比較固定與動態轉動慣量阻力訓練器材在肱二頭肌上的表現

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(1)國立臺灣師範大學運動與休閒學院運動競技學系碩士學位論文. 比較固定與動態轉動慣量阻力訓練器材在肱二頭肌上的表現. 研究生：侯彥竹指導教授：相子元中華民國 103 年 08 月中華民國臺北市.

(2) i. 比較固定與動態轉動慣量阻力訓練器材在肱二頭肌上的表現 2014 年 08 月研究生：侯彥竹指導教授：相子元摘要執行慣性式阻力訓練時的向心收縮所產生的力量與收縮速度成反向關係，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。因此，為了使用更快的速度執行，勢必要用較輕的負荷才能使輪盤產生高速，而所產生的離心收縮負荷較小；反之亦然。目的：本研究希望藉由使用自製的動態轉動慣量阻力訓練器材，使向心收縮期間產生較快的速度且在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，並能符合肌肉速度力量曲線，讓高速度的動作與高慣量互相搭配而產生更好的離心收縮強度。方法: 本研究招募 12 位健康男性，使用自製的轉動慣量阻力訓練器材進行 3 種不同慣量(固定輕轉動慣量、動態轉動慣量、固定重轉動慣量)各 5 次的向心-離心收縮，共兩組，組間休息 2 分鐘，並收取肱二頭肌產生衝量與肱二頭肌肌肉活化情形效果進行分析比較。結果：向心初期固定重轉動慣量之衝量與 iEMG 顯著高於固定輕轉動慣量與動態轉動慣量；向心末期時動態轉動慣量與重轉動慣量之衝量與 iEMG 顯著高於輕轉動慣量；離心初期時動態轉動慣量之衝量顯著高於固定重轉動慣量；離心末期時動態轉動慣量與固定重轉動慣量之衝量與 iEMG 顯著高於輕轉動慣量。討論：動態轉動慣量在向心收縮期速度快且在向心末期轉動慣量變大，因此比起其他兩者慣量在轉折時累積較多角動量。結論：動態轉動慣量擁有固定輕轉動慣量的速度快、固定重轉動慣量的角動量大等優點。向心收縮期：轉動慣量小、施於機台速度快。離心收縮期：轉動慣量大、角動量增加，因為離心收縮具有機械性增強的效益，因此對離心收縮的肌肉訓練有所助益。. 關鍵詞：離心收縮訓練、衝量、向心收縮訓練 i.

(3) ii. Compared fixed and dynamic inertia resistance training equipment on the performance of the biceps August, 2014 Author: Hou, Yen-Chu Advisor: Shiang, Tzyy-Yuang Abstract Purpose: A self-designed dynamic inertia resistance training equipment was used to generate a faster velocity during concentric phase and accumulate more angular momentum during eccentric contraction. This study was designed to compare the effect of different inertial resistance equipment. Method: Twelve healthy men were recruited as subjects, using three different inertial resistances (fixed light moment of inertia, dynamic moment of inertia and fixed heavy moment of inertia) to execute 5 times con-ecc action of two sets, two minutes rest between sets. The biceps muscle impulse and EMG were analyzed. Result: In initial concentric phase, the impulse of heavy MOI and iEMG were significantly higher than light MOI and dynamic MOI; In the end of concentric phase, dynamic MOI and heavy MOI impulse and iEMG were significantly higher than light MOI; In initial eccentric phase, dynamic MOI impulse was significantly higher than heavy MOI; In the end of eccentric phase, dynamic MOI and heavy MOI impulse and iEMG were significantly higher than the light MOI. Discussion: Dynamic MOI had higher velocity and MOI becomes larger at the end of concentric phase, so accumulated more angular momentum than other two momentums. Conclusion: Dynamic inertia resistance has the advantages of both fixed light MOI's fast velocity and fixed heavy MOI's large angular momentum, therefore, the effect of eccentric overload could be increased to enhanced strength training.. Keywords: eccentric contraction training、impulse、concentric contraction training.

(4) iii. 謝誌撰寫致謝詞的開始，就是碩士生涯的結束。感謝相子元博士一路帶領我更深入走進運動科學及運動器材領域，不時的討論並指點我正確的方向，使我在這兩年獲益匪淺，老師對學問的嚴謹更是學習的典範。而本論文的完成，同時也要感謝劉強博士與王翔星主任提供寶貴且專業的建議與指正，使得本論文能夠更加完整且圓融，同時也給我許多啟發與收穫。. 回首兩年能有充實的碩士生涯，包括實驗室的生活、學術上的討論、娛樂消遣與運動等等，都要謝謝小相戰隊成員包括尹鑫哥、家祥學長、一涵學長、伊蘋姐不厭其煩的指出我研究中的缺失且總能在我迷惘時為我解惑，佑全、雅琪、書瑜、啟賓、贊仰、紅豆、之顏協助我完成實驗，此外也非常感謝力學實驗室的所有夥伴們，有你們的共同砥礪與陪伴，讓我在研究生涯有所困惑時，有溫暖支持與建議！. 最後還要感謝我的家人，一直對我的關心與照顧，讓首次離開溫暖家鄉的我有勇氣面對許多困難且能無顧之憂的北上求學，謝謝你們。. 而未來的日子仍有許多挑戰，我必定抱著謙卑的心學習與繼續前進。最後，向所有關心我的師長、同學、朋友們表示深深的謝意。. 彥竹 2014.08.

