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瞬間變速訓練與離心加速式訓練法的 動力學分析與建議

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Academic year: 2021

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(1)國立臺灣師範大學體育學系 碩士學位論文. 瞬間變速訓練與離心加速式訓練法的 動力學分析與建議. 研 究 生 :林子鳶 指導教授:相子元. 中華民國一○一年六月 中華民國臺北市.

(2) 瞬間變速訓練與離心加速式訓練法的動力學分析與建議 2012 年 6 月 研究生:林子鳶 指導教授:相子元 摘要. 歷年來世界各國為使選手能增加運動表現而取得勝利,開發各種新式肌力及爆發力 訓練法以提升競爭力。研究目的:開發更強力快速或發現更符合動作特殊性的訓練方式, 使台灣選手具有與強壯高大的外國選手對抗的能力。研究方法:以動力學分析各種動作 影響爆發力訓練效果的參數,依不同運動項目與肌群的動作特殊性,提出適用的爆發力 訓練建議。本研究分析的 6 種動作分別為 1.漸進式、2.彈震式、3.初動負荷、4.主動增強 式、5.被動增強式與 6.瞬間變速訓練。實驗參與者: 16 名大學田徑隊短距離與跳躍選手, 使用相同重訓器械與負荷測試六種訓練動作。統計以相依樣本 T-test 分析六種動作動力 學參數的差異,並以皮爾遜績差相關分析選手水準與動作表現的關係。取樣分為動作全 程與啟動後 0.1 秒兩個分期,參數皆為:力量、發力率、加速度、速度與功率。顯著水準 p<.01。結果:瞬間變速訓練動作在: 全程與 0.1 秒間的力量、發力率、加速度、功率, 以及啟動後 0.1 秒速度共 9 項參數顯著高於其他動作,初動負荷動作在啟動後 0.1 秒間 的所有項目顯著高於另外四種練動作。負荷物往離心方向的最大速度與動作表現具有相 關,向心收縮全程與 0.1 秒間的力量、發力率、加速度、功率,以及啟動後 0.1 秒速度 共 9 項參數皆與離心期最大速度呈現高度相關。水準越高的選手,使用瞬間變速訓練後 的提升率越高,且屈髖肌群與短跑 100M 成績有顯著的相關性。結論:瞬間變速訓練可 大幅提升屈髖肌群動作表現;對負荷物往離心方向增速,亦可提升肌肉工作能力;高水 準的選手更適合使用瞬間變速訓練進一步激發潛能。. 關鍵字:爆發力、激活後增強、增強式、離心收縮、核心肌群 i.

(3) Dynamic analysis and Recommendations of the Instantaneous Speed Change training and Eccentric Accelerating training June, 2012. Lin, Zih-Yuan Advisor: Shiang, Tzyy-Yuang. Abstract More and more researchers had developed various kinds of new strength training methods to improve performance. This study aimed to develop a specific training method for athletes which can improve power, speed and meet the specific requirement of athletic movement. The purpose of this study was to compare kinetic differences related to explosive power in various training methods, and provide training recommendations for different competitions. The training methods are Slower Ramp Movements, Ballistic, Beginning Movement Load, Active Plyometric, Passive Plyometric and Instantaneous Change Speed training (ICS). In this study, 16 male sprinters and jumpers of the college team used the same weight training equipment and load to implement above 6 training methods. Paired sample T-test was used to analyze the difference of kinetic parameters among the 6 methods. Then the correlation of kinetic parameters and performance was determined using Pearson’s product-moment correlation. Data collection consisted of two stages: full movement and beginning 0.1 second. The parameters are Fmax, RFD, acceleration, velocity and power. Significant level was p<.01. Most of the parameters of ICS are significantly higher than other methods. And most of the parameters of Beginning Movement Load are significantly higher than other four methods. The maximal speed of the eccentric contraction is significantly related to performance. Most of parameters are significantly correlated to the maximum speed of the eccentric contraction. Better athletes can enhance more performance by ICS, and significant correlation was found between hip flexor muscles strength and 100M performance. The conclusion is that ICS can dramatically enhance contraction performance of hip flexor. ii.

(4) muscles, increase the speed of the load to the eccentric direction and enhance muscle capacity. The ICS method are more suitable for elite athletes to enhance sport performance.. Keyword:Explosive, Postactivation Potentiation(PAP), Plyometric, Eccentric contraction, the core muscles. iii.

(5) 謝誌 題目:為何要感謝這麼多人? 研究生:林子鳶 第一章 緒論 首先授予身體髮膚的父母讓我始之為人,在體貼優秀的老弟暉凡的陪伴下度過快樂 的成長歷程。經多年來相互扶持,最可愛的書涵建議下,為提升知識與經驗,充實未來 的生活,選擇進入研究所就讀。且在過程中完成婚姻大事,進入人生下個階段。 第二章 文獻回顧 回到師大後經相子元教授悉心指導,使學生在人生及學術的各個面向受益良多,尤 其老師叮嚀的一番話-----「”創新”對於碩士來說,並非只憑一時偶然的巧思,而是與全 世界研究人員的開放性競爭與挑戰,必須具備足夠之理論基礎及嚴謹之科學態度,進一 步有系統地釐清與證明這些巧思背後的有效條件,使之為有跡可循的方式。」這一段令 學生永遠謹記在心的教誨,再透過陳全壽、許樹淵、黃長福、方進隆、程紹同、徐孟達、 李恆儒、劉錦璋、劉強等多位教授在科學方法及人生態度的指導後,有了煥然一新的認 識,也大大提高了對社會服務以及研究的動機。在林德嘉教授的動力學課程與長期 1 對 1 教學影響下,認為必須對台灣體育有所貢獻,於是在 2010 年開發了新式訓練器材及動 作,由優秀的研究夥伴:李士正作為開路先鋒,首先證實具顯著效果,再由學弟張家瑋錦 上添花。 第三章 研究方法 本研究方法依洪聰敏老師所授進行假設,自變項經操弄由蔡於儒教練帶領的師大競 技系田徑隊:景濬、柏政、柏成、明恩、珈霖、書楷、佑捷、御齊、育航、奎龍、建何、 相榮、嘉慶、群評、世杰與元澤進行實驗動作,再依尹鑫、石又、家祥等人所授器材方 法收集數據,最後從陳錦龍教授習得的統計方法進行分析。 第四章 結果與討論 拜老師爭取的高貴精密器材以及學弟認真操作所賜,組內差異極小,使所有項目輕 易達顯著性 P<.01,所有假設皆成立,實驗順利完成,結果將由本人依設計研究所鄧成 連與周賢彬所授方法進行實品設計。 第五章 結論與建議 學術成果如同浮在水面的冰山一角,其實由水底下超乎想像巨大的部分所支撐, 因此非常感謝以上所有幫助過我的人,使我得以完成這篇研究,感激之情不可言喻,且 因目前「體育尚未成功,研究仍須努力」,為報答大家的恩情,我會盡一生努力服務社 會,充實自己,成為有能力提供協助的人。. iv.

(6) 目. 次. 中文摘要…………………………………..…………………….……………………………i 英文摘要……………………………………………………………..……………………….ii 謝誌………………………………………………………………………….………………vi 目次………………………………………………………………….…………...……………v 表次…………………………………………………………………………………..………vii 圖次…………………………………………………………………................……….……viii. 第壹章. 緒論 ...................................................................................................... 1. 第一節. 研究背景 ........................................................................................................ 1. 第二節. 研究目的 ...................................................................................................... 10. 第三節. 研究假設 ...................................................................................................... 11. 第四節. 研究限制 ...................................................................................................... 12. 第五節. 名詞解釋及操作性定義 .............................................................................. 13. 第六節. 研究重要性 .................................................................................................. 14. 第貳章. 文獻探討 ............................................................................................ 16. 第一節. 現有各訓練法間的差異 .............................................................................. 16. 第二節. 提升爆發力的生理因素與動作設定的關係 .............................................. 19. 第三節. 各肌群的動作特殊性與適合的訓練 .......................................................... 20. 第四節. 文獻總結 ...................................................................................................... 22. v.

(7) 第參章. 研究方法 ............................................................................................ 25. 第一節. 研究架構 ...................................................................................................... 25. 第二節. 研究對象 ...................................................................................................... 26. 第三節. 實驗設計與步驟 .......................................................................................... 26. 第四節. 實驗日期與地點 .......................................................................................... 34. 第五節. 實驗處理與統計分析 .................................................................................. 34. 第肆章. 結果與討論 ........................................................................................ 36. 第一節. 各動作向心收縮期動力學參數分析 .......................................................... 36. 第二節. 離心加速動作 0.1 秒間參數與離心速度相關分析 ................................... 42. 第三節. 100 公尺成績與各動作最大力量提升率 Pearson 相關分析 .................... 43. 第四節. 100 公尺成績與屈髖肌群最大力量 Pearson 相關分析 ............................ 45. 第伍章. 討論與結論 ........................................................................................ 46. 第一節. 討論 .............................................................................................................. 46. 第二節. 結論與建議 .................................................................................................. 52. 第三節. 肌力訓練的實用性提案 .............................................................................. 53. 參考文獻………………………………………………………………………56 附件 受試者告知同意書……………………………………………………62. vi.

