下肢刚度对跑步经济性影响的研究进展

跑步经济性是指在给定的亚极限跑速下的能量消耗,被认为是影响长跑成绩的关键因素之一。下肢刚度是指在外力作用时,抵抗其阻力的能力。本文采用文献资料法、逻辑分析法等研究方法,对垂直刚度、腿刚度以及关节刚度对跑步经济性的影响进行综述。结果发现:垂直刚度、腿刚度与能量消耗呈负相关关系,垂直刚度随着跑速的加快而增加,腿刚度在跑步时变化较小;关节刚度,尤其是髋、膝、踝关节的刚度,直接影响步态稳定性、能量传递效率,其变化影响跑步的经济性和效率。

慢跑状态下跑鞋类型对跑步经济性的影响

跑步经济性是指维持某次极限特定跑步速度下的能量需求,是影响长跑成绩的主要原因,跑鞋类型对跑步经济有一定的影响,跑鞋类型选择不当会增加运动耗氧量、运动疲劳感,给人体的运动安全造成隐患。基于此,本文对跑步经济性的定义进行阐述,分析了跑鞋的质量、类型和跑鞋抗弯度等因素对跑步经济性的影响。

跑步经济性——神经肌肉因素与力量训练的影响

目的:分析神经肌肉因素与力量训练对跑步经济性(Running Economy,RE)的影响。方法:本文主要针对四方面进行了回顾总结:1)RE的测量和评价方式,2)神经肌肉因素对RE的影响,3)力量训练对RE的影响,4)耐力项目的力量训练安排。结果:神经肌肉因素是制约RE的重要方面,且力量训练相比耐力训练和和高原训练,能够通过提高运动单位募集水平、拉伸-缩短循环功能、肌肉肌腱刚度等方式提高RE,其应用前景更高。结论:耐力运动员需要更加科学化的选择评价RE的方式和提高RE的力量训练方法,以及力量训练在周期训练中的合理嵌入,从而提高耐力水平。

慢跑鞋前掌屈曲刚度对男性跑者的跑步经济性及下肢关节功的影响

目的:探讨慢跑鞋前掌屈曲刚度对男性跑者的跑步经济性及下肢关节功的影响。方法:通过改变中底凹槽的密度和深度制作5双不同屈曲刚度的慢跑鞋(A、B、C、D、E鞋的屈曲刚度依次减小),分析11名男性跑者分别穿这5种鞋跑时的耗氧量及下肢关节做功。结果:慢跑鞋前掌屈曲刚度对男性跑者跑步经济性及慢跑支撑阶段跖趾关节的正功、负功表现出统计学差异,但对髋、膝、踝关节的机械功差异无统计学意义,中等屈曲刚度的跑鞋跖趾关节机械功与耗氧量均表现为最低,屈曲刚度最大和最小的跑鞋较高。结论:慢跑鞋前掌屈曲刚度对男性跑者的跑步经济性及跖趾关节机械功的影响呈现先减小后增大的趋势,刚度过大和过小的跑鞋均会增大跖趾关节的机械功,降低跑步经济性。慢跑鞋前掌屈曲刚度对男性跑者跖趾关节机械功的影响可能是其影响跑步经济性的原因。

跑鞋抗弯刚度调整对下肢生物力学表现及跑步经济性的影响研究

目的:探究跑鞋纵向抗弯刚度(longitudinal bending stiffness,LBS)调整对跑步过程中下肢生物力学功能调整以及跑步经济性(running economy,RE)的影响。方法:选取15名男性马拉松跑者为受试者,对照跑鞋的LBS为0.06 Nm/deg(LLBS),通过在鞋中底添加全掌碳板增加LBS至0.32 Nm/deg作为高LBS测试跑鞋(HLBS)。同步采集受试者在4 m/s配速下随机穿着2种跑鞋的下肢运动学与地面反作用力参数,通过逆向运动学与逆向动力学计算下肢髋、膝、踝及跖趾关节角度、力矩、功率及做功(能量学)特征。采集跑台疲劳测试过程的氧耗量反映跑步经济性。结果:随着跑鞋抗弯刚度提升,跖趾关节背屈活动受限,跖屈触发时间提前,跖屈力矩增大,跖趾关节做正功增加,做负功减少,同时膝关节做正功减少;跑步经济性在跑步疲劳测试期间的平均值无显著差异,HLBS跑鞋可提升受试者接近疲劳(80%时刻)状态时的跑步经济性水平。结论:跑鞋LBS增加使下肢关节在恒定跑速下做功重新分布,关节做正功随着鞋具LBS的增加由膝关节向跖趾关节分散。据此推测跖趾关节处能量反馈效率的提升,可能是碳板弹性势能助力导致跖趾关节跖屈力矩增大以及支撑期跖屈触发时间提前共同作用的结果。跑台测试接近疲劳状态时,跑鞋LBS增加导致跑步经济性提升的机制可能是下肢做功由近端大关节向远端小关节分散,近端关节周围大肌群做功减少,耗氧量降低。