(5) iv. 目. 次. 口試委員與系主任簽字之論文通過簽名…………………………………………….i 論文授權書……………………………………………..…….. ……………………...ii 中文摘要……………………………………………..…….. ………………………..iii 英文摘要……………………………………………..……………………………….iv 謝誌……………………………………………..……………………………………..v 目次……………………………………………..…………………………………….vi 表次……………………………………………..…………………………………...viii 圖次……………………………………………..………………………………….viiii. 第壹章、緒. 論. 第一節、. 研究背景……………………………………………..……..……1. 第二節、. 研究問題…………………………………………….……...……4. 第三節、. 研究目的…………………………………………………....……4. 第四節、. 研究假設…………………………………………………....……4. 第五節、. 研究範圍與限制………………………………………….…...…5. 第六節、. 名詞操作型定義…………………………………………...…….5. 第貳章、文獻探討第一節、. 為什麼要使用慣性式阻力訓練裝置？………………………..11. 第二節、. 慣性式肌力訓練的機轉…………………………………..……15.

(6) v. 第三節、. 慣性式阻力訓練產生離心收縮效果的因素………………..…16. 第四節、. 文獻總結……………………………………………………..…18. 第參章、研究方法第一節、. 研究對象……………………………………………………..…19. 第二節、. 實驗日期與地點……………………………………………..…19. 第三節、. 測量儀器與設備……………………………………………..…19. 第四節、. 轉動慣量選擇………………………………………………..…23. 第五節、. 實驗步驟……………………………………………………..…23. 第六節、. 實驗流程……………………………………………………..…25. 第七節、. 資料蒐集與分析…………………………………………..……26. 第肆章、結果第一節、. 受試者基本資料…………………………………………..……29. 第二節、. 不同慣量間角速度…………………………………..…………29. 第三節、. 不同轉動慣量間向心收縮初期……………………..…………31. 第四節、. 不同轉動慣量間向心收縮末期…………………………..……33. 第五節、. 不同轉動慣量間離心收縮初期…………………………..……35. 第六節、. 不同轉動慣量間離心收縮末期……………………………..…37. 第伍章、討論第一節、. 不同轉動慣量在向心收縮期的效果………………………..…39.

(7) vi. 第二節、. 不同轉動慣量在離心收縮期的效果………………….………40. 第三節、. 動態轉動慣量效果…………………………………….………41. 第四節、. 結論與未來建議……………………………………….………42. 第陸章、結論與建議..…………………………………………………………...42. 引用文獻………………………………………………………...……………...……43 個人小傳………………………………………………………...………………...…47.

(8) vii. 表. 次. 表 1 受試者資料描述性統計…………………………………………………..……29 表 2 不同慣量間表現之統計結果……………………….…………………………31.

(9) viii. 圖. 次. 圖 1 慣性式阻力訓練…………………………………………………………………1 圖 2 自製動態轉動慣性輪阻力訓練器材……………………………………………3 圖 3 不同轉動慣量示意圖……………………………………………………………3 圖 4 定義向心期離心期示意圖………………………………………………………6 圖 5 固定輕轉動慣量時間 -力量曲線圖………………………………………….…7 圖 6 動態慣量時間 -力量曲線圖………………………………………………….…7 圖 7 重慣量時間 -力量曲線圖…………………………………………………….…8 圖 8 定義向心期離心期初期與末期之分期示意圖…………………………………9 圖 9 固定輕轉動慣量示意圖……………………………………………..…………10 圖 10 固定重轉動慣量示意圖………………………………………………………10 圖 11 動態輕轉動慣量示意圖………………………………………………………10 圖 12-1 YoYo ergometer…………………………………………………….………12 圖 12-2 ITMS……………………………………………………….………………13 圖 12-3 ARED………………………………………………………………………13 圖 12-4 IET…………………………………………………………………………13 圖 13 慣性式訓練器材開始有多元的訓練部位……………………………………13 圖 14-1 髕骨肌腱炎使用慣性式阻力訓練治療………………………………….…14 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…….....…14 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………………16 圖 16 時間 -力量曲線面積圖…………………………………………………….…17 圖 17 向心作用時的肌肉力量 -速度曲線……………………………………….…18 圖 18-1 自製動態轉動慣量阻力訓練器材…………………………………………20 圖 18-2 動態轉動慣量裝置由六根壓克力管組合而成……………………………20 圖 19 肘屈曲 /伸直動作訓練椅……………………………………………..………21.

(10) ix. 圖 20 力量傳感器……………………………………………………………………22 圖 21 角度計…………………………………………………………………………22 圖 22 轉動慣量與速度曲圖…………………………………………………………23 圖 23 手肘屈曲 /伸直動作分期與向心 /離心收縮力量………………………...…26 圖 24 衝量選取範圍示意圖…………………………………………………………27 圖 25 選取角速度始末位置示意圖…………………………………………………28 圖 26 不同慣量間向心角速度………………………………………………………30 圖 27 不同慣量間離心角速度………………………………………………………30 圖 28 不同慣量間向心初期衝量……………………………………………...……32 圖 29 不同慣量間向心初期 iEMG…………………………………………….……33 圖 30 不同慣量間向心末期量………………………………………………...……34 圖 31 不同慣量間向心末期 iEMG…………………………………………….……35 圖 32 不同慣量間離心初期衝量…………………………………………….…..…36 圖 33 不同慣量間離心初期 iEMG………………………………………….………36 圖 34 不同慣量間離心末期衝量…………………………………………...………37 圖 35 不同慣量間離心末期 iEMG …………………………………………………38.

