女子排球選手沙地起跳動作之運動生物力學研究

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(1)國立台灣師範大學體育學系博士學位論文. 女子排球選手沙地起跳動作之運動生物力學研究. 研究生：陳膺成指導教授：黃長福. 中華民國 101 年 2 月中華民國台北市. 0.

(2) I.

(3) 女子排球選手沙地起跳動作之運動生物力學研究研究生：陳膺成指導教授：黃長福. 摘. 要. 本研究之主要目的有二個部分：一、透過 3D 運動學的分析，來了解沙灘女子排球選手與室內排球選手在沙地起跳時，動作結構的差異。二、透過下肢肌群的肌電訊號分析，來了解沙灘女子排球選手與室內排球選手在沙地起跳時，下肢肌群在不同分期的施力方式與差異。以八位女子「沙灘選手」、八位「優秀選手」與八位「次優選手」為研究對象，以二部 Casio EX-FH20 數位攝影機(210Hz)與一套 Noraxon 肌電量測系統(1000Hz)進行同步，擷取三組受詴者在沙灘排球場地跨步起跳動作的運動生物力學參數。以單因子變異數分析來檢測所測得之運動學參數與下肢肌群肌電訊號，再以費雪氏法進行事後比較，統計顯著水準定為α=.05。本研究之主要結果為：一、「沙灘選手」有較佳的起跳合速度與起跳垂直速度，所以有最大的跳躍高度，和接近垂直的起跳角度。「沙灘選手」的助跑步幅最小，且有向上跳躍的動作，所以右腳支撐期時間最短。且「沙灘選手」有較大的下蹲緩衝角度，所以下蹲期緩衝最長，而下肢關節活動角度較大，也導致有較長的蹬伸期，能有效提升跳躍高度。二、三組受詴者在起跳過程中，主要肌群的施力順序呈現相似的趨勢：右腳支撐期為股直肌與股內側肌；下蹲期為股內側肌與股直肌，但腓腸肌與股二頭肌有逐漸增加的趨勢；蹬伸期為腓腸肌、脛前肌與股二頭肌。「沙灘選手」在整個起跳過程中下肢五個肌群的活化程度皆大於另二組受詴者，表示「沙灘選手」的下肢肌群在沙地起跳時有較佳的活化現象，且下肢肌群間施力順序有更佳的適應性。. 關鍵詞：女子排球選手、沙灘排球、起跳動作、肌電圖. III.

(4) The Sports Biomechanical Analysis of Takeoff Movement by Female Volleyball Players on Sand Surface Student Ying-Cheng Chen Advisor Chenfu Huang. Abstract The two purposes of this study were: 1. To investigate the differences of take-off movement structure on sand surface between beach volleyball players and indoor volleyball players through 3D kinematics analyze. 2. To investigate the differences of lower limb muscles contraction in different phases of take-off movement between beach volleyball players and indoor volleyball players, through electromyography signal analysis. There were eight female beach volleyball players, eight female elite indoor volleyball players, and eight female intermediate indoor volleyball players as the participates for this study. Two Casio EX-FH20 digital cameras(210Hz) were synchronized with Noraxon EMG system(1000Hz) to collect the biomechanical parameters during the participates performing straddle jump movement on sand surface. Differences among 3 groups mean values of straddle jump performance were evaluated by one-way ANOVA and Scheffe-posteriori. Statistical significance was set at α=.05. The results showed that: 1. The ―beach volleyball players‖ possess greater takeoff velocity and the greater jump height with a nearly vertical take-off angle. Also, the ―beach volleyball players‖ possess the shortest approach steps which contain the movement of take-off; therefore, they possess the shortest right foot support phase. Moreover, the ―beach volleyball players‖ possess the greater cushion angle of squating; therefore, they possess the longest downward phase. Their greater movable angle of the lower limbs also creates the longer upward phase, which enables a greater jump height. 2. During the take-off, the three participates' main muscles show the similar working sequence: Rectus Femoris and Vastus Medialis in the right foot support phase; Vastus Medialis and Rectus Femoris in the downward phase, with the increasing influence of Gastrocnemius and Biceps Femoris; Gastrocnemius, Tibialis Anterior and Biceps Femoris in the upward phase. During the whole take-off process of the ―beach volleyball players‖, their five muscles on the lower limbs are all activated to a greater extent than those of the other two groups. This fact shows that during the take-off, the ―beach volleyball players‖ lower limb muscles are better activated with a better adaption on sand surface .. Keywords: female players, beach volleyball, takeoff movement, EMG. IV.

(5) 謝. 誌. 能夠考取母系的博士班，一直是當初讓我覺得最大的驚喜與意外，也讓我有機會再次進入學術研究的領域，並更深入了解運動生物力學的奧妙。轉眼間經過了五年，許多學習的過程皆歷歷在目，彷彿是昨日才發生似的，然而這些年的探索與學習，也改變了我的價值觀與人生的態度，讓我能夠用更寬廣的視野去面對我的未來。. 一直以來都很感謝我的指導教授黃長福老師，從碩士班就開始指導我，帶我進入運動生物力學的世界，從運動生物力學的理論基礎，到實驗儀器的操作，您的細心指導與包容，以及淵博的學識與學者的風範，都讓我感受到運動生物力學領域的奧妙與不斷學習的喜悅，也一直是我想要學習的對象。此外，此博士論文的研究與撰寫，承蒙口詴委員翁梓林老師、林槐庭老師、蔡虔祿老師與張家豪老師的悉心指導，從研究計畫到博士論文的定稿，提供你們精闢的見解與寶貴的建議，才讓本論文能夠順利完成，讓我獲益良多。當然，也要感謝寶宏與垂裕在修課期間的相互陪伴與相互鼓勵，讓我在求學過程中不致感到孤單。另外，還要感謝高雄醫學大學運動醫學系的林槐庭老師及其研究生小櫻桃，在實驗過程中，除了外借實驗儀器讓我能順利完成實驗外，也提供專業的協助，讓實驗能順利的完成。. 最後，我要感謝一直以來默默支持我的家人，我的母親與妻子，是你們的體諒與寬容才讓我無後顧之憂全心全意來完成博士班的學業。就在我完成口詴後的第三天，我第二個寶貝女兒來到人世，我想是她給我帶來好運。因此，我將此論文獻給她與我的家人，以表達我的感謝之意。. V.

(6) 目. 次. 口詴委員與系主任簽字證書....…………………………………………....... I. 授權書………………………………………………....…………………....... II. 中文摘要…………………………………………………………………....... III. 英文摘要…………………………………………………………………....... IV. 謝誌……………………………………………………………………....... V. 目次……………………………………………………………………....... VI. 表次………………………………………………………………………... X. 圖次………………………………………………………………………... XI. 第壹章緒論……………………………………………………………....... 1. 第一節前言……………………………………………………………....... 1. 第二節問題背景………………………………………………………....... 2. 第三節研究問題………………………………………………………....... 3. 第四節研究目的………………………………………………………....... 4. 第五節研究範圍………………………………………………………....... 4. 第六節操作型定義……………………………………………………....... 4. 第七節研究限制....……………………………………………………....... 7. 第八節研究重要性……………………………………………………....... 7. 第貳章文獻探討………………………………………………………....... 9. VI.

(7) 第一節跳躍動作肌肉收縮機轉之相關研究……………........................... 9. 第二節肌電圖分析在運動技能研究之應用…………………………....... 13. 一、肌電圖的應用原理……………………………………………....... 13. 二、起跳動作的肌電分析…………………………………………....... 14. 三、著地動作的肌電分析…………………………………………....... 15. 第三節沙灘排球跳躍動作之相關研究………........…………………....... 16. 第四節文獻總結........................................……........…………………....... 26. 第參章研究方法與實驗步驟 …………………………………………..... 28. 第一節研究架構………………………………………………………....... 28. 第二節研究對象………………………………………………………....... 29. 第三節研究方法............………………………………………………....... 29. 一、運動學資料分析..…………………………………………………... 29. 二、肌電訊號分析......….………………………………………………. 36. 三、攝影機與肌電系統的同步方式......................................................... 41. 第四節實驗時間、地點與場地配置..…………………………………....... 42. 第五節實驗儀器與設備............………………………………………....... 42. 第六節實驗流程…………………………………………………………... 44. 第七節資料處理與分析…………………………………………………... 46. 第肆章結果... ……..........................……………………………………..... 47. VII.

