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  • 跑者都該懂的跑步關鍵數據:透過跑錶解析自己的跑力,突破瓶頸,進行有效率的科學化訓練


    10 六月 2016 臉譜出版

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    跑者認識自己的工具:自知者明,自勝者強

    我從小就喜歡研究,對物理化學都很有興趣,因此大學選了化學工程學系。在這個系裡既可以研究物理,也可以做許多有趣的化學實驗,同時還有機會學習工程數學,非常有趣,這些知識使我更加認識外在世界的運作原理。雖然有趣,但「認識」外部世界並不是一件輕鬆的事,除了像背單字一樣,要先把基本的元素與物理原則記下來之外,也需要具備邏輯思考能力並透過許多實驗器材的輔助才能進行研究。

    接觸了耐力運動之後,發現人的身體也是一個既複雜又精密的微觀世界。運動力學其實就是物理;運動生理學其實就是身體裡面的化學;分析數據時也需要許多數學的演算法。在研究運動科學時,我除了是研究者,也同時是被研究的對象。而且透過研究與訓練,我的身體竟能愈來愈強(愈跑愈快),快到超乎過去自己的想像,全程馬拉松的成績從4 小時進步到2小時43分。因此,我逐漸被這個內在的世界的微妙變化深深吸引,二○一○年退伍後就此一頭栽入運動科學的研究。

    在投入研究的過程中,我總是想起希臘戴爾菲神殿上刻著的一句話:「認識你自己」。這些年來透過游泳、鐵人三項與跑步訓練與研讀運動科學家的成果,我愈來愈認識自己的身體與心靈。但這樣的認識,僅限於抽像的自覺,很難具體描述身體的狀態和進步的程度,但現代的跑錶與各種線上服務已經可以量化各種身體狀況的指標。

    老子說:「自知者明,自勝者強」(《老子》第三十三章),我認為任何人想在某個領域不斷突破,要先有強烈且深刻的自知之明,才有可能勝過自己,能一再「自勝」之人才是真正的強者。我這裡所謂的強者,並非只局限於一再追求最佳成績與突破紀錄的菁英跑者,而是泛指「不斷鍛鍊身心」的鬥士(fighter)!

    在學習跑步科學的過程中,我總是不斷想起美國當代神學家萊茵霍爾德•尼布爾(Reinhold Viebuhr)曾說過的一段話:「神啊!賜給我平靜,讓我能接受自己無法改變的事物!賜給我勇氣,讓我能改變自己可以改變的事物!並賜予我智慧,讓我可以區別這兩者。」平靜與勇氣都是「自勝」的元素,它們跟體能無關,而是心的兩種運動特性。

    訓練是為了變得比之前的自己更強,這需要挑戰自己的勇氣。這種奮力向前的決心,在不斷追求經濟成長的文化裡我們都很容易學到,但平靜地分析、檢討與接納自己的程序卻常被跑者所忽略。在專業跑者的訓練過程中,這種冷靜的分析工作是由教練負責,而且這樣的人還同時需要具備知識與裝備,前者得花時間累積,後者(在過去)則需要付出高昂的代價。

    大部分愛好跑步的跑者不見得都請得起教練,但現代逐漸普及的穿戴裝置正可以扮演輔助的角色,我認為它即是一種幫助跑者們認識自己的工具。就像學習使用電腦這項工具一樣,活在這個時代你很難不接觸到電腦,而跑錶就像電腦一樣,是一種提升效率的工具。我相信跑步相關的穿戴裝置也會愈來愈方便與普及化,所以如果你也愛跑步,一定要學會善用這項絕佳的工具,因為唯有在深刻地認識自己的優缺點之後,才能確認接下來該往哪個方向邁進。

    這幾年有機會在各地擔任教練,接觸到不少強烈渴望變強或在比賽中突破成績的跑者。他們花了很多時間訓練,也花了錢買多功能跑錶,但我卻發現大部分買錶的跑者都只會在訓練後看里程數、平均配速或心率等數字,反而不太了解「數字背後的意義」;當我看到能提升訓練效率的寶物就在他們身上,卻不知如何利用,覺得十分可惜。

    大多是因為跑者的知識還跟不上,所以當他們買了錶回去後,錶上太多無法理解的數據反而變成他們的心理負擔,但其實這些數據不只能讓訓練變得更有效率,也能避免受傷和增加訓練的趣味性。

    近幾年來,每次在課堂中或臉書上講解完各項功能與使用方式後,都會收到許多跑者因此打破個人最佳紀錄的感謝信,讓我覺得這些關於工具的分享,真的能幫助到其他跑步同好,所以才興起把這些知識整理成一本書的念頭。