(11) -1-. 第壹章緒論. 第一節研究背景. 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 (Onambélé 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, Pozzo, & Tesch, 2010)。除了包含運動員最大肌力、肌耐力之增進 (Lena, 2008)、身體肌腱強度或肌肉質量等增加 (Romero-Rodriguez, Gual, & Tesch, 2011; Norrbrand et al., 2010) 、疼痛指數降低 (Romero et al., 2011) 。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)、增加高齡婦女的上肢肩關節內收肌力和功率 (Naczk, Naczk, Brzenczek-Owczarzak, Arlet, & Adach, 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, Hamill, Hernandez, & Yamauchi, 2005)及平衡訓練等等 (Anna & Artur, 2012; Caruso, 2012; Hans & Per, 1998; Lena, 2008; Alkner & Tesch , 2004)。. 圖 1 慣性式阻力訓練 (Norrbrand et al., 2010). 而目前大多數有關於慣性式阻力訓練研究器材因為市面上種類限制，所以多.

(12) -2-. 數使用 YoYo (YoYo Technology AB, Stockholm, Sweden)公司所製造的慣性式阻力訓練器材，其配合之轉動慣量輪盤可分 0.1452 kg m2 以及 0.11 kg m2 兩種，訓練期間不變更或是調整慣性輪盤。而綜觀肌力訓練時影響訓練效果的主要因素，除了本身訓練動作的型態以外還包含兩個重要的訓練操作參數：動作速度以及負荷重量。研究發現慣性式阻力訓練使用輕轉動慣量之動作速度 (0 kg, 490 ± 177°s-1)比起重轉動慣量 (9.07 kg, 356 ± 164°s-1)之動作速度顯著來的快 (Tracy, Obuchi, & Johnson, 1995)，而從動量公式定義為質量與速度乘積來看，當所施於機台的最大自主速度越快所產生動量越大，因此輕轉動慣量效果較好。然而在戴一涵與相子元 (2013)研究則發現使用輕、中、重不同轉動慣量進行六週訓練後，發現在動作速度上達到差異但無法使組別間肌力表現上有顯著差異。而從角動量的定義為轉動慣量與加速度的乘積來看，慣量越大產生的角動量也越大，但是重慣量組造成的離心收縮效果卻沒有比輕慣量組來得好，探討可能原因在於向心作用產生的力量與收縮速度成反向關係，肌肉在向心收縮末期 (60-70%)發生減速期 (Elliott, Wilson, & Kerr, 1989)，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。. 為了解決此問題，本研究使用的動態慣性式阻力訓練器材的設計原理就是利用轉動慣量會受到半徑改變，因此透過自製動態轉動慣性式阻力訓練器材，由六根壓克力管和鋼圈所組成的可調整慣量的轉動輪盤，壓克力管內可放置慣量或掛於管上，而根據轉動慣量公式為質量與半徑平方的乘積，因此當靜止不動時，所有慣量集中在圓心，此時半徑小、轉動慣量小，即可使用較小的力量產生高速啟動；而當輪盤開始轉動後所有慣量因離心力在壓克力管內發散至管內最外端，此時半徑大、轉動慣量也大，產生離心收縮強度也變大。執行訓練動作過程中，阻力能根據肌肉力量速度原則而有所改變，使向心收縮期間產生較快的速度且在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，進而使動態轉動慣量產.

(13) -3-. 生向心收縮時速度快，離心收縮時角動量大，讓慣性式阻力訓練產生更好效果。. 圖 2 自製動態轉動慣性輪阻力訓練器材. 圖 3 不同轉動慣量示意圖 (由左至右為固定輕轉動慣量、動態轉動慣量、固定重轉動慣量). 而為了要得知自製動態轉動慣量產生成效是否能達到預期，因此在執行轉動慣量訓練動作時，利用力量傳感器紀錄並從數據擷取其中特徵點。在力量-時間曲線圖上，向心收縮期與離心收縮期皆會產生兩個峰值，此型態從過去著地研究中的作用力與時間圖形產生兩種峰值類似 (李書維、黃長福, 1995)，而著地形態與慣性式訓練的動作型態皆是執行向心收縮後產生離心收縮，因此在分析資料方面參考著地研究中力量值啟動瞬間到峰值的衝量，另外從擷取肌電振幅藉此代表肌肉的激活形式，並且決定於運動單位徵召數量之多寡 (Suzuki et al., 2002)，因此經由以上實驗資料的收集與分析，提供測試數據驗證動態轉動慣性式阻力訓練.

(14) -4-. 裝置能比起一般慣性式阻力訓練來得佳，可以有效在向心時速度快離心時產生較多的離心收縮，並可提供未來進行相類似裝置設計與驗證時的參考。. 第二節、研究問題. 綜觀慣性式阻力訓練有諸多好處，而為了改變訓練參數而使用不同負重 (轉動慣量) 及自主最大動作速度來進行訓練，發現在動作速度上達到差異但無法使組別間肌力表現上有顯著差異。原因可能為執行慣性式阻力訓練的向心收縮時產生的力量與收縮速度成反向關係，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。而為了使用更快的速度執行勢必得用較輕的負荷才能使輪盤產生高速，也因為如此所產生的離心收縮負荷就較小;想使轉動輪盤累積更多角動量造成離心收縮負荷，則無法在啟動時產生較快速度。而本研究即是使用自製的慣性式阻力訓練器材來驗證能否在執行向心收縮時，產生高速度的動作並搭配高負荷的離心收縮強度來達到慣性式阻力訓練更好的效果。. 第三節研究目的. 一、比較三種不同慣量間向心收縮初期、向心收縮末期、離心收縮初期、離心收縮末期之力量參數(衝量)差異。二、比較肱二頭肌實施轉動慣量阻力訓練動作時，三種不同慣量間向心收縮初期、向心收縮末期、離心收縮初期、離心收縮末期之肌肉活性(積分電位) 差異。三、比較肱二頭肌實施轉動慣量阻力訓練動作時，三種不同慣量間向心收縮速度與離心收縮速度。. 第四節研究假設.

(15) -5-. 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.

(16) -6-. 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) 1.. 動作型態與分期向心期(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.

(17) -7-. (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.

(18) -8-. 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。.

