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跑步时你承受多大冲击力？高精度测试揭秘无伤跑步的4个关键跑步是双脚交替向前，整个身体不断腾空落地的周期性运动（所谓周期性运动就是指动作不断重复的运动）。走路虽然也是双脚交替向前的运动，但走路时至少有一只脚始终在地面支撑体重，而跑步需要克服重力让身体腾空，所以跑步比走路累多了，而同样是由于腾空，落地时人体会给予地面一个比较大的作用力。牛顿第三定律指出，当我们对某物施加一个力的同时，必定会得到一个大小相同、方向相反的力，称之为反作用力，这个力就是我们通常所说的冲击力，这个冲击力如果过大或者不断积累，就可能就会给骨骼、关节带来损伤。根据爱燃烧刚刚公布的2019年中国跑者调查报告，在2019年，超过7成的跑者经历过运动损伤,损伤从根本上说是由于负荷过大，身体难以承受造成的。换句话说，虽然导致伤痛的原因有很多，跑姿问题、体重较大、跑量过多增长过快、缺乏力量、不重视恢复等等不一而足，其实这些都是导致伤痛的诱因，最终这些因素都会以力学的形式呈现出来。上述因素最终可能导致应力在身体局部比如膝关节过于集中的现象，并且超出身体自身修复能力和承受能力，从而导致慢性劳损。跑步伤痛最终都可以从力学上加以解释超出承受能力 引发损伤损伤原因很多，但都可以从力学上给予解释2倍体重 1倍体重 地面反作用力300一、跑步着地时受力基本特征所以，认真细致地研究大众跑者跑步过程中的受力，特别是着地阶段的受力特征,对于指导大众科学跑步很有价值。首先给大众跑者介绍跑步着地时地面反作用力基本特征，跑步时，地面垂直方向反作用力的经典曲线一般是这样的。150时间（毫秒）在脚刚着地时，会有一个陡然上升的力，随后会有轻微下降，我们把这个力称为第一峰值力。第一峰值力对于跑步指导最有意义，它代表跑步腾空落地时所受到的地面冲击力的大小以及产生的快慢。如果第一峰值力越大，曲线上升越陡，代表着地冲击越大，当然这个力也代表缓冲能力，上升相对越缓，幅度越小，则代表缓冲能力越好。第一峰值力在跑步生物力学中是最重要的指标之一，因为这个指标跟伤痛密切相关，受伤主要跟第一峰值力和第一峰值力的加载率（斜率）有关。在第一峰值力之后，力的曲线会短暂下降或者不下降，然后再次上升，此时会比第一峰值力更大，称之为第二峰值力。第二峰值力代表着地由缓冲阶段变成蹬伸阶段，第二峰值力通常表示蹬伸用力的程度。二、这项跑步受力研究是如何做的？南京体育学院运动健康学院戴剑松副教授团队对于大众跑者跑姿进行了深入研究，这其中就包括对于跑步时着地阶段受力特征的分析。无伤跑法作者I该研究负责人戴剑松老师首先，我们从南京本地跑团比如南京悦跑S战队、莱斯跑团等招募了一批不同水平跑者，最终有16名高级跑者（男性8名，女性8名），19名中级跑者（男性17名，女性2名）、23名初级跑者（男性12名，女性11名）加入本次研究。此外，我们还测试了40名平时不跑步的普通人。高级组跑者男子全马在3小时30分钟内完成，半马在1小时30分钟内完成；女子组全马在4小时内完成，半马在2小时内完成。经过问卷调查，高级组男性跑者全马平均完赛成绩为252,女性跑者全马平均完赛成绩为324o中高级组跑者中级组跑者男子全马在3小时30分钟到4小时30分钟以内完成，半马在1小时30分钟到2小时内完成；女子组全马在4小时到6小时内完成，半马在2小时到2小时30分钟以内完成。经过调查，中级组男性跑者全马平均完赛成绩为339,中级组女性跑者人数较少,两名女性跑者全马平均完赛成绩为341o初级跑者刚开始跑步锻炼的人群，跑步经历为半年以内，没有跑马经验。