跳到主要內容
返回

跑步週期觀察指南:支撐、鐘擺與剪刀動作

跑步週期觀察指南:支撐、鐘擺與剪刀動作

除了支撐期與擺盪期,跑步還能從力量傳遞、彈性能量與雙腳配合來理解。

支撐期與擺盪期,是依一隻腳有沒有接觸地面來分段。從腳掌落地到腳趾離地是支撐期;從腳趾離地到同一隻腳再次落地是擺盪期。這種分法能標示跑者正處於週期的哪個時間位置。

要看懂每一步如何接上下一步,還要追蹤各階段的功能。腳掌接觸地面前,下肢已建立張力。接觸後,地面反作用力進入足踝、膝、髖與軀幹,肌肉和肌腱承受負荷並儲存彈性能量。身體越過支撐腳,能量開始釋放,力量重新導向前上方。腳趾離地後,後腿立刻向前回收;到了騰空期,雙腳完成剪刀動作,前腳由上往下準備下一次接觸。

支撐、鐘擺階段與剪刀動作連成一圈。支撐處理落地負荷與彈性能量;鐘擺階段把後腿帶回前方;剪刀動作協調兩條腿交換位置,替下一次落地建立條件。騰空期涵蓋鐘擺階段後段與剪刀動作,此時雙腳都已離開地面(Bosch & Klomp, 2005)。

單獨看落地角度、膝蓋高度或腳跟抬起,很容易漏掉前後階段的關係。力量傳遞、彈性能量與雙腳配合,需要放回同一個週期理解。

同一個週期,兩種觀察方式

同一個跑步週期可依接觸時間與動作功能觀察

時間分期以單側腿為主:

功能視角關心三件事:

跑步週期是循環,沒有固定起點。本文沿用初始接觸、腳跟離地、腳趾離地三個辨識點,先走完支撐,再接鐘擺階段與剪刀動作,最後回到下一次初始接觸。

初始接觸:腳掌落地前,張力已經建立

初始接觸是腳掌碰到地面的瞬間。身體重量開始由支撐腿承接,地面反作用力快速上升。足踝、膝與髖承受負荷,肌肉與肌腱產生形變,質心的向下速度逐漸減慢。

落地準備早在空中發生。跑速越高,接觸時間越短,身體越沒有餘裕等腳掌碰地後再安排各關節如何承重。腿後肌群、小腿肌群與髖部周圍肌群會在接觸前開始活動,建立適合當下速度與落地條件的張力。

從側面影片看初始接觸,先看腳掌進入地面的路徑。前導腿在接觸前由前向後移動,腳掌再由上方、以較接近垂直的路徑進入地面。可以把這條路徑理解為「由上方落地」(land from above)。觀察重點是進入地面的角度與方向,能否接上支撐期隨即產生的施力方向(Bosch & Klomp, 2005)。

腳掌本來就會落在質心投影稍微前方,無須要求它落在質心正下方。同樣的落點,足部仍朝前伸與已轉為向後移動,進入地面的方向不同,接觸後的制動與力量傳遞也會不同。剪刀動作會影響前導腿如何接近地面,判讀時要看移動方向,不能只在定格畫面上畫一條垂直線。

腳跟、前足或中足先碰地,也無法單獨代表效率。Van Hooren 等人彙整 51 篇研究後發現,觸地時間、騰空時間、步幅與多項關節角度,和跑步經濟性的關聯多半很小或不明確;單一生物力學變項只能解釋有限的個體差異(Van Hooren et al., 2024)。落地方式可以觀察,仍要放回完整週期與跑速中判讀。

支撐期:承受負荷,傳遞力量,釋放彈性能量

支撐期由承重與能量儲存走向回彈及腳趾離地

從初始接觸到腳跟離地

腳掌接觸後,地面反作用力沿著足踝、膝、髖往上傳。踝關節在負荷下改變角度,膝與髖出現一定程度的彎曲,骨盆與軀幹維持身體方向。外觀看起來像短暫下沉,內部同時進行承重、減速、關節穩定與彈性能量儲存。

支撐腿並非獨立工作。另一條腿仍在空中移動,手臂也持續擺動。擺盪腿、骨盆與軀幹的慣性,會影響支撐側如何處理地面力量。骨盆控制不足時,軀幹可能增加側傾或旋轉;落地距離過長時,身體也可能需要更久才能越過支撐腳。

