運動生物力學視角下的長跑運動損傷與預防

摘要：長跑，是全民健身中最為普及的一種運動形式。隨著各類跑步運動的流行，跑步所造成的運動損傷也隨之增加，從科學技術層面探討跑步運動損傷與預防是真正實現健康中國美好愿景的迫切需要。基于現有研究基礎，從運動生物力學視角研究長跑的運動損傷，解決相關問題。研究發現：1.足底筋膜在直立和行走過程中發生的類彈簧作用實現了足弓對力的吸收、調節和轉化。足弓功能的紊亂可能使跑步的效率變低，極大地增加發生損傷的風險。2.足部著地時腳掌自身的姿勢角度也與跑步運動損傷密切相關，跑步中足跟著地產生的持續重復的高負載瞬間沖擊力，是跑步運動損傷的高風險因子。3.良好的外部介質有利于支持腿的超等長力量及髖部肌群力量的發展，同時有助于預防和減少運動損傷。此外，從身體機能的穩定性和平衡性、跑鞋的選配以及跑姿的再訓練等方面進行了運動損傷預防的探討。

關鍵詞：運動生物力學；長跑；運動損傷；預防

Long-distance Sports Injury and Prevention Based on The Perspective of Sports Biomechanics

SU Yimin1，LIU Liying2，SONG Tongshun3，4

（1.Police Sport Dept. Zhejiang Police School， Hangzhou 310000， China;

2.School of Physical Education， Hubei University of Education， Wuhan 430205， China;

3.Faculty of Education， Mongolia National University of Education， Ulabatar 14191， Mongolia;

4. Sport Dept.，Sanmen Technical School， Taizhou 317100， China）

Abstract： Long-distance running is the most popular form of exercise in national fitness. With the popularity of various running sports， the sports injuries caused by running have also increased， and it is an urgent need to truly realize the beautiful vision of a healthy China from the scientific and technical level to discuss the injury and prevention of running. Based on the existing research basis， this paper studies the sports injury of long-distance running from the perspective of sports biomechanics and solves related problems. The results have found that： 1. The spring-like effect of the plantar fascia during upright and walking realizes the absorption， adjustment and transformation of the force of the arch of the foot. Disturbances in arch function can make running less efficient， greatly increasing the risk of injury. 2. The posture angle of the sole of the foot itself when the foot lands on the ground is also closely related to running sports injury， and the continuous repetitive high load instantaneous impact force generated by the heel landing during running is a high-risk factor for running sports injury. 3. Good external media is conducive to supporting the development of ultra-isometric strength of the legs and the strength of the hip muscles， while helping to prevent and reduce sports injuries. In addition， sports injury prevention was discussed from the aspects of stability and balance of physical functions， the selection of running shoes， and the retraining of running posture.

Keywords： Sports Biomechanics;Long-distance running; Sports injuries; Prophylaxis

隨著國務院《全民健身計劃綱要》和《“健康中國2030”規劃綱要》的頒布和實施，全國各地貫徹落實習近平總書記“促進群眾體育和競技體育全面發展，加快建設體育強國”[ ]的要求，通過舉辦全民健身大會、社區運動會等相關賽事活動，引導群眾參加體育活動。在體育強國戰略的有力引導下，全民參與健身的熱情和對健康的重視程度空前高漲。跑步，無疑是全民健身中最為普及的一種運動形式，參加長跑競賽則是無數跑友所追求的目標。數據顯示，近年來國內馬拉松賽事呈指數增長[ ]。疫情發生前，我國各種馬拉松賽事活動從2011年的22場增長到2019年的1829場，參賽人數超過700萬[ ]。榮耀達成的背后，接踵而來的跑步相關損傷也隨之增加。一項基于2000人的跑步損傷臨床研究指出，跑步人群損傷發生率達42%[ ]。因此，長跑導致運動損傷的原因以及預防方法值得深入研究和思考。

1運動生物力學視角下的長跑運動損傷探因

長跑是骨骼肌肉系統損傷發病率最高的運動健身項目之一[ ]，相關研究顯示，因跑步造成的下肢運動損傷率高達79.3%[ ]。常見的損傷有脛骨應力綜合征、髕股關節綜合癥、髂脛束綜合征、慢性跟腱病變、足底筋膜炎等。長跑的運動損傷，一直以來都是研究的熱點。跑步造成的運動損傷，通常是由于錯誤的跑姿和不良的外部環境和介質造成的，受損部位周圍的肌肉平衡性破壞而導致身體疲勞引發肌肉或肌腱發生炎癥或骨骼損傷。通過對相關研究進展進行梳理，基于運動生物力學的視角，整理歸納后從足底支撐、跑步姿態、外部介質三個方面對長跑引發損傷的相關因素進行探析。

