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？

鐵人三項的魅力在於它的三項組成部分；游泳、騎車、跑步。就因為是三項不同的運動組合，於是想要對付這項挑戰就不是件容易的事，尤其是如果你對這幾項運動很陌生的時候。但若將這些項目拆解細緻的話，則在實行計畫的時候，亦會變得更加容易。
 
鐵人三項訓練就像建造一座新房子，在你要將第一件家具放進客廳之前，首先得將地基打穩。鐵人三項的道理也是，在準備短期比賽時，首先要考慮為成功奠定基礎的要素：適當的設備、充足的時間和有效的訓練系統。

以下是短期培訓計劃的基本藍圖，即使在最千篇一律的街區，每家的房子也略有不同，因為口味、風格和喜好各不相同。你的培訓計劃也是這樣，制定藍圖，使之適應你的生活方式，讓它為你工作，但記住不要忽視那些使你的訓練穩固、安全和能夠經受任何萬一的要素。
以下的三個基礎是在開始前，需先思考的：

參加元素：你選了好要參加什麼比賽了嗎？什麼地形呢？了解比賽細節和元素可以增強你的訓練能力。
正確的工具：不要被你需要的裝備所束縛。你需要一輛好騎乘的自行車、游泳衣、鐵人三項服、自行車安全帽和一雙像樣的跑鞋。當然，還有很多其他的配備可以從中幫助你，比如心率監視器、功率表和GPS手錶，但是這些都還不是初學者最需要的。
指導：你可以選擇一個人訓練，但是若有一位教練從旁協助，他能帶領你朝著正確的方向前進，並使你在比賽日達到目標。

關鍵：建立一致性、有氧基礎，適應常規訓練以及學習如何使用裝備。
給初學者的提示：
1. 在必要時使用步行/跑步間歇，但隨著訓練的進行，增加跑步時間，減少步行休息時間。
2. 每小時喝6-24盎司的水。
3. 每個月第四周是恢復週。
4. 練習自行車可以在室內或室外，但建議是在戶外練習，尤其是面臨比賽的前幾天，一定要去戶外練習。
5. 如果可能的話，也建議在戶外跑步。
6. 確保自行車、安全帽和其他零件處於良好的工作狀態。
7. 在戶外騎車時，隨身攜帶身份證和金錢。
8. 如果鍛煉超過一個小時，需攜帶大約200卡路里的營養補給。
9. 每周至少練習兩次為一個循環紀律。

第一周

星期一：騎自行車30分鐘。
星期二：游泳500公尺（約10-15分鐘）。
星期三：騎自行車30分鐘。耐力：5-6 RPE，短距跑步：10-15分鐘。
星期四：游泳600公尺（約15-20分鐘）
星期五：休息日
星期六：騎自行車45分鐘。
星期日：跑步25分鐘。

第二周

星期一：通常是一個恢復日；騎自行車30分鐘。
星期二：游泳600公尺（約15-20分鐘）
星期三：騎自行車40分鐘，耐力：5-6 RPE，短距跑步：10-15分鐘。
星期四：游泳600公尺（約15-20分鐘)
星期五：休息
星期六：騎自行車45分鐘。短距跑步：10-15分鐘。
星期日：跑步30分鐘。

第三周

星期一：通常是一個恢復日，騎自行車30分鐘。
星期二：游泳800公尺（約20-25分鐘）。
星期三：騎自行車40分鐘，耐力：5-6 RPE，短距跑步：10-15分鐘。
星期四：游泳1000公尺（約30分鐘）
星期五：休息
星期六：騎自行車45-60分鐘。
星期日：跑步35-40分鐘（可以利用間歇訓練）

第四周：恢復週

星期一：通常是一個恢復日，騎自行車30分鐘。
星期二：游泳600公尺（約15-20分鐘）。
星期三：騎自行車30分鐘，耐力：5-6 RPE，短距跑步：10-15分鐘。
星期四：游泳600公尺（約15-20分鐘）。
星期五：休息。
星期六：騎自行車45分鐘。
星期天：跑步25分鐘。

