增補低劑量咖啡因對高強度反覆跑步衝刺表現之急性影響

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(1)國立臺灣師範大學運動與休閒學院運動競技學系碩士論文 Department of Athletic Performance College of Sports and Recreation. National Taiwan Normal University Master’s Thesis. 增補低劑量咖啡因對高強度反覆跑步衝刺表現之急性影響 Acute Effect of Low Dose Caffeine Supplementation on Multiple Sprint Running Performance. 方偉業 FONG, Wai-Yip 指導教授：何仁育博士 Advisor: HO, Jen-Yu, Ph.D. 中華民國 109 年 7 月 July 2020.

(2) 謝誌. 回望整個碩士生涯，我非常感激家人支持和給予我來台追尋夢想的機會，同時感謝姐姐們在港照顧父母，使我無後顧之憂地完成學業。希望未來的日子可以取得成就後，回饋家人和社會。首先，我好感謝指導教授何仁育副教授在我修讀碩士期間，給予我好多機會讓我學習。不管是學術和價值觀上都讓我成長，尤其是運動營養方面上，老師為了讓我們有更多機會實踐營養師的職責，特意申請計畫案讓我們有更多機會去接觸選手，令我可以獲得經驗並了解更多專業知識。在學術上，老師令我了解嚴謹和仔細，這些都使我未來職場生涯更有競爭力。另外，我想感謝系上每一個曾經幫助過我的人，因為初來台北，其實有好多台北的地方，文化都與高雄不同，所以剛來台北時讓我感到不適應，但是系上的助教—亮暐老師和郁偉老師不厭其煩地解答我的問題，讓我更快適應系上和台北的文化。除此之外，我好感謝研究伙伴—品博和政宏，在我進行實驗時幫助我完成實驗並打理一些實驗中的瑣事，讓我可以更集中地完成實驗。碩士一路上認識了好多界別的朋友與同學，這些交流中都讓我學習不少另類的知識或想法，讓我明白學海無涯，同時他們都十分關懷我在台生活是否習慣，這些都讓我感受到滿滿的人情味。最後，我好感謝運動競技系給予我修讀碩士的機會，去完成一開始對自己的期許，同時亦讓我了解自己不足的地方，不管在知識和做人價值上自己仍需努力。同時碩士班的所見所聞都是讓我茁壯成長的養份，希望未來可以達成當初自己的期許和人生目標，之後可以回饋母校和社會。. i.

(3) 增補低劑量咖啡因對高強度反覆跑步衝刺表現之急性影響 2020 年 7 月研究生︰方偉業指導教授︰何仁育摘要目的︰本研究旨在探討每公斤體重 3 毫克低劑量咖啡因增補 (caffeine, CAF) 對於高強度反覆跑步衝刺表現之影響。方法︰本研究招募 12 名大專甲組男子籃球員 (年齡︰ 20.1 ± 1.2 歲、身高︰185.6 ± 6.7 公分、體重︰85.6 ± 9.2 公斤)，以雙盲、平衡次序與重複量數進行 CAF 以及同劑量安慰劑 (placebo, PLA) 增補處理，在增補後一小時後進行高強度反覆跑步衝刺測驗 (2 組 12 × 30 m)，反覆衝刺間休息 30 秒，組間休息 4 分鍾，並收集反覆衝刺測驗的平均衝刺時間、最快衝刺時間、最慢衝刺時間、衝刺總時間、疲勞增加率、心跳率和詢問運動自覺程度以及在休息時、增補 1 小時後及衝刺後 3 分鍾檢測血乳酸，以重複量數二因子變異數分析進行統計。結果︰第二組 (共 12 趟) 的平均衝刺時間、疲勞增加率、心跳率以及運動自覺程度，不管 CAF 和 PLA 處理都會比第一組表現 (共 12 趟) 為差。整體平均衝刺時間 CAF 比 PLA 有減少的趨勢 (p=0.55)。整體衝刺的最慢衝刺時間方面，CAF 是短於 PLA (CAF vs PLA, 4.828 ± 0123s vs 4.889 ± 0162s)。在第二組的衝刺平均衝刺時間表現方面中，不論那個區段 CAF 是顯著低於 PLA (CAF vs PLA, 4.675 ± 0148s vs 4.732 ± 0149s)。在第二組衝刺運動自覺程度表現方面，在第一個區段與第二個區段中，CAF 是顯著低於 PLA (CAF vs PLA, 16 ± 3, 18 ± 2 vs 18 ± 3, 19 ± 1)。關於最快衝刺時間、衝刺總時間、疲勞增加率、心跳率以及血乳酸，CAF 與 PLA 均無顯著差異。結論︰每公斤體重 3 毫克低劑量 CAF 增補可能透過運動自覺程度的降低，進而改善第二組高強度反覆跑步衝刺表現，即高強度反覆跑步衝刺的後期表現。. 關鍵字︰高強度間歇訓練、運動增能劑、籃球運動. ii.

(4) Acute Effect of Low Dose Caffeine Supplementation on Multiple Sprint Running Performance July, 2020 Author︰FONG, Wai-Yip Advisor︰HO, Jen-Yu Abstract Purpose: The aim of this study was to examine acute effect of low dose caffeine (3 mg/kg CAF) supplementation on multiple sprint running performance. Methods: Using a double-blind, counter-balanced order, and repeated measures design, 12 male division one college basketball players (Age: 20±1.2, Height(cm): 185.6 ± 6.7, Weight(kg): 85.6 ± 9.2) ingested a gelatin capsule containing either caffeine (3 mg/kg, CAF) or placebo (PLA) 1 hr before performing an indoor multiple sprint running trial (2 sets of 12 × 30 m; repeated at 30-s intervals; 4-min rest intervals between 2 sets). Sprint times were recorded via smart speed PRO and earlobe blood samples were drawn to evaluate rest, pretest and posttest lactate concentrations. Heart rate was monitored continuously throughout the tests, with RPE recording after every sprint. Results: Average sprint time, fatigue, heart rate, and RPE were significantly greater in the 2nd set than in the first set, regardless of supplementation. However, CAF supplementation resulted in a trend reduction of average sprint time (p=.055) and a significant lower of slowest sprint time (p ＜.05; CAF vs PLA, 4.828 ± 0123 s vs 4.889 ± 0162 s). In the 2nd set, the average sprint time of CAF supplementation was significantly lower than PLA supplementation, regardless of stages (CAF vs PLA 4.675 ± 0148 s vs 4.732 ± 0149 s). In addition, RPE of CAF supplementation was significantly lower than PLA supplement in the first and second stage (CAF vs PLA, 16 ± 3, 18 ± 2 vs 18 ± 3, 19 ± 1). In contrast, there were no significant effects of CAF supplementation on fastest sprint time, total sprint time, fatigue, heart rate, and lactate. Conclusion: Low does (3mg/kg) caffeine supplementation can improve average sprint time of second set of multiple sprint running trial by reducing rating of perceived exertion. iii.

(5) Keywords︰high-intensity interval training, ergogenic supplement, basketball. iv.

(6) 目次. 謝誌……………………………………………………………………...……………………..i 中文摘要……………………………………………………………………...……………….ii 英文摘要…………………...…………………………………………………...………….....iii 目次………………………………………………………...………………………...........…..v 表次……………………………………………………………………………….………....viii 圖次…………………………………………………………………………………...............ix. 第壹章緒論…………………………………………………………….….….1 第一節前言……………………………………………..……………………………….1 第二節研究目的………………………………………………….…………………..…4 第三節研究假設………………………………………………….…………………..…5 第四節研究範圍與限制………………………………………...………………………5 第五節研究重要性………………………………………………………………...……5 第六節名詞操作性定義……………………….…………..…………………………....6. 第貳章文獻探討……………………………………………………………...7 第一節咖啡因增補與無氧能力表現……………………….……………..…………....7 第二節低劑量咖啡因增補對高強度反覆跑步衝刺表現的文獻評論……….............10 第三節反覆衝刺間的休息比對咖啡因增補效益之影響探討…………...………......12 第四節文獻總結…………………………………...……..……………………………15. v.

(7) 第参章研究方法…………………………………………………………….17 第一節研究對象…………………………………………………………………….....17 第二節實驗日期與地點……………………………………………………..………...17 第三節實驗設計…………………………………………………………..…………...18 第四節實驗方法與步驟………………………………...………...…………..……….20 第五節實驗控制……………………………………………………………………….26 第六節資料處理與分析……………………………………………..………………...26. 第肆章結果………………………………………………………………….27 第一節受試者基本資料……..…………………………..………………………….....27 第二節高強度反覆跑步衝刺的表現……..………...............................................……28 第三節高強度反覆跑步衝刺時的生理反應……………………………………….…37. 第伍章討論………………………………………………………………….46 第一節低劑量咖啡因增補對高強度反覆跑步衝刺表現之影響….……….…...........46 第二節低劑量咖啡因增補對高強度反覆跑步衝刺時生理指標之影響…………….50 第三節結論與建議………………………………………………………….…………52. 參考文獻……………………………………………………………………….53. 附錄…………………………………………………………………………….58 附錄一健康及訓練情況調查表…………………………………………………….…58. vi.

(8) 附錄二受試者須知……………………………………………….......………………..60 附錄三受試者同意書………………………………………………………………….61 附錄四咖啡因食/飲品成分表…………………………………………………………62 附錄五飲食紀錄表…………………………………………………………….………63 附錄六熟悉期實驗記錄表…………………………………………………….….…...64 附錄七正式實驗紀錄表……………………………………………………..……..….66. vii.

