橢圓齒盤對公路自行車騎乘效率及下肢肌電訊號之影響

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(1)國立臺灣師範大學體育學系碩士學位論文. 橢圓齒盤對公路自行車騎乘效率與下肢肌電訊號之影響. 研究生：汪旖文指導教授：謝伸裕. 中華民國101年8月中華民國臺北市.

(2) i.

(3) 橢圓齒盤對公路自行車騎乘效率及下肢肌電訊號之影響 2012 年 8 月研究生: 汪旖文指導教授: 謝伸裕. 摘要橢圓齒盤(non-circular chainring)是一項為了增進踩踏效率而發展出的產品，其原理是改進原本兩腿作圓周運動踩踏時，接近上下死點處雙腿輸出功率較小的缺點，利用減少踩踏週期中這兩處齒片切線點到中軸的半徑，增加扭矩、減少齒數，並讓上下死點附近的施力齒快速通過。同理，當雙腳前後死點時，踩踏力量最大時，此時橢圓齒盤增加前齒片的切線點到中軸的半徑，增加齒數，讓施力時連貫，以期踩踏時發揮最大功率。目的：比較受試者在使用一般圓形齒盤及橢圓齒盤時的攝氧量，以評估其工作效率。比較受試者在使用一般圓形齒盤及橢圓齒盤時的下肢肌群肌電訊號（股直肌、股二頭肌、脛前肌、腓腸肌）之活動情形。方法：以 8 位國內男性優秀公路自行車選手（年齡：24.50 ± 4.23 歲；身高：172.67 ± 5.1 公分；體重：67.50 ± 10.0 公斤；最大攝氧量：67.14 ± 5.80 ml/kg/min），自行車齡 3 年以上，每週訓練時間 20 小時以上或週訓練量 600 公里以上，以平衡次序法使用一般齒盤或橢圓齒盤進行以無氧閾值(AT)為基準的三種強度（AT+ 10%、AT、AT- 20%）之騎乘，每種強度騎 5 分鐘，記錄其間的攝氧量及肌電訊號。結果：使用一般齒盤與橢圓齒盤在 3 種運動強度下之攝氧量並無顯著差異。在 AT+ 10%強度下，股直肌在使用橢圓齒盤時的均方根肌電訊號顯著低於一般齒盤；在其餘強度時，股直肌、股二頭肌、脛前肌及腓腸肌在使用兩種不同齒盤時，肌電訊號皆無顯著差異。結論：橢圓齒盤無法提升專業自行車手進行次最大運動強度測驗時的運動經濟性。肌電訊號部分，於強度 AT+ 10%下，使用橢圓齒盤時股直肌肌肉活化程度較小，表示較省力。但是無法減少其餘肌肉的肌肉活化程度，無法達到省力的效果。. 關鍵詞：橢圓齒盤、運動經濟性、肌電圖。. iii.

(4) The effect of non-circular chainring on road bike riding efficiency and lower extremity electromyography August, 2012 Student: Wang, Yi-wen Advisor: Hsieh, Shen-yu Abstract Non-circular chainring is a product created for improving cycling performance. The principle of non-circular chainring is based on the modification of the gear ration of the chainring. While pedaling at the top and bottom dead point, the distance between buttom bracket and the point of tangency of the chainring becomes shorter. Therefore, the radius of chainring was decreased, the torque of the pedaling was increase, and the number of teeth was reduced virtually. In the same way, while pedaling to the circumstance of maximal power (3 O’clock), the design could increase the diameter of chainring, increase the number of teeth virtually, to have the more power output. Purpose: To investigate the effect of using non-circular chaining on road bike riding efficiency and electromyography( EMG) of lower extremity muscles ( rectus femoris, biceps femoris, tibial anterior, & gastrocnemius). Methods: Eight male elite cyclists (age: 24.50 ± 4.23 yrs old, height: ‧ 172.67 ± 5.1cm, weight: 67.50 ± 10.0kg, VO2max: 67.14 ± 5.80 ml/kg/min ) with more than 3 years cycling experience were recruited in this study. All of them train at least 20 hours or 600 km per week. Subjects randomly use conventional circular chainring or non-circular chainring to perform 3 riding trials for 5 minutes respectively under 3 different intensities which were 10% above anaerobic threshold (AT+10%), anaerobic threshold (AT), 20% below anaerobic threshold ‧ (AT-20%). VO2 and EMG were recorded during these 5 minutes tests. Results: There’s no ‧ significant difference on VO2 between using conventional chainring and non-circular chainring. At the intensity AT+ 10%, the EMG activity of rectus femoris using non-circular chainringwas significantly lower than using conventional chainring. However, there were no significant difference in other muscles between using these two different chainrings. Conclusion: For elite cyclists, non-circular chainring cannot enhance their riding efficiency at sub-maximal workload. At the intensity AT+ 10%, using non-circular chaining may reduce rectus femoris muscle activation. Key words: non-circular chainring, efficiency, electromyography.. iv.

(5) 謝誌大學後期接觸了運動科學，並將所學應用在自己課餘的最大興趣－鐵人三項運動的鍛練之中，對這相輔相成的兩者深感興趣，在大學指導教授林嘉志老師的鼓勵與指導之下，推甄進入師大唸研究所。原以為自己從此會與學術為伍，誰知鐵人三項在我生活中的重要性與日俱增，也因成績出色有幸入選國家代表隊，開始長駐在左營國家運動選手訓練中心的生活，而碩士研究也因此擔擱，直到二○一○亞運結束後才又重返校園。重拾研究並不如想像中順利，好在師長們及同學、學長姐、學弟妹們總不吝伸出援手，我的碩士論文終於在幾番波折後完成。在此由衷感謝指導教授謝伸裕老師，對我在研究上要求嚴謹，在鐵人三項賽事上支持；口試委員相子元老師，平日研究遇到任何困難相老師總能指點迷津並全力支持；口委徐台閣老師，在百忙中抽空前來，並給予建議；大學指導教授林嘉志老師不定時的關心及對研究的建議；求教於王鶴森老師時所獲得的指導；以及大方出借實驗器材的鄭景峰老師。當然，若沒有力學和生理學的大家在研究上及實驗上的幫忙，我的碩士論文無法完成。深深感謝總是關心並給我無止盡協助的石又姐和家祥；在實驗上總能提供專業協助的尹鑫哥；力學的詹哥、育銘、光鑫、宥汝、綠豆、耀廷哥及生理學的昭吟、依潔和靜宜學姐不定時的幫忙及打氣；還有為實驗室帶來歡笑的漢真和小龍；以及這個實驗的所有參與者。最後，也感謝家人的關心和支持，謝謝您們。. v.

(6) 目. 次. 口試委員與系主任簽字之論文通過簽名表…...……….….……………….…….………….…...…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………………………...…………………………..………………………………………ix. 第壹章. 緒論…...………………………………………………………1. 第一節. 研究背景…...……………………………………...………………..…….…………1. 第二節. 研究目的…...…………………………………………………………4. 第三節. 研究假設…...…………………………………………………………4. 第四節研究範圍與限制…...…………………………………………………4 第五節. 第貳章第一節第二節第三節第四節. 操作性名詞定義解...………………………..……………………………..………..4. 文獻探討…...…………………………..……………………6 自行車結構與功能…...………………………………………………6 自行車運動之運動學與動因學….…………..………………..……………..……..7 自行車肌肉徵召的方式…...…………………………………………8 橢圓齒盤...…...……………………………..……...…..………………..…………11. vi.

