不是只放碳纖維板就行 置入碳板能提升跑步經濟性嗎

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作者:董智尚 陳韋翰 相子元

自從 Nike Breaking 2 計畫 [1] 以及 Vaporfly 系列跑鞋亮相後,諸多運動品牌紛紛開發碳纖維板跑鞋,期待這類劃時代的跑鞋得以提高跑者的跑步經濟性,終極目的在於減少跑步時的體能消耗並試圖創造更快的成績。許多科學家也紛紛探討置入碳纖維板的跑鞋對跑步的影響。先前介紹過兩篇科學研究探討 Nike Vaporfly 系列跑鞋(原型鞋與 Vaporfly 4%)對跑步經濟性的影響,顯示皆能提高跑者的經濟性,延伸閱讀《穿 Nike Vaporfly 跑步真的比較省力嗎?》。然而並非所有置入碳纖維板的跑鞋皆有一致的研究結果。

研究顯示Nike ZoomX Vaporfly (NP) 的原型鞋相比Nike Zoom Streak 6 (NS) 以及Adidas Adizero Adios BOOST 2 (AB) 等鞋有較佳的跑步經濟性,平均減少4%的能量消耗。 圖片來源: Sports Medicine, 48(4) , 1009–1019.
圖片來源: Sports Medicine, 48(4) , 1009–1019.

研究顯示 Nike ZoomX Vaporfly(NP)的原型鞋相比 Nike Zoom Streak 6(NS)以及 Adidas Adizero Adios BOOST 2(AB)等鞋有較佳的跑步經濟性,平均減少 4% 的能量消耗。

另一研究顯示Nike ZoomX Vaporfly 4% (左邊) 分別比Adidas Adios Boost (中間) 與Nike Zoom Streak (右邊) 減少2.8%與1.9%的能量消耗,有較佳的跑步經濟性。 圖片來源: Journal of Sports Sciences, 37(20), 2367-2373.
圖片來源: Journal of Sports Sciences, 37(20), 2367-2373.
另一研究顯示 Nike ZoomX Vaporfly 4%(左邊)分別比 Adidas Adios Boost(中間)與 Nike Zoom Streak(右邊)減少 2.8% 與 1.9% 的能量消耗,有較佳的跑步經濟性。

置入碳纖維板的跑鞋不一定會提升跑步經濟性

2020 年 10 月刊登於 Scientific Reports 期刊上的論文《Adding carbon fiber to shoe soles may not improve running economy: a muscle‑level explanation》(加入碳纖維板的跑鞋可能不會改善跑步經濟性 — 肌肉層級的解釋),對比先前探討 Nike 碳纖維跑鞋發現會增加跑步經濟性的研究結果,本篇研究明顯有著不同的結論。該研究明確在題目中寫道「may not」表明添加碳纖維板的跑鞋可能無法或可能不會改善跑步經濟性。該研究顯示,與沒有碳纖維板的鞋子相比,置入不同厚度(0.8 mm, 1.6 mm, 3.2 mm)的碳纖維板於跑鞋中皆對跑步經濟性沒有影響,此外也發現對跑步時的下肢關節的角度、力矩與肌肉用力(肌肉電訊號程度)沒有影響,唯一有改變的是著地時間會因置入碳纖維板而變長。該研究作者認為先前研究顯示 Nike 碳纖維板跑鞋能改善跑步經濟性,可能是因為 Nike 碳纖維板提供了中底泡棉發揮功能所需的結構,以及 Nike 中底泡棉較柔軟且回彈性較佳所致。

不同研究之間所存在的差異

由上述不同研究結果可發現,並非置入碳纖維板的跑鞋就能提升跑步經濟性。除了該研究作者所推測的原因之外,還有什麼原因可能造成這樣的差異呢?本文試圖從不同研究之間在方法上的差異來探討其它可能的原因,並且分別從實驗對象、測驗速度與鞋子等三個面向來進行比對,綜合整理的表格如下:

研究結論差異

研究(A)與(B)皆顯示碳纖維板跑鞋能提升跑步經濟性,而研究(C)則顯示無顯著的影響。

實驗對象差異

研究(A)與(B)是招募 10 公里 32 分 [3] 內的成年男性,而研究(C)則是 5 公里能跑進 25 分內的成年男性,在跑步成績的選材上,有明顯的差異。研究(A)與(B)的跑者屬於選手等級,而研究(C)的跑者則比較偏向一般市民跑者。

