腳踏車運動對心肺適能之研究
Effects of Bicycle exercise on heart rate variability
研究生：張瑋良 student：Wei-Liang Chang 指導教授：何世偉 教授 Advisor：Dr.Shr-Wai Ho 大華技術學院 機電工程研究所 碩士論文 A Thesis
Submitted to Institute of Mechatronic Engineering Ta Hwa Institute of Technology
In partial Fulfillment of the Requirements For the Degree of
Master of Science In
September 2008
Hsinchu, Taiwan, Republic of China
大華技術學院
機電工程研究所
碩士論文
腳踏車運動對心肺適能之研究
Effects of Bicycle exercise on heart
rate variability
研 究 生：張 瑋 良
指導教授：何 世 偉 教授
摘要
摘要
摘要
摘要
本研究目的探討腳踏車運動對其體重、體脂肪、收縮壓、舒張壓、 運動所消耗的卡路里、運動後前三分鐘心跳、心律變異度在時域分析 上的指標及心律變異度在頻域分析上的指標的影響。本研究徵選 10 位大學生為研究對象，受測者皆無疾病且健康良好，運動前量測身 高、體重及體脂肪，休息 20 分鐘後利用腕式生理監視器-心率大師 （ANSWatch）記錄生理訊號，接著進行每週兩次，每次 30 分鐘中強 度（50~69％HRmax）的腳踏車運動訓練，而運動後以 polar 機量測 運動後三分鐘心跳，持續三個月。本實驗所有資料都以 SPSS 軟體進 行統計分析，所有顯著水準臨界值定為 0.05，心律變異度部分則使用 MATLAB 進行時域分析和頻域分析。本研究結果顯示腳踏車運動訓 練對運動後所消耗的卡路里、運動後第一分鐘心跳及心律變異度有顯 著差異（P<.05）。本研究可獲得以下結論，經腳踏車運動訓練後能消 耗更多卡路里表示體能變好，此外運動後第一分鐘心跳有顯著的下降 表示心肺耐力變強。 關鍵詞：心律變異度、時域分析、頻域分析、心肺耐力Abstract
The purpose of this study is to investigate the effect of a three-month bicycle exercise program on healthy college students with a special focus on heart rate variability. Prior to the program, ten nineteen-year-old college students were selected, and measurements were taken of their heights, weights, and body fat. After they had rested for twenty minutes, their physiological signals were recorded with an ANSWatch monitor. Then, during the three-month program, the subjects undertook a cycling
exercise (at 50~60 ％ of exercise capacity) for 30 minutes twice a week
and their heart rate recovery was measured with a “polar” each time.
Weight, body fat, blood pressure, calories consumed, heart rate recovery, and heart rate variability before and after the three-month experiment were compared and analyzed with SPSS. The time domain was then transferred to the frequency domain by using MATLAB. The result shows that, in the first minute after exercise, heartbeat consumption of calories, and HRV exhibit significant differences（p<.05）. Therefore, we
can infer that more calories are consumed after cycling, and this leads to better metabolism. Also, the apparently lower heartbeat rate shows improvement in heart and lungs endurance.
Keyworld：HRV、Time domain analysis、Frequency domain analysis、
致謝詞
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致謝詞
致謝詞
本篇論文得以完成，首先要感謝指導教授 何世偉博士和 林明漢 博士兩年來在課業上的用心指導。 感謝體育老師 溫景財老師帶領我進入運動生理學的領域，讓我 有幸能學到運動生理學的相關知識。 感謝行管系主任 王慧君博士在百忙之中，指導我統計學上的問 題，以及將統計學在資料分析上做應用。 感謝台灣科學園地股份有限公司 孫博士指導我如何使用腕式生 理監視器可以正確的讀取到數據。 感謝口試委員 何世偉教授、林明漢教授、溫景財老師、王銘誠 教授、岳玉山教授，因為你們的用心批改，讓本論文得以嚴謹的呈現。 感謝楊仕銘學長在實驗上的指導，以及在 Matlab 程式上的指導， 使我在資料上得以處理。 在此，還要感謝我的父母及我的兄弟姐妹，由於你們的支持和鼓 勵是我能夠完成碩士學位的原動力。 張瑋良 謹致於 民國九十七年九月
目錄
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頁次 中文摘要...Ⅰ 英文摘要...Ⅱ 致謝...Ⅲ 目錄...Ⅳ 表目錄...Ⅶ 圖目錄...Ⅸ 第一章 緒論...1 1-1 前言...1 1-2 研究動機...2 1-3 研究目的...3 1-4 基礎理論...3 1-5 名詞解釋...17 1-6 假設檢定...18 1-7 名詞解釋...21 第二章研究方法...24 2-1 受測者...24 2-2 實驗地點...242-3 實驗時間...24 2-4 實驗設備...25 2-5 實驗設計...35 2-6 實驗方法與步驟...38 2-7 資料擷取與統計分析...40 第三章 結果與討論...45 3-1 體重（Weight）...45 3-2 體脂肪（Body Fat）...47 3-3 血壓（BP，Blood Pressure）...49 3-4 運動後所消耗的卡路里...51 3-5 運動後前三分鐘恢復心跳...52 3-6 安靜心跳(HR-rest)...55 3-7 心律變異度的時域分析...56 3-8 心律變異度的頻域分析...61 第四章 結論與建議...65 4-1 結論...65 4-2 建議...66
