第一節 動力學結果與討論
在動力學方面可以分成二部分來討論，一、探討不同速率下，支撐期下肢最 大淨關節力矩。二、探討不同速率下，支撐期下肢淨關節各方向之受力。
一、 支撐期下肢最大淨關節力矩
表4-1 不同速率於支撐期下肢各關節最大力矩參數描述統計表 (N=12) 速率
參數 (N×m/kg)
V1 V2 V3 V4 V5
左髖關節 2.84±1.63 3.34±1.31 3.97±1.94 4.79±2.02 4.04±1.22 右髖關節 3.36±1.00 3.02±0.77 3.80±1.13 4.30±1.00 5.40±1.16 左膝關節 1.85±0.52 2.53±1.28 2.81±0.81 2.61±0.87 3.00±0.93 右膝關節 2.59±0.99 2.81±0.70 3.71±0.93 3.87±1.08 4.22±0.99 左踝關節 1.79±0.46 1.85±0.55 2.14±0.53 2.66±0.50 2.52±0.47 右踝關節 1.39±0.51 1.87±0.67 2.20±0.55 2.34±0.53 2.84±0.64
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圖 4-1-1 不同速率下肢髖關節最大力矩
（一）髖關節
由表 4-2 觀察到髖關節力矩在左右腳與速率交互作用達到顯著差異，因此進 行單純主要效果考驗（見表 4-3 與圖 4-1-1），左右腳髖關節力矩在 140% PRS 出 現顯著差異。隨著速率愈快，雙腳髖關節力矩增加，右腳高速與低速之差異更為 明顯，由平均數得知左腳髖關節力矩隨著速率逐漸上升在 120% PRS 力矩最大，
至 140% PRS 下降至與 100% PRS 數值相當；右腳 60% PRS 比 80% PRS 數值大，
從 80% PRS 隨著速率逐漸上升，在 140% PRS 力矩最大。
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（二）膝關節
圖 4-1-2-1 不同速率下肢膝關節最大力矩
圖 4-1-2-2 不同速率下肢膝關節最大力矩
由表 4-4 觀察到膝關節力矩在左右腳與速率交互作用達到顯著差異，因此進 行單純主要效果考驗（見表 4-5 與圖 4-1-2-1、圖 4-1-2-2），除了 80% PRS 以外，
左右腳膝關節力矩在在其他速率下均達到顯著差異。速率愈快，雙腳膝關節力矩
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（三）踝關節
圖 4-1-3-1 不同速率下肢踝關節最大力矩
圖 4-1-3-2 不同速率下肢踝關節最大力矩
由表 4-6 觀察到踝關節力矩在左右腳與速率交互作用達到顯著差異，因此進 行單純主要效果考驗（見表 4-7 與圖 4-1-3-1、圖 4-1-3-2），在 60%、120%、140%
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動作過程中力矩值之變化圖詳見附錄三，根據上述結果綜合討論在不同速率對 下肢關節力矩造成的的影響。許太彥（2003）指出下肢關節力矩在著地時，多數 狀態下都是髖關節>膝關節>踝關節，本研究結果與之相符。在五種速率下，髖關 節力矩最大值左腳相差42%，右腳相差79%；膝關節力矩最大值左腳相差62%，右 腳相差63%；踝關節力矩最大值左腳相差59%，右腳相差81%。髖關節力矩在最高 速時左右腳產生差異，右腳髖關節力矩在不同速率之變化差異大；膝關節力矩除 了在80% PRS速度外，左右腳數值均有差異，但相差變化量反而不大；踝關節力矩 左右腳在最低速與高速產生差異，而兩者之變化差異也不容小覷。Arampatzis, Bruggemann, Metzler (1999) 以2.5、 3.5、4.5m/s跑步時測得最大淨關節力矩在踝關 節為2.45 、2.79、2.99 N*m/Kg；膝關節為1.97、2.57、2.64 N*m/Kg，與本研究結 果數值相比，在高速時踝關節數值較大，膝關節數值較小，可能由於其受試者皆 為運動員，所以著地時能更有效的以姿勢緩衝地面所帶來的衝擊。 