1.1足底支撐

足弓的形成，奠定了人類直立行走與奔跑的基礎。足弓的功能不僅作用于足部，關鍵在于其影響中樞神經對下肢著地策略的調整[ ]，這對于人類的直立活動而言，是至關重要的。

由跗骨、跖骨以及足底的韌帶和肌腱共同組成的凸向上方的弓形結構，稱為足弓[ ]。通常將腳掌內側-外側方向的足弓稱為橫弓，腳趾-足跟方向的足弓稱為縱弓。內側縱弓曲度和活動度較大、彈性好，緩沖能力強，又稱為彈性足弓。外側縱弓曲度和活動度較小，彈性差，主要功能是支撐體重和傳遞能量，又稱為支撐足弓。靜止站立姿態中，足弓主要起支撐作用；在各種步態運動中，足弓除了支撐，還發揮著調節與轉化足底作用力與反作用力，推動身體移動的功能。足弓功能的實現，離不開足內在肌、足外在肌以及足底筋膜的共同參與。研究證明，足底筋膜是整個足部唯一可以因足弓壓縮和跖趾關節伸展而被拉長的結構[ ]。足底筋膜在直立和行走過程中發生的壓縮和回彈的類彈簧作用實現了足弓對力的吸收、調節和轉化。

足弓功能的紊亂可能使跑步的效率變低，發生損傷的風險極大地增加。例如跑者常見的足底筋膜炎，是由于足底肌力不足以在動態運動中對足弓提供足夠的支撐[ ]，致使足弓反復的過度變形，進而導致足底筋膜的應變增加，產生炎癥[ ]。此外，根骨骨刺、跟腱斷裂以及蚓狀肌區域的疼痛等都與足弓問題密切相關。足弓往往還是肢體問題的根源，并向上傳導。足底筋膜彈性的喪失還可能導致后側肌筋膜鏈（后表線）過度緊張，發生膝關節的超伸、骨盆前移與腰椎前凸等體態問題，進而使身體重心前移，增加足前部的負荷，造成下肢的不適癥狀，影響直立活動時的步態，進一步增加運動損傷產生的幾率[ ]。

1.2跑步姿態

在跑步過程中，足部是人體唯一與地面接觸的部分，足部的著地姿態不僅影響跑步的效率，也是造成運動損傷的重要因素。下文主要探討跑步過程中足部自身以及足部相對于地面的姿態對跑步的影響。

根據足部的著地沖擊方式，跑姿主要分為前掌著地（FFS）與后跟著地（RFS）兩類，部分學者將足中部著地（MFS）也視為一個類別[ ]。研究者普遍認為，前掌著地過程由于足弓收緊，跟腱拉長，小腿三頭肌離心收縮，能夠提供更好的緩沖，減少了沖擊過程對骨關節、內臟和腦部的傷害。而在后跟著地時，沖擊吸收主要依賴于于足后部脂肪墊或鞋底的緩沖作用，沖擊瞬間來自垂直地面的反作用力值可能比前掌落地高出3倍[ ]。盡管沒有研究結果證明足底沖擊力與運動損傷之間存在必然聯系，但是研究普遍認為跑步中足跟著地產生的持續重復的高負載瞬間沖擊力，仍然是跑步運動損傷的高風險因子。此外，有研究成果顯示，運動損傷與腳掌觸地的角度相關，當前掌以小于5°的角度觸地時，跖球不能完全發揮緩沖作用；前掌以大于15°的角度觸地時，則會增加著地過程中跖骨損傷的風險[ ]。

足部著地時腳掌自身的姿勢角度也與跑步運動損傷密切相關。國外研究者通過對長跑運動員群體的實驗研究發現，膝前痛患者跑步時腳掌旋前減少25%[ ]。另有針對軍校學員的實驗研究結果顯示，參與實驗的84名學員中，后期患有髕骨關節綜合征的36名學員，步態研究顯示足底壓力方式明顯表現出旋后。腳掌旋后常和弓形足相關，往往還伴隨著足內翻與膝內翻，導致跑步時的下肢損傷風險增高。

1.3外部介質

跑鞋是人體下肢生物力學的延伸。重力環境下的人類直立活動過程，除了足部這一天然介質外，人體與地表產生相互作用力的外部介質主要是包裹足部的鞋具與地面的鋪裝。不同介質對跑步活動的影響，一直以來是研究和爭議的熱點。

