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基于实时超声探究不同跑鞋和着地方式对跑步时跟腱负荷的影响

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基于实时超声探究不同跑鞋和着地方式对跑步时跟腱负荷的影响

不同习惯足触地模式跑者以非后足触地模式跑步的下肢生物力学差异

2024第二届四川省体育科学大会论文报告会

作者：黄涛邓力勤傅维杰李建设张希妮宁波大学体育学院上海体育大学运动健康学院

研究目的:比较即刻穿着不同跑鞋和跑姿对习惯后跟着地跑者在体跟腱长度及负荷的影响,系统地探讨影响跟腱生物力学特性的因素。研究方法:招募男性跑步爱好者11人。要求受试者随机穿着缓冲跑鞋和五指鞋,以10km/h的速度在三维测力跑台上分... 详细信息

研究目的:比较即刻穿着不同跑鞋和跑姿对习惯后跟着地跑者在体跟腱长度及负荷的影响,系统地探讨影响跟腱生物力学特性的因素。研究方法:招募男性跑步爱好者11人。要求受试者随机穿着缓冲跑鞋和五指鞋,以10km/h的速度在三维测力跑台上分别进行前掌着地和后跟着地跑,通过将超声医学影像仪探头通过弹力绷带固定在跟腱与腓肠肌内侧头结合点处,同步采集并计算在体跟腱负荷特征和实时长度变化。采用2×2双因素方差分析确定跑步过程中不同跑鞋(缓冲跑鞋vs.极简鞋)和着地方式(前掌着地vs.后跟着地)对跑步时在体跟腱负荷特征的影响,显著性水平α设为0.05。研究结果:瞬时跟腱负载存在交互作用(p<0.05),即刻穿着五指鞋采用后跟着地跑时的瞬时跟腱负载率显著大于穿着缓冲鞋采用后跟着地跑时,且即刻穿着缓冲鞋进行前掌着地跑时的瞬时跟腱负载率显著大于采用后跟着地跑时。此外,其余参数均不存在交互作用,但存在显著的组别或时间主效应(p<0.05)。前掌着地跑时的跟腱力峰值、平均跟腱负载率、跟腱冲量、跟腱应力峰值、跟腱长度变化峰值和跟腱做功显著大于后跟着地跑时,即刻穿着五指鞋时的跟腱力峰值显著大于穿着缓冲跑鞋时。研究结论:与穿着缓冲跑鞋相比,即刻穿着五指鞋时的跟腱力峰值显著增加;与后跟着地跑相比,即刻进行前掌着地跑时的跟腱力峰值和跟腱长度变化显著增加,且跟腱在收缩时释放更多的能量。这提示,通过即刻穿着五指鞋和/或转换至前掌着地模式跑步可以提供更高的肌腱负荷强度来改善跟腱的负荷特征。但是,穿着五指鞋进行后跟着地跑时,更高的跟腱负载率也提示,如果没有一定的适应过程且在穿着五指鞋跑步时仍保持后跟着地模式,缓冲结构的减少可能会造成更大的损伤风险。

关键词：跟腱力前掌着地后跟着地五指鞋

来源： cnki会议评论

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医用生物力学 2024年第S1期 177-177页

作者：博凯邓力勤陆泽宇王纪超傅维杰上海体育大学“运动健身科技”省部共建教育部重点实验室

目的本研究旨在探究习惯后跟着地跑者和习惯前掌着地跑者以非后足触地模式跑步时的下肢三关节运动学和动力学的差异。方法共招募了14名习惯后足触地(rearfoot strike pattern,RFS)跑者以及14名习惯非后足触地跑者(non-rearfoot strike...

目的本研究旨在探究习惯后跟着地跑者和习惯前掌着地跑者以非后足触地模式跑步时的下肢三关节运动学和动力学的差异。方法共招募了14名习惯后足触地(rearfoot strike pattern,RFS)跑者以及14名习惯非后足触地跑者(non-rearfoot strike pattern,NRFS)。跑者在三维测力跑台上采用非后足触地模式以9 km/h的速度进行测试。采用红外运动捕捉系统收集受试者的下肢运动轨迹,并同步采集受试者小腿三头肌和胫骨前肌的肌肉活动信号。采用独立样本t检验与MannWhitney U检验,显著性水平为0.05。结果习惯RFS跑者峰值伸膝力矩与峰值伸髋力矩显著小于习惯NRFS跑者(P<0.05);习惯RFS峰值伸膝功率显著小于习惯NRFS跑者(P<0.05),其余结果均无显著差异。习惯NRFS跑者的重心垂直位移量具有小于习惯RFS跑者的趋势(P=0.054)。结论即刻转换为NRFS的RFS跑者的地面反作用力模式、踝关节力学和肌肉激活模式与习惯NRFS跑者相似,而峰值伸髋、伸膝力矩,以及峰值伸膝功率小于习惯NRFS跑者。习惯NRFS跑者较大的峰值伸膝力矩与功率可能说其在蹬伸时,膝关节参与做功更大;习而较大的伸髋力矩可能与较大的垂直刚度有关。因此,对于有跑姿转换需求的跑者而言,建议未来应该通过循序渐进的步态再训练,以实现更科学的跑姿转换。