(9) 表次. 表 1 低劑量咖啡因增補對高強度反覆衝刺表現之影響探討………………………….….12 表 2 反覆衝刺間的休息比對咖啡因增補效益之影響探討…………………………….….15 表 3 受試者基本資料.……………………………………………………………………….27. viii.

(10) 圖次. 圖 1 實驗設計圖………………………………………………………………………….….19 圖 2 光閘……………………………………………………………………….…………….20 圖 3 攜帶式血乳酸分析儀……………………….………………………………………….20 圖 4 Polar 無線心跳紀錄錶………………………………………………………....………..20 圖 5 咖啡因粉末與麥芽糊精粉末………………………………………………...………...22 圖 6 實驗處理流程圖………………………………………………………………………..22 圖 7 心率帶配戴位置………………………………………………………………………..23 圖 8 咖啡因與安慰劑處理的平均衝刺時間趨勢…………………………………………..28 圖 9 增補咖啡因與安慰劑處理在第一組，第二組的平均衝刺時間……………………..29 圖 10 第一組衝刺下，不同處理間與不同衝刺趟數下的平均衝刺時間…………………30 圖 11 第二組衝刺下，不同衝刺趟數下的平均衝刺時間………………………………….31 圖 12 第二組衝刺下，不同處理間的平均衝刺時間………………………………………32 圖 13 咖啡因與安慰劑處理在第一組，第二組的最快衝刺時間………….………………33 圖 14 咖啡因與安慰劑處理在第一組，第二組的最慢衝刺時間…………………….……34 圖 15 咖啡因與安慰劑處理在第一組，第二組的衝刺總時間…………………………….35 圖 16 咖啡因與安慰劑處理在第一組，第二組的疲勞增加率……………………………36 圖 17 咖啡因與安慰劑處理的平均心跳率趨勢……………………………………………37 圖 18 咖啡因與安慰劑處理在第一組，第二組的平均心跳率……………………………38 圖 19 第一組衝刺下，不同處理間與不同衝刺趟數下的平均心跳率…………………….39 圖 20 第二組衝刺下，不同處理間與不同衝刺趟數下的平均心跳率…………………….40 圖 21 咖啡因與安慰劑處理的平均運動自覺強度趨勢……………………………………41 圖 22 咖啡因與安慰劑處理在第一組，第二組的平均運動自覺強度……………………42 圖 23 第一組衝刺下，不同處理間與不同衝刺趟數下的平均運動自覺強度……………43 ix.

(11) 圖 24 第二組衝刺下，不同處理間與不同衝刺趟數下的平均運動自覺強度……………44 圖 25 咖啡因與安慰劑處理在不同時間點的血乳酸變化…………………………………45. x.

(12) 第壹章緒論. 第一節前言日常生活中咖啡因 (caffeine, CAF) 廣泛存在於許多食物 (如︰巧克力)、飲品 (如︰咖啡、可樂、運動飲料及茶) 及藥品 (消炎止痛劑、中樞神經興奮劑及體重控制藥品) 中，為容易取得且方便攝取之物質。雖然 CAF 在飲食中並無高度的營養價值，但常被作為運動競賽之增補劑 (ergogenic aid) 並受到運動員的喜愛 (Sökmen et al., 2008)。在 2004 年國際奧林匹克委員會 (International Olympic Committee, IOC) 把 CAF 從禁止使用的物質名單上剔除後 (Astorino & Roberson, 2010)，CAF 更加受到運動員與教練喜愛，使 CAF 成為更普及的運動增補劑。由於 CAF 是一種黃嘌呤化合物 (1,3,7-trimethylxanthine) 為中樞神經興奮劑，透過 CAF 的增補可以減少疲勞、增強認知能力和集中力等 (Glade, 2010)。過去研究結果支持 CAF 增補 (5-9 mg/kg) 可以延緩疲勞的產生並改善有氧運動的表現 (Desbrow et al., 2012; Graham & Spriet, 1995; Graham, 2001; Pasman, Van Baak, Jeukendrup, & De Haan, 1994)。然而，研究結果並沒有發現 CAF 效益具有劑量反應，甚至在高劑量 (9-13 mg/kg) 的增補下會出現副作用，讓受試者產生不良反應 (Evans & Griffiths, 1991; Graham & Spriet, 1995; Karacan et al., 1976; Sökmen et al.,2008)。CAF 劑量反應的研究結果讓學者開始研究增補 CAF 有效劑量之最低閾值，研究結果支持低劑量 CAF 增補 (3-4 mg/kg) 除了保有提升有氧運動表現之增補效果外 (Desbrow et al., 2012; Graham & Spriet, 1995; Pickering & Kiely, 2019; Spriet, 2014)，同時有研究指出攝取 3 mg/kg CAF 後，並不會大幅改變心跳率、兒茶酚胺濃度、血乳酸濃度等生理反應 (Graham & Spriet, 1995)。上述文獻表示低劑量 CAF 增補同樣可以改善有氧運動表現，同時不會給予身體太多生理上負擔。儘管有氧能力是多數運動員所需具備的重要體能，然而在某些運動項目中，特別是團體球類運動項目，有氧能力並非是致勝的唯一關鍵，運動員是否具備高強度運動 (high-intensity exercise) 表現的能力也扮演重要的角色，更是左右比賽勝負的關鍵。而上 1.

(13) 述提到 CAF 是一種中樞神經興奮劑，有學者認為 CAF 會阻斷腺苷酸接受器，影響中樞神經系統，進而提升高強度運動表現 (林文煌，1996；李佳倫、鄭景峰，2011；Astorino & Roberson, 2010)。加上中樞神經系統的活化會增加警覺性和專注力，使運動員的疲勞感覺不易察覺，因而提升高強度運動表現 (Glade, 2010)；此外，CAF 亦能影響血漿中鉀離子濃度，從而潛在地延遲疲勞 (Lindinger, Williams, & Hawke, 1996; Renaud, 2002)。因此，學者開始進一步探討 CAF 增補是否也可以促進高強度運動表現。Turley, Eusse, Thomas, Townsend 與 Morton (2015) 使用 3 mg/kg CAF 增補下進行 30 秒腳踏車衝刺測驗，結果顯示 CAF 能提升功率峰值。Duncan, Dobell, Caygill, Eyre 與 Tallis (2019) 用 5 mg/kg CAF 增補下進行 30 秒手搖車衝刺測驗，研究結果也證實 CAF 增補也可以影響高強度運動表現 (Duncan et al., 2019; Turley et al., 2015; Wiles et al., 1992)。上述提到，在團體球類運動項目中，例如籃球、足球、手球等，運動員是否具備高強度運動 (high-intensity exercise) 表現能力，像是短、中距離的衝刺及短時間反覆衝刺的表現能力，也會左右比賽的勝負。因此，球類運動員在訓練上都會著重高強度運動的體能訓練，例如高強度間歇訓練或高強度反覆衝刺，以提升在比賽場上高強度運動表現。另有研究指出高強度間歇訓練可以有效提升非運動員和運動員的無氧能力 (如：功率峰值) (Hazell, MacPherson, Gravelle, & Lemon, 2010; Monks, Seo, Kim, Jung, & Song, 2017)；並減少過度訓練的風險 (Laursen, 2010)。由此可見高強度反覆衝刺或間歇衝刺對於球類團體運動項目是不可或缺的能力，而具備優異的反覆衝刺能力也能提升體能訓練之效益 (更進一步提升有氧與無氧能力)。儘管過去的文獻已提出 CAF 增補可提升高強度運動 (如：腳踏車衝刺表現)，但對於高強度反覆衝刺是否有同樣的效果？目前針對高強度反覆衝刺表現的研究中，多數使用中劑量 (5-8 mg/kg) CAF 作為主要補增劑量。Glaister 等 (2008) 利用 5 mg/kg CAF 增補，高強度反覆跑步衝刺為單組 12 × 30 m，結果顯示 CAF 顯著改善初期的衝刺表現。Carr, Dawson, Schneiker, Goodman 與 Lay (2008)，利用 6 mg/kg CAF 增補 5 組 6 × 20 m 反覆跑步衝刺，結果顯示 CAF 顯著減少衝刺總時間。以上結果都顯示中劑量 CAF 都能改善高強度反覆衝刺的表現。但目前只有少數文獻是使用低劑量 CAF 增補，且結果呈現不一致 (Collomp, Ahmaidi, Chatard, 2.

