探究不同跑鞋对足底压力的影响及优化制鞋工艺的理论依据

探究不同跑鞋对足底压力的影响及优化制鞋工艺的理论依据

三种经典跑鞋鞋底对人体行走时足底受力变化的影响

郑志勤、石汉生、熊峰

（三峡旅游职业技术学院马克思主义学院，湖北宜昌）

摘要：本文利用足底压力测量系统测量了三种经典跑鞋的鞋底对人类行走过程中足底力值变化的影响，并探讨了它们的差异。结果表明，穿着耐克跑鞋行走时鞋底接触面积最大。该跑鞋可以提供比Nike Air跑鞋和Boost跑鞋更好的缓冲效果，减弱震动，减少冲击力； Nike Air跑鞋的内力值和外力值更加均衡。 ，行走过程中脚的内翻和内翻没有太大区别，稳定性比其他两款跑鞋要好。这项工作可以为制鞋企业优化制鞋工艺、运动员突破极限提供一定的理论依据。也为马拉松爱好者选购跑鞋提供参考。

关键词：跑鞋；步行;足底压力

三种鞋底受力情况

郑、石、熊峰

（三、中国）

：三只鞋的鞋底受力均由 。表明，当穿耐克鞋时，鞋底的面积是 。这款鞋可以比 Nike Air 鞋和 Boost 鞋还要给力。 Nike Air鞋有一个气垫，而脚掌处没有气垫，因此这款鞋比其他两款鞋有气垫。这项工作可以作为鞋到鞋和打破其的基础，同时也可以用于鞋。

： 鞋; ;

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第一作者简介：郑志勤（1995年12月—），男，土家族，湖北宜昌人，硕士，研究方向：运动人体学、运动生物力学。

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介绍

随着科技的发展，鞋类设计中的功能相关材料都得到了不同程度的更新，现在越来越流行崇尚轻便舒适的运动鞋。为了跟上不断变化的趋势，现代马拉松跑鞋（例如缓冲、稳定性和极简跑鞋）开发中使用的结构和工程技术等改进设计影响人体生物力学并有助于预防运动损伤[1]并开发技术在跑鞋中添加或改进各种材料以开发各种功能（鞋面透气性、前掌弯曲刚度、脚跟到脚趾高度差、扭转弯曲刚度和压力释放缓冲）的鞋子已成为现代跑鞋研究的核心热点[2]。它是马拉松跑鞋研发领域的全球领先者，其Nike和Nike Air Zoom跑鞋的独特设计赢得了大量粉丝。同样，2013年，该公司使用了该公司开发的新型热塑性聚氨酯（TPU）胶囊缓冲材料，该公司将其命名为Boost。相关研究证明，它可以提供更稳定的运行，并且不易发生大变形[3]。其他制鞋商也迅速效仿，引发了当前的泡沫缓冲热潮。与传统的跑步损伤模型一样，尽管大量研究考察了不同鞋型对这些参数的影响，但只有少数研究考察了不同类型的跑鞋如何影响足部和下肢生物力学。因此，本文旨在探究三种经典跑鞋在行走过程中足底受力值的变化，探寻它们的差异，为制鞋企业进一步探索增强型运动鞋技术、优化制鞋工艺提供重要的理论依据。 ，并让运动员突破自己的极限。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本次实验选取了4名业余马拉松运动员参加本次实验。他们年龄23.2±3.8岁，身高170±3.5厘米，体重70公斤，鞋码42，跑步时后跟着地，45分钟跑完10公里。关于。研究对象需要满足以下要求：受试者在整个测试期间保持平常的饮食摄入量并避免饮酒；无下肢手术史；检测前1个月内无严重肌肉骨骼或关节疾病；此前向受试者讲解了相关实验要求、测试动作要求、实验流程等。所有受试者在实验前均签署知情同意书。

