不同跑步型態之運動生物力學分析
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(2) 謝. 誌. 歲月荏苒，光陰如梭，在師大求學的日子即將畫下句點，由衷感謝指導教授蔡 虔祿博士的循循善誘，包容我的不自信與躊躇不前，在我困惑時適時給予鼓勵與引 導，並一步一步將碩士論文完成。從研究計畫的撰寫開始，指導教授便很開明地讓 我自由選擇研究主題，而身為一個在教學現場指導跑步的我來說，如何將實務上的 問題構畫出一套完整的研究架構，確實花了一些時間，然而，指導教授總是非常有 耐心地提供支持與協助，讓我知道研究的脈絡與方法，而在資料處理方面，尤其是 統計處理方式，教授對於研究的嚴謹與堅持的態度對我來說是最好的身教。同時感 謝國立清華大學的邱文信教授與其率領的研究團隊，提供實驗場地與儀器；感謝口 試委員張家豪教授與國立臺北教育大學的蔡葉榮教授，不吝提供諸多寶貴意見，使 論文的完整性與面向更加周全。 感謝在系辦工讀的時光，結識了一群研究夥伴，彼此相互扶持與打氣。感謝自 己在半工半讀的情況下，幾度經歷掙扎與自我懷疑，但還是挺了過來，同時感謝自 己當初鼓起勇氣去投體育室的職缺，並成功獲得正取，讓我得以減輕經濟負擔，且 同時能在師大繼續學業，即使過程很疲累，但就像我最喜歡的馬拉松一樣，只要持 續邁開步伐，終究會到達終點。雖然在工作之餘撰寫論文的時間有限，但我已經盡 力完成自己現階段能做到的最好版本。感謝工作上的主管劉錦璋副教授與王鶴森 教授，帶領我一起辦理大型活動，從中學到非常多人際溝通的經驗。感謝雙親與舍 妹的精神支持，最後感謝生命中的伴侶 Maple，持續地陪伴與鼓舞，一起努力完成 諸多里程碑。 智尚. 鞠躬. 109 年 9 月. i.
(3) 不同跑步型態之運動生物力學分析. 2020 年 09 月 研 究 生：董智尚 指導教授：蔡虔祿. 摘要 目的: 本研究將從運動生物力學中的運動學與肌電學探討姿勢跑法與自然跑 法在跑步步態週期中的各項參數之趨勢與差異，以及利用現代實驗儀器再次驗證 伸肌悖論的研究結果。方法：本研究受試者為十健康男性，分為姿勢跑法組以及 自然跑法組，每組各五位。儀器使用JVC 高速攝影機、馬丁尺、Motion Capture Systems (Vicon)、 Delsys Electromyography (EMG)、Magtonic MAG-730 跑步機。 結果: 整體來說與自然的跑步方式在肌肉電位訊號方面的活化百分比並無太大的 差異，惟在脛前肌離地階段(推蹬期)有較為顯著的差異。在運動學方面，則在達 到顯著的分別是著地瞬間的髖關節在組別及組別*速度具有交互作用，膝關節在著 地瞬間的組別*速度具有交互作用，著地瞬間的踝關節在組別*速度具有交互作用， 以及離地瞬間的膝關節在組別達顯著差異。結論：姿勢跑法是一套具有系統性的 教學方法，但從研究結果來看，並未達到其所宣稱的效果。建議未來可以增加受 試者人數以及結合測力板跑步機，加入動力學等相關參數一起研究，討論的面向 將更加全面。同時，本研究以提供跑者、教練在認識、學習不同流派的跑步方法 時，能在其中找到一些實證性的研究結果。. 關鍵字：跑步、中長跑、運動技術、姿勢跑法. ii.
(4) The analysis of different running type in Sports Biomechanics September, 2020 Author: Dong, Jhih-Shang Advisor: Tsai, Chien-Lu. Abstract Purpose: This study will discuss the trends and differences of various parameters of the posture running method and general running method in the running gait cycle from the kinematics and electromyography in sports biomechanics, and use the modern experimental equipment to verify the extensor paradox again Research results. Methods: The subjects in this study were ten healthy males, which were divided into a posture running group and a natural running group, five in each group. The instrument uses JVC high-speed camera, Motion Capture Systems (Vicon), Delsys Electromyography (EMG), Magicton MAG-730 treadmill. Result: here is not much difference in the activation percentage of the muscle from the natural running style, but there is a more significant difference in the ground-off phase of the tibialis anterior muscle (pushing period). at the aspect of kinematics, the significant difference is the hip joint at the landing period has an interaction on the group and group* speed., the group* speed of the knee joint at the landing period has an interaction, the ankle joint at the landing has an interaction in the group* speed, and the knee joint at the push-off period the ground has significant differences in the group. Conclusion: Although pose method of running is a running system, but is not so magical during running. Recommending that the following research could combine with a force plate treadmill, and related kinetics parameters.. Keywords: Running, middle-distance running and long-distance running, sport technique, pose method of running. iii.
(5) 目. 次. 謝誌………………………………….…………………………………………………i 中文摘要………………………………………………………………………………ii 英文摘要………………………………………………………………………………iii 目次……………………………………………………………………………………iv 表次……………………………………………………………………………………vii 圖次……………………………………………………………………………………viii. 第壹章 第一節 第二節 第三節 第四節. 第貳章 第一節 第二節 第三節. 第參章. 緒論……………………………………………………..……1 前言………………………………………………………………...…..…1 研究目的………………………………………………..………..….……8 研究範圍與限制…………………………………………………….……8 操作性名詞定義…………………………………………………….……9. 文獻探討……………………………………………………15 跑步機之運動學相關文獻………………………………………………15 跑步經濟性的力學指標…………………………………………………15 姿勢跑法之相關文獻……………………………………………………16. 研究方法……………………………………………………16. 第一節 第二節 第三節. 研究對象…………………………………………………………………16 研究儀器…………………………………………………………………17 實驗流程…………………………………………………………………19. 第四節 第五節 第六節. 資料收集與處理……………………………………..……………..……22 統計方法…………………………………………………………………22 研究架構……………………………………………………………....…23. iv.
(6) 第肆章. 研究結果………………………………………………..…24. 第一節 肌電學參數………………………………..………………………..…...24 第二節 運動學參數………………………………..………………………….....34. 第伍章. 討論……………………………………………………..…40. 第陸章. 結論……………………………………………………..…42. 參考文獻…………………………………………………………..….....43. 附錄一 實驗須知與受試者告知同意書……………………………….48. 附錄二 受試者實驗資料紀錄表………………………….…………....49. v.
(7) 表. 次. 表 1 反光球黏貼位置表……………………………………………..………………21 表 2 股直肌於預先收縮階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分析…...24 表 3 同質性變異數檢定表 (股直肌於預先收縮階段的肌電活化程 度) …………………………………………..…………………………………………24 表 4 股直肌於離地階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分析…….......26 表 5 同質性變異數檢定表 (股直肌於離地階段的肌電活化程 度).......………………………………………..……………………………………......26 表 6 脛前肌於預先收縮階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分析........27 表 7 同質性變異數檢定表 (脛前肌於預先收縮階段的肌電活化程 度).………………………………………..………………………………………….....27 表 8 脛前肌於離地階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分析................28 表 9 同質性變異數檢定表 (脛前肌於離地階段的肌電活化程度)…….28 表 10 脛前肌於離地階段的肌電活化程度之事後比較統計…………………..……29 表 11 腓腸肌於預先收縮階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分 析……………………………………………………………………………….………30 表 12 同質性變異數檢定表 (腓腸肌於預先收縮階段的肌電活化程 度)....……………………………………………………………………………...…….30 表 13 腓腸肌於離地階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分析…..........31 表 14 同質性變異數檢定表 (腓腸肌於離地階段的肌電活化程度)……….....…....31 表 15 股二頭肌於預先收縮階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分 析…….............................................................................................................................32 表 16 同質性變異數檢定表(股二頭肌於預先收縮階段的肌電活化程. vi.
(8) 度)... ……………………………………………………………………………….......32 表 17 股二頭肌於離地階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分析表......33 表 18 同質性變異數檢定表 (股二頭肌於離地階段的肌電活化程度).....................33 表 19 著地瞬間的髖關節角度之統計表之二因子獨立樣本變異數分析統計….….34 表 20 同質性變異數檢定表. (著地瞬間的髖關節角度) ………………………......34. 表 21 著地瞬間的膝關節角度之統計表之二因子獨立樣本變異數分析統計….….35 表 22 同質性變異數檢定表. (著地瞬間的膝關節角度)………………………....…35. 表 23 著地瞬間的踝關節角度之統計表之二因子獨立樣本變異數分析統計….….36 表 24 同質性變異數檢定表. (著地瞬間的踝關節角度)………………………....…36. 表 25 著地瞬間的髖關節角度之統計表之二因子獨立樣本變異數分析統……..... 37 表 26 同質性變異數檢定表. (離地瞬間的髖關節角度)……………………......…..37. 表 27 著地瞬間的髖關節角度之統計表之二因子獨立樣本變異數分析統計...….. 38 表 28 同質性變異數檢定表. (離地瞬間的膝關節角度) ………………………..…38. 表 29 著地瞬間的髖關節角度之統計表之二因子獨立樣本變異數分析統計......…39 表 30 Levene's 同質性變異數檢定表. (離地瞬間的踝關節角度) ……………...…39. vii.
