【文獻分享】「腳踏實地」的生物力學

你花了多少錢在一雙好的運動鞋上，期望能跑得更快並且避免受傷？最新的研究指出，最好的運動鞋就是我們與生俱來的這雙腳！這個研究在許多平面媒體皆有報導。

但從演化的觀點來看，這結果並不意外。雙腳直立是人類演化過程中重要的里程碑，那麼跑步呢？這篇 review 指出，人類在短跑上或許不如許多其他動物（如犬科、牛科動物、甚至馬），但卻是十足的長跑健將，具有追逐獵物的優勢！在漫長的追逐競賽中，人類的腳往復地衝擊地面，在慣於穿鞋的現代人身上，這可能是 2~3 倍體重的衝擊力！然而，現今加強足跟緩衝的運動鞋雛形卻在 1970 年代才形成... 時值今日，即使科技大幅改善運動輔具的設計，然而因運動而造成的足部運動傷害卻時有所聞。那麼，在跑鞋出現前的漫長歷史中，人類是如何避免受傷的命運？

在這個由哈佛大學知名人類學家 Daniel Lieberman 領導的研究中，科學家進一步比較了赤腳與穿鞋奔跑時腳步的動作與來自地面的反作用力。結果顯示，慣於以赤腳奔跑的跑者以足尖著地，而慣於穿鞋者無論穿鞋與否，奔跑時均以足跟落地。足部落地時，身體一部份的等效質量在 10-20 ms 間減速為零，造成了可能危害骨骼肌肉的衝擊力。以足尖落地時的等效質量約為足跟落地時的 1/3 ~ 1/4，大大減少了衝擊力。為什麼足尖落地時等效質量會減少呢？作者進一步將足部模擬成 L 形的雙擺 (L-shaped double pendulum)，當關節的可彎曲程度增加時，系統的轉動動能將增加，減少了與地面撞擊的等效質量。

有興趣的夥伴，可以參考這篇 News & Views 的報導，甚至挑戰這篇研究論文，別忘了，許多研究的細節在該文的補充資料 (Supplementary information) 中喔！