IR:Item 987654321/4487
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(2) 論 文 名 稱 ： 以 心 跳 數 預 測 人 體 能 量 消 耗 之 研 究 -大 專 院 校 男 學 生 總 頁 數 ： 76 頁. 為例. 院 校 所 組 別 ： 國 立 臺 灣 體 育 大 學 (臺 中 )體 育 研 究 所 自 然 科 學 組 畢業時間及提要別：九十七學年度第一學期碩士學位論文提要 研 究 生：詹 仁 德. 指 導 教 授：陳 裕 鏞 博 士. 中文摘要 本研究主要目的欲探討人體全天性心跳數對能量消耗 做預測回歸方程式。本研究實驗參與者為國立臺灣體育大學 (臺 中 )五 位 於 日 常 生 活 中 皆 有 規 律 運 動 習 慣 的 男 性 大 學 生 （ 年 齡 22.8±2.17 歲 、 身 高 180.4±2.88 公 分 、 體 重 74.6±6.88 公 斤 、 身 體 質 量 指 數 22.91±1.73 公 斤 /公 尺. 2. 、最大耗攝氧量. 4 8 . 2 9 ± 3 . 8 2 毫 升 / 公 斤 / 分 ）。 透 過 三 天 不 同 運 動 強 度 ( 休 息 日 、 • 實 驗 參 與 者 最 大 耗 氧 量 ( VO2max )的 30％ 、 50％ 視 為 低 強 度、中 強 度 運 動 )數 周 內 分 別 完 成 監 測。研 究 結 果 顯 示 以 心 跳 數 推 估 能 量 消 耗 之 回 歸 方 程 式 為. Y= 0.0303X- 1327.66 ，. R2=0.651。 然 而 從 運 動 後 過 耗 氧 量 ( EPOC )分 析 發 現 ： 中 強 度運動後各階段償還氧債能力差異不大；反觀高強度運動後 各階段償還氧債差異較顯著，且睡眠期間中強度比高強度還 債的比例多，此現象顯示出。結論：本篇研究的結果能提升 透過心跳數做能量消耗推估合理性的應用。. 關 鍵 詞 ： 心 跳 數 、 能 量 消 耗 、 EPOC. I.
(3) C h a n , J e n - Te ( 2 0 0 8 ) . P r e d i c t i o n o f h u m a n e n e r g y e x p e n d i t u r e by daily total heart beat - focus to male college students, N a t i o n a l Ta i w a n S p o r t U n i v e r s i t y, Ta i c h u n g .. ABSTRACT The purpose of this study was to evaluate the correlation between total heart beats and total energy expenditure all day l o n g . H e a l t h y f i v e c o l l e g e s t u d e n t s f r o m t h e N a t i o n a l Ta i w a n Sport University with regular exercise were recruited ( age: 22.8 ± 2.17 years old; height: 180.4 ± 2.88 cm; weight: 74.6 ± • 6.88 kg; BMI (body mass index): 22.91 ± 1.73 kg/m2 ; VO2max: 4 8 . 2 9 ± 3 . 8 2 m l / k g / m i n ) f o r t h i s s t u d y. T h r e e d a y s w i t h v a r i -ous exercise intensities, which are the day with quiet rest, • the day with exercise at 30% of VO2max and the day with • exercise at 50% of VO2max were performed separately in week long inter- val. The result indicated that the high correlation between total heart beats and total energy expenditure all day long was observed by the R value up to 0.81 and linear regression is y=0.0303x-1327.66. The excess post exercise oxygen consum -ption ( EPOC ) accumulated of three phases, from start of exercise to the 8th hour as first phase, from the 9th ~ 17th hour as the second phase, from the 17th ~ 26th hour as. the. third. phase. after. exercise. were. analyzed.. The. accumulation of the third phase in low intensity day was greater than the moderate one. In conclusion, the results of. II.
(4) our. study. can. provide. the. possibility. for. the. application to develop the energy expenditure.. Keywords： Heart beats, Energy expenditure, EPOC. III. feasible.
(5) 謝 誌 回憶起兩年半前剛踏入研究所時，胸襟充滿無限的鬥志 與熱情，如今將卸下繁重的研究工作，準備向人生旅途中更 遠的目標邁進。 腦海中依稀還記得於大學畢業前夕就慢慢接觸研究所的 課程並隨課旁聽，進而認識學生的指導教授－陳裕鏞博士； 從教授身上不僅學習到如何做研究？從發現問題開始、尋求 解決問題的方法、隨後的結果分析與討論、最後才能夠創造 知識的這段心路歷程，於過程中總是秉持者戰戰兢兢、如履 薄冰的態度走完這段路程；在這段研究生涯，由衷地感謝陳 教授不厭其煩、誨人不倦的教學態度提供許多寶貴的建議與 指導；再者要感謝協同教授－劉總經理虣虣博士將所學的實 務經驗不吝惜地傳授與教導；於此須特別感謝陳博士志勇大 力贊助實驗儀器設備，讓本研究能順利如期完成；此外從所 上眾師身上見識到對體育學術研究執著與認真的典範，如此 專 精 敬 業 的 錦 囊 相 授，方 能 提 攜 愚 昧 的 我。老 師：感 謝 你 們 ！ 能順利完成此篇論文，要感謝的人實在太多：協助論文 口試順利的劉總經理虣虣、廖總經理本彰、陳博士志勇、謝 教 授 坤 昌、廖 教 授 慧 芬；共 患 難 的 好 友：文 進、志 綱、尉 豪 、 世宏、伯瑋、佳彥及關心我的朋友們；最後非常地感謝我親 愛的家人，默默地全力支持、讓我無後顧之憂的全心衝刺研 究工作且順利完成，願將這份榮耀與喜悅與家人、師長及關 心我的朋友們共同分享此甜蜜的成果。 詹仁德. 謹識. 中 華 民 國 98 年 2 月. IV.
(6) 目 錄 中 文 摘 要 ...................................................................... I 英 文 摘 要 ..................................................................... II 謝 誌 .......................................................................... IV 目 錄 ............................................................................V 表 目 錄 ...................................................................... VII 圖 目 錄 ..................................................................... VIII 第一章. 緒 論 ................................................................. 1. 第一節. 研 究 動 機 .................................................... 1. 第 二 節 研 究 目 的 .................................................... 3 第 三 節 研 究 問 題 .................................................... 4 第 四 節 研 究 假 設 .................................................... 4 第 五 節 研 究 範 圍 .................................................... 5 第 六 節 研 究 限 制 .................................................... 5 第 七 節 操 作 型 定 義 ................................................. 5 第二章. 文 獻 探 討 .......................................................... 7. 第 一 節 身 體 活 動 量 與 能 量 消 耗 之 相 互 關 係 ................. 7 第二節. 評 估 能 量 消 耗 之 方 法 ................................... 11. 第三節. 心 跳 率 與 能 量 消 耗 之 相 關 文 獻 ..................... 18. 第 四 節 耗 氧 量 與 能 量 消 耗 之 相 關 文 獻 ..................... 20 第 五 節 耗 氧 量 與 總 心 跳 數 之 相 關 文 獻 ..................... 21 第 六 節 運 動 後 過 耗 氧 量 之 探 討 ............................... 22 第三章. 研 究 方 法 ........................................................ 26. 第 一 節 研 究 架 構 .................................................. 26 第 二 節 實 驗 時 間 與 地 點 ........................................ 27. V.
(7) 第 三 節 實 驗 程 序 與 進 度 管 制 .................................. 27 第 四 節 實 驗 參 與 者 ............................................... 31 第五節. 施 測 工 具 .................................................. 31. 第六節. 資 料 處 理 與 統 計 分 析 .................................. 36. 第 七 節 預 期 效 果 .................................................. 36 第四章. 研 究 結 果 ........................................................ 37. 第 一 節 受 試 者 基 本 資 料 之 分 析 ............................... 37 第二節. 運 動 強 度 與 能 量 消 耗 之 分 析 ........................ 37. 第三節. 運 動 強 度 與 心 跳 數 之 分 析 ............................ 39. 第四節. 心 跳 數 與 能 量 消 耗 之 分 析 ............................ 42. 第五節. 低 、 中 強 度 運 動 後 過 耗 氧 量 對 能 量 消 耗 之 分 析 45. 第五章. 研 究 討 論 ........................................................ 50. 第一節. 運 動 強 度 對 能 量 消 耗 的 影 響 ........................ 50. 第 二 節 運 動 強 度 對 心 跳 數 的 影 響 ............................ 51 第 三 節 心 跳 數 對 能 量 消 耗 的 影 響 ............................ 52 第 四 節 低 、 中 強 度 運 動 EPOC 對 能 量 消 耗 的 影 響 ..... 54 第六章. 結 論 與 建 議 ..................................................... 56. 第 一 節 結 論 ........................................................ 56 第 二 節 建 議 ........................................................ 57 參 考 文 獻 .................................................................... 58 附錄一. 受 試 者 同 意 書 .................................................. 67. 附錄二. 身 體 健 康 調 查 表 ............................................... 71. 附錄三. 身 體 活 動 量 調 查 表 ............................................ 73. 附錄四. 人 體 能 量 消 耗 研 究 意 見 表 .................................. 76. VI.
(8) 表目錄 表 1. 不 同 運 動 、 強 度 之 能 量 消 耗 對 照 表 ......................... 9. 表 2. 流 程 分 析 表 ....................................................... 30. 表 3. 受 試 者 基 本 資 料 ................................................ 37. 表 4. 運 動 強 度 與 能 量 消 耗 描 述 性 統 計 表 ....................... 38. 表 5. 運 動 強 度 與 能 量 消 耗 變 異 數 分 析 摘 要 表 ................ 39. 表 6. 運 動 強 度 與 心 跳 數 描 述 性 統 計 表 .......................... 40. 表 7. 運 動 強 度 與 心 跳 數 變 異 數 分 析 摘 要 表 .................... 41. 表 8. 心 跳 數 與 能 量 消 耗 描 述 性 統 計 表 .......................... 43. 表 9. 心 跳 數 與 能 量 消 耗 變 異 數 分 析 摘 要 表 .................... 43. 表 10 心 跳 數 與 能 量 消 耗 模 式 摘 要 表 ............................. 44 表 11 心 跳 數 與 能 量 消 耗 回 歸 預 測 公 式 係 數 表 ................ 44 表 12 低 、 中 強 度 運 動 之 EPOC 描 述 性 統 計 表 ................. 46 表 13 個 別 運 動 強 度 不 同 時 段 之 EPOC 差 異 比 較 ............. 48 表 14 個 別 時 段 不 同 運 動 強 度 之 EPOC 差 異 比 較 ............. 49. VII.
(9) 圖目錄 圖 1. 運 動 強 度 ＆ 持 續 時 間 對 EPOC 產 生 影 響 立 體 圖 ....... 24. 圖 2. 研 究 架 構 圖 ....................................................... 26. 圖 3. 運 動 科 學 研 究 中 心 ............................................. 27. 圖 4. 運 動 生 理 學 研 究 室 ............................................. 27. 圖 5. 實 驗 流 程 圖 ....................................................... 29. 圖 6. 氣 體 分 析 儀 ....................................................... 32. 圖 7. 電 源 供 應 系 統 .................................................... 32. 圖 8. 電 池 模 組 改 良 設 計 圖 .......................................... 33. 圖 9. 三 用 電 錶 裝 置 圖 ................................................ 33. 圖 10 不 同 運 動 強 度 與 能 量 消 耗 直 方 圖 .......................... 38 圖 11 不 同 運 動 強 度 與 心 跳 數 直 方 圖 ............................. 41 圖. 12 心 跳 數 與 能 量 消 耗 回 歸 曲 線 圖 ............................. 45. 圖. 13 個 別 時 段 不 同 運 動 強 度 之 EPOC 差 異 直 方 圖 .......... 49. VIII.
