第二章 文獻探討
第二節 跑步的生物力學
第二節 跑步的生物力學
一般而言，走路 (walking) 速度約每分鐘 93.8 公尺，走路週期可略分為站立期
(stance phase) 及擺盪期 (swing phase)，分別佔整個週期的 65% 及 35% 。而在走
路週期中，當一腳腳尖離地 (toe off) 之前和另一腳腳板完全放於地面 (flat foot
phase) 之前，此時有雙腳支撐地面，稱之為雙腳支撐時期 (double supported phase)
約佔整個週期的 25%。當走路的速度加快到大於每分鐘 201 公尺時稱之為跑步
(running)。跑步的動作週期與走路相同，亦可區分為站立期及擺盪期，而兩者間最大
的不同在於跑步有較短的站立期及出現佔整個跑步週期 30% 的雙腳離地期 (double
unsupported or float phase)，即雙腳支撐期消失。因此跑步站立期約佔跑步週期的
40%，雙腳離地期佔 30%，而擺盪期則佔 30%。此外，整個走路週期約 1 秒鐘，而跑步
週期約 0.7 秒鐘 (Adelaar, 1986)。
Cavanagh 等學者 (1980) 根據跑步時足部最先著地的部位，將慢跑跑者區分為兩
大類，一種為足後跟先著地的跑者 (rearfoot strikers)，另一種跑者則是利用整個腳
掌最先著地 (midfoot strikers)。
以後跟著地跑者的步態為例，可將跑步動作分為以下幾個時期 (Adelaar, 1986) ：
(一) 初始接觸地面期 (initial ground contact phase)：
由足後跟外側最先著地，隨即足後跟至腳板完全帄貼於地面。這個時期需要踝關節
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背屈 (ankle dorsiflexion) 的動作及足夠的穩定性。
(二) 吸震期 (shock-absorbing action phase)：
此時期下肢髖關節、膝關節及踝關節都會彎曲 (flexion)，足部開始做旋前動作
(pronation)，使我們的足部骨頭排列變鬆 (unlock)，以適應地面並且利於吸震，此連
動的動作可減緩地面反作用力對於跑者的衝擊。
(三) 中間支撐及離地期 (midsupport and take-off)：
此階段跑者身體重心會快速向前移動，擺盪腳 (swing leg) 會加大彎曲角度向前
帶動，而站立腳 (stance leg) 必需產生穩固的支點以利向前推進。此時踝關節快速蹠
屈 (plantarflexion)、中跗骨關節 (mid-tarsal joint) 鎖緊 (locking)、跟骨
(calcaneus) 內翻 (inversion)，足底筋膜 (plantar fascia) 撐起協助穩定足弓，脛
骨後肌群 (posterior tibia muscles) 則收縮以穩定下肢，這些連動之動作有利於身
體快速向前推進。
(四) 雙腳離地期 (float phase)：
此時期身體重心會向上向前移動。在雙腳離地末期，前腳膝關節快速伸直
(extension)、踝關節背屈以利接下來著地期準備。
若以生物動力學的角度來探討，在跑步的過程中雙腳不斷反覆接觸地面產生撞擊，
人體的足踝關節也就必頇反覆承受與地面反作用力的撞擊，衝擊力會向上傳遞到膝關節
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及髖關節部位。在走路時，測量垂直地面之反作用力，總共會有三個峰值，包含一個衝
擊力峰值 (impact peak) 及兩個主動力峰值 (active peak)。撞擊力峰是由足後跟與
地面被動式接觸而產生，其力量大小約為 0.6BW (body weight) 。第一個主動力峰發
生在足跟著地 (heel strike) 到帄足底期 (foot flat) 之間。此力量為足跟著地後身
體重心向下移動，地面推動身體向上的反作用力。而第二個主動力峰值發生在足跟離地
(heel off) 到足尖離地 (toe off) 時，此為足部蹬地抬起離地所造成。兩個主動力峰
值大約相等，約為 1.2BW。
與走路比較，跑步的衝擊力峰值及主動力峰值較大。隨著跑步速度增加，跑步的衝
擊力峰值與主動力峰值也隨之增加。大部分的跑者若以慢速至中度的速度在帄面上跑
步，會利用足後跟著地，也就是利用腳的後三分之一處與地面做最先接觸，而且只會出
現兩個峰值，包含一個衝擊力峰值及一個主動力峰值。跑步的衝擊力峰值發生在站立期
前 10% 的時間，持續的時間很短，一般小於 30 毫秒。力量約 1.5BW 至 5BW 之間，
取決於跑者擺盪腳在未著地前所做的動作，影響原因包含與地面接觸時足部與重心的速
度、接觸面積及接觸面的材質等等，亦即跑步速度、著地方式、跑鞋及跑步路面對此衝
擊力有所影響。另一個主動力峰值發生在站立期後期 60% 至 75% 處，大約持續 200 毫