(14) Audran, & Prefaut, 1992；Del Coso et al., 2012；Ermolao et al., 2017)。Del Coso 等 (2012) 採用 19 名足球員，使用 3 mg/kg CAF 增補，進行單組 7 × 30 m 反覆跑步衝刺，結果顯示可以增加衝刺時間。但 Ermolao 等 (2017) 研究卻呈現相反結果，採用 12 名足球員，使用 4 mg/kg CAF 增補進行單組 11 × 20 m 反覆跑步衝刺，結果顯示沒有改善衝刺時間。低劑量 CAF 增補是否能改善高強度反覆衝刺的表現，目前研究結果並不一致，還需要更多研究去證實。除了劑量可能會影響 CAF 在提升高強度反覆衝刺的運動表現外，有相關研究指出，高強度反覆跑步衝刺間的休息時間長短也可能會影響 CAF 對高強度反覆跑步衝刺的增補效益 (Carr et al., 2008; Glaister et al., 2008; Lee, Cheng, Lin, & Huang 2012; Paton, Hopkins, & Vollebregt, 2001; Spencer, Bishop, Dawson, & Goodman, 2005)。Paton 等 (2001) 進行單組 10 × 20 m，反覆衝刺間的休息時間為 10 秒 (工作/休息比約 1：3)，在使用 6 mg/kg 的 CAF 增補情況下，卻未能改善衝刺表現。Glaister 等 (2008) 研究卻呈現相反結果，使用 5 mg/kg CAF 增補，高強度反覆跑步衝刺為單組 12 × 30 m；每次衝刺間的休息時間為 35 秒 (工作/休息比約 1：7) 結果顯示 CAF 增補能顯著改善初期的衝刺表現。其後 Lee 等 (2012) 進行反覆衝刺間的不同休息時間對於 CAF 增補效果的影響，使用 6 mg/kg CAF 增補進行腳踏車衝刺，反覆衝刺間的休息時間分別有 90 秒和 20 秒，結果休息 90 秒的功率峰值和平均功率的表現比休息 20 秒高。綜合上述的文獻，衝刺間的休息時間長短會影響磷酸肌酸、三磷酸腺苷 (adenosine triphosphate, ATP) 的再合成 (Glaister, 2005; Holloszy, 1982; Spriet, Lindinger, McKelvie, Heigenhauser, & Jones, 1989)，因此提出高強度反覆衝刺間工作/休息比> 1：5.5 的建議，較可能彰顯出 CAF 對高強度反覆跑步衝刺的增補效益，進而改善高強度運動表現 (Lee et al., 2012)。過去的多數研究，高強度反覆衝刺的測驗方法都以單組衝刺為主，只有少數研究使用多組高強度反覆衝刺；但是球類運動在體能訓練上並不會只進行單組的訓練，多數會進行兩組或以上的訓練 (何正峰、李文志、王錠堯，2008；何正峰、石俊益、詹貴惠、王錠堯，2012)。Carr 等 (2008) 進行 5 組 6 × 20 m 衝刺測驗，然而作者並沒有進一步去分析 CAF 處理是否能繼續改善第二組表現，因此無法確定 CAF 增補效益是否可以延 3.

(15) 續至第二組高強度反覆衝刺訓練的表現。其它相關研究指出，低劑量 CAF 增補下高強度運動 (如︰跑步) 的效益可以高達 5 分鐘，有氧運動則可以維持 60 分鐘 (Graham & Spriet, 1995; Wiles et al., 1992)，基於上述文獻的結果，CAF 能維持部份高強度運動和有氧運動時間，但 CAF 在高強度反覆跑步衝刺增補效益到底可以維持多長時間，又可否改善第二組的高強度反覆衝刺表現，值得去進一步探討。綜合上述的文獻，目前仍不清楚低劑量 CAF 增補對高強度反覆跑步衝刺表現影響的效果為何；此外，反覆衝刺間的休息時間是否會影響到 CAF 增補效益，合適的工作/ 休息比為何，也尚未釐清。基於籃球運動在比賽中經常使用到高強度反覆衝刺，但目前尚無針對籃球員進行相關的研究，因此，本研究希望以籃球運動員為研究對象，探討低劑量 3 mg/kg CAF 對高強度反覆跑步衝刺表現的影響，同時參考 Lee 等 (2012) 建議 (工作/休息比率> 1：5.5 時，可能可以改善 CAF 對高強度運動表現增補效益的建議)，以及 McInnes, Carlson, Jones 與 McKenna (1995) 的研究結果 (籃球比賽中工作/休息比為 1︰ 6)，探討在低劑量 3 mg/kg CAF 增補時，高強度反覆衝刺間的工作/休息比 (1︰6) 是否為合適的比例，希望本研究結果可以給予籃球選手在體能訓練上的建議，更符合比賽的情境，進而提升籃球員在場上的衝刺表現。. 第二節研究目的本研究主要目的在於︰一、低劑量咖啡因增補後對高強度反覆跑步衝刺 (包括高強度反覆衝的總時間、最快衝刺時間、最慢衝刺時間、平均衝刺時間以及疲勞增加率) 的影響。二、低劑量咖啡因增補後可否延續改善第二組的高強度反覆跑步衝刺 (包括高強度反覆衝的總時間、最快衝刺時間、最慢衝刺時間、平均衝刺時間以及疲勞增加率)。. 4.

(16) 第三節研究假設本研究之假設為︰一、低劑量咖啡因增補後，可以改善高強度反覆衝刺的總時間、最快衝刺時間、最慢衝刺時間、平均衝刺時間以及疲勞增加率。二、低劑量咖啡因增補仍可改善第二組高強度反覆衝刺的總時間、最快衝刺時間、最慢衝刺時間、平均衝刺時間以及疲勞增加率。. 第四節研究範圍與限制一、本研究以大專籃球甲組之男性運動員為受試者，因此本研究所得之結果只能推論到相同條件的受試者。二、受試者運動測試前一天的訓練強度和訓練量無法控制，但本研究會要求要受試者維持飲食與生活作息一致，以減少因為訓練強度和訓練量的不同影響高強度反覆衝刺表現的差異。三、本研究無法控制測驗場地的溫度和相對濕度，因此本研究可能會因溫度和相對濕度導致高強度反覆衝刺表現受到影響。. 第五節研究重要性隨著籃球比賽水平的進步，體能教練為了針對選手的體能表現會進行不同訓練，以達到提升選手表現，從而增加獲勝的機會，因此可以利用營養增補的方法，更進一步提升選手訓練時的強度以及效果。而 CAF 已被證實可以改善有氧運動和高強度運動表現，但是當增補劑量過多 (9-13 mg/kg) 時會有副作用，使選手減低增補意願。而目前針對 CAF 對高強度反覆衝刺能力的研究多數以中劑量和單組的衝刺為主，同時並沒有考慮 CAF 增補效益的時間性。除此之外，有文獻證實低劑量 CAF (3-4 mg/kg) 也可以改善有氧運動表現，同時並不會對身體產生太大生理負擔。因此本研究欲探討低劑量 CAF 對 5.

(17) 高強度反覆跑步衝刺能力的影響以及增補效益的時間性，期望本研究結果可以找出增補 CAF 有效劑量之最低閾值和提供體能教練作為籃球體能訓練上的參考，提升訓練時的高強度反覆跑步衝刺能力表現，讓長期的訓練後更能進一步提升無氧能力，最後達到改善選手在比賽場時的運動表現。. 第六節名詞操作性定義一、高強度反覆跑步衝刺測驗是根據過去研究 (Glaister et al., 2008；Lee et al., 2012) 作為基礎加以修改，受試者在過程中穿戴心率錶 (Polar H10, JOHNSON, United States of America)，並在光閘 (Smart Speed PRO, Fusion Sport, United States of America) 中進行 2 組 12 × 30 m 的反覆衝刺。二、疲勞增加率本研究疲勞增加程度的判定，利用各組 12 次衝刺時間進行迴歸方程式；換算出受試者各組衝刺時間斜率代表疲勞增加率。三、平均衝刺時間受試者的 24 次衝刺時間加總後除以 24，作為平均衝刺時間。此外，本研究也會把第一組和第二組的 12 次衝刺時間分別進行計算，得出組別的平均衝刺時間。四、最快衝刺時間受試者 24 次衝刺時間，選取衝刺時間最快，作為最快衝刺時間。此外，本研究也會把第一組和第二組的 12 次衝刺時間分別進行篩選，得出組別的最快衝刺時間。五、最慢衝刺時間受試者 24 次衝刺時間，選取衝刺時間最慢，作為最慢衝刺時間。此外，本研究也會把第一組和第二組的 12 次衝刺時間分別進行篩選，得出組別的最慢衝刺時間。 6.

(18) 第貳章. 文獻探討. 本章主要針對咖啡因增補處理與高強度反覆衝刺運動進行相關文獻的探討，分成以下四個章節進行敘述︰一、咖啡因增補與無氧能力表現；二、低劑量咖啡因增補對高強度反覆跑步衝刺表現的文獻評論；三、反覆衝刺間的休息比對咖啡因增補效益之影響探討；四、文獻總結。. 第一節咖啡因增補與無氧能力表現日常生活中咖啡因 (caffeine, CAF) 廣泛存在於許多食物 (如︰巧克力)、飲品 (如︰咖啡、可樂、運動飲料及茶) 及藥品 (消炎止痛劑、中樞神經興奮劑及體重控制藥品) 中，為容易取得且方便攝取之物質。雖然 CAF 在飲食中並無高度的營養價值，但常被作為運動競賽之增補劑 (ergogenic aid) 並受到運動員的喜愛 (Sökmen et al., 2008)。在 2004 年國際奧林匹克委員會 (international olympic committee, IOC) 把 CAF 從禁止使用的物質名單上剔除後 (Astorino & Roberson, 2010)，CAF 更加受到運動員與教練喜愛，使 CAF 成為更普及的運動增補劑。由於 CAF 是一種黃嘌呤化合物 (1,3,7-trimethylxanthine) 是中樞神經興奮劑，透過 CAF 的增補可以減少疲勞、增強認知能力、增加集中力等 (Glade, 2010)。因此開始研究 CAF 對於不同運動之間的影響。有關 CAF 攝取方法，早期研究大多使用絕對劑量 (如：250～400 mg) CAF 進行增補，但 CAF 吸收和代謝上因個體差異可能干擾實驗結果。因此改以受試者每公斤體重計算 CAF 增補劑量，CAF 在胃部和小腸吸收，攝取後顯示不管男生或女生血漿皆有一致的 CAF 濃度，攝取 1 小時後體內 CAF 濃度為最高，CAF 體內半衰期為 4-6 小時，同時 CAF 是肝臟的細胞色素 P450 系統所代謝 (Graham & Spriet, 1995; Graham, 2001)。過去研究支持 CAF 增補劑 (3-9 mg/kg) 可以改善有氧運動的表現與延緩疲勞的產生 (Desbrow et al., 2012; Graham & Spriet, 1995; Graham, 2001; Pasman et al., 1994)。Pasman 7.