(7) 第参章. 研究方法與步驟…...…………………………………….………………16. 第一節. 研究參與者…...……………………………………….………………….………16. 第二節. 實驗儀器與設備….....……………………………………………………………16. 第三節. 實驗設計與方法…...…………………..…………………………………………19. 第四節. 實驗流程…...……………………………………..………………………………21. 第五節. 實驗過程照片...…………………………………………………………………..22. 第六節. 資料處理與分析...………………………………………………………………..22. 第肆章. 結果…...………………………………………………………….….……23. 第一節. 攝氧量…...………………………………….…..…………………………………23. 第二節. 均方根肌電振幅….…………………………..……………….……………..……24. 第五章. 討論與結論…...………………………..……..………………………..…29. 第一節. 不同齒盤對運動經濟性的影響…...……………..…………………….…………29. 第二節. 不同齒盤對肌電訊號之影響…………………..…..…………………………..…30. 第三節. 結論…...……………………………………..……………………….……………31. 第四節. 建議...…...…………………………………………..……………....…..…………32. 引用文獻…...…………………………..…………………....………………………33 附錄一. 參與者告知同意書……………...………………………..…………….…………36. 附錄二. 身體健康調查表……………...………………….………..………………………39. vii.

(8) 圖次圖 1-1. 影響自行車成績的因素... ............................................................................ ..2. 圖 2-1. 自行車基本結構系統圖 ................................................................................. 6. 圖 2-2. 自行車踩踏動作分期型態 ............................................................................. 7. 圖 2-3. 踩踏運動時下肢主要使用的肌肉與作動方式 ............................................. 8. 圖 2-4. 踏車運動主要使用的下肢肌肉-右腿外側觀 ................................................ 9. 圖 2-5. 踏車運動主要使用的下肢肌肉 ................................................................... 10. 圖 2-6. 踏車運動下肢肌肉使用的活化次序 ........................................................... 10. 圖 2-7. 非圓形齒盤之概觀 ....................................................................................... 12. 圖 3-1. Vmax 29 氣體代謝分析系統 ....................................................................... 16. 圖 3-2. Biopac 多功能訊號紀錄系統 ....................................................................... 17. 圖 3-3. 心率監測錶 ................................................................................................... 17. 圖 3-4. Ridea 四爪楕圓齒盤組 ................................................................................. 18. 圖 3-5. 功率自行車 ................................................................................................... 18. 圖 3-6. 受試者進行前測－最大攝氧量測試 ........................................................... 22. 圖 4-1. 不同齒盤於不同運動強度時的攝氧量 ....................................................... 24. 圖 4-2. 股直肌於不同齒盤在不同運動強度時的肌電訊號 ................................... 25. 圖 4-3. 股二頭肌於不同齒盤在不同運動強度時的肌電訊號 ............................... 26. 圖 4-4. 脛前肌於不同齒盤在不同運動強度時的肌電訊號 ................................... 27. 圖 4-4. 腓腸肌於不同齒盤在不同運動強度時的肌電訊號 ................................... 28. viii.

(9) 表次表 2-1. 膝關節負載力在不同的橢圓盤與曲柄角度與曲柄力之比較 ................... 13. 表 2-2. 各類橢圓齒盤在平路與爬坡混合地形相對於圓形齒盤之差異 ............... 14. 表 2-3. 各類橢圓齒盤在平路與爬坡混合地形相對於圓形齒盤之排名 ............... 15. 表 3-1. 受試者基本資料 ........................................................................................... 16. 表 4-1. 不同齒盤於不同運動強度時的攝氧量 ....................................................... 23. 表 4-2. 股直肌於不同齒盤在不同運動強度時的均方根肌電訊號 ....................... 24. 表 4-3. 股二頭肌於不同齒盤在不同運動強度時的均方根肌電訊號 ................... 25. 表 4-4. 脛前肌於不同齒盤在不同運動強度時的均方根肌電訊號 ....................... 26. 表 4-5. 腓腸肌於不同齒盤在不同運動強度時的均方根肌電訊號 ....................... 27. ix.

(10) 1. 第壹章. 緒論. 一、研究背景自行車運動表現主要受到輸出功率 (output power)與速度 (velocity)所左右(圖 1-1)，影響速度最主要的因素為空氣阻力，因此在自行車設計、騎乘姿勢等皆會盡可能地降低風阻。除了降低風阻之外，若能增加功率輸出，或是改善踩踏效率，也是增進騎乘表現的方法，所以各種針對能增進踩踏效率的研究也未曾停歇。橢圓齒盤(或非圓形齒盤，non- circular chainring)即是一項為了增進踩踏效率而發展出的產品。近來，橢圓齒盤被提出並用在自行車運動，以期增加曲柄 (crank arm length)長度及力矩 (torque)最佳化。過去一些學者積極地進行這方面的研究，在 Hue (2001)和 Zamparo (2002)的研究中指出，在一公里全力衝刺實驗中使用橢圓齒盤，發現進行遞增強度運動直到衰竭的測試中，在進行到 250 至 300 瓦時攝氧量( oxygen uptake)顯著地減少，表示運動效率有顯著的增加。相對地，Hue (2006)和 Belen (2006)的研究中卻顯示，無法證明在室外場地使用橢圓齒盤進行自行車一公里全力衝刺實驗對成績有顯著的進步。 Belen (2006)的研究目的在於評估市場所提出的新齒盤的兩項特色：（一）改變踩踏圓周過程中的角度，以消除下死點 (dead center)；（二）改變踩踏過程中的曲柄長度，以達到力矩最佳化。而上述的這兩點都與本研究息息相關。.

(11) 2. Overall Race Velocity 比賽速度. Bike Design 車體設計. Race-Specific Retarding Force 阻力. Pacing Strategy 踩踏頻率. Ride Position 騎乘姿勢 Cycling Power 功輸出. Race-Specific Nutritional Strategies 營養策略. Race-Specific Training Strategies 訓練策略 Race-Specific Inherent Physiological Ability 生理能力. 圖 1-1 影響自行車成績的因素(引自 Atkinson 等, 2003). 對於橢圓齒盤的研究，不同的學者從不同的角度來進行，主要分為機械力學和生物力學的研究，在機械力學的研究方面有 Malfait, Storme, & Derdeyn(2010)利用數學模型與測力板分析圓形齒盤及橢圓齒盤在定速耐力下的表現，其研究結果發現某些橢圓齒盤可以減少 7.5%的膝蓋受力並提升了 2.5%的效率。.

(12) 3. 橢圓齒盤的原理是利用兩腿作圓周運動踩踏時，接近上下死點處，雙腿輸出功率較小，減少前齒片切線點的直徑，增加扭矩、減少齒數，並讓上下死點附近的施力齒快速通過。同理，當雙腳前後死點時，踩踏力量最大時，增加前齒片的切線點的直徑，增加齒數，讓施力時連貫，以期踩踏時發揮最大功率。在自行車運動的發展過中，有許多種樣式的非圓形齒盤被提出或發展出來，期望能增進自行車運動的表現及/或踩踏效率。早期 Cullen (1992)，Hull (1992)以及 Ratel (2003)都先後發表相關的研究，然而這些相關的研究都未能證明圓形齒盤和橢圓齒盤在遞增運動強度時有何明顯的差異。但是相反地，在其他的學者如 Barani (1994)，Henderson (1977)的研究中則指出，橢圓齒盤在最大運動強度時比圓形齒盤更有效率。而當今橢圓齒盤的研究多為監控生理變項，如：攝氧量、無氧閾值 ( anaerobic threshold, AT)等，較少有力學變項的研究，即便有加入力學變項的研究，大都是加入功率輸出做為參考，所以本研究擬加入肌電圖 ( electromyography, EMG)，藉以比較下肢肌群肌肉活性。為進一步深入了解圓形齒盤和橢圓齒盤對於自行車的騎乘的影響，因此藉由兩種齒盤對影響騎乘者的攝氧量及下肢肌肉群活性差異來進行本研究。.