(10) 第一章 緒論 本章共分為七節，分別說明第一節研究動機、第二節研 究目的、第三節研究問題、第四節研究假設、第五節研究範 圍、第六節研究限制與第七節操作型定義。茲分述如下：. 第一節 研究動機 現今的社會從農業型態慢慢轉型為工商業型態。隨著社 會科技的進步，國民的生活品質也逐年提升；無論是精神生 活、物 質 生 活 或 社 會 生 活 層 面，漸 漸 地 明 顯 觀 察 出 有 所 差 異 。 基於人民物質生活的提升，國民對於飲食的攝取處處隨手可 得 ， 導 致 國 民 身 體 質 量 指 數 ( body mass index, BMI ) 都 明 顯 偏高。若探討國民飲食平衡的攝取，首當其衝我們應先行了 解人體熱量代謝的評估方式；而人體總熱量消耗細膩可分為 三 大 部 分 ： 基 礎 代 謝 率 ( Basal metabolic Rate, BMR )、 身 體 活 動 量 ( P h y s i c a l A c t i v i t y, PA ) 、 與 食 物 熱 效 應 ( D i e t - i n d u c e d thermogenesis； DIT )等 三 項 (郭 家 驊 、 劉 昉 青 、 祁 業 榮 、 劉 珍 芳 、 張 振 崗 、 邱 麗 玲 、 郭 婕 , 2001)。 ㄧ 般 人 的 基 礎 代 謝 率 約 佔 每 日 總 消 耗 量 的 67％，身 體 活 動 量 約 占 23％，食 物 消 化 吸 收 約 佔 10％ ( Nieman, 1998 )。 許 多 研 究 中 仔 細 地 發 現 ： 關 於 人 體 的 能 量 消 耗 ( Energy Expenditure )評 估 之 參 考 文 獻 顯 示 高 比 例 皆 使 用 間 接 式 熱 量 測 量 法 ( Sp u r r, P r e n t i c e , R e i n a , M u r a g t r o y d , G o l d b e rg & C h r i s - m a n , 1 9 8 8 )。 基 於 直 接 熱 量 測 量 法 ( d i r e c t c a o l r i m e r t r y ) 所 花 費的人力、物力、財力與時間依仍是相當浩大，導致研究工 作 執 行 時 面 臨 許 多 困 難 窘 境 。 藉 由 間 接 測 量 法 ( indirect. 1.
(11) caolrimertry )來 推 估 人 體 能 量 消 耗 ， 大 都 規 劃 設 計 短 時 間 運 度強度、透過呼吸系統的氣體分析做人體能量消耗的評估； 根 據 上 述 與 本 研 究 欲 探 討 人 體 二 十 四 小 時 能 量 消 耗 ( 24hrs Energy Expenditure )評 估 呈 現 微 小 的 差 距 。 綜觀呼吸系統為維持人類生命所必需，而人體呼吸時所 產 生 耗 氧 量 ( Oxygen consumption )做 為 能 量 的 評 估 ( Energy E x p e n d i t u r e ) 相 形 成 為 一 門 重 要 的 議 題 ( C h r i s t e n s e n , F r e y, Foenstelien, Aadland, & Refsum, 1983 )； 根 據 耗 氧 量 觀 察 下 不 難 發 現 人 體 心 跳 率 與 此 關 係 更 相 形 密 切 、 唇 亡 齒 寒 ( Wa r d , B i s h o p , Wo a k e s & B u t l e r , 2 0 0 2 ) 。 如 今 國 內 外 參 考 文 獻 透 過 兩變項彼此間高相關係數以專研與延伸許多研究課題；基於 本 研 究 層 面 ， 人 體 生 理 變 項 的 心 跳 率 直 接 牽 涉 心 跳 數 ( Heart Beat )的 重 要 影 響 。 運 用 心 跳 率 ( Heart Rate )的 變 異 來 推 估 人 體 能 量 消 耗 仍 展 現 高 相 關 的 準 確 性 ( Livingstone, Coward, Li - n g s t o n e , P r e n t i c e , C e e s a y, S t r a i n , M c k e n n a , N e v i n , B a r k e r , a n d H i c k e y, 1 9 9 0 ) ； 反 觀 每 當 人 體 運 動 結 束 後 生 理 機 制 自 然 而 然 逐 漸 產 生 運 動 後 過 耗 氧 量 ( Excess post exercise oxygen consumption, EPOC )的 機 轉 ， 導 致 無 法 順 利 推 估 這 段 期 間 能 量 消 耗，因 此 更 加 地 影 響 推 估 人 體 2 4 小 時 能 量 消 耗 的 準 確 性 (Foureaux, Pinto, & Damaso, 2006)。 再者，以間接耗氧量與心跳率的測量方式去推估能量消 耗 已 有 高 相 關 性 佐 證 ( Li, Deurenberg, & Hautvast, 1993 )。 然而心跳率會受到外在因素去影響能量消耗的推估，那些外 在因素可分為心理層面與環境層面來探討。心理層面影響最 深就是情緒，尚還包括心血管疾病的困擾；環境層面因素包 括溫度、海拔高度等；總而言之，透過心跳率來推估能量消. 2.
(12) 耗仍有部分誤差存在。 從 相 關 文 獻 研 究 中 ， 耗 氧 量 消 耗 ( Oxygen consumption ) 的多寡伴隨者人體血液中攜帶含氧量的數目而定，血液中的 含 氧 血 紅 素 ( Oxyhemoglobin )越 多 ， 則 耗 氧 量 相 對 增 加 ； 若 心臟持續供應穩定的總血流輸出量或增加心臟的總跳動數以 提升血流輸出量，導致人體生理內部獲得的氧氣量增加，隨 後 牽 引 人 體 能 量 消 耗 之 提 升 ( T r e u t h , A n n e , & N a n c y, 1 9 9 8 ) 。 整體而言，透過耗氧量有效地推估能量消耗之過程，並 根據人體能量代謝的觀念，循序漸進的推論出：藉由總心跳 數的增加以預估人體能量消耗的觀念，這項課題確實值得研 究的一門學問。. 第二節 研究目的 本研究目的僅針對國內大專體育院校男學生執行二十四 小 時 能 量 消 耗 ( 24-hrs Energy Expenditure, 24h-EE )之 評 估 ； 根 據 全 天 性 總 心 跳 數 ( To t a l D a i l y H e a r t B e a t s , T D E E ) 取 代 心 跳 率 ( Heart Rate, HR )的 地 位 去 推 估 人 體 耗 氧 量 ( Oxygen • Consumption, VO2 ) 生 成 量 ， 並 搭 配 逐 口 氣 體 ( breath by breath ) 的 分 析 ， 循 序 漸 進 地 推 算 出 人 體 全 天 性 能 量 消 耗 ( To t a l D a i l y E n e r g y E x p e n d i t u r e , T D E E ) ， 隨 後 建 立 心 跳 數 與能量消耗兩者間高相關係數之回歸方程式。根據上述論點 其目的有下列三點： 一、 不同運動強度模式下，全天性心跳數有無差異。 二、 不同運動強度模式下，全天性能量消耗有無差異。 三、 以心跳數預估能量消耗是否為高相關係數回歸方程式。. 3.
(13) 第三節 研究問題 綜觀國內外研究報告指出：評估能量消耗方法大都以基 礎 代 謝 率 ( basal metabolic rate, BMR )的 預 估 公 式 推 算 ， 隨 後 配 合 身 體 運 動 層 級 ( p h y s i c a l a c t i v i t y l e v e l , PA L ) 因 素 ， 整 合上述兩者實驗數據的統計分析，建立出回歸方程式。 基於運動強度無法做持續性評估計算，運動過後血液中 陸 續 產 生 運 動 後 過 耗 氧 量 ( Excess Post Exercise Oxygen Con -sumption, EPOC )的 機 轉 ， 此 細 微 變 化 讓 能 量 消 耗 的 評 估 產 生 不 容 忽 視 的 落 差 ； 關 於 全 天 性 能 量 消 耗 ( TDEE )評 估 於 運 動科學應用實務層面仍有寬廣的成長空間。整體而言，藉由 人 體 的 呼 吸 心 跳 數 ( Heart Beats )視 為 新 穎 的 概 念 分 析 ， 減 少 人體內部無法控制的變項，試圖以降低實驗中所造成的誤 差，達到符合高相關性的回歸方程式。. 第四節 研究假設 多篇文獻探討得知：人體能量消耗的評估應能透過間接 • 熱 量 測 量 法 方 式 ， 依 循 最 大 耗 氧 量 ( VO2max )的 攝 取 進 而 詳 • 細 推 算 出 ， 最 大 耗 氧 量 ( VO2max )可 依 據 心 臟 每 分 鐘 血 流 輸 出量計算分析得知。因此，藉由人體心跳數的總計量來推估 國內大專體育院校學生的能量消耗亦成高相關係數的回歸曲 線方程式。根據上述所言，本研究假設如下列所示： 一、 不同運動強度模式下，全天性心跳數無顯著差異。 二、 不同運動強度模式下，全天性能量消耗無顯著差異。 三、 以心跳數預估能量消耗為高相關係數回歸方程式。. 4.
(14) 第五節 研究範圍 ㄧ、研究樣本範圍 本 研 究 主 要 是 以 國 立 臺 灣 體 育 大 學 (臺 中 )體 育 學 系 (所 ) 之 男 學 生 為 實 驗 對 象，年 齡 在 20-27 歲 間、身 高 介 於 165-185 公 分 範 圍 內 、 體 重 介 於 65-85 公 斤 範 圍 內 ， 且 每 位 獨 立 個 體 無 心 血 管 與 代 謝 方 面 之 疾 病，亦 無 骨 骼、關 節 方 面 相 關 疾 病 。 二、研究內容主要變項 本研究主要變項為身體組成、性別、年齡、遺傳及身體 活 動 量 …等 因 素 。 綜 觀 上 述 控 制 變 項 大 都 為 先 天 性 不 可 操 控 的變因，而這些變因往往會造成推估結果的誤差值。. 第六節 研究限制 監 測 人 體 能 量 消 耗 方 法 可 分 為 直 接 熱 量 測 量 法 ( direct c a l o r i m e t r y ) 與 間 接 熱 量 測 量 法 ( i n d i r e c t c a l o r i m e t r y )。 然 而 直接熱量測量法準備工作程序繁瑣且複雜、操作上不易掌握 與控制，於實驗過程中處處充滿困難性，導致實驗流程將無 法順利完成，再因國內環境無此生理實驗室的設備。另一層 面，間接熱量測量法在研究工具上擁有多元化的選擇，且實 驗操作程序上較為簡易、且執行面也較無阻礙。. 第七節 操作型定義 ㄧ、能量消耗 能 量 消 耗 ( Energy Expenditure )本 研 究 定 義 為 人 體 在 基 礎代謝功能、身體活動與食物處理過程中所消耗的總卡路里 數 ； 一 位 成 年 人 每 天 平 均 耗 盡 2200-3000 卡 。. 5.
