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轻快省力跑步的秘诀究竟是什么?最新研究颠覆了传统观点……

2020-08-27

    本文有9000字
    是关于跑姿的深度研究

    读完文章找寻答案

    跑姿一直都是大众跑者关注的热门话题,好的跑姿主要起到两方面作用:
    一方面能量利用效率最大化和能量节省化;
    另一方面则是减少跑步时人体受到的冲击力,从而预防伤痛发生。

    大众跑者在跑步过程中,除了通过跑步发展心肺耐力,提升个人整体健康水平以外,形成良好,改进跑姿中不合理的地方,对于长期健康无伤跑步,提升跑步效率,减少伤痛同样意义重大。

    正确的跑姿2大基本作用

    问题提出
    为什么提倡大众跑者快步频?

    跑者很关心自己的跑姿好不好,对于大众跑者而言,评价跑姿最重要的,探讨最多参数就是步频。

    步频在很大程度上可以代表了你的跑步习惯和跑姿整体表现。

    所谓步频,就是指跑步时,每分钟脚落地的次数。

    例如:在1分钟内,左右脚共踏出170步,那么你的步频就是170次/分钟。

    步幅则是指相邻两步的距离,步频乘以步幅就等于速度,在相同速度下,有些跑者采用慢步频大步幅,有些跑者采用快步频小步幅。

    我们通常接受的传统观点,包括专业跑步教练提倡的观点就是:

    在速度不是足够快的情况下,快步频小步幅要优于慢步频大步幅,也即相对快的步频更适合大众,步频要多快,一般认为理想要要达到至少180步/分,大众能学到的优化跑姿的方法就是加快步频,

    ● 那么为什么快步频更加适合大众?

    ● 快步频和慢步频区别在哪里?

    ● 步频是不是越快越好?

    ● 慢步频会导致伤痛增加吗?

    这些问题一直缺乏有效的科学数据来验证和支撑。南京体育学院运动健康学院戴剑松副教授团队进行了深入研究,并且通过研究大众跑者步频与其他跑姿数据的关联,得到了重要的科学证据。

    本文纯干货,描述详细,对研究细节过程不感兴趣的读者,可以直接阅读文末结论部分与训练建议。

    《无伤跑法》作者∣该研究负责人南京体育学院戴剑松老师

     

    这项研究是如何做的?

    首先,戴教授团队从南京本地跑团南京悦跑S战队、莱斯跑团等招募了一批不同水平跑者,包括16名高级跑者(男性8名,女性8名,男性跑者全马平均完赛成绩为252,女性跑者全马平均完赛成绩为324),19名中级跑者(男性17名,女性2名,男性跑者全马平均完赛成绩为339,两名女性跑者全马平均完赛成绩为341)、23名初级跑者(男性12名,女性11名)。

    此外,本研究还测试了40名平时不跑步的普通人,本项研究总计纳入98名实验对象。

    这样使得整个研究具有较好的代表性,因为大众跑者本身就包含不同水平的跑者。

    中高级组跑者

     

    实验测试在南京体育学院步态实验室进行,本研究采用价值120万的美国产Bertec力台跑步机、价值100万的瑞典产Qualisys三维动作捕捉系统进行跑姿分析,可以精确测量人体在跑步的动力学、运动学参数以及时空参数,是测量跑步技术的金标准方法。

    南京体育学院步态实验室

     

    所有志愿者完成了10个速度的测试,也即测试了800、730、700、630、600、530、500、430、400、330共计 10个配速下的跑姿,每个速度测试大约15-20秒左右。

    后期处理分析时,截取受试者各速度下稳态跑姿进行分析,所有受试者都是在适应跑步机运动后进行的测试,确保跑姿尽可能自然。

    一名跑者在进行测试

     

    “跑姿测试”


    不同步频究竟
    会对跑步产生哪些重要影响?