(19) -9-. 向心期. 離心期. 向心末期計. 角度計. 離心初期. 向心初期. 值. 離心末期. 力量值. 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) 1.. 慣量定義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。.

(20) - 10 -. 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.

(21) - 11 -. 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.

(22) - 12 -. 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 12-1 YoYo ergometer (Naczk et al., 2013). 圖 12-2. ITMS (Norrbrand et al., 2011).

(23) - 13 -. 圖 12-3. 圖 12-4. ARED. (Anthony Dao et al., 2006). a.. IET. (Caruso et al., 2005). c.. b.. e.. d.. 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.,.

(24) - 14 -. 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).

(25) - 15 -. 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伸展時對肌梭的刺激及牽張反射會促進肌肉爆發力增加(myotatic reflex)，Komi 等(1978)指出特別當向心收縮期與離心收縮期產生短暫的轉換期(catch phase)最為明顯，增加神經性和黏彈性物質運用可以短時間增加肌肉徵召，使下一向心階段可以產生加速。Albert(1991)提出此現象如此會造成較多肌梭回饋和功能性的肌纖維召喚，以協助關節的動態穩定，這使得離心收縮更加具有功能性，其中，彈性能的利用受到牽張強度的影響，包括牽張速度及牽張長度，而牽張速度越快彈性能的利用性越高。. 而當動作方向反覆轉折時產生之向心收縮與離心收縮 (Lena et al., 2008)，也使得肌肉受徵召程度增加而使訓練效果優於傳統槓片式訓練 (Lena et al., 2010)，造成其離心收縮加強主要是由於動作起始時，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;.

(26) - 16 -. 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.

(27) - 17 -. 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) 。.

(28) - 18 -. 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. 第四節、文獻總結. 綜觀文獻所提及，慣性式阻力訓練擁有強調離心收縮的優點，而決定離心收縮訓練效果的因素與施於機台的速度和慣性輪盤所累積的角動量有關。當施於機台的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，而轉動慣量的角速度越快則使轉動盤累積更多角動量產生更多離心收縮力量。為了使用更快的速度執行勢必得用較輕的負荷才能使輪盤產生高速，也因為如此所產生的離心負荷就較小;而想使轉動輪盤累積更多角動量造成離心收縮負荷，則無法在啟動時產生較快速度。因此本研究希望藉由自製動態轉動慣量阻力訓練器材，達到執行向心收縮期間產生較快的速度且在離心收縮期間能累積更多的離心收縮負荷。.

(29) - 19 -. 參、研究方法. 第一節、研究對象本研究對象為 12 位一般健康年輕男性，平均年齡為 24.4±2.8 歲、身高為 173.6 ±4.1 公分、體重為 70.8±6.9 公斤，且半年內無上肢骨骼肌肉疾病、無中樞或周邊神經病變等問題。研究對象於實驗前需詳閱受試須知，並由研究者仔細的告知實驗流程及注意事項，待了解後請受試者填寫基本資料及受試者同意書。. 第二節、實驗日期與地點本實驗於民國 103 年 3 月 21 日至民國 103 年 3 月 29 日止，於國立臺灣師範大學體育運動大樓室內操場。. 第三節、測量儀器與設備 (一). 動態轉動慣量阻力訓練器材：本研究採用自製動態轉動慣性式阻力訓練器材，由六根壓克力管（管徑內徑為 11mm）和鋼圈所組成的可調整慣量的轉動輪盤，慣量為直徑 10mm、重量為 4.12g 的鋼珠，鋼珠所進行的有效行程為 122mm，而根據轉動慣量公式：. 轉動慣量=質量×半徑 2. 當靜止不動時所有慣量（鋼珠）集中在圓心，此時半徑小、轉動慣量小，而當輪盤開始轉動後所有慣量因離心力在壓克力管內發散至管內最外端，.

(30) - 20 -. 此時半徑大、轉動慣量也大，使執行訓練動作過程中，阻力能根據肌肉力量速度原則而有所改變。使向心收縮期間產生較快的速度且在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。. 圖 18-1 自製動態轉動慣量阻力訓練器材. 圖 18-2 動態轉動慣量裝置由六根壓克力管組合而成. (二). 肘屈曲/伸直動作訓練椅：.

(31) - 21 -. 本研究使用市售之肘屈曲/伸直動作訓練椅進行改裝，受試者可依個人體型進行手肘置放墊高度之調整以完成完整之肘伸直/屈曲動作；阻力來源由纜線接於手把上，並往前連接至慣性式阻力訓練器材上。. 圖 19 肘屈曲/伸直動作訓練椅. (三). 肌電訊號量測器：實驗使用 Biopac 公司製造具有前置放大器的雙極表面電極 (bipolar surface electrodes)肌電儀，透過 Biopac MP 150 system (Biopac Systems Inc., USA)擷取並收集資料，其功能主要在收集表面肌肉電位之活化程度資料。. (四). 力量傳感器：實驗過程中使用力量感應器，裝置在握把纜線處，收取受試者動作過程中的力量值。.

(32) - 22 -. 圖 20 力量傳感器. (五). 自製電子角度計：依據橈骨骨突與肩峰作為角度計參考點貼於受試者右手肘關節外髁上，用來辨別動作分期做為向心收縮或離心收縮的依據。. 圖 21 角度計. (六). 多功能頻道資料擷取系統（Biopac MP150）將實驗中的肌電訊號、角度計與力量參數，以 Biopac MP 150 system (Biopac Systems Inc., USA)頻道資料擷取分析系統搭配 Acqkowledge4.1 版進行分析。. (七). 等長/等速肌力測試儀.