(8) 第一節運動學分析..........…………………………………………………. 47. 一、動作分期持續時間............................................................................ 47. 二、助跑階段............................................................................................ 48. 三、起跳階段............................................................................................ 49. 四、空中階段............................................................................................. 56. 第二節肌電訊號分析.................................................................................. 57. 一、右腳支撐期....................................................................................... 57. 二、下蹲期............................................................................................... 58. 三、蹬伸期............................................................................................... 58. 第伍章討論與結論....................................................................................... 61. 第一節討論..........…………………………………………............………. 61. 一、不同等級選手身體重心參數與時宜之變化................................... 61. 二、不同等級選手下肢關節角度與角速度之變化............................... 66. 三、不同等級選手下肢肌群在不同階段的活化程度........................... 69. 第二節結論..........…………………………………………............………. 72. 參考文獻........................................................................................................... 74. 中文部分……………………………………………………………………... 74. 英文部分……………………………………………………………………... 77. 附錄一受詴者實驗同意書........................................................................... 84. VIII.

(9) 附錄二受詴者基本資料............................................................................... 85. 附錄三受詴者實驗所得之運動生物力學參數........................................... 86. IX.

(10) 表. 次. 表 3-1. 受詴者基本資料表...…………....................................…………... 29. 表 3-2. 台灣女性人體肢段參數表……...................................................... 31. 表 3-3. 肌群名稱與電極片黏貼位置表……………………………….… 37. 表 4-1. 各組動作分期持續時間之變異數摘要表……………………….. 48. 表 4-2. 各組助跑末重心速度之變異數摘要表………………………….. 49. 表 4-3. 各組助跑步幅之變異數摘要表………………………………….. 49. 表 4-4. 各組離地瞬間重心速度及起跳角度之變異數摘要表………….. 50. 表 4-5. 各組右腳著地時右腳下肢關節角度之變異數摘要表………….. 51. 表 4-6. 各組重心最低點時右腳下肢關節角度之變異數摘要表…….…. 51. 表 4-7. 各組右腳下肢關節最大角速度之變異數摘要表……………….. 54. 表 4-8. 各組右腳下肢關節最大角速度出現時宜之變異數摘要表…….. 55. 表 4-9. 各組軀幹前傾角度之變異數摘要表…………………………….. 55. 表 4-10 各組身體重心位移之變異數摘要表…………………………….. 56 表 4-11 各組右腳支撐期下肢肌群肌電訊號值之變異數摘要表……….. 57 表 4-12 各組下蹲期下肢肌群肌電訊號值之變異數摘要表…………….. 58 表 4-13 各組蹬伸期下肢肌群肌電訊號值之變異數摘要表…………….. 69. X.

(11) 圖. 次. 圖 1-1. 跨步跳動作分解圖........…………………………………………... 6. 圖 1-2. 三維座標方向之定義圖....………………………………………... 6. 圖 3-1. 研究架構圖...................................................................................... 28. 圖 3-2. 人體 21 個標誌點的位置圖………….......……………………….. 31. 圖 3-3. 旋轉次序圖………………………………...................................... 33. 圖 3-4. 起跳階段下蹲時下肢關節角度示意圖...…………………........ 36. 圖 3-5. 前側表面電極片的肌肉位置….…........………............................. 37. 圖 3-6. 後側表面電極片的肌肉位置……………………………….......... 38. 圖 3-7. 脛前肌 MVC 測詴圖..................................……………………….. 39. 圖 3-8. 腓腸肌 MVC 測詴圖………………..........................…………….. 39. 圖 3-9. 股內側肌與股直肌 MVC 測詴圖…………………………............ 40. 圖 3-10 股二頭肌 MVC 測詴圖……………………………........................ 40 圖 3-11 訊號同步器...................................................................................... 41 圖 3-12 實驗場地配置圖…................…………………………………….. 42 圖 3-13 三度空間座標參考架…………………………………………….. 43 圖 3-14 Noraxon 肌電量測系統……......………………………………….. 43 圖 3-15 實驗流程圖……………………………………………………….. 44 圖 4-1. 各分期重心垂直位移曲線圖........................……………….......... 48. XI.

(12) 圖 4-2. 沙灘選手(A1)下肢關節角度變化曲線圖...................................... 52. 圖 4-3. 優秀選手(B1)下肢關節角度變化曲線圖...................................... 52. 圖 4-4. 次優選手(C1)下肢關節角度變化曲線圖...................................... 53. 圖 4-5. 下肢肌群肌電值曲線圖....................…………………………….. 60. XII.

(13) 1. 第壹章. 緒. 第一節. 前. 論. 言. 沙灘排球運動於 1920 年代發跡於美國南加州聖塔摩尼卡地區(Santa Monica)，早期 (1940-1970 年代)是屬於一種遊戲，並無固定的形式，且依據當時室內排球比賽的規則，活動者或選手打著赤腳或裸身，進行典型的 6 對 6 比賽或對抗，後來才演變至今 2 對 2 的雙打型式，以顯示球員的潛在素質與比賽的刺激性，並成為一項技巧需求性相當高，且個人與商業行為色彩相當濃厚的一種兩人團隊的競技運動(彭逸坤，2002)。由於有相同之基本動作、同樣模式的活動比賽與相仿之規則等因素，兩者運動之間的關係頗深；然而，因比賽場地性質之不同(硬地與沙地之差異)以及外在環境的不同(自然風或雨、陽光與室內標準燈光、溫度等不同)，因此形成比賽人數、特定規則與技戰術之應用皆有不同的兩種獨立之運動項目。. 1970-1980 年代，美國與巴西兩國領導全球沙灘排球運動，1974 年在美國，首度由企業雲斯頓香煙公司提供比賽獎金，贊助 2 人制沙灘排球錦標賽，開啟沙灘排球賽事之「商品化」。1976 年在加州舉辦沙灘排球錦標賽，吸引觀眾人數約 3 萬名，產生第一組世界冠軍：‖Menge and Lee‖，當時「活動行銷觀念 (Event Concepts)」開始發酵，也使此項運動邁向國際化與職業化的發展 (彭逸坤，2005)。國際排球總會(Fédération Internationale de Volleyball, FIVB)於 1992 年在組織內，正式成立沙灘排球部門，負責全球沙灘排球之組織、競賽與管理；同年 10 月，亞洲排球聯合會 (Asian Volleyball Confederation, AVC)成立，而後成立亞洲沙灘排球委員會，此運動正式進入高競技、商業化、職業化與全球化的新紀元。亞洲排球聯合會技術代表 (Antonia，2002)出席第三屆亞洲沙灘排球錦標賽時，更為這項看似輕鬆的沙灘運動正名：「沙灘排球不是遊戲，是一項很嚴肅的體育運動，絕對不是 1.

(14) 2. 一個僅有陽光、沙灘和藍天的浪漫遊戲，且是比室內排球難度更高、要求更多的競技運動。」. 在近 70 年來，沙灘排球已從休閒運動發展成為職業競技運動(Couvillon, 2003)，並且在 1996 年亞特蘭大奧運會中，沙灘排球成為奧運正式項目之一 (Kiraly & Shewman, 1999)。此後，每年在世界各地舉辦二十餘站的沙灘排球巡迴賽事，企業廠商贊助高額的比賽獎金，2003 年首度推出與職業網球相似的世界沙灘排球四大滿貫賽事，成功擄獲觀眾與電視媒體，完全開發了沙灘排球運動的新市場，成為全球各贊助商、媒體電視、世界各國積極投入且擁戴的熱門運動，使此運動由純粹休閒娛樂性之業餘活動，發展為全球兼具商業行為之高競技職業運動。. 第二節. 問題背景. 沙灘排球的發展已歷經了四屆的奧運會(亞特蘭大 1996；雪梨 2000；雅典 2004；北京 2008)，在這期間逐漸有學者們開始針對沙灘排球進行研究，其中包含比較沙灘排球與室內排球的運動學研究(Tilp, Wangner, & Muller, 2008；Bishop, 2003；Tilp, 2006；李世明，2004)；沙灘排球與室內排球的運動傷害研究(Aagaard, Scavenius, & Jorgensen, 1997；Bahr & Reeser, 2003；張曉丹、葛春林，2008)；沙灘排球與室內排球的動力學研究(肌電圖分析、測力板分析等)(Giatsis, Kollias, Panoutsakopoulos, & Papaiakovou, 2004；Giatsis, 2001；Pinnington & Dawson, 2001；林世行，2008；徐國紅、金健秓、尹紅滿，2001)；沙灘排球與室內排球比賽結構特性的比較(Homberg & Papageorgiou, 1994；Grgantov, Katic, & Marelic, 2002；Paulseth, Martinovich, Scira, & Sherman, 2002；Giatsis, 2003；Giatsis & Zetou, 2003；Kais & Raudsepp, 2004；Vetter & Nicol, 2004；Davies, 2002；Couvillon, 2003)。學者們除了分析沙灘排球與室內排球比賽特徵的差異，也進一步分析沙灘排球動作技術的特性，顯示排球專家們已對沙灘排球的研究感到興趣並了解其重要性， 2.

