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運動生理週訊(第361期)

影響跑步經濟性與跑步表現的技術因素(January.2.2018)

王順正、林玉瓊

　　跑步技術一直都是影響跑者跑步經濟性 (running economy) 與跑步表現 (running performance) 的重要課題。

　　Saunders等 (2004) 的文章中指出，影響跑步經濟性的生物力學 (biomechanics) 因素，包刮人體測量學 ( anthropometry)、運動學與動力學 (kinematics and kinetics)、柔軟度 (flexibility)、地面反作用力 (ground reaction force) 等。Barnes與Kilding (2015) 的文章則指出，影響跑步經濟性的主要生物力學因素，包括人體測量學特徵 (體重與質量分佈、肢體長度、跟腱腱臂 [Achilles tendon moment arm])、跑步風格/步態模式 (步長與步頻、垂直振幅 [vertical oscillation]、著地模式 [footstrike patterns])、運動學 (kinematics)、動力學 (kintics)、以及柔軟度等。

　　Moore (2016) 基於過去研究的證據，分析有利於跑步經濟性的生物力學內在因素 (intrinsic factors)，包括步幅少於最佳步幅3%、較低的垂直振幅、較大的腿部硬度 (stiffness)、較低下肢轉動慣量、腳尖離地時更小的腿部伸展、更大的步幅角度 (stride angle)、推蹬期地面反作用力 (GRF) 方向與腿部軸線對齊、保持手臂擺動、較低的作用拮抗肌共同收縮、以及推蹬時較低肌肉激活等，有利的外在因素 (extrinsic factors)，則包括跑鞋與地面穩定接觸、赤腳或輕量鞋等。不利於跑步經濟性的生物力學內在因素，包刮地面接觸時間、擺動時間、衝擊力、前後作用力、軀幹角度、以及雙關節肌共同收縮等，不利的外在因素則如矯形器等。其他有限或未知的生物力學，包括腳與重心在著地時的水平距離、braking / 減速時間、接觸地面的減速、衝量(impulses)、擺動期、足部著地型態、乳房運動學、以及股內側肌預先活動等 (下表)。盡管影響跑步經濟性的生物力學因素，已經有了明確的有利與不利歸類，對於一般跑步教練與跑者來說，由於考量的變項數量太多、太複雜，要實際應用這些跑步技術的影響因素，確實是相當困難的工作。

影響跑步經濟性的生物力學因素 (Moore, 2016)

效果	內在因素				外在因素
效果	時間空間	動力學	運動學	神經肌	外在因素
有利因素	自選步長(減3%) 少的垂直振幅	較大的腿部硬度推蹬期GRF與腿部軸線　　對齊低下肢轉動慣量	離地時較少腿部伸展較大步幅角度保持手臂擺動	推蹬時較低肌肉激活較低的作用拮抗肌共同　　收縮	跑鞋與地面穩定接觸赤腳或輕量鞋 (<440g)
衝突因素	地面接觸時間擺動時間	衝擊力(impact force) 前後作用力	軀幹角度	雙關節肌共同收縮	矯形器
有限或未知	腳與重心在著地時的水　　平距離 braking / 減速時間接觸地面的減速	衝量(impulses)	擺動期足部著地型態乳房運動學	股內側肌預先活動

　　為了釐清影響跑步經濟性與跑步表現的技術因素，Folland等 (2017) 以97名 (男性50名、女性47名) 耐力跑者為對象 (受試者29名優秀跑者、68名休閒跑者，其中優秀男女跑者29名，1萬公尺成績在31分鐘與35分鐘以下)，在漸增速度的跑步機上 (10-12 km/h 速度、每個速度4分鐘)，進行五類運動學指標 (垂直擺動、braking、姿勢、步幅參數、下肢角度，共24個變項) 的分析，並且進行能量成本 (locomotory energy cost, LEc) 、乳酸閾值 (velocity of lactate threshold point, vLTP) 的實驗，以及跑步表現 (一萬公尺跑步成績) 的紀錄。