Hreljac, Stergiou, 與 Scholten在2005年跑者以自選速度跑步的研究，在平地時踝關節最大蹠屈力矩 為2.74±0.42(N*M/Kg)，膝關節最大伸肌力矩為2.52±0.53(N*M/Kg)與本實驗中在 100%PRS數據相似。劉俊輝（2006）研究甲組選手短距離起跑之生物力學參數結 果最大淨踝關節力矩範圍3.05-4.10 N*M/BW；最大淨膝關節力矩範圍2.26-2.38 N*M/BW；最大淨髖關節力矩範圍8.12-12.35 N*M/BW。與本研究在髖關節力矩相 差甚遠，可能是由於在動作型態上些微不同所造成。王志強（2010）提到膝關節 力矩的產生抑制了身體往下的垂直速度，並在支撐期末期給予身體向上與水平的 速度的提升；踝關節力矩對於跑速的決定是有影響的，符合本研究速率越大，下 肢關節力矩持續增加之結果；髖關節力矩的增加在於減少著地時的制動期，也同 樣造成髖關節力矩隨速率上升。
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二、 支撐期下肢淨關節各方向之最大受力
（一）髖關節
表 4-8 不同速率於支撐期髖關節最大受力參數描述統計表 (N=12) 速率
參數 (N/kg)
V1 V2 V3 V4 V5
左垂直 10.17±4.61 12.21±5.57 14.82±5.30 15.30±4.96 15.85±5.37 右垂直 19.01±5.93 15.28±4.53 17.03±5.42 15.89±3.80 19.16±3.44 左前後 6.11±2.47 6.51±1.52 8.03±1.99 7.57±2.57 6.78±2.38 右前後 9.22±3.61 7.96±3.40 9.13±3.54 9.40±3.77 9.94±3.20
圖 4-2 不同速率下肢髖關節最大受力
1. 垂直方向
由表 4-9 觀察到髖關節垂直方向最大受力在左右腳與速率交互作用達到顯著 差異，因此進行單純主要效果考驗（見表 4-10 與圖 4-2），只有在 60%PRS 左右 腳達到顯著差異。速率愈快，雙腳受力增加，在左腳明顯觀察到一穩定持續上升
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圖 4-3 不同速率下肢膝關節垂直方向最大受力 1. 垂直方向
由表 4-13 觀察到膝關節垂直方向最大受力在左右腳與速率並無交互作用，進 行不同速度的主要效果考驗（見表 4-14 與圖 4-3）。隨著速率上升，淨膝關節受力 持續增加，最大值出現在 140% PRS。
表4-13 膝關節垂直受力二因子變異數分析摘要表
變異來源
SS df MS F P
組間 335.59 6.83
左右腳（A 主要效果） 64.28 1 64.28 2.93 .115
速率（B 主要效果） 252.65 1.83 137.77 9.13 .002*
左右腳*速率（交互作用） 18.66 4 4.67 1.29 .290
組內 1607.05 86.17 18.65
受試者間 S 901.61 11 81.97
殘差（A×S） 241.69 11 21.97
殘差（B×S） 304.32 20.17 15.09
殘差（AB×S） 159.43 44 3.62
全體 1942.64 93
*p<.05
38
表4-14 膝關節垂直受力變異數分析摘要表
變異來源
SS df MS F P
事後比較組間 B
252.65 4 63.16 12.05 .000* 5>2,1 4>2,1 3>1 組內
受試者間 S 1207.59 23 52.50 殘差（B×S） 482.41 92 5.24
全體 1942.65 119
*p<.05
圖 4-4-1 不同速率下肢膝關節前後方向最大受力
39
圖 4-4-2 不同速率下肢膝關節前後方向最大受力
2. 前後方向
由表 4-15 觀察到膝關節前後方向最大受力在左右腳與速率交互作用達到顯 著差異，因此進行單純主要效果考驗（見表 4-16 與圖 4-4-1、圖 4-4-2），左右腳 值在 60%、140% PRS 達顯著差異。隨著速率上升，淨膝關節受力增大，左膝淨 關節受力高速與低速差異明顯，隨著速率持續變大，最大值出現在 120% PRS 接 著些微下降；右腳受力隨速度漸增，速度最大值出現在 140% PRS，僅在 120% PRS 與 80% PRS 出現明顯差異。