(8) 表 次 表 1 日本實施初動負荷前後競賽成績對照表 .................................................................... 2 表 2 瞬間變速訓練與彈震式訓練效果差異一覽表 ............................................................ 7 表 3 衝刺速度與等速肌力相關分析表(Watanabe et al., 2000) ........................................... 9 表 4 六種訓練動作動作差異一覽表 .................................................................................. 23 表 5 全體受試者基本資料表(n=16) .............................................................................. 36 表 6 向心收縮啟動 0.1 秒間各項動力學參數摘要表(n=16) ....................................... 40 表 7 向心收縮全期各項動力學參數摘要表(n=16) ...................................................... 41 表 8 離心速度與 0.1 秒間各種參數 Pearson 相關性分析 ................................................. 42 表 9 100 公尺成績與各動作最大力量提升率 Pearson 相關性分析 ............................... 43 表 10 100 公尺成績與各動作最大力量提升率 Pearson 相關分析 ................................. 45. vii.

(9) 圖 次 圖 1 速度與負荷曲線原圖(Hill, 1938)與最大功率計算示意圖.......................................... 4 圖 2 預先 MVC 收縮時間與 PAP 激發效果的相關性(Hamada et al., 2000) ..................... 5 圖 3 瞬間變速訓練器材設置 ................................................................................................ 6 圖 4 腰大肌截面積和衝刺速度相關性(衣笠竜太 et al., 2001) ........................................... 8 圖 5 衝刺速度與伸屈髖等速肌力相關分析趨勢圖 ............................................................ 9 圖 6 研究架構示意圖 .......................................................................................................... 25 圖 7 實驗流程圖 .................................................................................................................. 27 圖 8 實驗設置示意圖 .......................................................................................................... 28 圖 9 漸進式與彈震式動作示意圖 ...................................................................................... 30 圖 10 初動負荷動作示意圖 ................................................................................................ 30 圖 11 主動增強式動作示意圖 ............................................................................................. 31 圖 12 被動增強式動作示意圖 ............................................................................................ 31 圖 13 瞬間變速訓練動作示意圖 ........................................................................................ 32 圖 14 研究參數關係圖 ........................................................................................................ 32 圖 15 各訊號與研究參數取樣及計算示意圖 .................................................................... 33 圖 16 100 公尺成績與各動作最大力量提升率 Pearson 相關分析趨勢圖 ..................... 44 圖 17 100 公尺成績與各動作最大力量提升率 Pearson 相關分析 ................................. 45 圖 18 各種運動項目與訓練方式配對一覽表 .................................................................. 55. viii.

(10) 1. 第壹章 緒論. 第一節 研究背景 競技運動中,體格、體能與戰技術為三項重要條件,現今主流競賽項目經過百年以 上的運科研究,技術層面在各國普遍發展,可突破的空間不多,例如田徑與游泳項目中, 特殊技巧並不多見,棒球與足球等傳統團體項目也有類似情況,現今的競賽較以往更受 體格及運動能力影響(陳全壽,1998),但體格受DNA影響不易改變,唯體能與戰技術 可透過訓練提升,而Bompa(1999)指出,利用多種肌力訓練法(藥球、跳躍、自由重訓等), 相較於僅以技術訓練的方式,運動成績的進步較佳。因此競技運動員常透過肌力訓練提 升體能增進專業表現,並依發展目標如爆發力、最大肌力或速度等而使用各種不同方式。 綜觀運動發展歷程可發現,隨著時代演進,各個年代較著名的肌力訓練法介入後通常伴 隨著新紀錄向上提升,故除了運動技術與戰術的分析之外,透過更為理想的肌力訓練法 來突破成績的瓶頸是不可或缺的手段,也是近代競技運動決定勝負的關鍵點(陳全壽, 1998)。 1960年代以前,肌力訓練常以漸進式動作(Slower Ramp Movements)為主,但肌肉在 向心收縮末期(60-70%)發生的減速期,使動作無法維持高速率,影響爆發力之增強效率, 且不符合真實專項動作(王翔星、相子元、陳全壽,2008),因為阻力訓練具有速度特 殊性(velocity specificity of resistance training),肌肉以較慢的收縮速度進行阻力訓練,所 獲得的力量提昇只出現在較慢的動作中(Behm & Sale, 1993),因此具有減速特性的漸進 式動作,並不完全符合專業的競技專項所需要。 1960年代以後出現的幾項肌力訓練法為改進漸進式動作,常在動作時以各種方式誘 發肌肉的牽張縮短循環(SSC),以提升肌肉收縮速度與力量,進而提升爆發力訓練的品 質與強度(Komi, 2000)。例如1960年代由東德及蘇聯開始發展的增強式訓練(Plyometric) 為其中一種能有效誘發牽張縮短循環的方法,經多次實驗與實際競賽成績證實有良好的.

(11) 2. 訓練效果,研究指出其關鍵在於能使負荷物以更大的加速度移動,並透過反射使肌肉產 生更大的力量與發力率(Mangine et al., 2008)。故為國內外選手普遍使用的訓練手段。 但先天在體格及力量上較為弱勢的東亞人種,若與西方或黑人種實施相同的訓練方 式,爆發力的訓練效果無法具有優勢,雖然可藉由技巧訓練提升動作正確性作為彌補, 然而面對高大強壯的對手時,沒有良好的爆發力時,動作不夠快速有力(如揮棒(拍) 、 傳接球、出拳、踢擊、跑動、起跳與投擲等),無法有效實施戰術或提升運動表現(陳 全壽,1993)。故開發更有效的肌力訓練法對處於競爭劣勢的黃種人來說更為重要。 例如日本於1992年起為使選手達到國際水準,由財團法人日本陸上競技連盟、柔道 連盟、水泳連盟主導成立的運動科學部門,總計10萬名各階層選手採用初動負荷訓練(小 山裕史,2001),不論棒球MLB連續10年200安打的鈴木一朗、亞洲足球先生三浦知良、 100公尺紀錄保持人伊東浩司、奧運馬拉松金牌高橋尚子等人皆實施初動負荷訓練並大 幅提升成績。其中4個主流項目: 游泳、足球、田徑與棒球,實施初動負荷訓練人數最多, 競技水準差異如表1所示。 表 1 日本實施初動負荷前後競賽成績對照表 競賽項目. 實施前 (1992 年以前). 實施後 (現今). 奧運總排名/金牌數. 1988 年 世界第 17 名 /3 金 1992 年 世界第 23 名/3 金. 2004 年 世界第 5 名/16 金 2008 年 世界第 8 名/ 9 金. 奧運游泳總排名/金牌數. 1948 至 1986 年共 10 屆 0 金 1988、1992 各 1 金. 2004 年 世界第 3 名/3 金 2008 年 世界第 4 名/2 金. 奧運田徑金牌數. 1948 至 1992 年 共 10 屆累計 0 金. 2000 年 1 金 2004 年 2 金. 世界盃足球賽(女子). 1991 年 亞洲區第一輪淘汰. 2011 年 世界冠軍. 世界盃足球賽(男子). 1954 至 1990 年 8 屆共 8 勝 全部在亞洲區預賽淘汰. 1994 至 2010 年 5 屆共 41 勝 全部進入世界大賽 2002、2010 進入 16 強. 亞洲盃足球賽(男子). 1992 年前 9 屆全部於預賽淘汰. 1992 年後 6 屆共 4 屆冠軍. 棒球戰績. 美日職棒對決 41 戰 40 敗. 兩次世界經典賽總冠軍.

(12) 3. 研究指出日本開發的新式訓練,因為動作時肌肉產生更快更早的強力收縮,長期訓 練較一般肌力訓練方式具有效果優勢(岩竹淳等,1997;阿部純也、松本希、宮本賢作 等,1999;民內利昭、廣橋義敬、田島行夫,2000),經過多年於基層與頂尖選手間大 規模的實施,展現優異的競賽成績。為提升台灣競賽水準,應借鑒日本經驗開發更快更 強的新式阻力訓練法,並配合分析初動負荷與我國常用訓練法的差異,針對不同性質運 動項目提出建議,成為開發新訓練法的基礎。 初動負荷對多數運動成績的助益優於增強式與彈震式,但分析日本選手實施該訓練 後,競賽紀錄的變化,可發現需快速往返的循環性項目的游泳項目與田徑所有徑賽項目 全部更新,足球與棒球等跑動項目明顯進步,但需要肌肉以單次最大力量與速度收縮的 項目則未見提升,田賽項目中有6項紀錄(標槍、鐵餅、跳遠、三級跳、鉛球)未更新, 且鉛球、鐵餅與跳遠項目不如我國。在棒球投手直球的最快球速的平均值上,台灣以 146.8km/h高於日本143.83km/h(廖文男、林啟川、高英傑,2003),顯示該訓練法在運 動能力的發展上,並非具有百分之百的優勢,因為在選擇使用的負荷時,初動負荷訓練 法還是無法跳脫重量與速度間的取捨。較重的重量可誘發更多運動單元刺激肌力發展與 肌纖維肥大,卻減低速度發展,反之,輕負荷利於速度卻無法徵招高比例的運動單元, 因此各種爆發力訓練多根據Hill(1938)提出的速度與負荷曲線(圖1),計算出速度與負 荷的最大相乘積而找出適合的負荷作為參考,再依競賽項目做選擇。初動負荷為追求速 度所做的設置,必須使用輕負荷進行訓練,而增強式與彈震式則較偏向高負荷(桐本光, 2005),但不論何種訓練方式,依舊受限在重量與速度間的取捨。.