(9) 圖. 次. 圖 1 臺灣路跑賽事場次……………………………………………………………….2 圖 2 姿勢跑法三元素……………………………………………………….……….…4 圖 3 姿勢跑法理論之中的力量階層………………………………………….………6 圖 4 伸肌悖論的股四頭肌的肌電訊號圖………………………….…………………8 圖 5 走路的步態週期…………….……………………………………….....………..10 圖 6 跑步的步態週期……………………………………………………………...…13 圖 7 姿勢跑法組之實驗器材配置………………………………………..……..……17 圖 8 自然跑法組之實驗器材配置………………………………………….……..…18 圖 9 跑步機之校正方式……………………………………………........……………18 圖 10 Plug-in-Gait Model…….………………………………………………...………20 圖 11 研究架構…………………………..……………………………….…..………23. viii.
(10) 第壹章. 第一節. 緒論. 前言. 一、關於跑步運動的全民參與 跑步是國人經常從事的健身休閒活動之一，而教育部體育署於 105 年所推出 的《大跑步計畫—樂跑方案》指出跑步具有六項特性，分別為健康效能、經濟性、 便利性、回真性、時尚性與人文性。健康效能是指跑步運動針對個人心肺適能、肌 力與肌耐力、心理適應的維持或促進有明顯的效益；經濟性是指跑步通常具備合 適的運動鞋與體育服裝即可進行，不需要額外花費金錢添購特殊的設備或器材； 便利性則是指跑步可以在環境與人身安全無虞的情況下從事，沒有特別限定場域， 凡是公園、學校，或者是上學的路程都可以是慢跑地點的選擇；回真性則是指跑 步本就是人類與生俱來的本能，透過跑步能引領並改善身、心狀態，達到返璞歸 真的境地；時尚性則是描述臺灣近年興起路跑風潮後，跑步的相關服飾與配件儼 然成為新的流行； 人文性則是指出藉由跑步可以深化運動者對於自身環境的連結， 例如增加對社區鄰里、街頭巷尾的認識，或是透過不同的跑步路線熟悉沿途的人 文景觀等。 本研究認為，跑步的經濟性與便利性確實吸引不少國人開始從事這項運動， 而根據教育部體育署《107 年度我國民眾運動消費支出調查—第一次調查結果報 告》調查了 13~69 歲男、女性共計 17,496 人在 106 年 1~6 月參與運動的習慣與相 關花費調查，其中跑步／慢跑運動課程的平均每人消費支出達到新臺幣 1,068 元， 可見跑步指導具有相當的運動商機。 董氏基金會自 2010 年起，結合公益推廣《樂動校園計畫》，以建立兒 童與青少年跑步紓壓的習慣；2011 年，專門介紹跑步相關資訊的運動行銷平台運. 1.
(11) 動筆記與動一動(don1don)的成立，配合各地興起的特色路跑與馬拉松賽事，網站 興起一陣知識討論，相關的跑步訊息，例如裝備挑選、訓練方法、賽事資訊、國內 外跑步歷史等，內容豐富可謂包羅萬象。彙整運動筆記每一年年終的跑步大調查， 可以明確得知台灣路跑賽事場次有逐年增加的趨勢，市面上對於跑步相關的課程 亦如火如荼開展。. 圖 1 臺灣路跑賽事場次 學者董德輝亦於 2017 年指出路跑運動觀光對於國內經濟之影響，可從國內體 育用品店商品陳設的改變，也可嗅出這股路跑風潮經濟之改變。有品牌業者更在近 10 年跑鞋業績成長 10 倍，預期未來五年內，還有再成長一倍的動能。 二、具有代表性的跑步書籍出版 2011 年，Nicholas Romanov 博士所著的《Pose Method of Running》經臉譜出 版社之譯者徐國峰先生翻譯成中文版《跑步，該怎麼跑？》上市，其應用力學的方 式解釋跑步步態，算得上是清晰易懂，而相關的概念亦見於前述運動行銷網站， 因此順勢推動全台灣的路跑商機，包含穿戴式裝置(GPS 手錶、心率錶與三鐵錶)、 團體跑步課程、肌力訓練課程、一對一教練服務等，另結合運動恢復、物理治療、 運動營養、運動觀光等方面，讓跑步成為一個產業鏈。 2012 年，Danny Dreyer 所著的《Chi Running》由禾宏文化資訊有限公司之譯. 2.
(12) 者劉芳玉女士翻譯成中文版《氣功跑步-身心平衡的跑步新思維》後，亦引發不小 的討論，由西方人透過氣功的氣體流動來解釋跑步步態之中一靜一動的平衡狀態， 很類似太極相應相生與陰陽調和的概念，但較難以用運動科學儀器捕捉到氣體的 流動，在科學上要進行實證性的研究較為困難。 三、臺灣中長跑之跑步流派 綜整臺灣主要中長跑的跑步流派有俄羅斯體系的姿勢跑法、美國體系的氣功 跑步(Chi Running)、臺灣謝天任先生提倡髖關節轉動的凌波微步跑法(LBVB)、臺 灣長跑孵蛋箱(Incubator Distance Project)陳天行先生的天然跑法、臺灣全馬紀錄保 持人暨國立臺灣體育運動大學許績勝助理教授所提倡的慣性跑步法等，亦有部分 跑友青睞日本鈴木清和先生所著的骨骼跑步法。其中以姿勢跑法最具影響力且受 眾最多，臺灣官方連續四年力邀 Nicholas Romanov 博士前來臺灣開設 Level 1 教 練認證課程，亦不定期自行舉辦數次技術訓練課程。2019 年與 2020 年分別在中國 與台灣開設第一次 Level 2 教練認證課程。 四、姿勢跑法的源起與理論基礎 姿勢跑法 (Pose Method of Running, Pose Running) 是 1977 年由前美國鐵人三 項奧運國家隊教練、俄羅斯運動暨運動 皇家學院運動生物力學博士 Nicolas Romanov 所歸納的方法，源自於 Nicolas Romanov 取得博士學位後，卻苦無方法 教導學生跑步技術，於是從觀察到芭蕾舞、舞蹈或武術等訓練皆是必須先學會姿 勢，並且試著連貫這些姿勢，而 Nicolas Romanov 博士觀察到芭蕾舞的完美連貫可 以拆解成數個關鍵姿勢，於是將此想法便應用在跑步上，進而開發出姿勢跑法。 姿勢跑法是具有系統性架構的跑步學習方法，其理論認為短跑與中長跑的步態特 性大致相同，主要差異在腳掌上拉的高度以及身體的前傾角度。姿勢跑法的理論 認為，雖然不同跑者可能會具有不同的跑姿，但仔細拆解跑步姿勢後，歸納出每 一個步態週期都會完成關鍵跑姿 (Pose)、落下 (Fall) 以及上拉 (Pull) 這三個元素，. 3.
(13) 不受速度快與跑或是徑賽距離長短而有所改變，並且認為重力是完成一項動作的 主要外力，因順應自然慣性向前跑，身體唯一需要主動用力的只有上拉(Pull) 的階 段，上拉的高度決定了步幅的長短，而身體的前傾角度決定了跑步速度。姿勢跑 法的系統傳達出跑步是需要技術的運動，因此吸引許多跑者朋友一探究竟。. 圖 2 姿勢跑法三元素 (一) 關鍵跑姿 (Pose) 關鍵跑姿是指傳統跑步步態週期中支撐腳的站立中期，亦是擺盪腳的擺盪 中期。重點在於耳、肩關節、髖關節、前腳掌蹠球部，這四點連線必須為一鉛直 線，而且支撐腳之膝關節必須保持彎曲，以儲備彈性位能，姿勢跑法指出此時身 體像是被壓縮的彈簧，並給予 S 形姿勢 (S-like Stance) 的名稱，姿勢跑法亦透過 花豹快速奔跑時，膝關節始終保持彎曲來解釋關鍵跑姿。姿勢跑法的理論，支撐 腳初觸地面 (initial contact) 後，能越快進入到關鍵跑姿，則代表該跑者的跑步經 濟性越佳。. 4.
