第六節 研究限制
（一）本研究將鞋內力量量測系統放置於左腳，同一個運動型態下，左右腳可能會有 不對稱的現象，因此本研究結果僅適用於左腳。
第七節 名詞操作定義
衝擊力峰值 : 足底承受的衝擊力最大值
平均負荷率 : 足底開始接觸地面到最大峰值發生期間，衝擊力的變化量除以時間 的變化量
最大負荷率：足底碰觸地面時的最大的衝擊變化程度
第八節 研究之重要性
過去的研究多受到儀器與空間的限制，僅能於實驗室內操作。本研究採用無線鞋內 力量量測系統，觀察實地上下坡跑時下肢著地期與推蹬期足底衝擊力的變化，進一步了 解實地上下坡跑可能帶來下肢運動傷害的風險，做為跑者未來訓練的參考，除此之外，
也比較實地跑與跑步機跑的足底衝擊力差異。
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第貳章 文獻探討
近年來國人越來越注重身體健康，臺灣規律運動人口已上升至總人口數81%，其中 以慢跑運動為主要人口，約 200 萬人(2015, 體育署)。長距離跑者常藉由上下坡跑訓練 加強有氧能力、下肢肌肉力量與心理層面的耐受程度(Tulloh, 1998)。除此之外在生理層 面上，上坡跑能產生較高的耗氧量，較大的心率與較高的血乳酸(Pivarnik, 1990)。
坡度跑時的運動學參數
過去有許多文獻比較上坡跑與平地跑的運動學差異，而許多研究發現相較於平地跑，跑 步的步頻會隨著上坡坡度的增加而增加，跑者可能藉由加快步頻以分散足底的衝擊力 (Gottschall, 2005; Minetti, 1994; Snyder, 2011; Padulo, 2012; Padulo, 2013; Swanson, 2000)。
其中有學者發現以 10.8km/hr 的速度進行上坡跑時跑步的觸地時間與騰空時間比例較平 地跑短，而步頻與步幅之間則沒有差異(Gottschall, 2005)。相似的實驗結果也發生在受試 者以11km/hr 的速度進行+7%上坡、平地、-7%下坡跑的狀態(Telhan, 2010)，其上坡跑有 較短的觸地期與騰空期的時間，而支撐期的時間則上升。相較於平地跑及上坡跑，以 10km/hr 的速度進行-8%及-5%下坡跑時，跑者的觸地時間並沒有改變，而步頻則會下降 (Lussiana, 2013; Lussiana, 2015)。步頻下降的原因可能是跑者的步幅增加。因此有研究相 較於以12km/hr 的速度進行坡度 17.4%的上下坡跑發現在相同速度的情況下，坡度-17.4%
下坡跑會有較大的步幅(Horvais, 2013)。在實驗室模擬上下坡跑的狀況容易受到器材與 空間的限制，因此有學者進行 9525 公尺的實地上下坡跑測試，而研究表示相較於平地 跑，上坡跑的步幅上升 20.5%，而下坡跑的步幅縮短 16.2%，發現坡度的改變會伴隨著 慢跑運動學的改變，也推測在實地跑步時步幅是影響跑步速度的重要因子(Townshend, 2010)。
坡度跑對著地策略的影響
坡度在先前已經被證實會改變慢跑時的著地型態。有學者認為坡度由水平轉換為上 坡時，跑者的著地策略會逐漸的轉換為中足或前足著地(Gottschall, 2005; Lussiana, 2013)。
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也有研究發現在正常的跑步速度下，相較於下坡跑，上坡跑時的著地角度會比較小 (Lussiana, 2013)。而在下坡跑的狀態，成績較佳的選手大多採用中足著地策略，而中等 成績的選手則會採用後足著地策略。也有研究認為在實際的路跑時跑者可能會遭遇不平 整的路面，並不會僅採用單一種著地策略。近年來有研究以受試者最快速度進行長度6.5 公里，高度下降 1264 公尺的下坡跑，發現不同的著地策略會影響脛骨所承受的衝擊 (Horvais, 2013)。採用前足著地策略可以降低脛骨橫軸方向的衝擊力道與衝擊頻率，而後 足著地策略則可以降低脛骨軸向的衝擊力。
坡度跑對足底衝擊力的影響
