一談論跑姿,總繞不開一個話題,那就是“着地方式”。着地方式基本可以分為腳後跟着地、前腳掌着地和全腳掌着地。研究發現,大部分大眾跑者採用腳後跟着地,而馬拉松運動員多數會採用前腳掌着地。
為什麼運動員與普通大眾在着地方式上呈現巨大差異?是因為速度不同,運動員跑得快,普通跑者跑得慢嗎?如果讓運動員跑慢一點,他們還會前腳掌着地嗎?不用在意什麼部位着地,自然落地就行,這句話對嗎?本節將深入分析着地方式。
首先強調一點,本節所説的前腳掌不是指腳尖,而是泛指腳前1/3的位置,專業術語為蹠骨頭所在位置。前腳掌着地也就是蹠骨頭着地。
一、對於前腳掌着地和腳跟着地的科學實證跑步着地時,體重加之慣性,人體會對地面產生2~3倍於體重的衝擊力,根據牛頓第三定律,有作用力必有反作用力。地面就會給人體大小相同、方向相反的反作用力。因此,我們可以感受到來自於地面的振動和衝擊,不合理的、過大的、持續的地面反作用力很可能對骨骼關節帶來負面影響,導致應力性骨折、關節磨損等問題。
那麼,怎樣着地才能減少來自於地面的反作用力?事實上,力不會變,改變的是力的作用效果,即將力緩衝掉。例如,當我們從高處跳下,如果我們的下肢關節都是完全伸直的,整個腳掌直接着地,那麼可以想象我們會伴隨砰的一聲落地,受到極大的地面反作用力,而如果我們充分屈曲下肢髖、膝、踝三個關節,用前腳掌着地,就會像貓一樣悄無聲息地落地,這樣就把地面反作用力消散於充分的緩衝中。
下圖的曲線描繪出了腳後跟着地的跑者,從腳後跟着地至腳掌離開地面過程中地面反作用力的變化。在着地初期,出現一個陡增的地面反作用力峯值,該力不僅很大,產生的速度也很快。也就是説,如果採用腳後跟直接着地,就無法利用腳踝的運動來進行有效的緩衝,在着地一瞬間,腳後跟上方的踝關節和膝關節受到峯值應力作用。
下圖顯示當採用前腳掌着地時,地面反作用力峯值消失,原因是轉變着地方式,通過足弓、跟腱和小腿肌肉代替腳跟吸收了衝擊力。同時,我們也需要注意到斜線上升變得緩和,這也表明地面反作用力被有效緩衝。
也就是説,採用前腳掌着地時,由於着地點是在腳掌的前方,着地瞬間腳後跟輕輕抬起,然後再下落,就是這麼一點極短時間的微小腳踝運動,就可以大大增加着地時的緩衝,從而減少地面對於人體的衝擊力。此外,着地時,從前腳掌快速過渡到腳跟,相當於把小腿跟腱拉長,跟腱具有彈性,就像皮筋一樣,皮筋拉長具有回彈力,所以前腳掌着地還可以將跟腱所具有的彈性勢能儲存起來,在腳蹬伸階段釋放,增加向前動力,從而提高跑步效率。這就是前腳掌着地的好處。
所以,我們通過受力分析是想説明,腳後跟着地是觸地方式的一種,本身並沒有問題,腳後跟着地也不等同於錯誤着地動作。但腳後跟着地的確會在觸地時受到瞬時峯值應力作用,即在極短時間遭受額外的衝擊力,這是腳後跟着地不可避免的現象。例如,汽車交通事故發生率比飛機高,但不代表汽車就是不安全的交通方式,我們選擇汽車出行,就得承擔相應的安全風險,僅此而已。腳跟着地就得承受峯值受力。
二、不僅要考慮着地方式,着地位置和配速也很重要探討着地,我們往往會陷入一個陷阱,那就是隻關心着地的部位,而忽視着地的位置。着地位置是指在着地時,下肢髖、膝、踝三個關節的位置關係。用通俗的話來説,就是着地點比較靠前、遠離重心,還是着地點比較靠近重心,因為着地位置很大程度上也決定了受傷風險。