    1、首先定义什么是不同步频跑者

    为了研究不同步频对于跑姿的影响,首先我们需要对不同步频的跑者进行定义,由于通常180步/分是推荐的最佳步频,所以我们将是否达到180步/分作为分界线,达到该步频以上者为步频较快跑者,反之则为步频较慢跑者。

    本研究一共测试了10个速度,但配速达到430以上时,几乎所有跑者都达到180步/分(速度越快步频越快),所以本研究只分析了8个速度下的步频。

    图1:显示了不同步频跑者在8个速度下的步频平均值;

    图2:显示了8个速度下不同步频跑者的人数比例;

    显然在速度较慢时,70%的跑者都无法达到180步/分,而随着速度加快,步频达到180的跑者越来越多,但仍有相当比例跑者步频低于180。

    图1  以是否达到180步/分定义步频快和步频慢的跑者

     

    图2 不同配速下达到180步/分的跑者人数比例

    2、步频慢会导致着地时受到较大冲击而受伤吗?

    由于跑者受伤风险在很大程度取决于跑步着地时的缓冲能力,所以本研究重点分析了不同步频对于着地缓冲的影响,评价缓冲能力共采用两类5个指标,分别是运动学指标:
    着地瞬间屈膝角度、着地阶段屈膝幅度、着地距离;

    以及动力学指标:第一峰值力和第一峰值力加载率。

    本研究所有与力有关的指标都除以体重进行了标准化,这样就避免了体重因素对于结果的影响。

    首先,我们看三个运动学指标:
    着地瞬间屈膝角度是指脚刚刚着地时,大腿延长线与小腿的夹角;

    着地距离则是指着地点距离重心的距离(下图中所示Oh),着地瞬间屈膝角度越小,着地距离越大(表明此时着地点距离重心相对比较远),着地后屈膝幅度越小,就说明膝盖伸得越直,缓冲越差,受伤风险越大;

    而这个角度相对越大,着地距离较小,说明着地时膝关节保持弯曲越明显,越有利于缓冲,同时还能减少制动,保持速度。

    着地缓冲是否良好是决定受伤风险的关键

    从图3可见,随着速度加快,着地瞬间屈膝角度有逐渐增大的趋势,说明速度越快,会本能地促进跑者增加着地瞬间的屈膝角度从而有利于缓冲。

    经过统计检验,8个速度下不同步频跑者着地屈膝角度没有统计学差异,说明步频快慢并不会对跑者触地瞬间屈膝角度构成影响,在速度较快时,反而是步频慢的跑者屈膝角度略大于步频较快的跑者。

     

    这个结果就大大推翻了现有认知,传统认知会认为步频慢,跑者步幅就大,跨大步的方式容易造成着地时膝过伸(也即屈膝角度较小)。

    事实上并非如此,即便是步频慢跨大步,脚在下落着地时,还是会自然屈膝收腿准备着地,认为步频慢会导致着地时膝过伸这是错误认知,得不到数据支持。

    有时候你看到很多跑者着地时膝关节伸得很直,那是因为脚还在空中尚未着地,着地前,膝关节会本能自然弯曲。

    图3 不同步频大众跑者着地瞬间屈膝角度对比

     

    担心步频慢着地时膝过伸是杞人忧天,着地时膝关节会本能弯曲。

    图2显示了不同步频大众跑者着地时膝关节屈膝幅度,整个着地阶段可以划分为缓冲期和蹬伸期。

    所谓缓冲期就是指从着地瞬间一直到膝关节屈膝到最大角度,屈膝幅度越大,说明缓冲越好,就跟我们从高处跳下要充分屈膝缓冲是一个道理。

    同时足够缓冲也可以储备肌肉弹性势能,从而在蹬伸期得以释放肌肉弹性,帮助发力,所以屈膝幅度是一个重要评价着地缓冲技术的指标。

    从图2可见,速度由慢到快屈膝缓冲幅度变化不大,并没有随着速度加快屈膝缓冲加大,因为随着速度加快,着地期变短,使得缓冲会受到触地时长的限制。

    但非常有意思的是,慢步频跑者屈膝缓冲幅度却显著大于快步频跑者,这说明步频慢的跑者反而更加表现为屈膝缓冲,这可能并不是慢步频跑者技术更好,原因在于一方面步频慢着地时间变长,有足够时间缓冲;

