跑步經濟性和你如何息息相關

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“跑步經濟性”的議題就像是老生常談,“擁有較佳的攝氧量”,“較穩定的乳酸閾值速度”,“肌肉纖維細胞的天生基因分佈”,“受過良好的耐力訓練”,“絕佳的爆發力與下肢剛性”,例如參考這篇文章:https://udn.com/news/story/7879/3844585

照片來源:levert
照片來源:levert

上述文章看起來很合理,然而街頭採訪時遇到小明說:『平常又不練最大攝氧量課表,跑間歇課表又酸得要死,每一週去重訓壓大重量或者跳跳箱,都覺得很容易被旁邊的巨巨看扁,每三週跑長距離沒有人陪跑根本要我的命』。光是這樣,就注定跟“跑步經濟性”沾不上邊嗎?

小編會說:也不全然!理由很簡單,“生物力學”可能是其中一環!小編的確相信這些“生理特性會帶來一定的跑步經濟性”,可以思考的是如果將以族群對比,”肯亞人與台灣人的跑步經濟性“。

哇賽,這用常理推,統計數據後面有機會都給你一個“*”有顯著差異,就以生理特性而言,的確研究風向帶往這裡,卻也不全然。文章的目標是為了用其他證據佐證,並非推翻生理特質與跑步經濟性之間的獨有特性。

以下圖卡,可以明顯讓我們知道影響跑步經濟性的要素會有『代謝效率』,『心肺循環效率』,『訓練特性』,『生物力學效率』,『神經肌肉效率』。

跑步經濟性影響因子,包含了代謝效應,心肺功能效應,訓練法,生物力學效應,神經肌肉效率
跑步經濟性影響因子,包含了代謝效應,心肺功能效應,訓練法,生物力學效應,神經肌肉效率

但並不代表『生理機制』像是常聽到的超負荷重量訓練,爆發力訓練,最大攝氧量訓練,乳酸閾值訓練佔了多數!!有一位丹麥學者就比較丹麥『鄉村』與肯亞男童之間的跑步經濟性,結果不意外的,肯亞男童的經濟性較佳,然而丹麥『鄉村』男童的經濟性就明顯優於丹麥『市區』男童,丹麥學者還討論了訓練對兩族群的男童影響,結果發現訓練對兩者的跑步經濟性影響不大。然而,其他研究者說了『天生基因所擁有的慢縮肌(有氧耐力的肌肉纖維)』是重點。

接下來,我們來看看『生物力學又有什麼條件會影響跑步經濟性』。

Lore of Running作者Dr. T.D. Noakes(同時也著作許多影響跑步研究的深度議題,像是配速,大腦與神經連結,心理狀態等機制探討),在2017年就做過一篇研究,他們的團隊找來十五位肯亞部落的跑者,以十公里與半馬為參賽,平均成績是28分與62分(正負值落差請允許跳過),總之,行家都看得出來這成績“非同小可”。

生理數據比較:

他的團隊利用了兩個跑步速度針對這群跑者執行跑步經濟性與生物力學效應的比較,一個是12km/hr跑6分鐘,且當成是熱身,五分鐘休息緩衝後,執行一個是20km/hr跑6分鐘,這速度呢根據文獻描述是介於他們的乳酸閾值與RER(respiratory exchange ratio,如果有看之前發的最大攝氧量與乳酸閾值關係的文章,大概有印象)之間的強度,坡度設定在跑步機的1%,所有人RER從最大到最小到平均值依序是0.81, 0.75 and 0.78 at 12 km·h−1 and 0.99, 0.96 and 0.98 at 20 km· h−1.(這代表的意義是每一次呼吸過程中的二氧化碳與氧氣比例,越靠近1代表碳水化合物在氧化成為能量的比例越高)。

生物力學數據比較:

用同樣12 km/hr與20 km/hr的速度實際在路面跑,並比較關節肢段參數與地面反作用力,例如:我們熟知的步頻(Step Frequency)與步幅(Step Length),地面接觸時間(Ground Contact Time),擺動時間(Swing Time),落地瞬間垂直體重乘載率(Vertical Initial Loading Rate),最高煞車作用力(Peak Braking Force)。請參閱下表!

步態特性,地面接觸作用力與跑步經濟性相關性
步態特性,地面接觸作用力與跑步經濟性相關性

所有數據經由比較後發現,生物力學特性與跑步經濟性並沒有太高的相關性,研究者認為『這可以推論為跑步經濟性的複雜程度遠超過與“單一特性”定義』,此外,由於本篇研究採用的是同質性很高的一群人在比較跑步經濟性,亦就是說“統計比較時,大家實力相當的狀態下,我們很難判斷說人與人之間哪一種特性影響了跑步經濟性”。儘管其他研究曾經發現

(一)地面接觸時間的長短會影響跑步經濟性,時間長短代表煞車力道與垂直作用力之間的轉換,因此,可以想像之間的關聯性,儘管之間有研究指出肯亞人的肌肉肌腱系統與阿基里斯腱長度都相較於歐洲人優化,使得他們在跑步的彈性與效率都相對來得好,卻在本篇研究中的一群肯亞人中未發現之間的特殊關聯性。