(13) 4. 二、研究目的（一）比較受試者在使用一般圓形齒盤及橢圓齒盤時的攝氧量，以評估其工作效率。（二）比較受試者在使用一般圓形齒盤及橢圓齒盤時的下肢肌電訊號，以觀察下肢肌群的活動情形。. 三、研究假設（一）使用橢圓齒盤時的攝氧量較一般圓形齒盤低。（二）使用橢圓齒盤時的下肢肌電訊號較一般圓形齒盤低。. 四、研究範圍與限制 (一) 研究範圍受試者為 8 位國內男性優秀公路自行車選手，自行車齡 3 年以上，每週訓練時間 20 小時以上，週訓練量 500 公里以上。 (二) 研究限制本研究在室內測試，並無考慮風阻因素。. 五、名詞操作性定義 (一) 優秀公路自行車選手自行車齡 3 年以上，週訓練量 500 公里以上，每週至少訓練 20 小時。 (二) 橢圓齒盤以 RIDEA 標準齒數（53/39 齒）四爪功率齒盤作為本實驗之橢圓齒盤。.

(14) 5. (三) 攝氧量攝氧量是指一個人從事運動時，身體組織細胞每分鐘所能攝取或消耗的氧氣量。隨著運動強度的增加，人體攝氧量也會正比上升；當運動的強度持續增加，但是攝氧量卻沒有再增加(甚至下降)時，運動過程中的攝氧量最大值即稱為最大攝氧量(maximal oxygen uptake)。.

(15) 6. 第貳章. 文獻探討. 本章將分為下列章節進行探討：一、自行車結構與功能；二、自行車運動之運動學與動因學；三、採用肌肉徵召的相關方式；四、橢圓齒盤。. 一、自行車結構與功能自行車基本結構主要包含(1)車架系統、(2)傳動系統、(3)車輪系統、(4) 控制系統等四大系統(吳武政，2001)。各系統之結構關係如圖 2-1 所示，此四大系統互相影響著自行車整體機能與傳動效率及騎乘姿勢與舒適性。. 車架部分. 車架系統前叉部分. 傳動系統. 曲柄、腳踏、大齒盤、鏈條、飛輪、變速器. 自行輪圈. 車基. 車輪系統. 本輪胎結構握把控制系統剎車. 圖 2-1 自行車基本結構系統圖(吳政武， 2001).

(16) 7. 二、自行車運動之運動學與動因學在踩踏層面，透過圓周踩踏運動，主要分作踩踏期與回復期（如圖 2-2）。前半段：經上死點 (TDC, top dead center)後，開始作踏板推進 (propulsive) 動作，此時為踩踏動力輸出 (power phase)期。後半段：經下死點 (BDC, bottom dead center)後，開始作踏板拉升 (pulling)動作，此時為踩踏回復 (recovery phase)期 (So, Ng, & Ng, 2005)。. 上死點. 推進期. 推進/ 動力輸出期. 拉升/ 回復期下死點圖 2-2 自行車踩踏動作分期型態(So, Ng, & Ng,，2005). Hug & Dorel (2009) 提出從事踏車運動時，下肢肌肉收縮的方式為(圖 2-3)： (一) 當臀大肌作動時，髖關節為伸展 (extension)。 (二) 半膜肌與股二頭肌長頭作動時，髖關節為伸展或膝關節屈曲(flexion)。 (三) 股內側肌與股外側肌作動時，膝關節為伸展。 (四) 股直肌作動時，膝關節為伸展或髖關節屈曲。 (五) 內側與外側腓腸肌作動時，膝關節為屈曲或踝關節蹠屈。.

(17) 8. (六) 比目魚肌作動時，踝關節為蹠屈。 (七) 脛前肌作動時，踝關節為背屈 (dorsiflexion)。. 髖屈曲. 髖伸展. 膝伸展膝屈曲. 足背屈足底屈圖 2-3 踩踏運動時下肢主要使用的肌肉與作動方式(引自 Hug & Dorel， 2009). 三、自行車肌肉徵召的方式肌肉疲勞若發生於運動或勞動工作中，很容易造成運動傷害或肌肉骨骼的疼痛。透過肌電訊號的量測與分析，可以有效地辨別各種肌肉疲勞的發生順序，降低運動傷害或肌肉骨骼疼痛的發生機率。評估選手是否有局部性肌肉疲勞的狀況，藉由運動中的肌電訊號收集與分析，了解選手的局部性肌肉施力負荷情況。原始肌電訊號是由肌肉表面電極或侵入式電極收集肌肉電位變化，因為是用探針插入皮膚下的肌肉組織，除了會帶來疼痛感，由於消毒及專業因素，也可能會導致意外感染，所以較不受歡迎。本實驗採用的方法是表面電極貼片，黏貼在人的皮膚，以測量皮膚下方肌肉的活動電位，用這方法所測得的肌電圖，簡稱 EMG，是許多運動單位.

(18) 9. 的活動電位總和。表面肌電(surface electromyography， sEMG)分析是量測肌肉活化狀態的非侵體性方法，具便利性且受測者感受不適度較低。對於量測肌肉活動電位之變化時，其取樣過程較侵體性方法不受影響。在自行車運動的肌肉活化度相關研究中，大多採用此法進行量測與分析。從事踏車運動時，人體下肢主要使用以下肌肉（如圖 1-2 與 1-3）： 1. 大腿：股直肌 (rectus femoris. RF)、股內側肌 (vastus medialis, VM)、股. 外側肌 (vastus lateralis, VL)、臀大肌 (gluteus maximus, Gmax)、半膜肌 (semimembranosus, SM)、半腱肌 (semitendinosus, ST)與股二頭肌 (biceps femoris, BF)。 2. 小腿：脛前肌 (tibialis anterior, TA)、腓腸肌 (gastrocnemius, GMS)與比目魚肌 (soleus, SOL)。. 股直肌股外側肌臀大肌股二頭肌. 腓腸肌. 腿後肌脛前肌比目魚肌. 圖 2-4 踏車運動主要使用的下肢肌肉-右腿外側觀( Rankin & Neptune, 2008).

(19) 10. 臀大肌. 股四頭肌腓腸肌比目魚肌. 半腱肌股二頭肌. 腓腸肌脛前肌. 圖 2-5 踏車運動主要使用的下肢肌肉(Hug & Dorel, 2009) 自行車運動中的下肢活動型態為類圓周的重複性活動，因此進行踏車運動時肌肉的活化為有次序且規則的(Dorel, Couturier, & Hug, 2008)，如同步行運動一般，在沒有改變踏車運動負荷量與曲柄迴轉速的前提下，每次踩踏之間的下肢肌肉活化程度將類似，且不同肌肉間的活化次序也有規則可循。在踏車運動時，下肢肌肉的活化時間不盡相同(如圖 2-4)。如臀大肌活化期於上死點到 120 度，股內側、股外側肌活化期於上死點前 30 度到 120 度等 (Dorel, Couturier, & Hug, 2008)。下死點. 上死點. 下死點臀大肌半腱肌股二頭肌股內側肌股直肌股外側肌腓腸肌比目魚肌脛前肌. 下死點. 上死點. 下死點. 圖 2-6 踏車運動下肢肌肉使用的活化次序(引自 Dorel et al., 2008).

