跑步是人類與生俱來的移動模式之一,透過近代運動科學的興起以及持續不輟的研究,有關跑步生物力學機制的論文已相當豐碩,然而卻較少研究探討到跑步訓練時,手臂擺動對於能量消耗的影響,以及不同擺臂姿勢或型態對跑步時能量消耗的影響又有多少?
2014 年一篇名為《The metabolic cost of human running: is swinging the arms worth it?》的研究,實際針對跑步時的不同擺臂姿勢對能量消耗的影響進行研究。
他們研究了 13 位年輕跑者,在跑步機上以 11.5 km/h 的速度(每公里配速5分13秒)進行正常擺臂(Normal)、雙手交叉放背後(Back)、雙手交叉放胸前(Chest)以及雙手交叉放頭頂(Head)等 4 種不同擺手姿勢的跑步,並同步收集他們跑步時的能量消耗與動作變化情形。雖然一般跑者很少會把手放在背後或頭頂跑步,但此研究是希望了解,當手臂不正常擺動時,會對跑步動作及能量消耗有什麼影響,因此設定了不同擺放位置。不過值得注意的是,雙手交叉放胸前的擺臂方式,類似於一些習慣將手緊貼胸前並幾乎不擺動的跑者。
研究發現正常擺臂(Normal)的能量消耗(net metabolic power) (下圖中的灰線) 是最低的,而雙手交叉放背後(Back)、胸前(Chest)以及頭頂(Head)上跑步皆比正常擺臂分別多出3%、9%、13%的能量消耗。
這項研究也發現,當跑步時不擺臂,其肩膀與骨盆左右旋轉的幅度會比正常擺臂來的高。雙手交叉放背後、胸前及頭頂分別增加了10%、44%、8%的肩膀左右旋轉幅度以及63%、102%、101%的骨盆旋轉幅度。
此結果反映出,跑步時的擺臂動作有助於減少身體的旋轉。因為擺臂時所產生的力量可與擺腿所產生的旋轉力量相互抵銷,進而減少軀幹的轉動,藉此達到較少的能量消耗。換言之,當跑速增加擺腿力量隨之增加的情況下,擺臂的幅度自然也需要相應的提高,就如同衝刺跑時,我們會自然加大擺臂動作來穩定軀幹姿勢,避免身體過多的旋轉。
跑步時的擺臂是相當重要的,它可以幫助我們抵消擺腿時所產生的旋轉力量,進而減少軀幹的轉動與能量消耗,讓我們跑得更省力。雖然平常跑步時,我們很少會將手放在背後或頭頂,但值得注意的是,當擺臂過小時容易產生像研究中雙手交叉放胸前的姿勢。因此,適度的擺臂,並隨著跑步速度調整擺臂的程度,才能減少不必要的能量消耗。
參考文獻:
Arellano, C. J., & Kram, R. (2014). The metabolic cost of human running: is swinging the arms worth it? Journal of Experimental Biology, 217(14), 2456-2461.
撰文/董智尚、陳韋翰、相子元
*文章授權轉載自《運動科學》網站,原文:跑步時的擺臂對能量消耗有影響嗎?
