摘要
研究背景：跑步由于其实用性和经济性，已成为最受欢迎的体育活动之一。但跑步是一种长期重复的周期运动，存在着下肢肌肉骨骼损伤的风险，反复的受伤会导致跑者暂时甚至永久性停止跑步这项运动。青少年正处于生长发育期，相较于成人，他们的肌肉力量通常较弱，同时关节松弛程度和肌腱柔韧性较高，因此青少年跑者对于跑步安全的需求更高。随着越来越多的青少年跑者加入到跑步运动中，纵向抗弯刚度较高的碳板跑鞋逐渐在青少年跑者中流行。优化调整跑鞋纵向抗弯刚度会影响跑步过程中下肢生物力学表现和能量消耗，然而使用纵向抗弯刚度过高的跑鞋也会带来潜在的下肢损伤风险。以往有关不同纵向抗弯刚度跑鞋对跑者下肢生物力学的影响研究中多关注成年跑者，而针对青少年跑者的研究较少。鉴于青少年跑者的肌肉骨骼特点和青少年跑者群体中碳板跑鞋的流行趋势，从生物力学角度研究适合青少年跑者的纵向抗弯刚度跑鞋，以保障青少年跑者的跑步安全并提高跑步过程中的能量反馈效率，具有重要意义。 研究方法：选取12名有一定中长跑训练基础（单次跑步距离≥5公里，周长跑训练次数≥3 次）的男性青少年业余跑者（年龄：13.5±0.6 岁；身高：166.3±1.9cm；体重：50.8±3.1kg；脚长：25.4±0.2cm ） ，分别选用三种不同的纵向抗弯刚度的跑鞋：5.0 Nm/rad（A鞋）、6.3 Nm/rad（B鞋）和8.6 Nm/rad（C鞋）。受试者先进行热身并适应跑鞋和实验室环境后随机穿着三双跑鞋进行跑步运动，使用VICON三维运动捕捉系统采集下肢标记点运动轨迹数据，使用AMTI三维测力台同步采集地面反作用力数据，使用 Visual3D 三维运动分析软件进行跑步支撑期下肢髋关节、膝关节、踝关节和跖趾关节角度、力矩和功率的计算。采用单因素重复测量方差分析对不同纵向抗弯刚度跑鞋条件下髋关节、膝关节、踝关节和跖趾关节活动范围、力矩峰值、功率峰值和做功进行统计学分析，事后比较采用Bonferroni法，显著性水平定为α=0.017。 研究结果：1 ） A 鞋膝关节内外旋活动范围显著大于 B 鞋和 C 鞋（ P=0.001, P=0.002），A鞋踝关节内外翻活动范围显著大于B鞋和C鞋（P=0.007, P=0.011），A鞋跖趾关节屈伸活动范围显著大于B鞋和C鞋（P=0.003, P=0.001），B鞋跖趾关节屈伸活动范围显著大于 C 鞋（P=0.013）；2）B 鞋和 C 鞋的踝关节屈伸力矩峰值显著小于 A 鞋（ P=0.011, P=0.008 ） ， A 鞋踝关节内外翻力矩峰值显著大于 B 鞋和 C 鞋（P=0.009, P=0.010），C鞋跖趾关节屈伸力矩峰值显著大于A鞋（P=0.016）；3）B鞋膝关节屈伸正功率峰值（P=0.014）和屈伸正功（P=0.003）显著大于A鞋，C鞋膝关节屈伸负功率峰值（P=0.007, P=0.014）和屈伸负功（P=0.005, P=0.006）显著大于A鞋和B鞋，A鞋踝关节屈伸正功率峰值（P=0.005, P=0.010）和屈伸正功（P=0.007, P=0.008）显著大于B鞋和C鞋，B鞋跖趾关节屈伸正功率峰值（P=0.013）和屈伸正功（P=0.016）显著大于A鞋，B鞋跖趾关节屈伸负功率峰值（P=0.012）和屈伸负功（P=0.001）显著小于A鞋。4）其余指标三双鞋无显著性差异。 研究结论：1）对青少年跑者而言，A 鞋影响控制膝关节和踝关节稳定的能力（膝关节内外旋活动范围、踝关节内外翻活动范围和力矩峰值增加）；2）青少年跑者在 B鞋条件下跖趾关节转动轴处的动能反馈效率提高（跖趾关节屈伸负功减少而正功增加），但关节做正功从远端关节即踝关节向近端关节即膝关节转移分布（膝关节屈伸正功增加，踝关节屈伸正功减少），这不利于跑步过程中下肢的高效做功（膝关节做功不及踝关节高效）；3）青少年跑者在C鞋条件下膝关节处需要吸收更多的能量用于缓冲（膝关节屈伸负功增加），这会增加膝关节的负担。考虑到青少年跑者较弱的肌肉骨骼机能以及对运动表现的需求，A鞋、B鞋和C鞋的纵向抗弯刚度值并不适合青少年跑者，而在A鞋和B鞋的纵向抗弯刚度值之间（即5.0Nm/rad-6.3Nm/rad之间）存在合适的纵向抗弯刚度值，在此纵向抗弯刚度跑鞋条件下，青少年跑者跖趾关节转动轴处的动能反馈效率提高，同时不会出现下肢的低效做功以及膝关节和踝关节稳定性的下降。研究结果可为优化调整青少年跑鞋纵向抗弯刚度提供一定的参考。
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