(14) (二) 落下 (Fall) 落下是指從關鍵跑姿 (站立中期) 後，身體質量中心向前傾的動作階段。從 矢狀面來看，動作是以腳跟離地(Heel-off)為起點，並以掌趾離地 (Toe-off) 為終點。 姿勢跑法的理論認為前進不應該是主動跨步，因主動跨步容易造成剎車效應 (braking) 以及膝蓋打直而產生剪應力，而是要讓身體質量順應著慣性力 (inertia) 向前傾倒，並在跑步步態的騰空階段完成雙腳的轉換，此稱為支撐轉換 (Change of Support, CS)，亦即把身體的重量從一隻腳轉換到另一隻腳。另外，姿勢跑法提 到跑步機上的跑步步態會因為履帶在身體下方向後轉動，所以落下會成為無效動 作，除非增加跑步機的坡度。 (三) 上拉 (Pull) 上拉是指掌趾離地後，腳跟朝臀部方向收腿或夾腿的動作。從矢狀面來看，動 作是以掌趾離地 (Toe-off) 為起點，並以擺盪中期 (Mid-Swing Phase)為終點。這 是姿勢跑法唯一強調必須要主動用力的階段，良好的上拉動作會避免腿尾巴(legtail)的出現，以有意識的上拉提升前進的效率。姿勢跑法提到總質心 (臀部或骨盆) 始終維持在支撐點(腳掌趾)正上方，腳掌離地階段時需將足跟順勢地面朝臀部上拉， 使得足跟置於臀部正下方，整個連續動作就像車輪一樣 (Wheel)。此元素與傳統田 徑上的推蹬 (push-off) 有概念上的差異，雖然兩者都必須主動用力，但是方向性 完全相反。. 5.
(15) 五、姿勢跑法理論之中的力量階層. 圖 3 姿勢跑法理論之中的力量階層 姿勢跑法的理論以重力與身體前傾角度為主要的跑步動力，且認為在重力的 作用與跑步站立期的單腳支撐之下，身體才會產生重量，此時肌肉會作功維持跑 步體態。重量會隨著地點、空間而改變，但質量則保持不變，又因跑步需要連續地 轉換支撐，所以才能構成移動。. 6.
(16) 六、姿勢跑法所倡導的伸肌悖論 (Extensors’ Paradox) 姿勢跑法以力學的觀點強調運用慣性引領前進，並分別透過前傾角度與腳掌 上拉高度決定跑步速度與步幅，然而其理論引用 1990 年的伸肌悖論 (Extensor’s Paradox) 卻受到全美國最大的跑步論壇 LetsRun 的質疑，在姿勢跑法引進臺灣也 受到一些跑者的討論。 McClay, Lake 與 Cavanagh (1990) 三位學者利用肌電訊號感測器以每秒 500Hz 的擷取頻率研究中常跑跑步步態週期之中的肌肉活化程度，主要研究探討的是下 肢主要的伸肌－股四頭肌在推進期之肌肉徵召程度，研究結果發現在推進期的站 立終期時，下肢的伸肌並沒有被啟動，藉此說明向前奔跑未必需要主動推蹬，這 個研究發現後來被稱為伸肌悖論，並且成為姿勢跑法的核心理論之一。 然而，這並不足以說明股四頭肌在未作用的情況之下，跑者就無須借助其他 肌群的輔助便能自然以前傾角度所產生的轉動慣量向前推進。 此外，股二頭肌與股直肌屬於相互擷抗，由於站立終期的腳跟已離開地面， 可以理解為股直肌的活化程度減少，而股二頭肌的活化程度增加。活化程度較少 不表示沒有活化或沒有啟動。 徐國峰先生亦於 2016 年撰文提出：「(過往的跑步教學)一再強調推蹬肌群的 訓練，而忽視了拉回的動作，所以很多選手會在高強度的比賽中拉傷後大腿，因 為身體在高速下的重點是「拉」而非「蹬」 ，人的身體在下意識知道這件事，後腿 要拉得快才跑得快，但肌肉跟不上，因為沒有特別訓練，只練蹬的肌群。」. 7.
(17) 圖 4 伸肌悖論的股四頭肌的肌電訊號圖 (McClay et al., 1990). 第二節. 研究目的. 本研究將從運動生物力學中的運動學與肌電學探討姿勢跑法與自然跑法在跑 步步態週期中的各項參數之趨勢與差異，以及利用現代實驗儀器探討伸肌悖論之 研究。 一、運動學： 測量出兩組受試者慣用側下肢步態的支撐期與擺動期在步態週期中所佔的時間百 分比、步頻與步幅、下肢關節活動角度範圍。 二、肌電圖： 測量受試者右側下肢步態主要作用肌群：股直肌、股二頭肌、脛前肌、腓腸肌，在 步態週期中著地前 50 毫秒之預先收縮階段與離地推蹬階段之肌肉活化程度(最大 自主肌肉收縮值百分比)。. 8.
(18) 第三節. 研究範圍與限制. 本研究之實驗速度變項是以跑步機儀表板的觸控按鈕做調整，而整體實驗室 的空間設定可能會使受試者感受到有別於室外的跑步情境，且本研究之跑步機步 態實驗結果並無法完全類推至室外的跑步步態。此外，本實驗之受試者皆為成年男 性，未必能將研究結果類推至成年女性、青少年或高齡者，但仍可作為相關研究之 參考與比較。. 第四節. 操作性名詞定義. 走路的步態週期定義是指人體正常行走時，同一隻腳的腳跟接觸到地面，且直到同 一隻腳的腳跟又再次接觸到地面的過程，簡單來說，以右腳為基準，便會經歷第一 次右腳著地至左腳著地，再至第二次右腳著地，兩次右腳著地之間的過程，稱為一 個完整的走路步態週期，或是第一次左腳著地至右腳著地，再至第二次左腳著地， 兩次左腳著地之間的過程。. 完整的一個步態週期是由站立期(Stance Phase；或譯為支撐期)與擺盪期(Swing Phase；或稱為擺動期)所組成，普遍的站立期與擺盪期時間比為 6：4。. 9.
(19) 圖 5 走路的步態週期 註: 引用自 Stöckel, Tino & Jacksteit, Robert & Behrens, Martin & Skripitz, Ralf & Bader, Rainer & Mau-Moeller, Anett. (2015). The mental representation of the human gait in young and older adults. Frontiers in Psychology. 6. 943. 10.3389/fpsyg.2015.00943.. 走路的步態相關名詞與時空參數(spatial and temporal parameters；時間與空間)： 一、 步 (step): 任一隻腳踏到地面就算一步，向前或向後都算，然而因人體普遍 行走的方向皆是沿矢狀面方向，所以通常是指向前走出一步。 二、 步長 (step length): 同一隻腳著地與另一隻腳著地之間距離，例如正常行走時， 右腳先著地後，且接著左腳著地，這兩腳之間的距離 (右到左或者左到右)。實務上 會以測量兩隻腳腳跟著地點之間的距離為主。. 10.
(20) 三、 步幅 (stride): 如圖所示，完整的步幅階段就是一個走路步態週期(gait cycle of walking)。 四、 步幅長 (stride length): 即為測量上述完整步態週期的長度，如第一次右腳著 地至左腳著地，再至第二次右腳著地，這兩次右腳著地之間的長度，或是第一次左 腳著地至右腳著地，再至第二次左腳著地，這兩次左腳著地之間的長度。 五、 步頻 (cadence): 每分鐘正常走路的步數總和，單位通常是每分鐘步數(steps per minute, SPM)。 六、 單腳支撐 (single limb support/ single leg support): 走路步態週期之中，單腳支 撐期則為另一隻腳的擺盪期，兩者相生相應，所以在參考步態週期時，必須選定特 定一側的腳來看才行。 七、 雙腳支撐 (double limb support/ double leg support): 走路步態之中，相當經典 的特徵。走路會有雙腳同時在地面上的情形，稱為雙腳支撐。 八、 初始著地 (initial contact): 此階段是指腳掌接觸到地面的瞬間，傳統的步態週 期多以腳跟著地 (heel contact/ heel strike) 來描述初始著地的狀態，但是未必每個 人都是以腳跟著地，所以在某些教科書會使用腳掌著地(foot contact)來解釋，而非 特定的腳掌部位(前足、中前足、腳跟)。 九、 承重 (loading response): 此階段腳掌慢慢踩平地面，身體的重量逐漸壓在腳 掌上。此階段同時也是第一次雙腳支撐的起始點。 十、 站立中期(mid-stance): 此階段腳掌已經完全承重，且雙腳踝關節在額狀面看 起來是重疊的。 十一、 站立末期(terminal-stance；或譯為站立終期): 此階段腳掌所感受到的體重已 慢慢減少，身體順應慣性向前傾，並且在失去平衡時，腳掌會順勢推蹬地面。 十二、 預先擺盪(pre-swing): 腳掌離地且膝蓋彎曲到最大的角度，同時為第二次雙 腳支撐的起始點。預先擺盪是站立末期的一環，是廣義中站立期的最後一個階段。. 11.
