解析步頻和步輻的糾葛,該如何訓練我的步頻及步輻

跑步的科學知識:『步頻 X 步幅=速度』
你可以穿上一雙跑鞋,帶著一顆堅定不畏懼天氣的心,去到的任何一處都是跑度與訓練的場合。但你希望跑得更快、個人成績更好,那麼需要的是增加一點科學知識來輔助你的訓練更有效果。

破解『步頻 X 步幅=速度』
運動力學就是把跑步動作拆解成一個一個的機器運作模組,把人體放進這個跑度動作的機器運轉,可以讓身體順利運轉的總和,我們稱為
「步頻-機械能」,而身體在3D空間中改變關節移動而產生速度的總和,稱之「步幅-改變位能」。如何讓身體有效地運轉順利並產生移動的速度,就是我們討論的關鍵。

一,步頻

如果把跑步比喻成一場賽車比賽,那麼決定賽車速度的硬體關鍵在其引擎性能,引擎的結構由輪軸,活塞,齒輪,當這三種零件構成並配合得當,引擎運轉才可以順暢。

將人體在跑步時產生的速度,運動生物力學裡,我們稱它為『機械能』,代表的是(1)肌腱黏彈性面對反作用力的吸收與釋放,(2)骨骼結構的面對反作用力的力量傳遞,(3)肌肉產生對抗與拉伸過程中的力量平衡,這三者影響著跑步的機械能。

於是機械能告訴我們三件很重要的事:(1)肌腱黏彈性、(2)骨骼結構耐受度與(3)肌肉對抗性。

從機械能來看跑步的頻率改變,你可以想像對彈簧施予改變的力量,當你用力壓縮就會改變彈簧的長短 ; 當你限制壓縮彈簧的長度時,則可以改變彈簧移動的速度,這個概念就是我們常聽到的「下肢脛度」。

因此根據運動生物力學原理,改變步頻的關鍵在於『垂直反作用力的變化』,提升我們對於垂直作用力的反射,就能夠改變步頻的效率!

步頻的訓練建議:
第一:原地Stiffness Hopping
保持雙腳(髖膝踝)接近僵直有韌性,十下,三組。使用賽季約在一般適應訓練期,距離主要比賽的前4-6個月。

第二:上坡衝刺
爬升高度約3-5度最佳,建議可以在河濱轉橋墩的坡道進行10-30公尺,每次進行10-15趟,每趟完成建議休息每10公尺休息30-45秒。使用賽季約在特殊準備訓練期,距離主要比賽的前3個月。

第三:間歇訓練後的半蹲跳(quarter squat jump)訓練。
完成短間歇或者長間歇後,往往改變的是身體的神經肌肉徵招效率,然而,在耐力選手而言,因為間歇訓練模組影響的都是屬於有氧系統與乳酸系統,因此,在研究中,發現間歇對於耐力選手的神經肌肉動作模式並沒有太大的影響,亦就是說在操作完間歇後,透過半蹲跳可以持續強化耐力選手的快速收縮纖維的神經肌肉效率,但必須注意“量”的控制,5-8下,三組為建議量。

此外,務必特別留意的是
(1)原地Stiffness Hopping與上坡衝刺建議納入自我安排的週期訓練熟悉
(2)在操作訓練過程中,自我主觀感受不會出現肌腱痠痛與疼痛感,如有不適建議尋求專業教練
(3)當週的跑量如果較上周跑量遽增8-10公里,可考慮先不將間歇後的半蹲跳放入訓練中,可計劃於賽季或競賽前1個月訓練。

