【跑鞋知識】不同跑鞋結構對著地穩定性的影響

運動科學網
發表於2021/03/23
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作者:董智尚、陳韋翰、相子元


跑鞋功能隨著材料科技的演進與行銷手法的更迭而日趨多元,其中「避震緩衝」與「穩定支撐」是眾多跑鞋廠牌的主要兩大訴求,在此基礎下又開枝散葉,試著創造差異化設計。相對於大多數跑者容易理解的跑鞋功能,如避震(減少衝擊力)與支撐(避免過度足內旋),跑鞋的穩定性則較少人探究。

在本文中,我們將 穩定性 定義為 跑步過程中腳跟著地時(剎車期)的「足底壓力中心」(center of pressure, COP)左右偏移量;也就是說,我們認為穩定性較佳的跑鞋,在每一步著地時,其足底重心會有較少的左右偏移,亦即重心的移動較為筆直。跑步過程中,如果每一步的重心左右偏移變大,則可能增加不必要的能量消耗以及提高腳踝內外側的受力,而增加受傷的風險。以下本文將利用運動科學儀器常見的足底壓力感測系統,帶您一探不同跑鞋結構在穩定性的差異。



  科學量測

本次測試的鞋款分別是三雙碳纖維板跑鞋 Nike Air ZoomX Vaporfly 4%、Hoka One One Carbon X、Brooks Hyperion Elite 2。碳纖維板跑鞋於中底置有硬板,因此有極高的彎折剛性(不易彎折),通常搭配較厚的中底,然各家鞋款的中底軟硬度皆有所差異(Nike Vaporfly 4%最軟,Hoka 及 Brooks 相似),且後跟的穩定結構設計也截然不同 (Nike Vaporfly 4% 後跟中底無特別加寬,而 Hoka 及 Brooks 則有特別加寬設計)。


不同跑鞋結構對著地穩定性的影響

測試鞋款由左至右分別為 Nike Air ZoomX Vaporfly 4%、Hoka One One Carbon X、Brooks Hyperion Elite 2


本次測試有兩位受試者參與實驗,A 受試者為經常從事籃球運動者,但無跑步習慣;B 受試者為常規運動之跑者,不過近三個月內右膝內側韌帶有輕微損傷,右膝動作較為不穩定。兩位受試者在跑步機上以 10km/h 進行熱身,隨後分別穿著不同測試鞋款並配戴「足底壓力感測系統」(Pedar)於跑步機上進行測驗,時速設為 10km/h,當受試者動作穩定、順暢後,收取足底壓力感測系統的訊號,每種鞋款各收取 30 秒的數據。


使用「Pedar 足底壓力感測系統」量測「COP(足底壓力中心)左右偏移量」


穩定性分析取連續 20 步,計算每一步著地期前 50% 過程的足底壓力中心的 左右偏移量。左右偏移量計算每個時間點下足底壓力中心左右偏移的絕對值,再計算著地期前 50% 過程中所有時間點的左右偏移絕對值的總和。


  不同結構對穩定性的影響

不同跑鞋結構對著地穩定性的影響


足底壓力中心的左右偏移量越大代表穩定性越差;反之,位移量越小則代表穩定性越好。從不同鞋款比較上可發現,不論 A 或 B 受試者,其 Hoka One One Carbon X 與 Brooks Hyperion Elite 2 的穩定性皆優於穿著 Nike Air ZoomX Vaporfly 4%,皆有較低的足底壓力中心左右偏移量。

這三雙皆為碳纖維板跑鞋,從鞋款後跟處中底的寬度、中足處中底的寬度、中底材質的軟硬度可明顯看出差異。Hoka One One 鞋款與 Brooks 鞋款在足跟處中底都有特別加寬的設計,且材質也較 Nike 鞋款較為扎實,因此在著地時提供較佳的穩定性,而較不容易有左右傾倒的現象。此外,Hoka 的鞋底特別設計向上延伸包覆後跟,而 Brooks 則在足跟鞋面 LOGO 處設有硬條,這些設計也一定程度地提升鞋面的穩定性。

相較之下,Nike 鞋款的中底較為柔軟,且後跟與足弓處的中底明顯較窄,以致於著地階段較為不穩定。由於 Nike 這雙鞋原本就是設計給選手競速使用,故而犧牲穩定功能,因為對於具備優異的下肢肌力與動作控制能力的選手而言 (特別是用中足或前足著地的跑者)鞋子的影響可能不大,而犧牲掉的部分反而可能得到其它好處,例如較柔軟的中底可提供較佳的緩衝能力,而中底不特別加寬則可減少不必要的重量以保持輕量化。


不同跑鞋結構對著地穩定性的影響

三款跑鞋的後跟與鞋底結構


我們從 A 與 B 受試者的數據可得知,A 受試者右腳的穩定性優於左腳,而 B 受試者則是左腳穩定性優於右腳,發現受試者左右腳造成的差異,比不同鞋子造成的差異來的大。換句話說,鞋子結構設計會影響跑步時的穩定性之外,但跑步時自身的動作控制能力對穩定性的影響比鞋子來的大。本文推測,B 受試者可能因近期右膝內側韌帶有受傷,故右腳膝蓋處於不穩定狀態,間接導致跑步時穩定性較差;而 A 受試者則可能因不對稱的運動習慣使兩腳的穩定性有所不同。


  結語

跑鞋後跟的材質與結構設計會影響跑步著地時的穩定性,穿著穩定性較佳的跑鞋有助於下肢動作的穩定性;但除了鞋子的影響之外,跑者本身的動作控制能力也是非常重要的影響因素。建議在尚未能掌握正確跑步姿勢的新手跑者或曾有受傷而導致關節不穩定的跑者,可穿著穩定性較佳的跑鞋來進行跑步運動,待動作熟練度及關節穩定度足夠時,再使用無特別穩定或支撐設計的鞋款,進一步強化自身的動作控制能力。


不同跑鞋結構對著地穩定性的影響


責任編輯:Joanna
【本文由 運動科學網 授權轉載,原文出處:不同跑鞋結構對著地穩定性的影響