(21) 十三、 初始擺盪(initial swing): 通常是掌趾離地的瞬間(toe-off) 為起始點，另一隻 腳則是處於單腳支撐時期。 十四、 擺盪中期(mid-swing): 這階段亦稱為腳掌完全離地，此時大腿準備往前邁 開步伐，而矢狀面觀察膝蓋的屈曲角度與脛骨呈垂直角度 (90 度)，同時為另一隻 腳的站立中期。 十五、 擺盪末期(terminal-swing；或譯為擺盪終期): 延續上一階段，從脛骨垂直的 點回到初始著地之前，亦為另一隻腳的站立末期。. 12.
(22) 圖6 跑步的步態分期 註: 引用自Howard, Róisín. (2017). The application of data analysis methods for surface electromyography in shot putting and sprinting. 10.13140/RG.2.2.15907.04640.. 跑步的步態週期與走路的步態週期的主要差異在於雙腳騰空期，並且不會出現雙 腳支撐期。. 十六、慣用腳：受試者自然站立後，踢擊前方地面的球，並以踢球腳作慣用腳。本 研究所有受試者皆是右腳為慣用腳。 十七、制動期 (Braking)： 本研究的制動期指的是右腳跟接觸到跑步機履帶表面至 右腳腳掌貼平跑步機履帶的過程。 十八、推進期 (Propulsion)：本研究的推進期指的是右腳跟離開跑步機履帶表面至 整個右腳腳掌離開跑步機履帶表面的過程。 十九、支撐期 (Stance phase)：慣用腳著地瞬間至腳尖離地瞬間。 二十、騰空恢復期 (Recovery)：慣用腳推蹬地面後，至非慣用腳推蹬地面之間的過 程。. 13.
(23) 二十一、預先收縮期（Pre-activation）：本研究定義的肌肉預先收縮期為著地前50 毫秒。肌肉預先牽張以儲備彈性能，藉此累積肌肉張力，並使肌肉能提前因應著地 時的衝擊力 (T., Horita & Komi, P & Nicol, Caroline & Kyröläinen, H., 2002)。. 14.
(24) 第貳章 第一節. 文獻探討. 跑步機之運動學相關文獻. 柯柏任與許太彥 (2008) 以受試者個人喜好跑速 40％、60％、80％、100％、 120％、140％與 160％量測運動學參數，發現相同速率因子之下，受試者的跑步 機步態與室外路面步態之運動學參數是相似的。Riley, Dicharry, Franz, Croce,Wilder, 與 Kerrigan (2007) 的研究一共招募 33 名受試者，經篩選後確立各 13 位男、女受 試者於跑步機、室外路面進行實驗，在室外 15 公尺長的跑面時的施測速度採用實 驗參與者選擇自覺舒適的速度，隨後的跑步機上測驗所設定的速率為地面速度的 平均值，而研究結果主要發現在運動學參數中，跑步機上的髖關節屈曲和伸展角 度有達到顯著的差異，但整體運動學參數非常相似。2008 年，Riley 等學者於則是 找來 20 位經常訓練的跑者(每週跑步里程至少 24 公里)，並且測試室外 15 公尺長 的跑道與跑步機上的步態差異，其中室外跑道的施測速度是以個人 10 公里比賽的 配速，而跑步機上測驗所設定的速度為地面速度的平均值，跑步 3 至 5 分鐘後收 取 30 秒的連續步態週期，研究結果發現室外跑道與跑步機的顯著差異在於最大的 膝關節屈曲與伸展角度，其他參數則是非常類似。. 第二節. 跑步經濟性的力學指標. 跑步經濟性(running economy)是指在非最大強度的跑步過程中，人體所 消耗的能量高低情形；在相同的跑步速度下，實驗室跑步會較戶外跑步的能量 消耗較少。 (林信甫與莊泰源，2003)，而 Saunders 等學者於 2004 年指出影響 跑步經濟性的生物力學因素，包含人體測量學、運動學與動力學、柔軟度、地. 15.
(25) 面反作用力等。Barnes 與 Kilding (2015) 指出，影響跑步經濟性的主要生物力 學因素，包括人體測量學特徵 (體重與質量分佈、肢體長度、跟腱力臂 )、跑步 風格、步態模式 (步長與步頻、垂直振幅 、著地模式 )、運動學、動力學、以 及柔軟度等。本研究主要以運動學與肌電學探討跑步參數的各項差異。Moore I. S. 則於 2016 年以系統性回顧彙整出影響跑步經濟性的運動生物力學參數，分 為時空參數(各項造成步態改變的參數，例如著地時間及步幅長度)、運動學(動 作模式，如下肢關節角度)、動力學(形成動作的力、地面反作用力)、神經－肌 肉系統 (肌肉活化程度、共同收縮程度)以及外力因素(運動鞋與跑步介面的影響) 等。. 第三節. 姿勢跑法之相關文獻. Nicholas Romanov 與 Graham Fletcher (2007) 提出重力(Gravity)是跑者支 撐腳向前移動時，身體質量中心產生力矩的引導力。當支撐腳的前蹠部即將離 地時，會產生一個啟動距離(take-off distance)，因而產生前傾角度與身體質心位 移，並透過重力矩與轉動慣量引導身體向前移動。因此，他們推論跑者應透過 重力矩向前傾的慣性順勢移動，而不是主動推蹬地面。. 第參章 第一節. 研究方法 研究對象. 本研究受試者以平時有在進行跑步運動的健康男性為主，分為姿勢跑法組以 及自然跑法組，總計二組每組各七位，但經正式實驗與資料擷取後，篩選淘汰四位 受試者，因此姿勢跑法組以及自然跑法組各五位受試者。受試者須於實驗當日向前 推算六個月，其下肢必須無任何運動傷害，且無罹患高風險疾病(如心血管疾病等)。. 16.
(26) 姿勢跑法組的受試者以出具美國姿勢跑法教練認證之證書、曾經報讀姿勢跑法大 中華區官方課程或曾受姿勢跑法認證教練之指導三個月以上為準；自然跑法組的 受試者則以日常有從事跑步運動的體育相關科系男性為主。. 第二節. 實驗儀器. 研究工具包含健康狀況調查表、受試者同意書、馬丁尺、 JVC 高速攝影機、 Motion Capture Systems (Vicon)、 Delsys Electromyography (EMG)、Magtonic MAG730 跑步機。實驗前進行各項儀器校正與預先測試，以確保儀器能正常運作與顯 示。. 圖 7 姿勢跑法組之實驗器材配置. 17.
(27) 圖 8 自然跑法組之實驗器材配置. 圖 9 跑步機校正方式 橘色標線內緣至黃色標線內緣是為一公尺，以單位時間內的黃色標線反覆. 18.
(28) 通過白色與綠色標線的次數計算速度，並與跑步機儀表板做對照。. 第三節. 實驗流程. 姿勢跑法組別與自然跑法組之實驗地點分別位於國立臺灣師範大學公館校區 的運動生物力學實驗室與國立清華大學南大校區的運動生物力學實驗室。實驗流 程首先將架設實驗器材並對跑步機、攝影機與 VICON 進行校正，接著請受試者填 寫受試者告知同意書(附錄一)與受試者實驗資料紀錄表(附錄二)，並且告知受試者 整個實驗流程以及相關的注意事項，受試者可以無條件隨時中止、退出實驗。所有 受試者需上身赤裸且下身著緊身運動褲，顏色以深色為佳，且沒有任何反光設計為 主，以避免 VICON 攝影機擷取到非反光球之雜訊以及造成後續資料處理之困難。 接著以馬丁尺測量人體之段參數，並在受試者實驗資料紀錄表填寫參數數值， 再於欲黏貼 Delsys 肌電感測器位置之皮膚表面以酒精進行擦拭與簡易清潔，減少 雜訊發生的機率，隨後在黏貼肌電感測器之後，使用透氣貼布以及皮膚膜固定，以 防止動作過程中因活動而脫落或因汗水而產生黏貼不牢靠，進而影響雜訊或不穩 定訊號之可能。 上升坡度定為 0 度，並請受試者穿著運動束褲，且依 Plug-in-Gait 模型(下肢) 為受試者黏貼三維反光球，並在慣用腳之股直肌、脛前肌、股二頭肌與腓腸肌之肌 腹黏貼 Delsys 肌電訊號感測器，且測試個人下肢肌肉最大自主收縮值(MVC)，以 做為標準化的依據，隨後收取一筆靜態(static)資料。接著請受試者在跑步機上熱身 五分鐘，同時確認肌電訊號於熱身期間能正常運作。施測速度依序為 10kph、12kph、 15kph，每種速度跑 1 分鐘與靜態休息 30 秒鐘，並於該期間內同步收取 15 秒影像 與肌電資料。紅外線 Vicon 攝影機的擷取頻率為 250Hz，JVC 攝錄影機的擷取頻 率為 250Hz，EMG 肌電訊號的擷取頻率為 2000Hz。. 19.
