跑步機與公路跑有何不同 調整你的運動負荷

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作者:周奕呈、相子元

跑步機在運動員訓練及運科領域有著廣泛的應用,透過跑步機,跑者能在特定的負荷條件下進行訓練,相較一般路面訓練,跑步機更能量化每次的訓練內容。對研究人員而言,透過跑步機,運動科學家能妥善控制實驗環境,且能對受試者以特定的速度、坡度等變因進行實驗設計。此外,許多研究也會透過鑲有測力板的跑步機,搭配動作捕捉系統,對跑者的跑姿或步態進行更詳細的探討。

為確保跑步機的訓練內容與研究結果能應用在實際環境,學者們設計了一系列實驗,欲探究相同條件下(速度、坡度),跑步機與路面跑之間是否存在著力學上的差異。

2018 年發表於 Gait & Posture 期刊中的一篇研究,分別透過鑲有測力板的跑步機與室內跑道,輔以動作捕捉系統,要求跑者在水平、+8° 和 -8° 三種平面,分別以上坡:8、10、13m/s,下坡:10、13、16m/s,水平:10、13、16m/s 各三種速度進行奔跑,觀察跑步機與地面跑力學上的差異。

跑步機於上、下坡跑時,力學指標易被低估

研究結果發現,在水平面狀態下(下圖中間),跑步機與地面跑之力學參數皆無顯著差異,這項結果與過去的研究相符合,代表在任何速度下,使用跑步機訓練之表現結果是可以套用於實際地面的。然而,從下圖右側可看出,於跑步機進行上坡跑時,平均負荷率(Average Loading Rate, ALR)(觸地期力量峰值之斜率)以及總衝量(地面反作用力隨時間之積分,可由紅實線與藍虛線的面積大小做判斷)皆顯著小於平地跑;下圖左側則顯示,於跑步機進行下坡跑時,推進力量峰值(Peak Propulsive Force, PPF)以及總衝量皆顯著低於平地跑。

針對以上結果,學者歸因出兩項可能的原因,一為材質的差異,以該實驗來說 ,跑步機包含了輸送帶以及下方的馬達、支撐架等設備,相比於較紮實的地面,或許會吸收部份的衝擊。此外,過去研究也指出,當跑者於跑步機跑步時,往往會因害怕跌倒而不自覺減少了身體的晃動,這會使質心垂直位移下降,進而減低觸地時的力學參數。這些現象或許在水平面跑差異不大,但從該實驗可發現,一旦改變了坡度,使人體動作模式更加複雜,諸多差異便會顯現出來。

圖片來源: Gait & Posture, 63, 109-113.
圖片來源: Gait & Posture, 63, 109-113.

不同坡度下,跑步機與平地跑之垂直地面反作用力,圖中藍虛線與紅實線分別代表跑步機上與平地跑的數值。

了解跑步環境差異,才能審視運動成效

即便跑步機和平地跑存在部分差異,仍不可掩蓋掉跑步機對訓練與研究所帶來的效益與方便性。所以,我們若能更清楚兩者間的差異,便能在訓練或實驗介入前,預先對有差異的參數進行校正,使跑步機上所呈現之表現與實驗結果更貼近地面跑。

舉例來說,1996 年於 Journal of Sports Sciences 期刊已有一篇研究指出,將跑步機增加 1% 的斜率(每向前 100 公尺上升 1 公尺),會有最接近地面的運動負荷(一般以最大攝氧量百分比 VO2% 做衡量)。此外,我們甚至能將此差異轉為訓練上的優勢,舉例來說,已知跑步機在上坡跑時的負荷率與總衝量皆小於平地跑,這對許多傷後訓練的跑者(如疲勞性骨折)而言,與地面跑相比,跑步機既能達到有效的訓練強度,更能降低下肢衝擊時受到的應力,這何嘗不是一個雙贏的局面呢。

參考文獻:

Firminger, C. R., Vernillo, G., Savoldelli, A., Stefanyshyn, D. J., Millet, G. Y., & Edwards, W. B. (2018). Joint kinematics and ground reaction forces in overground versus treadmill graded running. Gait & Posture, 63, 109-113.

Jones, A. M., & Doust, J. H. (1996). A 1% treadmill grade most accurately reflects the energetic cost of outdoor running. Journal of Sports Sciences, 14(4), 321-327.

內容來源:運動科學網

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