不同的足部着地模式对上下坡跑步时足底压力的影响

《Frontiers in Sports and Active Living》：Effects of the difference foot strike pattern on the plantar pressure during uphill and downhill running

脚击模式对斜坡跑步足底压力分布的影响研究。11名男性受试者在三种坡度（-6°、0°、+6°）和两种脚击模式（后脚跟着地、前脚掌着地）下进行测试，发现后脚跟着地下坡时足跟峰值压力增加32.1%，上坡时减少24.3%；前脚掌着地无论上下坡峰值压力均下降6.8%。研究证实不同坡度下选择适配脚击模式可降低足部负荷，为运动损伤预防和训练提供依据。

　　本研究探讨了跑步过程中足着地模式对足底压力分布的影响，特别是在上坡、平地和下坡跑步中的表现。研究对象为11名健康的男性参与者，他们在跑步机上以3.33米/秒的速度进行六次随机试验，结合了两种足着地模式——后足着地（RFS）和前足着地（FFS），以及三种坡度条件：下坡（?6°）、平地（0°）和上坡（+6°）。通过使用足底压力测量垫，研究者收集了足底各区域的压力数据，并计算了峰值压力、峰值力量、达到峰值的时间以及加载速率等参数。结果显示，在后足着地模式下，下坡跑步时足跟区域的峰值压力比平地跑步时增加了约32.1%，而在上坡跑步时则减少了约24.3%。前足区域的峰值压力在下坡跑步时比平地时降低了约6.8%，但在上坡和平地跑步之间没有显著差异。这些发现为在坡度跑步中制定预防损伤和提升运动表现的策略提供了重要的理论依据。

足着地模式是影响人体与地面相互作用力的重要内部因素之一。通常，足着地模式被分为后足着地和前足着地两种类型，它们不仅改变了地面反作用力的特性，还可能影响跑步相关损伤的发生率。例如，后足着地模式往往会产生明显的冲击峰值，并伴随垂直地面反作用力的快速上升，这种现象被称为加载速率。而前足着地模式则与这些冲击峰值和加载速率的显著降低相关。已有研究表明，较高的加载速率与胫骨应力性骨折等损伤之间存在联系，而前足着地模式可能有助于降低这种风险。此外，前足着地模式还可能增强足部的刚性，这种刚性被视为跑步过程中类似弹簧的特性，从而有助于提高运动表现。

另一方面，地形的变化是影响地面反作用力的外部因素之一。在公路赛事中，跑者经常需要应对不平坦的地形，包括上坡和下坡。这种地形变化会显著改变跑步的力学模式和运动表现。例如，跑步速度会随着坡度的变化而变化，而下坡跑步则会增加冲击峰值、加载速率和制动力。为了适应这些变化，跑者往往会调整髋关节和膝关节的屈曲角度。因此，在坡度跑步中，跑者需要根据不同的地形条件调整其运动模式和力量输出。同时，坡度与足着地模式之间的相互作用可能更加复杂，这种复杂性需要进一步研究。

近年来，一些研究已经阐明了足着地模式与坡度之间相互作用对地面反作用力和跑步生物力学的影响。特别是，垂直地面反作用力（如主动冲击峰值）和前后方向地面反作用力（如推进和制动峰值）均受到足着地模式和坡度的双重影响。此外，足底压力的分布和作用点也可能因足着地模式和坡度的不同而发生变化。例如，足底前部的高压力已被认为与胫骨应力性骨折的发生有关，因此评估足底压力对于损伤预防具有重要意义。然而，目前关于不同足着地模式在坡度跑步中对足底压力的具体影响仍不够明确。

因此，本研究旨在探讨足着地模式对坡度跑步中足底压力的影响。研究提出了两个假设：（1）在后足着地模式下，下坡跑步时足跟区域的峰值压力会比平地跑步时显著增加，而上坡跑步时则会显著减少；（2）前足着地模式下，无论坡度如何变化，足底前部的峰值压力都会在下坡跑步时降低，而在上坡跑步时则保持不变。研究结果表明，假设（1）得到了支持，即在下坡跑步时，后足着地模式下的足跟区域峰值压力显著增加，而在上坡跑步时则显著减少。然而，假设（2）仅部分得到支持，即前足着地模式下足底前部的峰值压力在下坡跑步时确实降低，但在上坡跑步时却没有出现预期的增加。这一结果可能与跑者在上坡跑步时踝关节的运动模式有关，因为上坡跑步时踝关节在推进过程中的贡献受到限制。此前的研究也指出，在上坡跑步时，踝关节的活动范围受到限制，这可能导致足着地位置的前移。因此，前足着地模式下的足底前部压力没有显著增加，可能是跑者采用了其他策略来增强推进力，例如增加步频。本研究的结果表明，步频在上坡跑步时比平地跑步时增加了约5%，这与以往的研究结果一致，即步频的增加是上坡跑步的一种适应性策略。此外，步频的增加有助于减少垂直地面反作用力，从而提高跑步效率。