关键词：

习惯足触地模式对跑步时小腿三头肌及胫骨前肌活动的影响

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医用生物力学 2024年第S1期 178-178页

作者：陆泽宇博凯邓力勤王纪超傅维杰上海体育大学“运动健身科技”省部共建教育部重点实验室

目的本研究旨在探究跑步中两种习惯足触地模式下踝关节主要屈伸肌肌肉活动与共激活的差异。方法10位习惯后跟(rearfoot strike pattern,RFS)和10位习惯非后跟触地模式(non-rearfoot strike pattern,NRFS)跑者分别在三维测力跑台上以9 k...

目的本研究旨在探究跑步中两种习惯足触地模式下踝关节主要屈伸肌肌肉活动与共激活的差异。方法10位习惯后跟(rearfoot strike pattern,RFS)和10位习惯非后跟触地模式(non-rearfoot strike pattern,NRFS)跑者分别在三维测力跑台上以9 km/h的速度用习惯足触地模式进行测试。采用红外运动捕捉系统收集受试者的运动轨迹,同步采集受试者内侧腓肠肌(medial gastrocnemius,MG)、外侧腓肠肌、比目鱼肌和胫骨前肌的肌肉活动信号。计算了目标肌肉在步态周期、支撑期、摆动期、预激活期(足触地前50 ms)的肌电均方根值以及肌肉共激活比率。采用独立样本t检验与非参数独立样本检验中的Mann-Whitney U检验(显著性水平为0.05)。结果在预激活期,习惯NRFS跑者的MG激活显著大于习惯RFS跑者(P<0.05);在摆动期,习惯NRFS跑者的MG激活显著大于习惯RFS跑者(P<0.05)。而其他阶段的踝关节屈伸肌共激活以及均方根值均无显著差异。结论与习惯RFS跑者相比,习惯NRFS跑者在预激活期和摆动期具有较高水平的MG活动,可能是在足触地前跑者通过肌肉主动调节使踝关节保持跖屈,以尽可能地减少触地时的冲击。

关键词：

不同跑步着地习惯对跟腱形态学及其负荷特征的影响

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足触地模式对跑步时内侧腓肠肌-肌腱复合体形态学和力学特性的即刻影响

医用生物力学 2024年第1期

作者：张希妮邓力勤肖松林傅维杰

来源：博看期刊评论

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足触地模式对跑步时内侧腓肠肌-肌腱复合体形态学和力学特性的即...

作者：邓力勤上海体育学院

学位级别：硕士

研究目的:前掌着地跑(Forefoot strike pattern,FFS)被证实具有降低冲击力、潜在减少冲击力相关的跑步损伤的优势。然而现阶段研究主要聚焦下肢运动学、动力学以及肌电的足触地模式差异,缺乏深层次地如对肌肉-肌腱复合体力学层面的理解... 详细信息

