你跑步推不出去嗎 學生選手與市民跑者的力學差異

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跑步不只是左腳右腳輪流往前跨出去,在動作細節裡,每一步都包含了落地、煞車、承重、推進與離地。跑得快的人,不只是心肺比較好、肌力比較強,也在每一次觸地時,用了更有效率的身體策略。

照片來源:kinetic-revolution
照片來源:kinetic-revolution

2023 年發表於《Frontiers in Sports and Active Living》的研究〈Injury and performance related biomechanical differences between recreational and collegiate runners〉,比較了 27 位市民跑者與 35 位大學生選手的跑步生物力學差異。研究者想知道:不同程度的跑者,在受傷風險與跑步表現相關的動作特徵上,是否存在明顯差別?

這項研究怎麼做

研究招募的對象為 18 至 35 歲跑者,且參與前 6 個月沒有下肢傷害。市民跑者被定義為每週跑步最多 3 次、每週至少跑 10 英里,也就是約 16 公里;學生選手則是目前或過去一年曾參與校際代表隊訓練與比賽的跑者。

為了避免跑鞋差異影響測量結果,所有受試者都穿著同一款標準化跑鞋 Nike Pegasus 32。研究者讓跑者在 20 公尺跑道上,以自己習慣的速度完成跑步測試,並透過 3D 動作捕捉系統與測力板,記錄下肢關節力矩、地面反作用力、脛骨角度、推進力與煞車力等資料。這不單純用肉眼看跑姿,而是把跑者每一步落地時,身體與地面之間的力學互動拆解出來。

市民跑者落地衝擊較大

研究結果顯示,市民跑者的垂直負荷率明顯高於學生選手。市民跑者的垂直負荷率為 194.5 BW/s,而學生選手為 111.5 BW/s。垂直負荷率可以理解為身體落地時,力量上升的速度;數值愈高,代表身體在較短時間內承受較大的衝擊變化。

研究也指出,較高的垂直負荷率過去曾與脛骨壓力性骨折風險有關。這並不代表市民跑者一定會受傷,但表示他們的跑步型態可能讓下肢骨骼與軟組織承受較突出的反覆負荷。

這點對一般跑者很重要。很多人以為跑步傷害只來自跑太多、練太快,但同樣的里程,如果每一步落地都比較硬、比較重,累積下來的負荷也可能不同。

學生選手有更好的推進能力

相較於市民跑者,大學生展現出更高的垂直衝量、正向衝量與推進力。研究數據顯示,大學生的推進力為 0.390 BW,高於市民跑者的 0.333 BW。

這代表大學生不是比較用力,而是能在觸地後更有效地把力量轉換成往前移動。跑步速度的關鍵是步頻、步幅或心肺能力,也包含每一步能否把身體推向前方,而不是把力量浪費在上下震盪或煞車上。

圖 (A) 為休閒跑者,圖 (B) 為大學生跑者,分別代表小腿角度較大(相對於直立姿勢)的情況。
圖 (A) 為休閒跑者,圖 (B) 為大學生跑者,分別代表小腿角度較大(相對於直立姿勢)的情況。

研究者也發現,大學生在觸地時,脛骨角度更接近垂直。市民跑者的脛骨角度為 6.80 度,學生選手則為 2.09 度。較垂直的脛骨位置,通常意味著腳落地點較接近身體重心,水平煞車力可能較小,也更有利於後續推進。

差異不只在跑姿,而在「用哪個關節跑」

這篇研究最值得重視之處,不只討論地面反作用力,也分析下肢關節如何分擔推進任務。

研究者使用「總支撐力矩」(Total Support Moment, TSM)來觀察髖、膝、踝三個關節在跑步支撐期中的貢獻。結果發現,在控制速度後,學生選手有較高比例的踝關節蹠屈力矩,也就是小腿後側與阿基里斯腱相關系統在推進中扮演更重要角色;相對地,市民跑者則比較依賴膝關節伸展力矩。

(A)未調整和(B)速度調整後的情況(藍色為蹠屈肌力矩,紅色為膝伸肌力矩,綠色為髖伸肌力矩)
(A)未調整和(B)速度調整後的情況 (藍色為蹠屈肌力矩,紅色為膝伸肌力矩,綠色為髖伸肌力矩)

