一、 自製的動態轉動慣量阻力訓練器材與固定輕轉動慣量在向心收縮時，速 度比起固定重轉動慣量快。
二、 向心收縮初期的衝量，固定重轉動慣量大於固定輕轉動慣量與動態轉動 慣量；向心收縮末期的衝量，動態轉動慣量與固定重轉動慣量大於固定 輕轉動慣量；離心收縮初期的衝量，固定輕轉動慣量與動態轉動慣量大 於固定重轉動慣量；離心收縮末期的衝量，動態轉動慣量與固定重轉動 慣量大於固定輕轉動慣量。
三、 向心收縮初期的 iEMG，固定重轉動慣量大於固定輕轉動慣量與動態轉 動慣量；向心收縮末期的 iEMG，動態轉動慣量與固定重轉動慣量大於 固定輕轉動慣量；離心收縮初期的 iEMG，固定輕轉動慣量與動態轉動 慣量大於固定重轉動慣量；離心收縮末期的 iEMG，動態轉動慣量與固 定重轉動慣量大於固定輕轉動慣量。
第五節 研究範圍控制與限制
(一) 研究僅針對上肢肘關節屈曲與伸直動作進行觀察，因此無法適用於其他不 同肌群或部位進行推論。
(二) 器材限制
此器材為自製慣性輪阻力訓練器材，因此無法與市面上或是過去研究做相 互比較。
第六節 名詞操作型定義
(一) 動態轉動慣量阻力訓練器材
動態轉動慣量阻力訓練器材能使向心收縮期間產生較快速度與離心收縮期 間能累積更多角動量造成更多的離心收縮負荷。
(二) 動作型態與分期
1. 向心期(concentric phase)：
本研究定義手肘水平伸直時為 0 度，當肘關節 0 度屈曲至肘關節最終範圍的 途徑，為訓練動作的向心期。
2. 離心期(eccentric phase)：
本研究定義手肘水平伸直時為 0 度，當肘關節持續屈曲由關節活動範圍卻從 肘關節屈曲最終範圍伸直至 0 度的途徑，稱為訓練動作的離心期。
圖 4 定義向心期離心期示意圖
(三) 不同慣量間的時間－力量曲線圖 1.固定輕轉動慣量
圖 5 固定輕轉動慣量時間-力量曲線圖 (縱軸為力量值，橫軸為時間)
2.動態轉動慣量
圖 6 動態慣量時間-力量曲線圖 (縱軸為力量值，橫軸為時間)
3.固定重轉動慣量
圖 7 重慣量時間-力量曲線圖 (縱軸為力量值，橫軸為時間)
(四) 力量參數：
從力量傳感器擷取數據中之特徵點選取以下數據：
1.向心收縮初期衝量
向心力量曲線發力起始至向心力量峰值時間－力量內的面積。
2. .向心收縮末期衝量
向心力量末期曲線產生斜率之起始至向心末端轉折至離心力量起 始之轉折點內的時間－力量內的面積。
3. 離心收縮初期衝量
離心力量曲線轉折至離心峰值時間－力量內的面積。
4. 離心收縮末期衝量
離心力量曲線起始至離心力量峰值時間－力量內的面積。
圖 8 定義向心期離心期初期與末期之分期示意圖
(三) 轉動慣量 (Moment of Inertia；I)：描述一物體對於其旋轉運動所造成的 體抗現象，也就是物體對於旋轉運動的慣性。在力學公式上指在受到固定 力矩(Torque；τ)作用下，成反比於轉動角加速度 (angular acceleration；
α) 的數值，公式如下；可藉由增減轉動慣量調整重量塊改變慣性輪盤 質量的分布狀況而進行調整。
(四) 慣量定義
1. 固定輕轉動慣量
將鋼珠集中在壓克力管的最內端，此時半徑小，慣量輕。
向心期 離心期
向心初期
向心末期 離心初期
離心末期
角度 計 計
力量 值 值
圖 9 固定輕轉動慣量示意圖 2.固定重轉動慣量
將鋼珠集中在壓克力管的最外端，此時半徑大，慣量重。
圖 10 固定重轉動慣量示意圖
3.動態轉動慣量
不固定鋼珠，使鋼珠能在壓克力管內自由移動。
圖 11 動態輕轉動慣量示意圖
第貳章 文獻探討
慣性式阻力訓練是一種逐漸興盛的阻力訓練方式，在 30 年前即運用慣性式 阻力訓練進行肌力訓練的研究，主要針對需在無重力狀態下進行太空旅行之太空 人，而後延伸應用在不同族群與不同部位，因此本章首先針對慣性式阻力訓練對 人體的好處進行探討，再來說明對於慣性式阻力訓練機轉原因與產生離心收縮的 原因。本章分為四小節：第一節、為什麼要使用慣性式阻力訓練裝置？第二節、
慣性式訓練的機轉，第三節、慣性式阻力訓練產生離心收縮效果的因素，第四節、
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。
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。