二,步幅

從運動生物力學的觀點來看,步幅是水平與垂直作用產生三角形第三邊向前的力量,這就是『改變位能』的關鍵。

當身體在跑步時,從單腳站姿、將離地的腳跨步跳耀、騰空、踩出下一步等依序的過程,其中蘊含『空間裡身體的改變』與『所有關節配合移動的速度』。
以一顆球來說,當它靜止不動時,球體的力量與速度是零。當一位小朋友的腳踢過來,踢的動作傳遞力量給這顆球,於是球體的力量與速度不再是零,產生『球移動了,不在原本的空間裡,球裡頭充飽的所有氣體亦因為被踢出後產生壓縮,產生形體改變,進而增加了移動的效率』。跑步時的身體正如這顆球體,我們利用自己的肌肉產生空間改變,讓所有的關節配合我們所想去的想移動的速度與空間。因此研究顯示耐力選手在速度變化時,當跑步速度越快時,頻率變快並不是他們的首要選項,步幅的變化才是他們的關鍵要素。

這告訴我們『步幅』的改變影響著跑者穩定性。因為相較於『步頻』,只包含了垂直方向的力,對於頻率的維持只要跑者平常的跑量穩定,肌腱黏彈性好,頻率的變化相對來得小 ; 步幅的要素則包含了水平與垂直作用力,相較之下會影響步幅的因素影響複雜而多元,例如:肌力不好與施力方向不對,都會影響步幅的大小,這也突顯多數跑者比較容易受傷的關鍵。

步幅的訓練建議:

第一:等長弓箭步支撐
根據一本書Speed Strength的作者建議跑者在弓箭步支撐是可以提升髖膝踝三關節的所有肌肉耐力,甚至透過肌肉解剖概念來觀察,前腳的臀部肌肉正好在拉長(髖屈曲)狀態,膝蓋的呈現力矩(膝屈曲)平衡狀態,這個意思是股四頭肌與腿後腱肌群正好在共同收縮狀態下維持關節平衡,腳踝周圍的肌肉也同樣保持踝關節穩定性,因此,在經過一到兩分鐘的支撐後,便可以大幅提升跑者所需要的力量,而且是在正確的合力狀態。使用賽季建議在一般準備週期,距離主要賽季的前4到6個月,可以每次操作3-4四回合。

第二:原地弓箭步跳
由於等長收縮形式對於跑者速度建立會使得力量速度曲線趨緩,畢竟跑步過程中,身體利用肌肉的型式偏向大量的離心收縮,因此,建議可以讓耐力選手進行跨步走,讓肌肉運動型式符合賽季需求,使用賽季建議在特殊準備週期,距離主要賽季的前3個月,可以每次操作20下,3-4回合,使用的強度可以控制為要求跳高或者跳快,讓跑者的肌肉模式更多元化。

第三:移動弓箭步跳躍Bounding
在訓練過程中,越趨近於賽季需求與步幅移動需求,可以將等長收縮型式,轉換至原地弓箭步跳,甚至可以移動的弓箭步跳,讓跑者對於頻率改變與移動空間改變的能力越趨穩定,使用賽季建議在競賽前1個月,建議每次30-50公尺,3-4回合,亦由於強度稍高,須留意自身在運動過程中,是否有過度疲勞狀態。

『速度=步頻 X 步幅』
步頻與步幅很重要,尤其是為了維持跑者速度穩定度,但透過適當的訓練組合,並且在科學研究中,理解步頻與步幅對於跑者的影響,會更清楚如何選擇訓練,也能針對自己的弱項慢慢調整,透過手錶的輔助觀察自己在訓練長距離時,比較容易改變步頻與步幅,特別是當週跑量變大時,試試隔週跑量降低5-7公里後,利用間歇搭配半蹲跳,強化耐力跑者的快速收縮肌肉纖維的徵招效率,安全提醒就是避免在跑量變大時,又要求自己運動強度提升,造成過度的肌肉肌腱系統負擔。

文獻參考:
How does high-intensity intermittent training affect recreational endurance runners? Acute and chronic adaptations: A systematic review
Felipe García-Pinillos, Víctor M. Soto-Hermoso, Pedro A. Latorre-Román

Interaction of Step Length and Step Rate during Sprint Running
JOSEPH P. HUNTER, ROBERT N. MARSHALL and PETER J. MCNAIR

Stride parameters in endurance runners By Piero Incalza
Speed Strength: A Comprehensive Guide to Biomechanics and Training Methodology for Linear Speed Book