运动鞋对下肢落地冲击力的影响分析

序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了1篇的运动鞋对下肢落地冲击力的影响分析样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。

引言

体育竞赛领域，侧重于跑跳等运动能力的篮球、排球项目运动过程中，运动员每次接触地面均需承受大约身体体重３～７倍的地面冲击力。尤其是篮球三步上篮落地动作时，冲击力可高达身体体重９倍［１］。在运动员落地动作时承受的冲击及据此衍生的力传递，是造成下肢运动损伤的关键原因。长此以往的过度负荷极易导致骨折或者膝关节内部紊乱等急性运动损伤，甚至是应力性骨折等过渡性运动损伤。而运动鞋的缓冲减震性能研究目的便是期望以所用材料与结构防止运动员下肢承受巨大冲击力，避免造成运动损伤［２－３］。现阶段关于冲击力与负荷的研究不再局限于冲击力与运动损伤之间的关系，而是开始倾向于冲击力的作用效果和人体骨骼系统的生物力学反应。冲击力是输入运动员身体的信号，而下肢软组织结构可作为承受冲击力的振动系统，在冲击信号输入频率接近软组织固有频率的时候就会引发系统共振，而人体骨骼系统可基于改变下肢生物力学特征避开共振。而且，冲击力作为具备振幅与时频域特征的输入信号，会同时受到有效质量、触底速度、着地姿势及运动鞋硬度、材料等多重因素的影响［４－５］。基于此，本文对冲击力是否会受到运动鞋缓冲性能的影响进行了深入研究。

１试验准备

１.１试验对象

筛选１２名男性篮球运动员，年龄在２２岁左右，身高在１７６.１～１８２.５ｃｍ，体重在６６.７～７７.７ｋｇ，接受专项训练６年左右。全部被试者均对试验情况进行了充分了解，试验开始之前１ｄ内不可进行剧烈运动，下肢半年之内未发生任何损伤，体质良好。

１.２试验设备选用

１０台ＶＩＣＯＮ光学运动捕捉系统，负责对被试者落地动作时下肢三关节的运动学参数进行采集；２块三维测力台，负责对地面反作用力数据进行采集；心率表，负责监控被试者在整个测试过程中的心率变化，以评估被试机体运动强度，保护其心率处于正常安全范围之内；ＱｕａｔｔｏｒＪｕｍｐ纵跳台，负责测试被试者的最大纵跳高度与干预下的纵跳高度［６－７］。

１.３试验运动鞋筛选

市场上已经成熟品牌的高缓冲性能运动鞋与无缓冲性能运动鞋，具体如图１所示。高缓冲性能运动鞋前掌部分与后跟中底部分均配置了具备缓冲减震性能的气垫；无缓冲性能运动鞋是没有任何缓冲减震性能的五指鞋［８］。

２试验设计

２.１试验流程

（１）被试者热身活动时穿着不同类型鞋练习并熟悉落地动作。（２）设置标识以拍摄被试静态模型，被试者需进行３次成功的落地动作，同时采集其运动学与地面反作用力数据，再更换运动鞋重新拍摄并采集３次成功落地动作相关数据。（３）对被试者进行疲劳干预，疲劳之后及时督促被试填写自感疲劳分级表格，随后被试者连续纵跳１０次并迅速基于不同鞋条件再次进行第（２）步。（４）被试者完成全部动作测试任务并采集有效数据之后，更换被试者重复上述试验流程。整个试验测试过程中被试鞋条件选择均随机，利用Ｖｉｓｕａｌ３Ｄ处理分析运动学与动力学数据结果［９－１０］。

２.２落地动作

被试者以起始姿势站立在６０ｃｍ的跳台上，平视正前方，脚尖逐渐从翻板的边缘位置朝向测力台滑落，需以无垂直初速下落，双脚落于测力台，自然落地，落地之后自然屈膝，再恢复于站立状态。

２.３疲劳干预

以被试者３次全力垂直纵跳最大值作为最大纵跳高度；疲劳干预要求被试者完成４次１５ｍ的折返跑，再快速以最大能力连续完成５次垂直纵跳动作，反复折返跑与垂直纵跳过程，直至难以全力促使垂直纵跳高度达到最大垂直纵跳高度的７０％；全过程不间断使用心率表监控被试者心率变化，并以自感疲劳分级表格为载体测试被试者疲劳程度。

２.４数据分析

利用ＳＰＳＳ软件的运动鞋、疲劳双因素重复测试方差分析对比疲劳前后与高缓冲性能运动鞋、无缓冲性能运动鞋对主体参数变量产生的效应与交互作用。彼此交互时，疲劳前后与缓冲性能运动鞋内部以配对样本进行ｔ检验，而疲劳前后与缓冲性能运动鞋之间以独立样本进行ｔ检验。基于单因素对疲劳前后的最大纵跳高度进行对比分析，以了解显著性水平差异。