關鍵：增加力量 速度和強度

第五周

星期一：騎自行車30分鐘。
星期二：游泳800公尺（約20-25分鐘）。
星期三：騎自行車45分鐘，包括在小山丘的練習，短距跑步：10-15分鐘。
星期四：游泳800公尺（約20-25分鐘）。
星期五：休息。
星期六：騎自行車60分鐘。
星期日：跑步35分鐘。

第六周

星期一：騎自行車30分鐘。
星期二：游泳800-1000公尺（約20-25分鐘）。
星期三：騎行車60分鐘，包括在小山丘的練習，短距跑步：10-15分鐘。
星期四：游泳1000-2000公尺(約35分鐘)。
星期五：休息。
星期六：自行車45分鐘， 短距跑步：10-15分鐘。
星期天：跑步45分鐘 。

第七周

星期一：騎自行車30分鐘。
星期二：游泳800-1000公尺（約25-30分鐘）。
星期三：騎自行車60分鐘，包括在小山丘的練習，短距跑步：10-15分鐘。
星期四：游泳 1200-1400公尺（約35-40分鐘）。
星期五：休息。
星期六：騎自行車75分鐘，短距跑步：10-15分鐘。
星期天：跑步45分鐘。

第八周

星期一：騎自行車30分鐘。
星期二：游泳800公尺（約20-25分鐘）。
星期三：騎自行車60分鐘。耐力，5-6 RPE。
星期四：游泳1000公尺（約30分鐘）。
星期五：休息。
星期六：騎自行車60分鐘。
星期天：跑步30分鐘 。

關鍵：最後的訓練和比賽週（如果你有更多的時間，您可以添加額外的訓練菜單）。

第九周：最後一周

星期一：騎自行車30分鐘。
星期二：游泳1200-1400公尺（約35-40分鐘）。
星期三：騎自行車60分鐘。耐力，5-6 RPE。
星期四：游泳1000-1200公尺（約30-35分鐘）。
星期五：休息。
星期六：自行車75分鐘，  短距跑步：10-15分鐘。
星期天：：跑步40-45分鐘。

第十周：比賽周

星期一：騎自行車30分鐘。
星期二：游泳500公尺（約10-15分鐘）。
星期三：自行車30分鐘。
星期四：游泳500公尺（約10-15分鐘）。
星期五：休息。
星期六：確認比賽所有裝備。
星期天：比賽。

責任編輯／瀅瀅

為了突破馬拉松2小時大關，運動員需要將現有的馬拉松世界紀錄2小時2分57秒縮減約3%。這意味著在42.195公里（26.2英里）的全程中，每公里耗時需要減少約4.3秒鐘。在多數人看來，這似乎是一個不可能完成的挑戰，但對Nike而言，卻是一個值得追逐的目標。  

三位無懼挑戰的運動員接受了Nike的邀請，嘗試在2小時內完賽馬拉松，他們是 Eliud Kipchoge 、Lelisa Desisa和Zersenay Tadese。透過對世界頂尖長跑運動員進行為期數月的測試和資料分析，Nike最終選定這三位身體狀況最適合迎接這項挑戰的菁英運動員。選擇他們的主要原因為在長時間快速奔跑方面，他們的表現遠遠優於其他跑者。他們多年的經驗和專業知識造就了他們獨有的優勢，正因如此，Breaking2教練和科學研究團隊認為，應該調整他們的日常訓練和補給策略，而非進行徹底的改變他們原來的習慣，這是嘗試讓運動員達成挑戰目標的最佳方式，而這也將是至今為止長距離跑領域最大的挑戰。

