【摘要】 研究背景跖趾關節這個通常被包裹在運動鞋中的足部關節在做急速蹬離地面的動作時會對運動產生巨大影響。但以往的研究鮮有提及通過改變運動鞋鞋中底剛度來改變跖趾關節運動及對下肢髖、膝、踝關節在運動學及動力學表現上的影響。研究目的本次研究的主要目的是利用三維高速攝像系統、測力臺和自制的跖趾關節MVC測試儀等設備探究不同鞋中底剛度運動鞋對下肢運動學、動力學和能量學特征的短期以及長期影響。具體如下：（1）探討垂直縱跳和單腿起跳過程中，不同鞋中底屈曲剛度的運動鞋對于運動表現，以及下肢髖、膝、踝、跖趾關節的運動學、動力學和關節能量學特征的影響。（2）探究在穿著具有不同鞋中底剛度的運動鞋訓練8周之后對下肢三關節及跖趾關節的運動學、動力學和能量學特征、跖趾關節處跖屈肌以及運動表現所產生的影響。研究方法以上海體育學院30名籃球專項大二學生為受試者，利用三維運動捕捉系統及三維測力臺對穿著具有不同鞋中底剛度的運動鞋作垂直縱跳及單腿起跳這兩種跳躍動作進行測試。分析在運動過程中不同剛度的運動鞋對跖趾關節，下肢髖、膝、踝關節的運動學及動力學參數產生的影響。完成測試之后將受試者隨機分為兩組，分別穿著兩種具有不同鞋中底剛度的運動鞋進行8周運動訓練。過后再次測試，分析長期穿著具有不同鞋中底硬度的運動鞋訓練是否會對跳躍動作中的跖趾關節，下肢髖、膝、踝關節的運動學及動力學參數產生影響。利用自制的跖趾關節等長屈曲力矩測試儀對具有不同鞋中底剛度的運動鞋在進行8周運動訓練后對跖趾關節最大等長屈曲力矩的影響，研究結果（1）具有更高鞋中底剛度的運動鞋會顯著降低跖趾關節最大屈曲速度；顯著增加踝關節最大正功率、踝關節能量的吸收和產生（p＜0.05）。但是，不會引起運動成績、機械能在跖趾關節的損失。（2）經過8周訓練，具有更高鞋中底剛度的運動鞋會顯著增加跖趾關節最大等長屈曲力矩（p＜0.05）；顯著減少膝關節最大伸/屈角度和最大伸速度（p＜0.05）；顯著減少跖趾關節最大屈曲力矩、最大正/負功率、能量的產生和吸收以及凈能量（p＜0.05）；引起膝關節與髖關節在動力學上的代償。研究結論（1）無論長期還是短期穿著鞋底剛度更硬的運動鞋不會對運動表現產生影響。（2）穿著鞋底剛度更硬的運動鞋會顯著減小在下蹲跳運動中跖趾關節的最大伸速度，減小整個運動過程中跖趾關節的速度變化。同時也會間接影響其他關節。（3）在穿著具有更高鞋中底剛度的運動鞋進行訓練能夠顯著增加跖趾關節周圍跖屈肌肌力，減少跳躍動作中跖趾關節處的能量損失，引起其他關節生物力學特征的改變。 

1  前言

現階段的生物力學研究發現，人體下肢三關節做功的大小以及機械能運利用的合理與否能夠對運動表現產生很大影響，而如果僅僅考慮跖趾關節，忽略肌肉骨骼系統本身的復雜性，由于其在蹬離地面過程中主要是保持背屈狀態，其主要是在吸收能量（absorb），幾乎不產生能量回傳[44,  47]。Stefanyshy與Nigg等人證明了跖趾關節在在快速跑的著地階段是吸收能量的主要關節，其所吸收的能量占下肢四關節總能量的 32%[54]。他們在另一次測試中同樣發現跖趾關節在單腿跳動作中吸收了24J 左右的能量，而這部分能量足以使跳躍成績提高3.5cm[12]。因此，如何有效減少或利用轉化跖趾關節所吸收的這部分能量，影響下肢的力學特性（lower extremity mechanics），并最終表現在運動能力的提高？這一系列問題已經成為當今運動訓練和鞋具生物力學的又一研究熱點[6, 13, 14, 34]。 由此發現，影響跖趾關節屈曲會引起下肢關節的運動學、能量學和運動表現的改變[54]。因此，研究者們開始嘗試運用各種方式來影響跖趾關節的屈曲，改變跖趾關節的運動學特征，從而間接地改變該關節能量的利用，甚至進一步影響運動成績。理論上來說，通過增加跖趾關節屈曲剛度能夠改變關節做功，從而減小能量的損失并提高運動成績。而針對這種理論，研究者們進行了多種嘗試，其主要集中在運動鞋和運動表面的改進[15]。而使用運動鞋作為干預手段對跖趾關節進行影響進而試圖提高運動成績的研究，在國內外鮮有提及。
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2  文獻綜述