３试验结果

３.１落地动作时的下肢冲击力与负载率以触底到膝关节屈曲到最低时的垂直地面反作用力

作为冲击力评价指标，其参数为冲击力第一峰值和第二峰值及达到冲击力峰值的时间；以前掌部分与后跟部分在不同缓冲性能运动鞋条件下的触底负载率作为运动鞋减震缓冲能力评价指标，其参数为负载率第一峰值和第二峰值及达到冲击力峰值的时间［１１－１３］。疲劳前后不同缓冲性能运动鞋条件下落地动作时的下肢冲击力与负载率测试结果具体如表１所示。由表１可知，在垂直地面反作用力第一峰值与第二峰值、负载率第一峰值与第二峰值上，运动鞋与疲劳因素之间不存在交互作用，但是运动鞋作为主因素相对显著，呈现出的状态具体为：疲劳干预之前高缓冲性能运动鞋后跟部分负载率明显比无缓冲性能运动鞋小，但冲击力层面并不存在显著性差异；疲劳干预之后高缓冲性能运动鞋后跟部分冲击力明显比无缓冲性能运动鞋小，并且高缓冲性能运动鞋在前掌部分与后跟部分的负载率明显缩小。由表１可知，在垂直地面反作用力达到第一峰值的时间上，运动鞋与疲劳因素之间不存在交互作用，但是运动鞋作为主因素相对显著，呈现出的态势具体为：疲劳干预之后高缓冲性能运动鞋达到第一峰值的时间会明显延迟。在垂直地面反作用力达到第二峰值的时间上，运动鞋与疲劳因素之间存在交互作用，且事后检验得知疲劳干预之后高缓冲性能运动鞋达到第二峰值的时间也会明显延迟。在负载率达到第一峰值与第二峰值的时间上，运动鞋与疲劳因素之间存在交互作用，其中，负载率达到第一峰值时间的事后检验得知不存在显著性差异，而负载率达到第二峰值时间的事后检验得知，疲劳干预之后高缓冲性能运动鞋与无缓冲性能运动鞋的负载率都明显比疲劳干预之前较高，但不论疲劳前后，无缓冲性能运动鞋均比高缓冲性能运动鞋的负载率达到第二峰值的时间更长。就冲击力而言，疲劳干预前与疲劳干预后不论是高缓冲性能运动鞋还是无缓冲性能运动鞋，垂直地面反作用力的第一峰值并不存在显著差异；疲劳干预之后无缓冲性能运动鞋在后跟部分承受的冲击力比高缓冲性能运动鞋明显较大。就负载率而言，其既是引发使用性运动损伤的原因，又是运动鞋缓冲性能的评价指标，在疲劳干预之后高缓冲性能运动鞋在负载率第一峰值与第二峰值上都比无缓冲性能运动鞋明显较小，这就表明落地动作时高缓冲性能运动鞋可在前掌部分与后跟部分提供强有力的缓冲作用，以此减少甚至避免运动员身体由于巨大冲击造成运动损伤；高缓冲性能运动鞋疲劳干预之后达到第二峰值的时间比疲劳干预之前明显较长，这就表明高缓冲性能运动鞋负载率峰值缩小，可能是由于高缓冲性能运动鞋自身延长了缓冲时间。所以运动员身体在疲劳状态下高缓冲性能运动鞋的缓冲减震作用更为显著，可切实缩减冲击力，以此减少甚至避免运动员身体由于巨大冲击造成运动损伤。

３.２疲劳前后不同缓冲性能运动鞋条件下落地动作时的踝关节力矩峰值、下肢刚度、关节刚度

疲劳前后不同缓冲性能运动鞋条件下落地动作时的踝关节力矩峰值、下肢刚度、关节刚度［１４－１５］测试结果具体如表２所示。由表２可知，踝关节力矩与刚度在运动鞋与疲劳因素下都不存在交互作用，主因素也不存在显著性，疲劳前后不论高缓冲性能运动鞋或者无缓冲性能运动鞋，踝关节位置力矩峰值、下肢刚度、关节刚度都没有呈现出显著性变化。疲劳干预之前高缓冲性能运动鞋对于关节的运动表现产生了作用，疲劳干预之后高缓冲性能运动鞋在踝关节位置呈现出有效作用；就踝关节力矩峰值、下肢刚度、关节刚度等层面而言，疲劳干预前后高缓冲性能运动鞋与无缓冲性能运动鞋之间并没有呈现出显著性变化。虽然如此，但疲劳干预之后高缓冲性能运动鞋落地动作时踝关节力矩第二峰值表现出明显减小态势。