图1 实验鞋（从左到右，Nike、Nike Air、Boost）

1.2 研究方法

采用Emed-pedar系列鞋垫式足底压力测量系统（研发）。采集频率为100帧/秒，配备不同类型的鞋垫。 Pedar控制盒的最大扫描速度为20000次/秒。当分布在两个鞋垫上的所有 198 个传感器同时工作时，最大采集频率为 100 Hz。分析软件是足底力系统自带的测量分析系统管理软件。

根据前期研究，Emed-pedar足底压力测量采集系统将鞋底分为外侧和内侧区域，同时将鞋底的这两个部分分为9个区域，即足跟内侧（M01）、足跟外侧(M02)、脚内侧弓(M03)、外侧弓(04)、第一跖骨(M05)、第二和第三跖骨(M06)、第四和第三跖骨第5跖骨(M07)、第1指骨(M08)、第2～第5指骨(M09)，如图2所示。

图2 足底分区

从实验开始到结束，穿着跑鞋时收集足底峰值压力。每5分钟测量一次该值，总共12次。将上一次的值减去上一次的值即可得到足底峰值压力的变化值。观察变化值，可以看到不同阶段脚底不同区域的变化。收集的数据对多个配对样本进行非参数检验（测试）。

2 研究结果分析

2.1 足底压力区

受试者穿着不同类型的马拉松跑鞋，以1 m/s的速度在跑步机上行走。每 5 分钟记录一次数据。总共记录了12组数据。多配对样本的非参数检验（测试）结果显示，穿着不同类型的马拉松跑鞋（Nike、Nike Air、Boost）行走时，最大力量值、峰值压力、脉冲等均在足弓外侧（M04）、第二和第三跖骨（M06）、第四和第五跖骨（M07）以及第一跖骨(M05)面积差异显着(P<0.05)，第1指骨(M08)和第2-5指骨(M09)面积存在显着性差异(P<0.05)。 P<0.05）M04、M06、M07、M08 和 M04、M06、M07、M08 中 NA 和 NV、NA 和 AD、NV 和 AD 之间在M09区域中，NA和AD之间存在显着性差异，事后比较发现存在显着性差异。 NA 和 AD 之间的差异（P<0.05）。

2.2 穿着不同鞋子的力学分析

2.2.1 穿着III类马拉松跑鞋行走时的足底压力

从图3可以看出，由于初始值较高，Boost在5分钟后开始下降，在第20分钟下降到整个过程的最小值，然后上升，之后基本变化不大，趋势整个过程比较温和。不过，Nike和Nike Air整体上都呈现出缓慢增长的趋势。观察三双鞋整体趋势，整体趋势向上，足底压力值Boost>Nike Air>Nike。

图3 穿着不同类型马拉松鞋行走时足底压力

2.2.2 穿着Ⅲ类马拉松跑鞋行走时足底接触面积

研究结果显示，Nike第一跖骨承重比例约占跖骨总量的37.21%，Nike Air第一跖骨承重比例约占跖骨总量的43.43% ，Boost第一跖骨的承重比例约占跖骨总量的35.46%。对比三双鞋的鞋底接触面积可以看出，Nike 和 Nike Air 的接触面积相差不大。两者均在5分钟时开始增加，之后基本保持不变。不过Boost的整体接触面积最小，面积为35分钟。达到最大值，然后缓慢下降，总体呈现“增—减”趋势。从图4可以看出，接触面积为Nike>Nike Air>Boost。

图4 穿着不同类型马拉松鞋行走时足底接触面积

2.2.3 穿着III类马拉松跑鞋行走时的足底冲量

结果表明，Nike和Nike Air的冲量初始值较小，然后逐渐增大。 Nike在30分钟后逐渐稳定，Nike Air在35分钟达到最大值，然后略有下降。然而，35分钟后，整体冲动变得更加稳定。到稳定。 Boost一开始有较大的冲量值，整体趋势基本保持不变。三者对比，脉冲值显示Boost>Nike Air>Nike。