    另一方面,步频慢,腾空高度更大,人体会本能增加缓冲,所以从这两方面来看,慢步频跑者虽然腾空高度高,但缓冲也更加明显,目的是减少落地时的冲击,这一结果也进一步验证了步频慢的跑者会本能产生更强的缓冲动作。

    图4不同步频大众跑者着地屈膝幅度对比

    从图5可见,着地距离是由抬腿幅度、着地瞬间屈膝角度以及身高腿长共同决定,随着速度加快,着地距离增加,说明速度越快抬腿幅度越大,造成着地距离越大,着地距离过大则说明着地点距离重心越远,这时候制动刹车就越明显,所以从保持速度减少刹车角度而言,着地距离不宜过大。

    在速度较慢时,不同步频着地距离经统计学检验没有差异,但当速度达到530以内,不同步频着地距离就产生了统计学差异,说明当速度较快时,如果步频较慢,跨大步很明显,就容易导致着地距离过大,增加了制动效应。

    由此也提示,当速度越来越快时,慢步频跳着跑的方式肯定不是一种省力的方式。

    图5不同步频大众跑者着地距离对比

    在脚刚着地时,会有一个陡然上升的力,随后会有轻微下降,我们把这个力称为第一峰值力,第一峰值力对于跑步指导最有意义,它代表跑步腾空落地时所受到的地面冲击力的大小以及产生的快慢。

    如果第一峰值力越大,曲线上升越陡,代表着地冲击越大,当然这个力也代表缓冲能力,上升相对越缓,幅度越小,则代表缓冲能力越好。

    第一峰值力在跑步生物力学中是最重要的指标之一,因为这个指标跟伤痛密切相关,受伤主要跟第一峰值力和第一峰值力的加载率(斜率)有关。

    从图6可见,随着速度加快,第一峰值力逐步上升,但让人意想不到的是,快步频跑者第一峰值力甚至略大于慢步频跑者,700、530、430三个速度下还具有统计学差异,这更加进一步验证了步频越快,着地冲击越小的传统认知是站不住脚的。

    究其原因,可能与步频加快后着地时间缩短,缓冲也被迫减少,且前文所述步频较快者触地瞬间屈膝角度与屈膝缓冲幅度还不如步频较慢者,这也验证了前文数据。

    所以,大家不要想当然认为,步频快着地冲击就会自然减小,未必!

    图6不同步频大众跑者第一峰值力对比

    除了第一峰值力以外,第一峰值力加载率也是受伤风险的重要预测指标,这个指标从某种意义上说,比第一峰值力更有价值。

    所谓第一峰值力加载率就是用第一峰值力除以达到第一峰值力的时间,也即第一峰值力加载率=∆Force/∆t,这个在数学上称为斜率,斜率越大,代表第一峰值力加载率越大,反之则越小。

    从图7可见,步频较快者第一峰值力加载率反而较高,也即斜率越大,因为步频较快者本身第一峰值力就较大,并且着地时间缩短也导致其缓冲时间也缩短,所以第一峰值力加载率较高也就不难理解了。

    当然,经统计学检验,不同步频跑者第一峰值力并无统计学差异,也即可以认为不同步频跑者第一峰值力加载率差别不大。

    图7不同步频大众跑者第一峰值力加载率对比

    通过对于决定跑步受伤风险的2类5个指标的深入分析,研究结果完全颠覆了之前对于步频凭想象的认知。

    在同等速度下,步频达到180以上,并不能减少受伤风险,步频低于180也不会增加受伤风险,因为现有指标完全得不到这样的科学证据来支持我们的“传统观点”。

    步频较慢者虽然腾空高度增加,但着地时间延长也会使得有足够时间进行缓冲,其人的本能也会使得屈膝缓冲增加,步频较慢者触地瞬间屈膝角度更大,屈膝缓冲幅度也更大,第一峰值力和第一峰值力加载率更小。

    步频慢时,的确着地时跨大步动作的确更加明显一些,但这并不会意味着着地瞬间膝关节会过伸。

    本研究告诉我们:在一定范围内的慢步频不会明显增加受伤风险,当然你不能步频过慢,比如步频低于150,那样就是跳着跑了,当然那样的跑姿也是非常不自然的跑姿。

    3、步频慢的最大问题不是增加受伤风险,而是降低跑步效率

    前文已经详细叙述了在同等速度下,一定范围内的慢步频并不会增加明显受伤风险,这是不是意味着慢步频就比快步频更好呢?