測驗速度差異

測驗速度研究(A)(14 kph、16 kph、18 kph)與(B)(16 kph)皆明顯高於研究 (C)(12.6 kph)。這部分差異可能與實驗對象的跑步水準有連帶關係,研究(A)與(B)的速度比較符合中長跑選手實際訓練與比賽之配速,而研究(C)的速度則可能受限於實驗對象的能力,僅能採用較慢的速度進行測驗。

跑鞋差異

研究(A)、(B)、(C)的對照鞋皆有具代表性的鞋款 Adidas Adizero Adios BOOST 2 [2]。有差異的部分在於所使用的碳纖維板跑鞋不同,研究(A)為 Nike 碳纖維板跑鞋的原型鞋(prototype);研究(B)為 Nike Air ZoomX Vaporfly 4% 為目前熱門的碳纖維跑鞋之一;研究(C)則是於原有的Adidas Adizero Adios BOOST 2中底上放置三種不同厚度的碳纖板來進行測試。整體來看,研究(A)與(B)的跑鞋皆為Nike Vaporfly系列跑鞋,兩者差異不大,且研究皆顯示能改善跑步經濟性;較大的差異在於研究(C)為Adidas跑鞋,其中以下兩點差異可能是造成研究(A)-(B)與(C)結果不同的主要原因:

  • 中底材料:相較於 Adidas Boost 中底,Nike ZoomX 較為柔軟且能量回彈的損耗較少(根據研究 [A] 的測試)。
  • 碳纖維板的形狀:雖然研究(C)無特別提及其形狀,僅說明放置於跑者的襪子與中底之間,估計類似於鞋墊的形狀(扁平形),而研究(A) 與(B)則是如同湯匙的曲形形狀,此特殊形狀將提供不同的力學效應,而不同於扁平形狀的碳纖維板,單純透過板子的彎曲來提供額外彈性。關於曲形形狀的碳纖維板,如何產生不同的力學效應,將在未來詳加說明。
Nike 碳纖維跑鞋 (原型鞋) 的板子 (plate) 形狀為曲形,類似湯匙的形狀
Nike 碳纖維跑鞋 (原型鞋) 的板子 (plate) 形狀為曲形,類似湯匙的形狀

因此,Nike 跑鞋其特殊曲形形狀的碳纖維板及中底泡棉的搭配可能發揮很好的作用,進而有利於跑步經濟性;反言之,並不是單純搭載碳纖維板的跑鞋就能夠促進運動表現,而是要看整體跑鞋的設計。此外,研究(A)與(B)的實驗對象 10 公里可在 32 分內完成,但跑步速度較慢或是休閒跑者不見得會有同樣的結果,因兩者有著截然不同的肌肉能力與跑步技巧。研究(C)的實驗對象程度在 5 公里 25 分內,比較類似於一般大眾、休閒跑者,該研究的結果可反映,於跑鞋裡添加碳纖維板,不見得能改善休閒跑者的跑步經濟性。

結語

跑鞋置入碳纖維板不見得都能改善跑者的跑步經濟性,並非單純置入碳纖維板的跑鞋就能有效提高運動表現。鞋子的中底材料、碳纖維板的形狀、整體結構的設計與搭配都可能影響鞋子給予跑者的效益。此外,還必須考量不同鞋款所適用的對象與環境,諸如肌力水平、跑步姿勢、技術、速度、路面、坡度等因素。

參考文獻:

  • Beck, O.N., Golyski, P.R. & Sawicki, G.S. Adding carbon fiber to shoe soles may not improve running economy: a muscle-level explanation. Sci Rep 10, 17154 (2020).
  • Hoogkamer, W., Kipp, S., Frank, J. H., Farina, E. M., Luo, G., & Kram, R. (2018). A comparison of the energetic cost of running in marathon racing shoes. Sports Medicine, 48(4), 1009–1019.
  • Hunter, I., McLeod, A., Valentine, D., Low, T., Ward, J., & Hager, R. (2019). Running economy, mechanics, and marathon racing shoes. Journal of Sports Sciences, 37(20), 2367-2373.

註解:

  • Breaking 2 Project 訂於2017年5月6日是為了致敬1954年5月6日打破當時的1英里世界紀錄的Roger Gilbert Bannister,他是第一個在1英里賽跑中跑進4分鐘的人。
  • Adidas Adizero Adios BOOST 2是肯亞選手Dennis kimetto於2014年以2小時02分57秒創下當時的全馬世界紀錄時,所穿著的鞋款。
  • 根據臺灣長跑競技網截至2019/12/31統計之10000公尺 (10公里) 32分內的選手,自有歷史紀錄以來,臺灣共有55位男性選手曾跑進32分內,顯然32分是一個非常具有水準的門檻。(資料網址:臺灣10000m歷代百傑;2019年版)

內容來源:運動科學網

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