(29) 圖 10 Plug-in-Gait Model. 20.
(30) 表 1 反光球黏貼位置表 序號. 英文代碼. 中譯位置. 1. LASI. 左髂骨前上棘. 2. RASI. 右髂骨前上棘. 3. LPSI. 左髂骨後上棘. 4. RPSI. 右髂骨後上棘. 5. LTHI. 左大腿外側. 6. LKNE. 左膝關節外側. 7. LTIB. 左小腿外側. 8. LANK. 左踝關節外側. 9. LHEE. 左腳後腳跟. 10. LTOE. 左腳二三蹠趾關節中間. 11. RTHI. 右大腿外側. 12. RKNE. 右膝關節外側. 13. RTIB. 右小腿外側. 14. RANK. 右踝關節外側. 15. RHEE. 右腳後腳跟. 16. RTOE. 右腳二三蹠趾關節中間. 21.
(31) 第四節. 資料收集與處理. 本研究探討跑步機上三種速度(10, 12, 15km per hour)之肌電學與運動學參數， 以 5 個完整的步態週期作分析。 一、肌電學參數： 本實驗資料是以 2000Hz 擷取穩定 15 秒的肌肉電位訊號值，收取資料時與運 動學使用同步錄製觸發器(Trigger)，使兩者的資料能夠同時開始與結束。收取資料 結束後，將資料匯出成 Microsoft excel csv 檔案格式，並使用肌電訊號軟體 AcqKnowledge 4.1 版 處 理 資 料 。 原 始 肌 電 訊 號 資 料 依 序 經 過 帶 通 濾 波 處 理 (10Hz~450Hz)，接著整流翻正(rectifying)，再以低通濾波(6Hz)平滑處理，得到線性 封包(Linear envelope)，而線性封包的肌電訊號資料再進行均方根處理(root mean square, RMS)得到均方根肌電振幅。均方根肌電振幅除以實驗前所測得之個人最大 肌肉力量自主收縮值進行標準化處理（Robertson et al.,2004；高明峰、陳孟利，2007） 。. 二、運動學參數： 本實驗所使用之紅外線 Vicon 攝影機的擷取頻率為 250Hz，收取空間三維反 光球軌跡資料透過 Vicon Nexus 軟體進行數位化命名(labeling)，並採用 Plug-in-gait model 建立下肢模型，再將資料匯出成 Microsoft excel csv 檔案格式。檔案資料包 含空間中三維反光球軌跡資料、各關節角度等資料。. 第五節. 統計方法. 本研究所測得之運動學及肌電學資料經過分析處理後，使用統計軟體IBM SPSS Statistics 23.0版，採用的是二因子獨立樣本變異數分析考驗(Two way ANOVA) 進行運動學及肌電學參數之差異比較，顯著水準設為. 22. α＝.05。假設參數二因子獨.
(32) 立樣本變異數分析達到主效果分析顯著水準則需進行事後比較 (顏志龍、鄭中平， 2019)。. 第六節 研究架構. 圖11 研究架構. 23.
(33) 第肆章. 研究結果. 第一節. 肌電學參數. 表2 股直肌於預先收縮階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分析 來源. 類型 III 平方和. 自由度. 均方. F. 顯著性. Partial Eta Squared. 組別 速度 組別 * 速度. 618.802 841.693 723.677. 1 2 2. 618.802 420.846 361.839. .445 .303 .261. .511 .741 .773. .018 .025 .021. 誤差 修正後總數. 33336.314 35520.486. 24 29. 1389.013. a. R 平方 = .061（調整的 R 平方 = -.134） 表3 同質性變異數檢定a (股直肌於預先收縮階段的肌電活化程度) F. 自由度 1. 自由度 2. 顯著性. 3.857. 5. 24. .010*. 註：檢定依變數的誤差變異數在群組內相等的虛無假設。 a. 設計：截距 + 組別 + 速度 + 組別 * 速度 股直肌的肌電活化程度(MVC%)在預先收縮階段在10KPH的平均數與標準差方 面，姿勢跑法組為69.74±68.89，自然跑法組為46.77±27.92，姿勢跑法組在平均數 大於自然跑法組；在12KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為46.47±24.55，自 然跑法組為44.19±20.35，姿勢跑法組略大於姿勢跑法組；在15KPH的平均數與標準 差方面，姿勢跑法組為53.82±33.63，自然跑法組為51.84±25.68，姿勢跑法組略大 於自然跑法組。在三種速度之下，姿勢跑法組的肌電活化程度都大於自然跑法組。 股直肌的肌電活化程度在預先收縮階段，依照二因子獨立樣本變異數分析，在 三種不同的速度之下，雖有差異但沒有達到顯著，組別*速度的交互作用 F(2,24)=.261,p=.773，因此組別和速度對股直肌肌電活化程度沒有顯著的交互作用 效果，而Levene’s 同質性變異數檢定則是達到顯著，代表姿勢跑法組與自然跑法 組在股直肌預先收縮階段具有異質性。此外，當SPSS提供局部Eta方形(Partial Eta Squared)作為ANOVA檢定的效果量(以η2符號表示)，若.01≦η2<0.58為小效果；.058. 24.
(34) ≦η2<.138為中效果；.138≦η2是最大效果 (Cohen,J., 1998)，股直肌於預先收縮階 段為小效果量。. 25.
(35) 表 4 股直肌於離地階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分析 類型 III. Partial Eta. 來源. 平方和. 自由度. 均方. F. 顯著性. Squared. 組別. 653.987. 1. 653.987. 1.347. .257. .053. 速度. 163.764. 2. 81.882. .169. .846. .014. 組別 * 速度. 800.316. 2. 400.158. .824. .451. .064. 誤差. 11648.961. 24. 485.373. 修正後總數 13267.028. 29. a. R 平方 = .122（調整的 R 平方 = -.061） 表5 同質性變異數檢定a (股直肌於離地階段的肌電活化程度) F. 自由度 1. 自由度 2. 2.711 5 24 註：檢定依變數的誤差變異數在群組內相等的虛無假設。 a. 設計：截距 + 組別 + 速度 + 組別 * 速度. 顯著性 .044*. 股直肌的肌電活化程度(MVC%)在離地階段在10KPH的平均數與標準差方面， 姿勢跑法組為43.41±41.46，自然跑法組為21.00±9.46，姿勢跑法組在平均數大於 自然跑法組；在12KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為31.53±25.73，自然跑 法組為23.08±9.99，姿勢跑法組大於姿勢跑法組；在15KPH的平均數與標準差方面， 姿勢跑法組為25.78±13.99，自然跑法組為28.62±12.08，姿勢跑法組略小於自然跑 法組。在三種速度之下，除了15KPH外，姿勢跑法組的肌電活化程度都大於自然跑 法組。 股直肌的肌電活化程度在離地階段(推蹬期)，依照二因子獨立樣本變異數分析， 在 三 種不同的速度之下，雖有差異但沒有達到顯著 。組別 *速度的交互作用 F(2,24)=.284,p=.451，因此組別和速度對股直肌肌電活化程度沒有顯著的交互作用 效果，而Levene’s 同質性變異數檢定則是達到顯著，代表姿勢跑法組與自然跑法 組在股直肌離地階段(推蹬期)具有異質性。在效果量方面，組別、速度皆為小效果 量(.01≦η2<0.58)，而組別*速度為中效果量(.058≦η2<.138)。. 26.