(20) 11. Hug 與 Dorel( 2009)表示，肌肉的收縮跟電流很像，且收縮時可偵測出來，因此透過收集肌肉收縮的徵召 (recruitment) 情形，可判別肌肉活動的狀況。. 四、橢圓齒盤橢圓齒盤的出現可溯及 1890 年代。近代，日本零件大廠 Shimano 的 Biopace 橢圓盤的失敗打亂了橢圓齒盤的市場；而法國的 Harmonic 繼 1994 年問市後，再次於 2004 年以 O.symetric 的品牌名稱在職業自由車賽中獲得幾個重要的勝利，2005 年西班牙 Rotor 的 Q-Ring 橢圓齒盤也加入了自由車界(Malfait， Storme， Derdeyn, 2010.)。 Okajima(1983)指出，Shimano 的 Biopace 橢圓齒盤藉由減少下肢關節力矩而增進踩踏效率，且在相同的功率輸出下，肌電圖亦顯示該齒盤較圓形齒盤有效率。然而，隨後的研究卻顯示專業自由車手使用 Biopace 橢圓齒盤在攝氧量或心率表現上與使用圓形齒盤沒有顯著差異。(Cullen et al., 1992; Hull et al., 1992). Ratel 等(2004)發現訓練有素的自行車手在使用 Harmonic 齒盤做最大運動測試時並未顯著地增加功率輸出；在次最大運動測試時也沒有顯著地減少氧氣消耗及降低心率。 Hue 等人(2007; 2008)的研究發現使用橢圓齒盤在實驗室進行「一公里全力衝刺」有顯著的進步。Rodrı´guez-Marroyo 等人(2009)使用 ROTOR 橢圓齒盤的研究指出，橢圓齒盤在最大攝氧量的表現並未達到顯著差異；但在無氧測試中有顯著差異。.

(21) 12. 圖 2-7 非圓形齒盤之概觀(Malfait et al.， 2010) 在生物力學的研究方面，Barani 在 1993 年所提出的研究結果中發現，由 19 位職業車手在環狀的路線中(6.3 公里的平路與 1.1 公里的爬坡混合地形) 進行的測試 (表 2-1 和表 2-2)，從整體的表現來看使用橢圓齒盤確實讓選手在各方面的表現如下: 速度 + 3.8% 力量輸出( power) + 10.2% 心率 + 5.2%.

(22) 13. 迴轉( cadence) + 3.5% 就算將平路與爬坡分開來看，在 6.3 公里的平路表現如下：速度 + 3.2% 心率 + 5.7% 力量輸出 + 6.8% 而在 1.1Km 的爬坡段當中也有相當不錯的表現：力量輸出 + 7% 心率 + 1.2% 值得注意的是，在爬坡段中，力量輸出增加了 7%，但是心率卻只增加了 1.2%。表 2-1 膝關節負載力在不同的橢圓盤與曲柄角度與曲柄力之比較方法一橢圓盤與曲柄膝關節負載力角度峰值. 方法二曲柄力. 膝關節負載力髖關節負載力峰值峰值. 78.0° -1.5% vs circ. -0.7% vs circ. -1.8% vs circ. 109.6° -7.9% +2.4% -10.0% 117.0° -7.5% +2.5% -10.0% 124.3° -6.5% +2.9% -9.9% 128.0° -4.9% +2.9% -7.6% 132.0° -3.2% +2.7% -6.0% 註: 以上數據皆與圓形齒盤進行比較. +4.6% vs circ. +15.1% +16.2% +15.4% +14.0% +18.0%.

(23) 14. 表 2-2 各類橢圓齒盤在平路與爬坡混合地形相對於圓形齒盤之差異. 橢圓齒盤名稱. 膝伸肌力峰值在曲柄力在相同橢圓齒盤長橢圓齒盤相同曲柄力下與關節速度下與軸與短軸之長軸與曲圓形齒盤的差異圓形齒盤的差比率柄角度異*2 *1. Biopace Hull Original. 1.04 1.55. -8° 90°. +1% -5.5%. -0.2% +0.58%. Hull Optimal O.symetric Original. 1.55 1.215. 107.5° 78°. -11.8% -1.5%. +3.3% -0.67%. 1.215. 117°. -7.5%. +2.5%. 1.235 1.235 1.18. 54° 110.5° 90°. +7% -6.5% -3%. -6.4% +0.4% -0.2%. 1.18 1.24 1.24 1.214 1.214. 106° 90° 106° 102° 109.5°. -5.5% -3% -7% -5% -5.7%. +1.0% -0.2% +1.25% +1.15% +1.54%. 1.30. 72°. +3%. -2.8%. 1.30. 113°. -9.5%. +1.6%. 1.10 1.10 1.31. 74° 107.5° 107°. +1.5% -3% -8%. -4.58% +0.2% +2.4%. O.symetric Optimal Ogival Original Ogival Optimal Ovum-118 Original Ovum-118 Optimal Ovum-124 Original Ovum-124 Optimal Polchlopek Original Polchlopek Optimal Rasmussen Original Rasmussen Optimal Q-Ring Original Q-Ring Optimal LM-Super Original. LM-Super 1.31 114.5° -9.2% Optimal 註: *1. 膝伸肌力峰值減少，有助於減少膝蓋關節受力 *2. 與圓形齒盤相比，可提升或減少多少%的踩踏受力. +2.7%.

(24) 15. 表 2-3 各類橢圓齒盤在平路與爬坡混合地形相對於圓形齒盤之排名. 橢圓齒盤名稱. 膝伸肌力峰值曲柄力在相同橢圓齒盤長橢圓齒盤長在相同曲柄力關節速度下與軸與短軸之軸與曲柄角下與圓形齒盤圓形齒盤的差比率度的差異*1 異*2. Hull Optimal LM-Super Optimal O.symetric Optimal Rasmussen Optimal Polchlopek Optimal. 1.55 1.31 1.215 1.30 1.214. 107.5° 114.5° 117° 113° 109.5°. -11.8% -9.2% -7.5% -9.5% -5.7%. +3.3% +2.7% +2.5% +1.6% +1.54%. Ovum-124 Optimal Ovum-118 Optimal Ogival Optimal Q-Ring Optimal. 1.24 1.18 1.235 1.10. 106° 106° 110.5° 107.5°. -7% -5.5% -6.5% -3%. +1.25% +1.0% +0.4% +0.2%. -8°. +1%. -0.2%. Biopace 1.04 註: 以上數據皆與圓形齒盤進行比較.

