跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)損傷膝關(guān)節(jié)是真的嗎？
01跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)損傷膝關(guān)節(jié)是真的嗎？
不少跑者聽(tīng)說(shuō)過(guò)這樣一種說(shuō)法：不要在跑步機(jī)上跑步，跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)傷膝！這種說(shuō)法是從何而來(lái)？是誰(shuí)提出的？壓根就沒(méi)有人能說(shuō)明白。換句話說(shuō)，“跑步機(jī)上跑步傷害膝蓋”這樣流傳甚廣的“民間說(shuō)法”其實(shí)是沒(méi)有科學(xué)依據(jù)的，科學(xué)研究也發(fā)現(xiàn)沒(méi)有證據(jù)證明跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)傷膝。
跑步機(jī)作為一種健身工具，本身是中性的，緩震性能良好的跑步機(jī)配合科學(xué)合理的跑步不僅不會(huì)傷害膝蓋，相比在堅(jiān)硬水泥地面上跑步，反而更加保護(hù)膝蓋。跑步機(jī)的緩震性能主要取決于跑板設(shè)計(jì)和材料構(gòu)成，而非大家往往認(rèn)為的橡膠皮帶。本文就跑步機(jī)是否傷膝展開(kāi)科學(xué)探究。
跑步傷痛從本質(zhì)上說(shuō)，是自身內(nèi)部因素與外部負(fù)荷因素交互作用的結(jié)果，自身存在“缺陷” 的跑者，比如力量不足、柔韌性差、跑姿不合理等問(wèn)題時(shí)，在承受負(fù)荷，特別是不合理的負(fù)荷時(shí)容易發(fā)生傷痛，所以從預(yù)防跑步傷痛的角度來(lái)說(shuō)，一方面加強(qiáng)自身能力建設(shè)，一方面合理控制跑量是預(yù)防跑步傷痛的關(guān)鍵。
02導(dǎo)致跑步傷痛的原因
跑步是一項(xiàng)周期性運(yùn)動(dòng)，也即蹬地、騰空、擺腿、著地、支撐等階段周期重復(fù)出現(xiàn)，在跑步過(guò)程中，腳每次著地會(huì)對(duì)地面形成2-3倍體重的作用力，此時(shí)地面會(huì)形成相等的、反方向的力。著地所引發(fā)的沖擊力不斷積累，就稱之為負(fù)荷，負(fù)荷過(guò)大或者負(fù)荷連續(xù)積累恢復(fù)不足，就會(huì)引發(fā)傷痛。沒(méi)有人慢跑100米受傷，而是隨著跑步時(shí)間延長(zhǎng)，容易產(chǎn)生傷痛，根本原因就在于負(fù)荷積累。
圖1的曲線描繪出了從腳后跟著地至腳掌離開(kāi)面過(guò)程中地面反作用力的變化，很明顯看到有兩個(gè)峰值。第一個(gè)峰值（稱為被動(dòng)峰值）是腳后跟接觸地面的瞬間，地面給人體的反作用力（此圖是以腳后跟著地跑者的數(shù)據(jù)），這就是所謂著地沖擊力，這個(gè)力大約有2-3倍體重，這個(gè)沖擊力不斷積累是導(dǎo)致跑步膝痛的關(guān)鍵原因。
圖1 跑步著地時(shí)，大約受到兩倍于體重的沖擊力
因此，跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)是否傷膝的疑問(wèn)于是就變成了跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)是否增加了著地沖擊，是否導(dǎo)致跑姿改變。影響傷痛發(fā)生的跑姿因素有步頻步幅因素、著地沖擊因素等等。
01步頻步幅對(duì)于跑步傷痛發(fā)生的影響
對(duì)于大眾跑者來(lái)說(shuō)，步頻是衡量跑姿最簡(jiǎn)單最實(shí)用的指標(biāo)，所謂步頻就是指每分鐘雙腳著地的次數(shù)，步頻乘以步幅就等于配速，在配速保持不變的情況下，跑者可以選擇慢步頻大步幅，也可以選擇快步頻小步幅，推薦大眾跑者采用相對(duì)快的步頻和相對(duì)小的步幅，因?yàn)榭觳筋l可以減少騰空高度，這樣就減少落地時(shí)人體受到的沖擊力。而如果采用慢步頻大步幅式的跑步方式，一方面大大增加了騰空高度，跑步是水平向前的運(yùn)動(dòng)，跑者把大量力氣用在克服重力做功方面，非常不經(jīng)濟(jì)，另一方面騰空高度越高，著地沖擊越大，也大大增加了受傷風(fēng)險(xiǎn)。
