近年運動市場的新穎跑鞋如雨後春筍般出現,無論是外觀上繽紛色彩或是特殊的結構設計,不知道身為跑者的你是否有觀察到一個趨勢:「跑鞋鞋頭上揚的趨勢日益明顯,尤其在厚底的跑鞋之中特為突出!」這對跑步會有什麼影響呢?厚底跑鞋上揚的鞋頭結構,真的對跑步時的順暢性有幫助?該結構會對跑步姿態有什麼影響?本文將透過科學的方式,解析跑鞋設計對前足順暢性的影響。
為了揭開順暢性相關的疑惑,首先我們必須了解跑步著地的過程,可比擬為一個滾動的動作。從腳跟著地到離地,可分為三個滾動機制,腳跟滾動 (Heel Rocker)、腳踝滾動 (Ankle Rocker) 以及前足滾動 (Forefoot Rocker)。腳跟滾動 (Heel Rocker) 指腳跟初著地到全腳掌踩平;腳踝滾動 (Ankle Rocker) 指全腳掌貼平到腳跟抬起之前;前足滾動 (Forefoot Rocker) 則指腳跟抬起到腳掌完全離地。
下圖由左至右依序是:腳跟滾動 (Heel Rocker)、腳踝滾動 (Ankle Rocker)、前足滾動 (Forefoot Rocker)
著地時,若是腳掌的滾動過程不流暢,則會產生「卡卡」的感覺,使整體滾動動作的速度不平順,而有不佳的順暢感。其中較容易受跑鞋影響的滾動為腳跟滾動及前足滾動,在此我們稱為「後足順暢」與「前足順暢」。本文將著重在前足順暢的部分。
或許你能直接感受到有些跑鞋順暢性的差異,但透過科學儀器量測,將能更清楚地看到差異,即量測前後方向足底壓力中心 (Center of Pressure, COP) 移動的速度變化。2018 年 Lam 等學者研究認為,良好的順暢感,COP 前後方向速度變化應該是漸進式地增加,而並非突然地遽增,換言之,當前後方向 COP 移動速度的變化越平緩,表示滾動過程較不會突然大幅加速,而是平順的滾動。
延伸閱讀:慢跑鞋的順暢感
下圖透過量測足底各部位的壓力大小,可計算出壓力中心(COP,即圖中的圓點);隨著跑步的滾動機制 COP 會由後至前移動,形成不同的速度變化,藉此可分析跑鞋的順暢性。
本文選定 6 雙市售跑鞋,分為一般跑鞋組以及鞋頭上揚組。所謂一般跑鞋組是指無特別設計鞋頭上揚的結構,鞋內也無設計幫助滾動的硬板之鞋款;而鞋頭上揚組,即該跑鞋設計底部較厚,且鞋頭有特別上揚,試圖引導跑者在前足滾動時保持順暢感受,如同蹺蹺板一般。
量測由一名跑步經驗豐富的測試員輪流穿著 6 雙市售跑鞋,並於鞋墊處使用 Pedar 足底壓力系統,且於跑步機上以每小時 10 公里的時速 (10KPH) 跑步,每一雙鞋至少跑 3 分鐘以上,擷取穩定的足底壓力訊號並匯出數據,以分析完整步態週期為主。
量測結果出爐,對比一般跑鞋組(虛線)與鞋頭上揚組(實線),在腳跟開始離地的階段,尤其是 60-85% 的時間軸,鞋頭上揚組的 COP 移動速度曲線變化較為平緩,COP 移動速度峰值約落在 0.8-1.2m/s 之間;而一般跑鞋組的 COP 移動速度曲線變化遽增,COP 移動速度峰值約在1.2-1.6m/s之間。綜上所述,COP 移動速度變化較平緩的鞋頭上揚組,有較佳的前足順暢性。