(33) - 23 -. 本研究以 Biodex system 4 pro (Biodex Medical System Inc, Shirley, NY, USA) 等速肌力測試訓練儀並搭配內建 Biodex System 4 軟體來測試受試者肘屈曲之等長肌力表現測試. 第四節、轉動慣量選擇 25 concentric velocity (kph). 24 23 22 21 20 19 18 17 16 0. 99. 173. 218. Moment of inertia. 308. 353. 773. (g). 圖 22 轉動慣量與速度曲線圖. 經過預實驗選用不同鋼珠與鐵環數目組合而成範圍為 0-773g 的慣量，發現在大於七顆鋼珠的重量(173g)開始會有速度上的差異，因此用此慣量做為本次實驗的輕慣量。. 第五節、實驗步驟一、黏貼器材肌電貼片：測試前先刮毛，用酒精（75%濃度）擦拭電極片黏貼部位去角質，減少阻抗與雜訊干擾。使受試者手掌向上，做手臂的屈曲，觸摸上臂肌肉鼓起的中間位置，兩電極片間距 2 ㎝，黏貼方向呈水平。.

(34) - 24 -. 電子角度計：角度計兩端藉由橈骨骨突與肩峰作為角度計參考點貼於受試者右手肘關節外髁上。. 二、最大自主收縮能力測試(MVC) 實驗開始先將電極貼片黏貼於肱二頭肌肌腹上並請受試者於等速肌力儀上執行最大自主收縮能力測試(MVC)，定義手肘角度完全伸展為 0 度，固定受試者肘關節角度為 90 度時進行肱二頭肌最大自主收縮能力測試，總共執行 3 次，每次最大肌力測試時間為 5 秒，中間休息 60 秒，測試過程中給予受試者口頭鼓勵，「用力！加油！」。. 三、自製慣性式阻力訓練實驗在進行慣性式阻力訓練實驗前，先於手肘關節活動處安裝電子量角器，以辨別受試者手肘彎曲/屈曲動作之分期，並於自製慣性式肌力訓練機台纜繩處安裝力量傳感器，用以測量受試者對訓練機台所施予的力量。受試者以最大自主速度在各慣量(固定輕轉動慣量、動態轉動慣量、固定重轉動慣量)間進行兩組慣性式阻力訓練，每組進行 5 次包含向心-離心收縮訓練，組間休息 2 分鐘。. 四、採用平衡對抗法(拉丁方格設計) 本研究採用實驗研究法之對抗平衡設計方法，旨在防範各組接受實驗處理次序而產生累進誤差的混淆，利用輪換方式，將每種實驗處理讓每一組研究對象進行，藉以制衡每組之間的實驗誤差。.

(35) - 25 -. 第六節、實驗流程圖儀器架設佈置實驗場地儀器校正填寫受試者知情同意書. 黏貼器材：將電極貼片黏於受試者肱二頭肌肌腹上. 受試者於等速肌力機台熱身後，執行 5 秒最大自主收縮. 熟悉慣性式訓練器材於自製慣性式肌力訓練機台纜繩處安裝力量傳感器. 黏貼器材. 於受試者右肘處安裝電子角度計實驗開始. 固定輕轉動慣量受試者以最大自主速度在各慣量間進行 5 次慣性輪向心-離心收縮動態轉動慣量補收. 固定重轉動慣量擷取角度計資料. 資料異常. 擷取力量傳感器. 擷取肌電訊號. 資料正常.

(36) - 26 -. 第七節、資料蒐集與分析. （一）動作分期：利用電子角度計蒐集到的資料進行分析，擷取頻率 1000Hz，並由 AcqKnowledge 4.1 分析軟體將原始資料進行 2Hz 低通濾波。依照測試動作會使肌肉產生向心、離心收縮，對照到不同的動作形式可分為屈曲和伸直。本實驗電子量角器放置在手肘活動位置上，依角度變化轉折的訊號來分辨動作的週期。. 圖 23 手肘屈曲/伸直動作分期與向心/離心收縮力量. （二）力量參數：力量訊號擷取頻率1000Hz，並由AcqKnowledge 4.1分析軟體將原始資料進行10Hz低通濾波，並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。.

(37) - 27 -. 向心期. 離心期. 向心末期計. 角度計. 離心初期. 向心初期. 值. 離心末期. 力量值. 圖24 衝量選取範圍示意圖. （三）肌電訊號：將蒐集二頭肌肌電訊號，擷取頻率設定為1000Hz，並由 AcqKnowledge 4.1分析軟體將原始資料做20～500Hz的帶通濾波（band pass filter）處理，進行全波整流（full wave rectification），最後以截止頻率為10Hz的低通濾波（low pass filter）作平滑處理，求得肌電訊號的線性封包（linear envelope），並以AcqKnowledge軟體內建運算功能鍵獲得積分肌電(iEMG)數據用以表示肌肉活動的強度。為求實驗數據之正確性，MVC肌電數據去前後一秒取其用力中的中間三秒之數據，以避免誤差，並與MVC的三秒的平均肌電進行標準化。討論結果將以目標肌肉表現之平均值呈現。.

(38) - 28 -. （四）角速度：利用角度計得知向心與離心收縮期時的角度變化量除以作用時間。. 向心末角度. 向心初角度圖 25 選取角速度始末位置示意圖. 向心離心角速度. 向心離心末速度. 向心離心初速度. 向心離心時間. （五）統計分析 1.. 以描述性統計 (descriptive statistics)呈現受試者基本資料，包含性別、年齡、身高及體重、二頭肌最大力矩。. 2.. 本研究使用單因子變異數分析法 (One-way ANOVA)，進行固定輕轉動慣量、動態轉動慣量比較、固定重轉動慣量，若統計上達顯著差異水準時，再以 LSD 進行事後比較。. 3.. 本研究使用 SPSS 17.0 for windows 軟體進行統計分析，各項顯著差異水準皆訂為α < .05 時。.