一般來(lái)說(shuō)，速度越快步頻相對(duì)越快，但不等于說(shuō)速度慢時(shí)，步頻也允許很慢，即便在慢速跑步比如配速在7分左右的時(shí)候，跑者也應(yīng)當(dāng)讓步頻達(dá)到170步/分左右，公認(rèn)的理想步頻是170-180步/分，那么是不是速度越快步頻就越快呢？也并非如此，在快速跑步過(guò)程中，比如配速在5分以內(nèi)，過(guò)快的步頻會(huì)導(dǎo)致后蹬不足就進(jìn)入下一次著地，沒(méi)有讓力量充分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而是以熱能形式釋放，并且快速跑步過(guò)程中，如果步頻過(guò)快導(dǎo)致肌肉頻繁收縮舒張，肌肉得不到足夠放松，也會(huì)加劇肌肉疲勞。對(duì)于想要提升速度的成熟跑者來(lái)說(shuō)，在步頻能夠達(dá)到180-200步/分的情況下，就應(yīng)當(dāng)訓(xùn)練自己的步幅。綜上所述，無(wú)論速度快慢，步頻都應(yīng)當(dāng)處于一個(gè)合理區(qū)間，推薦大眾跑者采用170-180/分的步頻，這對(duì)于提升跑步效率，減少著地沖擊，改善跑步體驗(yàn)，減少傷痛發(fā)生很有幫助。
而室內(nèi)跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)，由于跑步板的長(zhǎng)度固定且速度通常固定，跑步者往往更加注重控制步頻來(lái)調(diào)整速度。相比室外跑步，在跑步機(jī)上運(yùn)動(dòng)，跑者很少發(fā)生跨大步，也即大步幅慢步頻的情況，前文已經(jīng)講解了大步幅慢步頻會(huì)導(dǎo)致重心起伏過(guò)大且著地沖擊過(guò)大，這樣的跑步技術(shù)不推薦給大眾跑者。換句話說(shuō)，跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)，跑者更加傾向于采用前文所推薦的快步頻小步幅的運(yùn)動(dòng)方式，由于環(huán)境穩(wěn)定，跑步機(jī)上跑步步頻和步幅非常均勻，這樣就有利于減少騰空高度和著地沖擊，改善跑步體驗(yàn)。
發(fā)表了國(guó)際頂級(jí)運(yùn)動(dòng)科學(xué)雜志《Sports Medicine》上2020年的一篇綜述《Is Motorized Treadmill Running Biomechanically Comparable to Overground Running? A Systematic Review and Meta-Analysis of Cross-Over Studies》（跑步機(jī)跑步與地面跑步在生物力學(xué)上具有可比性嗎？系統(tǒng)回顧和薈萃分析），經(jīng)過(guò)大量文獻(xiàn)綜述，最終的結(jié)論也是跑步機(jī)跑步與地面跑步在多數(shù)生物力學(xué)測(cè)量上沒(méi)有顯著差異。跑步機(jī)上跑步身體重心上下起伏更小，這可能與跑步機(jī)跑步時(shí)的步頻較高有關(guān)。而快步頻小步幅的優(yōu)勢(shì)前文已經(jīng)充分說(shuō)明——就是減少騰空高度，從而減少著地沖擊，所以從減少著地沖擊，從而減少傷痛發(fā)生角度而言，跑步機(jī)上跑步反而是室外跑步具有更潛在的好處。
02著地沖擊對(duì)于傷痛發(fā)生的影響
室外跑步通常在硬地面上進(jìn)行，如水泥路面或?yàn)r青路面，這些硬地面會(huì)產(chǎn)生更大的地面反作用力，對(duì)關(guān)節(jié)造成更大的負(fù)擔(dān)，尤其是膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)。而公認(rèn)在塑膠跑道跑步更好的原因也在于塑膠跑道具有彈性，因此塑膠跑道相比水泥路面，具有更好的緩震作用，從而減少對(duì)于膝關(guān)節(jié)沖擊。
