發布時間：2021-05-06所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:壓力舒適性是運動鞋的評價指標之一,然而少有針對運動鞋鞋面壓力相關研究的總結。從鞋面壓力的影響因素、測量手段和對運動鞋性能的影響幾個方面進行了綜述,旨在深入分析鞋面壓力與運動鞋穿著舒適性的關系,鞋面壓力對運動損傷和運動成績的影響,并通過文獻
摘要:壓力舒適性是運動鞋的評價指標之一,然而少有針對運動鞋鞋面壓力相關研究的總結。從鞋面壓力的影響因素、測量手段和對運動鞋性能的影響幾個方面進行了綜述,旨在深入分析鞋面壓力與運動鞋穿著舒適性的關系,鞋面壓力對運動損傷和運動成績的影響,并通過文獻綜述展望未來的研究方向,以期為設計師從事運動鞋設計和消費者正確選擇運動鞋提供參考。
關鍵詞:運動鞋;鞋面壓力;生物力學
引言
運動鞋是體育運動中的重要裝備之一,20世紀中葉以來,運動鞋的研究與生物力學相互結合,以提高運動成績、預防運動損傷為目標,對運動鞋的材料、結構進行不斷改進。隨著材料科技的不斷進步,消費者對運動鞋的功能需求不斷提高,運動鞋在造型、結構、材料和工藝等方面均得到了長足發展,從而衍生出各種類型的專業運動鞋,現在運動鞋的種類還在不斷細分。
運動鞋的生物力學研究結果表明,通過改變鞋底后跟厚度[1-2]、幫面結構、幫面材料[3]、系帶方式[4]以及鞋墊材料與厚度[5]能夠影響足底壓力分布、幫面壓力分布以及鞋的舒適度。鞋內壓力測量可以為提高運動鞋穿著舒適性、預防運動損傷提供有價值的參考。研究表明,足底和足背的舒適感與腳部各區域的峰值壓力有關[6],其中鞋面對足背的壓力能夠表征腳與鞋子形狀的匹配程度[4,7]。越來越多的研究者開始重視鞋面壓力對足部舒適性的影響,然而并未有針對鞋面壓力相關研究的系統性評述。因此,本文旨在探討鞋面壓力對運動鞋各項性能的影響,綜述其與預防運動損傷、運動性能和舒適性關系的研究現狀,并對研究前景進行展望。
1鞋面壓力的影響因素
鞋面壓力指的是鞋幫面部位與足部接觸而產生的壓力,鞋面壓力的大小會影響人體的感知舒適性[4,8-10],同時也會影響運動表現[4]。前人研究結果表明,運動鞋結構、系帶方式、幫面材質和鞋楦尺寸均會影響鞋面壓力的大小。
1.1運動鞋結構
為了滿足不同情境下的穿著需求,設計者會對鞋子結構進行差異化設計,這種鞋子結構的差異會產生不同的鞋面壓力。阮果清等人[11]在有關不同運動鞋鞋面壓力影響的研究中發現,網球鞋跖趾關節外側部位受力顯著高于籃球鞋和跑鞋,在QichangMei等人[12]的研究中報道了穿著跑鞋時第五跖趾關節外側位置平均壓力((8.0±4.7)kPa)明顯小于籃球鞋((21.5±11.5)kPa)與網球鞋((33.3±26.6)kPa)。其原因可能是為滿足鞋子在不同動作及環境下的穿著需求,設計師對運動鞋結構進行差異化設計。與網球鞋和籃球鞋相比,跑鞋對于腳的束縛較小。而網球鞋與籃球鞋的設計需要結合運動特性,在結構上使鞋面與跖趾關節之間的接觸十分緊密,以減少足部相對于鞋面或鞋底的相對運動,這種緊密接觸使在運動時籃球鞋與網球鞋幫面對該部位產生的壓力顯著高于跑鞋。在足球比賽中,傳球和射門的精度對于取得比賽勝利至關重要,這些動作通過運動員足部與足球的頻繁碰撞完成。優化足球鞋幫面結構與材質,可以使腳與足球碰撞時足背區域壓力分布更加均勻,研究表明減小鞋面壓力梯度,使碰撞時接觸區域壓力更均勻分布,能夠提高踢球的準確性[13]。
1.2鞋面材料特性
研究表明,鞋面的材料特性也是鞋面壓力的重要影響因素,鞋面壓力峰值與材料剛度有關,材料越堅硬(楊氏模量越高)其鞋面壓力峰值越大[14]。在RuperezMJ[15]的一項研究中,通過在足部表面放置14個傳感器,測量了5雙不同鞋面材料鞋子的鞋面壓力,這5種材料的楊氏模量逐漸遞增(最小楊氏模量8.616MPa,最大楊氏模量126.085MPa)。結果表明在第五跖趾關節和小趾部位,硬質鞋面材料(即彈性模量大)的鞋子在穿著時會產生更高的鞋面峰值壓力。
