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。
在嬰幼兒階段,活動度的發展更早於學會穩定度之前,在受到視覺與聽覺的刺激後會開始尋找刺激源,第一間事是轉動你的頭(頸椎活動度)開始環顧四周,接著頭的移動方向跟位置帶動肩膀的移動,然後開始在地上翻滾朝著刺激源前進。為了探索瞭解自己的身體活動度與感知外在的事物,你開始把手、手抓到的玩具、最後腳都往嘴巴塞。接著你學會一件事,如果想從A點移動到B點更快的方式,可以用上半身肩膀與手的偕同作用拖著在後頭的腳在地上匍匐前進,所以肩關節是在人體發展過程中首先承受體重、帶動身體動作的關節,並非髖關節。最後學習到如果利用雙腳站立姿勢將可以再加快移動的速度,所以最後學到了如何行走。
開始學走時,你會手攀著桌腳、椅子、牆緣往掉落在地上的餅乾前進,而當你千辛萬苦地走到餅乾前面,這時你將手移開原本輔助身體移(代替身體穩定性)的支撐物、跨出一大步,結果摔的狗吃屎。穩定度是需要學習的,如果缺乏穩定度的發展,強迫嬰幼兒提早結束爬行與翻滾階段,更走的進入學步階段時(過早的利用學步車),就會容易產生“跳過發育的正常順序”所造成的傷害。
嬰兒學步前在地上所進行的運動與移動方式都存在具有意義的功能與作用,目的是要在站立行走階段前,先讓軀幹擁有足夠的穩定度,與髖關節附近的肌肉群(臀大肌)建構足夠的肌力。當在幼兒匍匐前進階段 (Tummy Time) 時肚子會被當作身體的支點代替腳的功能,這時讓身體的肌肉如脖子、背部、手臂等有更多的時間來發展肌力為了更進一步的利用四肢爬行、與行走的階段。譬如,孩子在地上無意識地進行類似於熊爬、側爬等的反覆核心抗動的軀幹穩定度訓練。接著當學會如何用肩膀、手軀幹的扭動來帶動身體的匍匐前進後,雙腳跟臀部開始學會參與爬行的動作,同時也在慢慢建構在行走、站立前的下肢肌力。
如果孩童的發展中跳過重要的爬行階段,除了上述可能造成對於軀幹穩定度發展的刺激不足外,也有機率會產生學習障礙,爬行是一種跨越與連結身體對側的運動,同時刺激右腦跟左腦中負責神經傳導的倂底體的發展,這使身體能夠左右側手、腳、視覺、聽覺同時做功的能力,進而帶給身體在接收外在環境的刺激下,能夠讓身體兩側有效的整合並更有效率的產生運動。爬行也是一種讓身體快速學習協調功能的能力,也是我們在嬰兒成長時期練習身體兩側手腳的協調與同時動作的開端。爬行的學習過程讓我們發展,如穿衣、進食、運動等能力,如果跳過這一步驟,將來可能在往後成長的階段上產生困難。
關於Eddie熊璟鴻Eddie熊璟鴻,目前於Springfield College就讀肌力與體能研究所,從事運動訓練相關知識文章撰寫分享與教學影片拍攝製作,並轉譯國外專業文章。
相關證照
◎ NSCA-CSCS 肌力與體能訓練專家 (Certified Strength and Conditioning Specialist)
◎ 美國舉重協會舉重證照 (USA Weightlifting Sport Performance Coach)
◎ 台灣運動教練學會:肌力與體能認證教練 (Taiwan Sports Coach Association(TPCA), Strength and Conditioning Coach Certificate)
◎ 台灣肌力與體能協力:肌力與體能專業教練 (Taiwan Strength and Conditioning Association(TSCA), Level III Certified Strength and Conditioning Professional, CSCP III)
◎ 美國有氧體適能協會:個人體適能教練 (Aerobics and Fitness Association of America(AFAA), Personal Fitness Trainer(PFT))
◎ 台灣紅十字會總會:CPR+AED
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Eddie熊璟鴻,目前於Springfield College就讀肌力與體能研究所,從事運動訓練相關知識文章撰寫分享與教學影片拍攝製作,並轉譯國外專業文章。
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