(15) 3. 而沙灘排球的技術特性也將慢慢成為未來研究的重要課題。過去許多的研究文獻都指出沙灘排球與室內排球在起跳時，其起跳動作上有部分的運動學參數呈現顯著的差異，顯示沙灘排球與室內排球在起跳的技巧上是不相同的，尤其是肌群施力的時宜也出現不同的順序，最主要的原因在於地面材質的差異，影響了起跳時下肢肌群的施力方式，進而改變了起跳的動作策略。. 然而沙灘排球在國內正處於發展階段，雖然全國運動會已將沙灘排球列入比賽項目多年，但是國內目前的沙灘排球選手多幾乎都是由室內排球選手來兼任，而這些選手絕大部分的時間都在硬地上打球，對於沙地的環境以及起跳技巧並不熟悉，導致在比賽時常會有跳不起來或失去平衡的現象產生。此外，國內對於沙灘排球的相關研究屈指可數，僅有少數幾篇相關的研究文獻(彭逸坤，2002；程俊、黃瑞臻，2007；廖德泰，2001 等)，對於國內沙灘排球技術的提升相當有限。但近年來我國沙灘排球已逐漸有不錯的成績，尤其是女子組的表現更佳，在 2010 廣州亞運中也有不錯的表現。若能針對選手的起跳動作進行研究，提供有效的建議，落實科學訓練的目的，對於國內沙灘排球實力的提升必能有實質的幫助。. 因此，本研究以三組女子排球選手為研究對象，透過 3D 運動學來分析選手在沙地跨步起跳時動作結構的差異性，並以肌電圖來分析選手在沙地起跳時下肢肌群施力的情形與差異，以了解在沙地起跳時應如何調整起跳的技巧，將有助於選手在沙地起跳的技術有所提升，讓沙灘排球選手的起跳能力能夠發揮更大的效益，也能進一步降低運動傷害的發生。. 第三節. 研究問題. 本研究以女子排球選手為研究對象，透過 3D 運動學與肌電圖的比較，以分析沙灘排球選手與室內排球選手在沙地跨步起跳時，其動作結構與技 3.

(16) 4. 術特性以及下肢肌群動作電位(action potential)活化情形的差異，進而探討沙灘排球選手與室內排球選手在沙地起跳時的技術性策略，並了解不同程度的排球選手在沙地起跳的適應性，未來可作為提升沙灘排球選手起跳技術的參考。. 第四節. 研究目的. 根據本研究的目的而提出下列的研究問題，期望透過這些研究問題的分析，以達成本研究預期的目的：一、探討三組受詴者在沙地球場跨步起跳時，各項運動學參數的差異性。二、探討三組受詴者在沙地球場跨步起跳時，下肢肌群的肌電訊號的差異性。三、探討三組受詴者在沙地球場跨步起跳時，下肢肌群施力的順序與時宜。. 第五節. 研究範圍. 跨步起跳扣球的動作分期為助跑階段、起跳階段(下蹲期與上升期)、空中動作階段與著地階段。本研究主要探討受詴者跨步起跳的動作，其研究範圍為助跑階段(右腳跨步，左腳併步)、起跳階段(下蹲期與上升期)以及空中動作階段至起跳最高點，空中動作階段的後半段與著地階段則不在本研究的範圍之內。所有受詴者皆操作相同的跨步起跳動作，過程中並無實際扣球的動作。. 第六節. 操作型定義. 一、座標定義方向(definition of coordinate direction) 所拍攝的影片經數位化之後，其座標軸的方向為：X 軸--橫移(左右) 方向、Y 軸--水平(前後)方向、Z 軸--垂直(上下)方向(如圖1-2)。 4.

(17) 5. 二、3D運動學參數(three dimension kinematics parameter) 運動學，指運動現象表現出的外在特徵，其參數如速度、位移、角度等；而3D運動學是指以三度空間來分析物體運動時所呈現之運動學參數。三、起跳階段(takeoff phase) 指跨步起跳時，從右腳著地下蹲至雙腳起跳離地的階段，其中包含下蹲期與蹬伸期。四、下蹲期(downward phase) 指跨步時，右腳接觸地面到下蹲至最低點的階段。五、蹬伸期(upward phase)：指準備起跳時，下蹲最低點至雙腳起跳離地瞬間的階段。六、騰空期(flight phase ) 人體在空中飛行的階段，但在本研究中是指離地起跳瞬間至人體重心最高點的階段。七、右腳支撐期(right foot support phase) 右腳支撐時間是指在助跑階段右腳著地後到雙腳著地前，右腳單獨支撐的時間。八、肌肉最大自主收縮(Maximum Voluntary Contraction, MVC) 指個人在固定關節角度下，盡最大努力所產生的肌肉收縮。九、跳躍能力效益(effective of jump ability) 探討沙地起跳動作的效益，以受詴者在硬地的垂直跳高度作為基準，便可得知受詴者在沙地起跳時跳躍能力發揮的程度。十、沙灘選手(beach volleyball player) 為現役女子沙灘排球選手。十一、優秀選手(elite indoor player) 為大專排球聯賽公開組第一級的優秀女子排球選手，且是隊上的先發球員。. 5.

(18) 6. 十二、次優選手(intermediate indoor player) 為大專排球聯賽公開組第一級的次優女子排球選手，並非是隊上的先發球員。十三、跨步跳(straddle jump)：(如圖 1-1) 是跳躍動作的一種，右腳向前跨一步，左腳併步後，以雙腳同時起跳。. 圖 1-1 跨步跳動作分解圖資料來源：參考 Kwon3D 人體動作分析系統. 圖 1-2. 三維座標方向之定義圖. 6.

(19) 7. 第七節. 研究限制. 一、本研究為追求受詴者的起跳動作能接近比賽時的真實狀況，所有的實驗過程皆在實際的比賽場地中實施，由於在室外場地進行實驗，因此在空間座標化時僅能以手點標誌點(landmark)方式，無法在實驗室內以感應反光標誌點的方式來執行，是為本研究最大之限制。二、本研究以女子選手為研究對象，其研究結果無法推論至所有的排球選手，是為本研究之限制。. 第八節. 研究重要性. 沙灘排球運動自從在 1996 亞特蘭大奧運會成為正式項目後，歐美各國開始積極投入沙灘排球運動的發展，許多優秀的排球選手從室內走到室外，投身沙灘排球的比中，目前歐洲、美洲與澳洲都已發展成職業聯盟，每年在世界各地舉辦二十餘站的職業巡迴賽，並在 2003 年推出與職業網球相似的沙灘排球四大公開賽。然而，沙灘排球在亞洲地區的發展則較慢，但近幾年來中國隊在亞洲積極推展沙灘排球，讓亞洲區沙灘排球的整體實力有顯著的提升，中國隊更在 2008 北京奧運女子沙灘排球比賽中擊敗歐美強隊囊括銀牌與銅牌。事實上，沙灘排球運動需要選手的能力較為全面，必頇同時具備攻孚的能力，在身材條件上較不占絕對優勢，是亞洲女子選手可佔一席之地的重要因素。. 而國內沙灘排球的發展起步更慢，幾乎所有的沙灘排球選手皆是優秀的室內排球選手轉型而成，選手從硬地起跳轉換到沙地起跳的動作適應性並不高，起跳技術的轉移會產生較大的困難。因此，若能透過本研究以 3D 運動學與肌電圖的分析，了解國內不同等級的女子排球選手在沙地起跳時，下肢動作結構的差異以及下肢肌群施力方式與肌群間施力時宜的不同，並發現選手技術上的問題所在，進而提供有效的起跳策略或訓練方式 7.

(20) 8. 來加以改善硬地選手在沙地起跳的適應性，應能提升國內女子沙灘排球的整體實力。. 8.