在製定訓練計畫方面，運動員及其教練團隊發揮了不可或缺的作用，並是他們取得今天成績的關鍵因素。生理學家兼Nike運動研究實驗室探索研究團隊新產品總監Brad Wilkins 博士和Nike運動研究實驗室研究員兼首席生理學家Brett Kirby 博士受邀對Breaking2 計畫的日常科學研究工作進行監督。“作為菁英運動員，他們目前的訓練計畫已經相當成熟了。” Brad Wilkins博士說，“我們的目標是與運動員及其教練團隊合作，提供相應的資料分析和回饋意見。” 正因如此，集合不同領域的力量，2小時內完賽馬拉鬆的夢想才有可能成為現實。

經驗決定成效

訓練計畫隨著運動員狀態的改變而不斷調整

Eliud Kipchoge的每週訓練計畫多樣且有針對性，並隨著整個計畫的推進逐步完善。他每天都會進行兩組訓練，包含長跑、跑道快速跑和變速跑訓練。Brett Kirby提到“Eliud Kipchoge身體的配合度十分協調，他經常根據自己身體的反應和感覺來調整步伐。” Lelisa Desisa初期的訓練重心為耐力訓練，在此期間進行了很多長距離、從輕度到中等強度的基礎跑步訓練。在之後的訓練中，還加入了更具針對性的跑道訓練，以便在計畫後期提高速度和強度。Brett Kirby說：“Zersenay Tadese的策略與Lelisa Desisa幾乎相反，他的前半程訓練著重速度，可以説明他熟悉比賽速度，而他後期的目標是延長高速跑的持續時間，以便能夠長時間保持足夠的配速。”

跑前熱身（大多數情況下）很簡單

熱身時，所有的運動員都做典型的滑步慢跑（根據Brett Kirby描述，有時慢到看上去幾乎像是從站著不動的狀態開始拖著腳走），並逐漸加快步伐，持續約30分鐘。Lelisa Desisa和他的團隊會做更“儀式性”的跑前熱身，該跑前熱身由動態伸展組成，持續約30分鐘。Brett Kirby表示“ 看上去就像跳舞一樣。”。

團隊協作和單獨訓練同樣重要   

一般來說，為了獲得足夠的跑步動力和陪伴，運動員會選擇和很多人一起跑步。Lelisa Desisa的團隊由6至8名成員組成，為他提供所需的一切支援。Eliud Kipchoge會與由當地人、專業運動員或教練組成的60人團隊一起跑。但是，當他們想要進行一項極具針對性的訓練時，他們會選擇獨自一人或與少數幾個人一起跑步。Brett Kirby表示“Zersenay Tadese大多數情況下選擇自己一個人跑。

充足的睡眠保持最佳運動狀態

這些運動員通常都不是做一般大家想像的放鬆方式。對於每週跑量超過160公里的運動員來說，常規訓練中最重要的部分就是恢復。“Zersenay Tadese被稱為'睡神'，因為當他不跑時，他一定是在睡覺，” Brett Kirby說道。不進行訓練的時候，Lelisa Desisa會選擇放鬆。在營地，Eliud Kipchoge在閒暇時花了很多時間來平衡休息和日常生活。Brett Kirby說：“除了和隊友一起打盹和品茶之外，他還會做一些雜務，比如從井裡打水或者在營地幫忙。” 多數情況下，大家每週休息一天，也會根據需要進行調整。三位運動員，有的每週會接受三次按摩，通常是在接受高強度訓練以後。

跑步是唯一運動

三位運動員不做重量訓練，也不會做瑜伽。他們只選擇跑步。“要想跑得快，你就得不斷地跑。” Brad Wilkins說道。雖然每位運動員的訓練計畫都非常不同，但都在不斷完善和調整，以便適應不同的熟練度和階段性的低效率。Brad Wilkins說“通常來說，精英運動員的柔韌性較差。” 然而，與很多人的想法相反，較差的柔韌性更容易提高跑步成績。Brad Wilkins表示“理論研究表明，較為僵硬的雙腿在跑步過程中損失的能量更少。”（他將此比作硬彈簧，與較鬆弛的彈簧相比，硬彈簧儲存和釋放的能量要高出很多。）