秒，由下肢肌肉主動收縮而產生，相較於被動衝擊力峰值來得大，約為 3.0WB ( Hreljac,
2004)。
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第三節 常見下肢跑步運動傷害的分布
由流行病學的研究發現，膝關節疼痛在跑步運動傷害中是最常見的部位，不論是在
比賽時或是在練習期間都經常發生 (Maughan et al., 1983)。而這主要與膝關節在跑
步動作中扮演著重要緩衝力量的中心轉軸點有關。Taunton 等學者 (2002) 在針對
2002 人的回溯性調查研究中指出，膝蓋疼痛發生率為 42.1%，而其他依序為足部/踝部
(16.9%)、小腿 (12.8%)、及髖部 (10.9%)。國內的研究資料也指出膝關節疼痛是在跑
步運動之下肢傷害中排名首位，發生率佔所有下肢傷害的 32.5% (Chang et al.,
2012)。Taunton 等學者 (2002) 發現，若以臨床診斷來分類膝蓋的疼痛，最常見的傷
害包含髕股骨疼痛症候群 (patella femoral pain syndrome，PFPS)、髂脛束摩擦症候
群 (iliotibial band fricition syndrome)、半月板傷害 (meniscal injuries) 及髕
骨肌腱炎 (patellar tendinitis)。
另外跑步造成的小腿疼痛也很常見，而這些疼痛往往是因過度使用而形成的疼痛症
候群。在 Taunton 等學者 (2002) 的研究中，發現 12.8% 的跑者有小腿疼痛的情形。
Reinking 等學者 (2013) 針對 225 位社區的跑者所做的調查中，也發現高達 35.1%
的跑者在參加比賽前三個月的練習中曾發生小腿疼痛，且在過去一年中則有超過 50%
的跑者曾發生。Reinking 等學者 (2006) 提出用 ERLP (Exercise Related Leg Pain)
來描述膝蓋到腳踝之間的疼痛，並提出可能導致的原因包括脛骨內側壓力症候群
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(medial tibial stress syndrome，MTSS)、慢性腔室症候群 (chronic exertional
compartment syndrome，CECS)、疲勞性骨折（stress fracture）、肌腱發炎
(tendinopathy)、神經夾擠 (nerve entrapement) 及血管夾擠症候群 (vascular
entrapment syndrome)，而以前四種原因最為常見。
在 van Gent 等學者 (2007) 發表的系統回顧研究中，歸納十七篇相關報告，發現
長跑跑者發生運動傷害的部位主要分佈在膝蓋 (7.2%-50%)、小腿 (9%-32.2%)、足部
(5.7%-39.3%)及大腿 (3.4%-38.1%)。Hespanhol 等學者 (2012) 針對業餘跑者的研究
發現，最主要的跑步傷害為肌腱炎與肌肉受傷，就解剖位置而言最常見為膝蓋，再來則
為足部。Lopes 等學者 (2012) 則指出，馬拉松選手三大最常見的骨骼肌肉傷害為脛骨
內側應力症候群、阿基里斯腱肌腱炎 (Achilles tendinopathy)及足底筋膜炎 (plantar
fasciitis)。Di Caprio 等學者 (2010) 也發現，在中距離的跑者中，足底筋膜炎的發
生率為 42.2%，而長距離的跑者中發生率為 25.0%。由此可見除了膝關節及小腿的疼痛
外，足部疼痛也是常見困惱跑者的下肢傷害之一。
國內以 2005 年 ING 台北國際馬拉松賽參賽者為樣本之研究指出，跑者所有下肢
傷害各部位所佔的比例為臀髖部 (4.6%)、大腿 (16.7%)、膝關節 (32.5%)、小腿 (16.1%)
及足部/踝部 (25.3%) (Chang et al., 2012)。
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第四節 影響跑步運動傷害的風險因子
影響跑步運動傷害的風險因子很多，依其性質大略可區分為三大類，包含個人因素
(personal factors)，如性別、年齡、身高、體重、遺傳構造等等；跑步/訓練方法的
因素 (running/training factors)，如跑步頻率、跑步里程、每次訓練的時間、跑步
姿勢、場地、穿著何種跑鞋及有無交叉訓練等等因素；最後是生活型態與健康因素
(lifestyle and health factors)，如相關疾病、吸菸、喝酒及過去受傷史等等 (van der
Worp et al., 2015; van Gent et al., 2007)。以下分項說明：
(一) 個人因素(personal factors)
1.年齡
隨著年齡的增加肌肉骨骼系統在生理上也會產生相應變化，例如肌力下降、肌肉量