(19) 等 (1994) 增補不同 CAF 劑量 (5 mg/kg，9 mg/kg 以及 13 mg/kg) 在腳踏車有氧運動表現之影響研究，9 個受訓練男生，使用雙盲，隨機重複量數在 1 小時前攝取 CAF 膠囊以及安慰劑處理；進行 80 % 最大功率的耐力測驗，結果腳踏車運動時間和血糖在 CAF 處理顯著比安慰劑處理高，但是不同 CAF 劑量增補並沒有差異。之後 Graham 與 Spriet (1995)，同樣進行不同增補 CAF 劑量 (3 mg/kg，6 mg/kg 以及 9 mg/kg) 招攬了 8 名男性跑步運動者對於跑步耐力的影響，使用雙盲，重複量數在 1 小時前攝取 CAF 以及安慰劑處理，進行最大攝氧量的 85 % 跑步速度到精疲力盡和抽取血液分析 CAF 體內消化吸收情況。結果跑步時間 CAF 處理顯著比安慰劑處理長，不同 CAF 劑量則沒有差異，在攝取 60 分鍾後，體內血漿 CAF，副腎上腺素和腎上腺素等激素濃度到達最高峰。以上研究結果並沒有發現 CAF 效益具有劑量反應 (Desbrow et al., 2012; Graham & Spriet, 1995; Pasman et al., 1994)，甚至在高劑量 (9-13 mg/kg) 的增補後會出現副作用，讓受試者有不良反應 (Evans & Griffiths, 1991; Graham & Spriet, 1995; Karacan et al., 1976; Sökmen et al.,2008)。因此學者開始研究增補 CAF 有效劑量之最低閾值，發現低劑量 CAF 增補 (3-4 mg/kg) 有上述的增補效果 (Desbrow et al., 2012; Graham & Spriet, 1995; Sprite, 2014; Pickering & Kiely, 2019)；同時有研究指出攝取 3 mg/kg CAF 後，並不會大幅改變心跳率、兒茶酚胺濃度、血乳酸濃度等生理反應 (Graham & Spriet, 1995)。上述文獻表示低劑量 CAF 增補同樣可以改善有氧運動表現；同時不會給予身體太多生理上負擔。儘管有氧能力是多數運動員所需具備的重要體能，然而在某些運動項目中，特別是團體球類運動項目 (例如：籃球含有跳躍和衝刺等)，有氧能力並非是致勝的關鍵，運動員是否具備高強度運動 (high-intensity exercise) 表現也扮演重要的角色，更是左右比賽勝負的關鍵。而上述提到 CAF 是一種中樞神經興奮劑，有學者認為 CAF 會抑制磷酸二酯酶 (phosphodiesterase, PDE) 作用令環腺苷酸 (cyclic 3’, 5’AMP, cAMP) 濃度增加；而 PDE 是分解 cAMP 成 5'-腺嘌呤核苷酸 (adenosine 5'-monophosphate, 5' AMP) 的酵素 (林文煌，1996)。而 cAMP 濃度增加可以導致神經傳遞物質釋出和增加運動單位招募，使動作電位頻率加快和讓更多肌肉參與高強度運動，使肌肉收縮速率加快，令到可以肌肉產生更大張力，同時亦可以減少疲勞與改善情緒和警覺性以及增加反應速度 (Astorino 8.

(20) & Roberson, 2010)。此外 CAF 是黃嘌呤化合物，而 CAF 化學結構與細胞膜上的腺苷酸 (adenosine) 結構類似，因此 CAF 可以腺苷酸競爭腺苷酸接受器 (adenosine receptor) (林文煌，1996；李佳倫、鄭景峰，2011)。而腺苷酸接受器有分為 A1 與 A2，CAF 會與腺苷酸 A1 接受器競爭，增加兒茶酚胺 (catecholamine) 生成 (林文煌，1996)。在兒茶酚胺作用下，腎上腺素釋出更多同時胰島素釋出減少，這樣使肝醣分解速率增加，在訓練前和訓練中可以產生更多血糖，導致醣解作用速率上升，產生更多 ATP 生成，提供高強度運動時所使用，改善高強度運動表現 (Desbrow et al., 2012; Graham & Spriet, 1995; Graham, Helge, MacLean, Kiens, & Richter, 2000)。同時阻斷腺苷酸接受器亦會抑制 PDE 的作用，使 cAMP 濃度增加，加強影響中樞神經系統的作用。再者 CAF 能促進鈉-鉀 ATP 酶 (Na+/K+ ATPase) 活性 (Lindinger et al., 1996)。保持血漿中鈉離子 (sodium, Na+) 和鉀離子 (potassium, K+) 的電化學梯度 (Renaud, 2002)，因此透過增強 Na+/K+ ATPase 活性來防止血漿中 K+升高可以為肌肉收縮創造更有利的環境，從而潛在地延遲疲勞。CAF 代謝物 (副黃嘌呤) 已被證明可以通過增加 Na+ / K+ ATPase 的活性來刺激骨骼肌的 K+傳遞 (Clausen, 1996；Renaud, 2002)。Graham 等 (2000) 研究證實 CAF 增補下在最大攝氧量 70 % 運動中可以降低血漿 K+。因此，學者開始進一步探討 CAF 增補是否也可以促進高強度運動表現。Wiles 等 (1992) 使用 3 mg/kg 的 CAF 增補對 1.5 公里跑步的影響。18 名優秀跑者進行 1.5 公里的跑步機測驗，而最後 0.6 公里則是全力衝刺。結果是攝取 CAF 無論在 1.5 公里以及最後衝刺都有顯著改善。Turley 等 (2015) 使用 3 mg/kg CAF 增補下進行 30 秒腳踏車衝刺測驗，結果顯示 CAF 能提升功率峰值。Duncan 等 (2019) 用 5 mg/kg CAF 增補下進行 30 秒手搖車衝刺測驗。以上研究結果也證實 CAF 增補也可以影響高強度運動表現 (Duncan et al., 2019; Turley et al., 2015; Wiles et al., 1992)。. 9.

(21) 第二節低劑量咖啡因增補對高強度反覆跑步衝刺表現的文獻評論在團體球類運動項目中，例如籃球、足球、手球等，運動員是否具備高強度運動 (high-intensity exercise) 表現，像是短、中距離的衝刺及短時間反覆衝刺的表現，也會左右比賽的勝負 (Spencer et al., 2005)。因此，球類運動員在訓練上都會著重高強度運動的體能訓練，例如強度間歇訓練或高強度反覆衝刺，以提升在比賽場上高強度運動表現。另有研究指出高強度間歇訓練可以有效提升非運動員和運動員的無氧能力 (如：功率峰值) (Hazell et al., 2010; Monks et al., 2017)；並減少過度訓練的風險 (Laursen, 2010)。由此可見高強度反覆衝刺或間歇衝刺對於球類團體運動項目是不可或缺的能力，而具備優異的反覆衝刺能力也能提升體能訓練之效益 (更進一步提升有氧與無氧能力)。同時 Girard, Mendez-Villanueva 與 Bishop (2011) 指出高強度反覆衝刺運動 (repeated-sprint exercise) 為單趟衝刺時間小於 10 秒，且每趟衝刺時只有小於 60 秒的休息時間，此種衝刺運動會因恢復時間較短，產生疲勞，導致在數趟衝刺後的運動表現能力下降。儘管過去的文獻已提出 CAF 增補可提升高強度運動 (如：腳踏車衝刺表現) (Duncan et al., 2019; Turley et al., 2015; Wiles et al., 1992)，但對於高強度反覆衝刺是否有同樣的效果又是否可以延緩反覆衝刺時疲勞產生呢？目前針對高強度反覆衝刺表現的研究中，多數使用中劑量 (5-8 mg/kg) CAF 作為主要補增劑量。Glaister 等 (2008) 招募 15 名學生，分別進行 5 mg/kg 的 CAF 增補以及安慰劑處理。以膠囊形式在測試前一小時給予補充，進行單組 12 × 30 m 反覆跑步衝刺，而每次試驗會相隔 4 天，研究結果顯示 CAF 處理的初期衝刺時間顯著比安慰劑處理快。 Carr 等 (2008)，利用 6 mg/kg CAF 增補 5 組 6 × 20 m 反覆跑步衝刺，而每次試驗會相隔 7 天，結果顯示 CAF 顯著減少衝刺總時間。以上結果都顯示中劑量 CAF 都能改善高強度反覆衝刺的表現。但利用低劑量 CAF 是否可以同樣改善高強度反覆跑步衝刺表現？目前只有少數使用低劑量增補高強度反覆衝刺 (Collomp et al., 1992；Del Coso et al., 2012； Ermolao et al.,2017)。早期，Collomp 等 (1992) 則研究低劑量 CAF 增補對於游泳速度的影響，採用 7 名 10.