附錄（一）受測者同意書...74
附錄（二）受測者健康調查表...75
附錄（三）簽到表...76
表 表 表 表目錄目錄目錄目錄 頁次 表 1-1 心率變異度在時域心率變異度在時域心率變異度在時域（心率變異度在時域（（（time domain））））上的指標上的指標上的指標上的指標...11 表 1-2 心率變異度在頻域心率變異度在頻域心率變異度在頻域（心率變異度在頻域（（frequency domain）（ ））上的）上的上的上的指標指標指標指標...13 表 2-1 心律大師心律大師心律大師心律大師(ANSWatch)腕式生理監視器產品規格腕式生理監視器產品規格腕式生理監視器產品規格...21腕式生理監視器產品規格 表 2-2 ACER ASPIRE4520 筆記型電腦筆記型電腦筆記型電腦規格筆記型電腦規格規格規格...27 表 3-1 受測者基本資料統計表...34 表 3-2 體重體重、體重體重、、、體脂肪體脂肪體脂肪、體脂肪、、、收縮壓收縮壓收縮壓收縮壓、、舒張壓、、舒張壓舒張壓舒張壓、、、、卡路里卡路里卡路里、卡路里、、、運動後第一分鐘心運動後第一分鐘心運動後第一分鐘心 運動後第一分鐘心 跳跳跳跳、、、、運動第二分鐘心跳運動第二分鐘心跳、運動第二分鐘心跳運動第二分鐘心跳、、、運動後第三分鐘心跳運動後第三分鐘心跳運動後第三分鐘心跳結果運動後第三分鐘心跳結果結果結果...35 表 3-3 各組運動前、後體重差異之比較...36 表 3-4 各組運動前、後體脂肪差異之比較...36 表 3-5 各組運動前、後收縮壓差異之比較...37 表 3-6 各組運動前、後舒張壓差異之比較...37 表 3-7 各組運動前、後卡路里差異之比較...38 表 3-8 運動後前、後第ㄧ分鐘心跳...38 表 3-9 運動前、後第二分鐘心跳...39 表 3-10 運動前、後第三分鐘心跳...39
表 3-13 運動前、後心律變異度...41 表 3-14 運動前、後 R-R 波間期...42 表 3-15 心律變異在頻域分析上的指標心律變異在頻域分析上的指標心律變異在頻域分析上的指標...44心律變異在頻域分析上的指標 表 3-16 運動前、後副交感神經活性指標...44 表 3-17 運動前、後交感神經活性指標...46
圖 圖 圖 圖目錄目錄目錄目錄 頁次 圖 1-1 交感神經系統和副交感神經系統分布圖交感神經系統和副交感神經系統分布圖交感神經系統和副交感神經系統分布圖...9交感神經系統和副交感神經系統分布圖 圖 1-2 心臟剖面圖心臟剖面圖心臟剖面圖...17心臟剖面圖 圖 1-3 心電圖波型心電圖波型心電圖波型...17心電圖波型 圖 2-1 心律大師心律大師心律大師(ANSWatch)腕式生理監視器心律大師 腕式生理監視器腕式生理監視器腕式生理監視器...21 圖 2-2 體脂肪機體脂肪機體脂肪機...22體脂肪機 圖 2-3 直立式腳踏車直立式腳踏車直立式腳踏車...23直立式腳踏車 圖 2-4 脈搏監測錶脈搏監測錶脈搏監測錶...25脈搏監測錶 圖 2-5 ACER ASPIRE4520 筆記型電腦筆記型電腦筆記型電腦筆記型電腦...25 圖 2-6 ANSWatch 管理程式管理程式管理程式管理程式...26 圖 2-7 身高體重計身高體重計身高體重計...26身高體重計 圖 2-8 配戴測試配戴測試配戴測試...29配戴測試 圖 2-9 實驗流程圖實驗流程圖實驗流程圖...30實驗流程圖 圖 3-1 實驗組前後測 R-R 波間期...42 圖 3-2 控制組 R-R 波間期...43 圖 3-3 實驗組前後測 R-R 波間期...43
圖 3-6 控制組 HF 前後測數據...45 圖 3-7 實驗組 HF 數據...45 圖 3-8 控制組 HF 數據...45 圖 3-9 實驗組 LF 前後測數據...46 圖 3-10 控制組 LF 前後測數據...47 圖 3-11 實驗組 LF 前後測數據...47 圖 3-12 控制組 LF 前後測數據...47
第一章
第一章
第一章
第一章 緒論
緒論
緒論
緒論
1-1 前言前言前言前言 由於石油價格浮動，汽油價格節節高升，造成各個國家積極努力 發展替代能源，像太陽能發電、風力發電及生質能源等，再者由於全 球暖化現象日益嚴重，而溫室效應主要來自於二氧化碳等廢氣之排 放，因此為了減緩溫室效應所帶來負面的影響，國際相關公約像京都 議定書，約束會員國二氧化碳的排放量。另外為了因應節能減碳，全 球掀起腳踏車城市風潮，從歐洲的阿姆斯特丹、巴黎、哥本哈根到澳 洲的墨爾本等各大城市，台灣為了因應腳踏車騎乘與運動休閒人口的 快速成長，行政院體育委員會已於 2007 年正式宣佈，將每年五月訂 為腳踏車月，另外在硬體方面，除了以觀光休閒為主的千里車腳踏車 道不少都會型縣市也積極投入腳踏車騎乘環境的打造，希望串聯各地 區腳踏車道及綠色園道，形成全國的腳踏車路網[1]。騎腳踏車運動 可以強身健體，但如何了解騎腳踏車後的成效將是需要探討的議題， 近年來相關研究者透過非侵體的方法量測心率變異度以評估各種運 動的成效[2]，本研究欲藉由心率變異度的數據以了解騎腳踏車運動 後的成效是否能達到預期的效果，提供騎腳踏車的愛好者或相關研究1-2 研究動機研究動機研究動機研究動機 1981 年 AKselrod[2]等人發現，經由非侵入性的量測所獲得的心 電圖訊號，再透過快速傅立葉轉換之功率頻譜，可以反映出交感和副 交感神經於生理調控的現象，另外醫學上也運用此方法量測心血管疾 病患者和非心血管患者的心跳間期，發現有心血管疾病或非心血管疾 病的病患交感神經系統會增強，而副交感神經系統會減弱。近年來也 將此方法使用在評估運動後對自律神經的影響，評估運動是否能使副 較感神經增強，交感神經減弱。廖承慶(2004) [3]太極拳運動對老年人 生物能量與心藏自律神經活動狀態之影響，結果顯示規律太極拳運動 老年人比坐式生活型態老年人有顯著較高的心臟副交感神經活動狀 態(P<0.05)與顯著較低的交感神經活動狀態。徐瑋瑩（2006）[4]易筋 經運動對中年人心率變異的影響，實驗結果呈現八週易筋經練習前、 後血壓（收縮壓與舒張壓）與體脂有顯著性降低，但心率變異的時域 與頻域指標值皆無顯著差異。杜鎮宇（2002.6）[5]不同運動強度的規 律運動訓練對人體安靜與運動狀態下心臟自主神經功能的影響，研究 結果顯示高強度的運動訓練對安靜狀態及運動中之交感神經的減弱 作用及對副交感神經的增強作用。由以上可知運動對心律變異度的影 響，本研究將探討三個月腳踏車運動訓練對心律變異度的影響。
