跑步對稱性 左右協調對稱跑的更有效率

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運動對稱性是一項觀察人體在動作時,上肢或下肢運動學、動力學以及時空參數的一個指標,對稱性的高低往往會與技術純熟度、運動傷害以及疲勞有所關聯。學者多以對稱指標SI(Symmetry Index)來計算及表示人們在特定動作下雙側的對稱性(公式如下圖),該指標值越趨低,代表在參數的對稱性越好。這項指標較常被利用於觀察高反覆動作週期性運動,如長跑、自行車、游泳等…。

對長跑運動者而言,下肢動作的對稱性與傷害發生率有者很深的關聯。有下肢傷害史的人,在跑步時下肢的對稱性較差。舉例來說,疲勞性骨折術後的跑者,傷側腳在落地時通常會產生較高的衝擊負荷率(Impact Loading Rate)以及較長的支撐期時間(Stance Phase Time),使得這兩項力學與時空參數,在傷側與健側腳之間的對稱性下降。除了傷害史之外,不同層級跑者之間的對稱性也有所不同,且隨者跑步速度的變化,各種程度跑者的對稱性變化趨勢也有差異。

在2020年,學者於Human Movement Science期刊發表了一篇實證性文章,其實驗將參與者分為能力較佳的競技跑者(CR Competitive Runner),能力適中的休閒跑者( RR Recreational Runner)以及能力較差的新手跑者(NR Novice Runner),此三類跑者於跑步機上以無坡度、隨機的方式進行8、9、10、11、12 km/hr五種跑速各三分鐘,並收取各階段最後30秒的動力學、時空參數進行下肢對稱性指標SI的分析。

不同程度跑者之SI對跑速的反應有所不同

研究最終以三項參數的對稱性指標進行呈現並比較(如下圖),分別為跑步時的騰空時間(flight time)、觸地瞬間至最大垂直反作用力發生時間(time to peak vertical GRF)以及觸地期的平均垂直負荷率(Vertical Average Loading Rate VALR)。結果發現,CR組的跑者在較慢的速度下,SI與其他兩組無明顯差異,但隨著時間變快,CR組的SI呈線性的下降,代表在這五個速度下,能力好的跑者在越快的速度會有越佳的下肢對稱性。

相較之下,RR與NR的變化則有所不同,NR組的跑者可能基於無訓練習慣,導致跑步動作型態尚未穩定,使各項參數間SI 與跑速的關係是較為混亂的。然而,與CR組相異的是,RR組的跑者在這三項參數的對稱性上呈現了U字形的非線性關係,最低處約落在速度10km/hr。

 

圖片來源: Human Movement Science, 71, 102600

在臨界速度下,跑者有最佳的對稱性

基於上述結果,學者認為RR組的SI最低值出現的速度是為該群受試者的臨界速度,也就是說,10km/hr的速度是休閒組跑者們能長時間奔跑的最快速度,而在實驗前的問卷也顯示了該組的平時的跑速也是10km/hr,與實驗結果相呼應。從上述圖表也可看出,一但過了臨界速度這個門檻,跑者下肢的力學參數則越來越不對稱,進而降低跑步的經濟性與效率。對能力較好的CR組跑者而言,肯定也有其臨界速度,但文章作者提到,為了顧及另外兩組能以相同的跑速測驗,因而沒有觀察CR組在更高速度下SI的變化,但可預期的是,若對CR組介入更高的跑速測驗,過了臨界速度後,SI勢必也會有上升的趨勢。

透過跑步對稱性分析運動表現

透過觀察下肢生物力學參數於跑步時的對稱性,可看出各級別選手有不同的臨界速度,進而使SI最低值發生的速度區間有所不同。而較佳的SI也代表跑者在該速度下身體不對稱程度最小,這能減少跑步時能量的消耗,以提升跑步經濟性和跑步效率。至今,用以觀察SI的力學參數大多仍需在實驗室環境下取得,本文中的實驗也是如此,然而,隨者科技發展迅速,穿戴式裝置的成本降低以及力學參數相關的演算法日趨成熟,不久的將來,跑步的下肢對稱性指標將會成為一項大眾跑者皆有機會且有能力判讀的一項數據。

參考文獻:

Mo, S., Lau, F. O., Lok, A. K., Chan, Z. Y., Zhang, J. H., Shum, G., & Cheung, R. T. (2020). Bilateral asymmetry of running gait in competitive, recreational and novice runners at different speeds. Human Movement Science, 71, 102600.

內容來源:運動科學網

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