不同触地模式对跑步经济性的影响研究进展

不同触地模式对跑步经济性的影响研究进展

毛俊杰

杭州师范大学体育学院   311121

摘要

跑步触地模式被认为是跑步经济性的潜在影响因素之一，近年来一起许多研究者的关注。本文从动力学和能量代谢两个方面总结了跑步触地模式对跑步经济性的影响。目前研究发现不同触地模式的肢动力学存在差异，但在能量代谢上出现不一致的结果。

0 引言

根据跑步触地模式分类，跑步技术通常分为前足触地（rearfootstrike, RFS），中足触地（midfootstrike, MFS）和前足触地（forefootstrike, FFS）。以最初与跑步表面接触的足部位置作为界定标准，RFS定义为足跟先接触地面；MFS定义为足跟和脚掌（跖骨所在区域）同时接触地面；FFS定义为的前脚掌在足跟之前接触地面[1]。

跑步经济性（runningeconomy, RE）是指在给定次最大跑速下的耗氧量，而触地模式对RE的影响近年来一直是跑步相关研究的关注点。有研究发现顶尖高水平长跑运动员在比赛中更趋向于采用中足或前足触地跑步[2, 3]，这引起很多研究人员的兴趣。已有研究表明，相比较RFS，FFS会增加缓冲阶段的能量存贮和蹬伸阶段弹性势能的释放[4]，并由此认为FFS跑步可能提高跑步经济性。有研究发现RFS即刻转变为FFS后，有更高的跑步经济性[5]，但也有研究发现FFS与RFS之间没有跑步经济性差异[6, 7]。不同触地跑步动力学差异可能是导致机体产生不同的适应性策略，该过程中可能存在能量代谢的差异，而目前对不同触地模式的能量的研究尚未有普遍的一致性结果。

1 不同触地模式对能量代谢的影响

已有研究探讨了不同触地模式的能量代谢差异。Gruber等人[8]的研究结果发现，习惯性FFS和RFS之间的耗氧量（）和碳水化合物氧化率（%CHO）均无差异。此外，Di Michele等[9]也得出了相似的研究结果，习惯性RFS跑者与习惯性MFS跑者之间的耗氧量没有差异。

在Gruber等人的研究中，两种习惯性触地模式之间的跑步经济性相似，在慢速（3.0m/s）和中速（3.5m/s）的情况下，习惯性RFS跑者执行FFS会增加和%CHO，这符合对RFS组的假设，但习惯性FFS组的耗氧量没有发现差异。而在更大速度（4.0m/s）的下，两组触地模式跑者FFS的均明显大于RFS，这与假设不符。由此可见，不同习惯性触地模式的跑者在执行非习惯性触地模式跑步时，FFS并没有表现出比RFS更经济。值得注意的是，在高跑速（4.0m/s）情况下，习惯性FFS跑者组在执行不习惯的RFS时反而降低了耗氧量，这似乎表明在该速度下，RFS的跑步经济性更高。

2 不同触地模式的下肢动力学对跑步经济性的影响

与FFS相比，RFS会产生更大的垂直冲击力[10]，而FFS的地面反作用力峰值都比RFS更高[11]，此处地面反作用力峰值并不是指冲击力峰值，而是指蹬伸力峰值，更高的蹬伸力意味着FFS能够产生更大的跑步速度，这对于更好的比赛成绩是有利的。FFS的膝关节力矩比RFS小，但踝关节力矩更大[12]， FFS踝关节做负功更大，而RFS膝关节做负功更大[13]。相比RFS，FFS跑步时，股四头肌的峰值力和平均腘绳肌的力量下降，而腓肠肌和比目鱼肌的力量增加[14]。在缓冲阶段，RFS跑步时膝关节产生更大的负功，这表明膝关节周围肌肉在缓冲期做更大的功以衰减冲击力，而FFS更多在踝关节依靠小腿三头肌离心收缩以衰减冲击力。FFS跑步时小腿三头肌、跟腱和足弓增加弹性势能的吸收，并转化为蹬伸力，但在缓冲过程中，小腿三头肌相比RFS增加了离心做功，尤其是腓肠肌[15]。

此外有研究通过Hill型肌肉模型来估计不同触地模式下小腿三头肌的能量代谢，结果发现小腿三头肌能量代谢与全身代谢均无显著差异[16]，但该研究并未使用直接或间接热量法估算耗氧量及代谢物的能量代谢比例，无法准确说明动态下真实的能量代谢情况。跑步过程中下肢的发力出现在支撑期，只有在支撑期的蹬伸阶段发力才才能维持身体前进，而FFS相比RFS能够产生更大的蹬伸力，理论上FFS或许能够在不明显增加能量代谢的情况下有限地增大跑速，从而提高跑步成绩。虽然已有研究发现触地模式与速度的关系[17, 18]，但主动转变触地模式是否会改变跑速尚未知。

3 不同触地模式的下肢运动学对跑步经济性的影响

一些研究对RFS和FFS的时空参数的区别进行了调查。结果发现，前足落地的跑步者有更短的步长、更高的步频和更短的触地时间[12]，而触地时间又与跑步经济性和最大速度显著相关[19]。

Nummela等[19]要求受试者完成6次跑步实验，从5.0m/s开始，逐次递增0.4m/s，发现当受试者速度低于7m/s时，速度增加是通过增加步长和步频来实现的，而在速度高于7m/s时，步频是速度增加的唯一原因，而步频的增加是由于在速度低于6m

/s时地接触时间减少所致。氧消耗和能量消耗本身随速度的增加呈线性增加[20]，因为提高跑速需要肌肉更大程度发力，虽然FFS并不比RFS更经济，但需要看相对应的跑步成绩，如果FFS跑步能达到更高的跑速和更短的比赛完成时间，那么FFS依旧存在一定优势。

另外也有研究发现跑速与触地模式的关系。Hasegawa等[21]对一次高水平马拉松比赛中的运动员进行了触地模式的调查，发现总体RFS（74.9%）比例最高，MFS（23.7%）次之，FFS（1.4%）最低，但在速度最快的前50名运动员中，MFS的比例显著增高，因此触地模式可能与速度之间的关系。

4 结语

很多学者一直关注跑步方式的能量代谢特征，并希望试图能够发现更节能、更经济的跑步技术。目前一些研究认为RFS与FFS没有跑步经济性差异，甚至有研究认为RFS更经济。此外，实验室研究中很难做到疲劳后的能量消耗差异，在赛段后程，机体因为疲劳可能会出现不一样的能量代谢特征，未来的研究可以关注速度和疲劳对不同触地模式的跑步经济性的影响。

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