(二)跑步週期的擺動時間,其他研究指出Eritrean跑者在比賽時展現21公里時速,氧氣消耗效率會跟擺動時間有關,支撐與擺動的轉換,代表著身體移動方式的改變,當擺動時間越長,支撐時間越短,通常代表著“速度越快”,雖然只有0.3-0.5秒左右的差距,卻也改變了肌肉使用的狀態。

(三)地面反作用力的降低也同時影響了跑步經濟性,畢竟每踩一步,身體就必須承受每公斤3倍的相對重量,當身體在接受這衝擊時,也代表著物理的代謝熱能會提高,於是,科學家會試圖以這個為出發點,也相信地面反作用力下降會是讓代謝熱能的耗能下降,是氧氣消耗效率優化的關鍵,然而本篇文章同樣沒有看到“垂直地面反作用力與跑步經濟性”相關性提高的狀態。

(四)在不同速度狀態下的氧氣消耗率,本篇研究可以值得一提的是在12公里時速時192.2 ± 14.7 ml· kg−1· km−1 (CV = 7.6%)與在20公里時速時 184.8 ± 9.9 ml ·kg−1· km−1(CV = 5.4%),本篇同一作者在其他研究中不同速度的氧氣消耗是171.8 to 221.0 ml· kg−1· km−1(CV = 11%),這群受試者的氧氣消耗表現比起其他研究的變異性(coefficient of variation)較低,亦就是說雖然並沒有做不同群族之間的比較,卻也代表著可能在“力學特性”的差異太小,使得數據之間的效益,比較時沒有顯著差異的統計數據。

生物力學參數在同質性族群中,雖然找不到相關性,卻在不同族群之間的比較找到相關性,這似乎安慰人一點。亦就是說我們不必太難過,很可能我們一群同溫層。當然,其他比較“肢段參數與跑步經濟性的比較”,2017年有另一群研究者發現Caucasian長距離跑者,在不同速度狀態下,特別是在時速16的跑步經濟性與下肢長度是有相關性的。

這也提醒著我們,在端看數據時,的確我們可以族群比較時,發現“因為我跟你某種形式上的差異,就認定跑步經濟性,你比我好”。然而,如果跟自己同質性越高的一起比較(身高,體重,跑步年齡,跑鞋)時,卻不代表著數據的比較會有顯著差異,又或者是“成績的好壞,並不全然跟跑步經濟性有關”,因為在定義上,它始終無法以“單一特性”去衡量跑步經濟性如何影響你的成績表現,例如:小編就不以為爆發力訓練與最大重量訓練,就一定可以讓跑步經濟性提高,因為“相關性”的比較,只是一種“歸因”,卻不代表“結果”,因為結果往往是有多種因素參與所造成的,科學家試圖找到可能性,幫助我們釐清什麼要素影響確實影響著跑步經濟性。肌力訓練當然有效,然而,肌力是為了輔助肌肉肌腱系統的強化(避免受傷)與儲存地面反作用力的能量(跑步效率),如果在訓練過程中,生物力學效應也可以被納入討論,擺動與支撐效率,煞車與推動效率,軀幹旋轉與直立,那麼才有可能創造出更聰明的跑者。

Take-Home Point:

(1)不要被單一因子的差異性給困擾,訓練是多面向的,不會缺乏某種特性,就代表跑步經濟性不好。當有人說“你就是最大攝氧量跑不夠”,趕快回嘴“你才腿短哩”(誤)

(2)生理與生物力學都是屬於個體化的,不同族群就會有差異性,但是落入同一族群比較呢?必須以相對保守的態度來看待,我們可能無法像其他國家選手跑的這麼好,因為某種特性的缺乏,卻可以透過其他型式的訓練補足,因為沒有這麼的絕對關係。

(3)跑步經濟性多數來自非最大努力狀態下或者穩定速度狀態所檢測的氧氣消耗效率,但是“太多因素”同時比較時,其實會發現好像都重要,卻也好像都不重要,因為它跟粒線體多寡,氧氣交換率,不同肌肉纖維的狀態使用,擺動時間等等有關,一個人在跑步如果還要考慮這麼多,一點樂趣也沒有。

訓練法則:跑步經濟性的定義在氧氣消耗量的效益,所以,能夠讓氧氣消耗效率提高的訓練都適用。

例如:

(1)提高微血管密度與粒線體(轉換身體能量的生物細胞)的耐力跑
(2)上下坡的短距離衝刺,提升擺動與支撐時的關節力矩
(3)換氣閾值在80-85%最大攝氧量狀態的節奏跑

共勉之!

文獻來源:

Running economy: measurement, norms, and determining factors. 作者:Kyle R. Barnes, Andrew E. Kilding

Are gait characteristics and ground reaction forces related to energy cost of running in elite Kenyan runners? 作者:J. Santos-Concejero, N. Tam, D. R. Coetzee, J. Oliván, T. D. Noakes and R. Tucker

Lower Leg Length is Associated with Running Economy in High Level Caucasian Distance Runners. 作者:Rauno Laumets, Karel Viigipuu, Kerli Mooses, Jarek Mäestu1, Priit Purge, Ando Pehme, Priit Kaasik, Martin Mooses

Kenyan dominance in distance running. 作者:Henrik B. Larsen

內容來源:JOGGING RUNNING SPRINTING行動跑步教室