(22) 一般成人，7 名受訓練經驗成人，分別進行 250 毫克 (4.3mg/kg) 的 CAF 處理和安慰劑處理；進行 2 × 100 m 游泳衝刺，每次衝刺休息 20 分鐘。結果顯示有訓練經驗的受試者游泳速度 CAF 處理顯著比安慰劑處理快，一般人則沒有差異，在血乳酸數據上訓練經驗的受試者是顯著高於安慰劑處理，但在一般受試者卻呈現相反的情況。本研究發現有使用 250 毫克 (4.3 mg/kg) 的 CAF 可以改善高強度反覆衝刺運動的表現。其後，Del Coso 等 (2012)，使用無糖能量飲料 (3 mg/kg CAF) 增補 19 名足球員表現研究。其中進行單組 7 × 30 m 反覆跑步衝刺，每次衝刺休息 30 秒，最大跳躍測試以及 2 × 40 分鐘的模擬比賽；結果發現 CAF 均可改善最快衝刺時間，跳躍高度及比賽時跑步距離。但是 Ermolao 等 (2017) 研究卻呈現相反結果，採用 12 名足球員，分別進行 4 mg/kg CAF 以及安慰劑處理，混入 500 毫升水製備以成，並在測驗前一小時給予受試者服用。進行單組 11 × 20 m 反覆跑步衝刺，每次衝刺休息 20 秒。結果顯示處理間的衝刺總時間，平均衝刺時間是沒有差異。低劑量 CAF 增補是否能改善高強度反覆衝刺的表現，目前研究結果並不一致，還需要更多研究去證實。綜合上述文獻的探討，除了劑量可能會影響 CAF 在提升高強度反覆衝刺的運動表現外，有相關研究指出，高強度反覆衝刺間的休息時間長短也可能會影響 CAF 對高強度反覆衝刺的增補效益 (Carr et al., 2008; Glaister et al., 2008; Lee et al., 2012; Paton et al., 2001; Spencer et al., 2005)。. 11.

(23) 表 1 低劑量咖啡因增補對高強度反覆衝刺表現之影響探討作者/年代. 對象. Collomp 等. 7 名游泳訓練者. 劑量. 測試方法. 結果. 2 組的 100 m. ↑游泳訓練者. 游泳衝刺. 游泳速度. 12 × 30 m 反覆. ↑CAF 處理衝. 跑步衝刺. 刺速度. 5 組的 6 × 20 m. ↓CAF 處理衝. 反覆跑步衝刺. 刺總時間. 7 × 30 m 反覆. ↑最快衝刺速. (2012). 跑步衝刺. 度. Ermolao 等. 11 × 20 m 反覆. 4.3 mg/kg (1992). 7 名非訓練者. Glaister 等 15 名學生. 5 mg/kg. (2008) 10 名訓練和比賽 Carr 等(2008). 6 mg/kg 背景的學生. Del Coso 等 19 名足球員. 12 名足球運動員. 3 mg/kg. - 衝刺總時間 - 平均衝刺時. 4 mg/kg 跑步衝刺. (2017). 間註︰↑顯著提升；↓顯著下降；- 無顯著差異. 第三節反覆衝刺間的休息比對咖啡因增補效益之影響探討在增補 CAF 高強度反覆衝刺測驗的方法都不一樣，包括衝刺次數、距離、休息時間等......除了 CAF 劑量對運動表現影響外，有相關研究指出高強度反覆衝刺間的休息時間長短都會影響高強度反覆衝刺表現 (Carr et al., 2008; Ermolao et al., 2017; Glaister et al., 2008; Lee et al., 2012; Paton et al., 2001)。Paton 等 (2001) 進行 6 mg/kg CAF 增補高強度反覆衝刺。招募 16 名具有團體運動員，進行單組 10 × 20 m 反覆跑步衝刺，每次衝刺休息 10 秒 (工作/休息比例約 1：3)，而每次試驗會相隔 2-3 天。結果顯示 CAF 處理和安慰劑處理在單次衝刺時間，衝刺總時間沒有差異。作者認為衝刺越快時所產生代謝廢物亦都會同時增加，加快疲勞出現，導致 CAF 作用減少。因此 Glaister 等 (2008) 利用 5 mg/kg CAF 增補，並把衝刺距離增加為單組 12 × 30 m 反覆跑步衝刺，每次衝刺休息增 12.

(24) 加為 35 秒 (工作/休息比例約 1：7)，而每次試驗會相隔 4 天，反而結果顯示 CAF 處理的有顯著改善初期衝刺時間。後來，學者開始進行不同休息比對於反覆衝刺的影響。Carr 等 (2008) 進行不同休息比下對於高強度反覆跑步衝刺表現影響。當中特別的是增加衝刺的組數，進行 6 mg/kg CAF 增補 5 組的 6 × 20 m 反覆跑步衝刺；但每次衝刺休息則分為 25 秒和 60 秒 (工作/ 休息比例約 1：5 和 1：12)，組間休息 4 分鐘，而每次試驗會相隔 7 天。結果顯示不管在 25 秒和 60 秒的 CAF 處理的衝刺總時間顯著比安慰劑處理快而可以改善到第二組和第三組表現。而作者認為休息時間長短會影響高強度反覆衝刺運動的表現同時認為 CAF 會增加醣解作用的速率導致產生更多 ATP 生成，提升高強度反覆衝刺表現。另外，Lee 等 (2012) 進行類似的研究，結果與上述研究結果類似。綜合上述文獻證實，反覆衝刺間的休息時間對高強度反覆衝刺表現有舉足輕重的效果影響。學者認為反覆衝刺間的休息時間長短會影響醣解作用或是磷酸肌酸、ATP 再合成作用，甚至或許影響肝臟代謝乳酸，阻礙肌肉肝醣分解，以上因素影響 CAF 增補高強度反覆衝刺表現效果 (Carr et al., 2008; Lee et al., 2012)。從以上文獻觀察當反覆衝刺間的休息時間不足時 (＜25 秒，休息比＜1：5) CAF 增補對高強度反覆跑步衝刺表現則沒有幫助，反觀當反覆衝刺間的休息時間增加 (≥25 秒，休息比≥1：5) 時，CAF 增補效果就可以改善高強度反覆衝刺初期表現，但是當高強度反覆衝刺的總時間逐漸累積下， CAF 增補益處又會因為疲勞感的產生，CAF 無法有效改善反覆衝刺的後期表現。最後 Lee 等 (2012) 建議工作/休息比率>1：5.5 時，CAF 可能改善高強度反覆衝刺表現。因為有足夠時間可以使磷酸肌酸、ATP 再合成。然而目前各研究所使用工作/休息比不盡相同，可能是造成研究結果不同的原因。因此是否可以透過改變反覆衝刺間的休息時間改善低劑量 CAF 增補效益？過去的多數研究，高強度反覆衝刺的測驗方法都以單組衝刺為主，只有少數研究使用多組高強度反覆衝刺；但是球類運動在體能訓練上並不會只進行單組的訓練，多數會進行兩組或以上的訓練 (何正峰等，2008；何正峰等，2012)。Carr 等 (2008) 是使用 5 組的 6 × 20 m 衝刺，然而作者並沒有進一步去分析衝刺組數間的成績是否有差異，因 13.

(25) 此無法確定 CAF 增補效益是否可以延續第二組訓練的表現。有相關研究指出低劑量 CAF 增補可以維持高強度運動和有氧運動時間的有效性，Graham 與 Spriet (1995)，同樣進行 3 mg/kg CAF 增補對於跑步耐力的影響，招攬了 8 名男性跑步運動者進行跑步耐力測驗，進行最大攝氧量的 85 % 跑步速度到精疲力盡，結果 CAF 跑步時間可以維持 60 分鍾。 Wiles 等(1992) 使用 3 mg/kg 的 CAF 增補對 1.5 公里跑步的影響，18 名優秀跑者進行 1.5 公里的跑步機測驗，最後 0.6 公里則是全力衝刺。結果攝取 CAF 處理在 1.5 公里完成時間約 5 分鍾。基於上述文獻結果，CAF 可以維持部份高強度運動和有氧運動時間，但 CAF 在高強度反覆衝刺增補效益到底可以維持多長時間，又可否改善高強度反覆衝刺第二組表現呢，值得去進一步探討。由於本次研究對象為籃球員，而過去的反覆衝刺研究對象都是團體運動為主，因此必須考量籃球專項性的因素，所以考量實際籃球比賽的工作/休息比率，符合實際情境下訓練。McInnes 等 (1995) 籃球比賽分析得出一場職業籃球比賽中平均出現 345 次低，中，高強度衝刺，其中高強度衝刺佔了 63 ± 33 次 (高強度衝刺約佔整體衝刺的 18%，衝刺總時間為 126 秒) 而換算後高強度衝刺的工作/休息比率為 1：6，同時籃球員平均每 21 秒就會有一次衝刺，而持續時間很短，大約 2 到 6 秒；而換算後高強度衝刺的工作/休息比率為 1：5 (Narazaki, Berg, Stergiou, & Chen, 2009)。因此這次反覆衝刺測驗方法衝刺時間和工作/休息比會參考上述數據設定 (McInnes et al., 1995; Narazaki et al., 2009)。. 14.