(15) 二、攝氧量 攝 氧 量 ( Oxygen consumption )本 研 究 定 義 為 無 論 是 工 作、運動或休閒時身體活動所消耗的氧氣量，以攜帶式氣體 分 析 儀 ( Metamax 3B )測 得 的 實 驗 數 據 ， 單 位 為 ml/kg/min。 三、身體活動量 身 體 活 動 ( P h y s i c a l a c t i v i t y, PA ) 之 定 義 為 ： 指 人 類 活 動 時 所 有 型 態 (生 活 、 工 作 、 休 閒 及 運 動 )有 關 之 骨 骼 肌 收 縮 所 產 生 之 移 動 ， 並 同 時 產 生 能 量 消 耗 ( Casperson, Powell & Christensen, 1985 )。 四、運動後過耗氧量 運 動 後 過 耗 氧 量 ( excess post exercise oxygen consum -ption, EPOC )安 靜 值 的 英 文 縮 寫 ， 概 念 上 常 被 認 為 是 氧 債 。 其定義為在運動後時比安靜時高的耗氧量以用來償還運動開 始 時 所 發 生 的 氧 不 足 ( Oxygen debt )。 五、心跳數 心 跳 數 ( Heart beats )本 研 究 定 義 為 於 實 驗 過 程 中 所 監 測 的心跳率對完整一次呼吸所花費的時間作高階數學模式「積 分」程式累積的總次數。. 6.
(16) 第二章 文獻探討 本研究之目的，在於探討心跳數對於人體能量消耗之回 歸 方 程 式 -以 大 專 男 生 為 例，茲 分 為：第 一 節 身 體 活 動 量 與 能 量消耗之相互關係、第二節評估能量消耗之方法、第三節心 跳率與能量消耗之相關文獻、第四節耗氧量與能量消耗之相 關文獻、第五節耗氧量與總心跳數之相關文獻、第六節運動 後過耗氧量之探討等六小節，並分別進行文獻探討，並歸納 探討結果。. 第一節 身體活動量與能量消耗之相互關係 概括來說：身體活動量比起競技運動及娛樂休閒活動的 涵蓋範圍更為廣闊。它不僅包含工作、閒暇活動和每天不同 的活動－即使坐立不安的活動。依據無論是長期坐式生活的 人們或者在運動訓練期間頂尖運動員而言，身體活動之能量 消 耗 估 算 約 佔 人 體 總 能 量 消 耗 的 百 分 之 十 五 至 三 十 左 右 ( Wi l m o r e & C o s t i l l , 1 9 9 9 ) 。 一 項 活 動 的 能 量 損 失 依 據 其 活 動 的 持 續 期 間 、 型 態 (無 論 是 走 路 、 跑 步 、 打 字 …)與 其 活 動 強度。 另一觀點，身體尺寸也會影響能量損失，它需花費更多 的能量去移動一大質量物體，因此執行同一種活動時，身材 高大壯碩的人每分鐘所消耗卡路里要比身材瘦小的人花費更 多；身體適能的程度也具其影響力。若有效地持續規律合適 的運動，將降低能量的損失。因此他們將會從事更高強度、 長 時 間 的 運 動 來 燃 燒 消 耗 全 部 的 卡 路 里 ( 陳 佳 儒 。 1999 )。. 7.
(17) 心理活動，如考試時的思考模式，使用微小的能量；但 當人們在研究時而坐立不安情況下，極有可能消耗掉更多數 量 的 能 量 。 而 現 代 正 在 創 造 N E AT 的 時 期 ， 此 代 表 是 無 運 動 活動的生熱效應，其能量有坐立不安、維持姿勢與相似貢獻 者 的 能 量 消 耗 息 息 相 關 ( 陳 敏 弘 、 蘇 蕙 芬 。 2007 )。 茲 以 Mcdonough, kusumi, and Bruce ( 1970 )等 人 對 於 無 心血管疾病且正常的中年人之最大運動訓練表現所得到的數 據可知，最大耗氧量、脈搏數、心跳率及含氧血紅素全都隨 著年齡的增加而下降減少。以週期性長跑的運動訓練對於耗 氧量有著高度相關的影響。身體活動量被提升的影響效果相 當於在十歲時左右被發現其最大有氧能力有影響顯著。在多 元分析顯示下最大攝氧量與其他冠狀危險因素，特別是身體 活動量、肺活量、抽菸及體重有著密切的關係存在；尤其是 耳熟能詳的一些因素，如血清膽固醇、血壓等有其顯著性。 從四十歲至七十歲健康男性以年齡層及身體活動種類所得最 大攝氧量的數據顯示出，藉由年齡、身體活動狀態與持續在 多層級速度跑步機上測試所需要最大攝氧量的推估導向回歸 方程式作準備。在最大運動訓練下給予足夠時間測試所得到 大量的數據，這些數據資料可有效証明出且做為中年男性對 於正常標準有氧能力評價的依據。由上述可知：身體活動量 的改變牽動者最大攝氧量的需求，進而影響總能量消耗的提 升；因此，其結論再次証明出身體活動量與能量消耗之間的 相互關係。. 8.
(18) 表 1 種類. 不同運動、強度之能量消耗對照表. 卡 /時 /公 斤. 50 公 斤 57 公 斤 68 公 斤 80 公 斤 91 公 斤 110 磅. 125 磅. 150 磅. 175 磅. 200 磅. 有氧運動 低度. 3.0. 150. 170. 205. 239. 273. 中度. 5.0. 250. 284. 341. 398. 455. 重度. 8.0. 400. 455. 545. 636. 727. 悠 閒 <10mph. 4.0. 200. 227. 273. 318. 364. 輕 度 10~11.9mph. 6.0. 300. 341. 409. 477. 545. 中 度 12~13.9mph. 8.0. 400. 455. 545. 636. 727. 快 速 14~15.9mph. 10.0. 500. 568. 682. 795. 909. 競 速 16~19mph. 12.0. 600. 682. 818. 955. 1091. 睡 覺. 1.2. 60. 68. 82. 95. 109. 閱 讀 ,唸 書 ,寫 作. 1.8. 90. 102. 123. 143. 164. 烹 飪 ,食 材 烹 調. 2.5. 125. 142. 170. 199. 227. 戶 外房屋油 漆. 4.0. 200. 227. 273. 318. 364. 一 般園藝. 5.0. 250. 284. 341. 398. 455. 鏟 雪. 6.0. 300. 341. 409. 477. 545. 慢 跑. 7.0. 350. 398. 477. 557. 636. 跑 速 5mph. 8.0. 400. 455. 545. 636. 727. 跑 速 6mph. 10.0. 500. 568. 682. 795. 909. 跑 速 7mph. 11.5. 575. 653. 784. 915. 1045. 跑 速 8mph. 13.5. 675. 767. 920. 1074. 1227. 跑 速 9mph. 15.0. 750. 852. 1023. 1193. 1364. 跑 速 10mph. 16.0. 800. 909. 1091. 1273. 1455. 自行車運動. 日常活動. 家庭活動. 跑步. 9.
(19) 表 2-1-1 (續 ) 種類. 卡 /時 /公 斤. 50 公 斤 57 公 斤 68 公 斤 80 公 斤 91 公 斤 110 磅. 125 磅. 150 磅. 175 磅. 200 磅. 運動 飛盤. 3.5. 175. 199. 239. 278. 318. 睡覺. 4.0. 200. 227. 273. 318. 364. 風箏. 4.2. 210. 239. 286. 334. 382. 高爾夫. 4.5. 225. 256. 307. 358. 409. 5.0. 250. 284. 341. 398. 455. 7.0. 350. 398. 477. 557. 636. 足球. 7.0. 350. 398. 477. 557. 636. 園藝. 8.0. 400. 455. 545. 636. 727. 游泳. 8.0. 400. 455. 545. 636. 727. 滑雪. 6.0. 300. 341. 409. 477. 545. 滑雪. 8.0. 400. 455. 545. 636. 727. 網 球 (雙 打 ). 6.0. 300. 341. 409. 477. 545. 網 球 (單 打 ). 8.0. 400. 455. 545. 636. 727. 走路 散 步. < 2mph. 2.0. 100. 114. 136. 159. 182. 平 緩. ~ 3mph. 3.5. 175. 199. 239. 278. 318. 上 坡. ~ 3mph. 6.0. 300. 341. 409. 477. 545. 輕 快. ~3.5mph. 4.0. 200. 227. 273. 318. 364. 快 速. ~4.5mph. 4.5. 225. 256. 307. 358. 409. (資 料 來 源 :Paul Insel, R. Eline Turner & Don Ross, 2004). 10.
(20) 第二節 評估能量消耗之方法 在安靜或劇烈身體活動中，個體能量消耗的測量有著多 元化實際的應用，一個活生生應用的例子為運動減重計畫； 在不同速度下步行、慢跑、騎單車及游泳之能量消耗的觀念 下，應用這些運動模式做為減重的一種方案對個人是相當有 助益的。然而針對不同運動模式族群的人們，其測量方式也 不盡相同；一般而言，評估人體能量消耗的測量方式如下依 序做介紹： 一、直接熱量計法 這 方 法 與 實 驗 最 早 在 1 7 7 0 年 左 右 由 L a v o i s i e r, S e g u i n , 與 Laplace 等 科 學 家 所 提 及 與 設 計 的 。 其 所 提 出 的 理 論 是 人 體在代謝過程中無論休息或生理活動均會產生熱且可以測 得。方法為受試者需處於一密閉、絕緣良好且氧氣充足供應 的空間中，透過受試者所散發出的體熱可經由一定量的水吸 收，再由水溫的改變以計算出人體所消耗的熱量。此方法所 根據的理論架構趨於完善，但實驗室的設備器材龐大、經費 昂貴、儀器操作複雜與耗時，所以從事某些運動項目或特殊 活度時並不適宜，實驗的可行性不高，且無法廣泛的使用。 二、間接熱量計法 此類方法所根據的原理為：作任何活動所需熱量大都與 氧 氣 之 利 用 有 關 ， 因 此 根 據 氧 氣 的 攝 入 量 ( Oxygen uptake ) 即可估算出熱量的消耗量。其所使用的儀器稱為呼吸熱量計 ( Respirometer )與 直 接 測 量 法 相 做 比 較 更 為 容 易 與 簡 單 請 經 費合理。研究發現：將含有醣類、脂質與蛋白質的混合飲食 置 於 彈 卡 儀 中 燃 燒 時，每 消 耗 一 公 升 氧 氣 可 產 生 4 . 8 2 千 卡 的 熱量。由於三大營養素其化學結構組成的不同，其燃燒時所. 11.