(13) 4. 圖 1 速度與負荷曲線原圖(Hill, 1938)與最大功率計算示意圖. 當Verkhoshansky(1986) 發現激活後增強(postactivation potentiation, PAP)現象後,這 樣的取捨有了可能的解決方案。PAP為肌肉進行以接近最大自主收縮(maximal voluntary contraction, MVC)後,可刺激神經系統(CNS)的興奮性,且在隨後以30%負荷進行的動作 中有產生更大的爆發性,大幅提升運動表現,同時發展最大力量與速度(Sale, 2002)。因 此近來有教練以PAP為理論基礎,先以高負荷重訓刺激,再進行增強式訓練的複合式訓 練投入實務的應用,但無論是控制各種間隔時間或能量消耗等因素,後續研究無法驗證 該方式有效,未能成功將理論轉化成實際訓練,原因在於PAP的效應與間歇時間較無關, 而是與MVC的收縮時間呈顯著的負相關(r=-0.73,p<.001)(Hamada, Sale, MacDougall, & Tarnopolsky, 2000),需將MVC的收縮時間縮短在50-70ms之間才能誘發100%-120%的 PAP(圖2),但以非電機控制負荷的器材難以做到在50-70ms的瞬間將負荷重量降低的 動作。.

(14) 5. 圖 2 預先MVC收縮時間與PAP激發效果的相關性(Hamada et al., 2000) 本人以提高PAP效果須盡量縮短MVC的時間為原則,在2010設計磁阻力的瞬間變速 訓練器材做為可能方案,嘗試先以高負荷誘發的強烈收縮後,在極短時間內降低負荷使 肌肉產生爆發性的加速動作。而李士正(2011)與張家瑋(2012)經實驗證實該方式具 有大幅高於彈震式訓練的動作表現。 如圖 3 所示,瞬間變速訓練法的實施方法為:訓練者以最大力量進行相同於實際競 賽的動作,在一小段加速後,盡速將磁鐵與金屬負荷物分離,克服強磁力的短暫過程中, 徵招高比例快肌纖維並儲存彈性能,負荷物脫離磁鐵後阻力瞬間降低,累積的彈性能突 然釋放,協同高度徵招的肌肉收縮單元使輕負荷物產生爆發性的快速移動,在動作初期 因對肌肉強力牽張產生超越 MVC 的力量,中後期有高於最大自主收縮的速度,同時解 決負荷重量與速度間的矛盾關係。.

(15) 6. 圖 3 瞬間變速訓練器材設置 李士正(2011)以棒球投球動作實施瞬間變速訓練,研究對選手投球球速與上肢肌 力之立即與 6 週訓練效果(表 2) ,結果均顯著優於彈震式訓練,並由於具有立即效果的 特性,可於比賽或技術訓練前使用來誘發更大的運動表現。 張家瑋(2012)針對下肢的立即效果與可維持的時間做出進一步研究,指出瞬間變 速訓練對於提升 30 公尺衝刺速度有顯著的效果,高中生受試者為高一至高三的組合, 競技系受試者皆為全國中等學校運動會 1 到 3 名的保送選手,且經過長期高強度訓練, 實驗結果顯示不同層級受試者皆顯著提升衝刺速度,水準越高的選手效果越好(表 2), 與李士正(2011)的結果一致。立即效果可維持五分鐘,消失後再刺激後依舊有效,因 此可做為上場前 5 分鐘內熱身準備運動,而特有的立即效果可使得實際的動作訓練得以 提升到最大自主能力之上,增進技術訓練效果。.

(16) 7. 表 2 瞬間變速訓練與彈震式訓練效果差異一覽表 李士正 2011. 張家瑋 2012. 對象. 棒球選手 專長 N=18 具經驗非專長 N=12. 田徑短距離專長:高中 N=12 與競技系 N=12. 比較. 瞬間變速訓練 VS 彈震式訓練(基準值). 瞬間變速訓練 VS 彈震式訓練(基準值). 動作. 投球動作. 起跑動作. 急性. 瞬間力量+59.19% 效果量 2.88. 瞬間力量+65.08% 效果量 7.47 p=0.000. 效果. p=0.000 瞬間加速度+37.83%,效果量 1.94. 瞬間加速度+7.5%,效果量 0.99. p=0.000. p<0.05. 刺激後. 長期 訓練 效果. 訓練後. 最快球速+4.5% 平均球速+4.79%. p<0.01 p<0.01. 平均球速+5.86% 最快球速+5.93%. p<0.01 p<0.01. 30 公尺衝刺 -0.14 秒(2.7%) p=0.001 保留 效果. 肩膀等速肌力顯著上升:p<0.01 300 度/秒+5.36% 400 度/秒+4.52% 450 度/秒+7.1% 個別 差異. 水準高者效果較佳. 五分鐘維持 -0.07 秒(1.7%) p=0.028 十分鐘後急性效果消失 再刺激後 30 公尺測驗成績 -0.06 秒(1.3%)p<0.05 水準高者效果較佳. 雖然瞬間變速訓練具有高度的立即效果與訓練成效,但屬於新開發階段,在影響爆 發力的各項因素的表現目前未知,也並未深入分析動作特性與立即或長期效果間的關係。 以往也未有文獻分析日本的初動負荷與國內外常見的增強式、彈震式的差異,故無法對 實際訓練進行建議,或作為開發新訓練法的理論基礎。 首先必須以影響爆發力最重要的各項因素判斷肌力訓練法的動作特性。Aagaard 等 人( 2001)指出,影響向心收縮爆發力的重要因素包括:最大肌力(Fmax) 、發力率(RFD, Rate of Force Development)與瞬時功率(Instantaneous power)。而人體肢段僅能於一定角.

(17) 8. 度與距離內活動而產生運動表現,若能在該範圍內能產生最大的加速度(Acceleration)與 速度(Velocity),對爆發力具有高度的意義(Caserotti, Aagaard, Simonsen, & Puggaard, 2001)。因此,爆發力訓練法的有效性受到以下幾點影響:1.最大肌力、2.發力率、3.最 大加速度、4.速度與 5.功率。 另外,必須考慮實際競賽動作對個別肌群的動作需求及特性,以及對動作表現的重 要性之順序,進而針對該肌群的動作與速度特殊性實施不同的訓練方式。 Kibler(1998)指出例如網球發球、棒球投擲與田徑起跑等運動,透過開放式動力鏈系 統(Open kinetic chain; OKC),將能量從下半身傳遞至上半身產生動作,表現的好壞取決 於此動力鏈的效率,而 Boyle (2004)認為動力鏈效率取決於核心肌群是否能讓上、下半 身的動作力量流暢的傳送,為達此工作需求,動作時越靠近核心,工作距離較短的運動 單元需有最大且最早的活化及徵招。而工作距離較長的四肢肌肉力量較小速度較快 (藤 森健等,2003)。 衣笠竜太(2001)等人以日本優秀短跑選手進行 MRI 檢測,求證腰大肌截面積和 衝刺速度的相關,發現屈髖肌群與運動能力有極高相關性 r=0.912,p<0.001(如圖 4)。. 圖 4 腰大肌截面積和衝刺速度相關性(衣笠竜太et al., 2001) 渡邊信晃(2000) 等人以等速肌力測試,指出屈髖肌群與衝刺速度,比伸髖或下肢的 屈伸肌群有更高的相關,因此對多種須具備衝刺能力的運動來說,屈髖肌群扮演最重要 的角色。.

(18) 9. 表 3 及圖 5 資料顯示核心肌力與運動表現具有高度相關,Boyle (2004)也指出實際運 動對核心肌群有快速動員最多運動單元產生最大力量與加速的需求,強調快速提升至最 大發力率,以提供對四肢加速的動力。但整理多篇並觀察選手進行核心肌群訓練時可發 現,國內常用的訓練方式並不符合該肌群的動作與速度特殊性原則(林季嬋、吳慧君, 2009;張佳玲、張瀞文、吳慧君,2008;陳優華、林澤民、李建明、周資眾,2010;葉 益銘、黃士魁、林正仰,2009),訓練多以自體重為負荷,實施等長收縮或是高次數反 覆至衰竭的方式。運動員如長期以輕負荷高反覆方式,無法活化大量的快速運動單元, 產生較高的力量、發力率與加速度,造成核心肌群未能適應或達成實際競賽的工作需求, 將降低競賽水準或造成傷害(Nadler et al., 2002)。 表 3 衝刺速度與等速肌力相關分析表. (Watanabe et al., 2000). 等速肌力. 180 度/秒 相關係數 r. 300 度/秒相關係數 r. Hip Flexion. 0.73**. 0.71**. Hip Extension. 0.51*. 0.21. Knee Flexion. 0.42. 0.16. Knee Extension. 0.30. 0.33. 註︰**=p<0.01, *=p<0.05. 圖 5 衝刺速度與伸屈髖等速肌力相關分析趨勢圖.