(21) 9. 第貳章. 文獻探討. 本研究蒐集相關的文獻，並加以整理歸納，以利於研究方向之正確與研究結構之完整。本章節將所蒐集的相關文獻歸納為四個部分，第一節、跳躍動作肌肉收縮機轉之相關研究；第二節、肌電圖分析在運動技能研究之應用；第三節、沙灘排球跳躍動作之相關研究；第四節、文獻總結。. 第一節. 跳躍動作肌肉收縮機轉之相關研究. 跳躍動作是由人體下肢關節(髖、膝、踝)為主要活動關節，其貢獻於垂直跳動作之總能量的百分比率分別為 28-33%、38-49%、23-29%(Hubley &Wells, 1983)，Luhtanen 與 Komi(1978)也發現踝關節的屈蹠(plantar flexion) 對於提供起跳速度的貢獻程度達 23%。因此，踝關節的屈蹠肌(plantar flexor muscles)彈性對於良好的垂直跳動作是很重要的(Papaiakovou, Nikodelis, Panoutsakopoulos, & Kollias, 2003)。. 當進行一個動作時，中央神經系統會傳遞衝動至數個肌肉，這些衝動與動作的力學機制形成肌肉力量產生運動表現。而一個熟練的動作必具有其特定的協調，即和諧的肌肉活動，其取決於肌肉活動的時宜與順序，肌肉活動的時宜與順序便是左右動作表現的因素(Bobbert & Schenau, 1988)。因此，各關節肌群間的活動需有協調的搭配，且肢段末端的充分推蹬是完整達成跳躍動作的最後關鍵，其可增大能量的獲得，並讓下肢整體機制完整運行(王令儀，2004)。. 垂直跳躍初期，髖關節的伸肌群(半膜肌、股二頭肌、臀大肌)收縮形成軀幹的後旋，而其中具伸髖屈膝作用的雙關節肌群(半膜肌、股二頭肌)會在此時對膝關節形成彎屈(flexion)的力矩，此現象抑制了膝關節伸肌群的活動。隨後此腿後肌群活動程度降低，而膝關節伸肌群(股四頭肌)開始增大活 9.

(22) 10. 動，而股四頭肌的伸膝屈髖作用會對臀大肌產生拮抗，降低髖關節處的總蹬伸力矩。最後踝關節伸肌群(腓腸肌、比目魚肌)開始增大活動，相同的，其中具伸踝屈膝作用的腓腸肌會對膝關節伸肌產生拮抗，降低膝關節處的總蹬伸力矩(Bobbert & Schenau, 1988)。. 然而，單雙關節肌群間的協同作用(co-activation)對於跳躍動作發揮了很大的功用，它們不但能使關節在過度伸展前降低角速度，並使多餘的轉動能量傳遞至下一關節肌群。在進行蹬伸動作時，具屈髖伸膝功能的雙關節肌群(股二頭肌)不但能對髖關節的伸展產生拮抗，還能將能量由髖關節傳遞至膝關節。相同的，具屈膝伸踝功能的腓腸肌則能對膝關節的伸展產生拮抗，並將能量由膝關節傳遞至踝關節(Gregoire, Veeger, Huijing, & van Inger Schenau, 1984)。髖、膝關節處多餘的轉動能量可巧妙貢獻給遠端關節，使軀幹與下肢避免掉過多的旋轉，並讓肢段末端出現更大的蹬伸能量。de Graaf, Bobbert, Tetteroo, & van Inger Schenau (1987)的研究指出，跳躍動作中若沒有膝關節蹬伸活動的參與，讓腓腸肌將膝關節處多餘的能量傳遞至踝關節，會使的踝關節處所產生的蹬伸角速度與能量明顯減少。也就是說，在跳躍過程中，單關節肌群主要提供旋轉能量的產生，雙關節肌群則扮演能量傳遞不可或缺的角色。. 人體在雙關節肌群的作用下讓肢段的旋轉呈現近端—遠端的順序性，使得當軀幹質心與髖關節的相對速度開始下降，即髖關節肌群的能量釋放已逐漸無法對重心有效能的提升產生貢獻時，股直肌便起作用將多餘的能量傳遞給膝關節進行蹬伸活動，讓重心得以繼續獲得向上的速度，相同的當髖關節與膝關節間的相對速度開始降低，即大腿的旋轉已逐漸無法對重心有效能的提升產生貢獻時，腓腸肌便起作用將多餘的能量傳遞給踝關節進行蹬伸活動(Gregoire et al., 1984)。此順序性讓各肢段依順序性供應重心能量，使其不斷獲得更多向上的速度。. 10.

(23) 11. 肌肉的活動分為等長、離心、向心三種收縮方式，但在實際運動中，鮮少有單一肌肉收縮方式進行，這是因為身體各部分肌肉始終受到周期性的衝擊力或拉力作用，跑、走、跳就是外力拉伸肌肉的典型例子(林光偉， 2009)。肌肉活動時，會先進行離心收縮，之後緊跟著進行向心收縮，這種離心和向心的收縮。構成了肌肉活動的一種自然形式，稱為牽張-收縮循環 (Stretch-Shortening Cycle, SSC)。牽張-收縮循環最重要的特徵就是肌肉在作向心收縮之前，肌肉的活性已經預先被活化，與單獨的肌肉向心收縮相比，牽張-收縮循環的最後向心收縮能力較大(Komi, 1984)。Wilk, Voight, Keirns, Gambetta, Andrews, & Dillman(1993)等人認為此一循環能夠刺激神經肌肉系統，以增加神經反射與降低肌肉肌能的控制。以此機制為基礎所發展的訓練，透過預先伸展肌肉，使其增加彈性位能的儲存和肌肉牽張反射，二者結合以增加肌肉的表現，其中的關鍵在於肌肉離心收縮至向心收縮之前的轉換期階段，稱為偶聯時間(coupling time)。因此，肌肉牽張速度與偶聯時間越快，意味著肌肉能夠有效的利用彈性位能，而使動作表現能夠被提升(陳賢玲，2003)。在彈性能和牽張反射雙重機制的影響之下，能夠增進力量，產生較大的爆發力。在下蹲時因膝關節彎曲，會使股直肌開始增大活動，而此時的腓腸肌正處於儲存彈性能的階段，以利於起跳時的能量釋放。. Albert(1991)的研究指出，肌肉的作用包含三種力學要素：1.可收縮的彈性要素；2.串聯的彈性要素；3.並聯的彈性要素。與肌肉並聯的組織有肌膜等結締組織，而串聯的組織有肌腱等。當肌肉開始離心收縮時，會開始儲存彈性能並提供力量的產生，以作為向心收縮時的起始力量，也代表著彈性能儲存的能力，這是因為肌肉伸張時部分肌肉張力由串聯的的肌肉彈性組織所取代。其中也包含了許多肌凝蛋白和肌動蛋白的橫橋作用，當這些彈簧被拉長時，便會儲存彈性位能，直到肌肉向心收縮時，彈性能便會與肌肉主動收縮力一起釋放。而儲存彈性能的能力受到肌肉伸長的時間、伸長量的大小及伸長的速度所影響，也就是離心階段的支撐時間、牽張長度和牽張負荷的強度。 11.

(24) 12. Cavagna 與 Citterio(1974)指出若離心收縮至向心收縮之間的偶聯時間介於 100 至 500 毫秒之間，肌肉彈性能則能夠完全被利用。但若是偶聯時間過長，肌肉中儲存的彈性能便會轉變成熱能而消失掉，在接下來的向心動作時彈性能將無法有效的被利用(Bosco, Tarkka, & Komi, 1982)。林政東、劉孙與呂宏進(2000)探討淺蹲深跳與深蹲深跳二種跳法的偶聯時間與牽張速度之變化，指出淺蹲深跳花費較短的偶聯時間，因此能更有效的利用彈性能，同時也指出在最大用力情況下，牽張幅度與偶聯時間具有高度正相關。. 鍾寶弘(1999)的研究顯示，在跳躍的上升作用期乃至空中階段，股二頭肌雖不是主要作用肌，但仍維持較高的肌肉活化現象。這顯示人體在離開地面後，為了繼續進行快速伸膝的動作以及維持髖、膝關節的穩定性，所以股二頭肌的肌電最大值才會在上升作用期出現，且在離地之後不會有明顯的下降趨勢。在著地階段，脛前肌在此階段有最大肌肉活化現象，因為在著地緩衝時，最初會有明顯的屈踝的動作，脛前肌就會負責著地初期的緩衝。接著就是內外腓腸肌的作用，所以內外腓腸肌的肌肉活化在此階段也較接近上升期的最大值，尤其是在硬地起跳更為明顯。而在完全著地後才會作用到其他的下肢肌群，但此時的緩衝力量已減緩許多，股直肌與股二頭肌此時主要的功用在於穩定身體的平衡。因此，要降低落地時的撞擊力，最好強化小腿肌群的力量，將可有效的達到緩衝的效果。. 12.