(21) 需的氧氣亦不同，主要是根據所含的「碳」與「氫」元素完 全 氧 化 產 生 的 二 氧 化 碳 ( CO2 )與 水 ( H2O )時 所 需 的 氧 氣 ( O2 ) 量 而 定 ， 即 所 謂 的 呼 吸 商 ( Respiratory quotient, RQ )。 故 一 般而言，以每消耗一公升氧氣可產生約 5 千卡熱量作為熱量 的 消 耗 基 準 值 ( Basic unit ) ， 此 單 位 亦 稱 為 代 謝 力 當 量 (Metabolic equivalent, MET)， 並 常 用 MET 作 為 評 估 身 體 活 動力或運動強度的單位。依據此原理而設計的設備或方法如 下所述： (一 )密 閉 式 呼 吸 測 量 法 ( Closed-circuit spirometry ) 這 技 術 起 源 於 1 8 0 0 年 左 右，現 於 一 些 醫 院 或 研 究 室 依 舊 常 見 ， 主 要 用 於 測 定 休 息 狀 態 下 熱 量 消 耗 ( Resting energy e x p e n d i t u r e )。受 試 者 由 一 個 含 1 0 0 ％ 氧 氣 及 S o d a L i m e ( K O H ) 的 密 閉 容 器 ( Spirometer )來 提 供 受 試 者 所 需 的 氧 氣 及 接 受 所 呼出的二氧化碳，再由其所消耗的氧氣及速度來計算熱量代 謝的情形。但這方法不適宜用於運動時熱量消耗之測定，主 要因為儀器設備過於龐大笨重，且運動時大量的氧氣消耗及 二氧化碳的呼出使得儀器無法承擔。 (二 )開 放 式 呼 吸 測 量 法 ( Open-circuit spirometry ) 實驗參與者吸入固定成分的氣體，主要包括. 20.93％ 氧. 氣 ( O2 )、 0.03％ 二 氧 化 碳 ( CO2 )、 79.04％ 氮 氣 ( N2 )， 隨 後 與呼出的氣體變化量分析比較後，則可間接測量出熱量的代 謝。目前常見有下列三種形式設備： 1 . 攜 帶 型 呼 吸 器 ( p o r t a b l e s p i r o m e t r y )： 這 是 兩 位 德 國 科 學 家 於 1 9 4 0 年 所 設 計 的 輕 型 可 攜 帶 的 儀 器，此 呼 吸 器 如 同 一個小型背包，由受試者攜帶於背上，隨後可自由活動或從 事較為激烈的運動；藉由所攝入的氧氣需求量與呼出的二氧. 12.
(22) 化碳生成量，間接計算出運動過程中能量消耗。 2.收 氣 袋 ( bag technique )： 這 是 一 種 於 實 驗 室 中 常 使 用的設備，受試者所呼出的氣體由大型帆布袋或道格拉斯袋 ( Dougls Bags )或 橡 膠 製 氣 球 ( Rubber Meteorological Bal -loons)來 收 集 ， 再 直 接 連 接 至 氣 體 分 析 儀 ， 分 析 呼 出 氣 體 成 分 中 氧 氣 量 及 二 氧 化 碳 量 的 比 率，間 接 計 算 出 運 動 過 程 中 所 消耗的熱量消耗。 3.電 腦 處 理 系 統 (computerized instrumentation)： 此 儀 器是運用科技，以微電腦處理器直接收集、紀錄、分析與處 理受試者所呼出的混合氣體，除了可獲知受測者所呼出氣體 比例外，仍可紀錄運動期間其心跳、血壓與體溫等相關生理 數據及代謝情形。此為目前最普遍被採用的方式，除了使用 的方便性，最重要是為提高儀器的準確度與可信度。( 郭家 驊 、 劉 昉 青 、 祁 業 榮 、 劉 珍 芳 、 張 振 崗 。 2001 ) 三、可攜帶式加速規 主要可分為單軸、雙軸及三軸加速規，身體活動時所產 生的加速度理論上是與肌肉用力程度與使用面積涵蓋範圍成 正比關係，基於此仍可評估人體能量消耗之相關研究；若人 體肌群作等張收縮活動時則無法順利測得加速或減速之層面 表 現 ， 例 如 ： 推 牆 壁 、 舉 重 等 項 目 ( Montoye et al， 1996 )。 (一 )單 軸 加 速 規 ( Uniaxial acclermeter ) 單軸加速規是在單一平面( 矢狀面. )測 量 加 速 度 。 可 配. 合戴於驅幹、四肢上或是驅幹與四肢皆配戴，測量驅幹、四 肢 或 驅 幹 與 四 肢 的 加 速 度 ( Freedson & Miller， 2000 )。 最 近 加速規的推進，使其成為獨特而有用的測量身體活動之技 術，這些體積小而不引人注意的儀器擁有大量的記憶能力，. 13.
(23) 可以相當小的時間間隔，監測並儲蓄幾天或幾週的活動情形 ( F r e e d s o n & M i l l e r. 2 0 0 0 )。 下 列 將 簡 介 幾 種 不 同 的 單 軸 加 速 規: Caltrac 此 設 備 為 最 早 在 市 面 上 購 買 得 到 且 經 常 被 用 於 研 究 中 的 單 軸 加 速 規 ， 其 規 格 大 小 為 7x7x7 公 分 。 Caltrac 含 一 電 壓 的 彎 曲 零 件 (piezoelectric bender element)， 由 兩 層 壓 陶 ( piezoelectric ) 材 料 和 一 條 黃 銅 片 所 組 成 。 每 當 身 體 加 速，電能變換器彎曲並產生電荷，此電荷與受試者的用力程 度成正比，這產生以時間為橫軸的加速一減速度，將波下的 區 域 加 總 即 為 最 終 總 速 度 變 化 量 值 ( Montoye et al， 1996 )。 Caltrac 的 主 要 限 制 在 其 輸 出 是 累 積 整 個 收 集 期 間 的 總 量，因 此 無 法 評 估 活 動 於 時 間 上 的 發 生 型 態 ( Freedson & Miller， 2000 )。 Caltrac 一 般 配 戴 於 髖 部 以 測 量 驅 幹 的 加 速 度 ， 輸 入 受 測 者 的 年 齡 、 身 高 、 體 重 及 性 別 以 估 計 休 息 時 代 謝 率 ( resting metabolic rate， RMR )， 當 身 體 驅 幹 加 速 產 生 時 ， 此活動估計的能量消耗就被加到休息時代謝率而得到總能量 消耗。若想排除休息時代謝的計算，也可藉由輸入製造業者 所提供之年齡、身高、體重及性別等變項常數，使輸出值單 純 為 加 速 度 測 量 的 結 果 ， 只 評 估 活 動 本 身 的 能 量 消 耗 ( Freedson & Miller， 2000 )。 CSA actigraph ( Computer Science and Applications， I n c .， S h a l i m a r F L )， C S A 是 測 量 垂 直 方 向 ( Z ) 加 速 度 的 單 軸 加 速 規 ， 其 規 格 大 小 為 5.1x3.8x1.5 公 分 ， 重 量 42.6 克 ， 是 體積較小、價格較貴的電子測量儀器。測量加速度大小範圍 從 0.05-2.0 克. ( G 為 重 力 加 速 度 =9.8 公 尺 /秒. 2. )， 頻 率 範 圍. 為 0.25 - 2.5 赫 茲 ， 這 個 頻 率 範 圍 排 除 了 人 體 活 動 以 外 的 加. 14.
(24) 速度。活動時產生的加速度作用在力臂. ( cantilevred beam). 上 產 生 彎 曲 力 矩 ， 導 致 懸 力 臂 的 形 變 ( strain )促 使 加 速 規 感 應 器 (sensor )產 生 的 電 荷 與 形 變 成 比 例。CSA 含 有 一 組 微 處 理器可將加速訊號數位化，每一訊號累積至使用者設定的時 間間隔表後，會將數據儲存並歸零重新計算，這些數據代表 活 動 量 ， 經 由 公 式 轉 換 成 能 量 消 耗 。 CSA 儲 存 資 料 亦 可 傳 送 至 電 腦 ， 再 透 過 專 業 軟 體 分 析 ( Freedson & Miller， 2000 )。 另 外 ， Biotrner 單 軸 加 速 規 的 設 計 與 CSA actigraph 類 似，但卻使用較高的採樣速度模式，而非在研究人員設定時 間 間 隔 內 所 累 積 的 數 據 。 Biotrner 的 特 殊 功 能 是 因 具 備 和 CSA 及. Tritrac 同 樣 收 集 資 料 的 能 力 ， 可 省 略 電 腦 初 始 化. ( initialization )此 步 驟 ， 迅 速 從 下 載 資 料 時 間 回 溯 的 方 式 替 代，這項優勢在實務操作研究中特別實用與便利。 (二 ) 三 軸 加 速 規 ( Tri axial acceleromet er ) Trit rac 為 使 用 頻 率 最 高 的 三 軸 加 速 規 ， 其 規 格 大 小 為 1 1 1 . 0 x 6 . 9 x 3 . 3 公 分 ， 重 量 1 7 0 克 ( F r e e d s o n & M i l l e r， 2 0 0 0 )， 測量加速度頻率範圍為. 0.1-16 HZ ( Kochersberger et al，. 1996 )內 部 含 有 三 個 壓 陶 的 ( piezoceramic )元 件 相 互 成 直 角 的 裝 置 。 Trtrac 能 給 予 測 量 並 儲 存 上 下 ( x ) 、 前 後 ( y )、 左 右 ( z )三 面 向 的 加 速 度 數 值 ， 綜 合 上 述 資 訊 得 到 一 組 向 量 大 小 ( vector magnitude， VM )， 向 量 大 小 為 每 個 面 向 加 速 度 平 方 和 之 平 方 根 。 Trtrac 可 由 測 量 者 設 定 ， 以 一 到 十 五 分 鐘 為 間隔時間收集資料；若設定以一分鐘的間隔收集，最多可儲 存 約 三 十 天 的 資 料 ( 陳 優 環 、 蔣 立 琦 。 2006 )。 身 體 活 動 相 關 的 能 量 消 耗 ( physical activity-related e n e r g y e x p e n d i t u r e ， PA E E ) 計 算 是 使 用 製 造 業 者 內 建 的 專 利. 15.
(25) 公 式 ， 將 向 量 大 小 值 轉 換 為 能 量 消 耗 。 基 礎 代 謝 率 ( BMR ) 考慮到受測者的年齡、身高、體重及性別而有不同的計算公 式。每日的總能量耗. ( To t a l D a i l y E n e r g y E x p e n d i t u r e ，. TDEE )。 即 為 身 體 活 動 相 關 的 能 量 消 耗 和 基 礎 代 謝 率 的 加 總。 RT 3 是 由 美 國 S t a y h e a l t h y 公 司 出 產 ， 與 Tr i t r a c R 3 D 仍 有 相 同 核 心 技 術 的 新 儀 器；日 前 T r i t r a c R 3 D 原 創 科 技 公 司 已 出 售 此 產 品 技 術 至. S t a y h e a l t h y 公 司 。 RT 3 規 格 大 小 為. 7.1x5.6x2.8 公 分 (比 Tritrac R3D 小 )， 重 量 2.3 盎 司 ( 約 65 克 )， 其 測 量 加 速 度 與 評 估 能 量 消 耗 的 方 法 與 Tritrac R3D 是 同樣方式。資料收集的間隔時間為 1 秒到 1 分鐘，若設定 1 鐘 的 間 隔 時 間 收 集 ， 最 多 可 儲 存 約 21 天 的 資 料 。 該 公 司 表 示 ： RT 3 的 加 速 規 經 由 改 良 研 發 後 ， 更 具 較 佳 的 穩 定 度 。 加速度計讓研究人員不但允許用以推估個別能量消耗多 寡 並 視 為 一 種 客 觀 的 測 量 研 究 工 具 （ C r o u t e e e t a l , 2 0 0 5 ）， 而且可量化所花費的時間視為輕度( 低於. 3 M E Ts ) 、 中 度. ( 3 - 5 . 9 9 M E Ts ) 、 重 度 ( 大 於 6 M E Ts ) 身 體 活 動 。 然 而 A c t i g r a p h ( M a n u - f a c t u r i n g Te c h n o l o g y I n c o r p o r a t e d A c t i g r a p h , and the computer Science Applications accerometer )最 常 被 用來評估身體活動的測量儀器。許多回歸方程式已被. Acti. - g r a p h 儀 器 建 立 去 推 估 能 量 消 耗（ B r a g e e t a l , 2 0 0 3；F r e e d s o n e t a l , 1 9 9 8；H e n d e l m a n t e a l , 2 0 0 0；N i c h o l s e t a l , 2 0 0 0；S w a r t z e t a l , 2 0 0 0 ； Y n g v e e t a l , 2 0 0 3 ）。 理 論 上 這 部 份 允 許 研 究 人 員 於特定一段時期內去評估總能量消耗。除此之外，此回歸方 程式同意研究人員去建立區分輕度、中度、重度身體活動的 臨界點。. 16.
