運動生理週訊(第366期)
跑步的步幅角度 (stride angle)(April.15.2018)
王順正、林玉瓊、王頌方
具備更大的步幅角度 (stride angle) 是提升跑步經濟性 (running economy) 的重要運動學 (kinematics) 因素 (王順正、林玉瓊，2018；Moore, 2016)。什麼是跑步的步幅角度呢？
依據Santos-Concejero等 (2013, 2014a, 2014b) 針對跑步步幅角度的操作性定義，步幅角度是指跑步著地腳離地時的切線角度 (右圖)。步幅角度的計算方法，是透過步幅與步幅過程最大移動高度的拋射原理進行推算，步幅的最大高度則以跑步騰空時間 (swing time) 進行推算 (最大高度= g (騰空時間
2)/8)。
Santos-Concejero (2014a) 的研究針對25名男性優秀跑者，進行不同速度 (3.33 m/s, 3.75 m/s, 4.16 m/s) 的跑步機跑步測驗，研究發現受試者的10公里跑步成績為32.2±2.1 分鐘，三個速度下的
跑步經濟性 (ml O2/kg/km，代表跑者每公里跑步的耗氧量，這個數值越低代表跑者每公里跑步的耗氧量越少，跑者的跑步經濟性越好) 分別為201.3±13.7、198.4±12.6、以及205.1±16.1，受試者的步幅角度與跑步經濟性成反比 (右圖左側圖，ABC分別代表3.33 m/s, 3.75 m/s, 4.16 m/s速度跑步)，而且步幅角度也與著地時間成反比 (右圖右側圖)。由於跑步經濟性的數值越低、著地時間越短，代表跑者的能力越好；優秀跑者的步幅角度與跑步經濟性、著地時間成反比的研究結果，說明具備更大的步幅角度確實代表具備更優異的跑步能力。
Santos-Concejero (2014b) 則針對30名、10公里跑步成績32.9±2.7 分鐘、最大攝氧量63.1±5.0 ml/kg/min的男性跑者，進行著地形態與步幅角度的分析，研究發現著地型態為腳跟著地 (rearfoot) (n=15)、腳掌著地 (midfoot) 與前腳著地 (forefoot) (兩種共n=15) 者，在相同速度下跑步時的步幅 (stride length)、步頻 (stride frequency)、著地時間 (contact time) 與騰空時間 (swing time) 都沒有顯著不同，但是腳掌著地與前腳著地的跑者具備顯著較大的步幅角度；腳跟著地跑者的跑步經濟性 (201.5±5.6 ml O
2/kg/km) 顯著優於腳掌著地與前腳著地跑者 (213.5±4.2 ml O
2/kg/km) 。兩種著地類型跑者的步幅角度與跑步經濟性皆顯著相關 (相關值為0.60、0.54)。由於研究的受試對象中，兩組受試者的10公里跑步成績具備顯著差異 (腳跟著地跑者34.3±3.2 分鐘、腳掌著地與前腳著地跑者31.7±1.4 分鐘)，因此造成跑步經濟性、步幅角度顯著差異的原因是否來自於跑者能力的差異？仍然有需要進一步釐清。無論如何，步幅角度與跑步經濟性再度被證實具備顯著相關。
Santos-Concejero等 (2013) 針對8名北非洲跑者 (North African runners) 與13名歐洲跑者 (European runners) 的研究也發現，盡管兩組不同地區跑者的10公里跑步成績 (31.2±1.1 分鐘、31.7±1.4 分鐘) 沒有顯著差異，但是歐洲跑者在19.5 km/hour速度跑步時，具備顯著更優異的跑步經濟性；在步幅、步頻、騰空時間、步幅角度都沒有組別間顯著差異的條件下，作者認為歐洲跑者在18 km/hour與19.5 km/hour兩個速度下的著地時間顯著較北非洲跑者短，可能是造成兩組跑者跑步經濟性差異的主要原因。研究同時也發現，所有受試者在19.5 km/hour速度跑步時，跑步經濟性與著地時間 (contact time)、騰空時間 (swing time)、步幅角度 (stride angle) 呈現顯著相關 (r值分別為0.53、-0.53、-0.52)。由此可見，著地時間差異形成的步幅角度差異，可能是一個影響跑步經濟性的重要變項。
Santos-Concejero等 (2014c) 則探討11名休閒跑者 (10公里成績38.9±3.2分鐘、最大攝氧量63.9±7.1 ml/kg/min)、14名10名優秀跑者 (10公里成績31.7±1.4分鐘、最大攝氧量69.5±3.4 ml/kg/min) 的步幅角度差異。研究發現優秀長跑者在不同速度下的騰空時間 (swing time, t
sw) 顯著較多、著地時間 (contact time, t
c) 顯著較短 (左圖)，具備優異跑步能力的長跑者，在相同速度跑步時的攝氧量 (VO
