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。
面對運動科學興起的熱潮,許多人想瞭解正確的運動資訊卻不知道從何下手? 運動科學網持續更新經過科學驗證的運動知識與運動觀點。不論是創新產品、研究結果,甚至是專業理論,我們都會轉譯成簡單易懂的文字,讓讀者利用最短的時間瞭解運動的最新趨勢。
為了讓健康的運動觀念進入日常生活,我們創立了運動科學網;為了讓正確的運動知識提升生活品質,我們創立了運動科學網,我們致力於運動科學的研究,希望這些努力不僅僅侷限於學術領域中,而是讓熱愛運動的普羅大眾更健康快樂地運動。
跑步是一項相對安全、有效率,且方便的運動,諸多好處使得跑步廣受歡迎,不過,隨著參與人數日漸增多,因跑步所導致的傷害也陸續產生。跑步最主要的受傷原因是過度訓練,在每次跑步訓練中,下肢需經歷不下千次踩踏,使足部累積了反覆性的負荷,且隨著疲勞發生,跑者的跑姿往往會變化,使關節、軟組織受力出現問題,進而形成傷害。過往研究發現,跑步疲勞所產生的髖、膝內旋、膝外翻等變化,與髕骨股骨疼痛症候群,以及髂脛束症候群皆有關聯。更令人擔心的是,這些研究大多是針對有訓練經驗的跑者進行,此條件下已能明確發現疲勞對跑者的差異,對未經訓練的大眾跑者來說,疲勞對跑姿的影響是否會更加顯著?
針對上述疑慮,2017 年有學者在 Sports Biomechanics 期刊發表了一篇研究予以解惑。他們招募了有經訓練的菁英跑者,以及未經訓練的初階跑者分為兩組,並分別在疲勞前後觀察各組的關節角度變化。研究人員事前假設,兩組皆會因疲勞而出現運動學的變化,但預期無經驗組的變化會較大。
研究分析跑者們疲勞前後的運動學參數變化,結果發現,兩組跑者的骨盆前傾角度、骨盆旋轉角度都會隨著疲勞而增加(下表黃色標記處)。然而,初階跑者組的變化皆大於菁英跑者。
此外,從表上也可看出,跑動時的軀幹前傾角度會同時受跑者程度以及疲勞影響,初階跑者的軀幹傾角變異性本身就較大,疲勞後則會呈現更顯著的變化(下表紅色標記處),此現象也能從圖中所看出,圖左、右側分別為初階與菁英跑者疲勞前後的角度變化圖,可明顯看出初階跑者疲勞前後(實現與虛線的差距)角度差異較大,且整體的變異性也明顯較高。
不論是初階或是菁英跑者,疲勞皆會影響跑姿,唯有透過實驗,我們才能深入探究問題的根源所在。本研究提出了骨盆的前傾與旋轉角度會隨疲勞增大,這也間接暗示了我們應該針對控制該關節動作的相關肌群作強化。舉骨盆前傾角度為例,提升腿後肌群以及核心的肌耐力或許能有效降低跑步疲勞後的變化角度,讓跑者能以更穩定的跑姿完成每一項訓練。
參考文獻:
Maas, E., De Bie, J., Vanfleteren, R., Hoogkamer, W., & Vanwanseele, B. (2018). Novice runners show greater changes in kinematics with fatigue compared with competitive runners. Sports Biomechanics,17(3), 350-360.
撰文/周奕呈、相子元
*文章授權轉載自《運動科學》網站,原文:疲勞對不同層級跑者的影響
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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