為了呈現跑步著地時的鞋底滾動變化,我們於操場拍攝慢動作影片,以利了解跑鞋結構改變對動作的影響。由下圖動畫可以清楚看出,鞋頭上揚組有較順暢的滾動過程,這也呼應了上述所分析 COP 移動速度較平順的結果。
ASICS MetaRun, NIKE free RN 5.0, MIZUNO Wave Sky 3 Waveknit:
ASICS MetaRide, NIKE Air Vaporfly Next%, HOKA ONE ONE Carbon X:
我們從一般跑鞋組(黑,ASICS MetaRun)與鞋頭上揚組(白,ASICS MetaRide)各挑出一款鞋,並搭配定格的截圖來做更詳細的解釋。
ASICS MetaRun(一般跑鞋組)與 MetaRide(鞋頭上揚組)的分解動作變化:
從全掌貼平到腳跟離地的過程中,一般跑鞋組在啟動前足滾動機制 (Forefoot Rocker) 時,需較大程度地彎折蹠骨關節;而鞋頭上揚組則是像蹺蹺板般,順應著跑鞋的結構與上揚弧度向前。從黃、紅、藍色點的相對位置便能清楚知道,當一般跑鞋組向前時,黃點位置幾乎是不動的;相對地鞋頭上揚組向前時,黃點位置則是向下,同時間藍點上升,代表鞋頭向下貼平地面,而鞋跟隨之揚升。
從最大彎折到離地瞬間的過程中,前腳掌與掌趾會推蹬地面,我們可觀察到一般跑鞋組推蹬的位移較大,伸展的幅度亦大;反之,鞋頭上揚組的位移較平緩,伸展的幅度小。對比紅點與藍點的軌跡線就能明顯看到一般跑鞋組上升幅度較大;反之,鞋頭上揚組則上升幅度較小。顯示一般跑鞋組在推蹬時會有較大的蹠骨關節彎折動作,而鞋頭上揚組則會受限於鞋子的結構,不須做出較大的延展動作;這樣的動作變化,可降低蹠骨關節推蹬的出力,但會使跑者感受到「推不到的感覺」,形成一種「還沒推蹬就離地」的感受。
本文比較鞋頭上揚組與一般跑鞋組,希望利用足底壓力中心(COP)的移動速度變化探討著地與離地時的現象,並試著解析其中的過程,這並不代表跑鞋的優劣。
跑鞋的結構設計百百種,鞋頭上揚設計的跑鞋並不一定適合每位跑者。有些跑者偏愛一般跑鞋推蹬時腳掌彎折的感受;而有些跑者則偏愛順暢的過渡感。挑選適合自己的跑鞋才是最重要,而透過科學的驗證方式可以提供客觀的數據分析,並排除主觀感受錯誤的可能。
參考文獻:
Lam, C. K. Y., Mohr, M., Nigg, S., & Nigg, B. (2018). Definition and quantification of ‘ride’ during running. Footwear Science, 10(2), 77-82.
撰文/董智尚、陳韋翰、相子元
*文章授權轉載自《運動科學》網站
原文:厚底跑鞋鞋頭上揚對前足順暢性的影響
在國立台灣師範大學的實驗室裡,一群由相子元教授帶領的研究團隊正全心投入運動科學研究,和你一樣對未知的領域充滿探索熱忱。
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「車禍後每次出賽,我都當做是人生最後一場在比!」「小八」陳聖崴說。因為更懂得珍惜,陳聖崴不僅重新穿上最愛的跑鞋,馬拉松成績竟然比車禍骨折前還要好,為「打斷腳骨顛倒勇!」這句話作了最佳詮譯!
