跑步的科學訓練必讀-R4K現場回顧 Running Biomechanics

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關於作者 Sharon

Australian Physiotherapy Association 澳洲物理治療協會 Member

Doctor of Physiotherapy，University of Melbourne (墨爾本大學 - 澳大利亞）

Bachelor of Science, Minor in Music，University of British Columbia (不列顛哥倫比亞大學 - 加拿大）

澳大利亞最大的Health Group Physiotherapy Private Practice 擔任 Physiotherapist，專註於肌肉骨骼，神經和運動損傷，婦女健康 Women』s Health 以及臨床普拉提 Clinical Pilates

今天舉行了澳洲維多利亞洲最大的公益長跑活動 - Run For Kids, Inform-Physio參加了這次的 Run！Run for Kids 是澳洲最大的兒科醫院 - 皇家墨爾本兒科醫院組織的，為了在國際上的醫療臨床，科學研究和醫學教育領域裡不斷的發展來幫助更多兒童和少年恢復健康。今天的RUN在墨爾本舉行，路程越過了市中心，以及周邊的高速公路和隧道。為了每年一次的公益跑，政府特意安排了這些高速道路暫時的封鎖，這樣就不用擔心車啦，可以安心的跑步

相信現在越來越多的小夥伴已經開始在通過跑步來鍛煉身體。跑步是一個很好的有氧代謝運動，既能鍛煉耐力，塑形又能愉悅身心。跑步在當下已變得越來越流行。不過，跑步也是有講究的。小夥伴想要用科學的方式來追逐這種新時尚嗎？那就讓這期的文章帶大家走進今日澳洲舉行的R4K現場來給您講解跑步的科學訓練-生物動力 Running Biomechanics

跑步 VS 走路 - 跑步步態周期 The Running Gait Cycle

跑步與走路周期都是主要分為兩個階段：Stance (支撐相）& Swing (搖擺相）

支撐相： 支撐相指下肢接觸地面及承受重力的時間

搖擺相：擺動相指足離開地面向前邁步到再次落地之間的時間

相對走步，跑步時需要：

更好的身體平衡力

更強的肌肉力量

更多的關節運動範圍

相對走步，跑步需要更好的平衡，因為跑步時沒有雙腳支撐時間，一大部分是單腳支撐。還有一個雙腳浮動（身體在空中 - Float）時間段，在此期間雙腳離開地面，不與地面接觸。

跑步者在雙腳浮動（保持身體在空中）的時間隨著跑步者速度的增加而加長。肌肉必須產生更多的能量來提升頭部，胳膊和軀幹，高於正常步行的能力，並且在步態周期（Gait Cycle) 期間支持頭部，胳膊和軀幹。肌肉和關節也必須能夠吸收這些增加的能量來控制頭部，胳膊和軀幹的重量。

在跑步步態周期中，地面反作用力（Ground Reaction Force - GRF）已顯示增加至體重的250％！

肌肉動態 Muscle Activity

臀大肌（Glut Max）和臀中肌（Glut Med)在支撐相早期（beginning of stance phase) 和擺動相末期 (end of swing phase) 被激活。

股四頭肌（Quadriceps）以最初10％的支撐相被激活。 它的作用是在膝蓋快速屈曲時控制膝關節屈曲。 它在支撐相的早期分後停止activity，直到最後20％的擺動階段才有activity。 在這一點上成為同心收縮（concentric contraction），因此可以讓膝關節延伸為腳後跟著地（heel strike) 做好準備。

內側膕旁繩肌（Medial Hamstrings)肉通過同心收縮來延伸髖關節並控制膝蓋。 在後期搖擺相，膕旁繩肌會控制膝蓋的延伸並再次伸展胯關節。

在腳跟著地後，腓腸肌肉（Calf muscles）活動開始，直到步態周期的15％仍然活躍。 然後它在搖擺相的最後15％重新開始活動。

跑步時，脛骨前肌（Tibialis Posterior）通過支撐相和擺動相都會被激活。 它的activity在跑步步態周期中佔了約73％（步態周期為54％）。 因此，在跑步時，它更加活躍。 它的激活方式主要是同心或等距的收縮（concentric and eccentric contraction)，使腳在跑步步態的擺動相時從地面上抬起。

彈力性支撐的策略 Elastic Support Strategy

對角彈力性支撐（以上圖片）的策略描述了身體的有效的mechanism - 力量的分散模式，用於從下控制區將力量傳遞到上控制區，然後再返回 (Elphinstonem, 2013)

在跑步者中使用的是對角彈性支撐機構。 這是通過身體的反向旋轉實現了對角拉伸和鬆開。 力量不斷地在這些力量路徑上交替地上下流動。 這種力量的分散模式可以防止力量集中在一個區域（看圖片箭頭），並且通過身體的廣泛體積內分散。

因此，有一個強壯的核心力量（core strength）可以使這種分配力量的模式更有效的發揮。

通過動力鏈旋轉 Rotation Through the Kinetic Chain

動力鏈可以被描述為一系列的關節活動，它們構成了一個更大的活動。 活動主要使用矢狀運動（sagittal movement)，因為手臂和腿向前移動（以上圖片）。 但是，還有一個旋轉的部分作為腿部鎖（joints of the leg lock) 的關節以支撐每側身體的重量。

當上胸向前移動時，還有一個反盆骨旋轉（counter pelvic rotation) 的元素（正常的骨盆在跑步時是會做旋轉的動作）（以上圖片下箭頭）。 這種旋轉是在脊椎上產生的，通常被稱為脊柱引擎 (spinal engine)。 這也與跑步經濟性有關（running economy)。 這種反向旋轉使脊椎力量在腳部著地前消散。

跑步鍛煉者可能會抱怨大腿肌肉或肩膀受到限制，但是當檢查時可能會發現為題其實是來自骨盆旋轉的限制。

多年來跑步相關損傷發病率居高不下, 導致跑步者訓練量減小甚至停訓。通過以上科學的分析和了解跑步者下肢生物力學的特徵，能更加深了訓練跑步時生理上和解剖上的變化，並且可以有效的製作出一個科學的，私人定製化的訓練方案。更重要是，可以有效的防止損傷。

References:

Ebaugh, D. (2016).Anatomy and Biomechanics of Running Injury: From Cadaver Dissection to Practical Interventions(Doctoral dissertation, Drexel University, Philadelphia PA).

Elphinston, J. (2013).Stability, Sport and Performance Movement: Practical Biomechanics and Systematic Training for Movement Efficacy and Injury Prevention. Lotus Publishing.

Gallow, A., & Heiderscheit, B. (2016). Clinical Aspects of Running Gait Analysis. InEndurance Sports Medicine(pp. 201-213). Springer, Cham.

Nicola, T. L., & Jewison, D. J. (2012). The anatomy and biomechanics of running.Clinics in sports medicine,31(2), 187-201.

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