1-3 研究目的研究目的研究目的研究目的 1.本研究將探討經三個月腳踏車有氧運動對心率變異度(時域分 析及頻域分析)的影響。 2.本研究將探討經三個月腳踏車有氧運動後是否能有效控制體 重及體脂肪。 3.本研究將探討經三個月腳踏車有氧運動後是否能有效控制血 壓(收縮壓及舒張壓)。 4.本研究將探討經三個月腳踏車有氧運動是否能提高新陳代謝 消耗更多的卡路里。 5.本研究將探討經三個月腳踏車有氧運動是否能使恢復心跳下 降速度更快，心肺適能增強。
1-4 基礎理論
基礎理論
基礎理論
基礎理論
1-4-1 運動運動運動運動 1-4-1-1 增加肌力的無氧運動增加肌力的無氧運動增加肌力的無氧運動增加肌力的無氧運動 讓肌肉有明顯用力情形的運動，一般以使用槓鈴或啞鈴的器材最 容易達到此種目的，但並非一定要有器材才能進行用力性的運動。如 運用身體的重量以徒手的方式，亦可以進行肌肉用力的運動，而達到 增進肌力與肌耐力的效果。如仰臥起坐可鍛鍊腹肌，而伏地挺身是增 強胸肌、手臂肌肉很有效的運動。肌肉訓練在負荷重量上以肌肉有明 顯用力的感覺即可，而反覆次數上以 15 到 30 次為一回合，最多兩天 一次，最少每週一次[6]。 1-4-1-2 增加心肺耐力的有氧運動增加心肺耐力的有氧運動增加心肺耐力的有氧運動增加心肺耐力的有氧運動 有氧運動是大肌肉的身體活動、並具有持續性及節律性，而運動 的強度以運動的脈搏數達到（220-年齡）×（70％~80％）的範圍為宜， 在運動時間上以 20~60 分鐘為宜，運動頻率上至少隔天運動一次為宜 [6]。 1-4-1-3 運動的好處運動的好處運動的好處運動的好處 減少肌肉萎縮、減緩骨質疏鬆、增加心肺活量、降低血中膽固醇、 強化心臟肌肉、擴大心臟容量、增加心臟耐受力、增大心臟最大血液 輸出量、增加身體各器官對荷爾蒙的敏感度、增強體內免疫力、減緩智力退化速度、增強身體的生理持續力、增強脂肪代謝使體型健美、 降低血壓、降低基礎心搏率、降低血糖、減緩動脈硬化速度、減低心 肌缺氧再發率、減輕女性經前症候群症狀、降低大腸癌發生率、延長 壽命[7]。 1-4-2 肥胖的判定肥胖的判定肥胖的判定肥胖的判定 依體脂肪百分比判定，年輕男性理想體脂肪率約為 15％~20％， 年輕女性約為 20％~25％，而判斷肥胖的標準上，男性為 20％以上， 女性為 30％以上[8]。若以腰臀圍比判定，男性要小於 0.95，女性要 小於 0.80 為理想，若大於此值則會有顯著增加罹病的危險[9]。若以 身高、體重評定理想體重，男生(身高-80)×0.7，女生（身高-70）×0.6， 另外評定的方法是 22 乘以身高（公尺）的平方而正常體重的範圍等 於理想體重±10％。若以身體質量指數判定，BMI 指數再 18.5-23 才 是正常，23-24.9 視為過重，只要超過 25 即列入肥胖[10]。
1-4-3 運動後前三分鐘運動後前三分鐘運動後前三分鐘運動後前三分鐘恢復恢復恢復恢復心跳心跳心跳心跳 運動後心跳率的恢復情形，會因為運動參與者的運動強度狀況、 心肺機能好壞等因素，而有顯著的不同。一般來說，運動剛結束的 1 分鐘內，心跳率的恢復最為明顯。因此，相關的研究就以運動後 1 分 鐘或 2 分鐘的心跳恢復情形，進行心肺機能與身體能力的評量。盧俊 豪(2006) [11]中提到，心跳恢復率越快代表心臟越強。最近的研究發 現，運動後的心跳恢復情形，可以用來評量運動參與者是否具備心臟 疾病，並且能夠用來預測心臟疾病患者的死亡率與存活率[12]。 1-4-4 血壓血壓血壓血壓 1-4-4-1 血壓的量測方法血壓的量測方法血壓的量測方法血壓的量測方法 血壓的量測分為侵入式量測和非侵入式量測，侵入式的量測方法 是將心導管插入人體動脈血管直接量測，而非侵入式量測則是在所要 量測的動脈部位得到相關的血壓波，其大小即為血壓值[13]。世界衛 生組織定血壓的正常值為收縮壓140mmHg以上，舒張壓90mmHg以 下，當收縮壓高於160mmHg，舒張壓高於95mmHg時，稱為高血壓。 而收縮壓在140-160mmHg間，舒張壓在90-95mmHg間為臨界值。至 於收縮壓低於90-100mmHg時，稱為低血壓。血壓的量測方法有聽診 法、振盪式量測法、容積振盪式量測法、血管無負載式量測法、動脈 壓力計量測法。
1-4-4-2維持正常血壓的重要性維持正常血壓的重要性維持正常血壓的重要性維持正常血壓的重要性 血液在動脈中必須保持某種壓力以維持人體的血液循環，而這種 壓力則受到心臟的血輸出量和小動脈中的血流阻力而產生變化，對一 個健康的人而言，血壓的變化必須維持在嚴格的限制才是正常。身體 健康時，小動脈富彈性，其中有許多在運動時會擴大，這些因素使得 休息和運動時心輸出量的升降，對血壓的影響能維持在一定範圍內。 而高血壓是循環系統因疾病使小動脈變的狹窄或喪失彈性，而導致對 血流的阻力增加，則高血壓可能會持續升高。而低血壓是由於心臟嚴 重異常或嚴重出血而使血壓降低，或者休克時小動脈擴大，血壓就可 能降低到危險的程度。影響血壓的因素有心搏出量、末梢血管之阻 力、血管壁之彈性、血管之反應性、血液循環量、血液之黏稠度 ， 在年齡方面，年齡越大，動脈彈性越差，血壓有上升之傾向，在性別 方面，一般男性的血壓比女性的血壓高出5-10mmHg，在氣候方面， 氣溫較高處血管擴張，血壓較降；氣溫較低處血管收縮，血壓較高。 體溫高時血管擴張，血壓也降；但惡寒顫抖時血管收縮，血壓上升。 在姿勢方面，姿勢對於血壓的影響來自於重力，平躺時收縮壓最高， 其次為坐姿，其次為立姿。而舒張壓則反之，立姿時最高，其次為坐
在冬天有明顯改變。而造成天冷時血壓較不易控制的可能原因是冬天 氣溫較低，易引起周邊血管收縮，而使血壓升高、冬天較容易吃一些 高熱量食物，造成體重上升、冬天也可能吃一些含鹽量較高的食物， 這也會促使血壓上升、一般人在戶外活動機會在冬季較低，也會造成 血壓上升[15]。 1-4-4-3運動對血運動對血運動對血運動對血壓的影響壓的影響壓的影響壓的影響 在Bacon(2004)[16]的文獻中曾提到，有氧運動能降低血壓似乎是 一個事實。Perini(2002)[17]等人對15位老年人，年紀在70歲以上，進 行漸進式有氧運動從（40％60％80％100％）的個人最大能力，每周3 次，每次60分鐘，共8週。結果顯示漸進式有氧運動會使血壓下降。 IWASAKI(2003)[18]等人對6位男性，5位女性，年齡平均在23到35歲， 進行每週三到四次，每次快走或慢跑30到40分鐘的漸增式運動訓練。 結果顯示三個月的中等運動強度能降低收縮壓。另外徐瑋瑩(2006)[4] 對30 名平均年齡47±13 歲趨向肥胖但心率變異指標值正常的中年人 進行八週，每周三次以上，每次30-40 分鐘的易筋經練習，其中包含 十二個靜態姿勢及靜坐收功，實驗結果發現八週的易筋經練習能降低 血壓。但有些研究血壓並無顯著差異，廖承慶(2004)[3]對20位男性老 年人(10位規律從事太極拳運動老年人，平均年齡65.60±5.82歲與10 位坐式生活型態老年人，平均年齡65.60±4.35歲)為受試對象，結果顯
示規律太極拳運動老年人血壓無顯著改變。