而室內(nèi)跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)，能否減少對(duì)于膝關(guān)節(jié)的沖擊，關(guān)鍵設(shè)計(jì)就在于核心部件——跑板的材料構(gòu)成，如果跑板材質(zhì)與設(shè)計(jì)合理，那么就能減少對(duì)于膝關(guān)節(jié)的沖擊，而如果跑板堅(jiān)硬不緩震，那么跟在室外跑步就區(qū)別不大了。
舒華跑步機(jī)區(qū)別于傳統(tǒng)式的一塊跑板加上幾個(gè)小的緩沖墊的傳統(tǒng)簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，舒華阿波羅減震系統(tǒng)采用上下跑板設(shè)計(jì)，并在上下跑板之間安裝有緩沖層，緩沖層從前到后依次設(shè)置6片由緩沖材質(zhì)制成的緩沖墊，且位于前方的緩沖墊的緩沖材質(zhì)硬度小于位于后方的話緩沖墊的緩沖材質(zhì)硬度，提高跑步過(guò)程的緩沖效果，更好的保護(hù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)膝蓋的沖擊力。
根據(jù)北京體育大學(xué)所做針對(duì)新款配置有阿波羅減震系統(tǒng)的跑步機(jī)的驗(yàn)證研究發(fā)現(xiàn)，相比于舒華沒(méi)有配置阿波羅減震系統(tǒng)的跑步機(jī)、木板地面、水泥地面、普通草地及比賽塑膠跑道等不同地面，T399 新型緩沖材料跑板跑步機(jī)在減少運(yùn)動(dòng)中的沖擊方面具有明顯優(yōu)勢(shì)和效果。它在減少觸地沖擊及峰值垂直地反作用力方面表現(xiàn)尤為突出，顯示出較好的緩沖性能。
基于緩沖指數(shù)的分析，配置有阿波羅減震系統(tǒng)的跑步機(jī)相較于原跑步機(jī)具有顯著的改善。舒華新材料跑步機(jī)使用的新型緩沖材料能夠有效吸收和分散跑步時(shí)產(chǎn)生的沖擊力。較低的垂直地反作用力和垂直負(fù)荷率，以及較大的膝關(guān)節(jié)峰值屈曲角度,表明這種跑步機(jī)在提供足夠支撐的同時(shí)，能夠更好地保護(hù)關(guān)節(jié)，減少?zèng)_擊力的傳遞。
03髖膝踝的運(yùn)動(dòng)角度
前文講到的那篇關(guān)于跑步機(jī)和室外跑步的對(duì)比研究綜述也發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于室外跑步，跑步機(jī)跑步著地時(shí)足外翻角度、膝關(guān)節(jié)屈曲緩沖角度，以及身體重心的垂直位移均較小。這與跑步機(jī)底座材質(zhì)以及減震有一定的關(guān)聯(lián)。研究表明，較硬的跑步機(jī)底座或者堅(jiān)硬室外水泥地面會(huì)導(dǎo)致跑步者采取更多的膝關(guān)節(jié)屈曲和踝關(guān)節(jié)背屈來(lái)降低下肢的剛度，帶來(lái)更多的重心起伏和能量消耗。因此，相比地面，緩沖性能較好跑步機(jī)可能會(huì)使這些關(guān)節(jié)角度和活動(dòng)范圍的減小，從而提升跑步時(shí)下肢的剛度，這樣可以更好地利用肌肉等軟組織彈性，發(fā)揮拉伸－收縮循環(huán)效應(yīng)（Stretch-Shortening Cycle，SSC），讓跑步更省力。
04地面反饋和穩(wěn)定性
另一個(gè)跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)和室外跑步的區(qū)別在于地面反饋和穩(wěn)定性。在室外跑步時(shí)，地面的硬度、不規(guī)則性以及坡度都會(huì)對(duì)跑步者的腳步落地產(chǎn)生影響。例如，跑步者在硬地面上跑步時(shí)，可能會(huì)感受到更強(qiáng)的沖擊力，而在不規(guī)則地面上跑步時(shí)，可能會(huì)使膝關(guān)節(jié)（動(dòng)態(tài)膝外翻）和踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定不足（習(xí)慣性崴腳）的跑者面臨更大的不穩(wěn)定性。