(25) 13. 第二節. 肌電圖分析在運動技能研究之應用. 一、肌電圖的應用原理肌電圖(electromyography, EMG)經由表面或置入性電極擷取肌肉活動時的動作電位變化，可以直接觀察肌肉活動的情形，其中表面電極的擷取方式可重複性高，操作簡便且不具侵入性，很適合在運動實驗中使用，因此受到運動科學界的肯定及推薦(吳慧君，1993)。. 肌電圖的運用相當的廣泛，早在 1980 年代就有學者利用肌電圖研究肌肉疲勞的議題(Bigland-Ritchie,1981)，直到目前為止，肌電圖在肌肉疲勞的研究仍然相當的廣泛(Dimitrova, Arabadzhiev, Hogrel, & Dimitrov, 2007； Oliveira & Goncalves, 2007)。肌電圖的研究在近幾年也逐漸被應用在運動分析中，如自行車運動(Fernandez-Pena, Lucertini, & Ditroilo, 2008)、步態分析 (Campanini, Merlo, Degola, Merletti, Vezzosi, & Farina, 2007)。然而，國內以肌電圖在球類運動的研究並不廣泛，特別是針對排球運動的研究更是屈指可數(紀忠呈，2000；郭士龍，2004)。因此，本研究以肌電圖分析沙灘排球與室內排球的起跳動作，希望能在未來打開排球運動肌電分析的研究之路。. 原始肌電訊號(rawEMG)需經過濾波及數學運算後才能得到有代表意義的肌電圖形，最常被採用的方法為電訊號振幅(amplitude)及頻率(frequency) 分析(塗世帆，2009)。目前常用的電訊號振幅之計算方法為下列二種： (一)積分肌電圖(integrate EMG, iEMG)：將原始訊號濾波、全波整流後，利用 moving average 法平滑化所得的圖形，再求其面積可表示肌電訊號的強弱。 (二)均方根肌電圖(root mean square EMG, RMSEMG)：將原始訊號以均方根的數學公式來計算，以求得該階段肌電訊號的平均值，以作為判斷肌電訊號強弱的依據。 13.

(26) 14. 肌電圖的研究中，求得肌電訊號後(RMSEMG)，為了比較不同時間、受詴者或肌肉之間的差異，還必頇進行肌電訊號標準化的計算(Mirka, 1991)。在目前的研究中，最常使用肌肉最大自主收縮法(MVC)來進行肌電訊號的標準化(Suda, Amorim, & Sacco, 2009；Cram, Kasman, & Holtz, 1998)。. 二、起跳動作的肌電分析 Astrad、Rodahl、Dahl 與 Stromme (2003)的研究曾指出，肌肉任意靜力收縮時，用表面電極測定的肌電積分值(iEMG)與肌肉張力之間呈現性關係，結果顯示：1.當肌肉張力增加，肌電圖輸出也會增加；2.當肌肉以相同的速度伸長或收縮時，肌電訊號與肌肉張力呈線性比例，但是在肌肉伸長時斜率下降；3.當肌肉張力固定時，肌電活動隨縮短的速度增加而變大，隨伸長的速度增加而變小，但是在最大用力收縮時，不論速度快慢，亦或是向心、離心或等長的收縮，iEMG 值均相同。. 盧鼎厚、韓世真(1995)以積分肌電圖分析淺蹲深跳動作，發現在起跳上升階段股四頭肌並沒有參與作用，而小腿後的深層肌(比目魚肌、趾長屈肌等)對淺蹲深跳的起跳有重要的影響。至於淺蹲深跳的伸膝動作，股四頭肌肌電活動量快速的下降而至消失，這結果顯示股四頭肌並不是參與淺蹲深跳的主要作用肌。但是當下蹲的越深，在起跳階段股四頭肌肌電活動的延續時間就越長，肌電的活動量也越大。若下蹲的膝關節角度大於 135∘，在支撐期的起跳階段股四頭肌將不參與或極少參與起跳的伸膝活動。若在淺蹲深跳的起跳皆段沒有提踵的動作，則觀察不到腓腸肌有明顯肌電活動量的表現，這顯示在不提踵的情況下，起跳時腓腸肌不會參與伸膝動作。而在屈膝的情況下提踵，腓腸肌的肌電活動量會比直膝提踵顯著的減小，顯示在屈膝情況下，腓腸肌的提踵作用顯著減弱。如果在提踵的情況下作蹲跳，當膝關節伸直到大於 135∘時，可以觀察到腓腸肌的肌電活動會增強，此時腓腸肌才會開始參與伸膝的動作。 14.

(27) 15. 三、著地動作的肌電分析著地動作的過程是人體下肢與外界環境產生互動的一種型態，基本上人體感覺運動系統視其訊息的不同以安排適當所需要的下肢肌肉活動，包括著地前肌肉預先活化、著地後反射收縮的神經回饋，並透過髖、膝、踝關節的改變來達成成功的互動(Schmidtbleicher & Gollhofer, 1982)。. Gollhofer(1984)於三種不同高度 16cm、40cm、100cm 作深跳動作(drop jump)，結果發現隨著下落高度增加，肌肉預先活化亦會增加，但當高度增加至一定的程度，預先活化在著地前則明顯下降。因為中樞神經系統需要統合內在與外在訊息與運動控制輸出，並且與伴隨反射性運動的效果與肌肉所承受的牽拉負荷(下落高度)的大小有關。在一定範圍內，牽拉負荷越大，反射收縮的強度也越大，但當負荷增強到一定程度時，隨著負荷的增加，收縮強度反而下降，當牽拉的負荷過大時，便出現神經調節阻滯現象，肌肉喪失牽張反射能力，這就是自我保護調節的作用。. 許太彥(2003)以 10 名國小男性學童研究在不同軟硬表面著地，結果發現在著地瞬間，股直肌和脛前肌等伸肌群起了主要作用，而股二頭肌在整個緩衝期都有一些收縮，腓腸肌在著地後也一直穩定的收縮，產生調節作用。. 黃足生(2008)研究國小學童在不同軟硬地面作深跳的著地動作，研究指出，股直肌屬大腿前側肌群，主要作用為伸小腿，股二頭肌為大腿後側肌群，主要作用為屈小腿，脛前肌為小腿前側肌群，主要作用為使足背屈而內翻，腓腸肌為小腿後側肌群，主要作用為屈小腿和上提足跟。在垂直跳著地後的緩衝期，脛前肌和股直肌會有較高的肌電反應，而腓腸肌的活化情形最不明顯。. 15.

(28) 16. 第三節. 沙灘排球跳躍動作之相關研究. 垂直跳是沙灘排球最重要的技巧之一，其動作範圍涵蓋攻擊、跳躍發球和攔網等，其中攔網佔總跳躍數的 27%，而最主要還是以攻擊為主(Giatsis, 2001)。隨時保持屈膝的準備姿勢是沙灘排球技巧中很重要的部分，例如攔網與防孚。儘管屈膝跳 (squat jump, SJ) 的跳躍高度不如下蹲跳 (countermovement jump, CMJ)，但是在沙灘排球比賽中，選手們必頇隨時保持在屈膝的情況下(如攔網)。因此，屈膝跳的比例反而高於下蹲跳(Homberg & Papageorgiou, 1994)。. Giatsis 等人(2004) 以 15 位優秀的希臘室內排球與沙灘排球雙棲男子選手為受詴者，針對在不同地面屈膝跳(squat jump)的動作進行研究，利用運動學與動力學的分析，探討二者之間的差異，其研究結果如下。 (一)因沙地結構的不穩定，當下肢肌肉在施力時會使腳掌下陷到沙地裡，分散了起跳時推蹬的力量，這會抑制肌肉力量運用，而延遲最大力量的出現，也使向上的起跳力量變小。此外，在沙地起跳時，沙子會向腳掌的四周滑動，而降低水平方向的地面反作用力，亦會直接影響起跳的力量。 (二)雖然在沙地起跳有較長的支撐時間，但並未達到顯著差異，所以在硬地起跳的衝量(衝量=作用力 × 作用時間)上還是大於在沙地起跳，導致在起跳垂直速度與跳躍高度上，在硬地起跳皆大於在沙地起跳。其中硬地的起跳力量比沙地多了 7.8%，起跳重心速度則多了 8.8%，而起跳高度則是相差了 14%。 (三)選手在硬地起跳時會有較大的膝關節角加速度，這是提升跳躍高度很重要的因素(Arogon-Vargas & Gross, 1997)。不過當選手在沙地起跳時，因沙子的柔軟讓踝關節有較大伸展範圍和較小的阻力，而使踝關節會有較大的角速度和角加速度(GiatsisKollias, Panoutsakopoulos, & Papaiakovou, 2004)。 16.