1-4-5 自律神經系統自律神經系統自律神經系統自律神經系統（（（（autonomic nervous system）））） 1-4-5-1 人體的神經人體的神經人體的神經人體的神經 人體神經系統分為中樞神經系統和周圍神經系統，中樞神經系統 又分為腦和脊椎，而周圍神經系統分為自律神經系和體神經系，體神 經又分為脊神經和腦神經，自律神經分為交感神經和副交感神經，交 感神經管制胸、腰部脊神經，副交感神經分為肩部脊神經和第三、七、 九、十對腦神經。 1-4-5-2 自律神經系統自律神經系統自律神經系統的自律神經系統的的生理的生理生理意義生理意義意義意義 自律神經系統在身體內主要分布在內臟上，內臟大多都不受意識 控制，而是自主的動作。自律神經主要分為交感神經系統和副交感神 經系統。交感神經系統主要功能是管制心臟和血流，當人遇到一些危 急 狀 況 的 時 候 ， 交 感 神 經 系 統 會 釋 放 出 正 腎 上 腺 素 （Norepinephrine），作用於血管平滑肌的接受器，使得血管收縮，血 壓上升，心跳加快，呼吸急促，流汗以及心輸出量增加，會產生逃跳 或戰鬥的反應，見圖 1-1。而副交感神經系統主要功能是管制消化道、 心臟、泌尿道，當人身體放鬆、睡覺的時候副交感神經系統會釋放出
圖 圖圖
圖 1-1 交感神經系統和副交感神經系統分布圖交感神經系統和副交感神經系統分布圖交感神經系統和副交感神經系統分布圖交感神經系統和副交感神經系統分布圖 1-4-6 心心心心率率率率變異度變異度（變異度變異度（（（HRV，，，，Heart Rate Variability））））
1-4-6-1 心率變異度的由來心率變異度的由來心率變異度的由來心率變異度的由來 人體心跳的變化主要是受心臟裡竇房結節律細胞和自律神經系 統的影響，在正常的情況下，竇房結節律細胞能固定的放電，使心臟 每分鐘平均產生七十到八十個興奮波，而自律神經系統分為交感神經 系統和副交感神經系統，當交感神經系統釋放腎上腺素和正腎上腺素 時，使鈣離子傳導性提高，動作電位高原期鈣離子維持高濃度較久， 增加竇房結去極化的速率，使細胞膜電位很快到達閥值且動作電位頻 率也較快，導致心跳變快。當副交感神經釋放乙醯膽鹼時，使鉀離子 傳導性提高造成過度去極化，降低竇房結節律細胞舒張期去極化的速 率，延長去極化時間，使細胞膜電位到達閥值很慢且較少動作電位發 生，導致心跳變慢。因此自律神經系統是為了調整身體的平衡則隨時
在變化，這個變化也影響了竇房結放電頻率而產生心率變異度[20]。 1-4-6-2 心率變異度心率變異度心率變異度的心率變異度的的分的分分析分析析析 1-4-6-2-1 心電圖的量測方法心電圖的量測方法心電圖的量測方法心電圖的量測方法 心電圖（Eletrocardiograph，ECG）是用來量測心率變異度及醫 學上用來判斷心血管疾病的工具[21]。將壓力感測器裝在人體可測量 橈動脈的位置，當心臟竇房結放電或自律神經系統干擾時，血壓及心 跳的變化會記錄在心電圖機上，而心電圖是用來直接紀錄所釋放出來 的生物電能信號，在信號上的波形分為 P、Q、R、S、T 等分析點， 而心率變異度的分析則是將心電圖上的 R-R 波間期記錄下來，並將 其信號進行時域分析和頻域分析[22]。 1-4-6-2-2 時域分析時域分析時域分析時域分析（（（（time domain）））） 將所有 R-R 波間之時間距離，做統計上的計算，而時域分析的 指標如表 1-1 所示。
表 表 表 表 1-1 心率變異度在時域心率變異度在時域心率變異度在時域心率變異度在時域（（（（time domain）））上的指標）上的指標上的指標上的指標 指數 單位 定義 SDNN index ms 全程依五分鐘分成連續的時段，計算每五分鐘 心跳間期標準差的平均值。 PNN50％ ％ 相鄰兩心跳間期差異大於 50 毫秒個數之比例。 RMSSD ms 全部相鄰兩個心跳間期差異的均方根。 SDANN ms 全程依五分鐘分成連續的時段，先計算每五分 鐘心跳間期的標準差，再計算再計算標準差的 平均值。 SDNN ms 全部正常心跳間期之標準差
1-4-6-2-3 頻域分析頻域分析頻域分析頻域分析（（（（frequency domain））））
頻域分析分為參數法（parametric）和非參數法（nonparametric）， 其中參數法又分為自我回歸模式（autoregressive model,AR）參數法、 移動平均模式（moving-average model,MA）參數法和自我回歸移動模 式（autoregressive-moving average model,AR）參數法，而非參數法則 為快速傅立葉轉換（fast fourier transform,FFT）。本實驗將使用快速傅 立葉轉換（fast fourier transform,FFT），將心電圖轉換成功率頻譜 （power spectral density analysis），而頻域分析指標如表 1-2 所示。通 常心率變異度頻域分析的區域範圍是在 0~0.5(Hz)之間，分為超低頻 區（ultra-low frequency band,ULF,0~0.003Hz）、極低頻區（a very low
frequency band,VLF,0.003~0.04Hz ）、 低 頻 區 （ low frequency
band,LF,0.04~0.15Hz）及高頻區（high frequency band,HF,0.15~0.5Hz）
等四種[23]，另外有些學者認為 HF/ (TP-VLF)可以反映出副交感神 經活性[23]，而 LF/ (TP-VLF)可以反映出交感神經活性[24]。
表 表 表 表 1-2 心率變異度在頻域心率變異度在頻域心率變異度在頻域心率變異度在頻域（（（（frequency domain））））上的指標上的指標上的指標上的指標 指數 單位 定義 Total power(TP) ms2 總功率，高頻、低頻、極低頻的總和， 頻譜範圍小於 0.4HZ。 High frequency(HF) ms2 高頻功率，頻譜範圍 0.15-0.4HZ。 Low frequency(LF) ms2 低頻功率，頻譜範圍 0.04-0.15HZ。 Very low frequency(VLF) ms2 極低頻功率，頻譜範圍 0.04HZ 以下。 High frequency normalized unit(HF n.u.) ms2 高頻功率常規化單位，HF/ (TP-VLF)。 Low frequency normalized unit(LF n.u.) ms2 低頻功率常規化單位，LF/ (TP-VLF)。 LF/HF ms2 低頻及高頻功率的比值。
1-4-6-3 心率變異度在臨床上心率變異度在臨床上心率變異度在臨床上的應用心率變異度在臨床上的應用的應用的應用 醫 學 上 常 以 心 率 變 異 度 的 變 化 做 為 臨 床 治 療 或 處 置 的 基 礎 [25]，而目前心率變異度除了應用在心血管病患上，同時也運用在非 心臟血管疾病的病患。 在心血管方面，Casolo(1989)[26]對 20 位健康者和 20 位充血性心 衰竭患者進行時域和頻域分析，結果發現充血性心衰竭的患者 HRV 會下降。Massin(1998)[27]對 258 位先天性心臟病患者進行時域和頻 域分析，結果發現，先天性心臟病隨心臟功能越差心率變異度越小。 Liu(2003) [28]對 260 位急性心肌梗塞患者進行頻域分析，結果發現， SDNNI<30ms 是一重要預測心臟致死因子。Guzzetti(1991)[29]對 30 位健康者和 49 位高血壓患者進行頻域分析，結果發現，高血壓的 LF 上升。Langewitz(1994) [30]對 75 位高血壓病人和 54 位健康者進行頻 域分析，結果發現，高血壓病人副交感神經活性下降。 在非心血管病患上，Pontet(2003) [31]對 46 位敗血性休克患者進 行頻域分析，結果發現，HRV 下降可有效評估敗血症人發展為多器 官功能衰竭，且 LF 具有最佳預測能力。shen(2003)[32]對 24 位重症 病人進行頻域分析，結果發現，HRV 下降。Fukuta(2003)[33]對 120
