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運動生理週訊(第502期)

跑步著地指數的判定問題(November 8, 2022)

王順正、林玉瓊

　　跑步的著地指數 (duty factor) 是指跑步過程中腳著地時間 (contact time) 、相對於騰空時間 (aerial time) 加上著地時間的比值。也就是說，著地指數是指左腳或右腳的著地時間，佔這隻腳著地時間與騰空時間的百分比 (著地時間/(著地時間+騰空時間)) (王順正、林玉瓊，2020)。Morin等 (2007)、Millet等 (2009) 的研究即採用這個的著地指數定義，進行相關研究分析。

　　Millet等 (2009) 研究發現，隨著跑步速度的增加，著地時間 (contact time) 逐漸降低、騰空時間 (aerial time) 逐漸增加，形成著地指數呈現逐漸減少的現象 (跑速8 km/h的著地指數約90%、跑速16 km/h的著地指數約60%)。Morin等 (2007) 的研究則發現，在3.33 m/s的跑步速度下，受試者以自選步頻的-30%, -20%, -10%, 0%, +10%, +20%, +30%，進行每趟2分鐘的跑步測驗下，步頻減少會顯著降低騰空時間，步頻增加則會顯著降低著地時間；著地指數則僅在步頻減少-20%與-30%條件下會顯著的降低，步頻增加並不會顯著改變著地指數 (右圖)。透過彈簧質量模型 (spring-mass model) 進行跑步著地時，地面垂直作用力與身體重心垂直位移 (∆y) 或腿部垂直位移 (∆L) 特徵，並且使用彈性係數 (k) 來呈現垂直硬度 (kvert) 與腿部硬度 (kleg) 的方式，就是採用這個的著地指數定義來進行進一步推算。

　　Taboga等 (2016) 則定義著地指數是單腳著地時間在一步 (stride) 中的時間比例 (右圖) 。使用步頻等於 1 / 2(t_c+t_a) 或 1 / (t_c+t_sw) (其中，t_c是著地 (contact) 時間、t_a是空中 (aerial) 時間、t_sw是擺動 (swing) 時間) 進行推算。也就是說，透過單腳著地時間與擺動時間來進行著地指數的定義。依據這個定義，非截肢者 (non-amputees) 直線衝刺最大速度時的平均步幅為 3.73±0.23 公尺、步頻為 2.16±0.10 Hz (平均每分鐘129.6步)，顯然與我們平常使用的步幅、步頻定義不同。

　　Lussiana等 (2019) 以54名經常訓練的跑者 (33名男性、21名女性，每週訓練距離50-53 km) 為對象，在跑步機上以10、12、14、16、18 km/h速度，分別跑步30秒，依據著地時間、騰空時間進行著地指數的分析，並且取著地指數較高與較低的20位，分組為高低著地指數組 (右圖)。在跑步測驗過程中的攝氧分析結果顯示，低著地指數組與高著地指數組的跑步經濟性 (kcal/kg/km)，在三種跑步速度下都沒有顯著差異；低著地指數組在10 km/h速度下的跑步經濟性，有顯著差於其他兩個速度現象 (右右圖)。透過彈簧質量模型 (spring-mass model) 的推算，低著地指數組建立更對稱的模式，高著地指數組則以限制垂直位移的方式，提昇地面接觸期間的水平移動，進而出現兩組間的跑步經濟性沒有差異現象。事實上，這個研究的著地指數如果採用著地時間/(著地時間+騰空時間) 的數據來分組，可能會更符合後續的相關研究結果。

　　Hanley等 (2022) 則以25位美式足球運動員為對象，在跑步機上以 12、16、20 km/h的速度跑步 (每個速度下記錄30秒)。研究發現，著地指數與最大垂直反作用力、重心垂直位移、腿部硬度 (剛度，kleg) 皆呈現負相關。以著地指數高低各九名運動員分為高、低著地指數組 (右圖)，低著地指數組具有更短的著地時間、更長的騰空時間、更高的垂直最大反作用力、更大的重心垂直位移、更高的腿部硬度 (kleg)。在高著地指數組中，有8名是採用腳跟著地跑步，而低著地指數組則有3名。事實上，依照研究結果呈現的步幅、步頻數據來看，這個研究的著地指數數據，似乎適合採用著地時間/(著地時間+騰空時間) 來進行分組。

高地著地指數跑者的跑步基本技術變項差異

　　跑步過程的著地指數與最大垂直反作用力、重心垂直位移、腿部硬度 (剛度，kleg) 皆呈現負相關。低著地指數的跑者具有更短的著地時間、更長的騰空時間、更高的垂直最大反作用力、更大的重心垂直位移、更高的腿部硬度 (kleg)。跑步的著地指數確實是一個重要的跑步技術指標。

　　著地指數的操作定義有兩種呈現的方式。如果，定義單腳一步 (stride) 的著地時間與擺動 (swing) 時間，進行著地指數計算時，相關的步幅、步頻、以及相關技術變項推算時，也應該依據單腳的定義進行合適計算。左右腳的著地指數推算方式，似乎更符合跑步技術變項的整體定義。

引用文獻

王順正、林玉瓊 (2020)。做個有智慧的跑者。旗標，台北市。

Hanley, B., Tucker, C. B., Gallagher, L., Parelkar, P., Thomas, L., Crespo, R., & Price, R. J. (2022). Grizzlies and gazelles: Duty factor is an effective measure for categorizing running style in English Premier League soccer players. Frontiers in Sports and Active Living, https://doi.org/10.3389/fspor, 2022.939676

Lussiana, T., Patoz, A., Gindre, C., Mourot, L., & Hébert-Losier, K. (2019). The implications of time on the ground on running economy: less is not always better. Journal of Experimental Biology, 222, jeb192047.

Millet, G. Y., Morin, J-B., Degache, F., Edouard, P., Feasson, L., Verney, J., & Oullion, R. (2009). Running from paris to beijing: biomechanical and physiological consequences. European Journal of Applied Physiology, 107(6), 731-738.

Morin, J. B., Samozino, P., Zameziati, K., & Belli, A. (2007). Effects of altered stride frequency and contact time on leg-spring behavior in human running. Journal of Biomechanics, 40, 3341-3348.

Taboga, P., Kram, R., & Grabowski, A. M. (2016). Maximum-speed curve-running biomechanics of sprinters with and without unilateral leg amputations. Journal of Experimental Biology, 219, 851-858.