厚底跑鞋鞋頭上揚對前足順暢性的影響

近來運動市場的新穎跑鞋如雨後春筍般出現，無論是外觀上的繽紛色彩或是特殊的結構設計，不知道身為跑者的你是否有觀察到一個趨勢：「跑鞋鞋頭上揚的趨勢日益明顯，尤其在厚底的跑鞋之中特為突出！」那麼這對跑步又會有什麼影響呢？是否厚底跑鞋上揚的鞋頭結構，真的對跑步時的順暢性有所幫助？該結構又會對跑步的姿態有什麼影響？本文將透過科學的方式，解析跑鞋設計對前足順暢性的影響。

跑步的滾動機制

為了揭開順暢性相關的疑惑，首先我們必須了解跑步著地的過程，可比擬為一個滾動的動作。從腳跟著地到離地，可分為三個滾動機制，腳跟滾動 (Heel rocker)、腳踝滾動 (ankle rocker) 以及前足滾動 (forefoot rocker)。腳跟滾動 (Heel rocker) 指腳跟初著地到全腳掌踩平；腳踝滾動 (ankle rocker) 指全腳掌貼平到腳跟抬起之前；前足滾動 (forefoot rocker) 則指腳跟抬起到腳掌完全離地。

著地時，若是腳掌的滾動過程不流暢，則會產生“卡卡”的感覺，使整體滾動動作的速度不平順，而有不佳的順暢感。其中較容易受跑鞋的影響的滾動為腳跟滾動及前足滾動，在此我們稱為「後足順暢」與「前足順暢」。本文將著重在前足順暢的部分。

或許你能直接感受到有些跑鞋順暢性的差異，但透過科學儀器的量測將能更清楚地看到差異，即量測前後方向足底壓力中心 (Center of pressure, COP) 移動的速度變化。2018年Lam等學者研究認為，良好的順暢感，COP前後方向速度變化應該是漸進式地增加，而並非突然地遽增，換言之，當前後方向COP移動速度的變化越平緩，表示滾動過程較不會突然大幅加速，而是平順的滾動，延伸閱讀《慢跑鞋的順暢感》。

科學量測

本文選定六雙市售跑鞋，分為一般跑鞋組以及鞋頭上揚組。所謂一般跑鞋組是
指無特別設計鞋頭上揚的結構，鞋內也無設計幫助滾動的硬板之鞋款；而鞋頭
上揚組，即該跑鞋之設計底部較厚，且鞋頭有特別上揚的設計，試圖引導跑者
在前足滾動時保持順暢感受，如同蹺蹺板一般。

一名跑步經驗豐富的測試員輪流穿著六雙市售跑鞋並於鞋墊處使用Pedar足底壓力系統，且於跑步機上以每小時10公里的時速 (10KPH) 跑步，每一雙鞋至少跑3分鐘以上，擷取穩定的足底壓力訊號並匯出數據，以分析完整步態週期為主。

量測結果

對比一般跑鞋組 (虛線) 與鞋頭上揚組 (實線) 在腳跟開始離地的階段，尤其是60-85%的時間軸，鞋頭上揚組的COP移動速度曲線變化較為平緩，COP移動速度峰值約落在0.8-1.2m/s之間，而一般跑鞋組的COP移動速度曲線變化遽增，COP移動速度峰值約在1.2-1.6m/s之間。綜上所述，COP移動速度變化較平緩的鞋頭上揚組有較佳的前足順暢性。

鞋頭上揚對動作的影響

為了呈現跑步著地時的鞋底滾動變化，我們於操場拍攝慢動作影片，以利了解跑鞋結構改變對動作的影響。由下圖動畫可以清楚看出，鞋頭上揚組有較順暢的滾動過程，這也呼應了上述所分析COP移動速度較平順的結果。

我們從一般跑鞋組 (黑，ASICS MetaRun) 與鞋頭上揚組 (白，ASICS MetaRide) 各挑出一款鞋，並搭配定格的截圖來做更詳細的解釋。

從全掌貼平到腳跟離地的過程中，一般跑鞋組在啟動前足滾動機制 (forefoot rocker) 時，需較大程度地彎折蹠骨關節，而鞋頭上揚組則是像蹺蹺板般，順應著跑鞋的結構與上揚弧度向前。從黃、紅、藍色點的相對位置便能清楚知道，當一般跑鞋組向前時，黃點位置幾乎是不動的；相對地鞋頭上揚組向前時，黃點位置則是向下，同時間藍點上升，代表鞋頭向下貼平地面，而鞋跟隨之揚升。

從最大彎折到離地瞬間的過程中，前腳掌與掌趾會推蹬地面，我們可觀察到一般跑鞋組推蹬的位移較大，伸展的幅度亦大；反之，鞋頭上揚組的位移較平緩，伸展的幅度小。對比紅點與藍點的軌跡線就能明顯看到一般跑鞋組上升幅度較大；反之，鞋頭上揚組則上升幅度較小。顯示一般跑鞋組在推蹬時會有較大的蹠骨關節彎折動作，而鞋頭上揚組則會受限於鞋子的結構，不須做出較大的延展動作；這樣的動作變化，可降低蹠骨關節推蹬的出力，但會使跑者感受到“推不到的感覺”，形成一種“還沒推蹬就離地”的感受。

結語

本文比較鞋頭上揚組與一般跑鞋組，希望利用足底壓力中心 (COP) 的移動速度變化探討著地與離地時的現象，並試著解析其中的過程，這並不代表跑鞋的優劣，而跑鞋的結構設計百百種，鞋頭上揚設計的跑鞋並不一定適合每位跑者。有些跑者偏愛一般跑鞋推蹬時腳掌彎折的感受；而有些跑者則偏愛順暢的過渡感，挑選適合自己的跑鞋才是最重要，而透過科學的驗證方式可以提供客觀的數據分析，並排除主觀感受錯誤的可能。

參考文獻：Lam, C. K. Y., Mohr, M., Nigg, S., & Nigg, B. (2018). Definition and quantification of ‘ride’ during running. Footwear Science, 10(2), 77-82.