簡單說,程度較高的跑者可能更會「用腳踝與小腿彈出去」,而市民跑者則較容易用膝蓋去承擔推進與支撐。

這個差異與傷害風險也有關。研究指出,較大的膝伸展力矩可能增加髕股關節壓力,進而與前膝痛風險有關;相反地,學生選手較依賴踝關節與小腿推進,雖然有利於速度與效率,但也可能讓足踝、小腿與阿基里斯腱區域承受較多壓力。

換言之,不同程度的跑者除了受傷機率差異,也可能會有不同類型的傷害風險。

市民跑者可以從中學到什麼

不要簡化為市民跑者跑姿不好,學生選手跑姿比較好的結論。合理的解讀是:長期訓練、較高跑量、速度經驗與可能的肌力訓練,會讓跑者發展出不同的力學策略。

對一般跑者來說,這提供了幾個實用方向。

第一,跑步效率不只是心肺問題,也包含力量如何分配。如果跑者總是前膝痛、落地聲很重、加速時覺得身體卡住,可能不只是課表問題,也可能與下肢力量與落地位置有關。

第二,小腿、足踝與踝關節蹠屈能力值得被重視。研究者認為,提升踝關節蹠屈肌群功能,可能是市民跑者改善速度的策略之一。這不代表每個人都要刻意前腳掌落地,而是要讓小腿後側、足踝穩定與彈性能力逐漸跟上跑步需求。

第三,肌力訓練可能是連接市民跑者與競技跑者之間的重要橋樑。研究討論中提到,結合耐力訓練與補充性肌力訓練,有助於改善跑步經濟性、力量、反應能力與表現。

不要急著模仿「菁英跑姿」

這項研究也有其限制。它是橫斷式研究,也就是只是在某一時間點比較兩組跑者,無法證明某種跑姿一定造成更好表現,或一定導致某種傷害。研究者也指出,未來仍需要前瞻性研究,確認這些跑步型態是否會隨訓練改變,以及是否能透過肌力訓練、生物回饋或跑姿介入加以調整。

此外,研究是在跑者自選速度下進行,而不是所有人都以完全相同速度測試。雖然研究者有做速度校正,但若要更精準理解不同程度跑者在相同速度下的力學策略,仍需要更多研究。

因此,一般跑者不應只看見「學生選手脛骨更垂直、推進力更高」,就立刻刻意改跑姿。跑姿調整如果沒有足夠力量、活動度與訓練適應,反而可能把壓力轉移到新的部位。

這篇研究提醒我們,跑步能力並不只來自跑量與意志力,也來自每一步如何落地、如何減少煞車、如何產生推進,以及身體如何在髖、膝、踝之間分配工作。

對市民跑者而言,提升表現的方向不一定是立刻追求更大的課表,而是建立更好的身體條件:穩定的跑量、適當的速度刺激、足踝與小腿能力、臀腿肌力,以及逐漸成熟的跑步技術。真正有效率的跑步,不是看起來很用力,而是每一步都少一點浪費、多一點前進。

市民跑者可以怎麼做

許多市民跑者在跑步時,常出現幾種狀況:第一,落地聲很重,每一步像是踩進地面。第二,跑快時膝蓋壓力明顯,前膝容易痠痛。第三,上坡或加速時小腿很快緊繃,甚至阿基里斯腱不舒服。第四,長距離後半段步伐變沉,推進感消失,只剩下拖步。

我們可以透過以下原則去逐步修正:

首先是建立小腿與足踝基礎力量,譬如站姿提踵、單腳站姿提踵都有效增加力量。第二是建立足踝耐力與控制,嘗試以慢速離心提踵、單腳平衡加提踵增加協調與穩定性。

第三階段加入彈性與反應速度,譬如 Pogo Jump 原地小彈跳、跳繩都相當合適。最後,則是把足踝能力引導回跑步,譬如上坡短衝、加速跑、小步頻跑感練習都可以試試看。

原則是,先練力量,穩定控制,而後再訓練彈性。

 

Evans, R. J., Moffit, T. J., Mitchell, P. K., & Pamukoff, D. N. (2023). Injury and performance related biomechanical differences between recreational and collegiate runners. Frontiers in Sports and Active Living, 5, 1268292. https://doi.org/10.3389/fspor.2023.1268292

Eihara, Y., et al. (2024). The effects of plyometric versus resistance training on running economy and 5-km performance in recreational runners. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports.

Llanos-Lagos, C., et al. (2024). Effect of Strength Training Programs in Middle- and Long-Distance Runners’ Economy at Different Running Speeds: A Systematic Review with Meta-analysis.