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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無論你是要增肌還是減脂,都無法擺脫人體所需的三大營養素:蛋白質(Proteins)、脂肪(Fats)與碳水化合物(Carbohydrates),其中又以蛋白質(Proteins)為肌肉修復與成長最重要的營養素,因此,有許多的運動員和健身者認為他們應該要增加蛋白質的攝入量,才能幫助他們減脂或增肌的目標。
如同上述所說的,由於我們人體的肌肉主要是由蛋白質所製成,因此,當你的運動量與強度越高相對來說蛋白質的需求量就越大,但根據2018年發表於MDPI期刊的一篇學術報告「近年來關於膳食蛋白在阻力運動訓練中促進肌肉肥大作用的觀點」,這篇報告主要是研究能量平衡和能量限制期間,蛋白質攝取如何影響年輕的成年人進行抵抗式運動後,骨骼肌生長的最新進展。
現在有大量研究表明骨骼肌對營養和收縮刺激的變化有反應,然而,這些研究也證實骨骼肌的大小,將取決於肌肉蛋白質合成(MPS)和肌肉蛋白質分解(MPB)的動力學過程,代數差異MPS減去MPB決定了淨蛋白質平衡(NPB),而當MPS的日夜波動等於MPB的日夜波動時,肌肉質量得以維持;只有當MPS的淨速率超過MPB且NPB為陽性時,才能實現導致肌纖維大小增長的肌肉蛋白質增加。事實上,在後吸收狀態下急性運動會使MPS比基礎水平高出100%以上,然而,由於伴隨著MPB的激活,NPB仍然是陰性的。只有在阻力運動後攝入蛋白質時才會對MPS產生協同作用,導致NPB呈陽性狀態與蛋白質攝入相結合的反復運動的重複性增加會增加NPB並促進肌肉蛋白質的積累。
在這篇簡短的綜述中,研究人員關注如何利用膳食蛋白質來支持骨骼肌蛋白質重塑,以及蛋白質如何促進運動後MPS的增加,並最終影響肌肉肥大,為了更深入的了解這一個概念,他們解決了人類消化蛋白質的能力,並與骨骼肌利用可用氨基酸進行MPS的能力形成鮮明對比;此外,他們也討論了最佳刺激每日MPS的蛋白質在每餐食用量的問題,並推測為什麼專注於持續抑制MPB的策略,可能不適合通過阻力型運動訓練,進而促使肌肉肥大的目標,利用最近分析中的大樣本量,他們嘗試為蛋白質攝入提供「最佳處方」,以最大化蛋白質重塑和阻力運動後的肌肉肥大。
消化和吸收膳食蛋白質和隨後的氨基酸血症的能力,遠遠超過骨骼肌利用組成氨基酸達到肌肉合成代謝的能力,因此,在我們攝取蛋白質之後,胃蛋白酶在胃酸存在下在胃中開始蛋白質消化,並通過分泌胰蛋白酶和腸細胞蛋白酶,在十二指腸中繼續進行;最終產品包括幾乎僅在小腸中吸收的肽片段和游離氨基酸,我們的腸道是一種高度代謝活性的器官,並提取約40%從攝入的蛋白質中可用氨基酸,主要用於人體肌肉能源生產的目的和用於蛋白質的合成,剩餘約50%以上的氨基酸在被肝臟吸收之前,就會先釋放到肝門靜脈中。
肝臟與腸道一樣利用氨基酸進行局部代謝,但不是主要氧化氨基酸而是使用相當大比例的氨基酸,來合成肝臟和肝臟來源的血液蛋白質。這裡有一點值得注意的是,支鏈氨基酸(BCAAs)與骨骼肌合成代謝有關,由於支鏈氨基轉移酶含量低肝臟分解代謝程度相對較小,因此,從內臟釋放到肝靜脈中的氨基酸不成比例,相對於攝入的蛋白質組成是BCAAs。
總體而言,含有蛋白質的膳食中約50%的氨基酸是由內臟組織提取走,而其餘的則被釋放到血液循環中以進行外胚胎利用,儘管骨骼肌是用於保留氨基酸的大型貯庫,但並非所有釋放到血漿中的氨基酸都注定會摻入新的骨骼肌組織中。在最近一項採用內在標記示踪方法的研究中證明,儘管在內臟提取後的外周循環中有大約55%的可用性,但在20g大劑量酪蛋白中,提供給年輕男性的僅約2.2g或11%的氨基酸,會用於肌肉蛋白質的合成;而剩餘的氨基酸將會被分解代謝,並且用作來自能量產生和尿素合成的一系列代謝過程的產物,並且在很小程度上用於神經遞質的產生。
簡單來說,我們人體在攝入的蛋白質中,大約有50%左右是在進入體內外周循環之前,就已經被內臟組織所提取走,同時,這個研究發現有趣的是大約只有10%左右的蛋白質攝入量,能被用於骨骼肌蛋白質合成,而其餘大約40%左右的蛋白質則被身體分解代謝。
我們人體能夠消化大量的膳食蛋白質,然而,並非所有組成氨基酸都能被身體分解效能用於合成新蛋白質,隨著分離蛋白質來源的消耗,超過蛋白質攝入量0.3 g / kg體重,即0.24加上95%CI的上限,MPS飽和並且通過氧化和尿素的氨基酸分解代謝率產量增加,因此,可用於蛋白質合成的氨基酸較少。
當我們要進行全身性的阻力型運動時,可能需要更多的蛋白質量以最大化蛋白質的合成代謝作用,但這些作用僅略微大於在20g蛋白質處觀察到的效果。因此,有鑑於肌肉變得難以存在氨基酸,儘管持續的高氨基酸血症,MPS在3小時後恢復到基礎水平,所以,建議蛋白質攝取時間應以3-5小時為佳,另外,在阻力訓練的期間確定蛋白質補充對肌肉大小增加有絕對的效率,但最顯著的仍是每日蛋白質總攝入量。
同時,在一項大型研究分析中也顯示,適當蛋白質的攝入量可以促進人體瘦體重的額外增加,超過單獨使用阻力訓練所觀察到成果;因此,建議在能量平衡的運動員身上確保他們每天攝入~1.6 g / kg體重的蛋白質,並根據這個總體目標定制他們的營養補給策略。
資料參考/MDPI、bodybuilding
責任編輯/David