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跑鞋縱向抗彎剛度是鞋設(shè)計的重要參數(shù)之一。

2019年，喬大爺史上首次實現(xiàn)了42.195公里跑的 “破2”壯舉。除了自身的硬實力素質(zhì)，這一成功還得益于跑鞋黑科技——那就是添加碳纖維板（碳板）來調(diào)整跑鞋的縱向抗彎剛度。隨后，跑鞋中的碳板的性能，成為當(dāng)下生物力學(xué)領(lǐng)域的熱點話題之一。

就碳板的設(shè)計而言，其自身厚度和嵌入跑鞋的位置與跑步成績都有密切相關(guān)性。碳板嵌入跑鞋的位置有3種，包括鞋墊底部、中底中部以及外底上部。雖然總體上碳板跑鞋可能幫助優(yōu)化跑步經(jīng)濟性，但不同的碳板設(shè)計特征對跑步運動表現(xiàn)的影響不盡相同（如圖1所示）。

跑鞋的優(yōu)化升級需要符合人體運動需求，任何結(jié)構(gòu)和技術(shù)上的突破創(chuàng)新都要建立在不增加額外運動損傷風(fēng)險的基礎(chǔ)上。作為人體與地面接觸的始端，足部是跑步過程中最常見的損傷部位之一。

長距離跑步會導(dǎo)致足部動態(tài)穩(wěn)定性顯著下降，出現(xiàn)足弓塌陷和足外翻姿勢加劇等問題，這種足底超負(fù)荷，可能引起足底疼痛，甚至誘發(fā)足底筋膜炎等勞損。足底筋膜反復(fù)牽拉與過度受力是該損傷產(chǎn)生的主要原因。

值得一提的是，碳板跑鞋在設(shè)計理念上與前腳掌著地的跑步方式更為匹配，從而為跑者提供更好的支撐和穩(wěn)定性，減少能量損失，提高跑步效率。與后跟著地的跑步方式相比，前腳掌跑步時足弓被進一步收緊，足底筋膜應(yīng)力增加，足底筋膜炎損傷發(fā)生的概率增加。

隨著碳板厚度增加，前腳掌落地跑步落地沖擊時的前足足底壓力峰值較非碳板跑鞋呈現(xiàn)逐步下降的趨勢。假設(shè)碳板的位置都是嵌入外底上部，比起厚度為1毫米的碳板，厚度3毫米的碳板對于降低足底壓力更為有效。隨著碳板厚度增加，前足跖骨區(qū)域的壓力逐漸向腳趾和中足外側(cè)分布，足底壓力集中現(xiàn)象得到明顯改善。在降低足底壓力方面，碳板與減震鞋墊的效果有些共性，但這兩種結(jié)構(gòu)的作用機制存差異。

高厚度鞋墊能夠通過“軟接觸”的方式增加足底與鞋墊的接觸面積，減小足底壓力峰值，并使其分布更為均勻。

碳板對足底壓力的調(diào)節(jié)作用主要在于轉(zhuǎn)移并消散了較多的地面反作用力，使傳導(dǎo)至前足足底的壓力明顯降低。用碳板調(diào)節(jié)跑鞋的縱向抗彎剛度，在一定程度上保留了中底的緩沖特性，同時，碳板可以轉(zhuǎn)移消散部分地面反作用力，實現(xiàn)了降低足底壓力的效果。

盡管嵌入鞋墊底部的碳板能夠在一定程度上提升跑步經(jīng)濟性，但碳板較薄時，反而可能增加前足部位的足底壓力并降低舒適性。

足底筋膜重復(fù)異常受力是造成運動時足底筋膜炎發(fā)生的直接原因之一。碳板厚度改變，會引起鞋底縱向抗彎剛度改變，厚度越大縱向抗彎剛度越大。隨著碳板厚度增加，穿著碳板跑鞋時的足底筋膜應(yīng)力峰值較非碳板跑鞋明顯下降。在相同地面反作用力的作用下，增大縱向抗彎剛度能夠?qū)︴胖宏P(guān)節(jié)的運動起到一定的限制作用。

足底筋膜介于跟骨與跖骨之間，因此，減小跖趾關(guān)節(jié)屈伸運動幅度能夠緩解足底筋膜的緊張程度，在一定程度上降低由于長時間過度牽拉足底筋膜產(chǎn)生慢性勞損炎癥的風(fēng)險。

跖趾關(guān)節(jié)

過薄的碳板（比如1mm以下）不足以限制跖趾關(guān)節(jié)運動，并且嵌入位置的不同，可能對足部不同部位產(chǎn)生不同的力學(xué)作用。但是，當(dāng)碳板厚度逐漸增加至3 mm時，其降低足底筋膜受力，減輕足底筋膜被牽拉程度的作用往往更顯著，對足部不同部位產(chǎn)生的力學(xué)作用會相對更加平均。

在碳板位置方面，嵌入外底上部的碳板整體效果更好。

總之，選擇碳板較厚且位置接近外底上部的，大概率不會錯。

最后，在進行力學(xué)測量時，人體外部組織承受的負(fù)荷變化并不能絕對準(zhǔn)確的反映其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的力學(xué)變化特征。

因此，未來研究在探索運動損傷機制與研發(fā)新款跑鞋時，不能僅依據(jù)外在負(fù)荷變化特征（如足底壓力）進行推算，而應(yīng)對人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)做進一步力學(xué)定量分析。

文字 | 顧耀東 寧波大學(xué)體育學(xué)院 教授、研究生導(dǎo)師

照片 | 網(wǎng)絡(luò)