(25) 16. 第参章. 研究方法與步驟. 一、研究參與者本研究參與者為 8 位國內男性優秀公路自行車賽選手，其中有兩位參與者未能完成實驗，最後完成測試者為 6 人，其基本資料如表 3-1。每位參與者均須填寫「參與者告知同意書」（如附錄一）始得參與。參與者在實驗期間可維持運動，但不可進行高強度訓練或參加比賽。表 3-1 參與者基本資料（平均數 ± 標準差）人數 6. 年齡( yrs). 身高( cm). 體重( kg). 24.50 ± 4.23. 172.67 ± 5.1. 67.50 ± 10.0. 最大攝氧量 ( ml/ kg/ min) 67.14 ± 5.80. 二、實驗儀器與設備 (一) 氣體代謝分析系統（Vmax 29, VIASYS Healthcare Metabolic Cart. U.S.）. 圖 3-1 Vmax 29 氣體代謝分析系統.

(26) 17. (二) Biopac 多功能訊號處理器(MP150 Biopac. U.S.) 使用 Biopac 多功能訊號紀錄系統擷取肌電訊號（如圖 3-2），將實驗過程中，透過儀器所收集到的類比訊號( analog signal)轉換為數位訊號( digital signal)。. 圖 3-2 Biopac 多功能訊號紀錄系統（三）肌電訊號處理設備( MP150 Biopac. U.S.) Biopac 搭配 AcqKnowledge 3.9.1 軟體。在實驗中，採用 AcqKnowledge 做同步資料收取及濾波處理，搭配觸發啟動訊號 (trigger)。 (四) 心率監測錶(S625X Polar. Finland) 利用心率表在測試過程中監控心跳率，以判定受試者之身體活動狀態。. 圖 3-3 心率監測錶(POLAR S625x).

(27) 18. (五) Ridea 公路車一般圓形齒盤與四爪橢圓齒盤( Ridea. Taiwan) 使用 CNC(Computer Numerical Control)製程高強度鋁合金製造之標準齒數（53/ 39T）公路自行車標準齒盤及四爪齒盤。四爪功率盤為正負 2 齒設計，最大功率齒比來到 55T~大盤省力齒比為 51T，小盤最大尺比為 41T，省力齒比為 37T。曲柄長( crank arm length)皆為 172.5mm。. 圖 3-4 Ridea 四爪橢圓齒盤組. (六)功率自行車 (H/P/cosmos, Cyclus 2. Germany). 圖 3-5 功率自行車(H/P/cosmos. Cyclus 2).

(28) 19. 三、實驗設計與方法本研究採用同一受試者重複量數（identical subject with repeated measures）之設計，以降低因受試者不同而產生的誤差。實驗分兩階段進行，第一階段為遞增強度運動測試直到衰竭，即最大攝氧量測試，並進而求得受試者的無氧閾值( anaerobic threshold, AT)所對應的功率；第二階段實驗為正式實驗，即使分別使用一般圓形齒盤及非圓形齒盤進行 3 種強度的騎乘。在第一次實驗前請受試者詳閱實驗說明後，簽署「參與者告知同意書」（附錄一）。第一階段的測試，使用傳統圓形齒盤進行最大攝氧量測試，該實驗測試方法及流程如下：受試者熱身：以踩踏迴轉 90rpm( revolution per minute)、100W 的功率騎 5 分鐘；接著強度提升至 150W 騎一分鐘，再降至 100W 騎一分鐘；接著強度再提升至 180W 騎一分鐘，再降回 100W 騎 2 分鐘；全程共 10 分鐘。而後讓受試者安靜休息，並為其配戴攝氧量分析儀。最大攝氧量測試：於 120 瓦的功率開始騎乘，每 2 分鐘增加 25W，直到受試者無法負荷。測試期間踩踏迴轉皆需維持在 90 ± 5 rpm。 VO2max 判定依據：(1) 當運動強度增加，攝氧量並未隨之增加；(2) RQ 大於 1.1。 AT 值判定根據：(1) VE/VO2 系統性上升 ( systematic increase)而 VE/VCO2 尚未改變；(2) 末潮氣量 O2 度增加，而末潮氣量 CO2 濃度五沒改變；(3) VE, VCO2 非線上升；(4) RQ 急速上升。第二階段為正式實驗。受試者熱身後，分別以一般圓形齒盤及非圓形齒盤進行 3 種強度的騎乘。三種強度分別為：AT， AT+ 10%， AT- 20%。每個強度騎.

(29) 20. 5 分鐘，中間休息 5 分鐘，共需 30 分鐘。而後給予受試者 30 分鐘休息，於此期間更換另一種齒盤，再將 3 種強度騎一次。不同種類齒盤使用的先後次序是隨機選取的。正式實驗時，除了攝氧量資料，亦同時擷取肌電資料，故於測試之前需貼肌電貼片。在測試時，受試者使用自己的卡式踏板及車鞋。所有測試皆在相近的環境溫溼度(攝氏 20- 25 度，相對溼度 60- 65%)。.

(30) 21. 四、實驗流程前測階段. 場地布置儀器校正. 說明實驗流程參與者填寫告知同意書. 測量參與者身高、體重. 參與者熱身. 進行遞增負荷至衰竭測試. 正式實驗. 場地布置儀器校正. 1. 黏貼肌電貼片 2. 最大肌力測驗 3. 確認訊號. 2 種齒盤、3 種強度騎乘實驗. 資料處理與分析.

(31) 22. 五、實驗過程照片. 圖 3-6 受試者進行前測－最大攝氧量測試. 六、資料處理與分析本實驗資料處理與分析方法：以重複量數雙因子變異數分析（repeated-measure two-way ANOVA）比較本實驗各時間點之各項數據；當統計上達到顯著差異水準時，再以 LSD 法進行事後比較。成對樣本 t 考驗。本實驗以 SPSS 17.0 Windows 版統計軟體處理，顯著差異接受水準設定為 α＝ .05。.

(32) 23. 第肆章. 結果. 本章節將研究所得之資料依照下列順序呈現：一、攝氧量；二、均方根肌電。. 一、攝氧量在運動強度 AT+ 10%、AT 與 AT- 20%時，一般齒盤與橢圓齒盤之攝氧量如表 4-1。統計結果發現無顯著交互作用，進一步進行主要效果之顯著性檢定。表 4-1 不同齒盤於不同運動強度時的攝氧量（單位：ml/kg/min）（n= 6） AT+ 10%. AT. AT- 20%. 一般齒盤. 65.02 ± 9.48. 57.44 ± 8.49. 51.77 ± 10.17. 橢圓齒盤. 63.77 ± 7.77. 57.42 ± 8.62. 52.18 ± 8.16. 在 AT+ 10%的運動負荷下，使用一般齒盤與橢圓齒盤的攝氧量分別為 65.02 ± 9.48 及 63.77 ± 7.77 ml/kg/min，統計結果未達顯著水準，一般齒盤與橢圓齒盤之間無顯著差異。在 AT 時的運動負荷下，使用一般齒盤與橢圓齒盤的攝氧量分別為 57.44 ± 8.49 及 57.42 ± 8.62 ml/kg/min，統計結果未達顯著水準，一般齒盤與橢圓齒盤之間無顯著差異。在 AT- 20%的運動負荷下，使用一般齒盤與橢圓齒盤的攝氧量分別為 51.77 ± 10.17 及 52.18 ± 8.16 ml/kg/min，統計結果未達顯著水準，一般齒盤與橢圓齒盤之間無顯著差異。.