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（三）踝關節
表 4-17 不同速率於支撐期踝關節最大受力參數描述統計表 (N=12) 速率
參數 (N/kg)
V1 V2 V3 V4 V5
左垂直 11.99±2.06 15.65±1.94 16.59±2.20 17.84±3.10 19.15±2.38 右垂直 11.85±1.91 15.19±2.20 17.21±2.56 18.72±2.88 19.62±3.78 左前後 5.02±3.02 6.40±3.31 9.17±3.62 9.13±3.58 10.06±3.64 右前後 5.26±2.13 6.99±3.18 6.94±3.39 8.80±4.12 8.89±4.82
圖 4-5 不同速率下肢踝關節垂直方向最大受力 1. 垂直方向
由表 4-18 觀察到踝關節垂直方向最大受力在左右腳與速率並無交互作用，
進行不同速率的主要效果考驗（見表 4-19 與圖 4-5），隨著速率上升，淨踝關節受 力持續增加，在 140%PRS 出現最大值。
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圖 4-6 不同速率下肢踝關節前後方向最大受力 2. 前後方向
由表 4-20 觀察到踝關節垂直方向最大受力在左右腳與速率並無交互作用，
進行不同速率的主要效果考驗（見表 4-21 與圖 4-6），隨著速率上升，淨踝關節受 力持續增加，在 140% PRS 出現最大值。
表4-20 踝關節前後受力二因子變異數分析摘要表
變異來源
SS df MS F P
組間 339.12 9
左右腳（A 主要效果） 10.02 1 10.02 .61 .451
速率（B 主要效果） 298.06 4 74.51 14.75 .000*
左右腳*速率（交互作用） 31.04 4 7.76 1.94 .121
組內 1382.89 110 12.57
受試者間 S 803.39 11 73.04
殘差（A×S） 180.77 11 16.43
殘差（B×S） 222.29 44 5.05
殘差（AB×S） 176.44 44 4.01
全體 1722.01 119
*p<.05
44
下肢垂直方向受力幾乎都大於前後方向受力，徐國峰（2011）書中的(Pose Method of Running)跑法，提到後大腿肌群僅需把腳後跟起，往臀部方向靠近，不是抬起 膝蓋然後放下腳掌，導致垂直力量過強，也應避免跑步時垂直移動上下幅度過大，
關節承受衝擊累積下來易造成受傷。許太彥（2003）提出關節負荷大小在任一高 度應是踝關節>膝關節>髖關節，而本研究垂直方向受力在任一速率大多是踝關節
>髖關節>膝關節；前後方向受力呈現不規則起伏。Cavanagh 與 Lafortune (1980) 的研究，當跑速約 4.5 m/s 時，地面反作用力為 2.8-3.2 倍體重，前後方向約是 1
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第二節 肌電結果與討論
本研究使用 Footswitch 辨別整個步態週期中支撐期的肌電訊號，並採 MVC 法，將肌電標準化處理。以每位受試者 5 秒內最大平均肌電強度做為標準化依據，
將下肢肌群肌電訊號以相對強度（%MVC）表示，再做比較分析。本研究檢測的 肌群為股直肌、股二頭肌、脛前肌、內側腓腸肌，比較左右腳下肢各作用肌群的 肌電變化如下所示。
表 4-22 支撐期在不同速率之下肢肌群平均肌電振幅摘要表 (N=12) 速率
參數 (%MVC)
V1 V2 V3 V4 V5
