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。

雙手放頭頂能量消耗最高

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。

擺臂動作有助減少身體旋轉

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。

結語

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？

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由國際鐵人三項聯盟 (ITU) 所主辦的「世界科學與鐵人三項運動年會 (Science + Triathlon World Conference)」，2015年底在法國國家體育研究院 (Institut national du sport, INSEP) 舉行。會中，法國運動科學家荷莫·樂珀斯 (Romauld Lepers) 談到心理上的疲勞會如何影響運動表現。

他所發表的演說高度集中於英國肯特大學山謬·馬科拉 (Samuele Marcora) 教授關於疲勞的生物心理學模式。「馬科拉說，當我們用盡對於達致某項成功所願意付出的最大努力（換句話說，缺乏更進一步的動機這件事限制著我們），或者，我們相信我們已經發揮了最大可能的努力（換句話說，我們的感知限制著我們的努力）時，我們就會停住或慢下來。」樂珀斯解釋道，這與傳統生物生理學在疲勞方面的模型相衝突。傳統的模式往往認為，當身體乳酸上升或肝醣（能量）耗盡時，你就會開始覺得疲勞。

疲勞是心理作用

現今已經有許多人贊同馬科拉教授對於疲勞的新理論。不過，樂珀斯強調，沒有什麼事不用辛勤努力 - 如果你不夠強大，你的頭腦會把肌纖維中想要推動自己前進的那股動力解釋為潛在的危險，所以你就會自動慢下來。然而，生物生理學的模型表明，只要你克服了身體的部分，精神上會自動改變自己感知一項身體活動的難易度。例如，以鐵人三項來說，游泳、騎自行車或跑步這三項分別有多麼艱難。我們隨後就會發現，這部分有潛在的運動表現含義。

目前在肯特大學任教的馬科拉有一項被稱為「AX-CP測試」的計畫，他會讓受測者執行一項耗時90分鐘，以電腦紀錄的認知測試，其中受測者會以80％的最大力量輸出功率騎車騎到力盡。馬科拉發現，在參與者覺得心理上疲憊之後，在單次測試中，該受測者可以保持體力的時間下降了12％。

但是，這並不意味著，若你心理上覺得疲憊，你應該避免鐵人三項的訓練。相反地，樂珀斯認為，當你一天工作下來，累積不少疲憊之後，每週至少應做一次訓練。根據馬科拉的理論，如此與高速騎自行車或用力游泳也有類似的效果 - 意即，雖然感覺上比較衰弱，一旦你克服多餘的阻力（在這種情況下是精神上的疲勞），你便能夠在比賽上表現得更強、更持久。也就是說，克服心理障礙，你便有可能將身體的運動表現推向極致。

告訴自己，你可以

樂珀斯也說明激勵性的自我對話如何能減輕精神方面的疲勞，讓你能夠運動得更耐久。他引用英國班戈大學教授安東尼·布蘭契菲爾德 (Anthony Blanchfield) 與其團隊的研究成果說，「與馬科拉類似，布蘭契菲爾德也讓受測者以80％的最大輸出功率騎車騎到力盡兩次，不過其中插入兩週的激勵性自我對話訓練，」樂珀斯說，「使用的詞彙包括『向前推進吧』和『你做得很好』等等。研究者發現，受測者能負荷的總時間增加了17％，而且其運動自覺強度（rate of perceived exertion, RPE）覺得更強了。」

停下來喝一杯茶（或咖啡）

如果你心理上實在疲憊不堪，而且上面提供的激勵性自我對話也不能激發更多的身體性能時，是時候尋求合法精神藥物的協助了。樂珀斯提到Doherty和Smith的研究成果，他們的整合分析的結論是，訓練前服用4-7mg/kg的咖啡因不僅降低 6％大腦認為需要努力的知覺，同時也將運動性能提升了11％。研究人員還發現，超過75％的優秀運動員在比賽前和比賽時都會服用咖啡因。

英國運動營養學家蘇菲·基樂 (Sophie Killer) 告訴我們，「咖啡因作為機能增進劑非常有效，因為咖啡因的分子形狀與腺苷 (adenosine) 相似，而我們全身上下都遍布了腺苷受體，甚至大腦。腺苷對中樞神經系統有抑制作用，腺苷與受體結合時，會抑制某些神經傳遞物質的釋放、製造抗痙攣劑，具有鎮靜的效果。咖啡因是少數能夠穿越血腦障壁 (blood brain barrier)的物質，它很容易能與腺苷的受體結合，因而抑制其活性。腦中的腺苷會與受體結合，降低神經活動而使大腦進入睡眠狀態，而咖啡因的作用便是與其競爭，引此能保持神經的活性狀態，從而達到清醒的效果。咖啡因集中作用於中樞神經系統，並抑制發送到大腦的、說你累了的訊息傳輸。在肌肉上面，咖啡因則有完全不同的反應。咖啡因與腺苷受體結合，從而增加肌肉運作的能力，使你能夠產生更強大的力量。咖啡因還可以改善身體反應時間和有氧代謝能力。」

多年來，運動科學家和運動生理學家們曾研究訓練生理參數，如有氧能力，乳酸閾值和力量輸出功率的影響。從現在開始，大腦的訓練應該會成為你在訓練計劃上面需要特別注意的重點。

5個對付疲勞的小提醒

① 每星期在一天工作之後，進行至少一次訓練。你會覺得心理疲乏，這將使訓練感到更加困難，但它會讓你在正式比賽時嚐到甜頭。還有證據表明，你比較能從短的、密集的訓練得利，而不是漫長而緩慢的訓練。

② 相反地，賽前應避免太多勞心的工作引起精神疲勞。降低意志耗損的簡單方法包括：在比賽開始前早早準備好你的工具包和營養補給、提早到會場做準備，並仔細打包好你的裝備。所有這些方法都能減少焦慮並避免心理疲勞。

③ 練習一下自我激勵對話的訓練，看看它如何影響你的比賽表現。無論你是在腦海裡想著或直接講出來，所有的內容都要是積極的。而不是，「這是太難了，我好掙扎」，請告訴你自己：「我這次一定要打破我的個人最佳成績。」「保持手臂揮動吧！雙腿也會跟進。」這些雖然聽起來有點矯情，但它已經被證明，對於各級運動員都非常有效。

④ 咖啡因是市面上最被推崇的合法運動機能增進劑。最近的研究都對於咖啡因這種積極的結果有相似的推論，無論你是以藥片或飲料的形式攝入。並且，與一般大眾所認知的觀點相反，咖啡因對於無論是慣性攝取者或非慣性攝取者的效益並沒有什麼不同。

⑤ 馬科拉也正與美國一家名為Axon Sports的公司合作開發一款針對大腦訓練的app，敬請繼續關注他們日後的發展。