(33) 攝氧量（ml/min/kg）. 24. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0. conventional. 一般齒盤楕圓齒盤 Ridea. AT. AT+ 10%. AT- 20%. 運動強度圖 4-1 不同齒盤於不同運動強度時的攝氧量. 二、均方根肌電振幅本研究共擷取下肢股直肌、股二頭肌、脛前肌及腓腸肌等四部位肌電訊號，依序呈現如下：（一）股直肌之均方根肌電振幅在運動強度 AT+10%、AT 與 AT- 20%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之股直肌肌電訊號如表 4-2，統計結果並無顯著交互作用，進一步進行主要效果之顯著性檢定。. 表 4-2 股直肌於不同齒盤在不同運動強度時的均方根肌電訊號（單位：V）（n= 6） AT+10%. AT. AT- 20%. 一般齒盤. 0.032 ± 0.008*. 0.024 ± 0.003. 0.028 ± 0.004. 橢圓齒盤. 0.027 ± 0.005*. 0.030 ± 0.004. 0.31 ± 0.005. * p < .05. 經主要效果檢定得知，在不同齒盤間達顯著差異（p< .05），事後比較結果發.

(34) 25. 現，在運動強度 AT+10%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之股直肌肌電訊號分別為 0.032 ± 0.008 及 0.027 ± 0.005 V，統計結果達顯著差異（p< .05）。在運動強度 AT 時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之股直肌肌電訊號 0.024 ± 0.003 及 0.030 ± 0.004 V，統計結果未達顯著差異。在運動強度 AT- 20%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之股直肌肌電訊號 0.028 ± 0.004 及 0.031 ± 0.005 V，統計結果未達顯著差異。. 股直肌 0.045 0.040. *. 0.035 0.030 0.025. V. 一般齒盤. 0.020. 楕圓齒盤. 0.015 0.010 0.005 0.000 AT+ 10%. AT. AT- 20%. 圖 4-2 股直肌於不同齒盤在不同運動強度時的肌電訊號. （二）股二頭肌之均方根肌電振幅在運動強度 AT+ 10%、AT 與 AT- 20%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之股二頭肌肌電訊號如表 4-3，統計結果並無顯著交互作用，進一步進行主要效果之顯著性檢定。表 4-3 股二頭肌於不同齒盤在不同運動強度時的肌電訊號（單位：V）（n= 6） AT+10%. AT. AT- 20%. 一般齒盤. 0.065 ± 0.030. 0.058 ± 0.015. 0.068 ± 0.029. 橢圓齒盤. 0.064 ± 0.023. 0.062 ± 0.013. 0.068 ± 0.024.

(35) 26. 經主要效果檢定得知，在運動強度 AT+ 10%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之股二頭肌肌電訊號分別為 0.065 ± 0.030 及 0.064 ± 0.023V，統計結果未達顯著差異。在運動強度 AT 時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之股二頭肌肌電訊號 0.058 ± 0.015 及 0.062 ± 0.013V，統計結果未達顯著差異。在運動強度 AT- 20%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之股二頭肌肌電訊號 0.068 ± 0.029 及 0.068 ± 0.024 V，統計結果未達顯著差異。. 股二頭肌 0.120 0.100. V. 0.080 一般齒盤. 0.060. 楕圓齒盤 0.040 0.020 0.000 AT+ 10%. AT. AT- 20%. 圖 4-3 股二頭肌於不同齒盤在不同運動強度時的肌電訊號（三）脛前肌之均方根肌電振幅在運動強度 AT+ 10%、AT 與 AT- 20%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之脛前肌肌電訊號如表 4-4，統計結果並無顯著交互作用，進一步進行主要效果之顯著性檢定。表 4-4 脛前肌於不同齒盤在不同運動強度時的均方根肌電訊號（單位：V）（n= 6） AT+10%. AT. AT- 20%. 一般齒盤. 0.061 ± 0.009. 0.058 ± 0.010. 0.068 ± 0.010. 橢圓齒盤. 0.058 ± 0.007. 0.063 ± 0.011. 0.068 ± 0.011.

(36) 27. 經主要效果檢定得知，在運動強度 AT+10%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之脛前肌肌電訊號分別為 0.061 ± 0.009 及 0.058 ± 0.007 V，統計結果未達顯著差異。在運動強度 AT 時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之脛前肌肌電訊號 0.058 ± 0.010 及 0.063 ± 0.011 V，統計結果未達顯著差異。在運動強度 AT- 20%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之脛前肌肌電訊號 0.068 ± 0.010 及 0.068 ± 0.011V，統計結果未達顯著差異。. 脛前肌 0.090 0.080 0.070. V. 0.060 0.050. 一般齒盤. 0.040. 楕圓齒盤. 0.030 0.020 0.010 0.000 AT+ 10%. AT. AT- 20%. 圖 4-4 脛前肌於不同齒盤在不同運動強度時的肌電訊號（四）腓腸肌之均方根肌電振幅在運動強度 AT+ 10%、AT 與 AT- 20%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之腓腸肌肌電訊號如表 4-5，統計結果並無顯著交互作用，進一步進行主要效果之顯著性檢定。表 4-5 腓腸肌於不同齒盤在不同運動強度時的均方根肌電訊號（單位：V）（n= 6） AT+10%. AT. AT- 20%. 一般齒盤. 0.030 ±0.012. 0.025 ± 0.011. 0.028 ± 0.023. 橢圓齒盤. 0.022 ± 0.011. 0.023 ± 0.008. 0.024 ± 0.013.

(37) 28. 經主要效果檢定得知，在運動強度 AT+10%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之腓腸肌肌電訊號分別為 0.032 ± 0.008 及 0.027 ± 0.005 V，統計結果未達顯著差異。在運動強度 AT 時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之腓腸肌肌電訊號 0.024 ± 0.003 及 0.030 ± 0.004 V，統計結果未達顯著差異。在運動強度 AT- 20%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之腓腸肌肌電訊號 0.028 ± 0.004 及 0.031 ± 0.005 V，統計結果未達顯著差異。. 腓腸肌 0.060 0.050. V. 0.040 一般齒盤. 0.030. 楕圓齒盤 0.020 0.010 0.000 AT+ 10%. AT. AT- 20%. 圖 4-5 腓腸肌於不同齒盤在不同運動強度時的肌電訊號.

(38) 29. 第五章. 討論與結論. 本章內容分下列幾個部分進行討論：一、不同齒盤對運動經濟性的影響；二、不同齒盤對肌電訊號之影響；三、結論；四、建議。. 一、不同齒盤對運動經濟性的影響本研究的受試者人數雖不多，但個個皆為國內男性優秀公路車選手，週訓練達時數 20 小時以上，週訓練量亦有約 600 公里，最大攝氧量平均 67.14 ± 5.80 ml/kg/min，並且都有代表國家參加國際賽的經驗，屬於國內自行車選手之頂尖族群，是故能符合如此條件的受試者並能配合實驗者為數不多，然本研究結果卻可作為國內頂尖選手狀況之代表。在相同的運動強度下，如攝氧量較高，表示氧氣（能量）消耗較多，視為較差的運動經濟性。在 AT+ 10%、AT 與 AT- 20%三種運動強度下，使用一般齒盤與楕圓齒盤的攝氧量分別為 65.02 ± 9.48 與 63.77 ± 7.77 ml/kg/min；57.44 ± 8.49 與 57.42 ± 8.62 ml/kg/min；51.77 ± 10.17 與 52.18 ± 8.16 ml/kg/min，統計結果皆未達顯著水準。表示我國優秀選手在三種接近次最大運動強度下，使用楕圓齒盤無法提升運動經濟性。橢圓齒盤的問市是為了改善/增進踩踏效率，讓踩踏圓周動作更順暢。Ratel 等人(2004)的實驗以 8 位「平日有身體活動，但非自行車選手的男性大學生」分別使用 Harmonic 橢圓齒盤與一般齒盤做遞增強度運動直到衰竭，發現 Harmonic 齒盤在 delta efficiency （Δ 作功率/Δ 代謝率）有顯著提升。然而，本研究的受試者為專業自行車選手，其對於自行車踩踏圓周運動的技巧已相當純熟，橢圓齒盤能夠使踩踏更為順暢的效益在專業車手身上或許就不如在非自行車選手來得顯著。另外，「橢圓齒盤」是對「非圓形齒盤」的泛稱，曾經問市或是還在市售的.