(19) 10. 先前研究中瞬間變速訓練的實驗時,實施於棒球選手的上肢或田徑選手的下肢時, 瞬間力量及加速度皆顯著高於彈震式訓練(李士正,2011;張家瑋,2012),但國內選 手長期以自體重為負荷進行核心訓練,以負重器械方式進行實驗時可能有別於上下肢的 表現。雖先前研究顯示瞬間變速的動作特性符合實際競賽對核心肌群的工作需求,但未 確認實施於核心肌群是否同樣具有在磁鐵脫離後產生爆發性的加速度與快速提高發力 率的現象。 另外四肢力量雖不若核心肌群重要,但其受到核心肌群加速而以彈震式動作高速位 移產生運動表現,因此分辨訓練動作適用性的重點在於速度。而四肢除了進行高速擺動 或屈伸之外,常進行支撐性或打擊性運動,因此整合神經、肌腱、肌肉與韌帶的肌肉勁 度(Stiffness),也是運動表現相關的一環(Carter, Crago, & Keith, 1990),勁度越大越能有 效儲存與釋放彈性能產生較高的表現, Hunter 與 Spriggs(2000) 指出自主(intrinsic)與反 射(reflexive)的肌肉收縮是關節勁度的主要來源,約佔 68-94%,故各訓動作中肌肉收縮 能力,可視為訓練法適用性的指標。. 第二節 研究目的 一、比較各動作在爆發力訓練效果相關動力學因素的差異 本研究依照文獻中影響爆發力訓練效果的五項動力學因素(最大肌力、發力率、最大 加速度、速度與功率),分為向心收縮全期與啟動0.1秒間兩期對六種肌力訓練動作時進 行採樣,取得共10項參數以量化分析比較其間的差異, 1.首先比較出瞬間變速訓練是否能經由強力磁鐵,誘發PAP現象使運動單元產生更 大的工作效能,在所有影響爆發力訓練效果的因素皆有較佳表現,適合作為新一代訓練 方式。 2.依各項動作符合爆發力訓練因素的程度加以排序,並解析出各動作的優勢與其訓 練效果的關係。 3.分析各訓練動作為改進漸進式動作的3種不同控制變項(1.增加或縮短工作距離 2..

(20) 11. 提升負荷物離心往方向的速度與 3.瞬間改變負荷大小),對照動力學參數的相關,找出 設置方式分別對於影響爆發力訓練的各種因素有何影響,可提供瞬間變速訓練未來的發 展與改進空間,並提出對訓練的建議與下一代訓練法設計方向。 4.驗證瞬間變速訓練實施在優秀運動員身上,動作表現能有更大的提升率,較其他 訓練法更適合作為發展極限潛能的手段。 二、為各種運動找出適合的訓練法 訓練除了確認動作的有效性之外,應分析實際競賽動作對個別肌群的動作需求及特 性,以及對動作表現的重要性之順序,再實施符合該肌群的動作與速度特殊性的訓練方 式。本研究取得訓練動作的10項動力學參數後,個別找出適合核心或者四肢動作特殊性 的訓練方式。 1.. 目前文獻指出核心肌群的快速及最大肌力對於競技水準以及傷害預防具有最 高的相關性,而屈髖肌群對短跑速度具有極高的重要性。本研究以瞬間變速 動作測試,驗證屈髖力量是否與等速測驗時有相同的顯著相關。. 2.. 找出適用於核心肌群與四肢的爆發力訓練方式,符合核心肌群需要短距離動 作行程內,瞬間產生高發力率、力量、加速度的特性。. 3.. 四肢受核心肌群啟動後,在0.1秒左右產生快速的運動表現,進行大幅度的高 速位移及瞬間提高關節勁度。故須找出具有在0.1秒內提高各種最大向心收縮 能力的訓練方式。. 第三節 研究假設 一、以控制負荷變化作為設定方式的瞬間變速訓練法,在以下10項影響爆發力訓練效果 的動力學參數,皆顯著高於使用增減工作距離或提升離心速度方式的其他5種肌力訓 練。 1. (1)向心收縮全期與(2)啟動0.1秒間的最大力量(Force)。 2. (3)向心收縮全期與(4)啟動0.1秒間最大發力率(rate of force development, RFD)。.

(21) 12. 3. (5)向心收縮全期與(6)啟動0.1秒間的最大加速度(Acceleration)。 4. (7)向心收縮全期與(8)啟動0.1秒間的最大速度(Velocity)。 5. (9)向心收縮全期與(10)啟動0.1秒間的最大功率(Power)。 二、瞬間變速訓練實施於核心肌群,在動力學參數上與先前兩篇文獻中,與實施於棒球 選手上肢、田徑選手下肢有相同的趨勢,皆顯著高於彈震式訓練。 三、利用提升負荷物離心速度的三種訓練方式,所有向心收縮啟動0.1秒間的參數與負荷 物往肌肉離心方向的速度呈現相關,且達顯著水準。 四、競賽水準越高的選手越適合以瞬間變速動作激發潛能,100公尺競賽成績與進行動 作時最大力量提升率(VS漸進式)呈現高度相關,且相關性顯著高於其他訓練動作。 五、屈髖肌群的最大力量與100公尺競賽成績具有顯著相關性。. 第四節 研究限制 一、負荷設定 瞬間變速訓練於槓片之下額外附加磁鐵,故在向心收縮前瞬間(約0.065秒)的阻力大 於漸進式與彈震式動作,與初動負荷或增強式訓練動作則因負荷具有離心方向的動量無 法加以比較。但如果實驗設置為:非磁阻力的其他五項動作,將負荷重量設定為負荷物 重量加上磁鐵吸力的總數值時,則會造成在整個向心收縮期與離心收縮期會有不同的負 荷阻力,並嚴重降低動作表現而產生更低的加速度與速度,導致表現大幅低於瞬間變速 動作。為減少在整個過程中,負荷重量差距的影響,故不採取此項設定。因此為使試驗 具同質性,確保在向心收縮的過程中,皆為相同阻力,所有動作皆以相同負荷重量進行。 因為人體運動時,雖先由肌肉的離心動作產生緊張或累積能量,但主要還是以向心 收縮完成運動表現,例如投擲與跳躍取決於向心收縮的力量與速度,而非離心期的表現, 故本實驗將重心放在記錄向心動作期的動力學數據加以比較,而離心部分能造成緊張或 累積能量的動作再各別提出比較。.

(22) 13. 二、器材限制 本研究需分析多項動力學參數,其中包括速度與加速度,但在動作特性上,等速肌 力訓練不具加速度的特性,且必須在控制速度或力量上二擇一,故無法取得多項數據, 而且在動作上又因器材角度及設置與其他6種動作有異,無法進行公平的量化。 功能性等長收縮訓練雖然動作類似瞬間變速訓練,但已有文獻指出其動作在動力學 數據上不如彈震式訓練,且需特殊器材才得以進行,故僅於文獻探討提出討論。. 第五節 名詞解釋及操作性定義 一、瞬間變速訓練: 瞬間變速訓練是以較高負荷激發高比例運動單元(肌纖維)後,瞬間減輕負荷產生 爆發性的加速動作。實施方式為使用滑輪槓鈴,使用者肌肉向心收縮拉動槓片,槓片部 份使用輕負荷(30% 1RM 以下)的設定,並於下方安裝強力磁鐵,且固定磁鐵下方之 所有槓片。利用強力磁鐵之磁吸力作為初期阻力。當訓練者開始拉動滑輪槓鈴時,磁吸 力短暫的阻止訓練員的肢段往運動方向前進,這段期間運動員的肌肉收縮拉長了肌腱卻 未造成骨骼等距的位移,故能量轉化為肌腱的彈性能,並激發更多的運動單元加入收縮 來克服阻力。 當力量超越強力磁鐵提供之磁吸力後,槓片被拉離下方的強力磁鐵;由於磁鐵的吸 力與吸附物間距離的三次方值呈反比,故負荷會瞬間減輕至原先設定的輕負荷。與一般 爆發力訓練使用 60-75% 1RM 的負荷重量比較,此方式由於起始負荷高,故徵召更多 的運動單元,並加上預先儲存的彈性位能後,移動較輕負荷(30% 1RM 以下),故能 產生更高的加速度。 二、向心收縮全期: 實驗參與者實施動作時,對肌肉向心收縮期的動力學參數進行採樣,所得參數可呈 現完整動作完整過程與特性。 三、向心收縮從啟動開始0.1秒間:.

(23) 14. 實驗參與者實施動作時,對肌肉向心收縮期0到0.1秒間的動力學參數進行採樣,其 原因為: 爆發力的進步與運動單位被喚起活化的速度相關(K. HÄ Kkinen, AlÉ N, & Komi, 1985),不論各項目選手的上肢或下肢,肌肉向心收縮後,使身體肢段傳遞力量至目標 物使其發生運動,產生競技結果。例如投手投球揮臂期(Arm Throwing phase)肩關節最大 水平外展-球出手瞬間為0.106秒(蔡意雯、劉強,2008),短跑最高速度期,支撐腳著 地推蹬地面時間0.095秒(錢鋒,2001),棒球選手揮棒從往前加速至擊球時間為0.086 秒(林國華,2007),足球選手射門動作,攻擊腳後抬至最高點開始向心收縮到擊球時 間約0.08秒,跆拳道選手後踢攻擊動作踢擊伸腿時間為0.114秒(洪彰岑,2006)。 上述資料顯示不論各種運動,上肢或下肢,運動員的肌肉皆執行約0.1秒的向心收縮 後,產生工作表現直接影響競賽成績,而且肌力訓練具有動作與速度特殊性因素關係訓 練效果(Kanehisa & Miyashita, 1983),訓練動作執行的0.1秒間對競賽表現具有高度而直 接的影響力,以該時間內的動力學參數可判斷各動作對爆發力訓練的優劣,故將0.1秒的 向心收縮表現視為本次實驗重要的指標性參數。 四、選手成績與最大力量提升率相關 因選手各肢段重量具有不小的差異卻難以測量,而且該重量顯著影響與加速規的訊 號,以及透過加速度所計算的其他所有參數,故依照日本學者以最大肌力作為參數,分 析成績與肌力或提升率的相關。. 第六節 研究重要性 對運動成績來說,利用肌力訓練取得進步的方式較以技術訓練的方式為佳(Bompa, 1999),但亞裔選手在平均體格及力量上不如歐洲與非裔選手,採相同訓練無法取得優 勢,故開發更有效的肌力訓練法更為重要。日本開發新式的初動負荷訓練,較目前國內 常用的訓練方式具有效果優勢,並於實際競賽成績證實,(岩竹淳等,1997;阿部純也、 松本希、宮本賢作等,1999;民內利昭、廣橋義敬、田島行夫,2000),為提升台灣競.