(29) 17. (四)在沙地起跳的推蹬期，因地面較軟，踝關節有較大的伸展，進而改變了髖關節的活動範圍與角度。而為了讓身體保持較佳的平衡與穩定，會讓髖關節有較大的伸展，且起跳的方向更為垂直。但是髖關節的過度伸展，很可能會造成下背部的過度使用而受傷。然而這種運動傷害，在沙灘排球職業聯盟的優秀選手中是相當常見的(Bahr & Reeser, 2003 ; Paulseth, Martinovich, Scira, & Sherman, 2002)。. Tlip 等人(2008) 以 8 位澳洲排球聯盟與沙灘排球聯盟雙棲的優秀男子選手，分析排球選手在沙灘扣球動作與在硬地扣球動作的差異，其研究結果如下。 (一)因沙地的特性，在沙地起跳時會有較小的重心垂直速度，影響其跳躍的高度，導致沙地起跳時會有較長的起跳期，使的沙地起跳的動作會比較慢。 (二)在沙地起跳時，會有較小的膝關節角速度，使膝關節伸展的速度較慢且有較長的伸展時間，將會影響下肢肌群的牽張收縮循環(SSC)。 (三)因沙地的柔軟與易鬆動，會有較低的水平方向的地面摩擦力，而降低了地面作用力。為了有效的掌握起跳技巧以提升沙地的跳躍高度，併步起跳時會有較小的步幅，雙腳會有較小的內旋(雙腳會較為平行)。此外，為減低腳掌的下陷，在併步起跳時，應盡量以整個腳底接觸沙地。 (四)因沙地起跳時，整個起跳的動作速度較慢，因此必頇加大下肢關節的活動範圍，以增加身體向上擺動的幅度，將有助於提升跳躍高度。. 廖德泰(2001)進行沙灘排球與室內排球跳躍發球動作之分析，其結果顯示，沙灘排球有較長的起跳緩衝時間，且有較小蹬伸水平位移。這說明沙灘排球因緩衝損失了較多的水平速度及衝量，所以水平位移、起跳瞬間垂直速度與合速度皆小於室內排球。沙灘排球起跳最大緩衝時下蹲較淺，身體前彎較少，不利於水平速度的發揮。. 17.

(30) 18. 李世明(2004)研究沙灘排球攻擊動作的時相特徵，研究指出沙灘排球上步扣球踏跳階段，依據人體下肢肌肉作用形式以及重心速度隨時間變化可分為4個部分，即加速緩衝、減速緩衝、加速蹬伸和減速蹬伸。加速緩衝是指從‖右腳著地‖到‖降速最大‖，右腳著地時，由於沙質鬆軟，右脚著地瞬間並無固定支撑點，人體借助右脚下踏慣性幾乎處於失重狀態，直到人體重心降速最大。該階段外部動作特徵為右髋角度在右脚著地後不久即開始伸展，雙臂由後向下向前擺動。. 減速緩衝是指從―降速最大‖到―重心最低‖。在該階段中，下肢伸肌群進行離心收縮完成退讓性作用以抵制人體繼續向下運動，人體重心下降速度減少直到為零，人體重心位置達到最低點。該階段外部動作特徵為左脚較遲或較早著地，雙臂前擺至體側或前屈。加速蹬伸是指從―重心最低‖至―升速最大‖。在該階段中，下肢伸肌群向心收縮完成克制性作用，人體重心上升速度達到最大值。其外部動作特徵為膝、踝相繼伸展，双臂上擺且右臂開始作引臂動作。減速蹬伸是指從―升速最大‖至―雙脚離地‖。在該階段中，人體儘管還未騰空，但人體重心速度已開始下降，直至双脚踏跳離地。. 室内排球扣球起跳階段的時相結構與沙灘排球相較並不完全相同，前者大多没有加速緩衝階段，其原因在於上步扣球時，人體具有一定的初速度，以硬地為接觸介質的室内排球，右脚踏地具有穩固的支撑點，地面的支撑反作用力使人體在右脚著地瞬間即進入了減速緩衝階段，下肢伸肌群立即開始進行離心收縮完成退讓性工作以抵制人體的繼續向下運動。而沙灘排球由於沙質鬆軟，沙子具有流動性、可壓縮性等特點，右脚著地後並不能立即找到固定支撑點，頇經下陷滑動後才能踏實沙地，人體幾乎處於失重狀態才形成了沙灘踏跳的加速緩衝階段。. 根據運動生物力學原理，踏跳時間短，下肢從緩衝到蹬伸的轉換速度快，可避免肌肉出現鬆弛現象，提高下肢伸肌群儲存起來的彈性位能可再 18.

(31) 19. 利用程度，有利於發揮肌肉快速收縮能力，增强踏跳效果。李世明(2004) 的研究指出沙灘排球扣球踏跳時間的平均值為0.41秒，而室内為0.33秒，二者具有非常顯著的差異，這說明沙灘排球扣球踏跳時間過長，會改變選手在室内建立起來的踏跳動作的動力定型，形成沙灘排球扣球踏跳階段的特有動作結構，影響踏跳效果。事實上，在整個踏跳過程中，加速蹬伸時間的長短是直接影響人體重心上升速度最大值的關鍵因素之一。在同等情况下，加速蹬伸時間愈長人體重心上升速度的最大值愈大。而在減速蹬伸階段，儘管人的雙脚並未離地，重心速度已開始下降，減速蹬伸時間愈短，重心速度下降量愈小，從而使得人體重心騰起初速度愈大。沙灘排球與室内排球之間起跳時間具有非常顯著性的差異，沙灘起跳加速蹬伸時間佔總起跳時間的比例要遠低於室内起跳，同時說明沙灘、室内起跳動作的時間結構之間存在較大的差異。沙灘排球扣球起跳的加速蹬伸時間所佔比重太小可能是影響在沙灘上踏跳時間結構的關鍵因素。這提示我們應當重視沙灘排球選手重建新的動力定型，以適應在沙灘上踏跳的特殊時間結構。. 李世明、劉學貞與許全盛(2002)比較沙灘排球與室內排球扣球動作的特徵，研究結果指出沙灘排球扣球起跳右脚著地時的水平速度均值為1.79 m/s，而室内排球扣球起跳右脚著地時的水平速度達到2.44 m/s，二者呈現非常顯著的差異(p<.01)，這表示右脚跨步時由於沙灘鬆軟不能提供左脚向後蹬伸所需的固定支撑，因而沙灘限制了人體水平移動速度的發揮。沙灘排球扣球起跳双脚離地時水平速度均值為1.27，室内排球扣球起跳雙脚離地時水平速度均值為0.86 m/s，水平速度的損失分别為0.52 m/s與1.58m/s，水平速度損失率分别為28%與64%，上述指標均達到顯著差異(p<.01)，表示沙灘排球起跳的水平速度損失較低於室内排球起跳的水平速度損失，這是由於沙灘鬆軟對人體的制動較小所致。沙灘不能提供人體固定的支撑是導致沙灘排球扣球起跳右脚著地水平速度小、水平速度損失小、雙脚離地水平速度大的關鍵所在。. 19.

(32) 20. 沙灘排球扣球起跳‖升速最大‖階段重心垂直速度均值為3.12 m/s，‖双脚离地‖均值為2.72 m/s，均小於室内排球扣球起跳的3.63 m/s、3.52 m/s，且存在顯著的差異(p<.01)。沙灘排球扣球起跳與室内排球扣球起跳相比，起跳重心垂直速度小與加速蹬伸階段人體重心上升位移短，說明了在沙灘上人體的縱向起跳潛能得不到充分的發揮，影響扣球起跳效果。此外，沙灘排球扣球起跳人體重心騰起角小於室内排球扣球起跳，要求選手在沙灘上扣球起跳時應注意右脚下踏的方向，隊友在舉球時應適當考慮這一起跳特徵。. 「在發揮最大動作速度的前提下，適宜增大蹬伸距離」，起跳中如何才能做到既增大工作距離，又不降低動作速度，這主要取决於起跳作用肌的退讓性作用能力和快速爆發能力。亦有研究顯示，起跳的蹬伸階段動作應快速有力，因而在沙灘上起跳更需要選手具有較强的下肢肌群爆發力(王紅英，1996)。. 林世行(2008)研究女子沙灘排球選手的起跳動作，他認為在選手起跳腿支撑能力的範圍内，助跑速度越大，起跳腿所受到的衝擊力越大，增加了起跳腿的肌肉負荷，會激發伸肌群調動儘可能多的肌纖维參與收缩，引起肌肉收縮力的相應增加。因此，適宜的加大助跑速度，將有助於增加重心的騰起高度。. 著地角是指人體著地時重心與著地支撑點連線與地面的夾角。在一定範圍内，著地角越小，水平方向作用力越大，越有利於制動。也就是說著地角越小，重心騰起高度越大，反之亦相反。所以，減小選手的著地角有利於獲得較大的騰起高度。起蹬角是膝關節最大緩衝時人體重心和著地支撑點的連線與水平面的夾角。從蹬伸的效果來看，適宜的起蹬角有利於選手起跳腿作退讓性收縮轉入主動性收縮並發揮最大的收縮肌力，產生更大的垂直初速度。同時，適宜的起蹬角使膝關節保持一定的角度，以獲得最大肌力矩，而不同關節角度下關節肌力矩大小决定於該時刻肌肉力量與肌 20.