直到1970年現代跑鞋的誕生，人們一直都裸足或者穿涼鞋等支撐度較低的鞋具奔跑。此后隨著跑步運動的流行，跑鞋也不斷經歷變革發展。然而，當前的趨勢又回歸為裸足或者“裸足式”（穿著最低限度跑鞋）跑步[ ]。部分研究認為，裸足跑（barefoot running）是最自然且有益于人類足部健康的跑方式，并提出鞋具可能會引起不必要的跑步損傷[ ]。有實驗研究顯示跑鞋重量每增加100g，會增加接近1%的跑步能量負荷，此外鞋底在壓縮和彎曲過程中也會吸收和消耗部分身體做功產生的能量，而裸足跑或穿最低限度跑鞋要比穿標準跑鞋的跑步經濟性提升2.4%～3.3%，這種差異可能對長跑成績產生實質性的影響[ ]。同時有研究指出裸足跑者可能獲得較多的本體感覺反饋，更傾向于采用前掌著地和足中部著地的方式，增加步頻和縮短步幅，保持較低的關節力矩，降低了足與地面的沖擊力峰值，同時有益于足部力量與穩定的強化[ ]。

雖然有研究證明裸足跑能夠提升跑步的經濟性和讓跑者更傾向于形成緩沖好的跑姿，也不乏裸足跑運動員在長跑項目中取得卓越運動成績的案例（如AbebeBikila、Bruce Tulloh、Zala Badd等馬拉松世界紀錄創造者），但值得關注的是，并沒有研究證據顯示鞋具與跑步損傷之間的必然聯系。而由于能夠有效避免粗糙地面或尖銳物對足底和足踝關節造成急性損傷，跑鞋仍然是絕大多數跑者的選擇。跑鞋的主要功能是在足后跟著地時提供更好的緩沖保護，影響其功能實現的因素主要是鞋底的硬度及屈曲剛度。相關研究顯示，隨著鞋底硬度值增加，受試者足部外翻角度較變小，足弓和前掌外側的峰值壓力和峰值壓強會增大，主觀舒適性降低[ ]。此外，穿著屈曲剛度較低的鞋能夠獲得更佳的舒適性體驗，但一定程度的屈曲剛度降低可能會使跖趾關節能量損失增加，從而降低短跑和跳躍的運動表現[ ]。考慮到鞋底的減震效果會隨著跑鞋的使用率增加而降低，通常建議跑鞋的合理使用壽命約為500～800km。

除了部分需要長時間奔跑的球類運動為特定場地外，大部分的現代長跑活動都在塑膠跑道、戶外泥地或者城市水泥地面上進行，但對于地面鋪裝與跑步損傷之間是否存在關系，此類研究目前較少且尚未達成研究共識。雖有實驗研究證明跑步觸地時運動表面與下肢沖擊之間并不存在必然聯系，人體通過自身的調節可以影響不同運動表面對足部的負荷效果[ ]。但大多數的研究認為塑膠跑道緩沖效果更佳，能夠減少運動損傷的產生，例如有實驗研究指出，在軟性塑膠跑道有利于支持腿的超等長力量及髖部肌群力量的發展，同時有助于預防和減少運動損傷[ ]。

2長跑運動損傷的預防

2.1身體機能的穩定性與平衡性

長跑運動是考驗跑者全面體能素質的運動項目，需要良好且穩定的體能作支撐，身體機能的穩定性訓練也是十分必要的。首先，跑者應該關注良好的心肺功能與運動損傷之間的關系。心肺功能直接影響血液循環系統攜帶氧氣至全身各部位的效率，以及肌肉使用這些氧氣的功能。訓練呼吸節奏、配速以及步頻的合理配合，可以保證身體肌群被有效控制，進而增強肌群和身體的穩定性。因此，跑步人群應該關注自身心肺功能的狀態，并且通過日常進行低強度的帶氧訓練予以改善和提升。

其次，核心部位肌肉群的力量和穩定性訓練，可以建立穩固指點，保持運動員在跑步中的平衡和速度，可以很好的減少運動員在運動中肌群的負荷，維持運動員肌肉、身體軀干有機配合。同時，為了保持脊柱位置側位的情況發生，需要關注中央肌肉群兩側力量的平衡訓練。此外，穩定性訓練還需要腰椎骨盆、動覺、功能運動、抗組踏板等訓練，來達到手、腳、腦等方面的協同穩定性，繼而完成長跑運動員提升運動表現，預防運動損傷的訓練效果。

平衡是指身體所處的一種姿態以及在運動或受到外力作用時能自動調整并維持姿勢的一種能力，身體平衡能力是一個人身體綜合素質的體現[ ]。平衡能力反映肌肉力量與協調能力，也是不同感覺器官靈敏度和中樞神經系統處理信息效率的體現。 [ ]對平衡能力影響較大的是本體感覺和前庭感覺。平衡能力分為靜態平衡能力和動態平衡能力。[ ]本文中討論的是動態平衡能力：即在運動的狀態下，對人體重心和姿勢的調整和控制能力。[ ]研究表明有意識的訓練平衡能力，可以減少因平衡破壞所導致的運動損傷。同時，平衡能力訓練可以減低運動員踝關節和膝關節ACL的損傷風險，可以有效促進長跑運動員膝關節、踝關節損傷或術后本體感覺功能的恢復[ ]。

