Adaptation of Running Biomechanics to Repeated Barefoot Running: A Randomized Controlled Study

Karsten HollanderKarsten HollanderDominik LieblDominik LieblStephanie MeiningShow all 6 authorsAstrid ZechAstrid Zech

June 2019The American Journal of Sports Medicine 47(5):036354651984992

DOI: 10.1177/0363546519849920

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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：以前の研究では、靴下から裸足でのランニングに急激に変化すると、足首の運動学の変化、床反力の低下、負荷率の低下など、ランニングの生体力学にいくつかの変化が生じることが示されています。ただし、これらの影響が短期間の裸足ランニングの慣れ後も存在するかどうかは不確実です。目的/仮説：目的は、ランニングの生体力学に対する裸足と蹄鉄のランニングへの慣れの影響を調査することでした。ベアフットランニングへの慣れは、クッション性のある履物のランニングへの慣れまたは慣れなしと比較して、ランニングの動力学および運動学の異なる適応を誘発すると仮定された。研究デザイン：管理された実験室研究。方法：裸足でのランニングの経験のない若くて身体的に活動的な成人は、裸足の慣れグループ、クッション付きの履物グループ、または受動的対照グループにランダムに割り当てられました。裸足と履物のグループでの8週間の介入は、割り当てられた履物での毎週のセッションごとにVO2 max（最大酸素消費量）速度の70％で実行される15分間のトレッドミルで構成されました。介入期間の前後に、裸足および蹄鉄のランニングの3次元生体力学的分析が計装されたトレッドミルで実施されました。パッシブコントロールグループは介入を受けませんでしたが、8週間の前後にもテストされました。次に、運動学、動力学、および時空間パラメーター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：含まれた60人の参加者（51.7％女性、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人が研究を完了しました（裸足馴化グループで19人、18人で慣れたグループ、およびパッシブコントロールグループの16）。急激に、裸足でのランニングと靴下でのランニングは、地面との接触時の足のストライクインデックスと足首、足、膝の角度（P <.001）、および垂直方向の平均負荷率（P = .003）、ピーク力（P <.001）に影響しました。 、接触時間（P <.001）、飛行時間（P <.001）、ステップ長（P <.001）、およびケイデンス（P <.001）。平均力に差は見られませんでした（P = .391）。裸足の慣れ期間の後、参加者は裸足で走ったときに、より前足の配置（P = .006）を示しましたが、履物の状態に変化は見られませんでした。さらに、裸足の馴化は、両方の条件（裸足、P = .01;蹄鉄、P = .003）および蹄鉄走行の平均鉛直床反力（P = .039）の両方で垂直方向の平均負荷率を増加させました。他のすべての結果（地面との接触時の足首、足、膝の角度、飛行時間、接触時間、リズム、およびピーク力）は、8週間の慣れ後も大幅に変化しませんでした。結論：習慣的に靴を履いた集団での靴下から裸足への急激な変化は、足の打撃指数を増加させ、地面反力と負荷率を低下させました。裸足でのランニングに慣れた後、フットストライクインデックスはさらに増加し​​ましたが、力と平均負荷率も、急性の裸足でのランニングの状況と比較して増加しました。平均負荷率の増加は、裸足ランニングの急性適応に関する他の研究と矛盾しています。臨床的関連性：裸足ランニングへの慣れは、垂直方向の平均負荷率の増加につながりました。この発見は予想外であり、長期の裸足ランニングへの急性適応の一般化可能性に疑問を投げかけています。スポーツ医学の専門家は、ランニング傷害防止のための可能な手段として、裸足ランニングに関する推奨事項でこれらの適応を検討する必要があります。登録：DRKS00011073（ドイツの臨床試験登録）。

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