而配速與着地的關係就少有人去分析了,不同速度下着地方式有細微區別嗎?着地方式是一成不變的嗎?優秀運動員更多采用前腳掌着地,那很有可能是因為他們跑得快,讓運動員跑慢點,他們還是前腳掌着地嗎?普通跑者多數採用腳後跟着地,那讓他們跑快起來,他們也仍然採用腳後跟着地嗎?帶着這些令人困惑的問題,同時也是為了回答這些長期縈繞在跑者心中的疑問,我們研究了優秀馬拉松運動員不同配速下的着地方式,結果相當有趣,也出乎意料。
三、不同配速着地實地拍攝與動作分析我們讓王田在田徑場以6:00、5:00、4:00和3:304種不同速度跑步,拍攝其着地。由於觸地時間很短,一般僅有200~300毫秒,着地就更為短暫,普通攝像機根本無法捕捉到着地瞬間畫面,我們採用每秒可拍攝120幀畫面的gopro高清運動攝像機。同時為了不影響王田的跑姿,避免她為了讓攝像機拍到着地畫面,改變跑姿,刻意剎車和調整步子,我們架設了四台gopro高清運動攝像機。這樣既可以讓她放鬆跑,也能確保捕捉到着地的清晰畫面。拍攝完成後,我們採用Kinovea生物力學分析軟件進行動作解析。
1.配速為6:00時的着地方式與着地位置速度為6:00是有一定跑齡、大多數普通跑者平時跑步的配速,很具有代表性。對於王田這樣的運動員來説,6:00很有可能就是熱身跑或者訓練結束時的放鬆跑的配速。在6:00配速下,王田着地有哪些特點?先看看6:00時她的整體跑姿。
讓我們一起看看6:00配速時的着地畫面。
6:00配速着地方式分析總體來説,6:00配速速度不快。在該速度下,王田既不是腳後跟着地,也不是前腳掌着地,而是採用了介於二者之間的着地方式——全腳掌着地。王田是採用全腳掌的外側先着地,然後迅速過渡到全腳掌內側着地,這個過程在專業上被稱之為着地時的足外翻。
為什麼着地時會伴隨足外翻?由於腳本身結構的關係,當我們腳懸空時,正常情況下都是腳掌外側比內側低,即騰空時,腳處於輕度內翻狀態。因此在着地瞬間,腳掌的外側緣必然先接觸地面,然後才是全腳掌着地,這個過程稱為足外翻。一會兒內翻,一會兒外翻,想必跑者也是被這些專業詞彙搞暈乎了,大家不用糾結,其實只需要明白一點,落地時腳外側緣先着地是自然合理的現象,如果沒有這個現象,那反倒有問題。
6:00配速着地位置分析在着地瞬間,着地位置在重心投影點前方,但距離重心投影點並不遠。有一種似乎被資深跑友廣為接受的説法是:重要的不是腳後跟着地,還是前腳掌着地,而是着地點應當在重心正下方,即臀部正下方。從右圖看,似乎這種説法仍然不夠精準,着地點事實上並非在重心正下方,而是略微靠前,即着地點在重心前方。
其實,着地點也並不是那麼重要,最為重要的是着地時膝關節不要完全伸直,而是保持略微彎曲。從右圖可以清楚地看到着地時,膝關節角度大約呈163度,這樣通過着地時的膝關節彎曲和隨後膝關節積極下壓,就可以有效緩衝,避免膝關節受到過大的地面反作用力。因為彎曲的物體可以實現力的消解,而完全伸直的物體力的傳導效率比較高。
那麼什麼時候,腳的位置與重心垂線重合?我們看右圖,當着地後,重心隨着慣性往前,當膝關節角度達到143度時,腳的位置才在重心正下方,這也證明了膝關節從着地時的163度減少至143度,體現了積極下壓膝關節,緩衝地面反作用力,併為接下來蹬伸階段存儲肌肉肌腱彈性勢能。
6:00配速着地小結6:00較慢配速時,沒有必要一定要前腳掌着地,因為速度慢時,觸地時間相對長,前腳掌着地反而導致小腿和足踝部肌肉長時間緊張。當然,這也不表明腳後跟着地在6:00配速時就是最佳的,前文説了,無論什麼配速,只要腳後跟着地就會受到峯值應力。因此全腳掌外側着地可能更為合理,然後快速過渡到全腳掌着地。着地點不必刻意要求一定在重心正下方,可略微靠前一點,重要的是着地時膝關節避免伸直鎖死狀態,而是自然彎曲一點,這樣可以有效進行緩衝。