初级组跑者实验测试在南京体育学院步态实验室进行，该实验室拥有价值120万的美国产BerteC力台跑步机、价值100万的瑞典产QUaIiSyS三维动作捕捉系统，可以精确测量人体在跑步的动力学、运动学参数以及时空参数，是测量跑步技术的金标准方法，精度高于现有所有运动手表。测力台采样频率可以达到2000Hz,也即每秒钟采集2000个数据，而动作捕捉的精度则是亳米级。南京体育学院步态实验室所有志愿者完成了10个速度的测试，也即测试了800、730、700、630、600、530、500、430、400、330共计10个配速下的跑姿（没有跑步经验的40名普通人以及少量跑者由于能力有限，未进行400以及330两个速度测试）。每个速度测试大约1520秒左右。后期处理分析时，截取受试者各速度下稳态跑姿进行步频和步幅计算分析。一名跑者在进行测试我们根据大众跑者测试数据，共研究了这批不同水平大众跑者将近3万步有效数据（根据生物力学研究一般约定俗成，每一步的数据可以代表一个人，也即虽然本研究只测试了不到100名大众。但事实上可以近似理解完成了3万人的数据测试），因此本研究从逻辑上说是一个大数据研究，也就是说下列结果是来自3万步数据的分析。三、大众跑者着地时受力分析图1显示了大众跑者在10个速度下的着地受力曲线，很明显随着速度加快，受力逐渐增大，曲线逐渐抬高。图1不同速度下着地受力曲线由于着地时受力大小与体重有关，体重越大，腾空落地时动量越大，自然第一峰值力也越大，所以需要将受力除以体重。图2纵轴坐标显示了体重的倍数，从最慢的800配速到最快的330配速，第一峰值力从1.5倍体重增加至2-3倍体重，经过计算每公里配速每缩短30秒，平均受力增加5-6%倍体重。这就意味着对于一个体重60公斤的跑者，配速每缩短30秒，每一步着地时受到的冲击力将增加3公斤左右，看上去还不算多，但这仅仅只是每一步增加的冲击，1公里大约100o步，这就意味着每IooO步，配速每加快30秒，受力将增加多达3吨。跑步伤痛绝大部分都是劳损，也即负荷积累性损伤，没有人是因为慢跑几百米受伤的，跑者往往都是在跑量不断积累过程中出现的伤痛。本研究用数据证明了，每一步受力增加一点点，看上去不多，但不断累积就会产生天文数字。不考虑自身能力边界，盲目追求配速和跑量，容易导致积累性负荷过大，从而超过身体承受能力以及恢复修复能力引发伤痛。本研究还发现了女性跑者虽然体重较轻，但在对体重进行标准化处理后（也即受力除以体重），女性在各个速度下第一峰值力都要大于男性跑者，这说明女性跑者着地后缓冲能力较弱，这跟女性普遍缺乏力量有一定关联。图2不同性别大众跑者着地第一峰值力对比图3显示了不同水平大众跑者第一峰值力，总体而言，似乎中级跑者第一峰值力更大，初级跑者第一峰值力相对最小，但各组间差别不大。图3不同组别大众跑者着地第一峰值力对比除了第一峰值力以外，第一峰值力加载率也是受伤风险的重要预测指标，这个指标从某种意义上说，比第一峰值力更有价值。所谓第一峰值力加载率就是用第一峰值力除以达到第峰值力的时间，也即第-峰值力加载率=AFOrCeA3这个在数学上称为斜率，斜率越大，代表第一峰值力加载率越大，反之则越小。从图4可见，随着速度加快，第一峰值力加载率逐步增加，说明速度越快，着地初期所受到的地面反作用力瞬时冲击越大。前文图1已经发现随着速度加快，达到第一峰值力的时间没有发现明显变化，那么决定第一峰值力加载率的关键就是第一峰值力本身的大小。而第一峰值力随着速度不断加大，自然就导致第一峰值力加载率不断增加，由此也提示速度越快，着地时所受到的瞬时冲击越大，从而加大了受伤风险。从表3也能清楚地看到女性第一峰值力加载率更大，女性要更加注意着地冲击问题。图4不同性别大众跑者着地第一峰值力加载率对比从图5可见，高级组第一峰值力加载率反而是最高的，这可能与高级组跑者步频较快，触地时间较短(见表1)。