    但事情沒有我想像的那麼簡單,並非運動專科出身的我,原本只懂皮毛,開始深入血肉後,才知道背後的知識體系超乎自己的想像。而且還有許多新的數據根本沒人測試過,因此我們必須自己花時間累積數據,才能開始分析與歸納。

    在這段時間,感謝茗傑和譽寅的協助,沒有他們幫忙蒐集數據與提供意見,這本書就無法順利完成。不管是軟體還是硬體都只是工具,工具永遠只是輔助,跑者本身才是主體。不要陷入數據之中,對數值高低太過執著,數據永遠只是協助我們分析與認識自己的參考。訓練是一門藝術,沒有標準可言,就像雕刻家在打造藝術品時可以用直尺和圓規,但藝術品的價值絕對跟尺規的優劣無關,而跟創作者的能力有關。身為跑者的你,既是創作者也是藝術品,現在工具的使用方式已經寫在這邊,用或不用都沒關係,因為它只是工具,你才是主角。

    但我們必須認清「了解自己」是變強的必經過程,所以我希望你能透過這本書所提供的知識與工具,學會更深入地剖析自己的實力,進而變得更加強韌。

    六種強度區間的訓練目的

    強度1 區:輕鬆跑 (Easy zone,簡稱E 強度)

    快有快的目的,慢也有慢的目的。第1 級的速度最慢,但也因為慢,才能達到快跑時所無法達到的效果:

    ● 避免運動傷害。因為速度慢,每一步腳掌離地的高度比較低,所以身體落地的衝擊比較小,使你之後在比賽或進行較高強度的訓練時不容易受傷。

    ● 增加心臟收縮肌肉的力量。經過研究,心臟在此強度區間時,搏動的力道剛好處於最大值,長久訓練下來就能提升每次心跳所輸出的血液量(心搏量增加),進而降低心臟跳動的頻率(心率)。

    ● 肌肉的用氧效率增加。這是因為長期慢跑後,血液中的紅血球數量與有氧酵素濃度都會提升,而且肌肉端裡的微血管和粒線體也會增生,這些都是使身體攝氧量增加的重要因素。前面已經提過粒線體的重要性,它可是跑者產生動能的主要來源。粒線體愈多,身體能用來跑步的能量就愈大。而且E 強度的長距離慢跑是提升粒線體數量的最佳訓練方式。這一級強度的關鍵在「慢」,要記得在訓練E 強度跑時千萬不要跑

    強度2 區:馬拉松配速( Marathon zone,簡稱M 強度)

    顧名思義,M 強度是指跑者在跑全程馬拉松時的平均配速,此速度比慢跑時快一點,又比參加10 公里或半馬的速度慢。它的效果跟E 是類似的,只是速度較快,因此它也是另一種LSD 訓練時的強度選擇。在練LSD 時,你可視當天情況在E 和M 之間選擇訓練強度。M 課表的訓練能達到下列效用:

    ● 模擬比賽強度。藉由模擬馬拉松比賽強度,讓身心適應比賽配速,進而提高比賽的信心

    ● 提升掌握配速(Running Pace, Pace)的能力。在馬拉松賽剛開始時很容易跑太快,造成後面失速;另外有些人則會跑得太保守,快跑完了才發現還有很多體力。在比賽前多跑M 配速能使你熟悉它的感覺,熟練的跑者甚至能不看錶就知道目前的配速。

    ● 訓練馬拉松比賽時的補給技巧。因為跑馬拉松時一定要補給,不然身體會產生脫水或低血醣的症狀,所以建議在進行M 強度長跑訓練時能同時進行補給,讓身體習慣在跑步時消化與吸收。在某些E 強度的長跑訓練時,建議不要補充其他碳水化合物(醣類)或喝能量飲品,只要補充水和電解質即可,如此,可以訓練身體燃燒脂肪的能力。然而,在馬拉松比賽時,因為強度的提升,身體使用醣類的比例會增加,為了避免血醣過低,在比賽中能補充一些能量對成績是有幫助的,所以M 強度長跑就是訓練補給的最好時機,讓身體習慣在M 強度時能消化、吸收,讓血醣維持穩定,但不管是什麼樣的練習都要記得適時補充水分。

    強度3 區:乳酸閾值強度( Threshold zone,簡稱T 強度)