(24) 15. 賽水準,開發更具競爭力的新式阻力訓練法為必要途徑。本人於2010年設計的瞬間變速 訓練以此為目標,透過分析彈震式、增強式與初動負荷的特點,針對優缺點加以改造, 並在先前實驗證實,各項數據皆高於彈震式訓練(李士正,林子鳶,2011;張家瑋,2012)。 而本研究欲結合文獻探討與實驗分析,首先探討各運動對各肌群的工作需求,在分 析各種訓練的動力學特徵,進一步強化所有訓練法對於各種運動的實用性及匹配性。 首先許多文獻支持核心肌群與運動能力有極高相關性,但國內長期缺乏符合核心肌 群動作與速度特殊性原則的訓練方式,為提升國內競賽水準,如果能經實驗佐證文獻, 證實屈髖肌群的最大力量與競賽成績有高度的相關性,且證明瞬間變速訓練能符合對核 心肌群的需求,有快速動員肌肉收縮單元,使其快速提升至最大發力率,產生最大力量 與加速的能力,而且在越高級的選手提升率越佳,即可證明為具高度適用性的訓練方式。 另外,屬於新開發階段瞬間變速訓練,經動力學分析,建立動作特性與效果間的關係, 並參考其他現有各項訓練法間比較之後的差異及趨勢,可增加瞬間變速訓練未來後續發 展與改進空間,對開發更新一代的肌力訓練法將有實質的幫助。.

(25) 16. 第貳章 文獻探討. 第一節 現有各訓練法間的差異 近年來運動訓練領域已陸續發展數個強調能快速、加速且無減速的阻力訓練法。例 如增強式訓練(plyometric training)、彈震式訓練(ballistic training)與初動負荷訓練等。因 為運動科學研究發現阻力訓練時,肌肉如以收縮速度 S 進行,力量的最大進步幅度也出 現在速度 S 附近(Behm & Sale, 1993),顯示阻力訓練動作必須強調動作瞬間啟動、時間 短、動作速度快及動作全程均保持加速狀態。因此新式訓練法不但強調收縮速度,也兼 顧力量輸出之完整性來避免動作完成前力量輸出之衰減率。但這些訓練法各有不同的設 置方式與效果。 彈震式訓練(ballistic training)強調動作向心收縮全程持續加速,並且在動作結束達到 最高速前不發生減速現象,實施方式先以作用肌盡全力的收縮,使負荷物在動作的全程 範圍內盡可能的加速,最後將負荷物釋放離手,此動作的力量輸出近似真實的專項動作, 並避免減速期的現象 (Mangine et al., 2008)。故該動作是以增加工作距離的手段達成速 度特殊性理論提出的要求,日本的初動負荷則是相反,以短暫而距離短的收縮提升表 現。 較少為人知的初動負荷訓練於 1992 開始實施於日本選手。小山裕史(1999)指出多數 的運動項目都需進行作用肌與拮抗肌輪作替換的循環性運動,為避免如漸進式阻力訓練 無論向心或離心收縮時肌肉都是處於緊繃的狀態,造成作用肌與拮抗肌同時收縮的習慣, 因此動作特色為並使用 30%--60%1RM 的輕負荷,肌肉在短暫的向心收縮後完全放鬆, 離心期不對負荷物施力使其受重力而自由落體,當肌肉離心期被負荷物牽張至最長位置 時,誘發肌肉牽張反射(吉田雅司、藤森健、小山裕史、鈴木秀次,2003),且向心收 縮起點在肌肉最大伸展的位置,增加肌肉對牽張的敏感性(鈴木秀次、小山裕史、吉田 雅司、藤森健,2003) 。此方式與增強式訓練(Plyometric)對人體產生的反應機制是雷 同的,但仍有差異之處。最大的差別在於肌肉在向心收縮中後期與離心收縮期時,初動.

(26) 17. 負荷是處於放鬆狀態,而增強式訓練是最大努力。與漸進式訓練的差異上,小山裕史 (1999)指出,初動負荷動作時,加速度峰值較高且出現時間較早,但在速度及力量方 面未達顯著差異。 鈴木秀次等人( 2003)以 EMG 對初動負荷訓練者進行檢視時,發現在協同作用的肌 群中,最靠近核心的肌肉活化程度最大,而離心最遠的末端肌肉活化最小,並在高速攝 影之下觀察到,近端肌肉施力早於遠端,速度較快,這與進行漸進式重量訓練時肌肉同 時出力的情形相較之下有明顯的不同,其順序接近於競技運動中高速完成的身體活動︰ 如網球發球、棒球投擲等。 初動負荷較各個動作的工作距離短,目的為減少肌肉的共縮現象,研究指出彈震式 動作時,以肌電分析具有三相電位現象,即作用肌活化後拮抗肌隨之活化,接著作用肌 再一次活化,而漸進式訓練則是拮抗肌伴隨著作用肌活化(鈴木秀次 et al., 2003),初動 負荷則無拮抗肌活化現象,因此向心收縮的表現可能更佳。 在負荷重量方面,日本學者的研究中,受試者進行向心收縮時,當負荷重量超過 60%1RM 時,由於肌肉收縮末期對負荷的加速度小於重力,施力完畢時負荷沒有慣性移 動就緊接著做反向運動,使肌肉於作用完畢時無法放鬆而產生緊張,且血壓值突然提高, 因此建議初動負荷使用的最佳重量應於 30-50%1RM(桐本光,2005) 。而彈震式與增強 式為避免速度與功率下降,同樣採用輕負荷,但研究指出最大力量的發展需以較重的負 荷進行,故最大力量的發展與速度之間的取捨,新式訓練多以後者為重點。但實際競賽 中,受最大肌力影響的運動不在少數,例如鉛球、舉重、橄欖球與角力等。 當 Verkhoshansky(1986)發現激活後增強(postactivation potentiation, PAP)後,這樣的 取捨開始有了新的解決方案,PAP 為肌肉以接近 MVC 的強力收縮後,可刺激神經系統 (CNS)的興奮性,且在隨後 30%負荷的動作中產生更大的爆發性,大幅提升動作表現, 因此近來有教練以 PAP 為理論基礎,將複合式訓練投入實務的應用,運動員先以一個 5 RM(約 85%1RM 的強度)強度的重量訓練誘發 PAP,緊接著 30 秒後進行增強式訓練。 但後續研究卻無法驗證該方式有效,Gossen 與 Sale(2000)以 6 男 4 女進行實驗,發現原 因可能在於間歇時間不足造成肌肉的磷化物未恢復,但 Scott 與 Docherty(2004)以 19 名.

(27) 18. 男性採用休息 5 分鐘的間歇時間使磷化物再填滿(Reperfusion)的實驗設計,也未在肌電 圖分析中發現可徵召更多主作用肌群的運動單位參與運動。故未能成功將理論轉化成實 際訓練。原因在於 PAP 的效應與間歇時間較無關,而是與 MVC 的收縮時間呈顯著的負 相關(r=-0.73,p<.001)(Hamada et al., 2000),其研究以 20 名男女進行實驗,發現如果能 將 MVC 的收縮時間縮短在 50-60ms 之間才能誘發 100%-120%的 PAP,因此如果能夠把 MVC 的收縮時間減到最短,而且在單次動作中,以極為短暫的時間進行接近 MVC 的 收縮,誘發更高的 PAP 現象,再瞬間降低負荷提升隨後的向心收縮速度,必能解決現有 肌力訓練在重量與速度間的矛盾而增加爆發力訓練效果。 林子鳶 2010 設計的瞬間變速訓練以此為出發點,實施方法為訓練者以力量分離利 用吸附於磁鐵的負荷物,克服強磁力的短暫過程中激發 PAP 現象,徵招高比例快肌纖維 並儲存彈性能,負荷物脫離磁鐵後阻力瞬間降低,累積的彈性能突然釋放,協同高度徵 招的肌肉收縮單元使輕負荷物產生爆發性的快速移動,因此接下來的動作加速度與力量 高於以相同負荷時的最大自主收縮,同時解決負荷重量與速度間的矛盾關係。另外,增 強式訓練常利用重物或自身重量經自由落體由位能轉化為動能提供阻力,負荷大小不易 精確控制,加上快速的離心收縮的特性,增加了傷害的風險,瞬間變速訓練針對此點, 將動作設定為僅於向心收縮發力。 瞬間變速訓練法動作時,肌肉組織接受外力伸展時,因強力磁鐵之限制,彈性組織 因伸展儲存大量能量,以提供快速向心收縮時所運用,此快速的力量訓練可引發神經的 適應性, Nilsson、Tesch 與 Thorstensson (1977)以 12 名健康男性進行疲勞實驗後指出, 身體只能於神經系統所控制的速度範圍內動作,受到神經肌肉協調影響而產生不同的爆 發能力。而 Grimby 與 Hannerz(1977)以男性的短指伸肌進行實驗,提出當身體的感覺 受納器接受快速動作訓練的刺激,運動神經可在最短的時間內召募大量運動單位與肌纖 維來同時收縮以產生最大動力。而研究顯示瞬間變速訓練可顯著提升棒球選手投球球速 與上肢肌力(李士正,2011) ,該實驗受測者棒球隊 18 人,在 3 次瞬間變速動作後,運 動表現立即顯著上升,瞬間拉力+59.19%、瞬間加速度+37.83%、刺激後最快球速+4.5% 與平均球速+4.79%,且顯著優於彈震式刺激動作,所有項目皆為 P=0.00*。在訓練效果.