2.配速為5:00時的着地方式與着地位置5:00配速着地時的畫面5:00配速着地方式分析從照片和視頻中可以清楚地看到,王田5:00時着地方式幾乎與6:00完全一致,採用的是全腳掌外側着地,着地時發生了明顯的、小幅度的足外翻,至於為什麼會發生足外翻,在6:00配速着地分析已經做了詳細解釋。
為了緩衝着地時高達2倍以上體重的地面反作用力,不一定非得前腳掌着地,全腳掌外側先着地,然後快速過渡至全腳掌着地也是合理的。全腳掌外側着地相比前腳掌着地,減少了腳踝和小腿肌肉的過度緊繃。換句話説,很多跑者由於腳踝、小腿力量不夠,無法實現長時間前腳掌着地,但腳跟着地又會帶來瞬時峯值應力,介於二者之間的全腳掌外側着地就有可能成為大眾跑者的最佳選擇之一。
5:00配速着地位置5:00配速着地位置分析在5:00配速時,着地點同樣不在重心正下方,而是略微靠前,膝關節角度為162度,着地位置與6:00配速相比,幾乎完全相同。也就是説重要的不是着地一定要在重心正下方,而是保持膝關節彎曲以利緩衝。如果刻意一定要讓着地點在重心正下方,就容易導致步幅縮小,不敢邁腿。當重心移動至腳正上方時,膝關節彎曲角度更大,達到136度(6:00為143度),説明膝關節積極下壓進行緩衝和勢能儲存。
5:00配速着地小結與6:00配速相比,雖然5:00速度加快了很多,但着地方式卻與6:00相差無幾,5:00配速時,仍然表現為既不是前腳掌着地,也非腳後跟着地,而是全腳掌外側着地。着地位置在重心前方一點點,但也不會特別靠前,着地時膝關節保持一定彎曲角度(162度)。
3.配速為4:00時的着地方式與着地位置配速為4:00對於運動員來説,不算什麼,但對於大眾跑者而言,速度那是相當快,這樣的跑者一定是民間大神。配速為4:00意味着半馬1.5小時(1小時24分)不到就能跑完,全馬3小時(2小時48分)不到就能跑完。這也是王田平時訓練的常見速度,在該速度下,她表現為怎樣的着地方式?還是先看整體跑姿。
3:30配速着地時的畫面3:30配速着地方式分析3:30配速着地方式與4:00基本一致,明顯表現為前腳掌外側緣先着地,然後迅速過渡到前腳掌內側和腳跟着地。也許普通跑者在該速度下也會不知不覺採用前腳掌着地。
3:30配速着地位置3:30配速着地位置分析着地點雖然在重心前方,但距離重心投影點並不遠,同時膝關節仍然保持163度彎曲,與4:00、5:00、6:00配速相同。當重心過渡到腳正上方時,膝關節彎曲角度減少至132度,與4:00配速時膝關節彎曲角度一致,説明隨着速度進一步加快,膝關節不會無限地繼續彎曲緩衝,因為過度的屈膝緩衝會導致身體重心起伏過大,導致跑步支撐期時間延長,速度損失過多。大家還注意到一個細節嗎?擺動腿摺疊幅度非常大,腳跟快踢到臀部了,這也是優秀運動員重要的跑步特徵,小腿提拉摺疊效果好,有利於高速省力地跑。
3:30配速着地小結當達到3:30配速時,王田着地方式與4:00基本一致,表現為前腳掌外側着地,着地位置和關節角度沒有明顯變化,同時膝關節緩衝彎曲角度也沒有進一步增大,但擺動腿摺疊更加充分。
四、優秀運動員不同配速着地總結作者與王田交流,她説專業運動員跑步基本都是採用前腳掌着地,但通過測試分析王田6:00、5:00、4:00、3:30這4種速度下的跑姿,我們可以清楚地發現。