(33) 21. 肉作用力臂乘積的大小。所以，在一定範圍内，起蹬角越小，身體重心滞後於支撑點的水平距離越大，肌力臂越長，使膝關節產生較大的肌力矩，為重心獲得較高的騰起高度提供條件。. 林世行(2008)的研究以肌電圖分析沙灘排球起跳動作各個階段肌肉肌電訊號的特徵，其研究結果如下。 (一)起跳緩衝時間、蹬伸時間、離地速度及所測肌肉肌電特徵 (1)緩衝時間及肌肉作用特徵。沙灘是具有流動性、可壓迫性的特殊介質，選手在起跳時為獲得較大的支撑反作用力，必然會為踩實沙地做相應的補償性調整。研究中觀察到選手在缓衝階段右脚著地後腹直肌首先有短促的作用力，隨後脛前肌、股外側肌、背闊肌幾乎同時激活，顯示分别附著不同關節上的此三塊肌群開始產生作用力，隨後是股二頭肌、腓腸肌、骶棘肌出現激活現象。研究顯示在一定範圍内，緩衝時間較長有利於支撑脚踩實沙子，踝關節做較大的屈蹠幅度，以獲得較大的沙地對人體的反作用力。因此，在出現肌肉鬆弛前，適當地延長緩衝時間，使踝關節加大屈曲幅度，減小蹬伸時的下陷幅度。. (2)蹬伸時間及肌肉用力特徵。骶棘肌在此階段做向心收縮，髖關節角度逐漸增大，重心高度逐漸增高。股外側肌、腓腸肌向心收縮的作用力，使膝關節做蹬伸動作。對抗肌股外肌與股二頭肌肌電同時達到峰值有利於加快膝關節的蹬伸角速度，獲得較大的離地速度。另一方面，我們觀察到各關節上附著的肌肉在膝關節最大緩衝後，並没有遵循動作順序原理，而是踝關節附著的脛前肌、腓腸肌作用力出現的早於膝關節上附著的股外側肌、股二頭肌。這主要是因為沙地具有流動性、可壓迫性，踝關節上附著的肌群首先用力進一步踩實沙子，從而我們觀察到踝關節在此前半階段角度繼續減小，作屈蹠運動。這是沙灘排球起跳用力方式與室内不同的主要特徵之一。 21.

(34) 22. (3)蹬伸速度及肌肉用力特徵。本研究得知起跳離地時重心的垂直速度與騰起高度存在高度的正相關，符合運動生物力學原理。而離地時重心的水平速度與騰起高度存在負相關，這是因為水平速度過大，影響獲得垂直速度效果，降低重心騰起高度，並且消耗過多的體力。因此水平速度應控制在一定的範圍内。在蹬伸階段各肌肉肌電由弱增强，即各肌肉作用力逐漸增大，在接近離地瞬間骶棘肌、股外側肌、腓腸肌幾乎同時達峰值，有利於獲得較大的離地速度，是蹬伸主動肌作用力的主要特徵，可作為診斷選手起跳技術優劣的標準之一。. (二)膝關節、踝關節的最大緩衝角度、緩衝幅度、緩衝角速度及肌電特徵 (1)最大缓衝角與肌力特徵。研究發現膝關節、踝關節最大緩衝角與重心騰起高度均存在較高的負相關。根據轉動定律和動量矩定理可知，在肢體轉動慣量不變時，增加肌力矩可加大肢體的轉動角速度(盧德明，2001)。隨著膝、踝關節角度的變小，股外側肌、腓腸肌作用力逐漸增大，顯示更多的肌纖維被激活，為蹬伸產生較大的肌力作準備。根據運動學理論我們知道，在一定範圍内，較小的膝、踝關節緩衝角度可降低身體的重心，肌力與力臂同時增大，使肌力矩加大，以獲得較高的重心騰起高度。因此，適當地減小緩衝時膝、踝關節的角度，降低最大緩衝時的重心高度，進而加大肌力矩，儲存較大的人體彈性勢能，為後續的蹬伸提供良好的條件。. (2)緩衝幅度。肌肉收縮長度是由運動環節繞關節運動軸轉動的角度，即緩衝幅度決定的，肌肉收縮長度較長時，肌力與力臂同時加大，對提升肌肉收縮速度有良好的幫助。因此，沙灘排球起跳時增加膝、踝關節的緩衝幅度有利於重心的騰起高度。. (3)緩衝角速度。緩衝角速度的增大，肌肉收縮的速度加快，使關節上附著的肌纖維有更激烈活化現象，為蹬伸階段提供更多的肌力。膝關節的 22.

(35) 23. 緩衝角速度與重心騰起高度存在較高的正相關，這是因為緩衝時膝關節以較大的角速度變化，致使附著在膝關節上的肌群被迅速拉長，刺激更多的肌神經元被激活，產生較大的肌力。因此，較大的膝關節緩衝幅度有利於獲得較高的重心騰起高度。. (三)蹬伸幅度、蹬伸角速度與肌電同步研究 (1)蹬伸幅度與肌電的同步研究。根據運動生物力學原理，在起跳時加大重心升起的高度，或縮短蹬伸時間，均可增大重心向上騰起速度。較小的膝、髖關節最大緩衝角度，有利於降低重心高度，增加起跳時的蹬伸幅度，加大重心蹬伸距離，進而增加起跳時的重心升起高度。之前研究顯示，蹬伸階段逐漸增强的用力方式及作用力在接近離地時同時達到峰值有利於蹬伸速度，從而縮短蹬伸時間。因此，骶棘肌、股外側肌、腓腸肌快速的用力，可加大膝關節、髋關節蹬伸幅度，以增加重心蹬伸距離，使重心在起跳结束瞬間保持較大的速度，提高重心騰起高度。. (2)蹬伸角速度與肌電的同步研究。關節蹬伸角速度大小是由關節的蹬伸幅度與蹬伸時間決定的。而縮短蹬伸時間，有利於增大起跳結束時人體重心垂直向上的速度。蹬伸角速度的增加有利於在選手起跳蹬伸時縮短蹬伸階段的時間，減少沙地的下陷幅度，防止能量的過多消耗。. 李世明、劉學貞(2002)的研究指出，沙灘排球扣球起跳的右膝、右踝角速度峰值平均來說均出現在右髋角速度峰值之前，且右踝在右膝之前，表現出無規律性，其原因可能是沙灘排球扣球起跳時，由於沙灘的特殊性，雙脚著地不穩，導致了由踝關節到髖關節依次達到角速度峰值的結果；而室内排球扣球起跳的右膝、右踝角速度峰值平均來說均出現在右髖角速度峰值之後，符合大關節首先產生活動原理。這說明室内排球扣球起跳時脚下穩固，大關節所配置的肌群生理横斷面大，產生的肌力大，首先產生活動以克服身體較大的阻力矩，而後再带動膝、踝等小關節產生活動，以產 23.

(36) 24. 生最佳的運動效果。. 李世明、劉學貞(2002)針對沙灘排球扣球起跳動作的協調性作進一步的研究，沙灘排球扣球起跳右肩角速度峰值出現時刻距右髖角速度峰值時差均值與室内排球二者呈顯著性差異。這表示沙灘排球扣球起跳右肩發力過早，與髋關節發力間隔時間過長，上、下肢動作協調性差，不能充分發揮上肢擺動對起跳的作用。因而，沙灘排球扣球起跳宜强調延遲擺臂以促進上、下肢協調地運動，使沙灘排球的選手儘早形成正確的起跳模式。. 由於沙灘的特殊性，使得兩踝關節發力時差明顯大於室内排球起跳，沙灘排球扣球起跳階段兩踝關節的運動表現為非同步性。儘管兩踝動作的非同步性有利於保持選手在沙灘上起跳時的身體平衡，但却嚴重地妨礙了兩踝關節協調一致地參與起跳蹬伸動作，影響了人體最大潛能的發揮。在沙灘排球扣球起跳的蹬伸階段，可能受上述兩踝關節運動非同步性的影響，沙灘排球扣球起跳兩膝關節達到角速度峰值的時差均值與室内排球起跳相較，二者呈顯著差異。這足以說明在沙灘上扣球的起跳動作由起初的兩踝關節伸展的非同步性已擴展為兩側下肢環節（包括膝關節和踝關節）運動的非同步性。. 徐國紅、金健秓、尹洪滿(2001)的研究指出，沙灘縱跳與硬地縱跳蹬伸後期的時間(踝關節參與髖、膝發力過程形成蹬地力第2峰值時)，沙灘明顯長於硬地，表明沙灘使踝關節蹬伸肌群的阻力矩增大，動力肌群收縮幅度降低，克服阻力矩的時間延長，這是沙灘縱跳的蹬伸時間和整個起跳時間長於硬地縱跳的主要原因。. 沙灘縱跳的髖、膝關節蹬伸第1峰值明顯低於硬地縱跳，說明在沙灘上髖、膝關節動力肌群收縮對地面的垂直反作用力低於硬地。其原因在於(1) 沙子受到力的衝擊時產生形變，向下壓縮使得衝量降低，碰撞時間延長， 24.