研究目的:前掌着地跑(Forefoot strike pattern,FFS)被证实具有降低冲击力、潜在减少冲击力相关的跑步损伤的优势。然而现阶段研究主要聚焦下肢运动学、动力学以及肌电的足触地模式差异,缺乏深层次地如对肌肉-肌腱复合体力学层面的理解。内侧腓肠肌-肌腱复合体的形态学和力学特性对跑步蹬伸效率至关重要。因此本研究基于超声同步运动捕捉系统的实时采集技术,旨在探究即刻转换足触地模式对内侧腓肠肌-肌腱复合体形态学及其力学特性的差异,以期为不同足触地模式对肌肉发力和蹬伸效率的影响提供更深层的生物力学依据,特别是在在体肌肉力学层面。研究方法:招募15名健康习惯后跟着地男性跑者,受试者穿着统一缓冲跑鞋并以9 km/h的跑步测试速度在后跟着地跑(Rearfoot strike pattern,RFS)和FFS条件下完成跑步实验。采用uSmart 3300超声影像仪实时获取跑步时内侧腓肠肌形态学影像,采用Vicon三维运动捕捉系统和Bertec三维测力跑台获取矢状面运动学和地面反作用力的数据,并计算踝关节运动学、动力学、内侧腓肠肌-肌腱复合体的形态学和力学特性指标。使用配对样本t检验比较两种足触地模式对参数的影响。显著性水平α设为0.05。研究结果:相比较RFS,1)FFS触地角度显著更小(FFS:-6.28±3.38°***:14.18±4.90°);2)FFS垂直地面反作用力蹬伸峰值显著更大(FFS:2.62±0.22 BW ***:2.44±0.22 BW),触地时刻背屈踝关节角度显著更小,踝关节功率峰值显著更大,踝关节峰值力矩显著更大;3)FFS触地、离地时刻内侧腓肠肌肌束长度(FFS:4.72±0.88 cm ***:5.56±0.79 cm;FFS:3.57±0.60 cm ***:4.11±0.80 cm)、支撑期肌束收缩量(FFS:1.40±0.69 cm ***:1.75±0.32 cm)、变化量及其变化率、蹬伸期肌束收缩率(FFS:0.04±0.04 ***:0.07±0.03)、峰值收缩速度显著更小(FFS:15.01±7.26 cm·s-1 ***:19.65±7.97 cm·s-1);肌肉峰值力量显著更大(FFS:1.19±0.18 BW ***:0.96±0.14 BW);4)FFS 触地时刻内侧腓肠肌-肌腱复合体长度显著更小,收缩速度和功率、拉伸量(FFS:2.32±0.60 cm ***:1.45±0.25 cm)、拉伸速度(FFS:37.15±8.45 cm·s-1 ***:22.69±5.94 cm·s-1)和功率显著更大。研究结论:相较于RFS,FFS时产生的蹬伸力量更大;FFS更大的跖屈峰值力矩,更小的收缩量和速度提示:FFS时肌肉可以在同等时间下以更少的肌肉收缩量产生更大力量,即内侧腓肠肌收缩效率更高;FFS时肌肉-肌腱复合体拉伸量、拉伸和收缩功率显著大于RFS说明:FFS时肌肉-肌腱复合体能更优地利用伸长-缩短周期,这提高了其储存和释放能量的能力,即优化了肌肉-肌腱复合体传递力的特性。综上,从肌肉力学角度出发,相比于RFS,即刻转换成FFS后内侧腓肠肌-肌腱复合体形态学和力学特性更优,从而产生更佳的蹬伸效率。

关键词：内侧腓肠肌肌腱跑姿形态学力学特性

跑姿再训练对跟腱形态学及等长收缩下跖屈力矩、跟腱力学特性的影响

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体育学刊 2021年第1期28卷 139-144页

作者：邓力勤张希妮肖松林杨洋傅维杰上海体育学院运动健身科技省部共建教育部重点实验室上海200438

探究12周跑姿再训练(GR)对等长收缩时踝关节跖屈力矩、跟腱形态学及力学特性的影响,以期为提高跟腱传递力、预防和减少跑者跟腱损伤风险提供有效训练方法。将受试者随机分为GR组和对照组(CON组),完成干预的受试者共34人,其中GR组20人,CO... 详细信息

探究12周跑姿再训练(GR)对等长收缩时踝关节跖屈力矩、跟腱形态学及力学特性的影响,以期为提高跟腱传递力、预防和减少跑者跟腱损伤风险提供有效训练方法。将受试者随机分为GR组和对照组(CON组),完成干预的受试者共34人,其中GR组20人,CON组14人。GR组穿着极简鞋进行前掌跑训练,CON组穿着原有跑鞋并保持原有的跑姿及强度进行跑步。干预前后使用超声影像联合等长收缩量化受试者跟腱长度及横截面积、跖屈力矩、峰值跖屈发力率、跟腱力、应力和应变。使用双因素重复测量方差分析进行统计。结果:12周跑姿再训练后,踝关节跖屈力矩存在时间的主效应(P<0.01),其中训练后GR组跖屈力矩增大的比例比CON组高17.1%;跟腱横截面积存在组别主效应(P<0.05),其中GR组的跟腱横截面积显著大于CON组横截面积,训练后GR组横截面积增大的比例比CON组高5.3%;跟腱力峰值存在时间主效应(P<0.01),其中训练后GR组跟腱力峰值增大的比例比CON组高17.1%。结论:12周循序渐进的跑姿再训练可以作为一种有效的干预手段,以增强踝关节屈肌力量,提高跟腱承载负荷和传递力的能力。