運動生理週訊第361期影響跑步表現的技術因素

　　運動學指標的24個變項中，垂直擺動 (vertical oscillation) 的變項，包刮骨盆與重心在著地時的垂直振幅ΔzP_GC,H、ΔzCM_GC,H與整個步伐 (total stride) 的垂直振幅ΔzP_TOT,H、ΔzCM_TOT,H；braking的變項，包刮骨盆與重心在整個步伐的最小水平速度VyP_MIN、VyCM_MIN與著地期間 (during ground contact) 的最小水平速度ΔVyP_GC、ΔVyCM_GC；姿勢 (posture) 的變項，包括軀幹在整個步伐的平均伸展角度xTA_MEAN與角度範圍ΔxTA，以及整個步伐橫軸旋轉角度ΔzPA；步幅參數 (stride parameters) 的變項，包刮標準化的步長SL_H、步頻SR、著地時間GCT、擺動時間SWT、以及著地指數 (duty factor, DF)；下肢角度 (lower limb angles) 的變項 (右圖)，包括著地瞬間矢狀面 (sagillal plane) 的腳著地角度xFA_TD、小腿角度xSA_TD、大腿xTHA_TD，在著地期間 (during ground contact) 膝關節的伸展角度ΔxKA_GC、髖關節的收縮角度ΔxHA_GC、膝關節最小角度xKA_GC,MIN，以及在擺動期的最小膝關節角度xKA_GC,MIN、最大髖關節角度xHA_SW,MAX。

　　針對一萬公尺平均成績在37分58秒±6分7秒、43分31秒±6分54秒的97位男女跑者來說，研究結果顯示，有19個跑步運動學的變項與跑步經濟性具備顯著相關，有18個跑步運動學的變項與vLTP具備顯著相關，有11個跑步運動學的變項與跑步成績具備顯著相關。透過迴歸分析的方法發現，著地時骨盆的垂直振幅 (ΔzP_GC,H)、著地期間的膝關節最小角度 (xKA_GC,MIN)、以及整個步伐期間骨盆的最小水平速度 (VyP_MIN) 三個變項，可以解釋跑步經濟性變異性 (LEc) 達39.4%。著地瞬間矢狀面的小腿角度 (xSA_TD)、整個步伐期間骨盆的最小水平速度 (VyP_MIN)、著地指數 (Duty factor, DF)、軀幹伸展角度 (xTA_MEAN) 四個變項，可以解釋跑步表現 (SB Time-z) 變異性達30.5%，以及乳酸閾值 (vLTP-z) 變異性達41.8%。

運動生理週訊第361期影響跑步表現的技術因素

決定跑步經濟性、乳酸閾值、跑步表現的運動學因素(Folland等, 2017)

　　盡管跑步技術的相關變項，普遍與跑步經濟性、跑步表現顯著相關，但是進一步進行迴歸分析之後發現，影響跑步經濟性與跑步表現的技術因素，似乎會有不同。著地瞬間骨盆的垂直振幅、擺動期的膝關節最小角度與跑步經濟性比較有關聯；著地瞬間的小腿角度，整個步伐期間的骨盆最小水平速度、著地指數 (duty factor)、以及軀幹伸展角度等，則與跑步表現密切關聯。

引用文獻

Barnes, K. R., & Kilding, A. E. (2015). Running economy: measurement, norms, and determining factors. Bames and Kilding Sports Medicine - Open, 1(8), 1-15.

Folland, J. P., Allen, S. J., Black, M. I., Handsaker, J. C., & Forrester, S. E. (2017). Running technique is an important component of running economy and performance. Medicine Science in Sports and Exercise. 49(7), 1412-1423.

Moore, I. S. (2016). Is there an economical running technique? a review of modifiable biomechanical factors affecting running economy. Sport Medicine, 46, 793-807.

Saunders, P. U., Pyne, D. B., Telford, R. D., & Hawley, J. A. (2004). Factors affecting running economy in trained distance runners. Sports Medicine, 34(7), 465-485.