(26) 綜 合 上 述 資 料，運 動 中 能 量 消 耗 的 測 量 工 具 可 包 含 ; 直 接 熱量測量法、間接熱量測量法、心跳率與熱能消耗回歸方程 式、活動日誌、可攜帶式加速規等，其中因加速規體積小、 不引人注目，且許多研究顯示加速規具有良好效度，可說是 運動中能量消耗的良好評估儀。三軸加速規也可以提供活動 在時間上的資訊，但可能比單軸加速規紀錄更多的活動。 四 、 二 重 水 標 誌 法 ( D o u b l y L a b e l e d Wa t e r , D LW ) 此方法被公認評估日常生活中能量消耗的黃金標準法 ( gold standard ) 或 參 照 的 方 法 。 評 估 能 量 消 耗 的 技 術 於 三 天實驗期間靠同位素的稀釋造成二氧化碳生成量加以推估 ( Ainslee ＆ Reilly ＆. We s t e r t e r p , 2 0 0 3 ）。 然 而 ， 這 方 法 指. 出能量消耗為身體活動生理指標的推論，並試圖使用二重水 標誌法. ( D LW ) 執 行 能 量 消 耗 的 測 量 。 例 如 ， 身 體 活 動 經 過. 可觀察的移動中斷一段時間後會影響代謝率的評估。 二 重 水 標 誌 ( D LW ) 方 法 有 著 低 反 覆 性 的 活 動 且 透 過 間 接性能量代謝實驗室監測日常身體活動相對比較數據資料下 仍 有 5 ％ 的 準 確 性（ S a r i s , 1 9 9 2 ）。 這 方 法 針 對 全 天 性 能 量 消 耗 （ total daily energy expenditure, TDEE） 的 測 量 評 估 提 供 一項極具影響力的研究工具；不過它仍有幾項限制存在，第 一：這同位素價格非常昂貴且難以保存、準確的飲食記錄必 須持續紀錄且資料僅呈現於研究期間所評估的能量消耗。許 多類似相關研究通常擁有小樣本的實驗規劃且在實驗參與者 身體活動量的記錄尚無任何資料提供並加以佐證，因此在界 定 身 體 活 動 為 中 度 或 多 樣 化 強 度 是 不 可 能 的 ( Armstrong ＆ We l s m a n , 2 0 0 6 ) 。. 17.
(27) 目 前 為 止 ， 此 技 術 ( Schoeller & Fjeld, 1991； Ainslee et al, 2003 ) 用 來 評 估 耗 氧 量 之 方 法 被 認 為 是 評 估 日 常 身 體 活 動 能 量 消 耗 最 精 確 的 方 法 ( C o o p e r , 2 0 0 3 ) 。 D LW 技 術 是 利 用 同位素的穩定性來推估攝氧量；實驗參與者必須喝下一杯同 位素水，並於一天之後開始採集尿液檢體。經過尿液分析之 後 ， 便 能 計 算 出 身 體 活 動 期 間 所 消 耗 的 氧 氣 量 。 D LW 的 優 點 為準確性高、不會干涉到日常身體活動，評估期間可長達一 至 二 週 ， 可 用 於 評 估 國 人 的 身 體 活 動 量 。 但 基 於 D LW 的 價 格昂貴、取得不易、尿液採集與分析耗時費力，因此並不適 於大樣本採樣之研究中使用。然而此檢測方法僅提供身體活 動所產生的能量消耗，亦無法提供明確的身體活動型式、強 度與持續時間。. 第三節 心跳率與能量消耗之相關文獻 心率監測器視為用來評估青少年及成年人兩者之能量消 耗 或 身 體 活 動 的 一 種 工 具 並 且 依 賴 心 跳 率 與 耗 氧 量 ( VO2 )建 立線性關係。但這線性關係在低強度身體活動譜並無如此健 全完整。在坐式生活或低強度活動期間，單獨個體之心跳率 也遠比身體移動此因素而深受其他影響因素。對於評估身體 活動及總能量消耗使用心率監測器允許去評估活動圖案就等 同評估人體總能量消耗。 茲 以 B r o s h , A h a r o n i , D e g e n , W r i g h t , a n d Yo u n g ( 1 9 9 8 ) 等學者對動物亦做過類似的研究；針對牛群驗證心跳率是否 可用來預估能量消耗之探討。將心跳率發送器植入並且維持 留 在 各 別 單 獨 欄 杆 內 分 別 作 下 列 處 理 ： 1.在 陰 涼 或 太 陽 暴 露 下 ， 2.高 度 或 低 度 能 量 飲 食 ， 3.早 上 或 下 午 餵 食 ； 動 物 們 的. 18.
(28) 心跳率每五小時監測一次；早上與下午時動物在處於休息或 鍛鍊時，在低度能量飲食時耗氧量與心跳率同時間去評估測 量 分 別 為 每 日 平 均 心 跳 率 52 ± 4 次 /分 和 平 均 能 量 消 耗 380 ± 9 千 焦 耳 /公 斤 焦 耳 /公 斤. .75. .75. 要 比 高 度 飲 食 ( 94 ± 4 次 /分，653 ± 9 千. )的 動 物 還 來 得 低 。 對 於 每 種 動 物 透 過 各 類 型 的. 飲食，最佳線性方程式的敘述在於心跳率及動物休息時能量 消耗之間的關連；鑒於二次方程式最佳描述在於鍛鍊期間的 動物；針對鍛鍊中動物來說其二次方程式也能運用於動物休 息時。此外，關於每隻休息中的動物而言，每一持續不斷心 跳數的能量消耗被發現其價值並給予準確的評估。這測量方 法 其 便 利 性 在 於 ： 1.無 鍛 鍊 裝 備 於 回 歸 方 程 式 的 產 生 ； 2.能 量消耗脈搏受到飲食比起藉由回歸方程式推估的影響來的要 少許些。綜觀上述，我們下個結論可知：心跳率這簡易的測 量方法再推估能量消耗過程中是有效用且準確性。為了提升 心跳率對能量消耗推估的準確性，對於心跳率與能量消耗的 關係應被每種動物所建立。另外，關於動物營養性攝取的能 量消耗也應當有效地被建立在這關係過程中。 再 者 ， Froget ( 2001 ) 等 學 者 研 究 發 現 雖 然 這 方 法 來 預 估能量消耗以廣泛使用的一項技術，但使用這方法時也有其 限 制 所 在 ， 其 影 響 因 素 有 性 別 、 身 體 組 成 ……等 都 會 影 響 心 跳率與耗氧量相互之間的關係。在這篇研究報告中指出：將 依據身體狀況對於心跳率與耗氧量的速度指示器的可能影響 程度。在休息及活動時的氧脈博與身體質量指數之間獲得良 好的相互關係，確認此試驗顯示出休息時與活動時氧脈搏結 合使用時给予耗氧量的比率最佳之預估能力；而預估及測量 的 耗 氧 量 之 間 平 均 百 分 比 的 誤 差 為 0.81％ 。 根 據 上 述 可 獲 得. 19.
(29) 一些結論，透過持續短時間的心跳率監測能有效地預測耗氧 量；不過先須了解此活動的型態以及身體組成也須準確地控 制。然而還有更多研究調查活動性與非活動性關係上被要求 需做更進一步的推估。. 第四節 耗氧量與能量消耗之相關文獻 耗氧量的多寡與心跳率呈現高度正相關性；也就是說消 耗的氧氣越多，其心跳率的量也隨之增加，惟有增加心跳率 使心臟內部供應更多的血流量，然而血流量也攜帶足夠的氧 氣量釋放出來，供人體能量消耗所需。 根 據 Jacqueline, Roland and Otwin ( 2002 ) 等 人 研 究 在 敗血病臨床診斷期間每七天就有一位罹患敗血病症狀的足月 新生兒出生用來針對氧消耗量、二氧化碳生成量以及能量消 耗做為評估的研究。研究者將實驗參與者分為兩組，一組是 罹 患 敗 血 病 的 十 位 新 生 嬰 兒 (對 照 組 )， 另 一 組 則 是 七 位 健 康 的 新 生 嬰 兒 (控 制 組 )； 敗 血 病 綜 合 症 被 定 義 其 為 細 菌 或 其 釋 放之毒素跑至人體血液中，進而循環至全身所致之疾病。然 而測量耗氧量以及二氧化碳生成量在這七天內皆利用間接熱 量計的方式持續的監控；在對照組中，耗氧量與能量消耗在 第一天至第三天這期間以及第四天與控制組相比較分別增加 大 約 20％ 以 及 15％；從 第 一 天 至 第 三 天，在 對 照 組 中 其 能 量 消 耗 平 均 為 57 ± 3 千 卡 /公 斤 /天 ， 而 控 制 組 則 為 47 ± 2 千 卡 /公 斤 /天 ； 在 第 四 天 ， 能 量 消 耗 分 別 為 55 ± 2 千 卡 /公 斤 / 天 與 47 ± 2 千 卡 /公 斤 /天。增 加 能 量 消 耗 與 增 加 心 跳 率 ( 126 ± 4 與 112 ± 4 次 /分 ， 第 一 天 )及 呼 吸 率 ( 56 ± 6 與 次 /分 ， 第 二 天. 40 ± 4. )是 具 有 相 關 聯 性 。 綜 觀 實 驗 結 果 可 知 ， 其 耗. 20.