(26) 表 2 反覆衝刺間的休息比對咖啡因增補效益之影響探討反覆衝刺間作者/年代. 對象. 劑量. 測試方法. 結果. 10 × 20 m 反覆. - 衝刺總時. 休息比 Paton 等. 16 名球類運. (2001). 動員. 跑步衝刺. Glaister 等. 15 名有訓練. 12 × 30 m 反覆. ↑CAF 處理. (2008). 經驗的學生. 跑步衝刺. 衝刺速度. 5 組的 6 × 20 m. ↓CAF 處理. 反覆跑步衝刺. 衝刺總時間. 1︰3. 6 mg/kg. 間. 1︰7. 5 mg/kg. 10 名訓練和. 1：5. 比賽背景的. 和. Carr 等 6 mg/kg. (2008). 1：12. 學生. ↑CAF 處理 Lee 等. 1：5. 2 組 4 秒 × 12. 和. 反覆腳踏車衝. 14 名業餘運. 功率峰值 6 mg/kg. (2012). 動員. ↑CAF 處理 1：22.5. 刺平均功率. 註︰↑顯著提升；↓顯著下降；- 無顯著差異. 第四節文獻總結透過以上文獻探討，可以歸納以下幾點：一、從上述研究發現，有氧運動使用 CAF 增補並沒有劑量反應，低劑量 CAF 增補可以改善有氧運動的表現；而高強度運動下低劑量增補亦可以改善運動表現。而生理機轉主要是透過影響中樞神經系統和阻斷腺苷酸接受器；使得增加神經傳遞物質釋出和增加運動單位招募，使動作電位頻率加快和讓更多肌肉參與高強度運動，使肌肉收縮速率加快。同時增加醣解作用速率上升，產生更多 ATP 生成。以及增加鉀離子 15.

(27) 進入細胞中，維持電化學梯度，達到延遲肌肉疲勞。二、在高強度反覆衝刺下 CAF 增補多數是使用 5-6 mg/kg 作為主要補增劑量，以目前只有少數研究是使用低劑量增補 (少於 4 mg/kg)。所以低劑量增補是否同樣可以改善高強度反覆跑步衝刺表現？以及若有效益下，又可以維持多少時間或第二組表現。三、反覆衝刺間的休息時間多寡會影響醣解作用或是磷酸肌酸、ATP 再合成作用，甚至或許影響肝臟代謝乳酸，阻礙肌肉肝醣分解。而反覆衝刺間的休息時間最好是≥ 25 秒或工作/休息比例≥ 1：5；而籃球的工作/休息比例為 1：5 ~ 6。. 16.

(28) 第參章. 研究方法. 第一節研究對象本研究招募自願參與且健康情況良好之 12 名大專籃球甲組之男性運動員。實驗開始前，每位受試者均須填寫健康狀況調查表 (附錄一)，受試者須知 (附錄二)，並簽署受試者同意書 (附錄三)，以保障受試者權益，實驗期間並隨時回答受試者疑問。本研究主要排除條件︰一、有抽菸之習慣者 (會加速 CAF 代謝速率，Nehlig, 2018)。二、目前有服用處方藥或其他成藥。三、罹患心血管等疾病。四、已知下肢傷害者。符合本研究條件且同意參加本研究之所有受試者，於實驗前 48 小時至實驗完成期間，除依規定增補本研究提供 CAF 膠囊或安慰劑外，不得使用藥物、營養增補品、以及含有酒精和 CAF 的食物和飲料，相關食/飲品之咖啡因含量 (附錄四)。第二次熟悉期前一天填寫每日飲食紀錄表 (附錄五)，要求受試者的第一，二次實驗處理前一天飲食要與熟悉期前一天相同；並會利用問卷了解受試者日常 CAF 攝取情況。同時不得做額外的激烈運動，並確保正常生活作息與飲食。. 第二節實驗日期與地點招募受試者日期︰民國 109 年 3 月 1 日至民國 109 年 3 月 31 日。正式實驗日期︰民國 109 年 4 月 1 日至民國 109 年 6 月 5 日。實驗地點︰咖啡因增補與血乳酸採取地點為國立臺灣師範大學公館校區運動生理實驗室。另外，高強度反覆跑步衝刺測驗也將在體育運動大樓室內操場進行。. 17.

(29) 第三節實驗設計本實驗採用雙盲 (double blind)、平衡次序 (counter-balanced order) 與重覆量數 (repeated measures) 的實驗設計，探討補充低劑量 CAF (3 mg/kg) 對於 2 組 12 × 30 m 的高強度反覆跑步衝刺表現的影響。 12 名籃球員在完成實驗熟悉期間隔 72 小時後以平衡次序隨機分配進行兩種實驗處理分別為安慰劑 (PLA)、低劑量 CAF。每次的正式處理會在一小時前服用膠囊後進行 2 組 12 × 30 m 反覆跑步衝刺，衝刺休息時間 30 秒；組間休息 4 分鍾 (衝刺方法以 Glaister et al., 2008; Lee et al., 2012; McInnes et al., 1995 所制訂，以符合籃球專項) 並透過光閘收集衝刺時間，Polar 無線心跳紀錄錶與攜帶式血乳酸分析儀會在不同時間點下紀錄心跳率、運動自覺強度以及血乳酸；受試者會休息 4 天 (Glaister et al., 2008) 然後依平衡次序進行另一個實驗處理。全部實驗完成後，進行統計分析與資料處理 (圖 1 所示)。. 18.

(30) 圖 1 實驗設計圖註︰PLA (placebo)，安慰劑處理；CAF，低劑量咖啡因 (3 mg/kg)。. 19.

(31) 第四節實驗方法與步驟本研究包括 2 次的熟悉試驗與 2 次的實驗處理，實驗處理分別為 1 次的安慰劑處理 (PLA) 和 1 次的咖啡因增補處理 (CAF)，實驗處理間隔至少 96 小時，以避免 CAF 的效果和身體狀況影響數據。一、實驗前準備階段 (一) 儀器校正 1.. 光閘 (Smart Speed PRO, Fusion Sport, United States of America)︰利用此光閘 (圖 2 所示) 來執行測量 12 × 30 m 高強度反覆跑步衝刺時間。並利用碼錶進行時間校正。在 0 m 與 30 m 放置光閘。. 2.. 攜帶式血乳酸分析儀 (Lactate ProTM2, Arkray Inc, Japan)︰利用此攜帶式血乳酸分析儀 (圖 3 所示) 來執行血乳酸的測量，並請廠商校正儀器。使用前依操作手冊所列之程序與方法進行校正。. 3.. Polar 無線心跳紀錄錶 (Polar H10, JOHNSON, United States of America)︰利用此儀器 (圖 4 所示) 來執行收集 12 × 30 m 反覆衝刺時間整段時間的心跳率，並請廠商校正儀器。使用前依操作手冊所列之方法進行校正。. (二) 相關表格準備「健康狀況調查表」、「受試者須知」、「受試者同意書」 (附錄一，二，三)、熟悉期與實驗記錄表 (附錄六) 所需表格之準備。. 圖 2 光閘. 圖 3 攜帶式血乳酸分析儀 20. 圖 4 Polar 無線心跳紀錄錶.

(32) 二、實驗熟悉期 (familiarization) 參與者在開始進行正式實驗處理之前，必需先進行 2 次的熟悉期，除了熟悉測驗之內容與流程外，主要是在進行 2 組 12 × 30 m 高強度反覆跑步衝刺時，能夠了解整個測驗流程，最主要的目的是降低任何學習效應 (learning effect) 可能影響到研究的結果。在熟悉期過程中，參與者先測量身高、體重，並教導參與者如何使運動自覺強度量表 (Borg, 1982)。接著，在進行完標準化的熱身活動再進行 2 組 12 × 30 m 反覆跑步衝刺練習。 (一) 熟悉標準化熱身內容為 400 m 慢跑，5 分鐘的動態伸展與 2 次 30 %、50 %、70 %和 100 % 全力衝刺。動態伸展活動著重於衝刺時會使用到之主要肌群，包括步行舉膝 (walking knee lift)、股四頭肌伸展 (quadriceps stretch)、直腿伸展 (straight-leg march)、弓步側身伸展過頭 (lunge with overhead side reach) 與深蹲 (squat)。完成後，再給予 5 分鐘休息時間讓受試者準備。以上標準化熱身會在正式實驗處理前進行。 (二) 熟悉 2 組 12 × 30 m 高強度反覆跑步衝刺測驗當 5 分鐘休息時間結束前 1 分鍾，會請受試者站在起跑線上，當休息時間結束後會讀出 3，2，1，GO 的指令，當聽到 GO 時受試者就要馬上衝刺。休息前 10 秒，會請受試者準備站在線上，同樣會讀出 3，2，1，GO 的指令。受試者會反覆衝刺 2 組 12 × 30 m 反覆衝刺，組間休息 4 分鐘，藉由練習減少正式實驗受到學習效果的影響。其中第二次的熟悉期的 2 組 12 × 30 m 反覆跑步衝刺測驗會作為前測數據。三、製備膠囊以受試者在熟悉期所測量的體重為 PLA 和 CAF 3 的劑量計算所需要的劑量；劑量計算完畢後，會由非實驗人員製備膠囊，放在膠盒中並標記 A，B。本研究所使用 CAF (Sigma-Aldrich, Sydney, USA) (圖 5 所示)，以及安慰劑 (Maltodextrin, Sentosa, Taiwan) (圖 5 所示)，使用麥芽糊精 (Glaister et al., 2008; Lee et al., 2012)。 21.

