第四节 着地受力
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，称为反作用力，这个力就是我们通常所说的冲击力。冲击力如果过大或者不断积累，可能会给骨骼、关节带来损伤。根据爱燃烧公布的《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，运动损伤从根本上说是由负荷过大，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，跑量过大、跑姿问题、体重较大、缺乏力量、恢复不足等不一而足，最终这些因素都会以生物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（如膝关节）过于集中，并且超出身体的修复能力和承受能力，从而导致慢性劳损。
一、跑步着地时受力基本特征
认真、细致地研究大众跑者跑步过程中，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的基本特征，跑步时，地面垂直方向反作用力的经典曲线一般如右图所示。
在脚刚着地时会有一个陡然上升的力，我们把这个力称为第一峰值力，第一峰值力对跑步指导最有意义，它代表跑步腾空落地时所受到的地面冲击力的大小及其产生的快慢。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，曲线上升相对越缓，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，此时的力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期变成蹬伸期，第二峰值力通常表示蹬伸用力的程度。
南京体育学院运动健康学院戴剑松副教授领导的团队对大众跑者的跑姿进行了深入研究，这其中就包括对跑步时着地阶段受力特征的分析，研究方法见本章第一节。
二、大众跑者着地时受力分析
下图显示了大众跑者在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，曲线逐渐升高。
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，下一页图的纵轴坐标显示了体重的倍数，从最慢的8:00配速到最快的3:30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60千克的跑者，配速每缩短30秒，每一步着地时受到的冲击力将增加3千克左右，看上去还不算多，但这只是每一步增加的冲击力，1千米大约1000步，这就意味着每1000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，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伤痛的。
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。所以，跑者的配速和跑量一定要与自己的能力匹配，加快配速、加大跑量一定要以自身能力作为基础，通过循序渐进的训练，逐步提高身体对负荷的耐受能力。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及恢复修复能力，引发伤痛。
本研究还发现女性跑者虽然体重较轻，但在对体重进行标准化处理（即受力除以体重）后，女性跑者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。
下一页第一幅图显示了不同水平大众跑者第一峰值力，总体而言，似乎中级组跑者第一峰值力更大，初级组跑者第一峰值力相对最小，但各组间差别不大。
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一峰值力的时间，即第一峰值力加载率＝Force/t，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，从下一页第二幅图可见，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。前文已经发现随着速度加快，达到第一峰值力的时间没有发生明显变化，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，由此也显示速度越快，着地时所受到的瞬时冲击越大，受伤风险越大。从第55页第一幅图中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。
从下一页第二幅图可见，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，着地时间较短有关，着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。因此高级组跑者要重视缓冲不足的问题，特别是要加强肌肉力量，从而更多地靠肌肉吸能，减少着地对关节的冲击。
三、成也靠力，败也是力，无伤跑者如何将受力最大限度合理化
跑步通常被认为是心肺耐力运动，但心肺工作的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产生的地面冲击力，也通过收缩产生蹬伸力量。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1.5~3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？以下是最为重要的4条建议。
1． 科学、合理的跑步技术
好的跑步技术可以最大限度缓冲受力，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。
● 着地后膝关节积极下压，从而缓冲受力。
● 在同等速度（配速不是太快的情况下）下更推荐快步频，这样有助于降低腾空高度。一方面更省力，另一方面也减小落地时的动量，还能避免着地点距离重心过远。
2． 强化肌肉力量
肌肉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，另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肌肉力量较弱有关。
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，循序渐进地跑步本质就是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。循序渐进地跑步，为一场马拉松比赛进行充分准备的过程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时间
身体在承受应力之后，可能会产生局部负荷积累，这种负荷积累对于身体而言是一种刺激，身体只有通过休息和恢复才能适应刺激，并且变得更强大，这就是所谓超量恢复。过量运动造成身体损耗，加之不给身体足够的修复和恢复时间，很容易导致身体透支和衰竭，这就是所谓的没有疲劳就没有训练，没有恢复就没有提高。
四、总结
通过对大众跑者在不同速度下着地受力的分析，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，提高身体承受负荷的能力；控制跑量和配速，避免过大负荷连续积累在人体上。一正一反，有张有弛，才是科学跑步的王道。
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