(30) 氧量與能量消耗之間關係是非常密切的研究結果。. 第五節 耗氧量與總心跳數之相關文獻 關於耗氧量與總心跳數之間的關係並無任何相關文獻探 討；本章節分為兩部分來探討耗氧量與總心跳數之間的相互 關係，分別為耗氧量與血液輸出量之關係與血液輸出量與宗 心跳數之關係兩方面來探討。 一、耗氧量與血液輸出量之關係 運 動 時 隨 著 肌 肉 活 動 量 的 增 加，體 內 的 氧 氣 需 要 量 ( Oxy -gen requirement )， 相 對 的 氧 氣 攝 取 量 ( Oxygen intake )勢 必 要跟著增加，此結果代表換氣量隨之增加，血液輸出量也增 加，心輸出量亦增加；因此必須促進呼吸、循環功能。 根 據 C h r i s t o s , A r t h u r, J ul i a n , B a r ba r a a n d C e c i l ( 1 9 7 8 ) 等學者所做的一項研究報告指出：針對動物靜脈內垂體後葉 荷爾蒙不同劑量在動脈血流量、腸胃上的耗氧量以及心輸出 量之影響，其靜脈內的垂體後葉荷爾蒙之最佳劑量比率被發 現 是 3 . 0 m u / k g / m i n； 而 這 個 劑 量 分 別 使 得 動 脈 血 流 量 降 低 5 7 ％， 腸 胃 上 的 耗 氧 量 降 低 57％ ， 以 及 心 輸 出 量 也 降 低 26％ ； 從實驗結果的數據分析可知：動脈血流量與耗氧量以及心輸 出量之間有相互關係存在，而且動脈血流量與耗氧量下降的 幅度一樣，這結果顯示出動脈血流量與耗氧量兩者之間有著 高度密切的相關性。 二、血液輸出量與總心跳數之關係 安 靜 時 的 心 輸 出 量 為 每 次 60~70 毫 升 ， 心 搏 數 為 65~75 次 /分 ， 分 時 輸 出 量 為 4~5l 毫 升 左 右 。 可 是 運 動 時 的 一 次 搏 出量、總心搏數會增加，且在與交感神經興奮、回流血液量. 21.
(31) 增 加 互 相 發 生 作 用 後 ， 有 些 分 時 輸 出 量 會 高 達 20~30 毫 升 。 換句話說，即使只是輕微的運動，分時輸出量會增加 2 倍左 右，往肌肉的血液分配也會增加到 4 倍；而在最大運動時的 分 時 輸 出 量 約 為 4 倍，血 液 分 配 也 達 到 2 0 倍 左 右。總 而 言 之， 血液輸出量若增加時，總心跳數也隨之增加。. 第六節 運動後過耗氧量之探討 有氧運動其低強度、長時間的運動型態，可增加氧氣的 利用進而增加能量消耗。雖然如此，有氧運動更值得注意的 是，它在運動的恢復期攝氧量仍持續高於安靜狀態，而這段 時 間 可 以 繼 續 增 加 能 量 的 消 耗 。 關 於 這 部 份 ， 從 前 是 以 Hill 在 1923 年 時 所 提 之 ( 氧 債 oxygen debt )的 說 法 來 解 釋，而 近 來 則 以 運 動 後 超 額 攝 氧 量 ( excess post-exercise oxygen con -sumption， EPOC ) 來 作 更 正 確 的 解 釋. ( P o w e r & H o w l e y,. 2001:Mcardle & Katch, 2000)。 許多造成運動後過耗氧量偏高的原因，其生理因素大致 分類如下: 一、直接影響: 運動初期，身體機能由安靜狀態迅速上升至運動水準， 會 快 速 利 用 肌 肉 中 的 AT P、 C P 做 為 能 量 來 源 ， 並 產 生 大 量 的 乳酸。進入穩定狀態後，才轉為有氧能量系統，由粒腺體消 耗 氧 氣 提 供 能 量 ( Wi l m o r e & C o s t i l l , 1 9 9 9 ; B r o o k s、 H i t t e m a n & F a u l k n e r, 1 9 7 1 a ) 。 P i i p e r a n d S p i l l e r ( 1 9 7 0 ) 指 出 ， 運 動 後 超 額 攝 氧 量 所 繪 成 的 圖 形 與 運 動 後 磷 酸 肌 酸 (. cretine. p h o s p h a t e， C P ) 產 生 量 所 繪 成 的 圖 形 類 似 ， 因 此 推 估 ， 運 動 後體內必須補充這些在運動中被消耗的. 22. AT P 、 C P 及 氧 氣 ，.
(32) 並移除所產生的乳酸堆積，因而出現運動後過耗氧量的現象 ( Brooks, 1985; Harris, 1976; Boutellier et al, 1984; Gaesser & Brooks, 1984)。 高強度運動時呼吸、循環系統的工作量提升至安靜狀態 的 6-8 倍 ， 運 動 後 這 些 系 統 未 能 即 時 回 到 安 靜 狀 態 ， 導 致 攝 氧 量 提 升 ( B r o o k s 、 H i t t e ma n & F a u l k n e r, 1 9 7 1 b ; H a g b e rg ， Mullin & Nagle, 1978; Powers, Howley & Cox, 1982)。 二、間接影響: (一 )激 素 的 影 響 :運 動 促 進 兒 茶 酚 銨 的 釋 放 ， 刺 激 粒 腺 體 的 內呼吸做用，間接的刺激細胞對氧氣的利用。正腎上腺素導 致 細 胞 膜 通 透 性 的 改 變 ， 使 鈉 、 鉀 離 子 的 通 透 率 增 加 ( Gladden, Stainsby & MacIntosh, 1982)， 甲 狀 線 素 及 醣 皮 質 醇 也 增 加 鈉 鉀 幫 浦 的 活 性 ( Horwitz, 1979 )， 這 些 作 用 都 需 要 消 耗 能 量 。 為 了 產 生 足 夠 的 AT P， 細 胞 必 須 消 耗 較 多 的 氧 ， 所 以 增 加 了 攝 氧 量 ( Caesser & Brooks, 1984 )。 體 溫 上 升 : 長 時 間 、 激 烈 的 運 動 後 肌 肉 溫 度 可 能 會 由 安 靜 時 的 36℃提 高 為 4 0 ℃ ( S a l t i n , G a g g e & St o l w i j k , 1 9 6 8 )， 直 腸 溫 甚 至 會 上 升 至 41℃ ( Costill, 1970 )。 這 樣 的 現 象 可 能 在 運 動 後 仍 持 續 術 小 時，直 接 提 升 代 謝 率 而 使 攝 氧 量 增 加 ( B a h r , 1 9 9 2 ; M c a r d i e , Katch & Katch, 1996)。 Hegberg, Mullin 與. Nagle ( 1980 ) 指. 出 ， 運 動 後 恢 復 期 會 因 Q10 效 應 ( Q10 Effect )的 影 響 ， 而 使 代謝率上升，增加攝氧量。體溫的上升，導致粒腺體內氧化 現 象 的 活 性 增 加，使 粒 腺 體 的 能 量 產 生 率 升 高 ; 而 非 保 留 換 氣 量的增加及磷化物結合能力的降低，則需要消耗更多氧氣來 產 生 能 量 ， 以 維 持 足 夠 的 能 量 消 耗 ( Brooks & Hittelman， 1971 )， 以 上 皆 會 增 加 氧 氣 的 消 耗 。. 23.
(33) (二 )其 他 因 素 :運 動 使 粒 線 體 中 鈣 離 子 ， 如 此 會 影 響 氧 化 物 和磷化物的結合，因此粒線體必須增加呼吸作用來產生足夠 的 能 量，而 導 致 氧 的 利 用 增 加 ( C a r a f o l i & L e h n i n g e r，1 9 7 1 )。. 所 謂 EPOC 就 是 指 運 動 過 後 耗 氧 量 並 不 會 馬 上 恢 復 到 安 靜時期的攝氧量，身體還是持續做較高的能量消耗。從運動 期恢復至安靜期的攝氧量時間的長短，就要視運動的強度或 運 動 持 續 時 間 而 異 。 下 列 陳 述 的 資 料 來 自 Bahr( 2003 )收 集 各 學 者 的 實 驗 數 據 所 得 到 的 EPOC 跟 運 動 持 續 時 間 以 及 運 動 強度之關係圖 ( 圖 1 ) 所示：. 圖 1 運 動 強 度 ＆ 持 續 時 間 對 EPOC 產 生 影 響 立 體 圖. 運動後過攝氧量包括了快速和慢速的兩個部分，雖然早 期 的 研 究 表 明 EPOC 可 能 會 經 過 幾 個 小 時 之 後 出 現 ， 但 也 有 學 者 得 到 結 論 認 為 EPOC 出 現 的 時 間 非 常 短 暫 ， 這 互 相 矛 盾. 24.
(34) 的 結 果 顯 示 是 運 動 持 續 時 間 和 運 動 強 度 的 差 異 所 導 致 EPOC 時 間 的 不 同 。 早 期 Hill( 1923 )等 人 提 出 氧 債 的 假 說 ， 認 為 運 動後會有較高攝氧量的原因是要償還初期運動的缺氧，而 Margaria ( 1933 ) 等 人 將 氧 債 的 概 念 認 為 是 乳 酸 性 的 氧 債 ， 反 應 較 慢 目 的 是 處 理 血 液 中 的 乳 酸 以 及. AT P 的 再 生 成 。. Herxheimer ( 1926 ) 等 人 發 現 沒 訓 練 的 人 運 動 過 後 經 過 3 6 ~ 4 8 小 時 攝 氧 量 沒 有 恢 復 到 原 本 安 靜 期 的 水 準，d e v r i e s 與 Gray( 1963 )等 人 也 發 現 在 經 過 一 個 小 時 有 氧 運 動 之 後 的 六 個 小 時 ， R M R 提 升 了 1 0 %。 在 早 期 的 研 究 中 ， 這 些 學 者 們 並 未詳細交代他們實驗的運動強度或是持續時間，而且也沒交 代 其 實 一 些 控 制 上 的 變 因 會 影 響 R M R， 例 如 ： 溫 度 、 食 物 的 攝取、運動的種類、咖啡因的攝取有無…等等因素。直至最 近 1984 年 Gasser 與 Brook 等 人 提 出 短 暫 運 動 後，攝 氧 量 可 以在幾分鐘之後恢復至安靜期的狀態，若是在長期且激烈的 運動過後，恢復至安靜期的攝氧量將會延長到好幾個小時， 這 樣 的 概 念 才 促 使 EPOC 的 產 生 。 但 是 因 為 實 驗 的 內 在 變 因 使 得 EPOC 的 界 定 至 今 仍 不 明 確 ， 需 要 大 量 樣 本 才 可 以 。. 25.
(35) 第三章 研究方法 本章主要說明本研究方法與架構，共分為七節：第一節 研究架構、第二節實驗時間與地點、第三節實驗程序與進度 管制、第四節實驗參與者、第五節施測工具、第六節資料處 理與統計分析、第七節預期效果，茲分述如下：. 第一節 研究架構 本研究主要架構如圖 2 所示：心跳率、耗氧量的增加與 能量消耗成正比的關係；耗氧量與攝氧量亦呈正比關係、攝 氧量與血流量亦呈正比、血流量與總心跳數亦呈正比；藉由 各生理指標環環相扣，故推論總心跳數與能量消耗亦呈正比 的關係。. 圖 2 研究架構圖 (註 ：. α. 表示正比之意思). 26.
(36) 第二節 實驗時間與地點 一、實驗時間 中華民國九十六年十一月至九十七年七月，共九個月。 二、實驗地點 1.國 立 臺 灣 體 育 大 學 （ 臺 中 ） 運 動 科 學 研 究 中 心 。 2.國 立 臺 灣 體 育 大 學 (臺 中 ) 運 動 生 理 學 研 究 室 。. 圖 3. 運動科學研究中心. 圖. 4. 運動生理學研究室. 第三節 實驗程序與進度管制 ㄧ、實驗程序 本研究實驗設計規劃個別三天能量消耗的監測，如圖 5 所示。其實驗設計主要依身體運動強度來區分，此三日分別 為休息日、低強度運動、中強度運動等實驗規劃。實驗前夕 應避免從事劇烈運動及飲用多量刺激性飲料或長期性服用藥 物或營養增補劑等因素，以避免監測全天性後實驗數據差異 過大。 進 入 研 究 室 後 ， 先 行 說 明 實 驗 相 關 事 項 (意 義 、 目 的 、 條 件 、 過 程 、 配 合 事 項 )及 可 能 發 生 危 險 的 行 為 舉 止 ； 隨 後 讓 受 試者皆須詳細閱讀並暸解「受試參與者須知」事項，並簽署. 27.
