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跑步動作週期之外,還需要瞭解什麼?

重點摘要:
A.每一塊肌肉的形狀會影響力量傳導,因此,善用它的功能,對肌肉的功能做訓練。Muslce Slack-Cocontraction-Speed Trade off帶動關節移動效率!
B.力量的傳導即是接受地面反作用力,用何種方式承受反作用力很重要,是有剛性的還是有彈性,重點在你想怎麼施力。擺動期是關鍵!
C.跑步週期是時間序列與空間序列的幾何排列,找出對應關係,自然解決技術問題。
第一:肌肉的組合形狀會影響肌肉收縮模式與擔任的角色。
跑步生物力學 JRS行動跑步教室 動作週期

https://www.slideserve.com/gavrila/variation-in-fascicle-arrangement-in-skeletal-muscle


例如:可以明顯看出來每條肌肉的形狀不同,這可以說明的是隨著跑步過程中,地面反作用力由下往上傳遞的過程中,會自然分散或者同時擠壓在某個區塊上,因此,腿部的肌肉像是大腿前側的股四頭肌群,屬於Bi-Pennate,反作用力便會在一推一拉的狀態下產生張力,則與腿後腱肌群的Parallel的方式不同,單純在拉力狀態,所附屬的功能也不同。亦就是說:為何多數研究都發現『腿後腱肌群是衝刺或者速度的關鍵』,因為在落地過程中,肌肉形狀的不同加上為了輔助骨盆抬高與旋轉的功能,使得腿後腱肌群在肌肉電位訊號與電腦模擬跑步模組都佔了相當重要的腳色。
在我2019年參加愛爾蘭跑步研討會時,Dr. Bosch提到『muscle deformation』與『shear force』,剛開始還真的很難懂,於是在經過一番解釋後,大致上的定義是『肌肉在重疊的過程中,由於不同的形狀排列,使得產生的推力與拉力結構不同,它們會自然找到合理的運動模組,再透過肌肉筋膜的分散與整合之間壓力,然而在重疊區會有剪力出現,這會使得受傷機制提高,但假設共同收縮效益提高,剪力便會下降』。在2021年參與博士開設的線上課程,我更是明確清楚『Force sharing』會是小腿落地與腳踝位置,當身體動作過大甚至出現較大的關節角度變化,通常代表是肌肉軟組織比較容易產生磨損!
即便這概念無法回答完所有問題,畢竟筋膜研究來自屍體,很難在完整結構上看出彼此之間的整合,因為多數人體的動作是慣性與力量之間的轉換,而筋膜的概念卻建立在骨頭穩定的狀態下,筋膜之間往往會是『前後(肘關節前的肱二頭肌,肘關節的肱三頭肌)拮抗進而產生關節之間力量傳導的路徑』,實務面上,可以發現『慣性』與『力矩』的穩定性來自生理慣性。最重要的是『務必討論關節移動的效率』,而效率往往也包含了『能量耗損減少』。
第二:地面反作用力的力量分佈趨勢。
跑步生物力學 JRS行動跑步教室 動作週期