減少、柔軟度變差、反應時間變慢、本體感覺變差及骨質疏鬆等，而這些變化，讓部分
學者認為年紀較大的跑者有較高跑步運動傷害的發生率。如 Taunton 等學者 (2003)
調查 635 位跑步俱樂部的業餘女性跑者發現，大於 50 歲為發生下肢傷害之危險因
子，相較於年齡輕的跑者，相對風險比 (relative risk) 為 1.919 倍；而小於 31 歲
則是發生新下肢跑步傷害之保護因子，比起年齡較大的女性跑者相對風險比為 0.575
倍。McKean 等學者 (2006) 則指出 40 歲以上的跑者有較高傷害發生率，較易產生多
重部位的傷害，且易發生小腿後肌 (calf)、阿基里斯肌腱 (Achilles tendon) 及膕後
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肌群 (hamstrings) 等軟組織的傷害，而 40 歲以下的跑者傷害則較常發生在膝關節及
小腿。
但亦有研究對於年齡與跑步傷害發生率也曾提出不同的看法，如 Satterthwaite
等學者 (1999) 則發現年齡增加會減少跑步傷害發生的危險，相較於小於 25 歲的跑
者，年齡 35-39 歲的跑者其傷害發生率勝算比為 0.43 倍，及年齡大於 40 歲的跑者傷
害發生率的勝算比為 0.43 倍。
因此，年齡與跑步傷害的相關性仍無一致性的結論，且年齡對於傷害之影響程度及
受傷部位也可能隨著其他因素而改變。
2.性別
由於天生解剖構造間的差異，男性與女性在跑步的生物力學上有所不同。Feber 等
學者 (2003) 指出兩者尤其是在髖關節與膝關節的冠狀面 (frontal plane)、橫狀面
(transverse plane) 動作上差異尤為明顯；如女性跑者會出現較大的髖關節內收動作
(hip adduction)、內轉動作 (hip internal rotation) 及膝關節外展動作 (knee
abduction)，且有較少的膝關節內轉動作 (knee internal rotation)。因此性別之差
異亦可能會影響跑步下肢傷害之發生情形。Boling 等學者 (2010) 指出，性別是影響
發生髕股骨疼痛症候群的重要因素，且女性跑者發生的機率為男性的 2.23 倍。Lopes 等
學者 (2011) 也指出在賽前女性肌肉骨骼疼痛的盛行率為 27%，明顯高於男性的 20%。
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而 Satterthwaite 等學者 (1999) 的研究發現，在馬拉松比賽中，女性比起男性有較
高的髖部傷害發生率，勝算比為 1.88 倍；男性比起女性有較高的小腿後肌群及膕後肌
群的傷害發生率，勝算比各為 1.86 倍及 1.603 倍。
Taunton 等學者 (2002) 的研究發現，在其 2002 位個案中，男性跑者比女性跑者
較常發生內收肌群傷害 (adductor injuries)、腓腸肌傷害 (gastrocnemius
injuries)、退化性膝關節炎 (knee osteoarthritis)、阿基里斯腱肌腱炎、髕骨肌腱
炎、半月板傷害與足底筋膜炎，而女性跑者比起男性跑者較常發生髕股骨疼痛症候群、
髂脛束摩擦症候群、臀中肌傷害 (gluteus medius injuries)及薦尾椎傷害
(sacroiliac injuries)。而 Lun 等學者 (2004) 針對 87 位業餘長跑跑者的研究中也
發現，男女發生傷害的部位有所差異：男性跑者傷害發生部位較常在膝關節及小腿
(13%)，其次是臀部及足部 (10%)，女性跑者傷害發生部位較多在足部 (15%)，再來則
是小腿與大腿 (9%)。
由上述文獻得知，性別在跑步傷害的分佈及傷害發生率的確有所不同，其成因或許
如 Feber 等學者 (2003) 提出之觀點，因先天肌肉骨骼結構及跑步生物力學上的差異
而造成的。
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3.身體質量指數 (BMI)
Buist 等學者 (2011) 發現在新手跑者中，身體質量指數大於 25 (公斤/帄方公尺)
的人，相較於小於 25 (公斤/帄方公尺) 的跑者，多了 31.8% 發生傷害的風險。然而
Taunton 等學者 (2003) 發現在跑步俱樂部中，身體質量指數較高 (大於 26 公斤/帄
方公尺) 的男性跑者較不易發生傷害。因此，身體質量指數和跑步傷害之間的關係尚無
一致結論。
4.遺傳性肌肉骨骼構造
過去有多篇研究認為高足弓及扁帄足的跑者有較多下肢傷害的發生率。如
Williams 等學者 (2001) 招募了高足弓與低足弓的跑者各 20 位進行受傷情形比較，
結果發現高足弓的跑者其傷害較常發生在腳踝、下肢外側以及骨骼組織，而低足弓的跑
結果發現高足弓的跑者其傷害較常發生在腳踝、下肢外側以及骨骼組織，而低足弓的跑