(28) 19. 方面,6 週瞬間變速訓練後平均球速+5.86%、最快球速+5.93%、肩膀等速肌力各種速度 均顯著上升:300 度/秒+5.36%、400 度/秒+4.52%、450 度/秒+7.1%,且均顯著優於彈震 式訓練(p<.05) ,顯示瞬間變速訓練在立即效果與 6 週訓練上皆對投球速度有顯著提昇 效果,且訓練效果優於彈震式訓練,並因具有立即效果特性故可用於賽前熱身。 張家緯(2012)指出瞬間變速訓練對於提升 30 公尺衝刺速度有顯著的效果,該實 驗以田徑短距離專長:高中 16 人,競技系 16 人進行,高中生受試者為高一至高三的組 合,競技系受試者皆為全國中等學校運動會 1 到 3 名的保送選手,且經過長期高強度訓 練,實驗結果顯示不論受試者既有水準高低,皆顯著提升衝刺速度。立即效果可使 30 公尺測驗成績進步 0.1 秒(2.7%)顯著水準 p <.05。保留效果實驗,五分鐘維持進步 0.07 秒(1.7%)顯著水準 p <.05;十分鐘後效果消失;再刺激後可使 30 公尺測驗成績進步 0.06 秒(1.3%)顯著水準 p <.05,可建議做為上場前 5 分鐘內熱身準備運動。. 第二節 提升爆發力的生理因素與動作設定的關係 一、增加動作距離可增進肌間協調 爆發力有別於一般單純的肌力輸出表現,除了須增加運動單位的激發頻率外,更 重要的是強調肌間的協調,使得產生動作時,作用肌、協同肌和擷抗肌彼此協同作用, 藉由快速、爆發的訓練動作型態,提升肌肉力量和肌肉神經系統的適應,進而增加運動 單位的召募、改善肌肉神經的協同性、降低神經的抑制性與提升專項動作發力率,才能 產生較理想的爆發力(Chu, 1996; Cronin, McNair, & Marshall, 2001)。彈震式訓練透過以 全程無減速的方式進行,以接近實際運動速度的快速動作形式刺激神經系統,取得作用 肌、協同肌及拮抗肌適當的活化率、活化順序,以及神經系統的適應性,有效的強化爆 發力(Hammett& Hey, 2003)。符合動作速度定量控制理論指出:「在動作完全沒有減速 的且同等負荷以更快速度完成的情況下,這種快速及動作全程加速的阻力訓練方式,能 有效增進神經肌肉功能。」(陳松、馬啟偉,1994)。.

(29) 20. 二、提升離心速度可激發快縮運動單位 神經系統及其所支配的肌肉纖維稱之為運動單位,運動單位的激發程度影響肌力 的大小,增加激發有助於肌力的增加(Newton et al., 1997)。初動負荷與增強式訓練原理 皆利用肌肉預先伸展而產生較大的向心收縮力量,透過離心收縮再向心收縮的牽張-縮 短循環(SSC),提升運動單位的激發程度並動員快縮運動單位。使其能在相同的負荷下, 以更高的動作速度完成動作,或更重的負荷下能以相同的速度完成,而對爆發力發展具 有重大影響(陳松、馬啟偉,1994)。 三、瞬間改變負荷大小可增進各種爆發力訓練效果生理因素 進行瞬間變速訓練時,肌肉組織收縮,但因受到磁鐵之限制,運動肢段並非產生 相對應之位移,該期間使彈性組織因伸展儲存大量能量,且使張力大幅上升,刺激身體 的感覺受納器,瞬間增加運動單位的激發程度以產生最大動力(Grimby & Hannerz, 1977)。 且快速力量的訓練可引發神經的適應性,動作的速度受到神經肌肉協調影響,以最快速 度動作的形式,可刺激神經系統,取得作用肌、協同肌、拮抗肌適當的活化率(Behm & Sale, 1993)。瞬間變速訓練在動作向心收縮初期提供了極大的阻力,瞬間增加運動單位的激 發程度,在0.065秒內即產生最大力量,跳過動員慢縮肌纖維而直接動員快縮肌纖維。 Tidow(1993)指出最快速的IIb肌纖維在開始收縮的0.06秒內即可100%完全徵招,而較慢 的IIa肌纖維及慢速肌纖維分別為0.12秒以及0.18秒,如以需負荷體重進行移動跳躍的運 動項目,為使得肌纖維的發達效果能集中於IIb肌纖維,並同時避免增加其他肌纖維的截 面積造成體重上升,應盡量增加0.06秒內的發力率(rate of force development, RFD)來提升 工作表現。,研究顯示瞬間變速訓練直接動員快縮肌纖維而跳過動員慢縮肌纖維。. 第三節 各肌群的動作特殊性與適合的訓練 體能訓練法必須確認肌力訓練法的有效性之外,分析實際競賽動作對個別肌群的動 作需求及特性,以及對動作表現的重要性之順序,進而針對該肌群的動作與速度特殊性 實施不同的訓練方式也必須列入考慮。.

(30) 21. 衣笠竜太(2001)等人以MRI檢測短跑選手腰大肌截面積和衝刺速度的相關性,發 現核心肌群與運動能力有極高相關,r=0.912,p<0.001。 渡邊信晃等人(2000)以等速肌力測試核心部分以下各肌群,在各種角速度下的肌 力和衝刺速度的相關性,指出核心肌群與衝刺速度,比下肢肌群有更高的相關,180度/ 秒的屈髖肌力與衝刺速度相關性r=0.73 p<0.01,而伸膝及屈膝分別為r=0.42與r=0.30,皆 未達顯著p<0.01。300度/秒的屈髖肌力與衝刺速度相關性r=0.71, p<0.01,而伸膝及屈 膝分別為r=0.16與r=0.33,皆未達顯著p<0.01。因此對多種須具備衝刺能力的運動來說, 核心肌群扮演最重要的角色。 網球發球、棒球投擲與田徑起跑等運動,透過開放式動力鏈系統(Open kinetic chain; OKC)將能量從下半身傳遞至上半身產生動作,表現的好壞取決於此動力鏈的效率, Boyle (2004)認為動力鏈效率取決於核心肌群是否能讓上、下半身的動作力量流暢的傳 送,為達此工作需求,動作時越靠近核心,工作距離較短的運動單元需有最大且最早的 活化及徵招。而工作距離較長的四肢肌肉力量較小速度較快(藤森健等,2003)。顯示 實際運動中,對核心肌群有快速提升至最大發力率的需求,必須較四肢更強調快速動員 最多運動單元,產生最大力量與加速的能力,以提供對四肢加速的動力。但國內選手進 行核心肌群訓練時,卻不符合該肌群的動作與速度特殊性原則,訓練多以自體重為負荷, 實施高次數反覆至衰竭的方式,未配合該肌群的動作與速度特殊性原則,造成核心肌群 無法負擔嚴苛工作需求而產生下背疼痛的現象,原因在於核心肌力不足,會導致姿勢的 不良,除了影響力量的傳遞外,更容易導致傷害的發生(Hedrick, 2000)。而研究顯示, 患有下背痛經驗的運動員運動表現較差,在20公尺折返跑顯著較慢8.6%(6.3秒 vs 5.8 秒)(Nadler et al., 2002)。為能符合現代競技運動對使核心肌群嚴苛的工作需求,應利用 能快速提高發力率與爆發力作為平時訓練方式。 先前研究中瞬間變速訓練的實驗時,實施於棒球選手的上肢或田徑選手的下肢時, 瞬間力量及加速度皆顯著高於彈震式訓練(李士正,2011;張家瑋,2012),在磁鐵脫 離後產生爆發性的加速度與快速提高發力率的現象,顯示該動作特性符合實際競賽對核 心肌群的工作需求。.