有研究指出足底觸地時的衝擊力與有效的下肢質量、觸地的速度及鞋子的勁度有關 (Gerritsen, 1995; Liu, 2000)。有效的下肢質量僅受到關節角度影響，因此如果下肢運動學 沒有隨著坡度大幅的改變，且鞋子皆相同，那只有著地時的速度會影響衝擊力。如此一 來可以推論下坡跑時的衝擊力會較平地跑與上坡跑大。有研究將跑步機架設於測力板，
量測以10.8km/hr 的速度進行不同坡度跑(0%、±5.2%、±10.5%、±15.8%)發現，在坡 度-15.8%下坡跑的時候垂直衝擊力峰值上升了 54%，在坡度-10.5%下坡跑增加 34%，坡 度 5.2%下坡跑則增加 18%，而+15.8%上坡跑則與平地跑沒有明顯的差異(Gottschall, 2005)。在衝擊負荷率方面，進行-10.5%下坡跑的時候，最大衝擊負荷率增加了 20%，而 進行+10.5%上坡跑的時候，最大衝擊負荷率下降了 22%。在推蹬期衝擊力峰值不論在上 下坡皆與平地跑沒有明顯的差異。也有研究則將力板鑲嵌於一條長5 公尺坡度 17%的斜 坡上，並量測以時速12km/hr 的速度進行 17%上下坡跑，經由體重標準化後，發現上坡 跑的衝擊力峰值為 10N/kg，而下坡跑為 25N/kg，相較於上坡跑，下坡跑的衝擊力上升 了將近 2.5 倍(Devita, 2008)。除此之外，有學者發現下坡跑時的垂直衝擊力峰值上升 24.1%，上坡跑則沒有顯著下降的趨勢(Telhan, 2010)。另外也有研究採用鞋內壓力量測 系統(Pedar X system)量測坡度與足底壓力之間相關性的研究，實驗在跑步機上以 7.2km/hr 的速度進行不同坡度的上坡跑(0%、5%、10%、15%)，結果發現當坡度由 0%增 加到15%時，足跟壓力峰值會上升 27%，而前足外側則降低了 15%。前足內側則沒有明 顯的改變(Ho, 2010)。2013 年有學者為了觀察真實路面跑步的衝擊力，其建立了一條混
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凝土道路，並鑲嵌一塊力板於上坡，觀察上坡跑(0%、2%、7%)時的足底衝擊力變化，
發現相較於平地跑，進行7%上坡跑時足底衝擊力峰值上升了 12%，而 2%坡度則與平地 跑沒有明顯的差異(Padulo, 2013)。另一個研究則建立一條可調整坡度的跑道，跑道上鑲 嵌四塊力板，以10.8km/hr 的速度進行坡度跑(0%、±6%、±9%)，結果發現，進行坡度 6%的上坡跑時足底承受的最大衝擊力下降了 29%，衝擊負荷率則下降 66%；而進行坡 度9%的上坡跑時足底衝擊力下降了 38%，衝擊負荷率下降 66%(Kowalski, 2015; Kowalski, 2016)。
Peak force
Gottschall and Kram, 2005
10 Force plate On treadmill
10.8 +15.8 on treadmill
15 +2
+7
Telhan, 2010 21 Force plate on treadmill
11.2 +7 -7 Ho, 2010 20 Pressure insoles
on treadmill
7.2 +5 +10 +15
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Kowalski, 2015 30 Force plate overground 為跑步機有較小的質心垂直方向位移(Monte, 1973)。除此之外，在不同的速度之下慢跑 也會有不同參數的差異，例如在跑步機上以3.3-4.8m/s 進行慢跑會有較短的步幅，較高
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第三章 研究方法
第一節 實驗受試者
招募 12 名有慢跑習慣的健康男性受試者，受試者在進行實驗的前一年內，皆無下 肢神經、肌肉、骨骼、肌腱、韌帶和心血管方面的疾病，並且擁有從事慢跑活動的心肺 能力。每位參與者在參與本實驗之前，皆以完整被告知及說明研究方法、步驟及注意事 項，之後詳閱受試者須知，瞭解實驗內容後簽署受試者同意書，同意參與本實驗。