    人體在任何時刻都會因代謝而產生乳酸,運動時乳酸會增加,同時人體排除乳酸的速度也會加快,因而保持在動態平衡狀態;但當乳酸逐漸增大而排除機制無法跟上時,乳酸就會開始大量堆積,此臨界點即為「乳酸閥值」(Lactic Threshold, LT)。

    也就是說,跑在E/M 強度時,身體也會產生乳酸,只是量比較小,所以不會累積在身體裡。當你從T 強度再加快,肌肉裡的乳酸濃度就會開始快速提高。充滿乳酸的肌肉無法正常收縮,所以自主神經系統為了保持運動能力,必須命令心臟加速跳動,使血液加速流動,才能快點把肌肉裡的乳酸帶到其肝臟與其他肌肉進行代謝。這即是跑者們常說的「排乳酸」。所以勤練T 強度的跑者通常能達到下列的效果:

    ● 讓身體在更嚴苛的配速下維持更久的時間。T強度的移動速度稱為「臨界速度」,我們簡稱為T 配速(下面會說明如何找到自己的T 配速)。世界級的跑者在T 配速下最多只能維持60 分鐘,剛入門的跑者因為排乳酸能力不足,所以用T 配速撐10 分鐘左右就會超過臨界點。經過一段時間的T 強度節奏跑訓練之後,排乳酸的機制變強,就能在臨界速度下維持更長的時間。

    ● 不容易掉速。因為乳酸不易累積,所以能用同樣的速度,維持較長的時間。

    ● 速度變快。因為「排乳酸」其實是把乳酸代謝成能量的過程,所以它反而可以創造更多動能,使你跑得更快。

    強度4區:無氧耐力區間(Anaerobic zone,簡稱A強度)

    對於跑力40 以下的人來說,此級強度就可以很有效的提高最大攝氧量,不用也不該去練第5 級強度。

    當跑者以A 強度訓練時,不久就會超過乳酸閾值的臨界點,乳酸在身體裡快速產生,但又不會像I 強度一樣快速衰竭,所以在這個強度下能訓練到身體耐乳酸能力。但最主要的是A 強度訓練有助於「提升有氧代謝的效能」,我們前面提過,粒線體在產生跑步能量的過程中也會產生熱能,熱能的比例愈低,表示有氧代謝的「效能」愈好,由於跑者在A強度下可以維持的時間會比 I 強度來得長很多,因此它對提升有氧代謝效能的幫助會比I 強度好。拿汽車來比喻的話,有氧代謝效能高的引擎,同樣燃燒一公升的汽油,能減少廢熱的產生,跑出更遠的距離。

    此外,A 強度還有下列兩項小功能:

    ● 能夠讓身體學會從爆乳酸恢復到有氧區間的能力。
    ● 可以當成 10公里的比賽配速。

    強度5 區:最大攝氧強度 (Interval zone,簡稱 I 強度)

    I 強度訓練的主要目的在於擴大有氧引擎的容量,把身體的有氧引擎催到最大馬力,逼出最大攝氧量。一般來說 I 強度一次最多只能維持10~12 分鐘,因此在訓練時通常以間歇的方式進行,以達到更多的剌激效果。例如亞索八百(800 公尺間歇)八趟,代表每跑800 公尺休息一次,而且每趟都要能維持相同的速度(每個人的速度都不同,下面會介紹如何找到自己的配速)。

    在此訓練時乳酸已爆量累積在身體裡,身心處於極度痛苦的狀態,這種苦,也是鍛鍊意志力的最好時機。心志的強韌度是跑者能否「自勝」的關鍵,在練I 強度時,會不斷有被折磨與撐不下去的感覺,但這些都是改造自我、變強與變得更好的必經之路,它是所有強度中最煎熬的強度(第六級強度因為時間很短,反而不會覺得太痛苦)。

    在最大攝氧量所跑出的速度簡稱為 I 配速,這個速度愈快,代表你的「有氧實力」愈強,這個數值能夠衡量跑者的有氧實力。比如說,在實驗中最大攝氧量同是60(毫升/分鐘/ 公斤)的跑者,有些人的速度特別快,為什麼呢?因為當跑者的「跑步效率」比較好時,就可以用相同的攝氧量跑出較快的速度,這在討論跑步技術指標的章節會詳細說明。

    強度6區:爆發力訓練區 (Repetition zone,簡稱R強度)

    R強度的訓練不用考慮心率,雖然速度比第5 級強度快,但因為訓練時間很短,心率還在爬升時,跑步就結束了。它的訓練目的是:

