文獻總結。
第一節、 為什麼要使用慣性式阻力訓練裝置？
長時間暴露在無重力(0 G)環境導致肌肉流失減少肌力與肌耐力和骨質密度 下降 (Berg & Tesch, 1998)。這些改變主要發生在身體參與運動的肢段 (下肢與 軀幹)與在正常重力環境(1 G)下維持身體姿勢的肌肉，為了避免太空人因為肌肉 功能失調而增加太空中飛行或是離開太空梭後生活上的危險，使用阻力訓練器材 來維持肌肉功能就是長時間暴露在無重力環境的因應之道。然而任何阻力訓練器 材要在太空中提供高負荷必須要克服無重力環境的限制，像是太空梭中限制貨物 裝載所以禁止龐大的器材裝置在太空艙內，而輕彈力繩與彈力裝置系統又無法提 供適當阻力給與太空人 (Loehr et al., 2010)。
NASA 則在 1990 年建議阻力訓練應包含強調離心收縮訓練來增加肌肉肥大 與增加肌力，因為在無重力環境雖然不易產生離心收縮動作，卻是在地球中則扮 演非常重要的角色 (Tesch, Dudley, Duvoisin, Hather, & Harris, 1990)。而慣性式阻
力訓練擁有產生向心收縮後伴隨少量能量損失的離心收縮，因此成為一種逐漸興 盛的阻力訓練方式。因為離心收縮產生的高機械性負荷，3 和 5 週的飛輪式膝伸 直訓練就能產生 4-5% (Seynnes, de Boer, & Narici, 2007)和 6-7%的股四頭肌肌 肥大 (Norrbrand et al., 2010; Seynnes et al., 2007; Tesch, Ekberg, Lindquist, &
Trieschmann, 2004)，比起一般阻力訓練更能促進肌肉肥大 (Hather et al., 1991;
Higbie, Cureton, Warren III, & Prior, 1996; Hortobagyi et al., 1996)。在太空站 110 天的男性執行慣性飛輪一週 2-3 次，股四頭肌肌力明顯增加。Alkner (2004)等人 使用慣性式阻力訓練的介入，發現受試者膝伸直肌的質量和肌力比起接受臥床實 驗 29-90 天的受試者增加 7.7%。
而近年由於各式訓練法的興盛，以及動作型態和神經肌肉等肌力訓練適應參 數的重視，學者專家也將慣性作為阻力來源應用至太空人以外的族群並且對於慣 性式阻力訓練器材加以改良。目前有使用以下慣性式阻力訓練器材之研究：YoYo ergometer ( YoYo Technology AB, Stockholm, Sweden; 如圖 12-1)、Impulse training system、Inertial Training and Measurement System (ITMS, Faculty of Physical Culture and the Faculty of Mechanics, Poland; 如圖 12-2)、Advanced Resistive Exercise Device (ARED, NASA Johnson Space Center, Houston, TX; 如圖 12-3)、
Inertial exercise trainer (IET, Impulse Technologies, Newnan, Ga; 如圖 12-4)等等，
而多數研究都是使用 YoYo 公司所製造的慣性式訓練器材。而除了原來重視太空 人的下肢訓練外訓練部位也從著重下肢而變得多元(如圖 13)。
圖 12-2 ITMS 圖 12-1 YoYo ergometer
(Naczk et al., 2013) (Norrbrand et al., 2011)
(Anthony Dao et al., 2006) (Caruso et al., 2005)
圖 13 慣性式訓練器材開始有多元的訓練部位 (a)膝伸機(b)小腿推蹬(c)背部伸展 (d)坐姿划船(e)肩部側推機(f)肩部外展與伸展
(Alkner & Berg, 2003; Naczk et al., 2013)
學者將慣性式阻力訓練與一般阻力訓練做比較，發現膝伸肌的肌肉功率峰值 和下肢平衡皆顯著大於標準重量訓練 (Onambele et al.,2008); 而 5 週的慣性式訓 練比起標準重量塊訓練更能明顯促使骨骼肌肉適應 (Norrbrand et al.,2008)。除了 包含運動員最大肌力、肌耐力之增進 (Lena et al., 2008)、身體肌腱強度或肌肉質 量等增加 (Romero et al., 2011; Lena et al., 2008)、疼痛指數降低 (Romero et al.,
a. b.
d. e.
c.