在國立台灣師範大學的實驗室裡,一群由相子元教授帶領的研究團隊正全心投入運動科學研究,和你一樣對未知的領域充滿探索熱忱。
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2017年波士頓馬拉松於美國時間4月17日順利落幕,今年賽道上,除了精英男女選手的亮眼成績外,還迎來了一位特殊的參賽選手,凱瑟琳‧斯威策 (Kathrine Switzer),她是史上參加波士頓馬拉松賽的第一位女子運動員。
在1972年以前波士頓馬拉松是禁止女性參加,當時20歲斯威策勇敢挑戰世俗偏見,成為了佩戴號碼正式完成波士頓馬拉松的女子第一人,在波士頓馬拉松跑了6公里多,就被賽事總監約克•桑普爾(Jock Semple)因為性別原因,試圖將她趕出賽道。今年,70歲的弗吉尼亞州,再度參加波士頓馬拉松了,她的參賽號碼,仍舊是50年前的261。
在那場比賽中,賽事總監約克•桑普(Jock Semple, 1903-1988),曾經嘗試將她強行推出賽道。幸虧他的教練阿尼•布里格斯(Arnie Briggs)和男朋友,橄欖球運動員湯姆‧米勒(Tom Miller)陪跑,強行推開了約克,她才得以脫身,並最終以4小時20分的成績完成。在同一場比賽中,還有一位未佩戴號碼布的女性跑者波比•吉布(Roberta ‘Bobbi’ Gibb),她的成績大約是3小時20分。
在業餘田徑規則手冊 (Amateur Athletics Union Handbook, AAU) 上雖然有女性參加其他被許可的運動項目的正式規則,卻沒有關於馬拉松的內容為了用號碼正式參賽,所以施威策在報名時並沒有用含有女子名的全名報名,而是用了「KV.Switzer」的中性簡寫,故意讓主辦單位看不明白,因而領到了她的參賽號碼261號。
凱瑟琳·斯威策Kathrine V。 Switzer全名Kathrine Virginia “Kathy” Switzer,1947年出生於德國的安貝格市,生活在一個傳統的美國陸軍家庭。1949年隨父親回到了美國,就讀於全美新聞系聲譽頗高的雪城大學,先後於1968年和1972年取得了學士和研究生學位。
當時,雪城大學是沒有女子跑步隊的,甚至一切關於女性跑步的相關事宜都沒有。於是,斯威策就開始跟隨著學校的男子越野隊的男生們一起訓練。在那裡,斯威策遇到了50歲的教練阿尼 (Arnie Briggs)。阿尼之前是學校的一名郵差,而且是一名跑了15次波士頓馬拉松的選手,教練很高興看到有一個女生來跑步,並悉心地教導斯威策所有關於跑步的事宜。阿尼時常會和她講述自己在波士頓馬拉松的事蹟,她也很喜歡聆聽這些故事。聽著聽著,自己也漸漸地對波士頓馬拉松產生了興趣。
有一天,斯威策突然對教練說:「教練!讓我去跑一次波士頓馬拉松吧!」
但阿尼教練卻回答她說:「你應該知道女性是不允許跑馬拉松的吧!」斯威策回答:「為什麼不可以?我每晚都可以跑10英里。」阿尼教練說:「如果你可以完成一場馬拉松練習,我就帶你去跑波士頓馬拉松」
為了證明給阿尼教練看,施威策更加努力的練習,除了自己想要參加之外,更重要的是想讓大家扭轉女性是脆弱的觀念。最後她不但成功完跑42公里,甚至超越,跑到50公里左右,證明女性的運動表現並非如許多專家認定地糟糕。
1967年她完賽後,一名記者問她參加馬拉松到底是想證明什麼,她說不想證明任何事情,只是想去跑步而已。她還說:「跑步是一場社會革命,我讓世人知道了女性也可以像男性一樣去跑步,如果你跑過一場馬拉松,你會覺得沒什麼事情是難的了。」
1971年,美國開始在世界上首次增設馬拉松賽的女子組。 1972年,約克決定允許女性正式報名參加波士頓馬拉松,並給與支持和便利。1975年,施威策重返波士頓馬拉松,成功跑進2小時51分,當時的世界第六位,也是她的最好成績。
後來接受記者受訪時談到約克,施威策說:「在1967年的比賽中,當我跑到心碎坡的時候,我覺得,約克只是疲於奔命的賽事總監,他極力維護他的賽事,不想讓那些他認為不合適參賽,或者態度不夠嚴肅的人出現在比賽中。人總是時代的產物,在他的年代,普遍的偏見就是女性不該跑馬拉松。」
而當時的施威策只是純粹想證明,他是錯的。也正是因為約克這種性別歧視者的存在,她才打算為女性創造更多跑步的機會。
2017年,70歲的施威策,又參加波士頓馬拉松了。比賽中的女性跑者數量,也達到了14000人。她名正言順的用全名報名,而不再是一個簡寫。在賽道上,誰也不敢再因為性別原因強行阻止她。
波士頓馬拉松主辦單位將261這一號碼繼續授予給了她,以此來紀念她50年前的創舉。這一屆波士頓馬拉松對於凱瑟琳而言,更多的是一場享受和慶祝。 「可以說波士頓馬拉松給了我一切所需要的勇氣、無畏和我的職業道路。那次比賽後,我用一生的努力在尋求機會成為一名更好的運動員。」施威策笑著說道。
一跑成名後的施威策,把很多精力繼續用於推動女性參與運動:組織全女跑團,協助1984年的奧運會設立女子馬拉松項目,為有關公益計劃籌款等等。
她表示:「如果今天的年輕女性們,把與男性一起參與運動視作理所當然,那就太好了,這就是我們一直呼籲的事。」