长跑运动员最大力量训练的设计及其对跑步经济性的影响

目的:结合长跑运动员常规耐力训练情况,设计最大力量训练方案,并通过对比力量训练前后有氧机能、力量素质以及跑步经济性等指标的变化情况,评定力量训练方案的有效性。方法:19名男子长跑运动员被随机分为实验组(n=10)和对照组(n=9)。除在实验前完成5 000m跑测试外,受试者还需在6周实验前、后分别完成形态测试、递增负荷测试、恒定负荷测试及力量测试。结果:实验前、后,两组受试者的体重、骨骼肌质量及最大耗氧量(VO2max)未发生明显改变(P>0.05);两组受试者的无氧阈(AT)均显著提高(P>0.05),但增幅无显著差异(P<0.05);对照组的VO2max跑速、最大力量、发力率及跑步经济性变化不明显(P>0.05),而实验组不但有显著或非常显著的提高(P<0.05,P<0.01),且增幅也不同程度地显著高于对照组(P<0.05,P<0.01);实验组跑步经济性的改善与最大力量的提高存在显著的相关关系(r=-0.63,P<0.05)。结论:每周3次,共持续6周,约占耐力训练总量1/10的负重半蹲最大力量训练,并不会影响长跑运动员有氧机能的发展,且可有效增强神经肌肉功能,改善跑步经济性。

同期耐力与力量训练对长跑运动员跑步经济性及耐力表现相关指标影响的Meta分析

目的:采用Meta分析方法系统评价同期耐力与力量训练对长跑运动员跑步经济性(running economy,RE)及体重(body mass,BM)、最大摄氧量(maximal oxygen uptake,V.O2max)、场地跑计时跑成绩(time trial,TT)等耐力表现相关指标的影响,为长跑运动员的训练实践提供有力的证据支持。方法:截至2019年6月8日,于CNKI及Pubmed、Springer、Embase、Sportdiscuss、ScienceDirect数据库检索文献。制定文献纳入及排除标准,制作数据提取表格,由2名有经验的评价员独立完成文献的初筛、全文筛选以及数据提取工作。以PEDro量表评价文献质量。运用Revman 5.3和Stata 12.0软件分别进行异质性检验、数据合并、亚组分析、绘制森林图及敏感性分析、Meta回归分析,绘制漏斗图并进行发表偏倚评价。结果:15篇文献中的17份研究纳入本Meta分析,含无系统力量训练经历的一般及高水平长跑运动员276人。PEDro量表评分6分的研究10份,4~5分7份,总体方法学质量较高。同期训练对BM无显著性影响(P>0.05)。最大力量训练及包含最大力量训练的混合力量训练,与爆发力训练对BM的变化有着相似的效应(P>0.05)。同期训练对V.O2max无显著性影响(P>0.05),但较等量训练而言,增量训练可能会引起V.O2max降低(P=0.08)。训练水平是造成同期训练对TT影响研究间异质性的因素,同期训练对高水平运动员TT的促进效应非常显著地高于一般水平运动员(SMD:高水平组-1.46[-2.33,-0.60]vs一般水平组0.29[-0.19,0.76],P<0.01)。同期训练对RE的改善有中等程度,且具有非常显著性影响(SMD:-0.52[-0.86,-0.18],P<0.01)。爆发力训练、最大力量训练以及包含以上2种形式的混合力量训练对RE的改善有相似的促进效果(P>0.05),但等量训练的效果优于增量训练(P<0.05)、训练周期9~12周优于6~8周(P<0.05)。频率2~3次/周的训练可能优于1次/周(P=0.05)。结论:同期耐力与力量训练能有效促进长跑运动员RE的改善,且不会增加BM,但RE的改善更易在高水平运动员中转化为成绩的进步;训练频率2~3次/周,持续9~12周的力量训练更有可能收到理想的效果;在不降低耐力训练量的情况下,额外加入力量训练,会减弱RE的改善效果,并有影响最大有氧能力发展的风险。