康者進行時域和頻域分析，結果發現，罹患糖尿病達八年以上病患， rMSSD 下降，PNN50 下降，HF 下降，LF/HF 上升。由以上的文獻可 以得知，不管是心血管或非心血管的病患，HRV 都有下降的趨勢， 可能是交感神經過度旺盛造成 LF 的上升，而抑制副交感神經造成 HF 的下降。 1-4-6-4 心率變異度在運動上的研究心率變異度在運動上的研究心率變異度在運動上的研究心率變異度在運動上的研究 心電圖（Eletrocardiograph，ECG）是醫學界用來判斷心血管疾 病的工具[21]，且相關研究發現運動可以降低心血管的危險率【運動 生理學】，所以近年來則將心電圖（Eletrocardiograph，ECG）運用在 運動學上，藉以了解運動後對自律神經系統的影響。徐瑋瑩(2006)[4] 對30 名平均年齡47±13 歲趨向肥胖但心率變異指標值正常的中年人 進行八週，每周三次以上，每次30-40 分鐘的易筋經練習，其中包含 十二個靜態姿勢及靜坐收功，實驗結果呈現八週易筋經練習的但心率 變異的指標值皆無顯著差異，可能是受測者對易筋經功法不熟練，所 以才造成心率變異度無顯著差異。Iwasakik(2003)[18]等人對6位男 性，5位女性，年齡平均在23到35歲，進行每週三到四次，每次快走 或慢跑30到40分鐘的漸增式運動訓練。結果顯示三個月的中等運動強 度能增加HRV。廖承慶(2004)[3]對20位男性老年人(10位規律從事太 極拳運動老年人，平均年齡65.60±5.82歲與10位坐式生活型態老年
人，平均年齡65.60±4.35歲)為受試對象，結果顯示規律太極拳運動老 年人比坐式生活型態老年人有顯著較高的心臟副交感神經活動狀態 (P<0.05)。杜鎮宇(2002)[5]對24位志願且無規律運動習慣之健康男大 學生為研究對象，其中24位學生分成四組，5位為控制組，6位為低強 度運動，6位為中強渡運動，7位為高強度運動，除了控制組以外其他 組別將進行四週規律性運動，每週三次，每次三十分鐘。研究結果顯 示:高強度的運動訓練對副交感神經的增強作用。La-Rovere(1992)[35] 對心肌梗塞的患者進行四週短期運動訓練，發現可增進心臟副交感神 經活性。由以上文獻可得知規律的有氧運動可有助於增強副交感神經 活性而減低交感神經的活性，增加心率變異度，降低心血管疾病的發 生率，並預防及監控心血管疾病的發生。 1-5 心肺適能心肺適能心肺適能心肺適能 1-5-1何謂心肺適能何謂心肺適能何謂心肺適能何謂心肺適能 所謂心肺適能，是指個人的肺臟與心臟，從空氣中攜帶氧氣並將 氧氣輸送到組織細胞加以使用的能力。因此心肺適能是個人的心臟、 肺臟、血管與組織細胞的有氧能力指標。心肺適能較佳，可以使我們 運動持續較久、且不致於很快疲倦，也可以使我們平日工作時間更
1-5-2 改善心肺適能應考慮的因素改善心肺適能應考慮的因素改善心肺適能應考慮的因素改善心肺適能應考慮的因素 1.運動方式:透過有氧運動可以使運動者維持最佳的心肺適能,凡是有 節奏、全身性、長時間、且強度不太高的運動都是理想的有氧運動， 像快走、慢跑、有氧舞蹈、跳繩、上下台階、游泳、騎腳踏車等運 動都有助於心肺適能的提昇。 2.運動頻率：每週至少三次到五次有氧運動。 3.運動強度：進行有氧運動時的強度，以最大心跳率的 60-80%為較 佳，也就是以運動時有點喘，但可以說話的感覺為運動強度的依據。 4.運動持續時間：在適當運動強度下，每次運動 20-50 分鐘。 5.漸進原則：開始進行有氧運動來改善心肺適能，應依據自己的健康 和體能狀況從事適當運動，而後逐漸增加運動的時間與強度；但是 應避免運動量太大，或負荷增加太多。 1-6 假設檢定假設檢定假設檢定假設檢定 1-6-1 假設檢定的意義假設檢定的意義假設檢定的意義假設檢定的意義 所謂假設檢定（Hypothesis Testing），簡稱檢定或考驗（Testing） 獲顯著性檢定（Test of Signficance），是指先對母體未知的母體，給 予一個假定的數值，然後在隨機抽樣，利用樣本作成檢定統計量，並 應用機率原理，來檢定此一假設是否可以接受之過程，稱為假設檢定 [37]。
1-6-2 假設檢定方法假設檢定方法假設檢定方法假設檢定方法 1.統計量檢定法 步驟一：建立虛無假設 H0和對立假設 H1 步驟二：選擇顯著水準α 步驟三：計算檢定統計量 （樣本數≥30） n -x Z σ µ = ， （樣本數＜30） n s -x t= µ 步驟四：查 z 表或 t 表 步驟五：比較步驟三和步驟四的值並判斷是接收虛無假設或接受虛無 假設。 2.P 值法 P 值法又稱為機率值法（Probability-Value），是指以隨機抽樣出的 樣本資料，來建立拒絕區之機率值（即 p 值），再與顯著水準α比較， 以做為檢定未知母數的依據。 步驟一：建立虛無假設 H0和對立假設 H1 步驟二：選擇顯著水準α 步驟三：
∫
X∞ ( ) X 2 -x -1 2 2e
2 1 : P σ µ πσ 值 步驟四： ≥α 接收虛無假設3.臨界值檢定法 臨界值檢定法（Critical-Value Test），是指在既定的顯著水準下， 以隨機抽出的樣本及虛無假設來決定臨界值，以作為接受與拒絕未知 母數的依據。 步驟一：建立虛無假設 H0和對立假設 H1 步驟二：信賴係數=1-α 步驟三：臨界區域： （1）C1左側臨界值值; C2為右側臨界值 （2） σµ σ P -Z ε Z Z α 1-α n C Z n -C P 2 -1 2 -1 2 0 1 = ≤ ≤ = ≤ ≤ Q n Z -C 2 -1 0 1 σ µ α = ∴ n Z C 2 -1 0 2 σ µ α + = 步驟四：（1）若X落在C1與C2之間，則接受H0 （2）若X不落在C1與C2之間，則拒絕H0
4.信賴區間法 信賴區間法是指以建立信賴區間的原理，作為檢定未知母數的依 據。 步驟一：建立虛無假設 H0和對立假設 H1 步驟二：信賴係數=1-α 步驟三：信賴區間= n Z X n Z -X 2 -1 2 -1 σ σ α α ≤ ≤ + 步驟四：（1）若 H0之µ0值落入信賴區間內，則接受 H0 （2）若 H0之µ0值不落入信賴區間內，則拒絕 H0 1-7 專有名詞專有名詞專有名詞專有名詞 1-7-1 R-R 波間期波間期波間期(R-R interval) 波間期 心臟之電傳導是靠著心臟所有系統來完成規律性的心臟收縮。此 系統傳導之路徑經由竇房結(SA node)出發→節間路徑(internodal pathways)靠脈衝擴散到左右心房使其去極化與收縮，然後經由房室結