(36) 表6. 脛前肌於預先收縮階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分析 來源. 類型 III 平方和. 自由度. 均方. F. 顯著性. Partial Eta Squared. 組別 速度. 120.000 1077.548. 1 2. 120.000 538.774. .610 2.739. .442 .085. .025 .186. 組別 * 速度 92.264 誤差 4721.181 修正後總數 6010.993. 2 24 29. 46.132 196.716. .235. .793. .019. a. R 平方 = .215（調整的 R 平方 = .051）. 表7 同質性變異數檢定a (脛前肌於預先收縮階段的肌電活化程度) F. 自由度 1. 自由度 2. 顯著性. 1.284. 5. 24. .303. 註：檢定依變數的誤差變異數在群組內相等的虛無假設。 a. 設計：截距 + 組別 + 速度 + 組別 * 速度 脛前肌的肌電活化程度(MVC%)在預先收縮階段在10KPH的平均數與標準差 方面，姿勢跑法組為44.44±10.43，自然跑法組為52.28±7.39，姿勢跑法組在平均數 小於自然跑法組；在12KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為47.49±10.65，自 然跑法組為52.29±8.41，姿勢跑法組小於姿勢跑法組；在15KPH的平均數與標準差 方面，姿勢跑法組為62.09±24.69，自然跑法組為61.84±13.72，姿勢跑法組略大於自 然跑法組。在三種速度之下，10KPH與12KPH，自然跑法在預先收縮階段有較高的 肌電活化程度，而15KPH之下，姿勢跑法組略大於自然跑法組。 脛前肌的肌電活化程度在預先收縮階段，依照二因子獨立樣本變異數分析，在 三種不同的速度之下，雖有差異但沒有達到顯著，組別*速度的交互作用 F(2,24)=.235,p=.793，因此組別和速度對脛前肌肌電活化程度沒有顯著的交互作用 效果，而 Levene’s 同質性變異數檢定沒有達到顯著。在效果量方面，組別、組別 *速度為小效果量(.01≦η2<0.58，而速度為大效果量(.138≦η2)。. 27.
(37) 表8. 脛前肌於離地階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分析 來源. 類型 III 平方和. 自由度. 均方. F. 顯著性. Partial Eta Squared. 組別 速度 組別 * 速度. 340.707 876.424 6.731. 1 2 2. 340.707 438.212 3.365. 4.032 5.187 .040. .056 .013* .961. .144 .302 .003. 誤差 修正後總數. 2027.775 3251.637. 24 29. 84.491. a. R 平方 = .376（調整的 R 平方 = .246）. 表9 同質性變異數檢定a (脛前肌於離地階段的肌電活化程度) F. 自由度 1. 自由度 2. 顯著性. .517. 5. 24. .761. 註：檢定依變數的誤差變異數在群組內相等的虛無假設。 a. 設計：截距 + 組別 + 速度 + 組別 * 速度 脛前肌的肌電活化程度(MVC%)在離地階段在10KPH的平均數與標準差方面， 姿勢跑法組為23.14±7.39，自然跑法組為28.74±10.81，姿勢跑法組在平均數小於自 然跑法組；在12KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為25.46±7.63，自然跑法 組為33.37±5.36，姿勢跑法組小於姿勢跑法組；在15KPH的平均數與標準差方面， 姿勢跑法組為35.38±11.49，自然跑法組為42.09±9.36，姿勢跑法組略小於自然跑法 組。在三種速度之下，自然跑法在離地階段皆有較高的肌電活化程度。 脛前肌的肌電活化程度在離地階段(推蹬期)，依照二因子獨立樣本變異數分析， 組別*速度之間的交互作用 F(2,24)=5.187,p=.013達顯著差異，而 Levene’s 同質性 變異數檢定則是沒有達到顯著。由於主效果有達顯著，所以須進行組內差異之事後 比較，本研究使用的事後比較採Tukey HSD方法。. 28.
(38) 表10 事後比較表 (脛前肌於離地階段的肌電活化程度) 95% 信賴區間. 速度. 速度. 平均值差異. (I). (J). (I-J). 標準誤. 顯著性. 下限. 上限. 10. 12. -3.4740. 4.11073. .679. -13.7397. 6.7917. 15. -12.8010*. 4.11073. .013*. -23.0667. -2.5353. 10. 3.4740. 4.11073. .679. -6.7917. 13.7397. 15. -9.3270. 4.11073. .080. -19.5927. .9387. 10. 12.8010*. 4.11073. .013*. 2.5353. 23.0667. 12. 9.3270. 4.11073. .080. -.9387. 19.5927. 12. 15. 註：根據觀察到的平均值。 誤差項是 Mean Square(Error) = 84.491。 *. 平均值差異在 .05 水準顯著。 在Tukey HSD事後比較，組別速度10KPH與15KPH兩者之間相互達到顯著，代 表脛前肌的活化程度在離地階段有明顯的差異。. 29.
(39) 表 11 腓腸肌於預先收縮階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分析 來源. 類型 III 平方和. 自由 度. 均方. F. 顯著性. Partial Eta Squared. 組別. 1770.086. 1. 1770.086. 1.526. .229. .060. 速度 組別 * 速度 誤差 修正後總數. 3568.995 333.326 27846.594 33519.001. 2 2 24 29. 1784.497 166.663 1160.275. 1.538 .144. .235 .867. .114 .012. a. R 平方 = .169（調整的 R 平方 = -.004）. 表12 同質性變異數檢定a (腓腸肌於預先收縮階段的肌電活化程度) F. 自由度 1. 自由度 2. 顯著性. 1.433. 5. 24. .248. 註：檢定依變數的誤差變異數在群組內相等的虛無假設。 a. 設計：截距 + 組別 + 速度 + 組別 * 速度 腓腸肌的肌電活化程度(MVC%)在預先收縮階段在10KPH的平均數與標準差方 面，姿勢跑法組為52.94±39.26，自然跑法組為60.98±21.29，姿勢跑法組在平均數 小於自然跑法組；在12KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為39.60±13.66，自 然跑法組為63.77±24.96，姿勢跑法組小於姿勢跑法組；在15KPH的平均數與標準差 方面，姿勢跑法組為70.07±54.47，自然跑法組為83.94±34.50，姿勢跑法組小於自 然跑法組。在三種速度之下，自然跑法在預先收縮階段皆有較高的肌電活化程度。 腓腸肌的肌電活化程度在預先收縮階段，依照二因子獨立樣本變異數分析，組 別*速度之間的交互作用 F(2,24)=.144, p=.867未達顯著差異，且Levene’s 同質性變 異數檢定皆未達到顯著。在效果量方面，組別為中效果量(.58≦η2<138)；速度為大 效果量(.138≦η2)；組別*速度為小效果量(.01≦η2<0.58)。. 30.
(40) 表 13. 腓腸肌於離地階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分析 類型 III. Partial Eta. 來源. 平方和. 自由度. 均方. F. 顯著性. Squared. 組別. 2496.509. 1. 2496.509. 3.131. .090. .115. 速度. 722.239. 2. 361.119. .453. .641. .036. 組別 * 速度. 189.286. 2. 94.643. .119. .889. .010. 誤差. 19137.239. 24. 797.385. 修正後總數 22545.272. 29. a. R 平方 = .151（調整的 R 平方 = -.026）. 表14 同質性變異數檢定a (腓腸肌於離地階段的肌電活化程度) F. 自由度 1. 自由度 2. 顯著性. 1.786. 5. 24. .154. 檢定依變數的誤差變異數在群組內相等的虛無假設。 a. 設計：截距 + 組別 + 速度 + 組別 * 速度 腓腸肌的肌電活化程度(MVC%)在離地階段在10KPH的平均數與標準差方面， 姿勢跑法組為62.30±44.94，自然跑法組為40.36±18.38，姿勢跑法組在平均數與標準 差大於自然跑法組；在12KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為54.35±23.36， 自然跑法組為52.39±18.66，姿勢跑法組略大於姿勢跑法組；在15KPH的平均數與標 準差方面，姿勢跑法組為60.53±31.14，自然跑法組為49.34±23.71，姿勢跑法組大於 自然跑法組。在三種速度之下，姿勢跑法組在推蹬階段皆有較高的肌電活化程度。 腓腸肌的肌電活化程度在離地階段(推蹬)，依照二因子獨立樣本變異數分析， 組別*速度之間的交互作用 F(2,24)=.144, p=.867未達顯著差異，且Levene’s 同質性 變異數檢定皆未達到顯著。在效果量方面，組別為中效果量(.58≦η2<.138)；速度、 組別*速度為小效果量(.01≦η2<0.58)。. 31.