(39) - 29 -. 第肆章、結果. 第一節、受試者基本資料. 本研究對象為 12 名一般健康男性，其平均年齡、身高、體重之描述性統計如表一。表 1 受試者資料描述性統計(n=12) 平均數±標準差年齡(歲). 24.4±2.8. 身高(公分). 173.6±4.1. 二頭肌最大力矩. 63.1±7.4. 第二節、不同慣量間角速度. 在不同慣量間的向心角速度之統計結果如表 2，不同慣量間的向心角速度達顯著差異 F=3.459, p= .033，經 post hoc 檢定發現固定輕轉動慣量與動態轉動慣量向心速度顯著大於固定重轉動慣量，如圖 26。.

(40) - 30 -. Concentric angular velocity(degree  s-1). * 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 Light MOI. Dynamic MOI Moment Of Inertia. Heavy MOI. 圖 26 不同慣量間向心角速度 *：不同組別間達顯著水準 (p < .05). 在不同慣量間的離心角速度之統計結果如表 2，在不同慣量間離心角速度，. Concentric angular velocity(degree  s-1). 各慣量間並無達顯著差異。. 110 100 90 80 70 60 50 40 30 Light MOI. Dynamic MOI. Heavy MOI. Moment Of Inertia. 圖 27 不同慣量間離心角速度.

(41) - 31 -. 表 2 不同慣量間表現之統計結果固定輕轉動慣量. 動態轉動慣量. 固定重轉動慣量. 向心角速度(degree  s-1). 73.3±24.1c. 71.9±23.5c. 61.8±22.2ab. 離心角速度(degree  s-1). 71.7±27.3. 71.2±27.2. 71.1±30.2. 向心初期衝量(kg·s). 1.47±0.99c. 1.50±0.94c. 2.73±2.37ab. 0.028±0.018c. 0.036±0.022c. 0.047±0.028ab. 1.46±1.31bc. 1.93±1.15a. 1.87±1.61a. 0.032±0.018bc. 0.047±0.023a. 0.049±0.020a. 1.51±1.10. 1.86±2.51c. 1.30±0.87b. 離心初期 iEMG(mv·s). 0.018±0.015. 0.021±0.016. 0.016±0.0. 離心末期衝量(kg·s). 5.85±3.84bc. 7.59±3.78a. 7.57±4.4a. 0.478±0.033bc. 0.060±0.039a. 0.064±0.041a. 向心初期 iEMG(mv·s) 向心末期衝量(kg·s) 向心末期 iEMG(mv·s) 離心初期衝量(kg·s). 離心末期 iEMG(mv·s). 註：a：與固定輕慣轉動慣量達顯著差異 b：與動態慣轉動慣量達顯著差異 c：與固定重慣轉動慣量達顯著差異(p < .05). 第三節、不同轉動慣量間向心收縮初期. 在不同慣量間的向心收縮初期衝量之統計結果如表 2，在不同慣量間的向心收縮初期衝量主要效果達顯著差異 F = 15.606,. p = .000，經 post hoc 檢定發現. 固定重轉動慣量組顯著高於固定輕轉動慣量組(p= .000)，固定重轉動慣量組顯著高於動態慣量組(p= .000)。.

(42) - 32 -. * 6. Impulse (kgŸŸ·s). 5 4 3 2 1 0 Light MOI. Dynamic MOI Moment of Inertial. Heavy MOI. 圖 28 不同慣量間向心初期衝量 *：不同組別間達顯著水準 (p < .05). 在不同慣量間的向心收縮初期 iEMG 之統計結果如表 2，在不同慣量間的向心收縮初期 iEMG 主要效果達顯著差異 F = 7.616, p = .001，經 post hoc 檢定發現固定重轉動慣量組顯著高於固定輕轉動慣量組(p= .000)，固定重轉動慣量組顯著高於動態慣量組(p= .020)。.

(43) - 33 -. * 0.08 0.07. iEMG (mv·s). 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 Light MOI. Dynamic MOI. Heavy MOI. Moment of Inertial. 圖 29 不同慣量間向心初期 iEMG *：不同組別間達顯著水準 (p < .05). 第四節、不同轉動慣量間向心收縮末期. 在不同慣量間的向心收縮末期衝量之統計結果如表 2，在不同慣量間的向心收縮末期衝量主要效果達顯著差異 F = 14.243,. p = .000，經 post hoc 檢定發現. 固定重轉動慣量組顯著高於固定輕轉動慣量組(p= .000)，動態慣量組顯著高於固定輕轉動慣量組(p= .000)。.

(44) - 34 -. * 4. Impulse (kg·s). 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Light MOI. Dynamic MOI. Heavy MOI. Moment of Inertial. 圖 30 不同慣量間向心末期衝量 *：不同組別間達顯著水準 (p < .05). 在不同慣量間的向心收縮末期 iEMG 之統計結果如表 2，在不同慣量間的向心收縮末期 iEMG 主要效果達顯著差異 F = 15.141, p = .000，經 post hoc 檢定發現固定重轉動慣量組顯著高於固定輕轉動慣量組(p= .000)，動態慣量組顯著高於固定輕轉動慣量組(p= .000)。.

(45) - 35 -. * 0.08. iEMG (mv·s). 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 Light MOI. Dynamic MOI Moment of Inertial. Heavy MOI. 圖 31 不同慣量間向心末期 iEMG *：不同組別間達顯著水準 (p < .05). 第五節、不同轉動慣量間離心收縮初期. 在不同慣量間的離心收縮初期之統計結果如表 2，在不同慣量間的離心收縮初期衝量經 post hoc 檢定發現動態慣量組顯著高於固定重轉動慣量組 (p= .042)。.