分期力量训练对中长跑运动员跑步经济性的影响

为探索分期与传统力量训练对中长跑运动员跑步经济性的影响,以西安体育学院竞技体校12名男子中长跑运动员为研究对象。经12周对比实验发现:与非分期力量训练相比,分期力量训练对中长跑运动员最大摄氧量和跑步经济性提高效果更明显。而且,在影响程度上表现出对65%VO2max的RE影响程度最显著,对应5 000 m专项成绩提高的幅度也最大,其次为75%VO2max的RE。相比之下,85%VO2max的RE提高的幅度最小。结果说明分期力量训练有助于中长跑运动员跑步经济性的提高,具有专项特征。分期力量训练可按基础期、最大力量期、肌肉耐力转化期、保持期及过渡期进行。

跑鞋前脚掌屈曲刚度对跑步效率及下肢关节功的影响

简述了跑鞋前脚掌屈曲刚度的研究现状,选取12名体育学院学生作为受试者,通过嵌入不同刚度的鞋垫,设计了低刚度、中等刚度、较高刚度和高刚度4种跑鞋。采集受试者心率、RPE量表评分和20~30 m段的平均速度,以分析跑鞋前脚掌屈曲刚度对运动员跑步效率的影响。采集下肢各关节最大力矩、关节正功、关节负功等数据,探究穿着不同前脚掌屈曲刚度跑鞋情况下各关节做功的改变。结果表明,适当增加跑鞋前脚掌屈曲刚度可提升跑步速度,有助于提升运动表现和跑步经济性,但刚度过高容易引起运动疲劳;前脚掌屈曲刚度的改变主要影响下肢膝关节和踝关节,对各关节最大力矩、最大正功率、关节正功的影响不明显,选择较高刚度跑鞋可明显减轻膝关节负功,保护跖趾关节和踝关节,降低运动损伤风险。

最大力量练习对中老年人跑步经济性的影响

目的探讨最大力量练习对中老年人跑步经济性的影响。方法运用实验、数理统计、逻辑分析等方法,对实验组的10名健康且有运动习惯的中老年人进行6 w的最大力量训练,对照组的10名健康且有运动习惯的中老年人进行正常的日常力量锻炼。结果 6 w的最大力量练习对提高中老年人跑步经济性具有非常显著的效果。结论每周3次,共持续6 w,约占耐力训练总量1/10的负重半蹲最大力量练习,并不会影响中老年人有氧机能的发展;相反,可以有效增强中老年人神经肌肉功能,改善其跑步经济性。

影响跑步经济性的人体下肢肌肉做功研究

探索人体下肢肌肉做功对跑步经济性的影响,选择受过良好训练且水平在一级左右的男子中长跑运动员15人。根据V.O2max相对值及800m运动成绩,最终确定7人为研究对象。研究发现,在摆动和支撑阶段,臀大肌的做功排名与RE呈负相关(r=-0.89,P<0.01);表征摆动阶段的腓肠肌外侧和腓肠肌内侧以及支撑阶段的股直肌、股外侧肌、胫骨前肌和腓肠肌外侧等肌肉做功的主成分与RE呈负相关性(r=-0.80,P<0.05)。研究表明,提高运动员在拉长-缩短周期(SSC)的做功能力可以有效地改善运动员的跑步经济性。建议对中长跑运动员在训练过程中尝试穿插爆发性力量训练,从而通过改善SSC的做功效率来提高运动员的跑步经济性。

