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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大家對於跑步的一個迷思是認為,跑步會導致膝蓋的磨損和撕裂,並隨著時間的推移,造成膝關節疼痛、關節炎或其他傷害。但最近的一項研究發現,一次30分鐘的跑步卻實際上減輕了跑者膝關節的發炎症狀。
在一篇《歐洲應用生理學雜誌》上發表的研究報告中,來自楊百翰大學的研究人員找來了15名年齡在18至35歲的健康人士進入實驗室,研究人員讓他們跑了30分鐘跑步機,然後就他們的血液和膝關節液體做實驗前後的採樣,研究人員也做了這些人在平時靜態活動之下的相關檢體採樣。
研究人員原本以為在這些人跑完之後,會在他們的膝關節液中找到更多會刺激炎症的分子,但他們沒有如願。相反地,他們發現血液中刺激發炎的指標實際上在跑步30分鐘後降低了。雖然科學家最終只能從研究的六人中得到完整的資訊,但他們在這些人中看到了相同的結果。
「結果令人驚訝,」主持研究者,同時是楊百翰大學運動科學副教授的麥特·西利 (Matt Seeley) 說道。「我們預計分子會增加,但是結果卻相反。」西利強調,該結果只能算是一項測試研究,由於採樣人數很少,因此從調查結果中無法做出明確的推斷。研究人員也只是觀測人們在跑步後立即的炎症反應,而不是一個星期或一個月後。但西利說他的團隊計劃將在未來對更多人做同樣的實驗研究,讓他們的結果更具可信度。
「我相信同時希望,根據這樣的數據顯示,跑步對你的關節是有好處的,」西利補充道。「雖然目前的結果有限,但它們是令人意想不到的,也可能對於後續的研究立下了一個非常重要的基礎。」
一些沒有參與研究的專家表示,雖然研究結果令人感興趣,即使是樣本量太少 - 但是目前還不清楚跑步能否保護膝蓋免於受傷或罹患關節炎。「目前的確有些正反兩方的數據,」加州大學舊金山分校外科醫生布萊恩·費利 (Brian Feeley) 博士說。「我們知道有些人一直在從事跑步,而且一直都沒有膝蓋的問題,而另一些人在相對年輕的時候便患有關節炎。」
對於許多跑者來說,一次30分鐘跑步相對較短,費利說這項研究結果並不一定對於長跑也同樣適用。一些針對馬拉松跑者的其他研究,發現軟骨的變化可能在賽後導致持續數個月的關節損傷。
「綜上而論,這表明可能有一個進化上的優勢,若我們跑相對較短的距離,我們的身體比較有能力能夠藉由減少發炎狀況來保護軟骨免受損害,」費利說。「長距離跑步可能導致大量消耗膝蓋減少炎症發生的能力,導致關節退化的可能性。」
不過,西利與費利皆同意,跑步的好處遠大於不跑步(特別是如果適度的話)。其他因素,如體重或遺傳學,也可能影響一個人是否更有可能得到關節炎或其他跑步的傷害。我們需要更多的研究來充分了解其風險與助益,目前,跑者們可以藉由交叉訓練並花更多時間做恢復,以及注意任何疼痛或腫脹,來減少膝蓋問題的風險。
根據另一份2013年的美國研究報告指出,不跑步的人有明顯更高的機率,需要在晚年執行膝關節或髖關節的置換手術。為什麼愛跑步的人比較不容易遇上關節退化的問題呢?研究人員認為,給予膝關節適宜的日常訓練,能讓膝蓋軟骨更健康。
資訊來源:TIME、Runner's World