跑步技术分析：什么是高效能的跑步动作？

作者：daren

来源：运动科学圈

高效能的跑步技术动作

单就跑步的技术层面而言，笔者认为一套良好的跑步技术动作，必须合乎力学的原则，才能节能省力；并且还要配合人体的解剖结构特点，才能使动作做得更顺畅和有效。为了方便分析，可以把跑步时的姿势分成躯干（包括头部）、手部动作和腿部动作三个环节去探讨。细心观察一些世界级的优秀跑步运动员，无分男女和赛程，他们跑步时在这三方面都或多或少有些共通点。

就以在伦敦奥运（2012）及里约奥运（2016）都赢得男子 5,000米及 10,000米跑冠军的英国长跑运动员 Mo Farah为例（上图），他跑步的时候，身体的躯干都颇为挺直，头部与躯干成一直线，眼平望。手部动作幅度不会太大，手肘大约屈曲成 90度左右。腿部着地时膝关节微屈，着地点大约落在身体重心的投影点之下稍前位置（通常是一只脚掌以内）。着地时以前脚掌的外侧先接触地面，继而过渡至全脚掌（包括脚跟）着地，并且很快便强而有力地蹬伸支撑腿，最后从脚趾推离地面。蹬地腿（亦即刚才的支撑腿）离开地面后，脚跟便迅速向臀部折叠，然后再向前摆动，准备再次着地；两腿也就不断重复这样的动作。

在下面的连环图中可见，Mo Farah 接近 2米的步幅是由强而有力的后蹬做成，而并非刻意把腿向前跨所做成，因为每当他的脚着地时，脚的著地位置始终是落在身体重心的投影点附近，短过一只脚掌的距离。其实不单止是长跑的腿部动作如此，就算是 40步内就可以跑完 100米（步幅接近 2.5米）的牙买加飞人兼 100米及 200米世界纪录保持者 Usain Bolt （右上图）为例，其腿部的动作与 Mo Farah 比较也是大同少异。Usain Bolt 腿跨出去的幅度虽然较大，回收时的力度也更猛，但脚着地时的位置和方法与 Mo Farah 并无显著分别，只是脚接触地面的时间更短，并且能够在更短瞬的时间内发挥最大的蹬地力量。

下面为 Mo Farah 跑步时的连串动作

下面为 Usain Bolt 跑步时的连串动作

本文前面也曾提及过模仿在技能学习（特别是认知阶段）的重要，世界冠军当然是绝对优秀的运动员，但这并不代表他们必定是最佳的技术模仿对像。就以捷克火车头 Emil Zatopek、日本女子马拉松运动员安藤友香（最佳时间：2小时 21分 36秒）及能够多次在 2小时 08分左右就可以完成一个马拉松的 2018年美国波士顿马拉松冠军川内优辉为例，他们无疑是顶级的长跑运动员，但从力学的角度去分析他们的跑步技术，则有很明显的改善空间。

我们须知道要成为一场世界级比赛的冠军，除了技术上的考虑外，其实还要有许多因素的配合，如遗传（身高、最大摄氧量、红白肌肉纤维比例）、心理质素、天时、地利和对手等，当然更离不开适当的身体及心理训练。因此，就算技术动作不够好，一个运动员仍有机会借着其他方面的优势而夺得冠军。

下左图（中间黄衣）为安藤友香，右图为川内优辉。

安藤友香的双手比其他优秀运动员明显垂得更低，这会增加了手臂以肩关节为轴摆动时的转动惯量，降低了摆臂速度，也就同时影响了腿的摆动速度和幅度。

注：手臂（手）和腿（脚）是要配合着（左手右脚、右手左脚）活动，如果手臂的活动速度被限制了，就算腿有更好的力量，也是无法单独先进行活动。

川内优辉的手臂摆动时左右扭动的幅度很大，尤其是右手，有点似乒乓球的正手击球，这种扭动的摆臂动作肯定会降低了运动员向前的流畅度（也就是速度）。

笔者认为要了解真正优秀跑步技术的特点，最好就是同时观察一群正在比赛的世界级运动员，然后再比较他们在跑步技术上的异同。现在资讯科技发达，实在不难在 Youtube 等网站上找到一些世界级运动员比赛时的片断。