2.1  運動鞋的相關研究
運動鞋的舒適度是個什么難以度量的變量, 要定義舒適并量化舒適度是十分困年的。在這種背景下，很多研究者開始針對舒適度的量化進行研究。最近的一項研究檢驗了三種常用量表（視覺模擬量表，利克特量表和等級量表），以確定最可靠的量表。結果發現，等級量表是最穩定的量表，混合直線建模發現 VAS量表比利克特量表更穩定，而受試者們把足弓舒適度作為鞋舒適度中最重要的考慮因素[30]。有研究者將主觀舒適度作為工具，比較了走路和跑步時的各種鞋的參數。大多數受試者對走跑兩種活動選擇相同類型的運動鞋[31]。還有研究者利用有限元模型，以受試者的舒適度和足底壓力信息為參數進行有限元分析，借以出具有更高舒適度的運動鞋設計方案[32]。在一項針對專業的英式橄欖球運動員的研究中發現, 對于給與定制運動鞋的受試者們，他們認為運動鞋不舒服的次數明顯小于自己進行運動鞋選擇的受試者，同時，對于運動損傷的報告也明顯少。這說明對運動鞋的主觀感受也會影響運動鞋防護損傷的功能[33]。

2.2  跖趾關節的相關研究
跖趾關節這個被完全包裹在運動鞋中的關節，一直以來并沒有受到研究者們的重視，下肢其他三個關節則是在研究下肢運動中最受重視的關節，但是，在以跳躍、奔跑等急速蹬離地面的足部運動中，最終動作的發生部位一定是在跖趾關節：跖趾關節的伸運動是通過踝關節跖屈肌（plantar flexor muscles ）配合足趾屈肌（toe flexor muscles、）在原固定條件下收縮所完成的[2]。 而近些年的研究已經表明跖趾關節作為下肢末端的關節，在蹬離地面的過程中一直保持著伸的狀態，這使此關節在此過程中始終在吸收機械能，基本上不產生能量[35,  47]。因此，不少研究者和教練員已經開始關注這個關節，希望能夠通過改變此關節的生物力學特征影響整個下肢的力學特征（lower extremity mechanics）進而提高運動成績。有些教練認為訓練跖趾關節屈肌的力量用以增加跖趾關節及相鄰關節中的力量輸出會對提高運動表現有所幫助[7, 13]。

3  研究方法............ 8

3.1  實驗對象 ..........................8

3.2  實驗方法 ................................8

4  實驗結果.................................. 15

4.1  參與者分析 ............................ 15

4.2  運動表現 ........................ 15

4.3 橫向對比研究 ........................... 16

5  分析與討論 ............................... 31

6  結論與展望 .................................... 33

5  分析與討論

在前文中談到的代償現象，在經過8周訓練也同樣出現。從單腿起跳動作上看尤為明顯，由表4-11和表4-12 可以得出，雖然訓練前后跖趾關節處在做單腿起跳時的機械能沒有顯著性的變化，但是可以看出吸收能量的量有被降低的趨勢，而同樣的，，踝關節處的凈能量也呈增加的趨勢，而膝關節處則出現了非常明顯的最大正功率降低，吸收的能量減少，而這部分損失則由髖關節進行了一部分的補償。同樣的情況也出現在了垂直縱跳中。而在控制組，這種代償現象卻難以發現。但是非常可惜的是，這些效果未能影響到運動表現上。 而另一個令人振奮的結果是通過自制的跖趾關節屈曲力矩測試儀測量穿著兩種不同運動鞋進行8周訓練之后，較硬運動鞋能夠非常顯著的增加跖趾關節處屈肌力量。在此前，比較明確的針對跖趾關節進行訓練的是德國科隆大學Brüggemann 所領導的科研團隊生所使用的他們自制的儀器進行跖趾關節的專項訓練[13, 45]。他們是通過使運動員在自制的儀器上反復盡力屈曲跖趾關節，保持跖屈肌最大等長收縮以訓練跖趾關節周圍肌肉。而他們發現在訓練一段時間過后能夠對運動表現產生積極的影響，如提高跳遠成績和生折返跑成績。所以，雖然本次研究中，具有較硬鞋中底的運動鞋在訓練后并未對運動表現有所影響，但是提高了跖屈肌肌力則可視為有提高運動表現的潛力。
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6 結論與展望

6.1  結論
（1）無論長期還是短期穿著鞋底剛度更硬的運動鞋不會對運動表現產生影響。（2）穿著鞋底剛度更硬的運動鞋會顯著減小在下蹲跳運動中跖趾關節的最大伸速度，減小整個運動過程中跖趾關節的速度變化。同時也會間接影響其他關節。 （3）在穿著具有更高鞋中底剛度的運動鞋進行訓練能夠顯著增加跖趾關節周圍跖屈肌肌力，減少跳躍動作中跖趾關節處的能量損失，引起其他關節生物力學特征的改變。

6.2  展望
本研究初步的探討了跖趾關節在不同跳躍動作中的作用以及通過改變運動鞋鞋中底剛度對跖趾關節的生物力學特征的影響，并得出了初步結果。但是現階段的研究結果并不能很好的回答跖趾關節在具有急速蹬伸動作的運動中所起到的作用，跖趾關節應該如何進行訓練或如何更為有效的利用跖趾關節處機械能等一系列問題。但本研究的結果依舊可以為回答上述問題以及設計新的鞋具提供參考。隨著越來越多的研究者開始關注跖趾關節以及相關的運動裝備，以及對跖趾關節的愈加深入了解，上述問題的答案將會被揭示。   
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參考文獻:

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本文編號：11780