2.2.4 穿着三种马拉松鞋行走时足部内侧、外侧受力值

足底压力测试系统可以将脚底分为外侧区域和内侧区域，研究结果显示在脚的外侧区域。研究结果显示，Nike和Nike Air的内脚受力值整体呈上升趋势，而Boost的内脚受力值上下波动，整体受力值小于Nike的受力值和耐克空气。穿着三种马拉松跑鞋行走时测得的脚外力对于这三种跑鞋来说是相同的。呈现出整体上身趋势，Boost和Nike Air的整体实力要大于Nike。从脚部整体面积来看，三款跑鞋中，Boost的内力值较小，外力值较大；耐克的内力值大于外力值；而且Nike Air的内力值和外力值都比较均衡。

压力分布在所有跑鞋和足部的所有区域，每种类型的跑鞋的压力分布趋势不同。穿着Ⅲ型马拉松跑鞋行走时，脚底外侧弓（M04）、第2、3跖骨（M06）、第4、5跖骨（M07）、第1指骨（M08）、第2跖骨-5节方阵（M09））区域，最大力值、峰值压力、冲量存在一定差异。在第一跖骨 (M05) 区域，仅显示 NA 和 AD 之间的差异。随着时间的推移，穿鞋会改变足弓的弧度，导致足弓塌陷，从而导致脚底压力增大。三款跑鞋中，Boost压力最高，这也和鞋底的接触面积有关。由于长时间行走，足弓的负荷逐渐增大，足底肌肉和小腿肌肉开始发挥代偿作用[4]。导致鞋底接触面积发生变化。

足底冲量的分布被定义为一个物理量，它是每个单位冲量的大小乘以其距足底冲量中心的距离的平方所形成的所有乘积的总和[5]。冲力表示在一定时间内对脚底各区域持续施加的力的累积效应。 Boost跑鞋的鞋底比Nike跑鞋和Nike Air跑鞋更硬。脚与地面接触时的压力较大，产生较大的冲力。同时，耐克跑鞋的中底采用弹性泡沫，增加了接触时间，可以有效缓冲脚接触地面时的力量。较软的中底可以减少冲击力。从脚部整体面积来看，三款跑鞋中，Boost内侧受力值小，外侧受力值大，容易出现轻微内翻； Nike的内侧力值比外侧力值大，容易出现轻微外翻； Nike Air 的内外相对平衡，稳定性较好。

跑步过程中，脚踝是压力传递的关键部位，其承受的压力可达体重的3倍[6]。大多数高水平跑步者都是前脚先着地。穿着耐克跑鞋时，其缓震效果比其他两款跑鞋要好。显然，这需要更高的脚踝力量，而专业的马拉松跑者比普通跑者拥有更强的脚踝力量和更好的控制能力。因此，在选择跑鞋时，专业马拉松跑者可以选择耐克跑鞋，业余跑者可以选择耐克跑鞋。跑步者可以购买Nike Air跑鞋或Boost跑鞋。

3 结论与建议

Nike跑鞋可以提供比Nike Air跑鞋、Boost跑鞋更好的缓冲效果，并且可以减弱冲击时的振动，减少冲击力，增加脚底与地面的接触面积； Nike Air跑鞋的内外力值更加均衡，行走过程中内外倒立没有太大差异，稳定性比其他两款跑鞋更好。专业马拉松运动员可以购买Nike跑鞋，业余马拉松爱好者可以购买Nike Air跑鞋。

参考：

[1] M．在中的作用[J]．体育,2002,12(02):407-415。

[2]。阿迪达斯BOOST技术用足够的能量改变你的运动生活[J].中国服装，2015（04）：14-19。

[3]DAY SM，P D.风险与[J]． ，2010，2(04)：301。

[4] SK、MJ、JONES AM. 两小时：女性的意义是什么？[J]. ，2015，118（10）：1321-1323。

[5] M J.：基于[J]。 ，1991，70(02)：683-687。

[6]IAAF.FLASH：世界时间为 2:01:39[Z]。从2019年18日开始，2018年16日开始。

原始出版物：2023 年 5 月第 10 期