日常飲食很自由

作為菁英級別的跑者，很清楚地知道什麼食物能夠為其日常跑步提供最佳補給，儘管如此，Brad Wilkins和Brett Kirby還是建議跑者吃大約50-75％的碳水化合物、20-30％的蛋白質，其它的則可以隨意。此外，科學家們還提供了具體的訓練後營養攝入量的指導。例如，他們強調了在高強度訓練後立即攝入蛋白質和碳水化合物的重要性，當運動員不能很快攝取正餐時，他們會指導運動員飲用體能恢復飲料。

科技改變傳統

關鍵指標幫助提升跑步成績

自從肩負著破2的使命以來，Brad Wilkins和Brett Kirby多次造訪3位菁英運動員並對一些重要指標進行深入的分析和評估，包括最大耗氧量、跑步過程中水分的流失以及肌肉能量儲備等。即使不與運動員在一起時，他們仍然會定期透過電話或Skype 保持聯繫。在訓練期間，運動員會佩戴配有心率監測儀（含配套胸帶式發射器）的GPS手錶。每次訓練後，教練和科學研究團隊一起進行資料分析，以進一步瞭解運動員的狀況和提高運動表現的因素，並利用收集的這些資料與運動員的教練團隊溝通並不斷調整訓練計畫。

相信高海拔優勢

三位運動員都在高海拔地區生活並在此進行絕大部分的訓練。Eliud Kipchoge的營地在肯亞，Lelisa Desisa的營地在衣索比亞，而Zersenay Tadese往返於他自己居住的衣索比亞和他的教練居住的西班牙兩地進行訓練。Brad Wilkins解釋說：“因為高海拔地區的氧氣稀薄，隨著時間的推移，體內紅血球細胞的數量會增加，血液就能為肌肉攜帶和運輸更多的氧氣。肌肉含氧量越高運作越好，就可以幫你跑得更快、更遠。” 當一個人離開高海拔地區後，這種較高的紅血球的細胞濃度可以維持長達兩週之久，因此可以假定較高的血紅細胞濃度能為在海平面高度的比賽帶來競爭優勢。

能量補給的個人化定制和精確控制

科學家們專注於因出汗引起的水分流失和能量補給的最大限度。他們將重點放在賽前48小時和高強度訓練後的24小時，並重點關注兩個方面：”補給類型與方式”，以及”個人需求”。“我們在訓練計畫中收集到的資料表明了運動員跑步時流失的水分以及內臟可以吸收的液體量。根據這些資料，我們為每位運動員量身打造了一種碳水化合物能量補充劑”， Brett Kirby解釋。除此之外，三位運動員所引用的碳水化合物的類型、比例、液體和口味也不盡相同。
 
精確的能量補給頻率

透過資料分析以及大量的反復試驗，Breaking2團隊已經確定了運動員在比賽中進行能量補給的理想週期：每2.4公里補充一次（即他們在義大利Monza賽道繞跑道跑一圈的距離）。Brett Kirby說：“運動員大約每七分鐘就會攝取特定的能量補充劑，以保持充足的水分和能量。”科學研究團隊表示，這對運動員來說是一種全新的體驗，因為以前每位運動員每小時攝取的碳水化合物不足60克，而現在他們都不得不讓自己習慣攝入更多的碳水化合物。

Brad Wilkins、Brett Kirby和Breaking2 團隊中的其他成員都在繼續透過獲取的這些資訊和經驗不斷為Eliud Kipchoge、Lelisa Desisa和Zersenay Tadese完善策略。“自Breaking2 正式啟動以來，我們一直都在不斷收集資料，並一直努力獲取更多有效的資訊，説明三位運動員在正式挑戰當天達到最佳狀態。”Brad Wilkins表示，“大多數運動員無法享受如此水準的個人化測試、訓練和指導。” 當你將這些與每位運動員堅韌的意志力相結合時，便有可能突破人類的極限。“無論我們在科學研究方面做了多少努力，將會是這三位運動員以每小時21.08公里的速度跑完42.195公里。”Brad Wilkins說，“簡直太不可思議了。”

資訊、圖片提供：Nike