肌肉與肌腱的工作方式並不相同。Bohm 等人利用超音波與肌肉骨骼分析觀察跑步,發現比目魚肌在支撐期持續縮短,股外側肌則較接近等長工作,並配合肌腱儲存能量(Bohm et al., 2021)。影片只看得到關節位置,無法顯示每條肌纖維與肌腱如何分工。

身體接近支撐腳上方時,腳跟開始離地。這個時間點適合觀察支撐側能否形成穩定的髖部鎖定:骨盆能否保持合適位置,軀幹有沒有突然偏移,膝與踝是否仍保有張力。力量順利通過支撐側,先前承受的負荷才接得進支撐後段。

從腳跟離地到腳趾離地

質心越過支撐腳後,地面反作用力的方向改變。髖、膝與踝逐步伸展,腳跟抬起,壓力移向前足。先前拉長的肌腱開始回彈,支撐期儲存的彈性能量在這段釋放。

跑者常把這段理解成最後用力蹬地。許多肌肉活動早已在接觸前與支撐前段展開;腳趾即將離地時,身體主要在釋放已建立的張力,同時讓後腿順勢進入回收。

若支撐側直到最後才額外向後推,腳掌可能在地面停留更久,支撐腿也會更晚開始向前。後續鐘擺階段可用的時間隨之縮短,前腳可能提早落下,或在身體前方等待後腿回來。

影片裡無須只盯著腳跟抬得多高。可以看骨盆和軀幹能否維持方向、力量是否順著支撐腿傳向前足、腳掌有沒有多餘停留,以及腳趾離地後,回收能否立刻接上。

腳趾離地後:鐘擺階段立刻開始

腳趾離地後的鐘擺階段與空中剪刀動作

腳趾離地標誌支撐期結束,也是擺盪期開始。原本固定在地面、負責承重的腿,轉為在空中移動。支撐末段留下的髖部位置、足踝張力、軀幹姿勢與腿部速度,會直接帶進回收。

鐘擺階段需要連續。腳離地後,髖與膝協調屈曲,大腿開始向前,膝蓋彎曲讓腿的旋轉半徑縮短。髖部帶動近端,膝與小腿接續運動,能量沿著肢段由近端往遠端傳遞。

若大腿仍停在身體後方,只有小腿往上折,足部會在後方繞出較大的圓弧,拖慢整條腿向前的時間。影片上可能看到腳跟抬得很高,後腿卻遲遲沒有回到身體下方。

腳跟高度沒有統一標準。速度、腿長與個人結構都會改變膝關節彎曲幅度。看腳趾離地後的前幾格,大腿是否已向前移動、髖與膝是否協調屈曲、足部路徑是否朝前,以及軀幹有沒有為了帶腿而增加旋轉,會比量腳跟高度更有用。

回收腿接近身體下方後,雙腳之間的關係變得更重要,週期進入剪刀動作。

騰空期的剪刀動作:雙腳交換,前腳準備落地

回收腿向前移動時,前腿已越過最高點,開始往下、往後。兩條腿朝相反方向運動,在空中交換前後位置,形成剪刀動作。

剪刀動作是雙腳配合的結果,不能簡化成用力夾腿。後腿向前的時機、前腿向後的時機、骨盆位置與軀幹穩定,共同決定交換是否順暢。刻意收緊兩腿可能增加多餘張力,干擾原本的節奏。

前側小腿在擺盪後段向前時,腿後肌群與相關彈性組織被拉長。接著,前側大腿向後收,小腿與足部由上往下接近地面;後腿繼續向前,準備成為下一步的擺盪腿。腹肌、背肌與髖部肌群則協助骨盆維持合適位置,控制多餘旋轉。

Lenthall 等人觀察最大速度訓練前後的變化,速度提升伴隨後側大腿更早由後轉向前、前側大腿在擺盪末段更早由前轉向後,以及接觸時較短的落地距離。研究只有 15 名男性,介入也同時包含力量與跳躍訓練,不能把表現提升歸給某個技術口令;它提供的線索是,雙腿反轉的時間會改變下一次接觸條件(Lenthall et al., 2024)。