本研究的结果还表明，坡度的变化对足底前部的压力分布有显著影响。具体而言，上坡跑步时，足底前部的压力趋于集中在局部区域，而下坡跑步时则呈现出更广泛的分布。虽然在坡度变化下没有观察到足底前部峰值力量的显著差异，但峰值压力在上坡跑步时显著高于下坡跑步时。这一结果可能受到足底接触面积变化的影响，上坡跑步时足底前部的接触面积减小，导致压力集中在特定区域，从而增加峰值压力。此外，研究发现，在上坡跑步时，踝关节在足接触时的角度更加跖屈，而在下坡跑步时，后足着地模式下踝关节的背屈角度减小，足着地位置向后移动。这些变化可能影响足底压力的分布方式，进而影响运动表现和损伤风险。

本研究还发现，前足着地模式下足底前部的峰值压力在某些跑者中呈现出双峰模式，这可能与着地时的负荷转移和足接触位置的变化有关。此外，加载速率在下坡跑步时较高，而在上坡跑步时较低。这表明，在不同坡度条件下，足底的负荷转移和接触位置的变化可能对压力分布产生重要影响。特别是在下坡跑步时，跑者可能通过调整踝关节角度和肌肉活动来减轻冲击力，而在上坡跑步时，后足着地模式可能有助于减少对腓肠肌和跟腱的负荷。这些发现对于理解不同坡度条件下足底的负荷特征以及跑者如何调整运动模式具有重要意义。

此外，本研究还发现，前足着地模式在下坡跑步时有助于减少足跟区域的峰值压力，这可能与前足着地模式对冲击力的吸收能力有关。相比之下，后足着地模式在上坡跑步时可能会增加足底前部的峰值压力，但这一现象并未在本研究中得到显著支持。因此，选择合适的足着地模式对于减少下肢负荷和提高运动表现至关重要。在下坡跑步时，采用前足着地模式可能有助于降低足跟区域的峰值压力，从而减少损伤风险。而在上坡跑步时，后足着地模式可能有助于减少对腓肠肌和跟腱的负荷，因此是更为合理的选择。然而，当坡度较陡时，踝关节的活动范围可能限制跑者维持后足着地模式，此时可能需要调整步长并加强相关肌肉群的力量，以减轻前足着地模式所带来的额外负荷。

本研究的局限性主要包括以下几个方面。首先，研究使用了采样频率为100Hz的足底压力测量垫，而力板的采样频率通常更高（1000Hz或以上），这可能影响对足接触后快速负荷变化的精确捕捉。然而，尽管存在这一限制，压力测量垫仍能有效评估坡度和足着地模式对足底压力的影响。此外，本研究未能测量制动和推进力，这些力在坡度跑步中可能具有重要作用，因此未来的研究应考虑使用能够捕捉水平力的测量方法，以更全面地分析跑步的力学特征。其次，研究中仅包括男性跑者，这可能限制了研究结果在女性跑者中的适用性。已有研究表明，性别差异可能影响跑步的生物力学特征，包括足部形态、步态模式和地面接触特性，这些因素可能直接影响足底压力的分布。因此，未来的研究应纳入更多女性跑者，以便进行性别分层分析，并探讨性别是否为影响足底压力的重要变量。

综上所述，本研究揭示了不同坡度条件下足着地模式对足底压力分布的影响，为跑者在不同地形条件下选择合适的足着地模式提供了科学依据。下坡跑步时，前足着地模式有助于降低足跟区域的峰值压力，而上坡跑步时，后足着地模式可能有助于减少对腓肠肌和跟腱的负荷。这些发现不仅有助于跑者优化运动表现，还为损伤预防提供了新的思路。未来的研究应进一步探索适应性策略，并考虑个体跑者的特征和训练环境，以更全面地理解足着地模式对跑步力学的影响。