从比赛片断中可见，这批顶级长跑运动员（不一定只是冠军选手），跑步时都有以下的共通点：

▓ 头部与躯干成一直线。

▓躯体相对挻直，最多只有极轻微的前倾。

▓全程跑起上来都很轻松自然（速度其实很快，接近 1:00 至 1:06 一圈）和有节奏感。

▓手肘在摆臂过程中的角度绝少超过 90度。

▓以肩关节为轴摆动手臂，而且摆臂动作的幅度很少。

▓从正面观察时，手臂是向着身体的纵轴摆动，但却没有超过纵轴而做成上身过分扭动。

▓步幅虽大，但绝大部分运动员的脚都是在身体重心在地上投影点前方很近的位置（约一只脚掌距离内）着地。

▓脚部着地时，多是以脚前掌外侧先着地，再过渡至全脚（包括脚跟）着地；而且整个动作都是在极短迅间完成。

▓脚着地时（即支撑阶段开始），膝关节先微屈；再伸展及过渡至后蹬（即支撑阶段后期腿部充分伸展蹬直）。

▓支撑腿蹬伸时，最后是从脚趾推离地面。

▓支撑腿蹬离地面后，脚跟迅速向臀部靠拢折叠，然后再向前摆动（成为摆动腿）。

▓摆动腿送前后，小腿自然垂下，准备作下一轮的「着地、支撑、折叠、前摆」动作。

▓两腿交替进行「着地、支撑、折叠、前摆」动作的同时，双手亦适当配合摆动（左手右脚、右手左脚）。

注：脚部着地动作可能需要再透过慢动作重播软件（如 Coach's Eye）协助观察。

高效能跑步技术动作背后的理据

观察过世界级跑步运动员的姿势后，接着就要再看看这些姿势与力学的基本原则和人体的生理结构特点是否相乎。

一、牛顿定律

跑步与牛顿定律其实有非常密切的关系。

1. 牛顿第一定律

牛顿第一定律（惯性定律）指出，除非受外力作用迫使物体改变其状态，物体趋于保持静止或向同一方向作匀速直线运动。

因此，必须要对人体施力，方可以躯使其从静止的状态起步和加速。

2. 牛顿第二定律

根据牛顿第二定律（加速度定律），物体的加速度与它所受的力的大小成正比，并和它的质量成反比；物体加速度的方向与所受的力的方向相同。

力 = 质量 x 加速度

由于人体的质量在跑步时大致上保持不变（虽然汗液过度流失会使体重下降），所以施加的力越大，人体的加速度就越高。

3. 牛顿第三定律

牛顿第三定律（作用力与反作用力定律）指出当一个物体的力作用于另外一个物体时，第二个物体必然会对第一个物体产生一个大小相等但方向相反的反作用力。

在跑步的过程中，把人体推动向前的力，主要就是来自肌肉收缩时产生的力量，当这鼓力量（亦即作用力）向地面实施时，地面便会对人体回应一鼓大小相同，但方向相反的力量（亦即反作用力），驱动人体前进；而施加于地面的作用力越大，反作用力也越大，驱动人向前的力量也就越大，人体向前时获得的加速度也越高，跑起来的速度亦越快。

肌肉收缩的力量大小，与肌肉的横切面面积有关。肌肉的体积越大，内里组成的肌肉纤维越多，横切面面积通常也越大，收缩的力量自然越大。此外，白肌肉纤维通常较粗壮，无氧代谢能力较高，神经传导速度较快，当然有利于速度上的发辉；反过来说，红肌肉纤维的有氧代谢能力较高，所以抵御疲劳的能力较好，有利于耐力项目的表现。因此，研究往往发现世界级的精英短跑运动员，腿部肌肉内的白肌肉纤维比例较高，而精英长跑运动员腿部肌肉内的红肌肉纤维比例则较高（其实这些都是自然选择，natural selection 的结果）。训练虽然不能改变肌肉纤维的类型（即红变白，或白变红），但却可以增强各种肌肉纤维的工作能力，这都可以在不同程度上提升运动表现。

恒常的跑步训练，可以使到腿部的肌肉发达，力量增加，如果再配合适当的阻力训练（如重量训练），就可以锦上添花了。不过，肌肉发达虽然有利于力量表现，但肌肉增多了亦使人体在跑步时的负重增加了，如果未能互相好好配合，过分发达的肌肉可能反会变成跑步时的负累。

二、手部动作

从力学的观点看，能够把人体驱动向前的只有腿部的动作（Pontzer 等，2009），手部动作的主要作用只是抵销两腿前摆时产生的角动量（angular momentum），从而减少身体的扭动，无论在支撑或推动身体前进方面，其贡献只是微乎其微：从 1%（Hamner等，2010）到 5-10%（Hinrichs 等，1982）。

三、脚部的著地动作

在一系列的腿部动作中，一向最具争议的就是脚部的著地动作。根据 Lieberman 等（2010），一般有三种著地的方式：

▓脚跟先着地（rear-foot strike，RFS 或 heel strike）

▓脚掌和脚跟同时着地（mid-foot strike，MFS）

▓脚掌先着地（forefoot strike，FFS）

无论是过往，甚至是现在，仍然有些人主张跑步时（特别是长跑）应该以脚跟先着地，然后滚动至脚前掌，再以脚趾蹬离地面。不过，这种著地方法会降低了向前的动量（momentum），因为以脚跟先着地的人，腿部通常都会过度前伸，于是著地时产生了刹停（braking）的效果。此外，这种著地方式亦会延长了足部接触地面（foot-ground contact）的时间。