1.優秀運動員在不同配速下,着地方式不是一成不變的,而是相對動態地變化。具體來説,在5:00以外的速度下,王田並非採用前腳掌着地,而是全腳掌外側先着地,通過輕度足外翻,快速過渡至全腳掌着地,而在4:00以內,就體現為典型的前腳掌着地,更精準的説法應該是前腳掌外側率先着地,然後快速過渡到前腳掌內側和腳後跟着地。上述結果説明,着地方式事實上與配速有關。
2.關注着地不能僅僅看着地方式,還要看着地位置。有趣的是,在4種速度下,着地位置幾乎完全相同,表現為着地點在重心投影點略微靠前一點,既不在重心正下方,但也不會距離重心投影點太遠,膝關節在着地時保持彎曲,約呈162度角。作者認為着地時膝關節角度可能比着地點的位置更有意義,避免着地時膝關節伸直鎖死,保持輕微彎曲,一方面可以分解膝關節受到的地面反作用力,另一方面可以通過積極下壓緩衝,進一步減少膝關節受到的作用力併為蹬伸儲備彈性勢能。
五、優秀運動員着地姿態對大眾跑者的啓示1.着地既是正確跑姿的要求,也是優美跑姿的體現。“着地不重要,自然下落着地即可”,這對於指導大眾其實並不可取。着地方式與配速有關,隨着速度加快,着地部位逐漸朝前。
2.相比前腳掌或全腳掌着地,腳後跟着地的確會在觸地時受到瞬時峯值應力作用,即在極短時間遭受較高的衝擊力,這是腳後跟着地無法迴避的現象,但並不代表腳後跟着地就一定存在問題,也不能把腳後跟着地等同於錯誤着地動作。腳後跟着地容易使膝關節受力較大,而前腳掌着地容易使足踝小腿受力較大,總的地面反作用力幾乎不會因為着地方式而改變,地面反作用力就是體重的2~3倍,能改變的是通過合理着地,提高對於地面反作用力的緩衝能力,避免受傷。
3.着地方式各有不同,但由於腳的結構特徵,無論是腳後跟還是腳掌,往往都是外側先着地,也即着地時存在明顯但小幅度的足外翻,足外翻的存在也極大幫助了我們着地緩衝,這一點幾乎被大家所遺忘。如果存在過度的足外翻(例如力線異常型扁平足)或者高足弓(足內翻),影響到了着地時自然的足外翻過程的話,那麼這樣的着地就藴含了較大的受傷風險。這也是為什麼扁平足、高足弓人跑步容易出現傷痛的原因。
4.優秀運動員的着地方式也許可以啓示我們,在慢速跑步時,採用全腳掌外側着地既避免了腳後跟着地的弊端(容易受到較大的峯值應力),也避免了一味前腳掌着地腳踝小腿肌肉容易緊張疲勞的問題。這或許是一種更加合理的着地方式。而在快速跑步時(4:00以內),一定是前腳掌着地更有優勢。當然再次提醒,大家可以去嘗試體驗,並不代表一定適合每個人。
5.跑者也許過度關注了着地方式,但卻忽視了一個重要問題——着地位置,着地由着地方式和着地位置共同組成,着地位置某種意義更為重要。合理的着地位置為:着地點在重心投影點略微靠前一點,既不是在重心正下方,但也不會距離重心投影點太遠,膝關節在着地時保持彎曲非常必要。跑者應當極力避免腳跟着地同時膝關節伸直鎖死的着地方式,即甩小腿跑法,這種跑法對於下肢關節傷害極大。
6.優秀運動員速度快,採用前腳掌着地理所當然。但跑者如果完全照搬模仿,就會出現很多問題,因為着地與配速、力量、跑姿都有關係。但是,當優秀運動員把速度降低,仍然沒有采用腳後跟着地,這一點值得我們進一步研究。
最後,以上觀點來自實際測試與分析思考,對於着地這樣一個備受爭議的話題,並不代表最終結論或一定正確,僅供跑者思考、討論。
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