碳涂层跑鞋因其增强了推进力和能量回收能力而在长跑中受到欢迎，这种能力是通过嵌入弹性中底的硬质碳纤维板实现的（Hoogkamer等人，2018年）。尽管这种设计提高了跑步经济性，但它增加了前脚的刚度，这可能会限制跖趾关节（MTP）和踝关节的运动，特别是在疲劳状态下，从而破坏负荷分布并增加近端关节的应力（Stefanyshyn和Wannop，2016年）。
疲劳会损害神经肌肉控制和关节协调，导致步态不对称、站立阶段延长、关节刚度降低以及平均垂直载荷率（VALR）增加——这些都是与较高受伤风险相关的因素（Hreljac等人，2000年；Duquette和Andrews，2010年；Aicale等人，2018年）。在疲劳状态下，足部吸收冲击的能力进一步减弱，尤其是当远端关节的活动度受到鞋刚度的限制时（Willwacher等人，2013年），这可能会将机械负荷转移到膝关节和髋关节（Sanno等人，2018年）。
虽然之前的研究通常分别考察了鞋的刚度或疲劳，但很少有研究探讨它们对跑步生物力学的综合影响（Chen等人，2022年）。此外，关于这种交互作用如何影响从远端到近端的下肢运动链的机制理解仍然有限。我们提出，高刚度鞋可能会限制远端关节，而在疲劳状态下，这种限制可能需要近端关节进行代偿性适应。这种适应策略被称为“远端限制-近端补偿”机制，有证据表明在长时间跑步过程中存在负荷重新分配（Sanno等人，2018年）以及使用硬质鞋时关节协调性的改变（Roy和Stefanyshyn，2006年）。理解这一模型对于阐明鞋的刚度和疲劳如何共同影响表现和受伤风险至关重要。
为了进一步推进这一领域的理解，本研究采用了双因素重复测量设计，系统地探讨了鞋的纵向弯曲刚度和疲劳对下肢生物力学的影响。参与者在疲劳前后分别穿着碳涂层和非碳涂层鞋进行跑步测试，同时收集了MTP、踝关节、膝关节和髋关节在三个解剖平面上的运动学和动力学数据。此外，该研究还评估了疲劳状态下鞋刚度对VALR的调节作用。本研究的目标有三个：（1）全面探讨鞋刚度和疲劳对下肢关节力学的主要效应和交互效应；（2）通过确定疲劳状态下远端关节功能的受限是否会在近端关节引起代偿性适应来检验“远端限制-近端补偿”假说；（3）从整体生物力学的角度阐明疲劳与鞋结构在协调下肢运动链中的相互作用。这项研究旨在为跑鞋的生物力学效应提供新的理论见解，并为鞋的设计、选择和预防受伤策略提供基于证据的指导。