４结语

长时间高强度运动势必会引发疲劳，呈现出中枢神经兴奋性下降，神经肌肉通路传入／传出神经受到影响，造成本体感觉神经系统缺失与肌骨反应延迟等问题，还会影响肌肉活化与动作控制能力等，从而使得运动员身体下肢系统控制力降低，进而引发运动损伤。而运动鞋作为下肢系统与地面环境间相互作用的载体，会在疲劳状态下直接影响落地动作时下肢冲击力及动力学特征。据此，本文对不同缓冲性能的运动鞋对落地动作时下肢冲击力、负载率、动力学特征的影响进行了试验研究，结果发现：就冲击力而言，疲劳干预前与疲劳干预后不论是高缓冲性能运动鞋还是无缓冲性能运动鞋，垂直地面反作用力的第一峰值并不存在显著差异，疲劳干预之后无缓冲性能运动鞋在后跟部分承受的冲击力比高缓冲性能运动鞋明显较大；就负载率而言，运动员身体在疲劳状态下高缓冲性能运动鞋的缓冲减震作用更为显著，可切实缩减冲击力，以此减少甚至避免运动员身体由于巨大冲击造成运动损伤；就踝关节力矩峰值、下肢刚度、关节刚度等层面而言，疲劳干预前后高缓冲性能运动鞋与无缓冲性能运动鞋之间并没有呈现出显著性变化，虽然如此，但疲劳干预之后高缓冲性能运动鞋落地动作时踝关节力矩第二峰值表现出明显减小态势。

参考文献：

［１］傅维杰，刘宇，李路.运动鞋对人体落地冲击和下肢软组织振动的影响［Ｊ］．体育科学，２０１３，３３（７）：４５－５２．

［２］瑞安市康佳鞋业有限公司.一种防滑缓冲轻便型运动鞋：ＣＮ２０２１２２１３９０５６.３［Ｐ］．２０２２－０１－１８．

［３］夏庚.不同落地策略下运动鞋鞋底厚度对下肢肌群的影响分析［Ｊ］．中国皮革，２０２２，５１（２）：８６－８９．

［４］傅维杰，刘宇.功能性运动装备对冲击力、软组织振动及肌肉活化影响的研究［Ｃ］．第十五届全国运动生物力学学术交流大会论文集.２０１２：２１－２２．

［５］傅维杰，刘宇，魏书涛.篮球鞋对主动与被动落地时冲击力特征和肌肉活化的影响［Ｊ］．医用生物力学，２０１２，２７（３）：３１７－３２３．

［６］王立端.鞋底与场地表面的摩擦对乒乓球运动员下肢生物力学特征的影响［Ｄ］．北京：北京体育大学，２０１６．

［７］晋江明众鞋业有限公司.一种舒适型带充气结构的运动鞋：ＣＮ２０２１２１２７８７０３.２［Ｐ］．２０２１－１２－１０．

［８］王熙，杨洋，张希妮，等.不同运动鞋舒适性差异及对篮球典型动作足部受力特征影响［Ｊ］．医用生物力学，２０１８，３３（２）：１４２－１４９．

［９］郑志艺.穿不同运动鞋对篮球典型动作生物力学特征的影响研究［Ｄ］．北京：北京体育大学，２０１６．

［１０］泉州陆程鞋业有限公司.一种具有空气缓冲保护功能的运动鞋：ＣＮ２０２１２１２９２５３１.４［Ｐ］．２０２１－１１－２６．

［１１］孙晓乐，王熙，傅维杰.不同鞋条件对疲劳干预前后下肢落地冲击的生物力学影响［Ｃ］．第二十届全国运动生物力学学术交流大会论文集.２０１８：１４７－１４８．

［１２］张方同，张林翎，周兴龙.穿鞋与裸足对自由纵跳动力学参数影响的研究［Ｃ］．第１６届全国运动生物力学学术交流大会论文集.２０１３：１２１－１２２．

［１３］王熙，杨洋，孙晓乐，等.神经肌肉疲劳前后运动鞋对下肢落地冲击的生物力学影响［Ｊ］．医用生物力学，２０２０，３５（３）：３５６－３６３．

［１４］张马森.鞋跟掌差对跑步时身体姿态及下肢负荷影响的研究［Ｄ］．北京：北京体育大学，２０１７．

［１５］王熙.神经－肌肉疲劳前后运动鞋对落地冲击的下肢生物力学影响［Ｄ］．上海：上海体育学院，２０１７.

作者：李宏滨单位：西安思源学院