1.3鞋楦設計
鞋楦是鞋的母體,是鞋子的成型模具。鞋楦的不同設計會使成鞋內腔尺寸有所差異,這種差異會對穿著時鞋面壓力產生影響。AlexisHerbaut等人[8]對比了3種鞋楦對兒童網球鞋鞋面壓力的影響,這3種鞋楦分別為薄鞋楦、中等鞋楦、寬鞋楦,寬鞋楦比薄鞋楦的跖骨寬度大4mm、跖骨圍長大14mm、后跟寬度大4mm,中等鞋楦比薄鞋楦的跖骨圍長大7mm,其余尺寸基本一致。結果表明鞋楦尺寸差異對第1跖骨外側、舟狀骨、足跟內側、第五跖骨外側和足跟外側的壓力有顯著影響(P<0.05)。寬鞋楦比另兩種鞋楦生產的鞋子更寬,在前足、中足和后足部位產生的鞋面壓力更小。
1.4系帶方式與鞋帶松緊度
穿著者通過選擇系帶方式、調整鞋帶松緊改變足背區域的鞋面壓力大小,提高穿著舒適性。在MarcoHagen[4]的一項研究中對比了3種系帶方式(如圖1所示)與3種鞋帶松緊程度對鞋面壓力的影響,3種系帶方式均是經驗豐富的跑步者和生產廠商所推薦的,“REG6”和“TIGHT6”為常見的之字形系帶方法,“ALL”系帶方式為依次從第6個,第5個,第7個同側鞋孔外側拉出鞋帶,然后穿過最后兩個鞋孔之間鞋帶形成的環,“A57”與“ALL”的不同之處在于鞋帶沒有穿過第6個鞋孔。結果表明,不同的系帶方式對鞋面壓力具有顯著影響,使用A57的系帶方法,系鞋帶時去掉第6個鞋孔后距骨、舟狀骨和內側楔骨的鞋面壓力峰值顯著降低,研究結果還顯示鞋帶越緊鞋面壓力越高。
此外,動作類型也是影響鞋面壓力的因素之一。通過對鞋面壓力影響因素的總結,發現還沒有研究者對比進行不同動作時鞋面壓力的差異。不同運動的特征動作不盡相同,例如籃球運動的跳躍投籃動作、足球運動的運球射門動作等,未來的研究可以針對這些特征動作進行進一步研究,了解不同動作條件下鞋面壓力的差異,為鞋靴設計提供參考。
相關期刊推薦：《西部皮革》是國內外公開發行的皮革行業綜合型科技期刊，刊期為半月刊。主要報道制革、皮化、皮化原料、皮機、環保檢測制鞋、鞋楦、鞋機、鞋飾五金及鞋用材料及皮革制品及相關行業信息等內容。是一份深受全國鞋革行業廣大讀者歡迎、在國內頗具影響的刊物。
同時,前人在研究鞋帶對鞋面壓力的影響時也存在一定的局限性,研究者在研究中設置的鞋帶松緊程度十分寬泛,只是通過受試者主觀感受設定鞋帶松緊程度,沒有使用測量儀器對鞋帶松緊程度進行客觀的精確量化,也缺乏對運動過程中的鞋帶松緊程度的動態記錄。
2鞋面壓力的測量儀器
測量腳背的壓力的研究很少,這可能是因為大多數壓力測量系統都適用于評估靜止、行走、跑步或其他活動中足-鞋界面和鞋-地界面之間的相互作用,而不適用于測量足背側的壓力。如表1所示,現有的能夠測量鞋面壓力的儀器以形態進行分類,有覆蓋整個足背的整體片狀傳感器(圖2)、襪套狀傳感器(圖3)和覆蓋特殊標志點的獨立片狀傳感器(圖4)等類型。整體片狀壓力傳感器覆蓋面積大,能夠覆蓋整個足背或測量鞋面對足背產生的壓力。但由于其不能彎折的原因,測量部位會受到足部形狀限制。襪套狀的壓力傳感器是一只裝有壓力傳感器的襪子。其優點是在使用時對受試者的限制小,測量過程中傳感器不易被察覺,受試者可以更自然地行進。獨立片狀類型傳感器由幾個單獨的傳感器構成,使用時貼合在足背區域的特殊位置,進行鞋面壓力采集與分析。此類測量儀器的優點十分明顯,能夠準確測量點位點的壓力值,表征足背多個標志區域的壓力,但存在覆蓋面積較小、測試中位置容易移動等缺點。
3鞋面壓力對運動鞋舒適性的影響
3.1運動鞋舒適性
