喜歡跑步的人可能有聽過，後足著地較前足著地更容易導致運動傷害。學者將後足著地容易受傷的原因歸咎於跑步著地期發生的高垂直負荷率。在這篇文章中，我們先解釋這個危險導因－「高垂直負荷率」是怎麼來的，再從研究成果討論「如何調整步態以降低垂直負荷率」。
「高垂直負荷率」的產生原因及避免
「垂直負荷率」是足部在單位時間內承受的地面反作用力。下圖比較兩者在著地期間的地面反作用力，以體重的倍數表示。可知相對於前足著地(下圖c)，後足著地(下圖a)在站立期初始即有一個陡峭上升的小尖峰，這個小尖峰是足部落地瞬間衝擊地面所受到的反作用力，這股力量在短時間內急遽攀升，大小約為體重的1.5~3倍，通常發生在站立期前50毫秒，導致下肢受傷風險提高。
「垂直負荷」無法完全避免，但可以運用著地策略降低。第一，從源頭減少足部所承受的垂直負荷率。參考過去研究發現，赤腳前足著地(上圖c)仍比穿鞋的後足著地(上圖b)受到較小的地面反作用力，因此轉變為前足著地可以有效降低來自地面的衝擊；此外，步頻快慢也是研究的焦點，但對垂直負荷率的影響仍未達到共識。
第二，透過下肢關節 (髖、膝、踝) 的協調作用緩衝來自地面的反作用力，因此，為了探究垂直負荷率與運動傷害之間的關係，足部剛觸地時 (也就是站立前期) 關節力矩與角度的變化是關鍵。
根據上述原因，若要降低垂直負荷率帶來的風險，調整為前足著地不失為一個保險的策略，然而這對習慣後足著地的跑者而言，並不是一件自然且容易的事。
好消息是並非所有後足著地都會產生高垂直負荷率，科學家鎖定後足著地但具低垂直負荷率的步態特徵，目的是為協助跑者在不改變著地策略的前提下調整步態，期待能在最低影響運動表現下，加速跑者學習及適應新策略，並有助於長期維持。
後足著地者要降低垂直負荷率有解方
一項研究鎖定後足著地的受試者，根據各別跑步時的動力學數據，將其分為高負荷率組和低負荷率組。實驗中使用動作分析攝影系統 (Vicon Motion Systems, Oxford, UK; sampling rate 250 Hz) 捕捉髖、膝、踝關節及足部的動作角度及活動特徵。研究人員依受試者著鞋習慣選擇適合的實驗鞋，實驗鞋上有打洞，讓反光點可以直接黏貼在足部，以更精準地追蹤足部動作。
每位受試者皆以3.13公尺/秒 (約5分20秒速)固定速度跑完30公尺，速度值參考過去的研究，並同時避免因速度不同影響觀察結果。跑道上設置兩塊測力板 (AMTI OR6 Series, Water town, MA, USA; sampling rate =1500 Hz)，能夠在受試者跑步過程中擷取地面反作用力數據。正確獲取實驗數據的標準為全程依實驗規定的速度值 (允許 ±5% 的誤差範圍) 跑步，同時足部能完整踩在其中一塊測力板上。
研究結果發現，足部觸地前期，增加膝關節彎曲的彈性空間可以有效緩衝地面衝擊力。同時，研究者也在數據上觀察到低垂直負荷率者的踝關節背屈角度比較大。在這篇文章中，我們合理推測是因為膝關節表現「相對柔軟」， 所以造成在外觀上看到踝關節的背屈角度變大，而非「單純」踝關節背屈角度變大的關係。
然而，踝關節自身背屈角度的調整也可能是原因之一。過去研究說明，脛骨前肌可以有效透過離心收縮，放慢足部落地的速度，進而從源頭減少足部施予地面的力道。因為肌肉在太短或太長的情況下都無法有效收縮，若稍微增加踝關節背屈，讓脛骨前肌保有合適的收縮長度，才能在關鍵時刻控制足部落地的速度，讓落地速度可以不要太快，剛剛好就好。
最後，這篇研究也從實驗結果中提出了一個前瞻性的推理，髖關節的彎曲角度在低負荷率組是相對較小的，而讓髖關節不會彎曲太多的策略包括「避免過度向前跨步」，這也會間接導致步長縮短。雖然仍待更多實驗證實髖屈曲角度相對較小與低垂直負荷率相關，作者仍建議不排除可以當作步態調整的指標之一。
至於步長縮短是否意味著步頻要加快? 在此研究中並未發現步頻快慢在兩組間有顯著差異，研究者推測可能是因為研究過程並沒有刻意規範步頻，而是以跑者的習慣步頻表現，所以才沒有得到顯著效果。
總結以上討論，我們可以歸納出後足著地但低垂直負荷率者有以下特徵，
- 膝關節是承受衝擊能量與調節下肢勁度的關鍵角色，保有膝關節彈性伸曲的空間，不要太過剛硬，可以有效緩衝地面反作用力。
- 在膝關節保有彈性的前提下，可以調節踝關節背屈以放慢足部落下的速度，因此從視覺效果來看，小腿和足部的夾角是相對小一些的。
- 嘗試縮短你的步伐，或是避免過度向前跨越的動作。
- 維持你習慣的步頻就好
希望未來累積更多科學發現，幫助喜愛跑步或是剛學習跑步的人可以安全參與這項活動，並長久享受跑步帶來的樂趣。
參考文獻
Johnson, C. D., & Davis, I. S. (2022). What differentiates rearfoot strike runners with low and high vertical load rates? Gait & Posture, 96, 149–153. https://doi.org/10.1016/j.gaitpost.2022.05.019
Lieberman, D. E., Venkadesan, M., Werbel, W. A., Daoud, A. I., D'Andrea, S., Davis, I. S., Mang'eni, R. O., & Pitsiladis, Y. (2010). Foot strike patterns and collision forces in habitually barefoot versus shod runners. Nature, 463(7280), 531–535. https://doi.org/10.1038/nature08723
Shih, Y., Lin, K. L., & Shiang, T. Y. (2013). Is the foot striking pattern more important than barefoot or shod conditions in running? Gait & Posture, 38(3), 490–494. https://doi.org/10.1016/j.gaitpost.2013.01.030
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