(31) 22. 另外四肢的力量雖不若核心肌群重要,但其受到核心肌群加速而以彈震式動作高速 位移產生運動表現,而爆發力的進步與運動單位被喚起活化的速度相關(Nilsson, Tesch, & Thorstensson, 1977),因此分辨訓練動作適用性的重點在於速度,不論各項目選手的上 肢或下肢,肌肉向心收縮後,使身體肢段傳遞力量至目標物使其發生運動,產生競技結 果。例如投手投球揮臂期(Arm Throwing phase):肩關節最大水平外展-球出手瞬間為 0.106秒(蔡意雯,劉強,2008),短跑最高速度期,支撐腳著地推蹬地面時間0.095秒(錢 鋒, 2001),棒球選手揮棒從往前加速至擊球時間為0.086秒(林國華,2007),足球選手 射門動作,攻擊腳後抬至最高點開始向心收縮到擊球時間約0.08秒,跆拳道選手後踢攻 擊動作踢擊伸腿時間為0.114秒(洪彰岑,林俊宏,劉宇,2002)。 上述資料顯示不論各種運動,上肢或下肢,運動員的肌肉皆執行約0.1秒的向心收縮 後,產生工作表現直接影響競賽成績,而且肌力訓練具有動作與速度特殊性因素關係訓 練效果(HÄ kkinen & Komi, 1986; Sale, 1988),訓練動作執行的0.1秒間對競賽表現具有高 度而直接的影響力,以該時間內的動力學參數可判斷各動作對爆發力訓練的優劣,能夠 於0.1秒內產生最大力量的訓練方式,才能符合競賽對四肢運動能力的需求。 而四肢除了進行高速擺動或屈伸之外,常進行支撐性或打擊性運動,因此整合神經、 肌腱、肌肉與韌帶的肌肉勁度(Stiffness),也是運動表現相關的一環(Carter, Crago, & Keith, 1990),勁度越大越能有效儲存與釋放彈性能產生較高的表現, Hunter與Spriggs(2000) 指出自主(intrinsic)與反射(reflexive)的肌肉收縮是關節勁度的主要來源,約佔68-94%, 故各訓動作中肌肉收縮能力,可視為訓練法適用性的指標。. 第四節 文獻總結 訓練動作會直接影響爆發力的訓練效果而改變競賽表現與結果,現代多種訓練法透 過不同的設置方式,產生神經與肌肉的生理適應(運動單位激發、肌間協調、動員快縮 運動單位),增進最大肌力、發力率、加速度、速度與功率的表現來提升爆發力。各種 動作設置差異如表4所示.

(32) 23. 表 4 六種訓練動作動作差異一覽表 漸進式 改良理論背景. -. 彈震式. 初動負荷. 主動增強. 被動增強. 瞬間變速. 速度特殊性 牽張反射. 牽張反射. 牽張反射. 激活後增強. 增加工作距 提升離心速 提升離心速 提升離心速 控制負荷變 離 度 度 度 化. 改良方式 向心收縮肌肉 活化現象. 作用肌 拮抗肌. 三相電位. 僅作用肌. 作用肌 拮抗肌. 作用肌 拮抗肌. -----. 向心收縮起始 肌肉長度. 中. 長. 最長. 短. 短. 長. 向心收縮距離. 中. 長. 短. 中. 中. 長*. 向心收縮前 負荷動量. 小. 小. 中. 大. 大. 無. 動作頻率. 中. 低. 高. 中. 中. 低. 負荷重量 (爆發力訓練). 60-75%. 30-60%. 30-50%. 自體重. 自體重. or+30%. or+30%. (30%以下+ 磁鐵)<MVC. 離心收縮前發 力. <負荷. <負荷. 完全放鬆. 自主放鬆. 完全放鬆. 放鬆. 離心收縮發力. <負荷. <負荷. 完全放鬆. 最大努力. 最大努力. 放鬆. 離心收縮速度. 低. 低. 高. 中. 中. 中. *瞬間變速訓練在本次實驗因器材限制為短距離. 如能經動力學分析,建立各動作特性與效果間的關係,並參考其他現有各項訓練法 間比較之後的差異及趨勢,可增加瞬間變速訓練未來後續發展與改進空間,並針對實際 訓練提出建議,以提昇我國競賽水準,並對開發更新一代的肌力訓練法有實質的幫助。 總結文獻中的研究,雖然四肢的運動呈現出運動表現的結果,但核心肌群的能力對 於提升競技水準來說才具有最高的相關性,以實際競賽隊對核心肌群的工作需求來說, 需要同時提升最大力量、發力率、加速度與功率,才能提高動力鍊的效率,而四肢約於 0.1秒左右完成其運動表現,故0.1秒內盡其所能所提高速度是其發展的重點。因先前研 究中瞬間變速訓練的實驗時,實施於棒球選手的上肢或田徑選手的下肢時,瞬間力量及 加速度皆顯著高於彈震式訓練(李士正,2011;張家瑋,2012),並顯示該動作特性符 合實際競賽對核心肌群的工作需求,故希望將此訓練法應用在爆發力的訓練上。但國內.

(33) 24. 選手並非以%1RM或最大力量%等重訓原則進行核心訓練,以負重器械方式進行實驗時 可能有別於上下肢的表現。因此本次實驗除了探討影響爆發力的各項因素,另外要確認 瞬間變速訓練實施於核心肌群是否有相同趨勢,即在磁鐵脫離後產生爆發性的加速度與 快速提高發力率的現象,茲可證明瞬間變速訓練較現今多種訓練法適於應用在爆發力訓 練。.

(34) 25. 第參章 研究方法. 第一節 研究架構 本研究以六種現有訓練法進行動力學分析,對爆發力訓練進行建議,結構如圖 6。. 圖 6. 研究架構示意圖.

(35) 26. 第二節 研究對象 本研究徵召師大競技系田徑隊短距離專項或跳躍兼項100公尺選手共16名。受試者 參與本實驗前須詳閱試者須知,並先由研究者說明實驗流程、實驗過程中所需準備的姿 勢與動作要求但不告知該動作的名稱,由晤談提出相關注意事項與禁忌並了解受試者過 去三個月內是否有任何下肢相關神經、骨骼肌肉傷害,或是有中樞神經或是週邊神經病 變者,若具有以上之條件,將不列入受試者樣本。實驗前三天不可從事激烈的訓練,避 免肌肉疲勞對實驗測量結果影響。. 第三節 實驗設計與步驟 一、. 實驗設計 本研究採雙盲測試,並以平衡次序法,平均分配動作次序,避免疲勞與學習效果影. 響實驗結果,施測者4人與受試者16人以隨機分配組別,兩者僅被告知動作執行方式、 順序與次數,而六種訓練法名稱、內容與研究目的皆不告知。六種肌力訓練法次序與受 試者隨機分配,各取10項動力學參數進行成對t-test,熱身後每種動作執行三次取最大值, 每次休息5分鐘。另外,共有三項相關性分析,分別為1.離心速度與收縮表現的相關、2. 各動作最大力量提升率與100公尺成績相關、3.瞬間變速訓練動作最大力量與100公尺成 績相關。最大力量提升率的計算為(各動作-漸進式)/漸進式*100%,因漸進式動作代表最 大自主收縮,其他方式皆以刺激神經或肌肉提升收縮能力,相減可知刺激後的提升率。 100公尺成績採計半年內最佳比賽成績,分析以皮爾遜績差相關進行,請參考圖7實驗流 程圖。.

(36) 27. 圖 7. 二、. 實驗流程圖. 所有實驗參與者皆以相同器材進行所有動作,操作器材如圖8所示:滑輪拉繩式 訓練器,背肌訓練器,皮帶。.

(37) 28. 圖 8. 實驗設置示意圖. (一) 負荷設置:各訓練動作靜止時負荷皆為6.47KG(4.54KG槓片*2+動滑輪=除以2+皮 帶與扣環1.93KG),滑輪與纜繩間摩擦力,因各動作速度不同無法測量。瞬間變 速訓練除上述負荷外,其下方再安裝2塊強力磁鐵,強力磁鐵為上底11cm*3cm, 下底11cm*3.5cm,高1.7cm之梯形釹鐵硼磁鐵(Nd2Fe14B)磁吸力為23KG,下底 中間有條半徑0.6cm,長11cm之半圓形凹槽,因此下底與槓片之接觸面較小磁吸力 較弱,放置方式為凹槽面朝上。為保護磁鐵避免在槓片吸附中的撞擊力道中損毀, 也為必免磁力過強無法從槓片中拉開之雙重考因素下,磁鐵外包附許多層之皮膚 膜以及絕緣膠帶做保護,釹鐵硼磁鐵負荷設置請見圖3。 (二). 加速規 本研究所採用的單軸性加速規Biovision (Biovision Inc.,Germany),可測量加速度範.

(38) 29. 圍為±50g。使用時黏著於負荷物上,加速規的軸向水平於行進方向,收集動作進 行時的加速度訊號。 Load cell 壓力測試器. (三). Load cell 架設位置:將之設至於滑輪槓鈴的纜繩末端與受試者拉動的皮帶之間, 收集動作進行時的力量訊號。 多功能訊號處理系統. (四). 利用Biopac MP150多功能生物訊號訊號處理系統(BIOPAC Systems Inc., Santa Barbara, CA)收集加速規與Load cell訊號,並透過Acqknowledge3.9.0套裝軟體以取 樣頻率1000Hz擷取所需數位訊號並分析相關研究參數。所有訊號以8Hz低通濾波進 行處理以去除雜訊。 三、. 訓練動作分類:. 本研究所有訓練法皆以漸進式為基礎,計有漸進式、彈震式、初動負荷、主動增強 式、被動增強式與瞬間變速訓練共六種,在固定負荷重力的情況下,設置上可控制部份 分為三個方向: 1. 增減工作距離:彈震式(加長)、初動負荷(縮短)。 2. 提升離心速度:初動負荷、增強式動作(主動與被動兩種)。 3. 控制負荷變化:瞬間變速。 二、訓練動作定義: 所有訓練動作皆呈坐姿且雙腳伸直,以額頭套住皮帶,由屈髖肌群(腹直肌、腰大 肌、髂肌與股直肌)收縮拉動槓片,向心收縮的起始位置皆為軀幹與股骨呈180度。 1. 漸進式訓練動作:如圖9所示,受試者以最大努力向心收縮至軀幹與股骨呈約90 度停止,離心收縮以慢速回到起點停止,再進行下一次動作。 2. 彈震式訓練:動作同上但增加工作距離至關節最大活動範圍(圖9)。.