2.2跑姿的再訓練

正確的跑姿對跑步人群的損傷預防及跑步成績起著至關重要的作用[ ]。如果不能正確引導跑步姿勢，會對長跑運動員的髖關節、膝關節以及足弓等造成不可預測的傷害，進而會影響到跑步成績。采用前腳掌著地的跑步姿勢，可以有效改善著地瞬間髖關節速度下降、膝關節活動范圍變化量和膝關節觸底角速度均有明顯的改善，進而降低受傷風險[ ]。不同跑者還應根據自身情況，決定使用擺腿跑法、搖擺跑法或者蹬踏跑法。正確的跑姿還可以減少髕股關節的負荷，進而減少由跑步引起的髕股關節疼痛綜合征的發病率。上海體育學院運送健康科技聲部攻堅教育部重點實驗室組織建立12周跑姿再訓練（gait retraining，GR）干預模式。該訓練模式有效避免沖擊力峰值、降低最大負載率、提高下肢剛度，縮小甚至避免由沖擊力引起的跑步損傷風險的同時，提高跑步經濟性的可能性[ ]。馬拉松恢復性訓練中的KCC跑法，可以將肌肉向反方向施壓，激活刺激不足的肌肉群，改善骨骼和肌肉的平衡，對于下肢運動損傷的恢復也有著顯著的作用。

2.3合理選配跑鞋

合適的跑鞋，對跑步運動損傷的預防有著關鍵作用。選配跑鞋首要考慮的因素是落地。有學者在對半程馬拉松比賽中運動員的足部落地模式的研究中發現，75%的跑者是足跟落地，24%的跑者是中足落地，僅有1%的人采用前掌落地[ ]。現實中，大多數跑者的落地也是通過足跟，除了可以刻意訓練中足或前掌落地的跑姿習慣，落地產生的沖擊力以及身體震顫也可以通過選擇減震效果更佳的跑鞋來減少。此外，腳掌的形態也是必須要考慮的因素。常見的形態有三種：正常足弓、高足弓和平足弓。扁平足是造成跑步運動損傷問題最多的一種足形，這種足型在跑步中腳的外側先著地，常伴隨著腳踝內旋的現象，容易引起過度內翻，而這個多余的動作產生了腳、踝、膝的扭轉力，造成肌腱炎、足底筋膜炎和阿基里斯肌腱炎等問題。相反，高足弓由于靈活性較差，容易造成內翻不足或外翻，從而引發髂脛束綜合征。因此，如果喜好長跑并發展為習慣，應考慮到專業機構評估腳型，定制矯正鞋墊或者選擇具有改善足部運動控制功能的跑鞋。除此之外，還應關注自身足底筋膜的健康狀態，針對性地進行足底筋膜的彈性訓練。

2.4科學訓練

為了提高長跑運動員競技效率，避免出現運動損傷，需要全面科學的訓練計劃以及科學訓練方法。常見的訓練方法有（按照演進時間排列）：持續訓練法、法特萊克訓練法、間歇訓練法、重復訓練法、馬拉松訓練法、高原訓練法、綜合訓練法和科學訓練法。每種訓練方法的演變時間和主要特征特征，具體見表1.[ ]

每種訓練方法的形成都經過了一個長期不斷提高和完善的過程，新的訓練方法繼承了前一種訓練方法的優勢并有所提高。創新科學訓練方法，可以利用高科技手段，對長跑運動員的動作進行捕捉、實施跟蹤，通過專業分析軟件進行檢測訓練過程，挖掘人體極限運動潛能，提高運動員成績的同時，預防運動損傷。

3結語

長跑運動項目具有競爭激烈、體能消耗大的特點，對運動員和長跑愛好者體力、速度、上肢和下肢力量等身體素質要求較高。由于該運動項目的特殊性，需要運動員和教練員從生物力學視角對于從足底支撐、跑步姿態、外部介質等三個方面引發損傷的相關因素形成清晰的認知。加強身體機能的穩定性和平衡性，根據自身特點改善跑姿、選配合理的運動裝備和進行科學規律的訓練是提高該項目運功成績和預防運動損傷的有效途徑。

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基金項目：2020年司法行政專項課題“科學體能訓練對監獄警察職業效能的促進研究”（浙警院〔2020〕54號-7）。

作者簡介：蘇奕敏（1991-），男，福建永安人，講師，碩士，研究方向為訓練與競賽，警察體技能訓練。

通訊作者：宋同順（1984-），男，河南濮陽人，講師，蒙古國立教育大學博士在讀，研究方向為體育教育。E-mail：303686639@qq.com