力矩與跑步動作的關聯性,以及我們該如何運用?

轉動任何一種工具時,我們都需要力矩,它協助我們成功的轉開物體,然而,在人體中力矩就像是關節穩定劑,讓人體動作優雅而且有力道。往往我們卻忽略它的存在,讓運動的效率開始下降。透過文章,希望可以很快知道科學知識與應用。

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關節力矩與跑步人生

最近去看了部電影“Ford v.s Ferrari”中譯“賽道狂人”。主角講了一段話,大意是如此『車手必須知道機械的極限,不是一昧狂操,當時機對了,你會知道』。

身體也是如此,因為人體中的運動正是像“機械能一樣運轉著,我們也都該清楚自己的機械特性,但又必須同時保有人性特質(肌肉纖維特性,肌腱彈性位能儲存,關節力偶合力關係等),在正確效益上做訓練。

 

『人體的動作模式』

物體運動模式可以簡單分成為直線性與曲線性,例如:在騎腳特車在直線移動時或者人體跑直線時,是直線性運動模式,而打棒球或者網球發球,揮拍動作則是屬於曲線性運動模式。

然而,實際在“人體動作”過程中,卻不完全都是以直線或者曲線來區分,因為它必須是不同運動模式共同組合。例如:跑步擺手過程中,可以簡易說它是前後擺動的運動,複雜程度而言,卻也牽涉到肩膀與軀幹角度位移的對稱關係,像是當右骨盆往前挪動時,左邊肩膀會自然對稱旋轉,旋轉過程中,手一樣自然擺動向前,卻可能因為過度的左邊旋轉而使得運動模式的效率產生偏差。

亦就是說牽涉到的移動平面也會不同,相對的就會影響到人體動作的模式效率。

 

『力矩是主要關鍵要素』

相信當過工具人的或者專業的維修人員(喂),都清楚如何使用板手,當然絕對不拿來修理人的(誤)。當我們想要拴緊螺帽時,一定不會拿最近端的位置轉動,一定是最遠端。

手與板手之間轉動的距離,是力臂,我們則施加力量給板手,轉開螺帽的力就是力矩(力乘以力臂)。

然而,上述的過程跟人體運動模式有什麼關係?

主要在於當關節在移動過程中,也同時會有力矩產生,每個關節則在三個動作平面(額狀,水平,矢狀)上,各自擁有力矩,當每個力矩各司其職的移動人體所有關節時,我們就可以完成像是芭蕾舞者漂亮的跳躍轉身,落地後可以完美的Ending Pose展現優雅的身段。



簡單的生活小問題:

你可以想一想的是,為什麼你想要跑快的時候?不會把手跟腳都伸直的跑?因為施力臂太長了,大腦與身體會選擇有效率的方式移動。

你可以想一想的是,為什麼你想要跑快的時候?不會歪曲扭八的移動身體?因為所有的肌肉與關節都想要完成『衝刺』這任務,使得當下必須一起配合,讓身體的擺動,肌肉縮短與伸長,發力維持最佳的機械效能。

而這些都是所有關節的力矩互相配合下,讓身體可以在最優美的狀態下完成。

所以,我們可以說『力矩決定了動作穩定的要素』,以及『力矩使得身體得以在力量平衡的狀態下完成身體所欲執行的動作』。

 

『力矩與人體動作模式的研究』

現在根據研究,討論四個跟跑步有關的重要關鍵。

第一:力矩效能維持是穩定的,就像是法拉利的引擎好,也代表的是機械效能高,然而,在人體卻是付出一定的代謝(熱與肌肉力量改變)。

當人體在不同平面時,髖膝踝的力矩會有所改變。像是跑在不穩定平面時(附圖一),研究發現:當人體嘗試在不同面狀態下跑動,我們所做的策略調整會是踝關節的力矩,反倒髖與膝的力矩(負責抬高與落下的關節移動力量)並沒有改變。白話一點就是,當我們開始跑在柏油路上,剛好有一段的路面高低起伏,那麼人體會維持本來的抬高(髖關節屈曲與膝關節屈曲),但腳踝就必須要負責穩定平面。

然而,上述的聽起來似乎非常合理,凹凸不平的時候,腳踝會自然做調整,這卻只是我們看到的表面,人體儘管維持跑步的效能,卻也代表著身體額外部分做著工,同一篇研究發現肌肉相對移動的合力產生改變,像是:

穩定平面(mean±s.d.)

脛前肌/比目魚肌 105.7±36.34
腿後腱肌群內側/股內側肌 106.4±28.05 
腿後腱肌群內側/股外側肌 123.3±66.60

不穩定平面 (mean±s.d.)

脛前肌/比目魚肌 109.5±32.83 
腿後腱肌群內側/股內側肌 134.7±34.31* 
腿後腱肌群內側/股外側肌 125.5±28.02

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