(AV node)→希斯氏束(bundle of His)→右束支與左束支(right and left
bundle branches)右束之沿者心房間隔將電傳導至右心室、左束沿者心
房間隔傳導至左心室，最後左右束支終止於浦金氏纖維(Purkinje
圖 圖圖 圖 1-2 心臟剖面圖心臟剖面圖心臟剖面圖 心臟剖面圖 圖 圖圖 圖 1-3 心電圖波型心電圖波型心電圖波型 心電圖波型 心電圖中的 R 波是指 QRS 波中向上的波形，而 R-R 間期是指心 電圖中的 R 波到下次 R 波所花的時間。(單位：毫秒) 節間路徑 竇房節 房室節 右束支 左前分枝 左後分枝 希斯氏束 浦金氏纖維
1-7-2 心率變異度心率變異度心率變異度心率變異度(Heart rate variability，，，，HRV) 心跳的快慢會受到竇房結(SA node)與自主神經系統的影響，基本 上心臟跳動主要是受到竇房節規律性放電而引發的，而自主神經系統 很容易受到外在刺激及生理變化所影響，所以當身體感到不適，都會 影響心率，相對的心率受到影響大的化則心率變異度大，反之則否。 1-7-3 心臟自主神經系統心臟自主神經系統心臟自主神經系統心臟自主神經系統 本研究以 HF%為副交感神經活性指標，LF%為交感神經活性指 標，LF/HF 為自主神經系統活性平衡指標。 1-7-4 心跳強度判別心跳強度判別心跳強度判別心跳強度判別 心跳強度的判別將最大心跳率 220 扣除年齡在乘上所設定之心 跳強度百分比此設定心跳強度之心跳數： 假設以年齡 20 歲，運動強度為百分之六十-八十最大心跳率為 例，就是[(220－20)×(60%－80%)]=心跳數，其目標心跳數就是每分 鐘 120-160 間。
第
第
第
第二
二
二
二章
章
章
章 研究方法
研究方法
研究方法
研究方法
2-1 受測者受測者受測者：受測者：：： 本實驗徵選大華技術學院大學部的同學，年紀在 19 歲，體脂肪 在 20±5，8 位為控制組，8 位為實驗組，共 16 位為受測對象，其中 有六位受測者的數據為離群植，故以 10 位大學生為研究對象，實驗 組須填寫（附錄一到附錄五），對照組需填寫（附錄一到附錄三），其 中填寫健康調查表時，若發現有如高血壓、心臟病或其它心血管疾病 的這些同學將嚴禁參與實驗。 2-2 實驗地點實驗地點實驗地點：實驗地點：：： 大華技術學院體適能檢測實驗室。 2-3 實驗時間實驗時間實驗時間：實驗時間：：： 96 年 10 月 15 日到 97 年 1 月 10 日，每天下午的三點到七 點為實驗時間，每周運動兩次，為期三個月的實驗。2-4 實驗設備實驗設備實驗設備實驗設備 本實驗所需使用設備如心律大師(ANSWatch)腕式生理監視器、 體脂肪機、直立式腳踏車、脈搏監測錶、筆記型電腦、ANSWatch 管 理程式、SPSS 軟體及 MATLAB 軟體詳細說明如下： 2-4-1 心律心律心律心律大師大師大師大師(ANSWatch)腕式生理監視腕式生理監視腕式生理監視腕式生理監視器器器器：：：： 本實驗所採用的心律大師(ANSWatch)腕式生理監視器為台 灣科學地股份有限公司所出品的，如圖 3-1 所示。此設備可量測人體 的收縮壓（Systolic Pressure，SYS）、舒張壓（DAstolic pressure，DIA）、 每分鐘心跳次數（heartRate，HR）、心律變異性（Heart Rate Variability，
HRV）、高頻成分百分比或稱副交感神經活性指標（High Frequency
Component mormalized，HF）、低頻成分百分比或稱交感神經活性指
標（Low Frequency component normalized）、高頻成份/低頻成份或稱 交 感 / 副 交 感 平 衡 指 標 （ Sympathetic Nerve/Parasympathetic Nerve
Balance）。
心律大師(ANSWatch)腕式生理監視器產品規格如表 2-1 所
圖 圖 圖 圖 2-1 心律大師心律大師心律大師(ANSWatch)腕式生理監視器心律大師 腕式生理監視器腕式生理監視器腕式生理監視器 表 表 表 表 2-1 心律大師心律大師心律大師(ANSWatch)腕式生理監視器產品規格心律大師 腕式生理監視器產品規格腕式生理監視器產品規格腕式生理監視器產品規格 規格名稱 規格大小 尺寸 4cm×7cm×10cm 重量 250g 電源 可充式鋰電池 充電時間 4 小時 電力 700Ma*Hr 顯示器 液晶 LCD（3.7CM×5.3CM） 記憶體容量 2Mb 資料輸出埠 RS-232
2-4-2 體脂肪機體脂肪機體脂肪機體脂肪機：：：： 本實驗採用的體脂肪機器為科正股份有限公司所代理的設備，如 圖 2-2 所示，而設備測量的方法生物電阻測量法，BIA(bioelectrical impedance assessment)，其所謂的『生物電阻測量法』就是將微小的 電流，從人體的一端送入，再由另一端做接收，測量這兩端電極之間 產生的電阻，由於肥肉和瘦肉的導電度不同，肥肉導電度差（電阻較 大）、瘦肉導電度佳（電阻較小），因此可以推算出來身體脂肪與瘦肉 的比率。 因生物電阻法特點是操作簡單且快速、無侵體性問題、且精度在 容許誤差內又不必再買其他設備、所以本實驗採用生物電阻測量法。
2-4-3 直立式腳踏車直立式腳踏車直立式腳踏車直立式腳踏車：：：： 本實驗採用的直立式腳踏車為科正股份有限公司所代理的，如圖 2-3 所示。此設備可紀錄人體運動所花費的時間、距離的長短、心跳 的快慢和運動時所消耗的卡路里，然而每個人的身高、體重都不盡相 同，在這情況下此設備可依個人體能的不同而調整其速度的快慢和阻 力的大小，或者依身高的不同而調整座椅。 圖 圖 圖 圖 2-3 直立式腳踏車直立式腳踏車直立式腳踏車直立式腳踏車
2-4-4 脈搏監測錶脈搏監測錶脈搏監測錶脈搏監測錶：：：： 本實驗採用的脈搏監測錶為科正股份有限公司所代理的，如圖 2-4 所示。本實驗採用脈搏監測錶來監測受測者的心跳。 2-4-5 ACER ASPIRE4520 筆記型電腦筆記型電腦筆記型電腦：筆記型電腦：：： 本實驗採用的 ACER ASPIRE4520 筆記型電腦為宏碁集團所出品 的，如圖 2-5 所示。此設備的規格如表 2-2 所示。 2-4-6 ANSWatch 管理程式管理程式管理程式：管理程式：：： 本實驗採用 ANSWatch 管理程式為台灣科學地所設計提供的程 式，如圖 2-6 所示。此程式可以紀錄受測者生理訊號，另外此程式提 供配帶測試可減少人為的關係而造成量測的失誤並提高量測訊號的 正確性，然而為了使程式能更加客觀呢，本實驗全程的監控受測者測 量的情況。 2-4-7 身高體重計身高體重計身高體重計身高體重計: 本實驗採用的身高體重計為科正股份有限公司所代理的，用來量 測受測者身高及體重如圖 2-7 所示。
圖 圖圖 圖 2-4 脈搏監測錶脈搏監測錶脈搏監測錶脈搏監測錶 圖 圖 圖 圖 2-5 ACER ASPIRE4520 筆記型電腦筆記型電腦筆記型電腦筆記型電腦
