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避震是否越軟越好 適度的剪力避震減少下肢負荷

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2021-10-14

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避震是否越軟越好 適度的剪力避震減少下肢負荷
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作者:唐晏珊、侯傳方、陳韋翰、相子元

全球受到 COVID-19 疫情影響,大量減少民眾外出運動的機會。因此居家健身訓練成為一股新潮流。根據 Adobe Analytics 發佈的數位經濟指數顯示,跑步機、啞鈴等健身器材的訂單數增長了 55 %。在選購跑步機時,有避震功能設計為重要考量之一。然而除了跑步機上的避震設計,也可透過選擇避震鞋款,提供跑者避震需求。

關於避震的原理(延伸閱讀:《跑鞋的避震是如何達成的?》)及重要性已普遍被一般民眾接受,但避震是否越軟越好?新的剪力避震觀念真的如此重要(延伸閱讀:《避震的新觀念 : 剪力避震》?)如何在運動強度與運動表面之間去取得一個最佳的避震組合?

不可忽視的剪力傷害

在運動過程中垂直地面反作用力對人體的重複衝擊,已被證實為造成運動傷害的原因之一,因此各大鞋廠透過不同設計來提升避震功能,以減少著地時的垂直衝擊力。然而,在運動過程中,除了垂直方向的作用力,腳與地面在接觸時會產生水平方向的反作用力(即為剪力),雖然剪力的衝擊力大小僅為垂直反作用力的 20-25 %,然而剪力在膝關節所產生的力矩高於垂直反作用力 3.8 倍。此外,過去有研究指出,在接觸地面時,可透過增加鞋底相對於地面的滑動位移,產生額外的阻尼效果以減緩水平方向上的剪力,進一步漸少踝關節與膝關節的負荷。因此在 2019 年生物力學期刊(Journal of Biomechanics)中,有研究提出在不同步態速度下(1.5 m/s、2.5 m/s、3.5 m/s),搭配不同地面剛性特性(固定、硬、中等硬、中等軟、軟),進行剪力效果測試。

圖片來源: Journal of Biomechanics, 93, 226-230.
圖片來源: Journal of Biomechanics, 93, 226-230.

不同運動強度應挑選不同避震剛性

實驗設計跑者踏在一塊在地面上可水平滑動之平台,該滑動平台可提供不同剛性阻尼(如上圖),研究結果指出在低速度 1.5 m/s 下(A),採用稍軟剛性阻尼,APLR 及 MPLR 數值最低;在中等速度 2.5  m/s下(B),採用稍硬剛性阻尼,PPSF、APLR 及 MPLR 數值最低;在高速度 3.5 m/s下(C),採用稍硬剛性阻尼, PPSF 及 APLR 數值最低。因此在不同的運動強度下,應挑選不同剛性的剪力避震結構來運動,如在低速度 1.5 m/s下,可透過稍軟的材質達到剪力避震效果;而在中等速度 2.5 及高速度 3.5 m/s 下,可挑選稍硬的設計剪力避震效果較佳。

圖片來源: Journal of Biomechanics, 93, 226-230.
圖片來源: Journal of Biomechanics, 93, 226-230.

剪力峰值 peak posterior shear force(PPSF);平均負荷率average posterior loading rate (APLR);最大負荷率maximum posterior loading rate(MPLR)

由此可知,運動表面的水平阻尼剛性,也並非越軟越好,雖較軟材質能產生較大水平位移,但對於高強度運動下,減少負荷率效果卻較差。且較軟的水平阻尼剛性設計,可能會使下肢的動作穩定性變差。而在剪力的方向上做避震設計可以降低傷害發生的機率,但還是須要針對不同的運動型態和強度進行設計,才能達到最佳的運動傷害防護效果。

參考文獻:

Chen, W. H., Hsieh, C. F., Chan, M. S., Shih, Y., Chen, C. H., & Shiang, T. Y. (2019). Optimal shear cushion stiffness at different gait speeds. Journal of Biomechanics, 93, 226-230.

內容來源:運動科學網

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