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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無論是跑步新手或是半馬、全馬訓練課表中,輕鬆跑都是佔比最高的訓練,然而常有跑者覺得輕鬆跑「很沒用」,在輕鬆跑時跑得太快。事實上,國外研究已發現輕鬆跑對跑步表現的驚人影響,輕鬆跑佔所有跑步訓練比例較高(80%)的跑者,反而比佔比較低者(65%)進步幅度高出23%!
輕鬆跑(Easy Run),也稱E Pace,顧名思義就是要夠輕鬆。別小看它!它是幫助你輕鬆完成比賽的幕後大工程。你可能認為「按照邏輯,不是該讓輕鬆跑配速接近馬拉松配速,這樣才能讓參賽時更輕鬆嗎?」但一項研究顛覆了這個想像,結果指向輕鬆跑佔比高者,進步幅度反而比佔比低者來的大。
2007年一項多國大學聯合發表的研究證實了這個說法:該研究針對20名西班牙精英男性長跑運動員,分配給他們兩種不同的訓練計畫,並追蹤5個月。這些男跑者10公里最佳紀錄都在30分30秒至35分鐘之間(這樣的速度如果在台灣,約一半的人可進男子一萬公尺歷代百傑)。
第一組跑者接受低強度訓練計畫,即輕鬆跑佔所有跑步訓練的80%,輕鬆跑的配速明顯低於乳酸閾值跑,約比5K馬拉松配速慢1.12倍;其餘20%則平均分攤做中等強度(接近乳酸閾值)和高強度(接近最大心率)訓練。第二組跑者則接受更高強度的訓練計畫,也就是輕鬆跑佔65%,另外25%中等強度和10%高強度訓練。
兩組跑者平均週跑量50-55英里(約80-88公里),他們每週的訓練方式不同,但都維持相同的強度分布,並在訓練全程透過心率監測控制配速,研究人員也使用一套訓練負荷測量系統,以確保兩組跑者的總體訓練負荷相似。5個月後,扣除沒有達到試驗條件的8人,兩組僅各剩6個受試者。
為了測試兩組訓練方案的有效性,研究開始和結束時,他們都進行了10公里越野跑,結果顯示,經過5個月訓練,兩組跑者都獲得改善。然而,低強度組即便在速度訓練上花費的時間較少,但與高強度組相比,他們進步得更多。低強度組的10K越野跑時間平均縮短2分37秒,高強度組則縮短2分1秒。
本身為跑步教練的該研究作者針對結果推測原因:身體對高強度訓練(如間歇跑、節奏跑等)的反應相當迅速,並可以在相對適中的訓練量就能達成;低強度訓練(如輕鬆跑)則花費了更長的訓練時間。
另一方面,大量劇烈運動可能增加對身體的負面影響,像是研究團隊最初規劃讓第三組跑者進行非常高強度的訓練,主要專注在接近最大心率的訓練內容,但是他們發現,該組大多數運動員在2-3週就開始出現過度訓練症狀,遑論撐到5個月的研究時程。
雖然這項研究已超過十年,但美國耐力運動教練暨作家Matt Fitzgerald也大力推薦80/20跑步原則,甚至為此出書《80/20 Running》,彰顯保持低強度訓練約80%的優點;此外,許多精英跑者的訓練計畫也遵循此原則。
輕鬆跑要怎麼跑才叫輕鬆?E配速的關鍵在於「慢」,因為過高的強度會讓身體長時間處於無氧狀態,就無法增強有氧能力。以自我感受來說,輕鬆跑時呼吸輕鬆順暢,是可以自然地跟朋友聊天對話的速度。以心率區間來說,E心率約是儲備心率(最大心率-安靜心率)的59-74%。目前不少運動App可依照自身狀態算出E Pace的配速區間。
資料來源/RUNNERSCONECT、《跑者都該懂的跑步關鍵數據》
責任編輯/Dama