去年國內總排第二的陳聖崴,本來很有機會拚2017萬金石馬拉松國內第一,卻在35公里時失溫「爆掉」,落居第三。抵終點時跪坐在地上,到醫護站時一度量不到脈膊的他坦承:「是靠意力志撐回終點的。」
81年9月29日出生,就讀台北市立大學運動教育研究所二年級的陳聖崴,有個可愛的綽號叫「小八」。「高中老師林念慈取的啦,每次練跑時我喜歡邊跑邊跟隊友聊天,她嫌我太吵,說我跟電視裡的『小八』一樣愛說話,所以就叫我『小八』。」
原專攻中長跑的陳聖崴,大二接觸馬拉松,一則增加比賽經驗,再者他需要賺獎金來支付學費、生活費和裝備費用。「我在5千和1萬公尺都不夠出色,馬拉松不僅讓我可以繼續完成學業和田徑夢想,還得到被人肯定的快樂和成就感。」
但天有不測之風雲,人有旦夕禍福,正當陳聖崴在馬拉松的表現逐漸受到注目,信心滿滿想在大專運動會登頂之際,2014年5月,一場突如其來的意外,讓他從雲端重重跌落。
「隔天就是大專運動會了,我騎車要到學校晨操,被一輛突然闖出的轎車撞倒,當下我還有意識,但知道自己的下半身已經無法動彈了。」那場車禍造成陳聖崴右腳開放性骨折,他心想:「完了!大運會沒法比了!」
雖然手術相當成功,但復健過程超難熬。「石膏上了三、四個月,四個月後我才能扶著東西慢慢走,只要一想到自己可能永遠無法再比馬拉松,常常忍不住落淚,也會刻意避開關於田徑的話題,電視上看到田徑畫面就馬上轉台。」
經過八個月,陳聖崴終於可以正常行走,他開始努力復健,常常慢慢走路刺激骨頭,希望讓骨頭能早點密合,10個月後開始慢跑,15個月後才能正常跑步,但對於重回賽道這件事,大部分人並不看好,陳聖崴的自信心也一度瀕臨崩潰。
一個人獨處放空的時候,陳聖崴想到自己當初跑步的初衷,樂觀的他不斷跟自己對話,鼓勵自己:「我只是骨折而已,不應該就這樣放棄。」加上三哥不斷鼓勵他,給了他堅持下去的力量。
但再出發談何容易?尤其是在體育這個殘酷舞台上。「還無法正常跑步時,重量訓練的量,幾乎是受傷前的四倍,有些吃不消。」但辛苦是有代價的,2015年10月全運會馬拉松賽,陳聖崴在傷後復出第一戰,以2小時49分23秒奪銅。
2015年11月曾文水庫馬拉松賽,陳聖崴勇奪國內男子組總冠軍,2016年萬金石馬拉松拿到國內男子組總亞軍,赴南韓參加群山馬拉松,又以2小時32分21秒創下個人最佳成績,2016曾文水庫馬拉松蟬連國內第一。
陳聖崴說,高中教練吳文騫是他的貴人。「高中練八百和一千五百公尺時覺得很累,有時會裝傷逃避訓練,甚至一度想離開田徑,本已決定轉學,吳老師跟我說了很多,因此繼續田徑這條道路,後來改練5千公尺和1萬公尺。」
「阿賽」吳文騫也是陳聖崴最欣賞的運動員。「透過跟老師相處及受訓過程,得知老師的堅持,雖然我當時很怕跟老師說話,但心裏偷偷把老師設為自己學習的對象,每當訓練得很累的時候,就會想起吳老師。」
對田徑選手來說,雙腿何其重要,陳聖崴在右腳開放性骨折之後,能夠再踏上賽道已不容易,更遑論再創顛峰,但他如今的成績竟然比受傷前還要好,自己也很訝異:「受傷前練跑30公里時,400公尺一圈我86秒跑不完,現在可以!」
人生就是這麼奇妙,原本練跑練到有些煩,一度想打退堂鼓的他,因為這場車禍差點沒了舞台,反而讓他發現,原來田徑已像他體內的DNA,無法割捨。也因此,讓他更珍惜重新擁有的一切,「車禍後每次出賽,我都當作最後一場在比!」
陳聖崴另一位貴人,是現任教練翁竹毅。「教練告訴我:有健康的身體,才能談競技。」萬金石馬拉松前35公里還排名國內第一的他,因失溫爆掉後差點撐不下去,也多虧了教練的鼓勵。「謝謝教練一直鼓勵我不要放棄,我才能撐到終點。」
生平首次在比賽中失溫,而且出現在拚國內第一的關鍵戰役,最後屈居第三,陳聖崴難掩遺憾,但在失溫後不放棄,拖著已爆掉的身體,拚盡最後一絲力氣回到終點的精神,仍贏得滿堂采。
老子說:「禍兮福之所倚,福兮禍之所伏。」禍與福互相依存,可以互相轉化。「小八」陳聖崴車禍骨折後,靠著過人的意志力和決心,讓自己重回賽道,成績 還更上層樓的過程,相信可以帶給很多跟他一樣受過傷的運動員,東山再起的信心。
資訊、圖片提供:720armour運動眼鏡