https://www.youtube.com/watch?v=RRGHArGZUXc


我在2019年寫的『無論是Dr. Morin認為地面反作用力的水平分力是衝刺加速的關鍵,亦或Dr. Weyand認為衝刺能力與給予地面的垂直反作用力是重要的』。然而,2020年時,可以從文獻中發現Dr. Morin已經在更改以往強調水平作用力的效果。因為不管在腳給地面施力的狀態下,反作用力是給與身體的回饋,身體必須利用肌肉肌腱系統來儲存與釋放這些力量,再者肌肉肌腱系統會帶領著關節活動來執行適當的運動角度,直到能量耗竭或者抵達終點為止,反作用力與地面反作用力的關係才會接近是平衡狀態,處於不動的靜止狀態。
換句話說:當我們執著於推蹬,就非常有可能使得水平作用力提高,因為『這股水平力量控制的是前後方向』,因此,Dr. Morin曾經在一篇研究討論過當推進力提高,煞車力減少時,就能夠使得跑步速度提升,這代表著『接觸時間下降』,減少過多的『肌肉肌腱系統』耗損,或者保持『下肢的剛性』。"根據2021年的重新整理,越高大的動物擺動效益就越好,因為身體會希望在最有效率的狀態下移動,而擺動越好則可以相對提升下肢的剛性!!"
然而Dr. Weyand的觀點也可以說服很多人,因為身體體重所能夠產生相對比例的力量是重要的,簡單來說,他認為衝刺選手之所以強壯,是因為他們的質量可以產生更多力量,如同四肢動物奔跑一般,他們的重量足夠讓他們產生對應的速度。垂直作用力正是關乎我們所我踩下去的每一步『上下』的關鍵,但這代表著『如果身體少了快速往前移動的動作,即便我們給予地面更多向下的力量,獲得更多向上的反作用力,可能效益上還有些許不足』。當然,這只是小編的觀點,不代表博士講的。
而Dr. Weyand也在小編參加愛爾蘭的研討會中提到,重點在於『接觸時間』以及『身體給予地面的相對垂直力量』,耐力選手與衝刺選手的差異便在於體重與體型上的差異,因此,在訓練過程中,會自然出現差異性出來。
什麼意思?亦就說經過不同的訓練法則,人體會隨著訓練,改變自己給予地面反作用力的狀態,而人體的形體隨之改變,是因為為了維持自己在比賽項目中的優勢。
小結:
他們的觀點放在跑步速度上,基本上都是合理的,關乎於『指導者在乎被指導者利用什麼形式完成比賽』。根據2021年的最新整理:『地面反作用力其實會相對影響身體肢段的擺動,亦就是說水平作用力之所以會上升,道理來自於擺動腳髖屈曲的帶動與身體中軸旋轉以及左右兩腳外展力矩的平衡,當跑者出現過度內八時,則會降低髖屈曲的效果,水平作用力則會出現明顯上升,實際上水平作用力務必在最佳時間點出現,例如:當擺動腳通過支撐腳臀部下方時,水平作用力來到最大,而腳趾才準備離地。』
第三:跑步的肌肉使用順序與週期
使用順序之所以難以探討,是因為多數而言,要嘛找的受試者不是最關鍵的跑者,要嘛肌肉電位訊號的研究無法達到百分之百精準,要嘛就是透過電腦模擬去找到速度變快時,電腦模組可能出現的『人體運動中的問題』。
因為我在2018-2019年之間學著整理『時間序列』『空間序列』的關係。
肌肉在跑步動作中的時間與空間序列
先讓我們將跑步動作拆分為『支撐期』與『擺動期』。
(跑步步態週期是100%,同時兩隻腳各自完成一次支撐與擺動的組合)。
『支撐期』:約佔跑步週期的30-40%。
『擺動期』:約佔跑步週期的60-70%。
然而,究竟何者比較重要?
a.初支撐期(完整跑步週期的0-10%之間):這代表著在雙腳騰空後落下的瞬間,因此『肌肉擺動後的狀態往往會影響落地後身體用何種排列組合承受地面反作用力』,亦就是說『如果騰空期,身體的旋轉與扭轉在不對稱的狀態下,都可能影響下腳之後的支撐時間與力量』。
b.支撐中期(完整跑步週期的10-20%):如果根據地面反作用力的階段,這應該是接近力量出現最高峰的時刻,也會是下肢所有參與跑步的肌肉在同時間點都有出現輸出力量的狀態(亦就是不像進入擺動中期的肌肉出現明顯的訊號有開與關的現象),因此,就以Dr. Weyand與Dr. Morin的研究來觀察地面反作用力可能的影響,支撐中期會是一個觀察重點。因為這裡關乎於承受力量的身體姿勢,假設臀部周邊肌群真的無力,也許可以看出動作上的補償,假設髂脛束出現緊蹦,也許可以找到膝蓋周圍的轉動,因為這裡涉入了『力』對於肌肉的儲存與釋放能量的議題,當然,如果又套入Dr. Bosch曾在書中提到『當我們以單腳支撐,擺動腿呈現彎曲90度靠近支撐腿內側與臀下方時,就可以明顯感覺支撐腳骨盆的後傾與旋轉』,亦就是說