关键词：运动生物力学跑姿再训练超声影像跟腱跖屈力矩形态学力学特性

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跑步疲劳进程中下肢生物力学模式的非线性变化研究

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中国体育科技 2021年第3期57卷 29-36页

作者：罗震王俊清张希妮杨洋邓力勤傅维杰上海体育学院上海200438

目的:确定跑步疲劳进程中下肢生物力学模式的变化,包括垂直和前后地面反作用力(ground reaction force,GRF)、垂直地面反作用力(vertical ground reaction force,vGRF)负载率、关节力学和刚度。方法:14名男性受试,采用Vicon红外摄像头和... 详细信息

目的:确定跑步疲劳进程中下肢生物力学模式的变化,包括垂直和前后地面反作用力(ground reaction force,GRF)、垂直地面反作用力(vertical ground reaction force,vGRF)负载率、关节力学和刚度。方法:14名男性受试,采用Vicon红外摄像头和Bertec三维测力跑台,每隔2 min采集受试疲劳干预中的15 s GRF数据以及标记点轨迹。受试需穿着统一的跑鞋在测力跑台以恒速3.33 m/s跑至疲劳。满足以下标准时,干预结束:1)最大心率大于当下年龄的90%;2)受试不能继续跑步。对比受试跑至疲劳进程中4个时刻(疲劳前、33%、67%和100%)的着地冲击和下肢三关节触地角度、最大角度、关节活动度、角度变化量、关节蹬伸力矩和刚度等特征,采集并分析受试安静状态、疲劳后即刻、疲劳后4 min、疲劳后9 min的血乳酸浓度。结果:与疲劳前相比,1)血乳酸浓度在疲劳后即刻、疲劳后4 min和疲劳后9 min均显著增加;2)垂直/前后矢状轴GRF和vGRF负载率等参数在疲劳干预过程中均未观察到显著性变化;3)髋关节活动度在疲劳过程的33%、67%和100%时刻显著增加,膝关节活动度在67%时刻显著增加;4)踝关节运动学及踝、膝和髋关节的蹬伸力矩峰值均无变化;5)垂直刚度在67%和100%时刻显著降低。结论:疲劳干预过程中,GRF特征参数均没有明显变化,但是观察到下肢运动学和动力学模式的非线性改变。特别是从疲劳干预中期开始,人体下肢通过增加髋、膝关节活动度并减小垂直刚度实现“软着陆”策略,维持相似的冲击力特征,以减小长时间跑步可能带来损伤的风险。

关键词：测力跑台跑步疲劳关节活动度刚度

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12周跑姿再训练对等长收缩下跖屈力矩、在体内侧腓肠肌形态学特征的影响

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12周跑姿再训练对等长收缩下跖屈力矩、在体内侧腓肠肌形态学特征...

不同习惯跑姿对跑步时内侧腓肠肌-肌腱复合体特性与踝关节生物力学的影响

第十三届全国体育科学大会

作者：章楚怡邓力勤傅维杰上海体育学院运动健身科技省部共建教育部重点实验室

研究目的:随着马拉松赛事参赛规模呈井喷式增长,跑步已然成为了推动我国全民健身活动发展的重要运动项目。内侧腓肠肌作为跑步过程中贡献最大的跖屈肌之一,其形态学特征与运动表现和跑步经济性高度相关,在触地及蹬伸阶段通过储存和释放... 详细信息

