基于華為運(yùn)動(dòng)手環(huán)的跑姿研究

趙一帆 戴劍松 尹曉蕓 李佳壕

(南京體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)健康學(xué)院 江蘇南京 210018)

近年來(lái)，隨著全民健身意識(shí)的提高，越來(lái)越多的人更加積極地參與跑步運(yùn)動(dòng)，馬拉松也成為當(dāng)下的熱門運(yùn)動(dòng)。跑步姿勢(shì)是跑步過(guò)程中重要的影響因素，跑步姿勢(shì)不正確可能會(huì)導(dǎo)致肌力下降、膝蓋受損、腳踝扭傷和韌帶拉傷等。由于大眾跑者未經(jīng)過(guò)專業(yè)性訓(xùn)練，所以不同的大眾跑者跑步水平不通，其跑步姿勢(shì)可能存在差異。另一個(gè)影響運(yùn)動(dòng)損傷的因素是性別因素。有報(bào)告顯示，男性業(yè)余跑者更容易損傷。華為在2018年發(fā)售的一款華為榮耀4running版手環(huán)既可佩戴在手腕，也可佩戴在足部，能在跑步過(guò)程中監(jiān)測(cè)佩戴者的步頻、步幅、觸地時(shí)間、外翻幅度、擺動(dòng)角度和著地沖擊等參數(shù)。該研究基于該手環(huán)根據(jù)對(duì)大眾跑者慢速、中速和快速三種不同配速的跑步測(cè)試，從不同水平和不同性別2個(gè)角度研究和評(píng)估了對(duì)大眾跑者的其跑步姿勢(shì)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

該實(shí)驗(yàn)從南京本地（南京悅跑S戰(zhàn)隊(duì)、萊斯跑團(tuán)和南京某高校非體育專業(yè)學(xué)生）招募了共58名不同水平的大眾跑者，根據(jù)其跑步經(jīng)驗(yàn)或馬拉松比賽成績(jī)分為初級(jí)組、中級(jí)組、高級(jí)組。其中，初級(jí)組23人（男性11人、女性12人）、中級(jí)組19人（男性10人、女性9人）、高級(jí)組16人（男性8人、女性8人）。同時(shí)，將58名跑者分為男性組（29人）和女性組（29人）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

高級(jí)組跑者定義為具有三年以上的跑步經(jīng)驗(yàn)，男子月跑量在150km以上，女子月跑量在100km以上。中級(jí)組跑者定義為具有1～3年的跑步經(jīng)驗(yàn)，男子月跑量在100～150km；女子月跑量在50～100km。初級(jí)組跑者定義為跑者具有不足一年的跑步經(jīng)驗(yàn)，男子月跑量在100km以下，女子月跑量在50km以下。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻(xiàn)資料法

根據(jù)該文研究目的與內(nèi)容的需要，針對(duì)跑姿、大眾跑者和下肢動(dòng)力學(xué)等關(guān)鍵詞，通過(guò)紙媒資源以及互聯(lián)網(wǎng)資源查閱相關(guān)文獻(xiàn)50余篇，最終引用6篇，為該文的研究提供了重要的理論基礎(chǔ)與分析思路。

1.2.2 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法

該實(shí)驗(yàn)應(yīng)用Excel和JMP Pro15對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，采用單因素方差分析對(duì)實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.2.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)測(cè)試

正式測(cè)試從2019年5月開始，至2019年9月結(jié)束。測(cè)試地點(diǎn)為南京某高校體能康復(fù)中心與南京某高校中央體育場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試設(shè)備是華為榮耀4running版手環(huán)兩臺(tái)、華為手機(jī)兩臺(tái)。受試者被要求穿著日常跑步運(yùn)動(dòng)時(shí)的跑鞋，兩只腳上各佩戴一臺(tái)華為4running版手環(huán)。每位跑者按照平時(shí)自然舒適的跑步姿態(tài)分別完成慢速、中速和快速3個(gè)不同速度的跑步測(cè)試，配速（每千米所用時(shí)間）控制在700、600、500（即7minOS、6minOS、5minOS），每次測(cè)試距離為400m。