(39) 30. 橢圓齒盤品牌雖不多，但亦不在少數。這些不同廠牌的橢圓齒盤，有些有研究證實能提升運動表現或增加運動經濟性，有些則否。而這些橢圓齒盤的差異就在於齒盤長、短軸的角度設計不同，而有不同的「離心率」。本研究所使用的橢圓齒盤為 Ridea 四爪橢圓盤，其離心率不同於其他先前研究所使用的橢圓齒盤，因此未必能達到先前研究提出的增進踩踏效率的效果。. 二、不同齒盤對肌電訊號之影響均方根肌電訊號被用以評估運動單位的徵召程度，在單位時間內，其運算得出的值越大，代表徵召的運動單位越多，也可說越費力。本研究共擷取下肢股直肌、股二頭肌、脛前肌及腓腸肌等四部位肌電訊號，依序呈現如下：（一）股直肌之均方根肌電振幅在運動強度 AT+ 10%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之股直肌肌電訊號分別為 0.032 ± 0.008 與 0.027 ± 0.005 V，統計結果達顯著差異（p< .05），使用橢圓齒盤時的攝氧量低於一般齒盤，表示在此強度下，股直肌被徵召較少，可以說比較省力。 AT+ 10%是相當高的強度，以受過良好訓練的選手而言，其 AT 值可達其最大攝氧量的 80~ 90%（林正常等，2002），因此 AT+ 10%對於這些選手而言，已經接近其最大努力程度。在此高強度下，橢圓齒盤較一般齒盤顯著減少股直肌的徵召量，表示較為省力，符合先前 Hue 等人（2007）以橢圓齒盤做一公里衝刺研究的結果，即橢圓齒盤在進行短時間衝刺時，可以有較好的運動表現。然而在 AT 與 AT- 20%這兩種強度下，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之股直肌肌電訊號分別為 0.024 ± 0.003 與 0.030 ± 0.004 V；0.028 ± 0.004 與 0.031 ± 0.005 V，兩種齒盤間的統計結果皆未達顯著差異，表示在此兩種不同強度下，使用橢圓齒盤並不能使股直肌更為省力。（二）股二頭肌之均方根肌電振幅.

(40) 31. 位於大腿後側的股二頭肌雖然不是自行車騎乘最主要的推進肌肉，但是在踩踏周期的 90 度～200 度（也就是從「推進期」一直到通過「下死點」後 20 度）仍是參與踩踏相當重要的肌肉。在運動強度 AT+ 10%、AT 與 AT- 20%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之股二頭肌肌電訊號分別為 0.065 ± 0.030 與 0.064 ± 0.023V；0.058 ± 0.015 與 0.062 ± 0.013V；0.068 ± 0.029 與 0.068 ± 0.024 V，統計結果未達顯著差異，表示在此三種強度下，使用橢圓齒盤無法減輕股二頭肌的肌肉徵召量。. （三）脛前肌之均方根肌電振幅在運動強度 AT+ 10%、AT 與 AT- 20%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之脛前肌肌電訊號分別為 0.061 ± 0.009 與 0.058 ± 0.007 V；0.058 ± 0.010 與 0.063 ± 0.011 V；0.068 ± 0.010 與 0.068 ± 0.011V，統計結果未達顯著差異。（四）腓腸肌之均方根肌電振幅在運動強度 AT+ 10%、AT 與 AT- 20%時，使用一般齒盤與橢圓齒盤的踩踏之腓腸肌肌電訊號分別為 0.032 ± 0.008 與 0.027 ± 0.005 V；0.024 ± 0.003 與 0.030 ± 0.004 V；0.028 ± 0.004 與 0.031 ± 0.005 V，統計結果未達顯著差異。脛前肌及腓腸肌分別為小腿前側及後側的肌肉，主要功能在穩定踝關節，減少踝關節隨著踩踏圓周運動的蹠屈與背屈，避免造成能量的浪費（沒有效率的踩踏），在自行車踩踏時並非主動肌群，因此使用不同齒盤並不會對踝關節踩踏圓周運動造成影響，故使用不同齒盤對小腿肌肉活化程度不會造成影響。. 三、結論本研究經討論獲得如下結論：（一）橢圓齒盤無法提升專業自行車選手於次最大運動強度測驗時的運動經濟性。.

(41) 32. （二）肌電訊號部分，於強度 AT+ 10%下，使用橢圓齒盤時股直肌肌肉活化程度較小，表示較省力。但是無法減少其餘肌肉的肌肉活化程度，無法達到省力的效果。. 四、建議（一）以後可找非自行車選手進行相同的實驗，比較其與專業自行車選手對橢圓齒盤的反應。（二）亦可以相同的橢圓齒盤進行不同強度（如：衰竭測試、衝刺實驗）的騎乘實驗，比較其與其他品牌橢圓盤是否有差異。.

(42) 33. 引用文獻. 吳武政(2001)。以誘導式歸納途徑法探討自行車騎乘姿勢與車架尺寸之關係。未出版碩士論文，成功大學工業設計研究所，台南市，台灣。周峻忠(2006)。不同騎乘姿勢對原地腳踏車運動之生理反應的影響。未出版碩士論文，國立臺灣師範大學，台北市，台灣。林正常、林貴福、徐台閣、吳慧君譯（ 2002）。運動生理學（ Scott, K. P., & Edward, T H. 著， 2001 年出版）。台北市：藝軒。 Atkinson, G., Davison, R., Jeukendrup, A., & Passfield, L. (2003). Science and cycling: current knowledge and future directions for research. Journal of Sports Science 21, 767-787 Barani, D., Commandre, F., and Digion, A. (1994). The ‘Harmonic Chainring’: presentation and biomechanical characteristics. Medicine and Science in Sports and Exercise 68, 77-81. Belen, L., Habrard, M., Micallef, J.P., Perrey, S., Le Gallais, D. (2007). Cycling performance and mechanical variables using a new prototype chainring. Europe Journal of Applied Physiology 101, 721–726. Burke, E.R. (1994). Proper fit of the bicycle. Clinics in Sports Medicine 13, 1-14. Dorel, S., Couturier, A., & Hug, F. (2008). Intra-session repeatability of lower limb muscles activation pattern during pedaling. Journal of Electromyography and Kinesiology, 18(5), 857-865. Hansen, E.A., Jensen, K., Hallen, J., Rasmussen, J., & Pedersen, P.K. (2009). Effect of Chain Wheel Shape on Crank Torque, Freely Chosen Pedal Rate, and Physiological Responses during Submaximal Cycling. Journal of Physiological Anthropology, 28(6), 261-267. Hue, O., Galy, O., Hertogh, C., Casties, J.F., Prefaut, C. (2001). Enhancing cycling performance using an eccentric chainring. Medicine & Science in Sports & Exercise 33, 1006–1010..

