长跑致足部黑踇趾损伤的生物力学机制研究

目的:探究长跑前后足部生物力学改变对黑踇趾损伤风险的影响,揭示长跑致黑踇趾损伤的生物力学机制,基于黑踇趾损伤预防理念进行鞋头设计并验证其防护效果,为长跑黑踇趾损伤预防和防护跑鞋研究提供支撑。方法:选取10名男性半职业马拉松跑者为受试者进行跑步测试,采集其跑前、5 km跑后即刻及10 km跑后即刻的足部形态特征、足部各区域温度、大踇趾主观舒适度以及足-鞋相对运动距离等参数,进行单因素重复测量方差分析,以揭示长跑致足部黑踇趾损伤的潜在生物力学机制。基于黑踇趾损伤生物力学机制进行鞋头抬高的防护跑鞋设计,其中原型跑鞋的鞋头高度为65.8 mm,长度为85.5 mm;防护跑鞋的鞋头高度为79.5 mm,长度为85.8 mm。采集跑鞋优化前后的大踇趾主观舒适度、大踇趾-鞋面接触力以及三维有限元模拟仿真计算的大踇趾应力,并进行独立样本分析,以期对防护跑鞋的黑踇趾损伤预防效果进行验证。结果:随着跑步距离增加,10 km跑后的足前掌宽度以及足弓高度显著下降。所有足部分区的温度在5 km和10 km跑后均显著上升,其中10 km跑后的大踇趾足背区温度上升明显,与5 km跑后即刻呈现显著差异。与此同时,跑后的大踇趾主观舒适度显著降低。着地即刻的足-鞋相对位移在10 km跑后较5 km显著增加,而增加的距离在支撑中期较跑前以及5 km跑后又显著降低。相较于原型跑鞋,防护跑鞋在提升大踇趾主观舒适度的同时,使得大踇趾-鞋头作用力在两者接触期的0~80%显著减小,且应力分布更加均匀。结论:10 km跑后足前掌宽度、足弓高度显著下降,大踇趾足背区温度明显上升,伴随跑者大踇趾主观舒适度降低和足-鞋相对位移增加,表明长跑后足部形态与功能改变可能是黑踇趾损伤的潜在生物力学机制。基于鞋头抬高设计的防护跑鞋能够在提升跑者主观舒适度的同时,降低接触力,并且使大踇趾区域应力分布更加均匀,可以有效降低因长跑引发的黑踇趾运动损伤风险。

儿童青少年足形发育特征及生物力学功能对鞋具研发的启示

目的:系统分析儿童青少年足形发育特征,厘清裸足/着鞋运动规律及下肢生物力学功能。方法:运用布尔逻辑运算在Web of Science、PubMed和CNKI等8个国内外数据库中检索2000年1月1日—2020年4月1日发表的相关研究文献,使用改良版《Downs和Black量表》对研究文献质量进行评估。结果:最终纳入40篇研究文献,涉及儿童青少年的足形发育及功能特征、裸足运动生物力学特征、裸足/着鞋运动生物力学特征对比和着鞋运动生物力学特征4种类型。样本量共计30450人,年龄为1~19周岁,其中具有裸足习惯的1490人。结论:1)儿童青少年不同足形特征如足长、足围、足弓等对应不同的发育敏感期和年龄阶段,需依据足形发育特点及时调整鞋楦设计;2)鞋具束缚降低足部小关节活动度,抑制部分足功能,儿童青少年裸足运动习惯可能有助于正常足弓形态及功能形成,增加足部肌力,降低踇外翻风险;3)降低儿童鞋具扭转刚度等,遵循“保护大于功能”设计原则,可能有利于降低对低龄儿童的足部外力刺激,增加力学正向反馈及本体感觉输入,提升步态稳定性,促进足部形态及功能的正常发育。建议:未来研究结合大样本长期追踪研究及流行病学方法,进一步探讨儿童青少年裸足/着鞋习惯及鞋具特征对足形特征,运动生物力学功能及损伤风险的影响,提升儿童青少年足部健康水平。

持续20 km跑步中足底压强变化与主观舒适评分的关系

目的:探讨跑鞋的舒适性变化规律及成因,运用主观评分量表和足底压力测试结合机械测试,为专业跑鞋的设计研发提供数据及理论依据。方法:12名跑者以10 km/h跑步20 km,检测实验前(BF)、10、20km主观舒适评分和足底压力及减震性的变化。结果:受试者整体舒适度20 km(5.33±1.97)与BF(7±1.1)达显著差异(P<0.05)。足底压强峰值第一跖骨区20 km(317.29 k Pa±81.96 k Pa)与10 km(299.58 k Pa±84.65 k Pa)及BF(277.29 k Pa±83.03 k Pa)达显著差异(P<0.05);内侧足弓区20 km(121.46 k Pa±21.83 k Pa)与BF(96.25 k Pa±11.51 k Pa)达显著差异(P<0.05);足跟区20 km(226.67 k Pa±37.93 k Pa)与BF(209.79 k Pa±37.45 k Pa)达显著差异(P<0.05)。鞋底后跟的减震G值20 km(12±0.33)与BF(11.47±0.42)达显著差异(P<0.05),鞋底后跟的回弹率20 km(48.45%±1.41%)与BF(44.73%±2.63%)达显著差异(P<0.05)。结论:1)跑者20 km跑步后足底压强第一跖骨区、足弓内侧区和足跟区显著上升。2)跑者对跑鞋的舒适评分并非恒定不变,而是随跑步持续呈下降趋势,鞋底减震性的主观感受并不稳定,需结合生物力学及机械测试方法。3)20 km后鞋底材料的减震性能显著衰减,未来研发应重点解决鞋底材料的物理性能稳定性和持久性。