2)、跑步經濟性 (O
2 ml/kg/km) 都有顯著優於休閒跑者的現象 (下圖左側圖)，而且在相同速度下跑步時，優異跑步能力長跑者的步幅較大、步頻較小、步幅角度較大 (下圖右側圖)。透過跑步時增加步幅、降低著地時間、增加騰空時間、提高步幅角度、延遲動力推進期 (propulsion suphases) 可能是提升跑步效率、提升長距離跑步表現的有效方式。
休閒跑者與優秀跑者在不同速度下跑步時的差異 (Santos-Concejero等, 2014c)
Santos-Concejero等 (2014c) 解釋在跑步時增加步幅角度的現象，是推蹬 (flick) 或收腿 (buttkick) 效應的具體呈現，運動員為了在最小的著地時間條件下，提升能量傳遞的效率。具體的來說，增加步幅角度的功能，可能在於提供腿部肌肉伸展收縮循環 (stretch-shortening cycle) 效益，增加跑步能量傳遞。步幅角度似乎也不是越大越好，研究結果幾乎都是在5度以下，刻意縮短步幅、增加步幅過程最大移動高度的作法，可能獲得過大的步幅角度、不利於跑步表現。
對於優秀的跑者 (10公里成績31-34分鐘) 來說，具備更大的步幅角度確實是提升跑步經濟性的重要條件。由於步幅角度是步幅與步幅過程最大移動高度進行推算，因此，跑者在追求步幅角度提高的條件下，似乎也需要注意步幅與垂直振幅 (vertical oscillation) 的相互影響。
引用文獻
王順正、林玉瓊 (2018)。影響跑步經濟性與跑步表現的技術因素。運動生理週訊，361。http://www.epsport.net/epsport/week/ show.asp?repno=361
Moore, I. S. (2016). Is there an economical running technique? a review of modifiable biomechanical factors affecting running economy. Sport Medicine, 46, 793-807.
Santos-Concejero, J., Granados, C., Irazusta, J., Bidaurrazaga-Letona, I., Zabala-Lili, J., Tam, N., & Gil, S. M. (2013). Differences in ground contact time explain the less efficient running economy in north african runners. Biology of Sport. 30(3), 181-187.
Santos-Concejero, J., Tam, N., Granados, C., Irazusta, J., Bidaurrazaga-Letona, I., Zabala-Lili, J., & Gil, S. M. (2014a). Stride angle as a novel indicator of running economy in well-trained runners. Journal of Strength and Conditoning Research. 28(7), 1889-1895.
Santos-Concejero, J., Tam, N., Granados, C., Irazusta, J., Bidaurrazaga-Letona, I., Zabala-Lili, J., & Gil, S. M. (2014b). Interaction effects of stride angle and strike pattern on running economy. International Journal of Sport Medicine. 35(13), 1118-1123.
Santos-Concejero, J., Granados, C., Irazusta, J., Bidaurrazaga-Letona, I., Zabala-Lili, J., Tam, N., & Gil, S. M. (2014c). Influence of the biomechanical variables of the gait cycle in running economy. RICYDE. Revista internacional de ciencias del deporte. 36(10), 96-108.
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