(41) 表 15 股二頭肌於預先收縮階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分析 類型 III. Partial Eta. 來源. 平方和. 自由度. 均方. F. 顯著性. Squared. 組別. 16.384. 1. 16.384. .048. .828. .002. 速度. 1073.414. 2. 536.707. 1.575. .228. .116. 組別 * 速度. 137.318. 2. 68.659. .201. .819. .017. 誤差. 8180.902. 24. 340.871. 修正後總數. 9408.017. 29. a. R 平方 = .130（調整的 R 平方 = -.051）. 表16 同質性變異數檢定a (股二頭肌於預先收縮階段的肌電活化程度) F. 自由度 1. 自由度 2. 顯著性. .583. 5. 24. .713. 註：檢定依變數的誤差變異數在群組內相等的虛無假設。 a. 設計：截距 + 組別 + 速度 + 組別 * 速度 股二頭肌的肌電活化程度(MVC%)在預先收縮階段在10KPH的平均數與標準 差方面，姿勢跑法組為35.12±15.17，自然跑法組為34.75±15.74，姿勢跑法組在平均 數略大於自然跑法組；在12KPH的平均數方面，姿勢跑法組為42.76±17.76，自然跑 法組為35.57±23.16，自然跑法組大於姿勢跑法組；在15KPH的平均數與標準差方面， 姿勢跑法組為47.64±19.62，自然跑法組為50.76±18.17，自然跑法組略大於自然跑法 組。在三種速度之下，10KPH與12KPH，姿勢跑法組在預先收縮階段皆有較高的肌 電活化程度，而15KPH則是自然跑法組有較高的肌電活化程度。 股二頭肌的肌電活化程度在預先收縮階段，依照二因子獨立樣本變異數分析， 組別*速度之間的交互作用 F(2,24)=.201, p=.819未達顯著差異，且Levene’s 同質性 變異數檢定皆未達到顯著。在效果量方面，組別、組別*速度為小效果量(.01≦ η2<.58)；組別為中效果量(58≦η2<.138)。. 32.
(42) 表 17. 股二頭肌於離地階段的肌電活化程度之二因子獨立樣本變異數分析統計 類型 III. Partial Eta. 來源. 平方和. 自由度. 均方. F. 顯著性. Squared. 組別. 405.978. 1. 405.978. .492. .490. .020. 速度. 378.877. 2. 189.439. .229. .797. .019. 組別 * 速度 1873.265. 2. 936.632. 1.134. .338. .086. 19818.179. 24. 825.757. 修正後總數 22476.299. 29. 誤差. a. R 平方 = .118（調整的 R 平方 = -.065）. 表18 同質性變異數檢定a (股二頭肌於離地縮階段的肌電活化程度) F. 自由度 1. 自由度 2. 顯著性. 3.117. 5. 24. .026*. 註：檢定依變數的誤差變異數在群組內相等的虛無假設。 a. 設計：截距 + 組別 + 速度 + 組別 * 速度 股二頭肌的肌電活化程度(MVC%)在推蹬階段在10KPH的平均數與標準差方面， 姿勢跑法組為26.75±9.08，自然跑法組為41.22±15.74，自然跑法組在平均數與標 準差大於資是跑法組；在12KPH的平均數方面，姿勢跑法組為38.64±17.79，自然跑 法組為24.51±10.44，姿勢跑法組大於自然跑法組；在15KPH的平均數與標準差方面， 姿勢跑法組為51.23±30.17，自然跑法組為28.81±13.81，姿勢跑法組大於自然跑法 組。在三種速度之下，10KPH的自然跑法組在推蹬階段有較高的肌電活化程度，而 12KPH與15KPH，姿勢跑法組有較高的肌電活化程度。 股二頭肌的肌電活化程度在推蹬階段，依照二因子獨立樣本變異數分析，組別 *速度之間的交互作用 F(2,24)=1.134, p=.338未達顯著差異，而Levene’s 同質性變 異數檢定則達到顯著，代表姿勢跑法組與自然跑法組在股二頭肌離地階段(推蹬期) 具有異質性。在效果量方面，組別、速度為小效果量(.01≦η2< .58)；組別*速度為 中效果量(.58≦η2<.138)。. 33.
(43) 第二節. 運動學參數. 表 19 著地瞬間的髖關節角度之二因子獨立樣本變異數分析統計 來源. 類型 III 平方和. 自由度. 均方. F. 顯著性. Partial Eta Squared. 組別 速度 組別 * 速度 誤差 修正後總數. 86.531 33.085 42.139 349.868 511.623. 1 2 2 24 29. 86.531 16.542 21.069 14.578. 5.936 1.135 1.445. .023* .338 .255. .198 .086 .107. 註：a. R 平方 = .316（調整的 R 平方 = .174）. 表20 同質性變異數檢定a (著地瞬間的髖關節角度) F. 自由度 1. 自由度 2. 顯著性. .481. 5. 24. .787. 註：檢定依變數的誤差變異數在群組內相等的虛無假設。 a. 設計：截距 + 組別 + 速度 + 組別 * 速度 著地瞬間的髖關節角度在 10KPH 的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為 28.38 ±1.39，自然跑法組為 30.34±4.75，姿勢跑法組略小於自然跑法組；在 12KPH 的平 均數與標準差方面，姿勢跑法組為 27.66±4.07，自然跑法組為 34.40±3.29，姿勢跑 法組略小於自然跑法組；在 15KPH 的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為 31.15± 3.56，自然跑法組為 32.64±4.77，姿勢跑法組略小於自然跑法組。 著地瞬間的髖關節角度在著地瞬間，依照二因子獨立樣本變異數分析，在三種 不同的速度之下，達到顯著差異，但因組別僅分為自然跑法組與姿勢跑法組，故無 法進行事後比較，而速度、速度*組別則在著地瞬間的髖關節角度未達顯著差異， 而 Levene’s 同質性變異數檢定則是未達到顯著，代表姿勢跑法組與自然跑法組在 著地瞬間的髖關節角度不具有異質性。在效果量方面，組別為大效果量(.138≦η2)， 速度、組別*速度為中效果量(.58≦η2<.138)。. 34.
(44) 表 21 著地瞬間的膝關節角度之統計表二因子獨立樣本變異數分析統計 類型 III 平. Partial Eta. 來源. 方和. 自由度. 均方. F. 顯著性. Squared. 組別. 427.955. 1. 427.955. 15.829. .001*. .397. 速度. 147.947. 2. 73.974. 2.736. .085. .186. 組別 * 速度. 237.025. 2. 118.513. 4.384. .024*. .268. 誤差. 648.851. 24. 27.035. 修正後總數. 1461.779. 29. 註：a. R 平方 = .556（調整的 R 平方 = .464）. 表22 同質性變異數檢定a (著地瞬間的膝關節角度) F. 自由度 1. 自由度 2. 顯著性. 2.776. 5. 24. .041*. 註：檢定依變數的誤差變異數在群組內相等的虛無假設。 a. 設計：截距 + 組別 + 速度 + 組別 * 速度 著地瞬間的膝關節角度在10KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為27.08 ±0.26，自然跑法組為27.07±5.32，姿勢跑法組在平均數大於自然跑法組，然而標準 差較小；在12KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為18.89±0.71，自然跑法組 為32.35±8.56，姿勢跑法組小於自然跑法組，但12KPH平均數小於10KPH平均數， 可能是姿勢跑法受試者在12KPH的關節角度較小的緣故；在15KPH的平均數與標 準差方面，姿勢跑法組為26.27±0.31，自然跑法組為32.50±7.11，姿勢跑法組略小於 自然跑法組。 著地瞬間的膝關節角度在著地瞬間，依照二因子獨立樣本變異數分析，在三種 不同的速度之下，F(1,24)=15.829, p=.001, 組別達到顯著差異。F(2,24)=4.384, p=.024, 組別*速度達到顯著差異，且組別*速度具交互作用。因組別僅分為自然跑法組與姿 勢跑法組，故無法進行事後比較，而速度則在著地瞬間的髖關節角度未達顯著差異， 且Levene’s 同質性變異數檢定達到顯著，代表姿勢跑法組與自然跑法組在著地瞬 間的膝關節角度具有異質性。在效果量方面，組別、速度、組別*速度皆為大效果 量(.138≦η2)。. 35.
(45) 表 23. 著地時的踝關節角度之統計表之二因子獨立樣本變異數分析統計 類型 III. Partial Eta. 來源. 平方和. 自由度. 均方. F. 顯著性. Squared. 組別. 50.775. 1. 50.775. 2.544. .124. .096. 速度. 5.168. 2. 2.584. .129. .879. .011. 組別 * 速度. 235.188. 2. 117.594. 5.892. .008*. .329. 誤差. 479.024. 24. 19.959. 修正後總數. 770.155. 29. 註：a. R 平方 = .378（調整的 R 平方 = .248）. 表24 同質性變異數檢定a (著地瞬間的踝關節角度) F. 自由度 1. 自由度 2. 顯著性. 1.410. 5. 24. .256. 註：檢定依變數的誤差變異數在群組內相等的虛無假設。 a. 設計：截距 + 組別 + 速度 + 組別 * 速度 著地瞬間的踝關節背屈角度在10KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為 20.71±7.03，自然跑法組為12.13±4.03，姿勢跑法組在平均數大於自然跑法組，然而 標準差較小；在12KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為17.91±0.69，自然跑 法組為13.81±6.04，姿勢跑法組大於自然跑法組，但12KPH平均數小於10KPH平均 數；在15KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為12.97±2.49，自然跑法組為 17.85±3.29，姿勢跑法組略大於自然跑法組。 踝關節角度在著地瞬間，依照二因子獨立樣本變異數分析，在三種不同的速度 之下，F(2,24)=5.892, p=.008, 組別*速度達到顯著差異且具交互作用，而組別、速 度則在著地瞬間的踝關節角度未達顯著差異，且Levene’s 同質性變異數檢定達到 顯著，代表姿勢跑法組與自然跑法組在著地瞬間的踝關節角度不具有異質性。在效 果量方面，組別、速度為中效果量(.58≦η2<138)；組別*速度為大效果量(.138≦η2)。. 36.