(46) - 36 -. *. Impulse (kg·s). 4 3 2 1 0 Light MOI -1. Dynamic MOI. Heavy MOI. Moment of Inertial. 圖 32 不同慣量間離心初期衝量 *：不同組別間達顯著水準 (p < .05). 在不同慣量間的離心收縮初期 iEMG 之統計結果如表 2，在不同慣量間的離心收縮初期 iEMG，經 post hoc 檢定發現各慣量間無顯著差異。. 0.04 0.035. iEMG (mv·s). 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 Light MOI. Dynamic MOI. Heavy MOI. Moment of Inertial. 圖 33 不同慣量間離心初期 iEMG.

(47) - 37 -. *：不同組別間達顯著水準 (p < .05). 第六節、不同轉動慣量間離心收縮末期. 在不同慣量間的離心收縮末期衝量之統計結果如表 2，在不同慣量間的離心收縮末期衝量主要效果達顯著差異 F = 5.305,. p = .006，經 post hoc 檢定發現. 固定重轉動慣量組顯著高於輕慣量組(p= .049)，動態慣量組顯著高於固定輕轉動慣量組(p= .002)。. * 14. Impulse (kg·s). 12 10 8 6 4 2 0 Light MOI. Dynamic MOI. Heavy MOI. Moment of Inertial. 圖 34 不同慣量間離心末期衝量 *：不同組別間達顯著水準 (p < .05). 在不同慣量間的離心收縮末期 iEMG 之統計結果如表 2，在不同慣量間的離心收縮末期 iEMG 主要效果達顯著差異 F = 4.727, p = .010，經 post hoc 檢定發現固定重轉動慣量組顯著高於固定輕轉動慣量組(p= .003)，動態慣量組顯著高於固定輕轉動慣量組(p= .042)。.

(48) - 38 -. * 0.12. iEMG (mv·s). 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 Light MOI. Dynamic MOI. Heavy MOI. Moment of Inertial. 圖 35 不同慣量間離心末期 iEMG *：不同組別間達顯著水準 (p < .05).

(49) - 39 -. 第伍章、討論. 慣性式阻力訓練器材已經為運動員與不同族群帶來許多益處，但由於受到市面上慣性式訓練器材的種類限制，多數慣性式阻力訓練器材僅以受試者本身自主最大速度完成訓練且訓練期間不變更慣性輪盤慣量，因此本研究使用自製動態轉動慣性式器材，透過比較三種不同慣量間向心收縮初期、向心收縮末期、離心收縮初期、離心收縮末期之力量參數(衝量)與肌肉活化差異，而結果也驗證比起固定慣性式阻力訓練能有效在向心收縮時速度快且離心時產生較多的離心收縮。而本章前兩節先針對不同慣量間在向心期與離心期的效果作討論，而後在針對動態轉動慣量效果加以敘述。. 第一節不同轉動慣量在向心收縮期的效果. 決定慣性式訓練離心收縮訓練效果的因素其一來自施力於機台的速度，在執行固定輕轉動慣量的向心收縮速度能比起固定重轉動慣量的向心收縮速度顯著來得快 (Tracy et al., 1995; 陳玫伶、相子元，2013)，而從本研究中結果顯示在執行不同轉動慣量時產生向心收縮的角速度上，固定輕轉動慣量與動態轉動慣量皆比固定重慣量顯著來得快，代表此次研究選用的三種不同慣量間已經能影響訓練速度，而其中動態轉動慣量在向心收縮速度上已能與固定重轉動慣量速度上達到差異。. 在向心初期固定輕轉動慣量與動態轉動慣量藉由產生較少衝量與肌肉活化達到較快速度，而固定重轉動慣量則是速度較慢且花費較大衝量與肌肉活化來執行向心收縮。Beck 等 (2004) 認為 EMG 振幅與力矩之間呈正線性關係，顯示隨力量的增加，徵召更多運動單位參與作用的結果相似。iEMG 受到動作電位的.

(50) - 40 -. 振幅與放電頻率的影響，動作電位的振幅代表放電的強度，取決於參加收縮的肌纖維或運動單位數量;放電頻率主要取決於運動單位興奮活動的強弱。iEMG 振幅反映肌肉的激活形式，並且決定於運動單位徵召數量之多寡 (Suzuki, et al., 2002)。而進入向心末期，動態轉動慣量因為在拉扯後鋼珠發散至輪框末端，與固定重轉動慣量的慣量排列相同，因此，產生的衝量與肌肉活化皆比起固定輕轉動慣量來的大，並且累積足夠能量提供離心收縮強度。. 第二節不同轉動慣量在離心收縮期的效果. 決定慣性式訓練離心收縮訓練效果的另一因素就是慣性輪盤所累積的角動量。而根據公式，角動量為轉動慣量與角速度的乘積，當角動量大則轉動盤也累積更多角動量以產生離心收縮時的阻力。因此在離心末期的衝量上，動態轉動慣量與固定重轉動慣量因為轉動慣量比起固定輕轉動慣量大，累積的角動量刺激也多，所以在離心收縮末期的衝量比起固定輕慣量大。而 iEMG 振幅與負荷呈正線性關係被認為是選擇性徵召所導致的結果 (Barnes, 1980)，可能是高負荷瞬發動作時，作用肌與拮抗肌同時作用所造成的，因為此時作用肌電極片同時收集了拮抗肌 EMG 的活動訊號。因此在離心收縮末期，動態慣量與重慣量的 iEMG 皆顯著高於輕慣量。. 而慣性式阻力訓練強調離心收縮的獨特性 (Anna & Artur, 2012; Alkner & Tesch, 2004)，為一種基於牽張-收縮循環 (stretch-shorting cycle, SSC)基本原理的應用，藉由彈性組織所儲存的彈性位能和在快速肌肉伸展時對肌梭的刺激及牽張反射會促進肌肉爆發力增加(myotatic reflex)，Komi 等(1978)指出特別當向心收縮期與離心收縮期產生短暫的轉換期 (catch phase)，更能增加神經性和黏彈性物質運用可以短時間增加肌肉徵召，使下一向心階段可以產生加速。但在不同慣量間.

