研究背景:随着健身人群的不断增加,尤其是马拉松跑在民间的兴起,人们对跑步鞋的选择日趋科学性和功能性。弯曲刚度作为一种鞋中底特性,指的是鞋前掌在跖趾关节处弯曲单位转角所需要施加的力矩。研究表明,前足弯曲刚度直接影响跑步、跳跃、短跑和多向运动等多种运动的表现,并通过限制跖趾关节过度伸展预防跖趾关节损失。而弯曲刚度对长时间跑的影响研究较少。研究目的:本研究目的在于探讨通过给跑鞋替换不同弯曲刚度的EVA鞋垫后,跑鞋整体弯曲刚度改变在长时间跑步运动中产生下肢生物力学特征的影响,为运动鞋的设计与研发提供理论基础,以及为跑步爱好者选择合适的刚度提供更有针对性的建议和参考。研究方法:定制四种不同弯曲刚度的运动鞋鞋垫,分为低刚度、中等刚度、较高刚度和高刚度鞋垫。筛选出12名满足条件的跑步爱好者,通过受试者随机抽签决定四双不同刚度鞋垫的实验顺序,四次实验每次实验相隔一周。每次实验进行5min的特定速度热身后跑步机加速至自选速度,持续进行跑台跑直到达到预定的时间。在10min以及长时间跑结束时,使用Vicon三维运动捕捉系统和Bertec测力跑台等设备同步采集运动学、动力学以及RPE得分与心率等相关数据。四次实验全部结束后采用双因素重复测量方差分析统计学方法比较时间以及不同刚度这两个因素对于下肢生物力学指标的影响。研究结果:长时间跑台跑的生物力学测试中,跑前低刚度鞋垫最大蹬伸力大于中等刚度(P=0.018)、较高刚度(P=0.011)以及高刚度(P=0.016)。中等刚度鞋垫跖趾关节能量损耗低于低刚度组(P=0.029)与高刚度组(P=0.022),但踝、髋关节能量产生增加。跑后膝关节正功低刚度组显著大于较高组(P=0.012)以及高刚度组(P=0.043)。跖趾关节矢状面力矩、最大正功率、背屈最大角度,踝关节背屈力矩、外翻力矩、屈伸活动度、内外翻活动度、背屈最大角度、膝关节内外翻活动度、屈曲最大角度,髋关节内外旋活动度等参数时间因素上有统计学差异,跑后大于跑前(P<0.05),跑后踝关节触地角度较高刚度组大于中等刚度组(P=0.005),跑前跖趾关节关节活动度较高刚度大于低刚度(P<0.001)和中等刚度组(P=0.01),跑后较高刚度组小于低刚度组(P=0.014)与高刚度组(P=0.039)。跑前跖趾关节最大背屈角度较高刚度组小于低刚度组(P<0.001)以及中等刚度组(P=0.023)。踝关节离地角速度、背屈最大角速度,膝关节伸最大角速度,髋屈曲最大角速度时间因素上有统计学差异,跑前大于跑后(P<0.05)。跑鞋弯曲刚度对跖趾关节背屈最大角度、跖屈最大角度、背屈最大角速度和踝关节最大负功率、离地角度、背屈最大角度、背屈和跖屈最大角速度之间差异具有显著性(P<0.05),弯曲刚度也对膝关节最大伸膝力矩、外展力矩差异具有显著性,髋关节无显著性差异。研究结论:(1)跑鞋弯曲刚度主要对跖趾关节与踝关节运动学参数产生影响;(2)对于跑步爱好者中等刚度与较高刚度之间存在着能量节省的最适刚度;(3)较高的跑鞋弯曲刚度可通过限制跖趾关节背屈和活动度起到保护跖趾关节的作用;(4)较高跑鞋弯曲刚度通过增加踝触地角度起到减震效果,且较高刚度跑前跑后都有着最小的踝外翻角度,同时低刚度踝外翻角度最大;(5)低刚度跑鞋有着较高的推动力,但过多依赖膝关节做功可能存在损伤风险。