    显然没那么简单。

    步频较慢时,步幅较大,就会导致腾空高度明显增加,从图8可见,在8个速度下,慢步频者明显腾空高度大于快步频者且差异具有统计学意义。

    跑步是双脚交替往前,身体重心不断起伏,腾空着地交替出现的运动,但跑步本质是获得更大的水平速度,当腾空过高时,事实上会对水平速度造成影响。

    因为你需要不断地克服重力做功,你想想看如果做垂直纵跳,是跳20厘米高更吃力还是跳40厘米高更吃力?

    所以过高的重心起伏不得不让更多能量消耗在垂直方向而不是水平方向,是一种吃力不讨好的跑步方式。

    图8不同步频大众跑者腾空高度对比

    步频慢腾空高度明显增加导致力量消耗较多

    从图9着地时间看,随着速度加快着地时间缩短,同时步频快者着地时间明显短于步频慢者,这一点也很容易理解,因为步频慢时腾空高度更高,你就需要更长时间来落地缓冲。

    另外,在这里也要提示大众跑者,着地时间并非越短就一定越好,着地是获得落地缓冲,积蓄势能和产生蹬伸效果的重要时间段,着地时间越短,并非一定意味着跑步效率提高。

    着地时间越短,落地缓冲和蹬伸发力时间也变短,受力更大容易受伤,因为速度快时,由于落地动量大(动量等于速度乘以人体质量),对地面冲击力越大,当然获得的地面反作用力也越大

    图9  不同步频大众跑着地时间对比

    慢步频除了腾空高度增加导致费力这个问题以外,我们还要考虑慢步频带来的另外一个重要负面效应是在着地缓冲和离地蹬伸阶段也会增加人体整体受力。

    我们用冲量这个指标来衡量,所谓冲量就是力乘以作用时间,也即力的曲线下作用面积。

    力的持续作用效果用冲量(力×时间)来衡量

    从下面这个示意图,我们可以清楚地看到,在着地时,由于着地点都在重心前方,所以无论如何,着地都意味着制动刹车,无非是看刹车程度和大小,这时人会给地面一个朝前下方的作用力。

    当然地面就会给予人体一个向斜后方的反作用力,这个力可以分解为垂直分力和水平分力(水平分力方向与运动方向相反,所以是刹车制动),总之都是给予人体刹车效应。

    而在蹬地阶段,这个时候水平和垂直分力的合外力朝向前进方向,就变成推进力了。

    这样我们可以将着地阶段的冲量分为制动冲量和推进冲量,用冲量的好处在于可以表示力的作用时间,也即可以表示力在人体身上加载的综合效应。

    从图10可见,步频较慢者制动力冲量明显大于步频较快者,这是由于步频较慢者着地时间较长,虽然缓冲增加了,但付出了的代价就是肌肉缓冲用力也增加了。

    而从图11可见,步频较慢者在蹬地阶段推进力冲量也明显高于步频较快者,这也比较好理解,首先步频较慢者着地时间较长所以可以用更多时间来产生推进力,同时由于腾空高度增加,本身也需要更长时间作用力才能将人体推离地面。

    通过制动力和推进力冲量分析,我们可以得知,步频较慢者无论是在着地缓冲阶段还是离地蹬伸阶段,都要比步频较快者花更多时间产生更多力量,也就是说跑时步更加吃力一些,也即慢步频能量利用效率较低,跑步经济性差。

    图10 不同步频大众跑者制动效果(冲量)对比

     

    图11不同步频大众跑者蹬伸推进效果(冲量)对比

     

    跑步步频快慢的
    重要科学总结

    本研究用数据和事实说话,验证了同等速度下,步频快慢对于跑步的综合影响,颠覆了之前对于步频的传统认知。

    以下内容将为你介绍
    ● 步频对于跑步效率的重要性
    ● 决定跑步伤痛的关键因素有哪些
    ● 加强跑步专项力量的训练动作
    ● 文末结论内容与针对性训练建议

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