左股直肌 16.54±4.14 29.48±14.15 37.47±12.70 47.07±12.46 57.78±15.16 右股直肌 19.29±3.90 27.33±11.43 42.96±12.07 57.05±11.83 63.22±8.44 左股二頭肌 16.59±3.55 19.28±4.32 25.08±11.53 34.95±14.61 40.15±17.91 右股二頭肌 20.31±5.01 26.98±14.14 34.30±13.71 34.56±13.06 46.87±16.05 左脛前肌 29.93±13.21 48.94±19.81 43.80±10.69 42.20±10.93 49.80±13.38 右脛前肌 22.38±8.38 32.89±14.43 40.95±25.97 45.80±20.49 50.04±19.24 左內腓腸肌 23.84±7.53 34.88±5.98 49.31±8.25 62.33±10.69 54.72±13.70 右內腓腸肌 23.10±7.08 36.38±8.73 51.24±9.77 55.33±14.85 59.07±18.49
46
圖 4-7 不同速率股直肌之肌電訊號
（一）股直肌
表4-23 股直肌二因子變異數分析摘要表
變異來源
SS df MS F P
組間 29536.03 7.24
左右腳（A 主要效果） 555.46 1 555.46 3.63 .083 速率（B 主要效果） 28506.33 4 7126.58 52.25 .000*
左右腳*速率（交互作用） 474.24 2.24 212.16 1.83 .179
組內 13928.49 90.59 153.75
受試者間 S 3382.12 11 307.47
殘差（A×S） 1685.67 11 153.24
殘差（B×S） 6001.60 44 136.40
殘差（AB×S） 2859.10 24.59 116.28
全體 43464.52 97.83
*p<.05
47
由表 4-23 觀察到股直肌平均肌電在左右腳與速率並無交互作用，進行不同速 率的主要效果考驗（見表 4-24 與圖 4-7）。隨著速率上升，肌電值持續增加，在速 度 140% PRS 出現最大值。
表4-24 股直肌變異數分析摘要表
變異來源
SS df MS F P
事後比較組間 B
28506.33 4 7126.58 70.24 .000* 5>3>1 5>2 4>3 4>2>1 組內
受試者間 S 5623.25 23 244.49 殘差（B×S） 9334.95 92 101.47
全體 43464.53 119
*p<.05
圖 4-8 不同速率股二頭肌之肌電訊號
48
49
圖 4-9 不同速率脛前肌之肌電訊號
（三）脛前肌
表4-27 脛前肌二因子變異數分析摘要表
變異來源
SS df MS F P
組間 9461.47 7.59
左右腳（A 主要效果） 613.24 1 613.24 2.46 .145 速率（B 主要效果） 7446.62 4 1861.66 7.36 .000*
左右腳*速率（交互作用） 1401.61 2.59 540.38 2.42 .094 組內 29948.16 94.53 316.811
受試者間 S 9698.68 11 881.70
殘差（A×S） 2737.28 11 248.84
殘差（B×S） 11136.75 44 253.11
殘差（AB×S） 6375.45 28.53 223.46
全體 39409.63 102.12
*p<.05
50
由表 4-27 觀察到脛前肌平均肌電在左右腳與速率並無交互作用，進行不同速 率的主要效果考驗（見表 4-28 與圖 4-9）。肌電值隨著速率上升遞增，在 80%PRS 上升幅度最大，速度 140% PRS 出現最大值。
表4-28 脛前肌變異數分析摘要表
變異來源
SS df MS F P
事後比較組間 B
7446.62 2.95 2521.45 9.06 .000* 5>1 4>1 3>1 2>1 組內
受試者間 S 13049.20 23 567.36 殘差（B×S） 18913.81 67.93 278.45
全體 39409.63 93.88
*p<.05
圖 4-10 不同速率內腓腸肌之肌電訊號
51 4>2,1 3>2,1 組內
52 同，Yokozawa, Fujii, Enomoto, 與Ae (2003) 指出在低速與高速下跑步，低速由於 步長與步頻無較大變化，肌肉活動量無顯著差異變化，但是在高速跑步由於步長