(46) 表 25. 離地瞬間的髖關節角度之統計表之二因子獨立樣本變異數分析統計 類型 III. Partial Eta. 來源. 平方和. 自由度. 均方. F. 顯著性. Squared. 組別. 4.969. 1. 4.969. .138. .714. .006. 速度. 69.680. 2. 34.840. .964. .396. .074. 組別 * 速度. 146.408. 2. 73.204. 2.026. .154. .144. 誤差. 867.175. 24. 36.132. 總計. 4988.325. 30. 修正後總數. 1088.232. 29. 註：a. R 平方 = .203（調整的 R 平方 = .037）. 表26 同質性變異數檢定a (離地瞬間的髖關節角度) F. 自由度1. 自由度2. 顯著性. 1.995. 5. 24. .116. 註：檢定依變數的誤差變異數在群組內相等的虛無假設。 a. 設計：截距 + 組別 + 速度 + 組別 * 速度 離地瞬間的髖關節伸展角度在10KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為 8.61±6.62，自然跑法組為10.58±6.49，自然跑法組在平均數大於姿勢跑法組；在 12KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為9.97±0.35，自然跑法組為12.61±9.95， 自然跑法組大於姿勢跑法組；在15KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為16.84 ±5.32，自然跑法組為9.79±2.08，姿勢跑法組大於自然跑法組。 髖關節角度在離地瞬間，依照二因子獨立樣本變異數分析，在三種不同的速度 之下，F(2,24)=2.026, p=.154, 組別*速度未達到顯著差異，而組別、速度則在著地 瞬間的踝關節角度未達顯著差異，且Levene’s 同質性變異數檢定達到顯著，代表 姿勢跑法組與自然跑法組在著地瞬間的踝關節角度不具有異質性。在效果量方面， 組別為小效果量(η2<.58)；速度為中效果量(.58≦η2<138)；組別*速度為大效果量 (.138≦η2)。. 37.
(47) 表 27. 離地瞬間的膝關節角度之統計表之二因子獨立樣本變異數分析統計 來源. 類型 III 平方和. 自由度. 均方. F. 顯著性. Partial Eta Squared. 組別 速度 組別 * 速度. 234.686 91.560 6.078. 1 2 2. 234.686 45.780 3.039. 4.373 .853 .057. .047* .439 .945. .154 .066 .005. 誤差 修正後總數. 1287.952 1620.276. 24 29. 53.665. 註：a. R 平方 = .205（調整的 R 平方 = .039）. 表28 同質性變異數檢定a (離地瞬間的膝關節角度) F. 自由度 1. 自由度 2. 顯著性. .976. 5. 24. .452. 註：檢定依變數的誤差變異數在群組內相等的虛無假設。 a. 設計：截距 + 組別 + 速度 + 組別 * 速度 離地瞬間的膝關節角度在10KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為25.08 ±6.86，自然跑法組為29.41±3.75，自然跑法組在平均數大於姿勢跑法組；在12KPH 的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為24.99±6.91，自然跑法組為31.17±12.74，自 然跑法組大於姿勢跑法組；在15KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為20.89± 5.82，自然跑法組為27.17±4.21，自然跑法組大於姿勢跑法組。 膝關節角度在離地瞬間，依照二因子獨立樣本變異數分析，在三種不同的速度 之下，F(1,24)=4.373, p=0.47, 組別達顯著差異，而速度、組別*速度則在著地瞬間 的踝關節角度未達顯著差異。因組別達顯著差異，但只有區分為自然跑法組與姿勢 跑法組，因此無法進行事後比較。在Levene’s 同質性變異數檢定方面，並未達到顯 著，代表姿勢跑法組與自然跑法組在著地瞬間的踝關節角度不具有異質性。在效果 量方面，組別*速度為小效果量(η2<.58)；速度為中效果量(.58≦η2<138)；組別為大 效果量(.138≦η2)。. 38.
(48) 表 29. 離地瞬間的踝關節角度之統計表之二因子獨立樣本變異數分析統計. 來源. 類型 III 平方和. 自由度. 均方. F. 顯著性. Partial Eta Squared. 組別 速度. .059 66.071. 1 2. .059 33.036. .003 1.909. .954 .170. .000 .137. 組別 * 速度 誤差 修正後總數. 2.360 415.273 483.764. 2 24 29. 1.180 17.303. .068. .934. .006. 註：a. R 平方 = .142（調整的 R 平方 = -.037）. 表30 同質性變異數檢定a (離地瞬間的踝關節角度) F. 自由度 1. 自由度 2. 顯著性. 1.161. 5. 24. .357. 註：檢定依變數的誤差變異數在群組內相等的虛無假設。 a. 設計：截距 + 組別 + 速度 + 組別 * 速度 離地瞬間的踝關節蹠屈角度在10KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為 15.17±3.45，自然跑法組為15.88±4.04，自然跑法組在平均數略大於姿勢跑法組；在 12KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為16.87±0.57，自然跑法組為16.14±5.77， 自然跑法組略大於姿勢跑法組；在15KPH的平均數與標準差方面，姿勢跑法組為 19.33±3.28，自然跑法組為18.82±5.59，自然跑法組略大於姿勢跑法組。 膝關節角度在離地瞬間，依照二因子獨立樣本變異數分析，在三種不同的速度 之下，在組別、速度、組別*速度的踝關節角度差異皆未達顯著。在Levene’s 同質 性變異數檢定方面，並未達到顯著，代表姿勢跑法組與自然跑法組在著地瞬間的踝 關節角度不具有異質性。在效果量方面，組別、組別*速度為小效果量(η2<.58)；速 度為中效果量(.58≦η2<138)。. 39.
(49) 第伍章. 討論. 在肌電學方面，本研究著重探討姿勢跑法與自然跑法在預先收縮期與離地推蹬 期的肌肉活化程度，綜整過去研究指出跑步時所增加的肌肉活動有助於肌群的訓 練，同時亦代表跑步對肌群的負荷；相反地，若超乎肌肉負荷則可能導致受傷或存 在受傷之風險(McClay, I., 2000)。姿勢跑法的創始者Nicolas Romanov博士於2011年 主張透過重力與身體前傾角度引導而向前奔跑，以善用外力取代主動使用內力來 達成順暢跑步並避免運動傷害。此外，McClay, Lake與 Cavanagh 三位學者於1990 年利用肌電訊號感測器以每秒500Hz的擷取頻率研究中長跑之跑步步態週期之中 的肌肉活化程度，主要研究探討的是下肢主要的伸肌－股四頭肌在推進期之肌肉 徵召程度，研究結果發現在推進期的站立終期時，下肢的伸肌並沒有被啟動，藉此 說明向前奔跑未必需要主動推蹬，這個研究發現後來被稱為伸肌悖論，姿勢跑法引 述此來強化論述。根據奈奎斯特取樣定理 (Nyquist Theorem)指出奈奎斯特頻率必 須比受量測訊號中相關最高頻率分量高出兩倍，若取樣率越高，取樣波形的解析度 會越高，而細節也會越清楚。因1990年的原始實驗使用500Hz的擷取頻率，且經過 75Hz的高通濾波處理後，可能會過濾掉一些重要的資訊。根據過往的肌電學研究 (葉明杰, 2004)，高通濾波通常為6-10Hz，而過濾一些因電器而引起的雜訊干擾所 設定的頻率為60Hz。此外，原始實驗並未同時收取腓腸肌的肌電訊號，且這並不足 以說明股四頭肌在未作用的情況之下，跑者就無須借助其他肌群的輔助便能自然 以前傾角度所產生的轉動慣量向前推進，以原始實驗的肌電訊號結果來看，無法判 別是否跑步於離地階段能夠不推蹬。本研究的實驗，採取肌電訊號感測器每秒 2000Hz的擷取頻率，在預先收縮階段，姿勢跑法組與 自然跑法組在三種不同的速度(10KPH, 12KPH, 15KPH)之下的各項肌肉(股直肌、 脛前肌、腓腸肌、股二頭肌)活化程度雖有差異，但未達顯著水準；而在離地推蹬. 40.
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