『支撐中期』影響了身體接下來如何利用所承受到的力量,同時間又可以在這時期觀察是否有任何明顯代償與不對稱狀態。
c.支撐末期(離地準備進入擺動初期,約是在完整跑步週期的30-40%):在這階段,由於身體即將離地,在肌肉電位訊號上,尤其是下肢多數屬於力量下降的狀態,維持負責『脊椎周邊穩定的肌肉』仍在出力。這告訴我們,如果多數跑者在支撐末期,還想用推地板的話,會使得重心反而更為下降與往後傾(即便肉眼觀察看不出來)。
d.擺動中期(完整跑步週期的60-70%):這代表著在擺動腳剛好來到身體後方的位置,可以想像一隻腳的腿後側準備成為支撐腳(而肌電圖訊號告訴我們,落地前腿後腱肌群的電位訊號會變大)假設後方擺動腿腳跟太高,那麼代表前腳在瞬間落下的過程中,反倒會阻礙身體向前的動力,因為擺動距離太長。然而,如果擺動中期,腳跟是在順著髖屈與膝屈的連貫性,擺動腿的移動距離反而會減少,自然會有所謂的移動效率出現。
然而,支撐期的重點在於哪一塊肌肉在保持身體穩定,根據電腦模擬的研究(分別依據為Darryl G. Thelen,2011年以及Samuel R.Hamner, 2010年)。他們都提到由於建立模型時,使用實際人體跑步參數樣本太少,在做推論時,務必要小心,然而,這兩篇研究提醒了我們跑步過程中的肌肉使用的時間序列的重要性!
但也可以看到重點,當速度提高時,明顯得知『小腿的肌肉群會是參與的重點』,搭配最近看的研究,耐力運動員的生物力學以及Dr. Weyand的跑步力學兩質量特性,2019年我強烈認為『教育與訓練小腿的擺動機制與落地方式會是技術突破的關鍵』。根據2021年的更新,我以為腳踝的蹠屈才是下肢移動過程產生最大力矩的關鍵,因為這包含了兩個機制『Swing Leg Retraction+Foot Plant From Above』,簡單來說:擺動腿等於髖屈,支撐腳落地的力矩給地面施力的位置與面積呈現水平,才有辦法釋放更多力量,想像一個蒼蠅拍只用1/3拍,跟完整平面“殺”蒼蠅。腿後側肌群永遠扮演著攪局者,越沒有效率的跑動往往來自於腿後側肌群參與程度太少,特別是擺動中期,而擺動中期則需要小腿肌肉群在空中便產生良好的共同收縮,提升移動速度!
共勉之!
文獻參考:
1.Running performance has a structural basis. Peter G. Weyand and J. Adam Davis
2.Accelerationcapabilityinelitesprintersandgroundimpulse: Push more,brakeless?
Jean-Benoît Morin, JeanSlawinski, SylvainDorel, Eduardo Saezdevillareal, Antoine Couturier, Pierre Samozino, Matt Brughelli, Giuseppe Rabita
3.Muscle contributions to propulsion and support during running
Samuel R.Hamner, AjaySeth, ScottL.Delp
4.Influence of swing leg movement on running stability
Heidi Knuesel, Hartmut Geyer, Andre Seyfarth 
#跑步生物力學  #JRS行動跑步教室  #動作週期 
分類:運動

畢業於台灣師範大學體育研究所,專攻運動生物力學,擁有美國田徑協會1級認證教練,美國田徑協會2級耐力訓練教練,美國越野與田徑協會肌力與體能教練,Altis基礎訓練認證,Altis短距離訓練認證,Bondarchuk System週期化課表認證,以及多年的飛輪教練與一對一指導員的教學經驗。希望貢獻更多基礎田徑教練知識!

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