圖 圖圖
表表表表 2-2 ACER ASPIRE4520 筆記型電腦筆記型電腦筆記型電腦規格筆記型電腦規格規格規格 規格名稱 規格大小 作業系統 Windows Vista TM Home Basic Windows VistaTM Home Premium Windows VistaTM Starter 作業平台 AMD Turion TM64×2Mobile Technology 記憶體 1GB DDR2 硬碟 160GB HDD 顯示器 14 英吋 WXGA200-nit 高亮度 TFT 液晶螢 幕，1280×800 像素解析度，16ms 反應時 間，利用 Acer GridVistaTM可支援同步多重 視窗檢視 通訊功能 液晶 LCD（3.7CM×5.3CM）
2-4-8 SPSS 軟體統計分析軟體統計分析軟體統計分析軟體統計分析
本實驗受測者經三個月的腳踏車運動後的數據，將這些數據進行 統計分析，本實驗因為樣本數小於 30 所以是小樣本，因此使用 t 檢 定，另外為了簡化統計運算及查 t 表的時間，則使用 SPSS（Statistics
Package for Social Science）軟體進行統計分析，見圖 2-8
圖 圖 圖
2-4-9 MATLAB 軟體軟體軟體軟體 本實驗透過 ANSWATCH 腕式生理監視器擷取身體脈搏之訊號， 之後將訊號匯入商用軟體(matlab)，見圖 2-9，再藉由 Tompkins 所提 出之即時 QRS 偵測法，找出 RR 波間期，偵測法流程圖如圖 3-4 所示， 其處理後之訊號如圖 3-5 所示。經過 Tompkins 所提出之 QRS 即時演 算法之後，就可得到 RR 波間期的串列級數，藉由此串列級數就可作 HRV 時域及頻域分析。 HRV 頻域分析是利用 Tompkins 所提出方法取得的 RR 波串列級 數利用差分法將其補至 2N，再經由快速傅立葉轉換(FFT，Fast Fourier
Transform)為功率頻譜密度分析(PSD，Power Spectrum Density)，將橫
軸以赫茲(Hz)為單位，縱軸以(ms2/Hz)為單位，藉由功率頻譜分析可 反映出交感神經活性與副交感神經活性。 圖 圖 圖 圖 2-9Matlab 軟體軟體軟體軟體
2-5 實驗設計實驗設計實驗設計實驗設計 本實驗將受測者分成兩組，5 位從事腳踏車運動為實驗組，另外 5 位保持原來生活型態為控制組，所有受測者先量測身高、體重、體 脂肪，接著休息二十分鐘後，使用心律大師(ANSWatch)腕式生理監 視器量測配合 ANSWatch 管理程式進行配戴測試，配戴測試時會有三 個視窗，三個視窗中只要有一個訊號達到 1000 以上的表示佩戴位置 佳，如圖 2-8 所示，接著量測人體的收縮壓（Systolic Pressure，SYS）、 舒張壓（DAstolic pressure，DIA）、每分鐘心跳次數（heartRate，HR）、 心律變異性（Heart Rate Variability，HRV）、高頻成分百分比或稱副 交感神經活性指標（High Frequency Component mormalized，HF）、 低頻成分百分比或稱交感神經活性指標（Low Frequency component
normalized）、高頻成份/低頻成份或稱交感/副交感平衡指標
（Sympathetic Nerve/Parasympathetic Nerve Balance）。
實驗組配戴脈搏監測錶並將錶歸零，然後坐在直立式腳踏車上， 輸入體重，設定阻力為 4，設定時間 30 分鐘，設定紀錄運動後所消 耗的卡路里，以及運動後第一分鐘到第三分鐘心跳；對照組則維持原 本生活型態即可。三個月的實驗時間過後，所有受測者進行後測，如
最後分析運動訓練前、後各變數之比較，包括體重、體脂肪、卡路里 （CALORIES）、收縮壓（SYS）、舒張壓（DIA）、運動後前三分鐘心 跳都進行相依樣本 t 檢定分析比較；心律變異度(HRV)的時域分析， 本實驗使用 ANSWatch 管理程式紀錄心電圖，參考 Tompkins 的峰值 偵測法( peak detection )將心電圖之雜訊濾除，之後找出心電圖的波峰 R-R 間期，並將安靜心跳（HR-rest）、R-R 波間期、心律變異度(HRV) 進行相依樣本 t 檢定分析比較；心律變異度(HRV)的頻域分析，本實 驗將心電圖的波峰 R-R 間期經 FFT 快速傅利葉轉換，由時域轉頻域， 並將交感神經活性指標（LF%）、副交感神經活性指標（HF%）進行 相依樣本 t 檢定分析比較。 圖 圖 圖 圖 2-10 配戴測試配戴測試配戴測試配戴測試
ㄧ、填寫健康調查表 二、填寫受測者同意書 三、受測者須知表 四、填寫實驗紀錄表 五、填寫簽到表 實驗組： 將進行十二週腳踏車訓 練，每週兩次，每次 30 分鐘，使用脈搏監測錶， 監測實驗組的運動強度 維持在每分鐘心跳 125 到 135 下 所有受測者： ㄧ、安靜期基本生理值測量（身高、體 重、體脂肪） 二、使用心律大師 ANSWATCH 腕式生 理監視器測量 HR、HRV、SYS、DIA、 LF、HF、LF/HF 控制組： 維持原本生活型態 所有受測者： ㄧ、安靜期基本生理值測量（身高、體 重、體脂肪） 二、使用心律大師 ANSWATCH 腕式生 理監視器測量 HR、HRV、SYS、 DIA、LF、HF、LF/HF 時域分析： 資料進行統計分析 頻域分析： 資料進行訊號分析 前 測 後 測
2-6 實驗方法與步驟實驗方法與步驟實驗方法與步驟實驗方法與步驟 2-6-1 請受測者填寫填寫受測者同意書請受測者填寫填寫受測者同意書請受測者填寫填寫受測者同意書請受測者填寫填寫受測者同意書，，，如附錄，如附錄(一如附錄如附錄 一一)及健康調查表一 及健康調查表及健康調查表，及健康調查表，，， 如附錄 如附錄 如附錄 如附錄（（（二（二二）二）。））。。。並請受測者在接收實驗前必須遵守以下注意事項並請受測者在接收實驗前必須遵守以下注意事項並請受測者在接收實驗前必須遵守以下注意事項並請受測者在接收實驗前必須遵守以下注意事項：：：： 1 實驗前一天和實驗當天請不要喝刺激性的飲料或食物 2 實驗前兩小時請不要吃東西或喝飲料 3 實驗中請將手上的珠寶或手錶拿下 4 實驗前一天請不要熬夜 5 實驗時請保持安靜，不要說話 6 實驗組在實驗的前一天請不要從事任何運動 7 實驗時請穿著運動服 2-6-2 身高體重之量測身高體重之量測身高體重之量測身高體重之量測 受測者將先上廁所，避免膀胱積尿，並將身上所有重物放下，並 脫去鞋襪，輕鬆站直於 ACC-801 型上面，就可讀出身高、體重數據。 2-6-3 體脂肪之量測體脂肪之量測體脂肪之量測體脂肪之量測 先清除體脂肪機之前所有設定，再設定每一位受測者的性別、年 齡、身高，請受測者所有重物放下，並脫去鞋襪，輕鬆站直於 TANITA 型上面，約五秒鐘就可讀出體脂肪數據。