(39) 30. 圖 9. 漸進式與彈震式動作示意圖. 3. 初動負荷訓練:如圖10所示,受試者以最大努力進行短距離(較漸進式短)向 心收縮後,立刻放鬆使軀幹與負荷物以自由落體回到起點,再立刻進行下一次 向心收縮,盡量減少停頓的時間。. 圖 10 初動負荷動作示意圖 4. 主動增強式訓練:如圖11所示,受試者屈髖肌群等長收縮使軀幹停止於垂直於.

(40) 31. 地面位置,之後主動放鬆使軀幹與負荷物以自由落體至180度位置瞬間,盡量 快速以最大努力向心收縮。. 圖 11 主動增強式動作示意圖 5. 被動增強式訓練:如圖12所示,受試者的屈髖肌群放鬆,軀幹由輔助員支撐停止 於與地面垂直位置,輔助員突然放手使軀幹與負荷物以自由落體至180度位置開 始以最大努力向心收縮。. 圖 12. 被動增強式動作示意圖.

(41) 32. 6. 瞬間變速訓練:如圖13所示,受試者以最大努力向心收縮使槓片脫離磁鐵,離心 收縮以慢速回到起點停止,使槓片與磁鐵再次結合後,再進行下一次動作。. 圖 13 四、 (一). 瞬間變速訓練動作示意圖. 實驗數據處理與分析 研究參數 所有參數皆分別各取兩段時期的參考值,一為向心收縮全期,二為向心收縮的開 始到0.1秒之間,各研究參數之關係請參考圖14所示。. 圖 14 研究參數關係圖.

(42) 33. 取樣分期共有兩期,分別為向心收縮全期與向心收縮啟動 0.1 秒間,兩期的起點皆 為負荷物加速度為 0,見圖 15。 1.. 力量峰值:各動作向心收縮時Load cell取得的力量訊號之最大值。. 2.. 發力率:各動作向心收縮期,Load cell取得的力量訊號從最小至最大峰值間的斜 率。. 3.. 加速度峰值:各動作向心收縮時加速規取得的加速度訊號之最大值。. 4.. 速度峰值:各動作向心收縮時,加速規取得的加速度訊號,以套裝軟體 Acqknowledge3.9.0內建程式積分後之最大值。. 5.. 功率峰值:各動作向心收縮時,將加速度訊號積分後,與 Load cell的力量訊號以 Acqknowledge3.9.0內建程式相乘後,取最大值。. 圖 15 各訊號與研究參數取樣及計算示意圖.

(43) 34. 第四節 實驗日期與地點 一、首次實驗(民國100年11月23日): 由於首次實驗完畢取得實驗數據,經統計分析,瞬間變速訓練在多數項目平均數, 高出其他訓練法數倍且呈現P=0.000,為排除儀器及人為誤差,試驗一個月後換用其他 同型儀器,再次確認動作範圍與起始位置,變換動作順序,進行第二次實驗。 二、第二次實驗(民國100年12月21日): 結果顯示兩次實驗數據相近,趨勢一致,再對照先前三篇文獻數據,同為P=.00*與 效果量>0.99的結果。因此在確認兩次實驗一致且與先前文獻對照後有相同趨勢之後, 認為數據無誤得以採用。. 第五節 實驗處理與統計分析 本研究以研究架構與研究問題為資料分析的方向,根據變項的測量尺度,選用適當 的統計方法,在資料回收後進行校對、編碼(coding),以電腦統計套裝軟體(SPSS 18.0 for windows 版)來處理研究資料,進行統計分析。再根據研究目的、研設假設以及資 料型態,使用以下的統計方法來加以分析,統計分析方法的應用與資料分析敘述如下: 一、本實驗所得的各項資料以SPSS 18.0 for windows統計套裝軟體進行統計分析。 二、以相依樣本t-test 個別比較漸進式、彈震式、初動負荷、主動增強式、被動增強式 與瞬間變速共六種訓練動作,在動作向心收縮時10種動力學參數。驗證控制負荷大 小的瞬間變速訓練與其他方式的差異。每一項動力學參數的t-test皆為1對1的成對比 較,避免拒絕區的誤判情形。 三、訓練動作為提升爆發力訓練效果,皆以漸進式為基礎進行改良,故以漸進式動作數 值為基準值(控制組的平均數),計算提升率及效果量(effect size, ES),判斷實驗結果 的實際顯著性(Practical significance)之程度,避免因樣本數量而誤判實際效果。提升 率的計算公式: ME/ MC –100%;效果量(ES)的計算公式:ES=(ME–MC)/sC;ME: 實驗組的平均數(各訓練動作);MC:控制組的平均數(漸進式動作);sC:控制組的.

(44) 35. 標準差 四、以皮爾遜績差相關分析三種離心加速式訓練法,比較負荷物離心速度與所有0.1秒間 動力學參數的關係。 五、以皮爾遜績差相關分析屈髖肌群最大力量與各受試者該年度100公尺最佳成績的關 係。 六、本研究t-test與皮爾遜績差相關分析之顯著水準皆定為α=.01。分析後,將所有資料 以表格呈現。.

(45) 36. 第肆章 結果與討論 本章共分為四節呈現,第一節為各動作向心收縮期動力學參數分析,目的為找出最 強力快速的訓練法,並依各種運動項目與不同肌群的動作特殊性,以動力學表現提出適 配的訓練建議;第二節為動作的 0.1 秒間參數與離心速度相關分析,目的為解析三種離 心加速式訓練法,離心方向的速度越快是否能誘發更好的向心收縮收現;第三節為 100 公尺成績與各動作最大力量提升率 Pearson 相關分析,目的為找出最適合激發優秀運動 員潛能的訓練方式。第四節為 100 公尺成績與屈髖肌群最大力量相關分析,驗證文獻中 屈髖肌群與運動成績的相關性,是否一致為高度相關且有相近的結果,而等速肌力測驗 與瞬間變速測驗的結果是否具有一致性。 本研究受試者為師大競技系田徑隊短距離專項或跳躍兼項 100 公尺選手共 16 名, 皆為全國中等學校運動會得獎之體育保送生,具多年肌力訓練經驗,且全員目前接受田 徑正規訓練並無中斷。各項受試者基本資料如表 5。 表 5. 全體受試者基本資料表(n=16) 項目. M ± SD. 最小值. 最大值. 年齡(歲). 20.87±1.45. 19. 24. 身高(cm). 177.49±3.52. 171. 183. 體重(kg). 73.16±8.55. 64. 82. 訓練年數(年). 8.13±2.53. 4. 14. 第一節 各動作向心收縮期動力學參數分析 各訓練動作為提升爆發力訓練效果,皆以漸進式為基礎進行改良,故以漸進式動作 數值為基準值(控制組的平均數),計算提升率及效果量(effect size, ES),判斷實驗結 果的實際顯著性(Practical significance)之程度,避免因樣本數量而誤判實際效果。根據 Cohen 的標準,效果量若其值小於 0.2 表示實際顯著性為低,介於 0.2 至 0.5 表示實際顯.

(46) 37. 著性為低至中等,而 0.5 至 0.8 表示實際顯著性為中至高等,高於 0.8 表示具有相當大的 實際顯著性。 提升率的計算公式: ME/ MC –100%;效果量(ES)的計算公式:ES=(ME – MC)/sC ME:實驗組的平均數(各訓練動作);MC:控制組的平均數(漸進式動作); sC:控制組的標準差 一、 力量 (一) 向心收縮啟動0.1秒間的最大力量 瞬間力量值採樣以超過靜止時平均力量值,曲線開始上升設為起點0秒,取0到 0.1秒間的最大力量值,單位kg。瞬間變速訓練0.1秒間的最大力量顯著高於所有訓 練法,顯著性p=.00(見表6),在力量平均值方面,瞬間變速平均在0.065秒達到 最大力量值41.75kg,其他項目的0.1秒間最大平均值11.3kg,約為269.47%的差距, 實驗結果拒絕虛無假設。 初動負荷訓練0.1秒間的最大力量顯著高於另外四種訓練法,顯著性p=.00(見表 6)。向心收縮的力量產生前,僅有瞬間變速的力量值為0,其他訓練法因過程包 含離心收縮,故力量值受到離心期放鬆程度影響有個別差異。 (二) 向心收縮全期的最大力量 最大力量採樣值為向心收縮過程中的最大值。瞬間變速訓練的最大力量顯著高於 所有訓練法,顯著性p=.00(見表7),在力量平均值方面,瞬間變速平均在0.065秒 達到最大力量值41.75kg,其他項目的全程最大平均值14.22kg,約為193.6%的差距。 實驗結果拒絕虛無假設。 二、 發力率 (一) 向心收縮啟動0.1秒間發力率 向心收縮的力量產生前,僅瞬間變速的力量值為0,其他訓練法因過程包含離心 收縮,故力量值受到離心期放鬆程度影響有個別差異,所有曲線以加速度0為起點, 取0到0.1秒間力量值的斜率,如在0.1秒內達到最大峰值,則取最低點至峰值的斜率。 瞬間變速平均在0.065秒達到最大發力率549.6kg /s,顯著高於其他項目的0.1秒間.

參考文獻

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