圖 12-4 IET 圖 12-3 ARED
2011)(如圖 14-1)。學者更將此種新式訓練器材運用到不同族群上面，像是老年人 動作協調 (Glady et al., 2008)(如圖 14-2)及平衡訓練等等 (Anna & Artur, 2012;
Caruso, 2012; Hans & Per, 1998; Lena, 2008; Alkner & Tesch , 2004)。使用慣性式阻 力訓練可以增加高齡婦女(如圖 13-f)的上肢肩關節內收肌力和功率 (Naczk et al., 2013)與老年人在進行十週的腿部推蹬飛輪訓練後，下肢膝伸肌肌力顯著增加 (Caruso et al., 2005)。
圖 14-1 髕骨肌腱炎使用慣性式阻力訓練治療
(Romero-Rodriguez et al., 2010)
圖 14-2 高齡族群使用慣性式阻力訓練獲得神經肌肉上與平衡的改善 (Gladys et al., 2008)
第二節、 慣性式肌力訓練的機轉
而慣性式阻力訓練之所以比起一般阻力訓練擁有在第一節敘述的好處，是因 為在執行一般阻力訓練時，為了將阻力停留在動作的末端會受到中樞神經系統 (Central nervous system, CNS)調控機制影響使動作開始減速，而使阻力在到達收 縮動作末端零速度以前已開始減速 (Elliott et al. ,1989)，減速期的存在將使肌肉 不能夠持續高速度的收縮，這樣的動作訓練模式不但不符合真實的專項動作，更 影響快速動作或爆發力增強之效率。而慣性式阻力訓練主要強調動作過程使用最 大自主收縮速度，也因此在動作施力型態上，可以依照肌肉長度-力量關係獲得 最大的訓練量。
慣性式阻力訓練是一種基於牽張-收縮循環(stretch-shorting cycle, SSC)基本 原理的應用，當動作正確完成時，藉由彈性組織所儲存的彈性位能和在快速肌肉
Romero et al., 2011; Alkner & Tesch, 2004)。慣性飛輪在執行向心收縮時提供完整 不受限制的阻力而且離心收縮力量超過向心收縮力量(如圖 7) (Norrbrand et al., 2008; Tesch et al., 2004; Berg & Tesch, 1998) 。慣性式阻力訓練也比起需要一般傳 統式的阻力訓練還能產生更多的 EMG 活化。
圖 15 使用慣性式阻力訓練器材離心收縮比起向心收縮還來得大 (Berg & Tesch, 1998)
第三節、 慣性式阻力訓練產生離心收縮效果的因素
劉宇(1998)對於衝量與動量之關係，提出「獲取運動速度之最大衝量原理」，
其認為運動員為了追求更高、更快、更遠的運動成績，則速度扮演極為關鍵的角 色，由牛頓第二定律 F=ma 之觀點，可推導出動量與衝量之關係，其中加速度 a 可以(v2-v1)/t 表示，此時之 v1為初速度，v2為末速度;再將力量 F 乘以作用力的時 間 t 即是衝量，亦即動量之變化量，此正是力量-時間作用曲線與時間軸之間所 夾面積。因此，欲提高運動成績，需盡可能加大衝量效果，以獲取運動員本身最 大速度，亦即增加力量-時間作用曲線與時間軸之間所構成面積，可藉由以下三
種方法達到增加衝量的目的：（一）增加最大力量（二）增加作用力的時間（三）
增加力量-時間的曲線斜率。
圖 16 時間-力量曲線面積圖
為了使慣性式阻力訓練中增加衝量面積，方法有二:1.透過增加慣量增加作用 力量 2.增加施力於機台的速度。根據動量公式：
動量=質量×速度
當所施於機台的最大自主速度越快所產生動量越大而使纜繩接於轉動輪盤 的角速度越快；而根據角動量公式：
角動量=轉動慣量×角速度
當轉動慣量的角速度越快則使轉動盤累積更多角動量產生離心收縮力量。
由於動作起始時，使用者施加於轉動輪盤之能量被儲存於轉動位能中，因此 在動作轉折的同時會造成離心收縮抵抗力量的需求，此離心拉扯的現象會一直隨 能量逐漸消耗而到動作停止為止 (Anna & Artur, 2012; Romero et al., 2011; Alkner
& Tesch, 2004) 。
然而，向心作用產生的力量與收縮速度成反向關係(如圖 8)，肌肉在向心收 縮末期(60-70%)發生減速期，使動作無法維持高速率;也就是說，若使用慣性式 訓練執行向心收縮時，若要產生較快的動作速度，則負荷較小，而當慣性輪負荷 加重時，動作速度則無法很快。
圖 17 向心作用時的肌肉力量-速度曲線