有部分采用的是压纸测试（paper grip test）、足底压力测试和内附肌群激活测试（Intrinsic positive test）。然而这些测试或多或少存在一些无法解决的技术问题，如踝关节跖屈肌群的参与、重复性测试结果不一致以及不便于临床应用等[26]。同时，Ridge等[26]指出，足底的这些肌肉具有许多相似的功能，将这些肌肉进行独立测试并不能更好地保证最大发力。本研究足趾拉力测试主要参考Ridge等研究中采用的方法[26]，测试结果较为稳定。但是由于测试中的具体连接环节皆为刚性体，尽管所有受试者测试要求与流程完全相同，但受试者反馈足趾处痛感明显，可能对于受试者最大力量的发挥有一定影响。此外，由于目前国内外对足底肌肉力量的测试尚缺少金标准，本研究中对跖趾关节肌肉力量的测试采用的是本研究中心自我研发仪器，其主要设计是采用踏板传递跖趾运动，利用拉力传感器和计算机来测量和处理跖趾关节屈曲力量的数据，并通过腿部固定架和脚跟限位板排除其他关节运动的干扰。该仪器数据采集流程简单明了，采集重复性好且数据精准，其可靠性和稳定性作为设计亮点值得进一步推广[25]。

本研究只针对两组不同人群进行了一次对比分析，后跟着地技术会对跑步爱好者的足底肌肉力量产生怎样的持续性影响仍需进一步探究。因此，建议未来研究从跑者进行跑步运动的初期开始，跟踪观察足底肌肉力量的变化进程，并结合静态和动态任务测试，更好地分析该种跑姿对足部健康的影响。

4 结论

足弓肌肉力量在跑步中起到了维持足弓形态和足弓弹性功能的重要作用，进而有利于保证下肢力量的有效传递。与无跑步习惯者相比，习惯穿着缓冲跑鞋进行后跟着地的跑者的足趾力量虽无明显差异，但跖趾关节的相对力量存在下降趋势。这究竟是缓冲跑鞋还是后跟着地跑姿起主要影响仍需进一步探究。此外，本研究所采用的新型足弓肌肉力量测试方法，能为专业跑者及大众健身爱好者的足部健康和肌力恢复提供评价手段，并为跑鞋的人体工效学设计提供支撑。