中跑运动员跑步经济性与运动成绩的相关性研究

探索中跑运动员跑步经济性(running economy,RE)与运动成绩的相关性,通过实验探索出中跑运动员RE测试的最佳负荷。根据.VO2max相对值及800 m运动成绩,最终确定7人为研究对象。研究结果发现,7名受试者运动成绩的排序和RE12的排序相关性呈现出高度显著性(r=0.98,P=0.00)。研究结论表明,800 m运动成绩越好,RE12水平越好;同时也发现,选择12.0 km/h的测试速度评价中跑运动员的RE水平比较适合。

影响跑步经济性的动力学因素

为了探索影响中跑运动员个体间跑步经济性(running economy,RE)差异的动力学因素,根据VO2max相对值及800m运动成绩,最终确定7人为研究对象(年龄(21.43±0.53)岁;身高(172.8±3.79)cm;体重(63.66±3.82)kg;训练年限(4.57±0.98)年;RE(35.65±2.58)mL·kg-1·min-1)。研究结果发现,RE分别与力的峰值、力的波动范围及冲量相关性都不显著。研究结果表明,垂直方向、前后方向和内外方向的地面反作用力以及跑步支撑阶段冲量,并不是造成中跑运动员RE差异的原因,但是,RE较差的中跑运动员表现出在垂直方向冲量较大的趋势,RE的差异可能是人体下肢肌肉做功的差异造成的。

利用能量单位评价跑步经济性的有效性研究

目的:利用便携式肺功能仪,在场地条件下测试中跑运动员4种次极限跑速时的跑步经济性(RE),比较以时间耗氧(ml/kg/min)、距离耗氧(ml/kg/km)和距离耗能(kcal/kg/km)单位评价RE的有效性。方法:10名中跑运动员在标准田径场跑道上完成1次递增负荷测试和1次持续4个回合的恒定负荷测试。通过递增负荷测试获取最大耗氧量(VO2max)和无氧阈(AT),并分别以70%、80%、90%、105%AT强度完成5～10min恒定负荷测试,取稳态耗氧量及相关呼吸指标计算3种不同单位表示时的RE。结果:3种单位表示的RE在两两间均呈现出非常显著的相关关系(P<0.01)。随运动强度的增高,单位时间的耗氧在每级间均显著增高(P<0.05);单位距离的耗氧则无明显变化(P>0.05),且在80%～105%AT强度间出现微弱的降低;单位距离的能耗在70%～90%AT间缓慢增高(P>0.05),但在90%～105%AT间增高显著(P<0.05);呼吸交换率(RER)则在80%～105%AT间出现了不同程度地显著提高(80%～90%AT:P<0.05,90%～105%AT:P<0.01)。结论:无论是时间耗氧单位还是距离耗氧单位,都忽略了底物利用的不同对耗氧量的影响,无法有效评定RE。能量单位更符合RE的本质特征,与运动实践更加相关,是评定RE的有效单位。

食指和无名指指长比率(2D∶4D)与跑步经济性的相关性研究

研究目的是为了探索食指与无名指指长比率(2D:4D)与跑步经济性(running economy,RE)的相关性。选择12名中长跑二级运动员作为研究对象,其中,男性6名,平均年龄20岁、身高(1.76 3.85)m、体重(67.07 4.02)kg、BMI(21.50 1.18)kg/m2;女性6名,平均年龄20岁;身高(1.68 0.11)m、体重(57.61 7.11)kg、BMI(20.50 1.74)kg/m2。研究方法采用MAX-II运动心肺功能测试系统测量RE,采用Image J软件测量食指与无名指指长,通过皮尔森相关分析RE与2D:4D之间的关系。研究结果发现,男子受试者RE与左手2D和4D比率之间的相关性呈现出高度显著性(p<0.01),而RE与男性的右手、女性的左手和右手2D和4D比率之间的相关性不具有显著性(p>0.05),但均表现出正相关的趋势。研究结论表明,2D:4D比值越小,受试者的RE值存在越好的趋势。

跑步经济性重测信度研究

为了探索在同一天(上午和下午)跑步经济性(RE)的重测信度,选择12名定向越野和中长跑项目学生运动员作为受试对象,其中女生5名,男生7名,RE测试时间为同一天的上午09:00和下午14:30,室内气温20℃,湿度45%,结果发现,上午RE的值为(32.62±2.90)mL/(kg.min),略低于下午RE的值(32.94±3.05)mL/(kg.min),上下午RE测试结果的组内相关系数为0.928,说明RE重测信度极好。结果表明,同一天的上午和下午RE测量结果比较稳定,重测信度可靠性极高。