(37) 25. 力值減小。(2)因沙灘的緩衝作用，使髖、膝關節在緩衝階段的下蹲程度較硬地大，伸髖和伸膝作用的肌肉較硬地上收縮長度增加，其肌肉拉力臂減小。為克服反向能量和重力的作用，只好借助更强的收縮，這些因素都會造成超常應力，使上述肌肉中的應力感受器興奮，導致肌肉鬆弛與張力下降。此現象導致緩衝階段積聚的彈性勢能的部分喪失，使得選手在沙灘上更要依靠髖、膝關節動力肌群收縮力來完成後繼續蹬伸動作，在沙灘上對髖、膝、踝關節動力肌群收縮力的要求較硬地為高，長期訓練有助於肌力的提高。. 沙灘縱跳的踝關節參與髖、膝關節蹬伸第2峰值明顯低於硬地縱跳，這說明在沙灘上踝關節參與髖、膝關節動力肌群蹬伸過程形成的對地面的垂直反作用力低於硬地。由於沙子的特殊介質作用，增大了踝關節的阻力矩，減小了伸展幅度，踝關節蹬伸肌群對垂直反作用力值的貢獻率相對硬地出現降低的趨勢。但踝關節為克服增大的阻力矩，會加大動力肌群蹬伸時的收縮强度，有助於蹬伸肌力的提高。. 徐國紅、葛春林、尹紅滿(2001)認為沙灘訓練後在髖、膝關節動力肌群蹬伸時間相對穩定的情况下，踝關節動力肌群蹬伸時間延長了。其次，髖、膝、踝關節肌群對地面的蹬伸力及蹬伸速度有積極變化。再者，沙灘訓練後選手在重心最低位置前所獲動量，為重心提供騰空初速度的蹬伸衝量，及肌肉被拉長後的最大激活度有顯著提高。沙灘訓練後，選手膝屈肌快肌的爆發力，伸肌快肌的最大肌力和爆發力，踝關節跖屈肌慢、快肌最大肌力和爆發力的增強有顯著提升。. 張曉丹、葛春林(2008)認為長期以來一直認為沙灘排球是一項相對安全的體育運動，但隨著職業化進程和對運動技戰術水準要求的不斷提高，訓練、比赛的强度和密度不斷加大，沙灘排球運動損傷也逐漸成為影響訓練和比赛的一項重要因素(Aagaard, Scavenius & Jorgensen, 1997)。由於沙灘排 25.

(38) 26. 球場地鬆軟，很多技術動作如扣球、攔網，要求增加腰部肌群的協調和穩定性以保證動作的完成。沙灘排球訓練和比赛多存在腰背部的反覆過度彎屈(如弓步接吊球、跨步接發球)和過度伸展(如扣球、跳發球等)。儘管腰背肌肉、韌带等保護支撐组織發達，反覆應力刺激也容易造成該部位的軟组織慢性損傷。對於膝關節而言，沙灘排球的基本技術動作如起跳扣球和攔網等，多要求膝關節在半屈曲位(30°)作屈伸和扭轉，此時内外側和十字韌带以及兩側肌肉均於鬆弛狀態，難以有效保護膝關節的穩定性，是沙灘排球選手易患髕腱炎(跳躍膝)的主要原因之一。. Bahr與Reeser(2003)在國際排球總會對沙灘排球運動傷害的調查報告中提到，由於沙灘地質鬆軟，參賽人數只有二人，使得沙灘排球選手受到運動傷害的比率相對於於室內排球選手要來的低，尤其是在室內排球選手中常見的腳踝、膝蓋與手指扭傷等急性運動傷害，在沙灘排球選手中顯然是較少發生的。但也因為沙灘排球比賽只有二名選手，每位球員所承受的負荷相對增加，不論是在體力或肌力上，都比室內排球選手面臨更大的考驗，因此，沙灘排球選手的運動傷害大都是因為過度使用所造成的慢性運動傷害。在此研究的178位受詴者中，最常發生的運動傷害的位在於下背部 (14.6%)、膝關節(11.8%)與肩關節(9.6%)。因沙地鬆軟，選手在移位或跳躍時，地面不易支撐，相對增加下背部肌群與膝關節的負荷，易造成長期性的慢性運動傷害；而沙灘排球的使用球較重，加上在戶外的沙地上比賽，水分與沙子都會增加球的重量，這也是造成肩關節慢性運動傷害很重要的因素。. 第四節. 文獻總結. 由上述所整理的文獻可以得知，起跳動作時下肢關節與所附著的肌群有其特定的機轉，根據起跳動作的動作特性，在雙關節肌群的作用下讓肢段的旋轉呈現近端—遠端的順序性，而肌群的活化也依此順序進行，此順序性讓各肢段依順序性供應重心能量，使其不斷獲得更多向上的速度。肌 26.

(39) 27. 肉的機轉是否正確與牽張收縮循環(SSC)發揮的程度將影響起跳動作的表現，但是當起跳的地面介質不同時，是否也符合此一生理機轉；為了適應沙地的鬆軟，起跳時下肢肌群的活化是否也會依此相同的順序，這些都將是本研究想要進一步探究的。. 從上述的研究也可以發現，因沙地地質的不同，使得沙灘排球起跳動作與硬地起跳動作會有所不同，許多針對沙灘排球的研究，大多著重於在於沙灘排球起跳扣球的動作特性，分析起跳動作的外在結構，但對於沙灘排球起跳動作的內在特性，如下肢肌群的活化情形與各肌群間活化的順序等，這些在文獻中都是比較少見到的研究。. 肌電圖分析能有效的研究肌肉力量的使用情形及肌群施力的時宜順序，配合3D攝影的運動學分析，可準確的分析在起跳動作各個不同的分期中，肌電訊號的強弱、活化的持續時間，以及各肌群之間活化的順序等。因此，本研究以肌電圖與3D攝影同步分析沙灘排球的起跳動作，期望對於選手在沙地起跳的肌肉適應性與動作技術的改進能有所提升。. 27.

(40) 28. 第參章. 研究方法與實驗步驟. 本研究的研究方法與步驟共分為七個部份，依序為：第一節、研究架構；第二節、研究對象；第三節、研究方法；第四節、實驗時間地點與場地配置；第五節、實驗儀器與設備；第六節、實驗流程；第七節、資料收集與處理，依序說明如下。. 第一節. 研究架構. 本研究實驗設計以 3D 攝影與下肢肌電圖進行同步分析，針對三組不同等級之女子排球選手沙地起跳動作之研究，其研究架構如圖 3-1。. 圖 3-1. 研究架構圖 28.

(41) 29. 第二節. 研究對象. 本研究擬以國內優秀女子排球選手為研究對象，並將選手分為三組，所有受詴者其慣用手皆為右手，且在實驗期間皆無影響跳躍動作之運動傷害。 A 組：8 位現役女子沙灘排球選手(沙灘選手)，皆參加 100 年度全國運動會，其中二位為 2010 年廣州亞運女子沙灘排球中華代表隊的選手。 B 組：8 位大專排球聯賽公開組第一級優秀的女子選手(優秀選手)，皆為攻擊手且無沙灘排球的訓練經驗。 C 組：8 位大專排球聯賽公開組第一級次優的女子選手(次優選手)，皆為攻擊手且無沙灘排球的訓練經驗。表 3-1. 受詴者基本資料表. 組別. 身高(m). 體重(kg). 年齡(yrd). 沙灘選手(n=8) 優秀選手(n=8) 次優選手(n=8). 171.9±1.5 170.8±2.6 168.3±1.8. 61.5±1.9 61.1±2.8 59.1±1.6. 25.1±3.1 21.1±1.1 19.4±0.9. 第三節. 球齡(yrd) 室內排球. 沙灘排球. 14.6±3.3 10.6±1.5 9.5±1.3. 3.4±1.1 0 0. 研究方法. 一、運動學資料分析本研究以二台 Casio EX-FH20 數位攝影機 (拍攝頻率為 210Hz)及 Kwon3D 人體動作分析系統，拍攝並分析受詴者在沙灘球場起跳扣球的動作，包含助跑階段（approach phase）、起跳階段（take-off phase）、空中動作階段（flight phase）等動作過程。二台數位攝影機，分架設在受詴者右前方、左前方，並使用同步定位訊號，使二部攝影機與肌電訊號能夠同時擷取資料。實驗開始前，先拍攝一蜘蛛網形的三度空間座標參考架，內有 25 點（如圖 3-13 所示，誤差值為 0.982cm），再將拍攝到的動作，應用直接線性轉換公式求得其三維座標，座標化之後利用卡當角（Cardanian Angles）的計算方法來推導其角度、角速度及角加速度的變化，進而求得各項運動學參數， 29.