(37) 「 受 試 者 同 意 書 」 ( 詳 見 附 錄 一 ) 、「 身 體 健 康 調 查 表 」 ( 詳 見 附 錄 二 ) 與 「 身 體 活 動 量 調 查 表 」 ( 詳 見 附 錄 三 )， 接 著 填 寫 基 本資料、測量身高、體重、安靜血壓、皮脂厚度與體溫，然 後進行穿戴實驗儀器設備，準備進入實驗狀態；未來二十四 小 時 均 須 遵 守 「 流 程 分 析 表 」 ( 表 二 )實 驗 規 劃 。 實驗過程中若有任何疑問，應向研究者告知並尋求協 助，不可擅自拆除任何實驗儀器。運動過程中應聽從研究者 指示，勿擅自行動；若運動行進間產生口渴現象，研究者應 適時給予補充水分，並確實執行。整體實驗過程因實驗儀器 記憶容量因素影響，單次時間紀錄長達四小時為主，採用循 環式操作模延長至全天性二十四小時為目標。 二、進度管制 實驗日早上七點三十分進入運動生理學研究室，八點整 開始監測能量消耗；運動時間分為四個時段，時段依序分別 為 A M 0 8 0 0、 A M 0 9 3 0、 P M 1 3 4 5 及 P M 1 5 1 5。 每 次 運 動 時 間 為 一小時整，前十五分鐘為熱身階段、隨後三十分鐘為運動狀 態、最後十五分鐘為緩和運動，總計為兩小時。休息用餐亦 分 為 四 個 時 段 ， 時 段 依 序 分 別 為 P M 1 2 0 0、 P M 1 6 1 5、 P M 2 1 1 5 及. AM0130， 用 餐 時 間 皆 為 十 五 分 鐘 ； 睡 眠 時 刻 為 凌 晨 一 點. 三十分至早上十點整，隨後立即解除實驗狀態。. 28.
(38) 實驗程序. 低強度運動. 休息日. 解. 釋. 說. 明. 注. 中強度運動. 意. 事. 項. 填寫同意書. 穿戴實驗儀器. 穿戴實驗儀器. 測量皮脂厚. 進入實驗狀態. 進入實驗狀態. 穿戴實驗儀器. 資料收集分析. 資料收集分析. 進入實驗狀態. 資料收集分析. 圖 5. 實驗流程圖. 29.
(39) 表 2 流程分析表 全天性時間流程分析表 開始時間. 結束時間. 間 隔 (分 ). 狀態. AM. 07:30. ~ AM. 08:00. 30. 進入研究室. AM. 08:00. ~ AM. 09:00. 60. 運動時間. AM. 09:00. ~ AM. 09:30. 30. 看 電 影 ,聽 音 樂. AM. 09:30. ~ AM. 10:30. 60. 運動時間. AM. 10:30. ~ AM. 12:00. 90. 聽 音 樂 ,看 電 影. PM. 12:00. ~ PM. 12:15. 15. 午 餐 (儀 器 解 除 ). PM. 12:15. ~ PM. 13:45. 90. 看 電 影 ,聽 音 樂. PM. 13:45. ~ PM. 14:45. 60. 運動時間. PM. 14:45. ~ PM. 15:15. 30. 看 電 影 ,聽 音 樂. PM. 15:15. ~ PM. 16:15. 60. 運動時間. PM. 16:15. ~ PM. 17:15. 60. PM. 17:15. ~ PM. 19:15. 120. 看 電 影 ,聽 音 樂. PM. 19:15. ~ PM. 21:15. 120. 閱讀. PM. 21:15. ~ PM. 21:30. 15. 晚餐時間. PM. 21:30. ~ PM. 23:30. 120. 電影時間. PM. 23:30. ~ AM. 01:30. 120. 休息時間. AM. 01:30. ~ AM. 01:45. 15. AM. 01:45. ~ AM. 05:45. 240. AM. 05:45. ~ AM. 06:00. 15. AM. 06:00. ~ AM. 08:00. 120. 睡眠休息Ⅱ. AM. 08:00. ~ AM. 10:00. 120. 平躺休息. AM. 10:00. ~. 洗澡. & 點心. 準備休息睡覺 睡眠休息Ⅰ 儀器解除時間. 實驗結束. 30.
(40) 第四節 實驗參與者 本研究以就讀於國立台灣體育大學( 台中校區. )20~27. 歲平日有規律運動、無膝關節疼痛且無吸煙、喝酒及肥胖症 之健康男生共五位。研究者向實驗參與者詳盡說明實驗目 的、流程與方法，實驗前受試者皆須詳細閱讀並暸解「受試 參 與 者 須 知 」事 項， 均 須 簽 署「 受 試 者 同 意 書 」( 詳 見 附 錄 一 )， 填寫基本資料及測量身高、體重、安靜血壓、皮脂厚度與體 溫，方可進行實驗。. 第五節 施測工具 一、身高與體重 身高是指脫鞋後站立時，由地面到頭部頂點間垂直的最 大距離。受測者背對尺柱以自然姿勢站立，背部、臀部、踵 等 三 點 與 柱 或 壁 面 接 觸 (頭 後 部 不 可 接 觸 )， 頭 不 可 向 側 傾 斜 ， 保 持 耳 眼 水 平 位 ( E y e E a r H o r i z o n t a l )。 體 重 平 衡 桿 是 體 重 計 ( Beam Balance Weight Scale, Detecto, MO, USA )測 量 ， 量測時需脫鞋並無附帶任何物件，身上僅穿著輕便貼身的泳 褲。身高計與體重計已分別由標準尺與標準重量校正，校正 範 圍 分 別 為 140-190 公 分 與 40-100 公 斤 。 二 、 MetaMax 3B 氣 體 分 析 儀 Metamax 3B 攜 帶 式 氣 體 分 析 儀 ( Cortex Biophysik Gmbh, Germany ) 測 試 方 法 ： 逐 口 氣 分 析 法 ( Breath-by-Breath )， 體 積 ( 長 、 寬 、 高 ) ： 120×110×45 公 厘 ， 重 量 ： 650 克 ， 數 據 內 存 ： 8MB ， 測 試 溫 度 ： -20 ∼ +40°C ， 氣 壓 ： 500-1050 帕 ， 濕 度 ： 0 - 9 9 % ， 電 池 ： 鋰 電 池 （ 兩 小 時 ， 重 8 0 克 ）。 任何個體於實際狀況下做精確體能的評估，完全整體化. 31.
(41) 三 通 道 心 電 圖 和 Polar 心 率 監 測 ， 提 供 多 次 呼 吸 量 與 呼 吸 頻 率條件等可靠性測量，並有效地監測訓練過程、協助運動員 分析最佳的運動能力；儀器使用前依操作手冊所列程序進行 環 境 壓 力 校 正 ， 氣 體 流 量 校 正 及 標 準 氣 體 兩 點 ( O2, CO2 )校 正，確認準確性後，即進入實驗程序( 陳厚諭、王鶴森、鄭 旭 煒 , 2008 )。. 圖. 6. 氣體分析儀. 圖. 7. 電源供應系統. 三、研發儀器電源供應系統 (一 )研 發 流 程 架 構 實驗需求→儀器構思→儀器構圖與設計→材料購買→儀 器製作→儀器製作測試→儀器問題修改→儀器再次測試→儀 器製作完成→儀器實驗測試→儀器完成實驗。 (二 )研 發 流 程 陳 述 1.儘 管 電 源 輸 出 （ 鉛 酸 電 池 ） 與 輸 入 （ 儀 器 電 池 ） 單 位 伏特數差異甚大，導致儀器無法負荷而造成毀損；基於維護 高科技、精密儀器功能的完整性，透過工業、化學、電機工 程等專家學者深入探討鉛酸電池模組改良設計；經多次雙向 溝通討論，最終完成電池改良後模組設計圖，如圖 8 所示。. 32.
(42) 2.製 作 材 料 如 下 ： 鉛 酸 電 池 、 電 壓 轉 換 器 、 銀 線 圈 、 熱 銲槍、鱷魚夾、工具箱、剪刀、膠帶、紙黏土；經過數週的 製作修改後，最後完成電池模組改良製作。 3 . 製 作 過 程 原 理：電 壓 轉 換 器 適 當 拆 解 並 連 接 於 鉛 酸 電 池與模型電池上，隨後在模型電池上加裝金屬感應區，使得 鉛酸電池內部電流量順利傳送至實驗儀器系統運轉。 4. 電 力 系 統 改 良 製 作 完 成 後 需 進 一 步 做 整 體 系 統 檢 測 ， 觀 察 電 源 供 應 系 統 線 路 的 穩 定 性 ( 如 圖 9 所 示 )； 若 有 任何問題發生，須立即做修改與再測試，測試整體系統執行 穩定為止。 V A Panaso nic 鉛 酸 電. 圖 8. Panaso nic 鉛 酸 電. 電池模組改良設計圖. 圖 9. 三用電錶裝置圖. 四 、 Polar 無 線 心 跳 監 測 器 此儀器為隨身攜帶型、可連續監測心跳率的手錶型心跳 監測器，內部能設定最大值與最小值、超出此範圍時會發出 警告聲響，且提供精確的運動強度量度。使用前檢查心跳率 發報器是否將心跳率資料傳至手錶顯示器，並與橈動脈實測 值進行比對校正。. 33.
(43) 五、跑步機 展 開 規 格：165×75×129 公 分；精 密 五 個 液 晶 螢 幕 ( LCD ) 中文面板操控視窗，可顯示心跳、揚升角度、卡路里數、跑 步 時 間 、 跑 步 速 度 、 體 脂 肪 、 距 離 。 速 度 可 由 每 小 時 0.8~16 公 里 ， 電 動 升 降 坡 度 ， 角 度 由 0~10%自 由 調 整 ， 跑 步 範 圍 40 ×130 公 分 ， 最 大 承 載 量 ： 105KG。 (一 )儀 器 功 能 1.以 原 地 跑 步 機 為 運 動 型 態 ， 藉 由 調 整 速 度 、 坡 度 ， 作 為運動強度之設計。 2.配 合 Vmax29 氣 體 分 析 儀 、 Q-5000 型 運 動 心 電 圖 與 自動血壓計使用可完整收集到受試者心肺功能情形。 (二 )操 作 程 序 1.跑 步 機 校 正 完 畢 (校 正 方 法 參 考 “ 跑 步 機 操 作 驟 ” )， 在 Q645 可 程 式 控 制 器 面 板 上 選 擇 Bruce Method。 2 . 能 量 測 量 系 統 校 正 完 畢 ， 選 擇 Te s t P r o t o c o l 。 3 . 受 試 者 除 去 身 上 不 必 要 之 金 屬 物，脫 上 衣，貼 電 極 片。 4.開 啟 遙 測 心 電 圖 主 機 。 5.對 受 試 者 施 予 測 驗 前 說 明 ， 包 括 ： (1)跑 至 衰 竭 時 以 手 向 實 驗 者 示 意 。 (2)測 試 中 若 有 任 何 需 要 以 手 向 實 驗 者 示 意 。 (3)身 體 有 任 何 不 適 ， 立 即 反 應 。 6.連 接 吹 嘴 至 能 量 系 統 之 三 連 管 上 ， 受 試 者 夾 上 鼻 夾 ， 咬住吹嘴，以口換氣。 7.啟 動 跑 步 機 ， 熱 身 三 分 鐘 ， 系 統 會 詢 問 要 不 要 存 檔 ， 選 N。 8.跑 步 機 按 Enter 進 入 Bruce Protocol 能 量 測 試 系 統. 34.
