A Test of the Metabolic Cost of Cushioning Hypothesis during Unshod and Shod Running

Tung, K. D., Franz, J. R., & Kram, R. (2014).

Medicine and Science in Sports and Exercise, 46(2), 324–329.

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This study aimed to investigate the effects of surface and shoe cushioning on the metabolic cost of running. In running, the leg muscles generate force to cushion the impact with the ground. External cushioning (surfaces or shoes) may reduce the muscular effort needed for cushioning and thus reduce metabolic cost. Our primary hypothesis was that the metabolic cost of unshod running would decrease with a more cushioned running surface. We also hypothesized that because of the counteracting effects of shoe cushioning and mass, unshod running on a hard surface would have approximately the same metabolic cost as running in lightweight, cushioned shoes. To test these hypotheses, we attached 10- and 20-mm-thick slats of the same foam cushioning used in running shoe midsoles to the belt of a treadmill that had a rigid deck. Twelve subjects who preferred a midfoot strike pattern and had substantial barefoot/minimalist running experience ran without shoes on the normal treadmill belt and on each thickness of foam. They also ran with lightweight, cushioned shoes on the normal belt. We collected V˙O2 and V˙CO2 to calculate the metabolic power demand and used a repeated-measures ANOVA to compare between conditions. Compared to running unshod on the normal belt, running unshod on the 10-mm-thick foam required 1.63% ± 0.67% (mean ± SD) less metabolic power (P = 0.034) but running on the 20-mm-thick foam had no significant metabolic effect. Running with and without shoes on the normal belt had similar metabolic power demands, likely because the beneficial energetic effects of cushioning counterbalanced the detrimental effects of shoe mass. On average, surface and shoe cushioning reduce the metabolic power required for submaximal running.

この研究は、ランニングの代謝コストに対する表面と靴のクッションの影響を調査することを目的としています。ランニングでは、脚の筋肉が力を発生させ、地面との衝撃を和らげます。外部クッション（表面または靴）は、クッションに必要な筋肉の努力を減らし、したがって代謝コストを減らすことができます。私たちの主な仮説は、よりクッション性のあるランニング面を使用すると、非靴下ランニングの代謝コストが減少するというものでした。また、靴のクッション性と質量の反作用効果のために、硬い表面での靴を履かないランニングは、軽量でクッション性のある靴でのランニングとほぼ同じ代謝コストを伴うと仮定しました。これらの仮説をテストするために、ランニングシューズのミッドソールに使用されているのと同じフォームクッションの厚さ10mmと20mmのスラットを、剛性のあるデッキを備えたトレッドミルのベルトに取り付けました。ミッドフットストライクパターンを好み、裸足/ミニマリストのランニング経験が豊富な12人の被験者は、通常のトレッドミルベルトと各厚さのフォームで靴なしで走りました。彼らはまた、通常のベルトに軽量でクッション性のある靴を履いて走りました。 V˙O2とV˙CO2を収集して代謝電力需要を計算し、反復測定ANOVAを使用して条件を比較しました。通常のベルトで靴を脱いで走るのと比較して、厚さ10 mmのフォームで靴を脱いで走るのに必要な代謝力は1.63％±0.67％（平均±SD）少ない（P = 0.034）が、厚さ20mmのフォームで走るには有意な代謝効果。通常のベルトで靴を履いても履かずに走っても、同様の代謝力が必要でした。これは、クッションの有益なエネルギー効果が靴の質量の有害な効果を相殺したためと考えられます。平均して、表面と靴のクッションは、最大以下のランニングに必要な代謝力を低下させます。