(43) 34. Hue, O., Chamari, K., Damiani, M., Blonc, S., Hertogh, C., (2007). The use of an eccentric chainring during an outdoor 1km all-out cycling test. Journal of Science and Medicine in Sport 10, 180—186. Hug, F., & Dorel, S. (2009). Electromyographic analysis of pedaling: A review. Journal of Electromyography and Kinesiology 19(2), 182-198. Hull, M.L., Williams, M., Williams, K., Kautz, S. (1992). Physiological response to cycling with both circular and noncircular chainrings. Medicine & Science in Sports & Exercise 24, 1114–1122. Lucia, A., Balmer, J., Davison, R.C., Perez, M., Santalla, A., Smith, P.M., (2004). Effects of the rotor pedaling system on the performance of trained cyclists during incremental and constant-load cycle-ergometer tests. International Journal of Sports Medicine 25, 479–485. Malfait, L., Storme, G., Derdeyn, M. (2010). Comparative biomechanical study of circular and non- circular chainrings for endurance cycling at constant speed. Martinez, A.C., Vicente, G.V., Calvo, J.S., Zudaire, I.L., (2006). Preliminary report on Q-rings. University of Vallodolid, Spain. Okajima, S.,(1983). Designing chainwheels to optimize the human engine. Bike Techniques 2, 1–7. Rankin, J.W., Neptune, R.R. (2008). A theoretical analysis of an optimal chainring shape to maximize crank power during isokinetic pedaling. Journal of Biomechanics 41, 1494-1502. Ratel, S., Duche, P., Hautier, C.A., Williams, C.A., Bedu, M. (2004). Physiological responses during cycling with noncircular ‘‘harmonic’’ and circular chainrings. European Journal of Applied Physiology 91, 100–104. Rodrı´guez-Marroyo, J.A., Garcı´a-Lo´pez, J., Chamari, K., Co´rdova, A., Hue, O., Villa, J.G. (2009). The rotor pedaling system improves anaerobic but not aerobic cycling performance in professional cyclists. Europe Journal of Applied Physiolology 106, 87–94. Santalla, A., Manzano, J.M., Perez, M., Lucia, A. (2002). A new pedaling design: the rotor effects on cycling performance. Medicine & Science in Sports & Exercise 34, 1854–1858..

(44) 35. So, R. C. H., Ng, J. K. F., & Ng, G. Y. F. (2005). Muscle recruitment pattern in cycling: A review. Physical Therapy in Sport, 6(2), 89-96..

(45) 36. 附錄一參與者告知同意書一、研究題目橢圓齒盤對公路自行車騎乘效率及下肢肌電訊號之影響。二、簡介隨著時代進步，提升自行車運動表現的方式除了科學化的訓練方法外，藉由適當的器材降低風阻或增進運動效率亦有相當的重要性。楕圓齒盤即是一項為了增進踩踏效率而研發出的產品。其原理是找到合理的前展角度，讓踏板在通過上死點時，施力的作用已提前通過上死點，同時省下來的施力可以同時再投入作功，讓施力可以作更多的功，使扭力輸出瞬間提升，讓施力時連貫，以期踩踏時發揮最大功率。. 三、研究目的以國內男性優秀自行車選手為對象，比較其在使用一般圓形齒盤及橢圓齒盤時的攝氧量及下肢肌電訊號，以評估其工作效率及下肢肌群的活動情形。. 四、實驗方法與程序說明（一）受試對象參與者為自願參加且受過訓練之男子自由車公路選手 8 名，以平衡次序方式進行一般齒盤與楕圓齒盤在三種次最大運動強度下的運動測驗。參與之參與者需符合下述規定條件： 1.自行車齡 3 年以上。 2.每週訓練時間至少 20 小時。 3.週訓練量至少 600 公里。 4.自行車騎士協會俱樂部聯賽之菁英組選手。.

(46) 37. （二）實驗地點：國立臺灣師範大學公館校區運動生理學實驗室。. (三)實驗流程 1. 遞增強度運動直到衰竭測驗熱身. 休息 10 分鐘，並配. 進行最大攝氧量測試。自 120W 開始，實驗. 10. 戴氣體分析面罩。. 每 2 分鐘增加 25W 的負荷，全程保持. 分鐘. 結束. 迴轉 90rpm，直到衰竭。. 2. 5 分鐘三種運動強度踏車測驗熱身. 休息 10 分鐘，. 以其中一種齒. 休息 30. 以另一種齒. 實. 10. 並黏貼肌電貼. 盤進行 3 種強. 分鐘，期. 盤進行 3 種強. 驗. 分鐘. 片、配戴氣體分. 度分別騎乘 5. 間並更換. 度分別騎乘 5. 結. 析面罩。. 分鐘測試。. 齒盤。. 分鐘測試。. 束. (四)氣體收集與分析測驗過程中配戴面罩，以便分析呼出氣體成份、耗氧量與換氣量。 (五)肌電訊號收集：於大腿前側股直肌、後側股二頭肌、小腿前側脛前肌、後側腓腸肌的肌腹位置黏貼肌電貼片。. 五、參與者注意事項為了能讓實驗順利進行，並得到正確資料，請在實驗期間卻務必確實遵守下列事項：（一）實驗期間盡量保持正常生活作息。（二）實驗過程中必須盡最大努力完成所有測驗。.

(47) 38. 六、參與者權益（一）參與者如完成整個實驗，將給予每人 500 元之營養補助費。（二）參與者如改變意願時，可隨時退出實驗而不受任何限制，但應事先通知。（三）本實驗不會將您所填寫之個人資料外洩，研究結果僅供論文發表，絕不移作其他用途。. 研究單位：國立臺灣師範大學指導教授：謝伸裕教授研究生：汪旖文同學連絡電話：0910-562-303 電子郵件：wang1004@gmail.com. 本研究需要您的參與和合作，才能順利完成。如果您願意參與本研究，請在本同意書右下角簽名，並留下您的基本資料，表示同意願意遵守參與者須知與同意書內所列的各項規定。. 參與者：. (簽名 ). 連絡電話：聯絡地址：日期：. 年. 月. 日.

(48) 39. 附錄二. 身體健康調查表. 對大多數的人來說，從事身體活動是很安全的。此問卷的設計是確認出某些從事身體活動可能不太適合的人。而這些人若要從事身體活動，則必須要在醫學的監督下才能進行。  請您以謹慎、誠實的態度回答下列問題： 1.您的醫生是否曾經說過您有心臟方面的毛病，而且只能從事醫生建議的活動。 □是 □否 2.當您從事身體活動時，是否會感覺胸口疼痛。 □是 □否 3.再上幾個月裡，您是否曾在沒有從事任何身體活動時仍感覺胸口疼痛。 □是 □否 4.您是否曾昏倒或頭暈而失去平衡過。 □是 □否 5.您是否有骨骼或關節方面的問題，會因改變身體活動而更形嚴重。 □是 □否 6.您目前是否正在服用醫生所開的血壓藥或心臟藥物（如利尿劑） □是 □否 7.您是否知道自己有任何其他不能從事身體活動的原因。 □是 □否. 注意：如果有任何一個問題回答是的話，便不能接受運動測驗。姓名：. 日期：.

(49) 40.

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