(51) - 41 -. 離心初期的衝量上，只有動態轉動慣量與固定重慣量間有顯著差異，甚至不同慣量間的 iEMG 都沒有顯著差異，從不同慣量間的離心角速度上發現並無差異，可能在執行二頭肌收縮的行程不足以提供給輪盤足夠的角動量，因此使得纜線無法持續維持張力使得肌肉活化受到影響，但是動態轉動慣量藉由在向心收縮期速度快且在向心末期轉動慣量變大，因此比起固定重轉動慣量累積較多角動量刺激。. 第三節動態轉動慣量效果. 本研究依據轉動慣量公式所製造的動態轉動慣量訓練器材，在執行向心收縮前因為轉動慣量輪中的壓克力管擁有傾斜角的關係，因此動態轉動慣量與輕轉動慣量的慣量(鋼珠)皆是集中在圓心，阻力能根據肌肉力量速度原則而有所改變，因此在向心初期時將動態轉動慣量與輕轉動慣量視為是一致的，而經由拉扯後慣量飛散至壓克力管遠端達到與固定重轉動慣量排列相同。從結果看起來，動態轉動慣量和固定重慣量所產生的衝量與肌肉活化效果都明顯優於固定輕轉動慣量，然而在離心初期因為動態轉動慣量在向心收縮時速度快累積的離心收縮刺激更大又略勝固定重轉動慣量一籌。. 但由於本研究使用自製動態轉動慣量器材，在執行訓練動作的過程中發現，可能由於使用單關節動作行程不夠長，導致不同慣量間執行向心收縮時皆無法輕鬆加速，因此從實驗結果發現使用自製固定輕轉動慣量所產生的角速度為 70 o/ 秒與 Tracy 等(1995)研究結果中使用慣性式阻力訓練在沒有負荷下(0 kg)最大角速度 490o/秒明顯還慢，更遠不及棒球投手出手時達到 2000o/秒的角速度。而慣性式阻力訓練其一優點為動作速度相似於競技運動場上的動作速度，因為非常接近一般運動狀態下透過關節的加速產生力量，透過訓練神經系統提供一個非常好的訓練工具預防傷害。而從本研究使用二頭肌屈曲動作已可看出趨勢，若要應用.

(52) - 42 -. 至運動場上可能要再改良器材的設計或是選擇多關節的動作來增加動作行程。在過去動態額外增阻力訓練比起傳統槓片式訓練可以增強肌力和肌肉質量，因為增加離心負荷可能增加神經刺激、彈性位能的恢復、收縮性質機轉的改變和增加肌肉預收縮，因此研究指出這樣的改變能增加向心最大力量輸出。因此推測同樣為負重模式在離心收縮階段的負荷會比起向心收縮的負荷額外增加負荷的動態轉動慣量也能因此藉由訓練增加肌力或肌肉質量。. 第四節結論與未來建議. 動態轉動慣量擁有固定輕轉動慣量的轉動慣量小、施於機台速度快，而在離心收縮期有固定重轉動慣量的角動量大並能提供足夠的肌肉活化刺激等優點，因為其離心收縮具有機械性增強的效益，因此對離心收縮的肌肉能力有所助益。但自製慣性阻力訓練器材若要應用至運動場上可能要再改良器材的設計或是選擇多關節的動作來增加動作行程，來達到訓練時的動作速度相似於競技運動場上的動作速度。將來研究除了可以朝著更大範圍的動態轉動慣量選擇進行後續研究外，並能以此器材進行訓練以得知是否能增進肌力或肌肉質量等訓練效果。.

(53) - 43 -. 引用文獻. 李書維、黃長福(1995)。不同高度赤腳著地動作之生物力學分析。體育學報, (20), 213-224. 陳玫伶、相子元(2013)。慣性式肌力訓練對排球動作表現之影響。未出版碩士論文，國立台灣師範大學，台北市。劉宇、江界山、陳重佑(1996)。肌力與肌力診斷的生物力學基礎。台灣師大體育研究，(2)，151-179 戴一涵、相子元(2013)。六週不同轉動慣量之慣性式阻力訓練。未出版碩士論文，國立台灣師範大學，台北市。 Albert, M. (1991). Eccentric muscle training in sports and orthopaedics. New York, NY: Churchill Livingston, 75-97. Albert, M. S., Hillegass, E., & Spiegel, P. (1994). Muscle torque changes caused by inertial exercise training. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy, 20(5), 254-261. Alkner, A. & Tesch A. (2004). Efficacy of a gravity-independent resistance exercise device as a countermeasure to muscle atrophy during 29-day bed rest. Acta Physiologica Scandinavica, 181, 345-357. Alkner, B. A., Berg, H. E., Kozlovskaya, I., Sayenko, D., & Tesch, P. A. (2003). Effects of strength training, using a gravity-independent exercise system, performed during 110 days of simulated space station confinement. European Journal of Applied Physiology, 90(1-2), 44-49. Anna, M. & Artur J. (2012). Muscle activity during inertial and free weights exercise. Occupational Therapy: the International Perspective, 6, 217-224. Beck, T. W., Housh, T. J., Johnson, G. O., Weir, J. P., Cramer, J. T., Coburn, J. W., et al. (2004). Mechanomyographic and electromyographic time and frequency domain responses during submaximal to maximal isokinetic muscle actions of the.

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