2 研究結(jié)果

2.1 不同水平組間測(cè)試結(jié)果

從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，三組不同水平的跑者的平均步頻與平均步幅都隨著速度的加快而增加，平均觸地時(shí)間隨著速度的加快而縮短。在三種配速下，初級(jí)組的平均步頻與步幅都顯著小于中級(jí)組和高級(jí)組（P＜0.05），但中級(jí)和高級(jí)組之間并無(wú)顯著差異；三組不同水平的跑者的平均觸底時(shí)間、平均著地沖擊與膝關(guān)節(jié)平均擺動(dòng)角度數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)相似規(guī)律。不同配速下，中級(jí)和初級(jí)跑者的平均外翻幅度隨著速度的加快而加大，高級(jí)組在配速逐漸提高的過(guò)程中，達(dá)到正常速度后，踝關(guān)節(jié)外翻幅度就不再增加。初級(jí)跑者在慢速和正常速度時(shí)的平均外翻幅度小于中級(jí)組和高級(jí)組。在快速時(shí)，中級(jí)組平均外翻幅度大于高級(jí)組大于初級(jí)組。

2.2 不同性別組間測(cè)試結(jié)果

不同性別跑者的平均步頻、著地沖擊、外翻幅度隨著速度加快而增加，且在三種配速下，不同性別跑者的數(shù)據(jù)都不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。不同性別跑者的平均步幅隨著速度加快而增加，且三種配速下男性跑者的平均步幅都顯著高于女性的平均步幅（P＜0.05）。在慢速時(shí)，不同性別跑者的平均觸地時(shí)間之間沒有明顯差異，但當(dāng)速度逐漸提高至正常速與快速后，男性跑者觸地時(shí)間會(huì)短于女性跑者。只有在快速時(shí)，男性跑者的平均擺動(dòng)角度會(huì)大于女性跑者的平均擺動(dòng)角度。

3 分析與討論

3.1 跑者步頻與步幅的差異分析

在步頻與步幅方面，人們普遍認(rèn)為跑速與步頻和步長(zhǎng)高度相關(guān)，且小步幅、高步頻的跑步方式會(huì)提高跑步效能，提高跑步經(jīng)濟(jì)性。另有研究表明，跑者在跑步過(guò)程中會(huì)在潛意識(shí)或身體本能反應(yīng)中優(yōu)化自己的跑步的生物力學(xué)狀態(tài)，自然地選擇一種最為接近經(jīng)濟(jì)的步幅和步頻，這種行為被稱為自我優(yōu)化（self-optimization）。中級(jí)組和高級(jí)組在3個(gè)不同速度下步幅和步頻的差別不明顯，初級(jí)組的步頻較其他兩組較低。可能說(shuō)明經(jīng)驗(yàn)較豐富的跑者會(huì)較多地運(yùn)用小步幅、高步頻的經(jīng)濟(jì)跑步方式。女性跑者的步頻大于男性跑者，可能是由于女性跑者步幅普遍小于男性跑者的原因。

3.2 跑者觸地時(shí)間的差異分析

在跑步過(guò)程中，其中一只腳從剛剛接觸地面的瞬間到完全離開地面，這個(gè)過(guò)程所花費(fèi)的時(shí)間為觸地時(shí)間。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，觸地時(shí)間隨速度的加快呈逐漸減小的趨勢(shì)；水平較低者的觸地時(shí)間較長(zhǎng)。在較慢速度時(shí)男女組別間差別不大，但在正常和較快速度時(shí)男性的觸地時(shí)間普遍小于女性。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)可能由于男性下肢力量較強(qiáng)。之前有研究者認(rèn)為較長(zhǎng)的觸地時(shí)間會(huì)導(dǎo)致剎車效應(yīng)，增加代謝成本，降低跑步效率，所以觸地時(shí)間短可能有利于跑步經(jīng)濟(jì)性。

3.3 跑者著地沖擊的差異分析

從力學(xué)角度而言,沖擊力源于兩個(gè)物體的相互碰撞,同時(shí)伴隨兩者之間動(dòng)量的轉(zhuǎn)變，理論上延長(zhǎng)碰撞的時(shí)間能夠減少?zèng)_擊力[1]。雖然女性體重普遍較輕，但在對(duì)體重進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理過(guò)后，男女組別之間在各個(gè)速度下并沒有顯著差異。同時(shí)有研究表明[2]，在支撐早期，足弓開始?jí)嚎s，將地面反作用力吸收為彈性勢(shì)能，而且著地沖擊與跑步的著地方式有關(guān)，但具體的著地沖擊力大小還是與著地時(shí)重心位置有關(guān)[3]，當(dāng)著地位置過(guò)于靠前，超過(guò)身體重心，膝蓋被迫伸直，才會(huì)導(dǎo)致更大的垂直沖擊速率，迫使身體在短時(shí)間內(nèi)吸收更大的來(lái)自地面的反作用力，從而增加損傷的可能性。在跑步時(shí)減少身體重心在豎直方向上的位移可以減少著地沖擊。