相比之下，在跑步機(jī)上，地面是均勻、平整的，而且跑步板通常具有一定的彈性，這使得每一步的落地都能產(chǎn)生相對(duì)一致的反饋。因此，跑步者在跑步機(jī)上往往感覺(jué)更加穩(wěn)定，腳步落地的感覺(jué)相對(duì)柔和。
舒華新型阿波羅減震系統(tǒng)可以使人體在跑步運(yùn)動(dòng)中，前腳舒適落地，后腳有力回彈，提腳時(shí)可有效借力，能使人在跑步過(guò)程中更科學(xué)的利用運(yùn)動(dòng)人體學(xué)，減輕人體在跑步過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，減少腿部肌肉拉傷，提升跑步穩(wěn)定性。
05肌肉發(fā)力模式
人們通常認(rèn)為，跑步機(jī)跑步需要較少的推進(jìn)力，因?yàn)榕懿綑C(jī)的履帶會(huì)自動(dòng)將腿部移動(dòng)到身體后方，而在地面跑步中，身體需要通過(guò)下肢的后蹬實(shí)現(xiàn)前進(jìn)，因此認(rèn)為地面跑步中比跑步機(jī)跑步需要更多的腘繩肌收縮來(lái)產(chǎn)生推進(jìn)力。但相關(guān)研究結(jié)果表明跑步機(jī)跑步與室外跑步腘繩肌募集沒(méi)有差異，同時(shí)大量研究發(fā)現(xiàn)跑步機(jī)跑步與室外跑步時(shí)下肢肌肉的肌電圖均沒(méi)有顯著的差異，其結(jié)果說(shuō)明跑步機(jī)與室外跑步具有相同的肌肉募集能力和發(fā)力模式，這提示室外跑步和跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生幾乎相同的肌肉收縮效果。因此在遇到炎熱、寒冷等不適合室外跑步的環(huán)境時(shí)，跑者想要進(jìn)行爬山或下坡跑訓(xùn)練，室內(nèi)跑步機(jī)跑步是非常不錯(cuò)的選擇。
06小結(jié)
綜上所述，沒(méi)有科學(xué)證據(jù)表明，跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)與膝關(guān)節(jié)損傷之間存在關(guān)系，恰恰相反，跑步機(jī)上運(yùn)動(dòng)時(shí)，跑者更加傾向于采用快步頻小步幅這樣降低跑步傷痛發(fā)生的跑姿。此外，跑步機(jī)良好的設(shè)計(jì)，特別是跑板材料以及跑板設(shè)計(jì)方面對(duì)于減震的特殊考量，使得室內(nèi)跑步運(yùn)動(dòng)所受到的著地沖擊更小，舒華新款跑步機(jī)因?yàn)槠洫?dú)到的阿波羅減震系統(tǒng)，有效降低了著地沖擊，是人們室內(nèi)跑步健身減肥的好幫手。
事實(shí)上，傷痛發(fā)生更多與跑者自身能力，以及與跑量不匹配有關(guān)，而與選擇室內(nèi)還是室外跑步?jīng)]有必然聯(lián)系，對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)是無(wú)論是在室外還是在室內(nèi)，合理跑步是安全的。然而，跑步者需要注意合適的訓(xùn)練方法和姿勢(shì)，以及個(gè)體能力的影響，以減少膝關(guān)節(jié)損傷的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)科學(xué)的訓(xùn)練和正確的預(yù)防措施，跑步者可以享受跑步帶來(lái)的健康益處，同時(shí)減少受傷的可能性。
作者簡(jiǎn)介
戴劍松 中國(guó)體育科學(xué)學(xué)會(huì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練康復(fù)專家、南京體育學(xué)院副教授
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