舒適性是人們對客觀環境從生理和心理方面進行的綜合評價。運動鞋舒適性受其材料特性、內部氣候、美觀性和合腳性的影響[16]。相關研究將運動鞋舒適性與足底壓力分布[17-19]、鞋面壓力分布[4,8-10]、垂直沖擊力[19-20]、腳和腿的形狀和對齊方式[21-22]和足部敏感性[23-24]聯系起來,其中鞋面壓力分布能夠用于表征鞋與腳的契合度[25]。
3.2舒適度感知的量化方法
鞋的舒適性并不能被直接測量,因此研究者通過間接的測評量表來評估鞋的舒適度。在有關鞋舒適性的影響研究中,大多使用7分或15分制感知量表和連續視覺模擬量表。連續視覺模擬量表(visualanaloguescale,VAS)已被證明是一種可靠的主觀舒適度測量方法[9,26-28],使用時必須清楚地劃定VAS的端點(例如,左端標記為“一點也不舒服”,右端標記為“可以想象的最舒服的狀態”),最佳長度為100mm或150mm,受試者通過截取線段長度來表征舒適度。VAS的比例特性允許通過其量化兩種或兩種以上鞋的舒適性差異。另外一種方法為Borg評分量表,設定的7~15個分數來量化舒適度感知[4,22,26,29-30],通過設定評價項目名稱,選擇序數大小來評判舒適度高低。由于序數本身的離散間距,很難檢測到條件之間的微小差異。與之相比,VAS量可以表很容易并且較為準確地獲得舒適度評價結果。
3.3鞋面壓力與運動鞋舒適性關系
壓力分布與主觀舒適感受的關系十分明顯[31],在一定壓力范圍內兩者呈負相關性關系。相關文獻研究了不同條件下鞋面壓力與舒適性之間的關系,如表2所示,研究者探究了鞋帶松緊[4,9]、系帶方式[4]、運動鞋類型[9-10]等條件下穿著運動鞋時鞋面壓力與舒適性的關系,研究表明減小鞋面壓力,能夠提升舒適度。
經過文獻分析,筆者發現:在研究鞋面壓力與舒適性的關系時,研究者很少考慮實際運動中疲勞前后人體感知的差異。其記錄的舒適度感知是建立在短時間運動所產生的即時的感知上,并不能表征在長時間運動中鞋面壓力與舒適性的關系。在將來的研究中應考慮疲勞狀態時人體骨骼、肌肉、組織和感知水平可能發生的變化。
4鞋面壓力對運動損傷的影響
人們在體育運動的訓練和比賽中可能會出現各種的急慢性損傷,稱為運動損傷。運動損傷的發生原因是多方面的,運動鞋是影響因素之一。SergioAntonioPuigcerver[32]進行了一項有關足球運動時鞋面壓力變化的研究,該研究結果表明:足球比賽射門時運動員舟狀骨和楔形骨周圍是壓力較高的區域,這與足球運動員跗跖關節損傷的高發生率相一致。在運動中產生的一些慢性損傷被認為與鞋面壓力相關,鞋面壓力的長期不適可能會引起老繭、雞眼等慢性損傷,甚至可能會導致更為嚴重的皮膚問題[33]。
此外,MarcoHagen等人[4]設置了4種系帶模式,受試者依照主觀感知分別將鞋帶調整至松、適中、緊的狀態,分別進行測試,結果表明:特殊的7孔系帶方式具有更好的穿著舒適性,更緊的鞋帶雖然使鞋面壓力增大但是能夠提高穩定性,降低運動損傷風險。可見鞋面壓力對運動損傷的影響與運動鞋穿著情景有關,在實際應用中應考慮舒適性與預防運動損傷之間的平衡性。在短時劇烈運動中可以適當提升鞋面壓力,增強感知、提升穩定性,降低急性損傷幾率,而在相對平緩但是時間較長的運動中則可以降低鞋面壓力,減少慢性損傷。
5鞋面壓力對運動成績的影響
與大眾體育運動相比,競技體育中運動員對運動鞋的需求不僅僅是舒適性和預防損傷,運動員更希望運動鞋能夠有助于提高自己的運動成績。顯然,舒適性與運動員的表現有關,在短時間的運動表現情況下,運動員能夠應對一定程度的不適,但長時間的不適狀態很可能會影響運動員的表現[34]。而在一項有關足球運動的研究中,研究者發現可以通過改變鞋面結構改善鞋與球碰撞時鞋面壓力的不均勻性,提高踢球的準確性[13]。——論文作者：晏彪1,弓太生1,湯運啟2,魏書濤3,王志康2,張移帆2
SCISSCIAHCI