3.4 跑者踝關(guān)節(jié)外翻幅度的差異分析

踝關(guān)節(jié)外翻（足外翻）是一個(gè)在跑步過(guò)程中的自然現(xiàn)象，即先通過(guò)前腳掌外側(cè)或者腳跟外側(cè)著地再變化到腳掌內(nèi)側(cè)的偏轉(zhuǎn)過(guò)程。踝關(guān)節(jié)的外翻幅度過(guò)大或過(guò)小會(huì)加大患足底腱膜炎、跟腱炎、膝關(guān)節(jié)炎的概率[4]，疲勞也可以引起踝關(guān)節(jié)外翻幅度過(guò)大或過(guò)小，足緩沖震蕩的效果變差，增加足踝關(guān)節(jié)損傷風(fēng)險(xiǎn)[5]。通常來(lái)說(shuō)，踝關(guān)節(jié)的外翻幅度在7°～10°之間時(shí)，運(yùn)動(dòng)損傷的概率是相對(duì)較低的。實(shí)驗(yàn)中，各組的踝關(guān)節(jié)外翻幅度隨著速度的增大而增大，且各個(gè)組的受試者都存在踝關(guān)節(jié)外翻幅度過(guò)大的現(xiàn)象，不同性別組間的外翻幅度并無(wú)明顯差異。初級(jí)跑者可能會(huì)出于自我保護(hù)而有意識(shí)地控制足部的活動(dòng)幅度；或者在跑步之前沒有進(jìn)行熱身運(yùn)動(dòng)，關(guān)節(jié)及韌帶緊張，導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)活動(dòng)度不足等情況；同時(shí)提醒中級(jí)和高級(jí)組的跑者在跑步中要注意足的落地狀態(tài)，防止運(yùn)動(dòng)損傷。

3.5 跑者擺動(dòng)角度的差異分析

擺動(dòng)角度是指小腿從完全支撐狀態(tài)到后擺撩起，直至折疊到最大程度的角度，通常在70°～90°之間。小腿的擺動(dòng)角度影響了蹬地腿的髖、膝、踝關(guān)節(jié)的伸展程度，還可以加大步幅、加大步頻。在進(jìn)行足部功能訓(xùn)練后，干預(yù)組出現(xiàn)了著地緩沖策略由髖關(guān)節(jié)向膝關(guān)節(jié)過(guò)渡的現(xiàn)象，并主要依靠著地后膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)順應(yīng)性增強(qiáng)來(lái)實(shí)現(xiàn)著地緩沖的效果[6]。跑者平均擺動(dòng)角度均隨著速度的加快而增大。其中，初級(jí)組跑者的平均擺動(dòng)角度在各個(gè)速度下均小于其他兩組的跑者，其原因可能是：大腿后側(cè)肌群肌力不足；跑步時(shí)身體的重心靠后，不利于小腿的擺動(dòng)折疊；初級(jí)組跑者的身體柔韌性、靈活性可能會(huì)低于其他兩組跑者。在快速時(shí)，男性的平均擺動(dòng)角度大于女性的平均擺動(dòng)角度，原因可能是男性跑者的大腿后側(cè)肌群肌力較強(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)不同水平的大眾跑者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)測(cè)試，從一系列結(jié)果來(lái)看具有以下特點(diǎn)。（1）初級(jí)組在跑步時(shí)步頻較低，采用小步幅、高步頻的跑步方式有利于提高跑步效率。初級(jí)組觸地時(shí)間較長(zhǎng)，故著地沖擊較小。初級(jí)跑者膝關(guān)節(jié)擺動(dòng)角度較小，可能是由于下肢后群肌力不足或關(guān)節(jié)活動(dòng)度較小。初級(jí)水平跑者在速度較慢時(shí)踝關(guān)節(jié)外翻角度較小，中級(jí)高級(jí)跑者需要注意落地時(shí)足的狀態(tài)。（2）女性更愿意采用小步幅、高步頻的跑步方式。男性觸地時(shí)間短于女性跑者。男性跑者和女性跑者的著地沖擊和踝關(guān)節(jié)外翻角度無(wú)太大差異。在快速奔跑時(shí)，男性跑者的膝關(guān)節(jié)擺動(dòng)角度大于女性跑者，可能由于女性蹬伸力量不足。

跑者在訓(xùn)練中適度提高步頻，減小步幅，盡量避免身體重心上下擺動(dòng)，減少著地沖擊給下肢帶來(lái)運(yùn)動(dòng)損傷的可能性。日常中多進(jìn)行踝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)穩(wěn)定性訓(xùn)練。女性跑者要注重加強(qiáng)下肢后群肌肉的力量，為身體向前的趨勢(shì)提供動(dòng)力。