研究目的:随着马拉松赛事参赛规模呈井喷式增长,跑步已然成为了推动我国全民健身活动发展的重要运动项目。内侧腓肠肌作为跑步过程中贡献最大的跖屈肌之一,其形态学特征与运动表现和跑步经济性高度相关,在触地及蹬伸阶段通过储存和释放大量能量以提高运动的功率输出和机械效率。现有的研究表明,不同的跑姿条件下肌肉、肌腱行为和跑步运动表现存在显著性差异。相比后跟着地跑,前掌着地跑时触地前跖屈肌的预激活使跟腱的张力增加,以抵抗着地过程中的高冲击力。同时,前掌着地跑更高的跖屈肌激活水平会增加小腿三头肌和其肌腱的负荷。目前多数研究已证实通过训练增加力学负荷,将会引起人体肌肉-肌腱的形态学和力学特性产生适应性变化。然而,快速转换跑姿会造成踝关节处承受重复、过大的负荷,这可能会使跑者患足底筋膜炎、跟腱病等损伤风险增加。因此,本研究采用循序渐进的跑姿再训练所增加的力学负荷可能更有利于内侧腓肠肌产生形态学的适应性变化,以潜在提高跑步经济性并预防肌肉损伤。综上,本研究基于超声影像结合等速肌力测试手段,旨在探究12周跑姿再训练对等长收缩下跖屈力矩、在体内侧腓肠肌形态学特征的影响,以期为探究跑姿转换后的肌肉形态学变化以及预防和减少运动损伤提供生物力学依据。研究方法:招募并选取34名健康男性后跟跑者（年龄:33.76±8.67岁,身高:173.37±5.58cm,体重:69.61±8.71kg）,并将其随机分配至实验组和对照组:实验组受试者需穿着Vibram五指鞋（3mm的橡胶外底,无鞋中底,0mm的前后跟落差）,采用前掌触地的方式进行自选中等速度的跑姿再训练,其中再训练的跑量依据受试者原周跑量的递增百分比值确定,仅替代部分的原有周跑量,剩余跑量按其原有跑步习惯进行;对照组受试者则是穿着自用跑鞋按照原有跑步习惯进行训练。干预训练共持续12周,每周3次。使用Terason uSmart 3300超声影像仪获取训练前后受试者的静态内侧腓肠肌图像,并通过Image J软件确定其肌束长度、羽状角、肌肉厚度。使用卷尺测量受试者的小腿长度（胫骨内侧髁到踝内侧髁的距离）,标准化肌束长度为肌束长度与小腿长度的比值。而后要求受试者俯卧于Con-trex等速肌力测试仪上进行踝关节跖屈的最大等长收缩,期间同步采集踝关节跖屈力矩数据以及在体内侧腓肠肌形态学变化图像,获取踝关节跖屈峰值力矩和初期跖屈发力率(RTD),标准化峰值跖屈力矩为峰值跖屈力矩与体重的比值。并通过Ultratrack软件对超声图像中同一条肌束进行手动的逐帧追踪,计算其长度、羽状角的变化量和肌束的峰值收缩速度。采用双因素（组别×训练前后）重复测量方差分析评估12周跑姿再训练对等长收缩下跖屈力矩、在体内侧腓肠肌形态学特征的影响。对于存在交互效应的参数,事后检验采用简单效应分析。显著性水平α设为0.05。研究结果:最终共有24名受试者符合测试标准（实验组12人,对照组12人）并纳入统计分析。两组受试者在年龄、身高、体重和周跑量不存在显著性差异（p>0.05）。在静态测试时,内侧腓肠肌标准化肌束长度存在显著的时间主效应（p=0.015）和交互效应（p=0.049）,事后检验显示,相比训练前,训练后实验组的标准化肌束长度显著增加（p=0.003）;肌束长度存在时间主效应（p=0.012）,其中训练后实验组的肌束长度增加比例为9.8%,对照组的肌束长度增加比例为2.2%。对于等长收缩下的跖屈发力率,RTD存在交互效应（p=0.014）,事后检验显示,相比训练前,训练后的实验组的RTD显著升高（p=0.038）;峰值跖屈力矩和标准化峰值跖屈力矩均无显著主效应及交互效应（p> 0.05）。在跖屈最大等长收缩测试时,内侧腓肠肌肌束的峰值收缩速度存在交互效应（p=0.009）,事后检验显示,相比训练前,训练后实验组的峰值收缩速度显著增加（p=0.018）;肌束长度变化量和羽状角变化量存在时间主效应（p=0.001,p=0.003）,其中,训练后实验组的肌束长度变化量增加比例为30.1%,对照组的增加比例为25.4%;实验组羽状角变化量增加比例为44.9%,对照组增加比例为23.0%。研究结论:本研究结果发现,相比训练前,12周跑姿再训练后实验组的内侧腓肠肌肌束长度、RTD以及肌束的峰值收缩速度显著增加,两组在训练后其跖屈最大等长收缩时内侧腓肠肌的肌束长度变化量和羽状角的变化量均显著增加。以上提示,相比跑步训练,跑姿再训练方案可以作为一种更有效的训练方法以增加肌肉收缩速度,潜在地提高跑步经济性。此外,实验组训练后显著增加的肌束长度意味着更长的肌节串联,可能有利于潜在地降低内侧腓肠肌损伤的风险。

关键词：跑姿再训练内侧腓肠肌跖屈力矩形态学

来源： cnki会议评论

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不同习惯跑姿对跑步时内侧腓肠肌-肌腱复合体特性与踝关节生物力...