(33) 以及麥芽糊精化學結構擁有無法被人體消化酵素消化的鍵結，所以進到小腸後也不易被人體小腸中吸收，因此本研究才會採用麥芽糊精為安慰劑。. 圖 5 咖啡因粉末與麥芽糊精粉末四、正式實驗處理每次實驗處理的流程 (圖 6 所示)，受試者報到後，先量測身高與體重，隨即配戴儀器並收集安靜臥姿的實驗數據，隨後服用膠囊休息 1 小時後 (休息 1 小時是參考 Graham 與 Spriet (1995) 的研究結果，攝取 3 mg/kg CAF 1 小時後體內 CAF 和兒茶酚胺濃度為最高)，完成所指定的 2 組 12 × 30 m 反覆跑步衝刺測驗，詳細的流程說明與測驗說明如下︰. 圖 6 實驗處理流程圖註︰PLA (placebo)，安慰劑處理；CAF (caffeine)，自變項；RPE (rating of perceived exertion)，運動自覺強度。 22.

(34) (一) Polar 無線心跳紀錄錶心率帶配戴於受試者胸骨下端與左右第 5 根肋骨處 (圖 7 所示)，再將 Polar 無線心跳率發報器放在該位置，並請受試者戴上手錶，使研究者方便觀察與監控。當受試者配戴儀器後會臥姿休息 10 分鐘，10 分鐘後會抽取第一次血乳酸、詢問運動自覺強度與紀錄心跳率時間點。受試者會服用 CAF 3 或 PLA 的膠囊並休息 1 小時。1 小時結束後會抽取第二次血乳酸、詢問運動自覺強度與紀錄心跳率時間點。. 圖 7 心率帶配戴位置 (二) 2 組 12 × 30 m 高強度反覆跑步衝刺高強度反覆跑步衝刺測驗方法是根據 McInnes 等 (1995) 的籃球高強度衝刺總時間和工作/休息比為 1︰6 的前提下，利用 Glaister 等 (2008) 測驗方法為基礎，把高強度反覆跑步衝刺測驗從一組增加到兩組和改變工作/休息比而符合上述籃球專項數據，而組間休息時間是根據 Lee 等 (2012) 所訂定。受試者會進行標準化熱身，再給予 5 分鐘休息時間讓受試者準備。當 5 分鐘休息時間結束前 1 分鍾，會請受試者站在起跑線上，當休息時間結束前 3 秒會讀出 3，2， 1，GO 的指令，當聽到 GO 時受試者就要馬上衝刺。休息前 10 秒，會請受試者準備站在線上，同樣會讀出 3，2，1，GO 的指令。受試者會反覆衝刺 12 趟， 23.

(35) 衝刺中會鼓勵受試者，每趟衝刺後受試者會休息 30 秒，並會紀錄衝刺時間，心跳率和詢問受試者運動自覺強度。當第 1 組 12 × 30 m 高強度反覆跑步衝刺結束後，會有 4 分鍾休息時間，當剩下 30 秒時會請受試者在起跑線前準備，當休息時間結束前 3 秒會讀出 3， 2，1，GO 的指令，當聽到 GO 時受試者就要馬上衝刺。每趟衝刺後會紀錄衝刺時間和心跳率時間點和詢問受試者運動自覺強度。衝刺結束後 3 分鍾會抽取第三次血乳酸。五、資料分析 (一) 平均衝刺時間受試者的 24 趟衝刺時間加總後除以 24，作為整體衝刺的平均衝刺時間。此外，本研究也會把第一組和第二組的 12 趟衝刺時間分別以 1-4 趟、5-8 趟和 9-12 趟進行計算，得出不同組數衝刺時平均衝刺時間，以平均值和標準差顯示。 (二) 衝刺總時間受試者的 24 趟衝刺時間進行加總計算。此外，本研究也會把第一組和第二組的 12 趟衝刺時間分別進行計算，得出組數的衝刺總時間，以平均值和標準差顯示。 (三) 最快衝刺時間受試者 24 趟衝刺時間，選取衝刺時間最快，作為最快衝刺時間。此外，本研究也會把第一組和第二組的 12 趟衝刺時間分別進行篩選，得出組數的最快衝刺時間，以平均值和標準差顯示。 (四) 最慢衝刺時間受試者 24 趟衝刺時間，選取衝刺時間最慢，作為最慢衝刺時間。此外，本研究也會把第一組和第二組的 12 趟衝刺時間分別進行篩選，得出組數的最慢衝刺時間，以平均值和標準差顯示。. 24.

(36) (五) 疲勞增加率利用各組 12 趟衝刺時間進行迴歸方程式；換算出受試者各組衝刺時間斜率代表疲勞增加率。 (六) 心跳率 (HR) 會將整段心跳率輸出進行分析，而紀錄心跳率時間有受試者配戴完儀器後，採臥姿休息 10 分鍾後，休息後，紀錄受試者臥姿休息狀態下的時間點；紀錄心跳率的時間點尚有︰服用膠囊 1 小時後與每趟衝刺後。每趟心跳率是以衝刺後休息 30 秒中的 10 到 15 秒平均值。受試者的 24 趟心跳率加總後除以 24，作為整體衝刺時平均心跳率。此外，本研究也會把第一組和第二組的第 4，8，12 趟心跳率分別進行計算，得出不同組數衝刺時的平均心跳率，以平均值和標準差所顯示。 (七) 運動自覺程度 (RPE) 受試者配戴完儀器後，採臥姿休息 10 分鍾後，休息後，詢問受試者臥姿休息狀態下的 RPE；詢問 RPE 的其餘時間點尚有︰服用膠囊 1 小時後與每趟衝刺後。受試者的 24 趟 RPE 加總後除以 24，作為整體衝刺時平均 RPE。此外，本研究也會把第一組和第二組的 12 趟 RPE 分別進行計算，分別以 1-4 趟、 5-8 趟和 9-12 趟進行計算，得出不同組數衝刺時平均 RPE，以平均值和標準差所顯示。 (八) 血乳酸受試者配戴完儀器後，採臥姿休息 10 分鍾後，休息後，採集受試者臥姿休息狀態下的血乳酸；採集血乳酸的其餘時間點尚有︰增補 1 小時後與衝刺結束 3 分鍾。. 25.

(37) 第五節實驗控制在實驗期間，受試者會被要求其在未來正式的實驗處理時，確實遵守以下項目︰ 1.. 實驗前 24 小時不可從事訓練或其他激烈的運動。. 2.. 實驗期間不可攝取任何含有咖啡因食物和飲料 (附錄四)、不可喝酒、不可吃任何藥品或營養食品。. 3.. 實驗期間依您食用平常習慣之飲食。. 4.. 實驗前一天睡眠時間睡滿 7 小時或以上，水份攝取要 2000 毫升以上。. 5.. 實驗前一天飲食需要與前測前一天飲食一致。. 6.. 每次實驗前需禁食 3 小時以上 (可喝水)。. 7.. 每次實驗服裝和鞋子都必須相同。. 第六節資料處理與統計方法本研究之各項資料以電腦統計軟體 SPSS 23.0 版本 (IBM SPSS Statistics for Window, Version 23.0, SPSS Inc., U.S)，統計顯著水準設為 α =.05。統計分析方法如下︰一、以描述性統計 (平均值 ± 標準差) 呈現實驗收集到的數據。二、以二因子重複量數變異數分析 (two-way ANOVA, mixed design) (處理[2] × 組數[2]) 檢定咖啡因和安慰劑在第一組及第二組 12 × 30 m 高強度反覆跑步衝刺表現的差異 (包括反覆衝刺總時間、最快衝刺時間、最慢衝刺時間、平均衝刺時間以及疲勞增加率)、血乳酸濃度、運動自覺強度以及心跳率，當交互作用達顯著差異時，將進一步考驗單純主要效果，並以 Bonferroni 法進行事後比較。三、以二因子重複量數變異數分析 (two-way ANOVA, mixed design) (處理[2] × 衝刺趟數[3]) 檢定咖啡因和安慰劑在單組每 4 趟平均衝刺時間以及不同趟數時心跳率、運動自覺強度和血乳酸濃度是否有顯著差異。當交互作用達顯著差異時，將進一步考驗單純主要效果，並以 Bonferroni 法進行事後比較。若球形檢定達顯著差異時，以 Greenhouse-Geisser 調整自由度。 26.

(38) 第肆章. 結果. 本研究之資料經統計處理後，所得之結果呈現於本章，分為第一節、受試者基本資料；第二節、高強度反覆跑步衝刺的表現；第三節、低劑量咖啡因增補對高強度反覆跑步衝刺時生理指標之影響等 3 個部分進行敘述。. 第一節受試者基本資料本研究以 12 名自願參與本實驗之大專甲組男子籃球員為研究受試者，以雙盲 (double blind)、平衡次序 (counter-balanced order) 與重覆量數 (repeated measures) 參與 CAF 和 PLA 增補對 2 組 12 × 30 m 高強度反覆跑步衝刺表現的實驗；受試者基本資料表 3 所示。表3. 受試者基本資料基本資料. 年齡 (歲). 20.1 ± 1.2. 身高 (公分). 185.6 ± 6.7. 體重 (公斤). 85.6 ± 9.2. 接受訓練時間 (年). 7.8 ± 2.8. 日常咖啡因攝取量 (mg). 108.5 ± 11.2. 27.