觀察剪刀動作,可以看初始接觸前後的一小段影片:前腳是否已向後移動,後腿是否已回到身體附近,腳掌是否由上往下進入接觸,以及進入地面的方向能否銜接接下來的施力。後腿仍留在遠端、前腳已經落地時,後續支撐會承受較大的時間與位置壓力。

腳掌碰地後,週期再次進入支撐。空中的落地準備、地面的力量傳遞與下一次回收彼此相連,沒有哪一段能單獨完成。

高速會收窄可用的動作解

輕鬆跑的時間比較寬裕。某個肢段晚了一點,跑者可以延長支撐、縮短步幅、增加髖膝活動,或改變軀幹位置,仍能把下一步接起來。身體能使用的動作解較多,部分協調差異會藏在補償裡。

速度提高後,接觸時間縮短,每一步承受的力量增加。落地前張力、支撐側傳力、鐘擺階段的回收與剪刀動作,都得在更短時間內完成。系統仍保有個人差異,可用解的範圍卻會收窄。

回收晚了一點、雙腿反轉慢了一點、落地位置多伸了一點,下一個階段便少掉一部分調整空間。較差的動作解會帶來更明顯的制動、支撐延長或額外旋轉,力學效率的差異也更容易從影片辨認。

Oshima 等人比較 9、13、17 km/h 的跑步,發現週期中的時間結構相對穩定,肢段之間的空間協調會隨速度重新配置(Oshima et al., 2019)。Nagahara 等人追蹤 60 公尺加速,也觀察到步頻、支撐時間、足部相對質心的位置與身體姿勢,在加速途中出現協調轉換(Nagahara et al., 2014)。跑速上升會改變身體組織動作的方式。

限制收緊之後,跑者最常使用、也最能維持的協調策略會變得清楚。高速影片顯示的是時間與力量壓力下的力學解法(Bosch & Klomp, 2005)。它不能直接代表跑步經濟性,也不能單靠畫面預測受傷。

一般跑者怎麼拍高速跑步週期

高速觀察不需要第一次就跑到全力。先充分熱身,再做數趟漸進加速;每趟之間完整恢復,最後幾趟進入當天能穩定控制的高速度。近期受傷、缺乏速度訓練經驗,或當天已有疼痛時,不安排接近最高速的測試。

手機放在跑道側面,鏡頭高度接近髖部,拍攝跑者已完成加速、速度相對穩定的區段。高幀率錄影有助於看清初始接觸、腳跟離地、腳趾離地與空中的雙腿反轉。若場地允許,再從正後方拍一組,補看骨盆、軀幹與左右兩側的路徑。

先用三個時間點定位影片:

  1. 初始接觸:腳掌剛碰到地面。
  2. 腳跟離地:身體接近通過支撐腳,腳跟開始抬起。
  3. 腳趾離地:支撐結束,後腿進入鐘擺階段。

定位之後,再沿著五段關係查看:

  1. 落地準備:前腳是否已向後移動,腳掌是否由上方進入地面,進入角度能否銜接支撐期的施力方向。
  2. 承重與傳力:接觸後的制動與下沉是否突然增加,骨盆和軀幹能否維持方向。
  3. 彈性能量釋放:腳跟離地後,力量是否順著支撐腿傳向前足,腳掌有沒有在地面停留過久。
  4. 鐘擺階段:腳趾離地後,大腿是否立刻向前,髖與膝的回收是否連續。
  5. 剪刀動作:後腿向前時,前腿是否同步向後,雙腳能否在下一次接觸前完成交換。

連續看三到五步,比挑一張最好看或最難看的定格更有意義。同一個現象反覆出現時,再往前追到最早改變的事件。落地距離突然增加,可以回看剪刀動作與鐘擺階段;腳趾離地拖晚,可以回看初始接觸後的承重與力量傳遞。