触地时间短虽然从某种意义上说提高了跑步效率，但缓冲期和蹬伸期的缩短，也造成了缓冲不足，从而产生第一峰值力加载率较高的问题。因此高级跑者要重视缓冲不足的问题，特别是要加强肌肉力量，从而更多靠肌肉吸能，减少着地对于关节的冲击。图5不同组别大众跑者着地第一峰值力加载率对比初级组第一峰值力加裁率(BWZs)中级组第一峰值力加载率(BWs)高级组第一峰值力加费率(BWs)0.085-0.08-0.075-0.07-JJIjliitI800''7,3Q,t7'00''6'30''6'00''5,3O"5'00''4'30''4'00''3'3b'0.065-0.06-0.0550.05-0.0450.04-表1不同组别第一峰值力加载时间对比（分钟/公里）初级姐第T值力加适时问中级姐第T值力加适时问（阚）高级妲第Tt（钟）8'00f'33±436+729±47,30,r33+536+729+5T00t,32+535+729+56,30r,33+434+629+56'00''33+535+729+55,30,r32+435+829+55'(X33+532+529+44'3(T'32+433+731+54W,33+535+731+63,3Qf,31+234+732+6四、成也靠力败也是力，无伤跑者如何将受力最大程度合理化？跑步通常被认为是心肺耐力运动，但心肺工作目的是将氧气运输到肌肉，为肌肉收缩提供能量，而肌肉收缩产生的力量才是推动人体跑步的原动力。肌肉通过收缩以及合理的技术缓冲腾空落地时地面冲击力，也通过肌肉收缩产生蹬伸力量。换句话说，跑得快是靠肌肉收缩提供动能，跑步不受伤也得靠学会缓冲作用在人体上的冲击力。本研究发现从慢到快，跑步腾空落地时受到的第一峰值力达到1.5倍到3倍体重，且随着速度加快，第一峰值力上升迅速，跑者想要跑得更快需要更强的心肺耐力和肌肉力量这点毋庸置疑，但也要具备更强的承受和缓冲第一峰值力的能力。那么，跑者如何才能将跑步时腾空落地的冲击力控制在合理范围，避免受伤呢，这是最为重要的四条建议。训练和跑步训练复和恢复时间1、科学合理的跑步技术好的跑步技术可以最大程度缓冲受力，这些技术包括：着地时着地点距离重心不是太远，膝关节保持适度弯曲，弯曲的骨骼排列才有利于缓冲；着地好膝关节积极下压，从而实现缓冲受力；在同等速度下更推荐快步频，这样有助于减少腾空高度，一方面更省力，一方面也减少落地时的动量，还能避免着地点距离重心过远；2、强化肌肉力量力量是产生动作的源泉，良好的肌肉力量一方面提供足够动力，一方面也能够充分缓冲受力。女性跑者第一峰值力大于男性很大程度上跟女性力量较弱有关；3、循序渐进地跑步，逐步提高身体承受能力再强大的肌肉力量，再合理的跑步技术也经不起超出自身能力的损耗和折腾，循序渐进地跑步本质就是要逐步提高身体承受应力的能力。本研究证实了随着速度加快，第一峰值力上升迅速，所以你想跑得更快，就要具备更强的身体承受应力的能力。罗马不是一天建成的，循序渐进的跑步，为一场马拉松比赛进行充分准备就是逐步提高身体承受能力的过程；4、给予身体足够的修复和恢复过量运动造成的身体损耗，加之不给身体足够修复和恢复时间，很容易导致身体透支和衰竭，这就是所谓没有疲劳就没有训练，没有恢复就没有提高。五、总结通过对于大众跑者不同速度着地受力的分析，我们可以清楚地看到，随着速度加快，人体所承受的应力增加很快，所以大众跑者不必总想着为了跑快而跑快，而是先要打好自己的基础。女性跑者尤其要重视力量不足带来的第一峰值力和第一峰值力加载率过大的问题；精英跑者也要重视速度快而带来的缓冲不足、应力过大、负荷过度积累的问题。加强心肺和力量训练，目的是提高身体承受负荷能力，而控制跑量和配速，避免过大负荷连续积累在人体身上，一正一反，有张有弛，才是科学跑步的王道。