(44) 按 B， 同 時 啟 動 。 9.帶 受 試 者 衰 竭 後 ， 按 清 除 鍵 ， 跑 步 機 停 止 轉 動 。 能 量 測 試 系 統 按 功 能 鍵 ( F5 ) ， 再 按 輸 入 鍵 停 止 測 試 。 10.跑 步 機 以 較 慢 速 度 ， 讓 受 試 者 進 行 緩 和 運 動 。 (三 )操 作 步 驟 1.確 定 跑 道 無 站 人 ， 預 備 時 受 試 者 兩 腳 跨 利 於 跑 道 外 。 2.開 動 跑 步 機 。 3.調 節 速 度 與 坡 度 。 4.告 訴 受 試 者 下 列 事 項 ： (1)站 在 跑 步 機 左 側 前 方 (此 時 跑 步 機 屢 帶 向 後 轉 送 )。 (2)右 手 抓 住 手 把 ， 右 腳 前 踩 屢 帶 中 央 ， 進 行 慢 跑 。 ( 3 ) 獲 得 姿 勢 平 衡 時，放 開 手 把；身 體 維 持 在 屢 帶 前 方 。 (4)結 束 跑 步 時 ， 手 抓 手 把 ， 左 腳 先 行 踏 出 (不 可 將 全 部體重支撐在左右兩邊的手把上，因為重量太重時 手 把 可 能 會 掉 下 )。 (四 )Bruce 運 動 強 度 階段. 持 續 時 間 (min). 速 度 (mph). 坡 度 (%). 一 二. 3 3. 1.7 2.5. 10 12. 三. 3. 3.4. 14. 四. 3. 4.2. 16. 五. 3. 5.0. 18. 六. 3. 5.5. 20. 七. 3. 6.0. 22. 根據本研究受試者最大攝氧量之分析，依受試者最大攝 氧 量 50％ 定 為 中 強 度 運 動 ， 此 為 【 階 段 六 】 運 動 強 度 ； 30％ 定為低強度運動，此為【階段四】運動強度。. 35.
(45) 第六節 資料處理與統計分析 本 研 究 所 有 資 料 均 採 用 S P S S 1 2 . 0 f o r Wi n d o w s 統 計 套 裝 軟 體 進 行 統 計 處 理 與 分 析 ， 顯 著 水 準 訂 為 α＝ .05， 採 用 之 統 計方式如下： 一、以描述性統計表示大專院校男生之各項生理基本資料， 最 大 心 跳 率 、 最 大 耗 氧 量 ……等 。 二、以單因子變異數分析，分別考驗不同運動模式下其人體 全天性心跳數的表現。 三、以單因子變異數分析，分別考驗不同運動模式下其人體 全天性能量消耗的表現。 四、透過簡單回歸分析來瞭解預測變項. ( 心跳數. ) 與效標. 變項 ( 能量消耗 ) 間的預測效果。 五 、 本 研 究 考 驗 之 顯 著 水 準 定 為 α=.05。. 第七節 預期效果 本 研 究 透 過 人 體 總 心 跳 數 (Heart Beats)有 效 地 推 估 人 體 全 天 性 總 能 量 消 耗 ( To t a l D a i l y E n e r g y E x p e n d i t u r e ) 之 高 相 關 連性；無論從事何種工作性質或運動形態，都能隨時監控身 體 能 量 消 耗、注 重 營 養 健 康，達 到 能 量 攝 取 與 消 耗 供 需 平 衡 。. 36.
(46) 第四章 研究結果 本章主要是呈現實驗所得的數據資料經過統計處理後之 結果分析，共分為七節：第一節受試者基本資料之分析、第 二節運動強度與能量消耗之分析、第三節運動強度與心跳數 之分析、第四節心跳數與能量消耗之分析、第五節低、中強 度運動後過耗氧量對能量消耗之分析，茲分述如下：. 第一節 受試者基本資料之分析 就 讀 國 立 臺 灣 體 育 大 學 (臺 中 )五 位 男 學 生 基 本 生 理 特 徵 值 以 平 均 數 ±標 準 差 呈 現 ； 平 均 年 齡 為 22.8 ± 2.17 歲 、 平 均 身 高 為 180.4 ± 2.88 公 分 、 平 均 體 重 為 74.6 ± 6.88 公 斤 、 平 2. 均 身 體 質 量 指 數 22.91 ± 1.73 公 斤 /公 尺. 、平均最大攝氧量. 為 48.29 ± 3.82 毫 升 /公 斤 /分 ， 如 表 3 所 示 。. 表 3 受試者基本資料 受試者. 年齡 (歲 ). BMI 值. 身高 （公分）. 體重 (公 斤 ). (kg/m ). VO2max (ml/kg/min). 2. 平均數. 22.80. 180.40. 74.60. 22.91. 48.29. 標準差. 2.17. 2.70. 6.88. 1.73. 3.82. 第二節 運動強度與能量消耗之分析 研 究 者 透 過 受 試 者 們 以 平 均 最 大 攝 氧 量 之 30％、50％ 分 別視為低強度、中強度運動；另外安排一整天無任何運動狀 態，視 為 休 息 日。此 小 節 欲 探 討 運 動 強 度 參 數 對 於 全 天 性 (二 十 四 小 時 )能 量 消 耗 之 分 析 ， 研 究 者 以 運 動 強 度 作 為 預 測 變 項，而全天性能量消耗作為效標變項，其預測變項與效標變. 37.
(47) 項間之描述性統計如表. 4 所示：休息日全天性能量消耗為. 15466.25 ± 75.69 千 卡 /天、低 強 度 運 動 狀 態 全 天 性 能 量 消 耗 為 2 3 3 7 . 6 8 ± 1 3 7 . 6 7 千 卡 / 天、中 強 度 運 動 狀 態 全 天 性 能 量 消 耗 為 2 8 6 5 . 8 4 ± 1 7 9 . 5 5 千 卡 / 天 。 透 過 成 對 樣 本 t 檢 定（ 表 4 ） 的 研 究 結 果 顯 示 ： 低 強 度 與 休 息 日 ( t=-2.82， p＜ .05 )， 達 統 計 顯 著 性 差 異 、 中 強 度 與 休 息 日 ( t= -3.64， p ＜ .05 ) 能 量 消 耗 達 統 計 考 驗 顯 著 性 差 異 ( 圖 10 所 示. )。. 表 4 運動強度與能量消耗描述性統計表. ＊. 個數. 平均數. 休息日. 5. 1546.29. 75.69. 低強度. 5. 2337.68. 137.67. -9.37. 中強度. 5. 2865.84. 179.55. -15.45. P＜ .05， 與 休 息 日 比 較 ；. ＃. 標準差. * *＃. P＜ .05， 與 低 強 度 比 較. *. 圖 10. t. 運動強度. *＃. 不同運動強度與能量消耗直方圖。＊符號是與休 息日相互比對；＃符號與低強度相互比對。. 38.
(48) 針對受試者重複監測全天性能量消耗變異數分析摘要表 如表 5 所示：個別三天全天性能量消耗的平均數差異皆達顯 著水準，組間效果. F.05(2,8)=40.06， p=.000＜ .05， η2=0.9；. 表示在不同運動強度下，其全天性能量消耗的確有所不同。 而 從 事 後 比 較 ( LSD 法 )可 知 ： 休 息 日 之 全 天 性 能 量 消 耗 為 15466.25 ± 75.69 千 卡 /天 、 低 強 度 運 動 狀 態 之 全 天 性 能 量 消 耗 為 2 2 1 2 . 1 1 ± 4 0 4 . 7 7 千 卡 / 天、中 強 度 運 動 狀 態 之 全 天 性 能 量消耗為. 2865.84 ± 179.55 千 卡 /天 ； 效 標 變 項 (能 量 消 耗 ). 隨 著 預 測 變 項 (運 動 強 度 )增 加 而 逐 漸 提 升 ， 由 此 結 果 顯 示 運 動強度越強其能量消耗值亦越高。. 表 5 運動強度與能量消耗變異數分析摘要表 變異來源. 離均差平方和. 自由度. 均方. (SS). (df). (MS). 受試者間. 372564.78. 4. 受試者內. 4787777.88. 10. 組間. 4353125.92. 2. 2176562.96. 殘差. 434651.96. 8. 54331.50. 5160342.66. 14. 全體. 93141.20. F 值 40.06＊. η2 0.90. ＊ p＜ .05. 第三節 運動強度與心跳數之分析 研 究 者 透 過 受 試 者 們 以 平 均 最 大 攝 氧 量 之 30％、50％ 分 別視為低強度、中強度運動；另外安排一整天無任何運動模 式，視 為 休 息 日。此 小 節 欲 探 討 運 動 強 度 參 數 對 於 全 天 性 (二 十 四 小 時 )心 跳 數 之 分 析 。 心 跳 數 ( Heart Beats )的 計 算 試 以 呼 吸 間 心 跳 率 ( Heart Rate )的 數 據 對 呼 吸 時 所 花 費 時 間 作 積. 39.
(49) 分 運 算 並 累 積 至 全 天 性 (二 十 四 小 時 )。 研 究 者 以 運 動 強 度 作 為預測變項，而全天性心跳數作為效標變項，其預測變項與 效標變項間之描述性統計如表 6 所示：休息日全天性心跳數 為 103405.19 ± 5355.98 次 /天 、 低 強 度 運 動 全 天 性 心 跳 數 為 115016.75 ± 4428.27 次 / 天 、 中 強 度 運 動 全 天 性 心 跳 數 為 135280.64 ± 12361.64 次 /天 。 透 過 成 對 樣 本 t 檢 定 （ 表 6） 結 果 中 顯 示 ： 低 強 度 運 動 與 休 息 日 ( t=-3.42， p＜ .05 )心 跳 數 達 顯 著 性 差 異 、 中 強 度 運 動 與 休 息 日 ( t=-15.45， p＜ .05 ) 心 跳 數 亦 達 統 計 顯 著 差 異 ( 圖 11 所 示 )。. 表 6 運動強度與心跳數描述性統計表. ＊. 個數. 平均數. 休息日. 5. 103405.19. 5355.98. 中強度. 5. 115016.75. 4428.27. -3.42. 高強度. 5. 135280.64. 12361.64. -15.45. P＜ .05， 與 休 息 日 比 較 ；. ＃. 標準差. t. 運動強度. * *＃. P＜ .05， 與 中 強 度 比 較 。. 針對受試者重複監測全天性能量消耗變異數分析摘要表 如表 7 所示：個別三天全天性心跳數的平均數差異皆達顯著 水 準 ， 組 間 效 果 F.05(2,8)=20.34， p=.000＜ .05， η2=0.90； 表示不同運動強度下，全天性心跳數監測的確有所不同。. 40.
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