不同日期比較時,場地、鞋款、拍攝角度與跑速盡量接近。速度沒有對齊,週期差異可能主要來自速度改變。

馬拉松跑者還要看疲勞後的動作組織

輕鬆跑、高速跑與疲勞後目標配速提供不同的動作觀察條件

高速影片顯示跑者在強時間限制下如何完成力量傳遞、回收與剪刀動作。馬拉松還要面對長時間負荷:跑者進入後半程後,能否在目標配速保留相近的組織方式。

拍攝可以分成兩個情境。新鮮、充分熱身的日子,用漸進加速觀察高速協調;專項長跑後段,則以目標馬拉松配速錄下數十秒。疲勞後維持專項速度,不需要為了拍攝再做最高速測試。

比較兩段影片前,先確認速度接近。接著使用相同順序觀察:初始接觸後的制動是否增加,骨盆與軀幹能否穩定傳力,腳跟離地到腳趾離地是否變慢,後腿回收是否延遲,剪刀動作是否失去同步,前腳是否更早落下。

Hayes 與 Caplan 分析高水平 800 與 1500 公尺賽事時,發現各項目的最後一圈觸地時間都比第一圈長,顯示接觸特徵會隨比賽進程改變(Hayes & Caplan, 2012)。中距離賽事不能直接代替馬拉松證據。這項結果仍提醒我們,新鮮狀態拍到的動作無法涵蓋疲勞後的維持能力。

目前本地文獻沒有直接驗證這個功能框架在馬拉松疲勞前後如何變化。判讀時適合比較同一名跑者、相近配速與相近拍攝條件,找出力量傳遞、鐘擺階段或剪刀動作從哪裡開始改變。

從週期裡最早改變的地方安排訓練

影片可以定位事件,單靠畫面無法診斷原因。鐘擺階段回收延遲,可能和支撐末段、髖部力量輸出、節奏選擇或疲勞有關;剪刀動作沒有及時完成,也可能是更早的回收已經變慢。速度資料、訓練背景、力量能力、疼痛史與跑者感受都要放進判讀。

若回收只在高速時延遲,可以檢查速度暴露是否不足,並安排短距離、完整恢復的高速協調練習。若力量傳遞與剪刀動作在長跑後段才改變,訓練方向可能落在肌力、肌腱能力、目標配速耐久或補給。若各種速度都出現疼痛、明顯左右差異或動作突然改變,適合交由醫療與運動專業人員進一步評估。

支撐期與擺盪期標示腳在什麼時間接觸地面。力量傳遞、彈性能量、鐘擺階段與剪刀動作,則讓各時間點彼此連起來。高速會收窄可用的動作解,疲勞會考驗原有解法能維持多久。沿著完整週期觀察,才容易找到下一步從哪裡開始失去銜接。


參考文獻

  1. 1. Bohm S, Mersmann F, Santuz A, Schroll A, Arampatzis A. Muscle-specific economy of force generation and efficiency of work production during human running. eLife. 2021;10:e67182. ↗
  2. 2. Bosch F, Klomp R. Running: Biomechanics and Exercise Physiology in Practice. Elsevier Churchill Livingstone; 2005.
  3. 3. Hayes P, Caplan N. Foot strike patterns and ground contact times during high-calibre middle-distance races. Journal of Sports Sciences. 2012;30(12):1275–1283. ↗
  4. 4. Lenthall D, Brazil A, Castaño-Zambudio A, Lightfoot H, Mendiguchia J, Jiménez-Reyes P, Colyer SL. Lower-limb coordination changes following a 6-week training intervention that elicited enhancements to maximum velocity sprint performance. Biology Open. 2024;13(9):bio060589. ↗
  5. 5. Nagahara R, Matsubayashi T, Matsuo A, Zushi K. Kinematics of transition during human accelerated sprinting. Biology Open. 2014;3(8):689–699. ↗
  6. 6. Oshima H, Aoi S, Funato T, Tsujiuchi N, Tsuchiya K. Variant and invariant spatiotemporal structures in kinematic coordination to regulate speed during walking and running. Frontiers in Computational Neuroscience. 2019;13:63. ↗
  7. 7. Van Hooren B, Jukic I, Cox M, Frenken KG, Bautista I, Moore IS. The relationship between running biomechanics and running economy: A systematic review and meta-analysis of observational studies. Sports Medicine. 2024;54(5):1269–1316. ↗

如果這篇文章對你有幫助,歡迎 請我喝杯咖啡 ☕ 繼續創作。


分享這篇文章:

下一篇
Joe Vigil 的週期化訓練原則