耐力训练、神经骨骼肌系统适应与跑步经济性

跑步经济性和运动成绩密切相关。进行专项运动训练,下肢运动肌募集方式更为精炼。耐力训练可诱导神经骨骼肌系统发生适应,降低代谢需求,提高运动成绩。自行车运动单项与多项组合项目相比,下肢运动肌募集方式存在差异。目前,研究非常关注单项与多项组合项目诱导神经骨骼肌系统适应间的差异。但是,并不清楚这些特异性神经骨骼肌系统适应是否有助于提高或损害耐力性项目的运动成绩?神经骨骼肌系统适应可能在影响耐力性项目的运动成绩。力量训练和超等长训练可提高运动的经济性,但这些适应性的变化对跑步时运动肌募集方式产生多少有益的影响并不清楚。当前,尚没有充足的证据显示拉伸训练和运动鞋可提高运动的经济性。

跑步经济性研究述评

对国内外跑步经济性研究成果进行回顾与分析。国外自上世纪60年代开始对跑步经济性进行研究,经过半个世纪的发展,跑步经济性研究在概念体系、影响因素、评价标准以及成绩预测、训练方法等方面取得丰富的研究成果。目前认为,跑步经济性(RE)较最大摄氧量(V02max)更能反映(评价)有氧耐力水平,具有较强的可训性。国内跑步经济性研究起步较晚,研究成果以生理学、心理学、训练学为多,但发展并不均衡。

不同方法定量评价跑步经济性隔日测量的可靠性

为了探索RE隔日测量结果的可靠性,采用配对t检验、Pearson相关系数、组内相关系数(intra-class correlation coefficients,ICC)以及Bland-Altman法进行验证。选择12名定向越野和中长跑项目学生运动员作为研究对象,其中女生5名,年龄(20.50±1.00)岁,身高(163.01±4.27)cm、体重(52.96±3.28)kg;男生7名,年龄(20.25±0.71)岁,身高(173.64±4.64)cm,体重(66.57±4.60)kg。隔日测量RE,测试时间和测量顺序均一致,室内气温20℃,湿度45%,结果发现,RE隔日测量结果配对t检验差异没有显著性,相关性呈高度相关;组内相关系数ICC结果较高,Bland-Altman图形中2次RE测量结果差值的分布服从正态分布,所有的差值数据均在95%的一致性界限以内。结果表明,RE隔日测量可靠性比较高,但是,影响RE的因素非常复杂,在实际测量的过程中,要始终保证受试者在前后测量身体处于非疲劳状态,测试前两天保证受试者进行30 min以上的熟悉跑台跑步,前后两次测试顺序和测试时间尽量保持一致。

恢复期摄氧量与跑步经济性的相关性研究

为了解恢复期摄氧量与跑步经济性之间的关系,先通过实验测量恢复期摄氧量与跑步经济性的结果,然后通过统计分析得出二者之间的关系,试图建立用自变量恢复期摄氧量推测因变量跑步经济性的回归方程。该研究选择12名定向越野和中长跑项目学生运动员作为受试对象,采用MAX-II运动心肺功能测试系统测量摄氧量,让受试者在10 km/h的速度下跑5分钟,最后2分钟的摄氧量的平均值作为跑步经济性,恢复期摄氧量选择恢复期前10秒的摄氧量。研究发现,自变量恢复期前10秒的摄氧量测量结果为(33.84±3.12)ml.kg-1.min-1,跑步经济性的测量结果为(33.45±3.24)ml.kg-1.min-1,自变量恢复期前10秒的摄氧量与因变量跑步经济性之间差异不具有显著性(P>0.05),二者之间的相关系数为0.92(P<0.01),基于恢复期前10秒的摄氧量推测跑步经济性的回归方程为:y=3.297+0.893x。研究表明,恢复期前10秒的摄氧量与跑步经济性之间高度相关,可以利用运动后恢复期前10秒的摄氧量推测跑步经济性。