    ● 訓練爆發力與最高速度。它能鍛鍊無氧系統與刺激肌肉神經反射,所以練了之後步頻會變快,腳掌的觸地時間(Ground Contact Time,GCT)會縮短,進而提升跑步的經濟性。關於觸地時間的意義與重要性,在第7 章會有詳細的說明。

    ● 消除長跑課表的副作用。E/M強度的訓練有很多好處,但它會帶來「肌肉伸縮速度變慢」的副作用,所以建議在E/M 課表結束後加入幾趟距離極短的R 強度間歇,使得肌肉重新記起快速收縮的感覺。

    利用角度來判定誰的跑步技巧比較好

    從力學的角度來看,從靜止到移動是一種從平衡到失衡的狀態。平衡的定義是重心在支撐點的正上方;移動的定義則是重心離開支撐點後物體失衡的結果,失衡的方向即為物體移動的方向。

    跑步時需要一直保持前傾嗎?

    所以原地跑和向前跑最大的差別在於「落下」。原地跑時臀部始終在雙腳的正上方,前傾落下角度為零,不管擺臂再用力或步頻多快,都無法向前,只能原地跑。但是當跑者把身體的重心向前傾,就會開始向前跑。角度愈大,加速度愈快(前傾角度的定義可以參考圖表6 . 1,它是腳掌前緣到臀部的連線)。前傾的技巧可以說是跑步技術中最關鍵的部分。

    既然我們需要前傾落下才能向前跑,那在跑步時需要一直保持相同的前傾角度嗎?

    答案是「不用」。若是在400 公尺的操場上進行比賽(或是在完全平坦的道路上進行馬拉松),技術優秀的菁英跑者需要加大的前傾角度只有在開賽前幾秒而已。從物理上來看,前傾角度愈大時,人體向前轉動的「加速度」也愈大。但在比賽時我們不可能一直加速,所以不用一直前傾。

    如果有位跑者的5公里最佳成績都是20分,也就是平均步速是4:00/km(時速15km/hr),只要一超過這個速度很快就會失速變慢。想像一下:當他從靜止狀態開始起跑,初速度是0,因此「加速」時他必須把臀部向前傾,一開始為了加速,角度會較大,直到目標時速15 公里之後就不用再加速了,此時跑者所要做的是盡量「維持等速」。

    那此時還要前傾嗎?

    要的。但不用像起跑加速時前傾得那麼多,此時前傾只是為了克服「維持速度時所產生的阻力」,這些阻力有三種:

    1. 風阻:慢跑時當然不用考慮風阻,但從流體力學的公式來看:風阻=1/2×空氣密度×移動速度的平方×風阻係數×身體橫斷面積速度加快一倍,風阻會成平方倍數成長,所以當你跑到時速15 公里以上(4 分速)時,風阻很可觀。

    2. 腳掌落地時與地面所產生的摩擦力。

    3. 腳掌跨到身體前方時所形成的剎車效應。

    在維持速度時,除了風阻是你無法減少的之外,摩擦力和剎車效應都可藉由跑步技巧來減低。所以在判斷兩位5 公里最佳成績(PB)都是20 分跑者的技巧時,可以看他們在跑步過程中誰的前傾角度比較小。前傾角愈小,代表他的跑步技巧比較好,因此產生的額外阻力比也較少。

    反之,另一位5 公里PB 也是20 分但平均前傾角度較大的跑者,他的技術較差,但體能較好。

    世界紀錄保持者的前傾角度

    不管技巧好壞,人體在跑步過程中所能維持的最大前傾角度極限是22.5 度。百米的世界紀錄保持人博爾特(Uasin Bolt)在打破世界紀錄時,最後60~100 公尺的平均前傾角度是21.4 度,這是目前量測出最大的前傾角度。

    我們再來看看長距離選手:目前10 公里的世界紀錄是由衣索比亞的凱內尼薩.貝克勒(Kenenisa Bekele ),於二○○五年八月二十六日在比利時布魯塞爾所創下的26分17秒53(時速為22.83 km/hr,步速為2:38/km)。他在這個速度下的平均前傾角度是17.3度。當我們開始使用影像分析來研究其他菁英跑者的跑姿時,發現不少長距離跑者的平均前傾角度也是17.3 度,但他們的步速只能跑到每公里3 分多,離2:38/km 還有一大段差距,為什麼呢?