Lieberman 等（2010）的研究指出不论是穿鞋或赤足跑，如果以脚跟先着地，便要反复应对来自地面垂直反作用力（vertical ground reaction force）形成的短暂冲击力（相当于体重的 1.5 至 3 倍），增加跑步受伤，特别是胫骨应力性骨折（tibial stress fracture）和脚底筋膜炎（plantar fasciitis）的机会。反过来说，若果以脚掌先着地，就算是赤足跑，都不需要应对类似的冲击力；而且在相同速度之下，脚掌先着地要承受的冲击力比脚跟先着地要少 3 倍。如此看来，无论是从运动受伤或力学的观点，以脚跟先着地的跑步方式都并不可取。

笔者认为较合理的著地方法应该是以脚前掌（外侧）先着地，然后再过渡至全脚触地（包括脚跟），因为这不但可以借此缓冲部分脚着地时因地心吸力所产生的撞击力，还可以让脚部的软组织储存着地时收集得来的能量（跑步时，人的双腿就像弹簧般运作）。Cavagnagh 等（1980），和 Lieberman 等（2010）都认为以脚掌先着地，再过渡至全脚着地能更有效利用小腿、足弓、跟键等软组织于着地时储存的弹性能量（elastic strain energy），待蹬地阶段时再反冲（recoil ）出来。Ker 等（1987）指出，一个 70千克重的人以 4.5 米/秒（即 16.2 千米/小时）速度跑步的时候，单就阿基里斯键（跟腱）及足弓就分别诸存着 35% 及 17% 的弹性能量贡献。Saunders 等（2004）更指出，如果没有了这两个能量储存机制，跑步时的耗氧量将要提升 30至 40%。

不过，要留意的就是以脚前掌先着地并不代表不许脚跟触地。其实就算是短跑运动员（包括顶级运动员，如 Usain Bolt），大部分着地后脚跟都会触及地面（只是时间非常短暂）。

Payne（1983）发现，在 18 个参与 200米或以下距离赛事的国际级短跑运动员之中，只有一个的脚跟是不接触地面；在另一组共有 41 个从事 400米至 1500米赛事的国际级运动员之中，亦只有 6 个是采用脚跟不接触地的技术。因此，笔者认为无论是短跑还是中长跑运动员，都不应刻意禁止脚跟着地，以便更有效利用脚部软组织储存的弹性能量。

Nett（1964）指出，当跑的距离增长时，速度会相应变慢，脚着地的部位也会向脚跟方向后移（注意：并不是转为脚跟先着地），所以笔者认为毋须太过着意是脚前掌先着地还是全脚着地（即脚掌和脚跟同时着地），以免造成著地时脚部肌肉的过度紧张。只要不是刻意用脚跟先着地，便只须安心放脚着地，如果跑速较快自然会偏向以脚掌较前位置着地，再过渡至全脚着地（包括脚跟）；如果跑速较慢，脚着地的部位也自然会向脚跟方向后移。此外，正如 Deshon 与 Nelson（1964）指出，脚着地的位置，应该尽量接近身体重心在地上的投影点。

四、支撑阶段的过渡

腿部自屈膝缓冲，脚部着地的支撑阶段初期开始，会逐渐过渡至支撑阶段后期的后蹬阶段。在支撑阶段初期（着地阶段），股四头肌主要负责制动和支撑身体（Cappellini 等，2006；Hamner 等，2010），臀大肌、臀中肌和内收长肌亦起着附助的作用（Liu 等，2008；Hamner 等，2010）。人体向前移动主要是支撑阶段后期，两腿交替蹬地的结果。通过伸展蹬地腿的髋、膝、踝关节，一鼓较体重大的力量就会依向后及向下的方向，作用于地面（即作用力），从地面以反方向回传过来的反作用力，就会作用于人体并推动其前进。

当摆动腿通过身体垂直部位向前摆动时，支撑腿的蹬地阶段也就正式开始。臀部肌肉是伸展髋关节（蹬腿）的主要力量来源，膝关节及踝关节的蹬伸只是「顺势」完成。支撑阶段中期（蹬地阶段）开始，主要是以腓肠肌和比目鱼肌，支撑及推动身体前进（Novacheck，1998；Hamner等，2010）。小腿肌肉（腓肠肌和比目鱼肌）在蹬地阶段的贡献也是其中一项较具争议的环节。虽然Reber（1993）指出在蹬离地面之前，腓肠肌和比目鱼肌早已终止了活动，但亦有不少研究指出在快速行走（Liu等，2008）、在介乎行与跑过渡阶段时的速度（1.96 m/s）跑（Sasaki 与 Neptune，2006）和以 3.96 m/s（4:12/Km）的速度跑步时（Hamner等，2010），都是主要靠腓肠肌和比目鱼肌去支撑及推动身体前进。

五、后折及前摆

支撑腿蹬离地面后，小腿亦迅速向大腿靠拢，形成大、小腿边折叠边前摆的动作。当小腿向后、向上靠拢大腿的时候，脚部应尽量贴近臀部，从而把腿的转动惯量（moment of inertia）降至最低和增加角速度（angular velocity），使腿可以更迅速地向前摆出。小腿的折叠，实际上只是臀部肌肉伸展髋关节时，牵张反射的结果，不应主动用力拉小腿向大腿靠拢，以免增加无谓的能量消耗。