(39) 圖 8 咖啡因與安慰劑處理的平均衝刺時間趨勢. 第二節高強度反覆跑步衝刺的表現. 28.

(40) 一、整體衝刺的平均衝刺時間以重複量數二因子 (處理 × 組數) 變異數分析，考驗兩種不同處理 (CAF, PLA) 對第一組和第二組平均衝刺時間之影響 (圖 9 所示)。結果顯示，處理因子與組數因子在交互作用上無顯著差異 (F(1,11)=2.213，p=.165，η2=.168)，處理因子主要效果未顯著水準 (F(1,11)=4.593 ， p=.055 ， η2=.295) ( 圖 9 所示 ) ，組數因子主要效果達顯著水準 (F(1,11)=5.243，p＜.05，η2=.323) 在組數因子主要效果檢定顯示，不管 CAF 和 PLA 處理下第二組平均時間 (4.704 ± 0.102 s) 顯著高於第一組平均時間 (4.663 ± 0.130 s)。. 圖9. 增補咖啡因與安慰劑處理在第一組，第二組的平均衝刺時間. 註︰*p＜.05，第一組和第二組平均衝刺時間達顯著差異。. 29.

(41) 二、第一組衝刺的平均衝刺時間以重複量數二因子 (處理 × 衝刺趟數) 變異數分析，考驗在第一組衝刺下，兩種不同處理 (CAF, PLA) 在三個不同衝刺趟數下 (1-4、5-8、9-12 趟) 平均衝刺時間之差異 ( 圖 10 所示 ) 。結果顯示，處理因子與衝刺趟數因子在交互作用上無顯著差異 (F(2,22)=2.745，p=.086，η2=.200)，處理因子主要效果未顯著水準 (F(1,11)=.599，p=.455， η2=.052) (圖 10 所示)，衝刺趟數因子主要效果達顯著水準 (F(2,22)=23.312，p＜.001， η2=.679) 在衝刺趟數主要效果檢定顯示，不管是 CAF 和 PLA 處理上 9-12 趟平均衝刺時間顯著高於 5-8 趟和 1-4 趟平均衝刺時間，而 5-8 趟平均衝刺時間又會顯著高於 1-4 趟平均衝刺時間. 圖 10. (4.720 ± 0.145 s ＞ 4.679 ± 0.131 s ＞ 4.589 ± 0.157 s) 。. 第一組衝刺下，不同處理間與不同衝刺趟數下的平均衝刺時間. 註︰*p＜.001，衝刺趟數間平均時間達顯著差異。. 30.

(42) 三、第二組衝刺的平均衝刺時間以重複量數二因子 (處理 × 衝刺趟數) 變異數分析，考驗在第二組衝刺下，兩種不同處理 (CAF, PLA) 在三個不同衝刺趟數下 (1-4、5-8、9-12 趟)平均衝刺時間之差異 (圖 11 所示)。結果顯示，處理因子與衝刺趟數因子在交互作用上無顯著差異 (F(2,22)=.038， p=.896，η2=.003)，處理因子主要效果達顯著水準 (F(1,11)=9.619，p＜.05，η2=.467)，處理因子主要效果檢定顯示，不論在 1-4 趟、5-8 趟、9-12 趟衝刺趟數下，CAF 的平均衝刺時間 CAF (4.675 ± 0.148 s) 都低於 PLA 的平均衝刺時間 (4.732 ± 0.149 s) (圖 12 所示)；衝刺趟數因子主要效果達顯著水準 (F(2,22)=34.383，p＜.001，η2=.758) 衝刺趟數因子主要效果檢定顯示，不管是 CAF 和 PLA 處理上，9-12 趟平均衝刺時間顯著高於 58 趟和 1-4 趟平均衝刺時間，而 5-8 趟平均衝刺時間又會顯著高於 1-4 趟平均衝刺時間 (4.805 ± 0.105 s＞4.716 ± 0.119 s＞4.590 ± 0.142 s)。. 圖 11 第二組衝刺下，不同衝刺趟數下的平均衝刺時間註︰*p＜.001，咖啡因和安慰劑第二組平均時間達顯著差異。. 31.

(43) 圖 12. 第二組衝刺下，不同處理間的平均衝刺時間. 註︰*p＜.05，咖啡因和安慰劑平均時間達顯著差異。. 32.

(44) 四、整體衝刺的最快衝刺時間以重複量數二因子 (處理 × 組數) 變異數分析，考驗兩種不同處理 (CAF, PLA) 時對第一組和第二組最快衝刺時間之影響 (圖 13 所示)。結果顯示，處理因子與組數因子在交互作用上無顯著差異 (F(1,11)=4.692，p=.053，η2=.299)，處理因子主要效果未顯著水準 (F(1,11)=.103，p=.755，η2=.009)，組數因子主要效果未達顯著水準 (F(1,11)=.338， p=.573，η2=.030)。. 圖 13. 咖啡因與安慰劑處理在第一組，第二組的最快衝刺時間. 33.

(45) 五、整體衝刺的最慢衝刺時間以重複量數二因子 (處理 × 組數) 變異數分析，考驗兩種不同處理 (CAF, PLA) 對第一組和第二組最慢衝刺時間之影響 (圖 14 所示)。結果顯示，處理因子與組數因子在交互作用上無顯著差異 (F(1,11)=.003，p=.956，η2=.000)，處理因子主要效果顯著水準 (F(1,11)=5.415，p＜.05，η2=.330)，在處理因子主要效果檢定顯示，不管第一組和第二組下 CAF 最慢衝刺時間 (4.828 ± 0.123 s) 顯著低於 PLA 最慢衝刺時間 (4.889 ± 0.162 s)。組數因子主要效果未達顯著水準 (F(1,11)=4.274，p=.063，η2=.280)。. 圖 14. 咖啡因與安慰劑處理在第一組，第二組的最慢衝刺時間. 註︰*p＜.05，咖啡因和安慰劑最慢衝刺時間達顯著差異。. 34.

(46) 六、整體衝刺的衝刺總時間以重複量數二因子 (處理 × 組數) 變異數分析，考驗兩種不同處理 (CAF, PLA) 時對第一組和第二組衝刺總時間之影響 (圖 15 所示)。結果顯示，處理因子與組數因子在交互作用上無顯著差異 (F(1,11)=2.202，p=.166，η2=.167)，處理因子主要效果未顯著水準 (F(1,11)=4.575，p=.055，η2=.294)，組數因子主要效果達顯著水準 (F(1,11)=5.258，p ＜.05，η2=.323)，在組數因子主要效果檢定顯示，不管 CAF 和 PLA 處理下第二組衝刺總時間 (56.443 ± 1.270 s) 顯著高於第一組衝刺總時間 (55.950 ± 1.632 s)。. 圖 15. 咖啡因與安慰劑處理在第一組，第二組的衝刺總時間. 註︰*p＜.05，第一組和第二組衝刺總時間達顯著差異。. 35.

(47) 七、整體衝刺的疲勞增加率以重複量數二因子 (處理 × 組數) 變異數分析，考驗兩種不同處理 (CAF, PLA) 對第一組和第二組疲勞增加率之表現 (圖 16 所示)。結果顯示，處理因子與組數因子在交互作用上無顯著差異 (F(1,11)=2.254，p=.161，η2=.170)，處理因子主要效果未顯著水準 (F(1,11)=.718 ， p=.415 ， η2=.061) ( 圖 16 所示 ) ，組數因子主要效果達顯著水準 (F(1,11)=10.357，p＜.001，η2=.008) 在組數因子主要效果檢定顯示，不管 CAF 和 PLA 處理下第二組疲勞增加率 (0.028 ± 0.018) 顯著高於第一組疲勞增加率 (0.016 ± 0.012)。. 圖 16. 咖啡因與安慰劑處理在第一組，第二組的疲勞增加率. 註︰*p＜.001，第一組和第二組疲勞增加率達顯著差異。. 36.

(48) 圖 17. 咖啡因與安慰劑處理的平均心跳率趨勢. 第三節高強度反覆跑步衝刺時的生理反應. 37.

(49) 一、整體衝刺時的平均心跳率以重複量數二因子 (處理 × 組數) 變異數分析，考驗兩種不同處理 (CAF, PLA) 時對第一組和第二組心跳率之影響 (圖 18 所示)。結果顯示，處理因子與組數因子在交互作用上無顯著差異 (F(1,11)=3.536，p=.087，η2=.243)，處理因子主要效果未顯著水準 (F(1,11)=2.374 ， p=.152 ， η2=.152) ( 圖 18 所示 ) ，組數因子主要效果達顯著水準 (F(1,11)=90.434，p＜.001，η2=.892) 在組數因子主要效果檢定顯示，不管 CAF 和 PLA 處理下第二組平均時間 (165.5 ± 7.7 bpm) 顯著高於第一組平均時間 (157.8 ± 10.2 bpm)。. 圖 18 咖啡因與安慰劑處理在第一組，第二組的平均心跳率註︰*p＜.001，第一組和第二組心跳率達顯著差異。. 38.