Adaptation of Running Biomechanics to Repeated Barefoot Running

June 2019The American Journal of Sports Medicine

DOI: 10.1177/0363546519849920

Abstract and figures

Background: Previous studies have shown that changing acutely from shod to barefoot running induces several changes to running biomechanics, such as altered ankle kinematics, reduced ground-reaction forces, and reduced loading rates. However, uncertainty exists whether these effects still exist after a short period of barefoot running habituation. Purpose/hypothesis: The purpose was to investigate the effects of a habituation to barefoot versus shod running on running biomechanics. It was hypothesized that a habituation to barefoot running would induce different adaptations of running kinetics and kinematics as compared with a habituation to cushioned footwear running or no habituation. Study design: Controlled laboratory study. Methods: Young, physically active adults without experience in barefoot running were randomly allocated to a barefoot habituation group, a cushioned footwear group, or a passive control group. The 8-week intervention in the barefoot and footwear groups consisted of 15 minutes of treadmill running at 70% of VO2 max (maximal oxygen consumption) velocity per weekly session in the allocated footwear. Before and after the intervention period, a 3-dimensional biomechanical analysis for barefoot and shod running was conducted on an instrumented treadmill. The passive control group did not receive any intervention but was also tested prior to and after 8 weeks. Pre- to posttest changes in kinematics, kinetics, and spatiotemporal parameters were then analyzed with a mixed effects model. Results: Of the 60 included participants (51.7% female; mean ± SD age, 25.4 ± 3.3 years; body mass index, 22.6 ± 2.1 kg·m-2), 53 completed the study (19 in the barefoot habituation group, 18 in the shod habituation group, and 16 in the passive control group). Acutely, running barefoot versus shod influenced foot strike index and ankle, foot, and knee angles at ground contact ( P < .001), as well as vertical average loading rate ( P = .003), peak force ( P < .001), contact time ( P < .001), flight time ( P < .001), step length ( P < .001), and cadence ( P < .001). No differences were found for average force ( P = .391). After the barefoot habituation period, participants exhibited more anterior foot placement ( P = .006) when running barefoot, while no changes were observed in the footwear condition. Furthermore, barefoot habituation increased the vertical average loading rates in both conditions (barefoot, P = .01; shod, P = .003) and average vertical ground-reaction forces for shod running ( P = .039). All other outcomes (ankle, foot, and knee angles at ground contact and flight time, contact time, cadence, and peak forces) did not change significantly after the 8-week habituation. Conclusion: Changing acutely from shod to barefoot running in a habitually shod population increased the foot strike index and reduced ground-reaction force and loading rates. After the habituation to barefoot running, the foot strike index was further increased, while the force and average loading rates also increased as compared with the acute barefoot running situation. The increased average loading rate is contradictory to other studies on acute adaptations of barefoot running. Clinical relevance: A habituation to barefoot running led to increased vertical average loading rates. This finding was unexpected and questions the generalizability of acute adaptations to long-term barefoot running. Sports medicine professionals should consider these adaptations in their recommendations regarding barefoot running as a possible measure for running injury prevention. Registration: DRKS00011073 (German Clinical Trial Register).

背景：これまでの研究では、急激な変化から素足のランニングへの急激な変化は、足首の運動学の変化、地面反力の減少、負荷率の低下など、ランニングバイオメカニクスにいくつかの変化をもたらすことを示しています。しかしながら、これらの効果が短期間の裸足走行慣れの後にもなお存在するかどうかは不確実性が存在する。目的／仮説：目的は、ランニングバイオメカニクスにおける裸足対慣らし運転への慣れの影響を調査することであった。裸足ランニングへの馴化は、クッション付き履物ランニングへの馴化または無馴化と比較して、ランニングキネティクスおよびキネマティクスの異なる適応を誘導すると仮定された。研究デザイン：制御された実験室研究。方法：裸足でのランニングの経験のない身体的に活動的な若年成人を、裸足での慣れグループ、クッション付き履物グループ、または受動的な対照グループに無作為に割り当てた。裸足および履物グループにおける8週間の介入は、割り当てられた履物において毎週のセッションあたり最大70％のVO 2（最大酸素消費量）速度で走る15分間のトレッドミルからなる。介入期間の前後に、装備されたトレッドミルで裸足でのランニングのための３次元生体力学的分析が行われた。受動的対照群は介入を受けなかったが、8週間の前後にも試験された。キネマティクス、キネティクス、および時空間パラメータのテスト前後の変化を、混合効果モデルで分析しました。結果：60人の参加者（女性51.7％、平均±SD年齢、25.4±3.3歳、肥満度指数、22.6±2.1 kg・m -2）のうち53人が研究を完了した（19人が裸足慣れグループ、18人が成人）食生活慣習群、および受動的対照群16）。急激に、素足対走りは、接地時のフットストライク指数および足首、足、および膝の角度、ならびに垂直方向の平均負荷率（P = 0.003）、ピーク力（P <0.001）に影響を与えた。 、接地時間（Ｐ ＜０．００１）、滞空時間（Ｐ ＜０．００１）、歩幅（Ｐ ＜０．００１）、およびケイデンス（Ｐ ＜０．００１）。平均力に差は見られなかった（P = .391）。裸足の慣れ期間の後、参加者は裸足で走るとより多くの前足の配置を示した（P = 0.006）が、履物の状態に変化は見られなかった。さらに、裸足の慣れは、両方の条件（裸足、P = 0.01; shod、P = .003）と芝走の平均垂直地面反力（P = 0.039）の両方で垂直平均荷重率を増加させた。他のすべての結果（接地時および飛行時の足首、足、および膝の角度、接触時間、ケイデンス、およびピーク時の力）は、8週間の慣れの後に有意に変化しませんでした。結論：常習的な群衆の中で急激に裸足から裸足で走るようになると、フットストライク指数が上昇し、床反力と負荷率が低下した。裸足ランニングへの馴化後、フットストライクインデックスはさらに増加し​​たが、力および平均負荷率も急性の裸足ランニング状況と比較して増加した。平均負荷率の増加は、素足ランニングの急激な適応に関する他の研究と矛盾しています。臨床的意義：裸足で走ることに慣れているため、垂直方向の平均負荷率が上昇した。この発見は予想外であり、長期間の素足ランニングへの急激な適応の一般化可能性に疑問を呈する。スポーツ医学の専門家は、裸足ランニングに関する推奨事項の中で、ランニングによる傷害防止のための可能な手段としてこれらの適応を考慮する必要があります