摘要：目的探究跑鞋碳板(carbon-fiber plate,CFP)结构设计对前足足底和足底筋膜力学响应的影响,为预防跑步时的足部损伤和跑鞋结构优化提供参考。方法基于已搭建的足-鞋三维有限元模型,对比不同位置(鞋垫底部,HL;中底中部,ML;外底上部,LL)以及不同厚度(1 mm、2 mm、3 mm)的CFP结构设计对前掌跑(FFS)落地冲击阶段前足足底压力和足底筋膜应力、应变的影响。结果当CFP厚度较小(1mm)时,其嵌入位置对前足足底和足底筋膜力学响应特征的影响有所不同。与对照跑鞋(No CFP,NC)相比,HL和ML情况下足底压力峰值分别增加了3.84%和4.31%,而LL情况下近端足底筋膜的应力与应变峰值分别增加了2.67%和3.19%。随着CFP厚度增加至3mm,足底压力、足底筋膜应力与应变均明显减小,其中:足底压力峰值以LL3(3 mm,LL)情况下降低最为明显,较NC降低了29.56%;足底筋膜应力与应变峰值也均明显低于NC,且3种位置CFP的效果基本一致。结论当CFP厚度较小时,其嵌入位置的不同或将对足部组织力学产生相异的作用,但随着CFP厚度增加,足底压力、足底筋膜受力程度均明显减小,且嵌入LL的CFP整体效果更好。

摘要：马拉松运动员中常见的足趾甲下血肿往往与急性挤压伤或重复性创伤引起的甲床内血管破裂有关。定制化鞋楦设计可能有助于降低因跑步时踇趾频繁挤压鞋头而导致的机械性损伤风险。基于此,研究旨在探讨跑鞋鞋头结构优化对足内部生物力学的影响,进而量化马拉松跑者足趾甲血肿损伤风险。采用CT影像数据逆向重建“足-鞋”三维有限元模型,并结合实验室测量的运动学与动力学参数定义模型加载及边界条件。基于2种不同鞋头设计跑鞋分别模拟前足着地和后足着地跑步状态下足趾触地冲击峰值时刻的内外部力学变化。结果显示,与对照跑鞋相比,通过增大鞋腔内足趾受力空间能够分别降低前足着地和后足着地模式下11.4%和33.1%的踇趾最大冲击力,以及7.6%和12.8%的踇趾应力峰值。此外,第一趾骨应力峰值在2种着地模式下分别降低了36.2%和35.3%,其中在后足着地模式下第一趾骨远节的应力峰值下降达18.5%。结合对趾甲下血肿损伤的生物力学机制分析,研究认为基于鞋头结构优化的跑鞋设计可能是马拉松运动员(尤其是后足跑者)预防足趾甲下血肿损伤风险的一种有效策略。后续研究应细化鞋头参数优化的剂量效应分析,进一步明确相应鞋楦定制的最优解,明确跑鞋结构设计在跑者足部损伤预防和运动表现提升方面的作用和机制。

摘要：目的:探究长跑前后足部生物力学改变对黑踇趾损伤风险的影响,揭示长跑致黑踇趾损伤的生物力学机制,基于黑踇趾损伤预防理念进行鞋头设计并验证其防护效果,为长跑黑踇趾损伤预防和防护跑鞋研究提供支撑。方法:选取10名男性半职业马拉松跑者为受试者进行跑步测试,采集其跑前、5 km跑后即刻及10 km跑后即刻的足部形态特征、足部各区域温度、大踇趾主观舒适度以及足-鞋相对运动距离等参数,进行单因素重复测量方差分析,以揭示长跑致足部黑踇趾损伤的潜在生物力学机制。基于黑踇趾损伤生物力学机制进行鞋头抬高的防护跑鞋设计,其中原型跑鞋的鞋头高度为65.8 mm,长度为85.5 mm;防护跑鞋的鞋头高度为79.5 mm,长度为85.8 mm。采集跑鞋优化前后的大踇趾主观舒适度、大踇趾-鞋面接触力以及三维有限元模拟仿真计算的大踇趾应力,并进行独立样本分析,以期对防护跑鞋的黑踇趾损伤预防效果进行验证。结果:随着跑步距离增加,10 km跑后的足前掌宽度以及足弓高度显著下降。所有足部分区的温度在5 km和10 km跑后均显著上升,其中10 km跑后的大踇趾足背区温度上升明显,与5 km跑后即刻呈现显著差异。与此同时,跑后的大踇趾主观舒适度显著降低。着地即刻的足-鞋相对位移在10 km跑后较5 km显著增加,而增加的距离在支撑中期较跑前以及5 km跑后又显著降低。相较于原型跑鞋,防护跑鞋在提升大踇趾主观舒适度的同时,使得大踇趾-鞋头作用力在两者接触期的0~80%显著减小,且应力分布更加均匀。结论:10 km跑后足前掌宽度、足弓高度显著下降,大踇趾足背区温度明显上升,伴随跑者大踇趾主观舒适度降低和足-鞋相对位移增加,表明长跑后足部形态与功能改变可能是黑踇趾损伤的潜在生物力学机制。基于鞋头抬高设计的防护跑鞋能够在提升跑者主观舒适度的同时,降低接触力,并且使大踇趾区域应力分布更加均匀,可以有效降低因长跑引发的黑踇趾运动损伤风险。

摘要：目的探究跑鞋纵向抗弯刚度(longitudinal bending stiffness,LBS)调整对跑步过程中下肢生物力学功能调整以及跑步经济性(running economy,RE)的影响,为跑鞋LBS优化设计提供参考依据。方法选取15名国家二级男性长跑运动员为受试者,以LBS为0.06 N·m/°慢跑鞋作为低LBS对照,鞋底全掌添加碳板至0.32 N·m/°作为高LBS测试跑鞋。

摘要：目的探究长跑致黑踇趾损伤的生物力学机制,为长跑黑踇趾损伤预防和防护跑鞋设计提供参考。方法选取10名男性半职业马拉松跑者为受试者,采集跑前、5 km跑后即刻以及10 km跑后即刻的相关参数进行单因素重复测量方差分析,三维足形扫描仪进行足形参数测量,红外热像仪进行足部各区域温度测量,高速双平面荧光透视成像系统(DFIS)测量大踇趾远端与鞋头距离。基于黑踇趾损伤机制设计防护跑鞋,采集跑鞋优化前后踇趾-鞋面接触力以及大踇趾应力。结果随着跑步距离增加,10 km后的前足足掌宽以及足弓高度显著下降。足部分区温度在5 km和10 km跑后均显著上升,其中10 km跑后的大踇趾足背区温度上升明显,与5 km跑后即刻呈现显著差异。跑后的大踇趾主观舒适度显著降低。着地即刻的足-鞋相对距离在10 km跑后较5 km显著增加,而增加的距离在支撑中期较跑前以及5 km跑后又显著降低。防护跑鞋提升了踇趾主观舒适度的同时使得作用力在接触期的0%~80%显著减小且压力分布更加均匀。结论10 km跑后足前掌宽度、足弓高度显著下降而大踇趾足背区温度明显上升,伴随跑者大踇趾主观舒适度降低和足-鞋相对位移增加,表明长跑后足部形态与功能改变可能是黑踇趾损伤的生物力学机制。