表二
受試者基本資料
年齡（歲） 身高（公分） 體重（公斤）
受試者 24.33±1.25 175.67±4.5 80.67±7.36
第二節
實驗設備
一、Podoon 力量量測鞋墊
擷取頻率100Hz，內含 3 個感測器，分別位於內縱足弓與橫足弓交會的第一趾骨、
外縱足弓與橫足弓交會的第五趾骨以及內縱足弓與外縱足弓交會的足跟，以及一個藍芽 傳輸晶片與電池，並使用EVA 作為鞋墊本體材質。
圖1 Podoon 鞋墊
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圖2 感測器擺放位置
二、Pedar 鞋內壓力量測系統，擷取頻率 100Hz
圖3 Pedar 鞋內壓力量測系統
三、Kistler 測力板，擷取頻率 2000Hz 四、Magtonic MAG-7310 跑步機
本實驗使用的跑步機，為台灣台南出產的跑步機，可作為復健用，為了使用上安全，
跑道長達60 英吋，並設有緊急按鈕。跑步機的速度為每小時 0 到 13.6 英哩，可承受 450 磅體重，坡度可從百分之0 到 25。跑步機 181.4 公斤重，馬達 3.0 匹馬力，可自行對速 度和坡度做校正。
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第三節 實驗設計
一、 信效度檢驗
(一) Pedar 鞋內壓力量測系統比較
受試者同時穿著Pedar 鞋內壓力量測系統與 Podoon 鞋墊於 Nike Free 跑鞋內，將 Pedar 鞋墊放置於放置於 Podoon 上並將兩鞋墊以 3M 雙面膠帶黏合，避免兩鞋墊間產 生滑動。實驗過程受試者以7km/hr 的速度於跑步機上進行慢跑 3 分鐘。
(二) Kistler 測力板比較
受試者穿著Pedar 於 Nike Free 跑鞋內，以 7km/hr 的速度慢跑通過測力板，共慢跑 3 次取並取平均值。
二、 實地跑與跑步機跑
鞋內力量量測系統能量測較多的步數、且不易受到場地、環境影響，先前研究採用 鞋內壓力量測系統，探討不同坡度與速度對足底衝擊力的影響(Ho, 2010)，該研究發現進 行 6 °上坡跑時會造成前足外側衝擊力以及後足跟衝擊力改變，因此本實驗使用之鞋墊 具有三個感測器，分別擺放於第一趾骨、第五趾骨、足跟位置，這三個點分別是內側縱 弓與橫足弓、外側縱弓與橫足弓以及內側縱弓、外側縱弓的交會點，是足底承重最大的 三個點。
因此本實驗受試者將穿著Podoon 鞋墊，於跑步機上採用 7km/hr 進行坡度 6 °上坡 跑、平地跑以及下坡跑試驗各進行500 公尺。實地坡度跑時以 7km/hr 進行 6 °坡度上 坡跑500 公尺，平地跑試驗 500 公尺以及 6 °下坡跑500 公尺。收取期間 1 分鐘的穩定 足底衝擊力，經由20Hz 低通濾波處裡，並取衝擊力峰值、衝擊力積分值以及衝擊力最 大負荷率分別進行三個足底位置在不同坡度的情況下衝擊力的差異。觀察足底不同部 位承受的衝擊力是否因坡度變化而產生改變。
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圖4 實地上下坡跑之高度剖面圖
第四節 實驗步驟
先告知實驗受試者參與實驗流程，並逐一解釋實驗所有流程，在取得受試者同意 後，讓受試者填寫基本資料。
一、 校對各項儀器 (一) 跑步機速度
量測跑步機的跑帶長度後，使用粉筆於跑帶上做標記，透過固定時間內跑帶所 繞行圈數計算跑步機行進距離，並與螢幕上顯示之速度進行比較是否有誤差，
並進行調整。
(二) 坡度架
以直尺量測坡度架之底長以及坡度架的高度，並以水平儀量測直角邊是否垂 直，藉由兩個邊以及直角可以確認坡度架坡度是否正確。
二、 Podoon 鞋墊
量測受試者腳長，並挑選適合受試者尺寸的Podoon 鞋墊配合相同尺寸的慢跑鞋，
量測受試者腳長，並挑選適合受試者尺寸的Podoon 鞋墊配合相同尺寸的慢跑鞋，