    這個令我們困惑的點,後來才知道答案其實很簡單,因為這些跑者的動作產生太多額外的阻力,抵消了前傾的效益,也就是落地時的摩擦力與剎車效應太大。當然,若他們的技巧(與腿長)都跟貝克勒一樣完美,理論上在17.3 度的前傾角度下,應說該都可以跑出每公里2 分38 秒的配速,但能否維持就跟體能與肌耐力有關了。

    因為大部分的跑者技巧都沒那麼完美,具體來說不完美的地方在於:

    ● 腳掌觸地時間太長,因此落地的摩擦力較大。
    ● 腳掌向前跨得太大步,離臀部過遠(觸地角度過大),因此剎車效應較大。

    每一步只要落地就會因摩擦力而減速,但某些跑者在相同的前傾角度下,卻只能跑出較慢的速度,表示每一步減速太多。用數據來說,觸地角度愈大,剎車效應愈明顯。

    一位技術優良的馬拉松跑者,賽程中何時該加大前傾角度?其一,在起跑時(取得最初的加速度)加速達到自己的M 配速;其二,減速進補給站後重新加速;其三,遇到上坡時。其他時間跑者只要維持小幅度的前傾,使身體能克服上述的三種阻力,維持前進的慣性即可。

    想提高配速,先縮短觸地時間

    跑步時的每一步都可分騰空期與觸地期,主要的摩擦力來自於觸地期。腳掌的觸地時間愈短,落地後所產生的摩擦力也愈小。換句話說,每一步所花的時間之中,觸地時間愈短愈好。

    我們曾用軟體一一分析了目前幾位男子世界紀錄保持人的技術數據,發現一個很有趣的現象,競賽距離愈短,腳掌的觸地時間也愈短,而且成正比關係(圖表7 . 1 中的綠底部分),也就是說,馬拉松世界紀錄保持人丹尼斯.基米托(Dennis Kipruto Kimetto)的觸地時間,是所有田徑項目中最長的,達162毫秒之久;百米世界紀錄保持人博爾特(Usain Bolt)的觸地時間最短,只有78 毫秒。

    平均來說,一般跑者八成以上的觸地時間都會超過200 毫秒。如果你想提高速度,縮短觸地時間是非常重要的訓練方向。圖表7. 1 中的數據可以當成各類跑者的參考指標,比如說你是練短跑的,若衝刺時的觸地時間在100 毫秒附近,那一點競爭力都沒有,此時不管體能、肌力練得再強大,速度都很難再提升,訓練重點反而要放在縮短觸地時間上。

    那要怎麼縮短觸地時間呢?提高步頻就可以了嗎?沒有那麼簡單。

    前陣子一位朋友分析跑步動作時,發現他以馬拉配速(M 配速)訓練時,步頻可以達到200spm(每分鐘200 步,每步費時300 毫秒),但觸地時間就占了230 毫秒,騰空時間只有70 毫秒。此時他要做的不是延長騰空時間,那樣會變成蹬地跑,垂直振幅會變大;他要練的是縮短著地時間才對。

    雖然他的步頻很高,看起來很有效率,但觸地時間太長,效率都被吃掉了。因為觸地時的腳掌處於靜止狀態,此狀態就會拖到身體前進的速度,所以觸地時間愈短愈好。由此,我們也可以發現高步頻並不等於有較短的觸地時間。觸地時間與步頻應是兩個獨立的數值。

    ●步頻:179 spm (每步 335毫秒)
    ●觸地時間:201 毫秒
    ●騰空時間:134 毫秒 (335-201)

    以上是跑者A 跑了一趟節奏跑5 公里的數據,先不論跑步成績,跑步技術數據離頂尖水準還有一大段差距。一般跑者在180 spm 步頻下的觸地時間大都落在220~250 毫秒之間。雖然跑者A 的數值是201 ms,似乎還不錯,但世界級全馬跑者的觸地時間是在160~170 毫秒之間(5公里跑者可以再縮短到130 毫秒),也就是說,頂尖跑者很少超過180毫秒。所以就這項數據而言,還有很大的進步空間。

    在相同的步頻下,只要觸地時間縮短了,騰空時間自然會增加。以步頻180 spm 為例,每一步會花333 毫秒(60÷180=0.333 秒)。把333 毫秒的時間想像成一個圓餅圖,我們希望藉由訓練盡量減少觸地時間的面積,而且從世界紀錄保持者的數據發現,長跑者觸地時間的極限是130 毫秒。這讓5 公里跑者有一個方向:縮短到130 毫秒就夠了。

     

    本文授權刊登自臉譜/ 徐國峰, 莊茗傑《跑者都該懂的跑步關鍵數據:透過跑錶解析自己的跑力,突破瓶頸,進行有效率的科學化訓練

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    作者:徐國峰, 莊茗傑
    出版社:臉譜

    圖片來源:pixabay

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