2-6-4 心跳心跳心跳心跳、、、、收縮壓收縮壓收縮壓收縮壓、、、、舒張壓舒張壓、舒張壓舒張壓、、、交感神經活性指標交感神經活性指標交感神經活性指標交感神經活性指標、、、、副交感神經活性副交感神經活性副交感神經活性副交感神經活性 指標 指標 指標 指標、、、、心律變異度心律變異度心律變異度之量測心律變異度之量測之量測之量測 請受測者安靜平躺休息 20 分鐘，當受測者休息 20 分鐘後，請受 測者平躺，並伸出左手，將心律大師(ANSWatch)腕式生理監視器如 圖 3-1 配戴於左手隻手腕上，儀器主體應該要正面朝上，腕帶應該要 盡量靠近手掌，但不要超過手掌和手腕的分界線，將按鍵護蓋打開， 按 Power 鍵開機，將電腦中的 ANSWatch 管理程式如圖 2-6 開啟，用 RS232 轉接線和心律大師(ANSWatch)腕式生理監視器接在一起，並 按下佩戴測試進行即時測試，若三個視窗有一個的波峰值 1000 單位 以上表示佩戴位置佳，接著按血壓及 HRV 測試鍵，開始測試心跳、 收縮壓、舒張壓、交感神經活性指標、副交感神經活性指標以及心律 變異度，測試時間約 7 分鐘。 2-6-5 運動運動運動運動即時即時即時即時心跳之量測心跳之量測心跳之量測心跳之量測 請受測者將胸帶（發射器）的橡膠電極部分沾濕，佩戴於胸部下 緣，調整鬆緊帶長短，使胸帶能穩固的與皮膚接觸，接著設定手錶（接 受器），按 MODE（模式）鍵選擇區間內心跳累計時間，最後按 ADJUST （調整）鍵開始紀錄運動 30 分鐘的每分鐘即時心跳。
2-6-7 直立式腳踏車參數設定與直立式腳踏車參數設定與直立式腳踏車參數設定與直立式腳踏車參數設定與卡路里之量測卡路里之量測卡路里之量測卡路里之量測 請受測者坐在直立式腳踏車上面，按 RESET 鍵，按 MOOD 鍵設 定阻力為 4，設定運動時間為 30 分鐘，設定受測者體重，接著按鍵 紀錄運動後所消耗的卡路里，最後按 START 鍵即可。 2-6-8 運動後前三分鐘心跳運動後前三分鐘心跳運動後前三分鐘心跳運動後前三分鐘心跳之量測之量測之量測之量測 量測方法如 2-6-5 運動即時心跳之量測，量測運動後第一分鐘到 第三分鐘心跳。 2-7 資料資料資料資料擷取與擷取與擷取與擷取與統計統計統計統計分析分析分析分析
2-7-1 快速傅立葉快速傅立葉快速傅立葉快速傅立葉(FFT，Fast Fourier Transform) (一一一一)傅立葉轉換傅立葉轉換傅立葉轉換傅立葉轉換(Fourier Transform) 在現今科學研究中，傅立葉轉換(Fourier Transform ，3-1 式)[39] 是一種很重要的分析工具，傅立葉轉換能將訊號分解成不同頻率的 sin 及 cos 訊號，而傅立葉轉換圖中能顯示振幅及頻率的圖，並藉由 圖去解釋分析其物理意義，並針對需要而設計濾波器濾除不必要的雜 訊，此外傅立葉轉換也可達成訊號還原、消除失真、訊號變化處理… 等功能。因此，得知傅立葉轉換讓我們知道訊號頻譜分佈，進而分析 訊號特性。 ( ) ( ) j t X
ω
− ∞ x t e− ω d t + ∞∫ = • (3-1)(二二二二)離散傅立葉轉換離散傅立葉轉換離散傅立葉轉換離散傅立葉轉換(DFT，，，，Discrete Fourier Transform) 通常求函數的傅氏轉換，其函數應由獨立的連續變數所定義。可 是，有時函數值只在某些點有定義。例如：某些實驗只在固定時間間 隔才取數據。然而不管函數形式是否連續，只要轉換動作以數值方式 運算即可，對於這些離散的分佈，通常都將之想成連續函數。處理信 號時，常藉由離散傅立葉來取得信號頻譜，因為離散傅立葉轉換
(Discrete Fourier Transform，3-2 式)[39]專門將離散信號由時間領域轉
換到頻率領域，再藉由頻譜來讀取信號並解釋其物理及參數，而離散 傅立葉理論雖然很完整但是在轉換過程中相當繁重，嚴重影響利用此 轉換的各領域之發展，因此，如何減少離散傅立葉(DFT)運算量是許 多科學家所關心的。自從快速傅立葉轉換(FFT)演算法出現後使得離 散傅氏轉換(DFT)的運算效能大大提升，在數位信號處理上提供了一 個更好的方法。
( )
N-1∑( )
•
-jwnk；
n=02
X k =
x
e
k=1,2....N-1 =
N
π
ω
(3-2)ECG訊號 2-7-2、、、、訊號擷取訊號擷取訊號擷取訊號擷取 本研究藉由台灣科學地所提供之機器(新型腕式生理監視器--心 律大師(ANSWatch®))，量取身體脈搏之訊號，之後將訊號匯入商用 軟體(matlab)，再藉由 Tompkins 所提出之即時 QRS 偵測法，找出 RR 波間期，偵測法流程圖如圖 2-12 所示，其處理後之訊號如圖 2-13 所 示。經過 Tompkins 所提出之 QRS 即時演算法之後，就可得到 RR 波 間期的串列級數，藉由此串列級數就可作 HRV 時域及頻域分析。 HRV 頻域分析是利用 Tompkins 所提出方法取得的 RR 波串列級 數利用差分法將其補至 2N，再經由快速傅立葉轉換(FFT，Fast Fourier
Transform)為功率頻譜密度分析(PSD，Power Spectrum Density)，將橫
軸以赫茲(Hz)為單位，縱軸以(ms2 /Hz)為單位，藉由功率頻譜分析可 反映出交感神經活性與副交感神經活性。 圖 圖 圖 圖 2-12 Tompkins 即時即時即時 QRS 波偵測法即時 波偵測法波偵測法波偵測法 帶 通 濾 波 微 分 器 平 方 視 窗 平 均 動找 態尋 閥R 值波
圖圖圖圖 2-13 QRS 波偵測圖波偵測圖波偵測圖波偵測圖 (a) 原始心電圖訊號原始心電圖訊號原始心電圖訊號原始心電圖訊號 (b)經過帶通濾經過帶通濾經過帶通濾經過帶通濾 波器
波器波器
2-7-3、、、、數據分析數據分析數據分析數據分析 (一一一一)資料收集資料收集資料收集資料收集 本實驗收集受測者之身高、體重、體脂肪、血壓、運動後所消耗 的卡路里、運動後前三分鐘恢復心跳、心率變異度(HRV)。 (二二二二)資料處理資料處理資料處理資料處理 一、本實驗所有資料都以 SPSS 軟體進行統計分析，所有顯著水準臨 界值定為 0.05，心律變異度部分則使用 MATLAB 軟體的快速傅 利葉轉換，將心率變異度由時域轉到頻域，進行分析。 二、實驗組和控制組之前、後測則以相依樣本 t 檢定分析。 三、本實驗的統計數據都以平均數正負標準差表示（Mean±SD）。
第
第
第
第三
三
三
三章
章
章 結果與
章
結果與
結果與討論
結果與
討論
討論
討論
本章節依據研究目的，將所獲得的研究結果，分成七部分加以討 論：3-1 體重;3-2 體脂肪;3-3 血壓;3-4 運動後所消耗的卡路里;3-5 運動 後前三分鐘心跳;3-6 時域分析;3-7 頻域分析 3-1 體重體重體重（體重（（Weight）（ ））） 本實驗使用身高體重機，量測並觀察體重的變化，如圖 2-7，結 果顯示實驗組未達顯著水準（P>.05），控制組未達顯著水準（P>.05） 見表 3-1。徐瑋瑩(2006.1)[4]，易筋經運動對中年人心率變異的影響， 此文獻中說明體重有下降的趨勢但無顯著的差異，此說明八週的易筋 經運動能使體重下降，這樣的趨勢和本實驗的結果相反，可能的原因 是因為動物於秋冬季節會儲存能量以禦寒，再加上冬天運動時散失的 熱量，所以實驗組必須要攝取更多的能量以維持體溫，以至於造成體 重的增加。此外造成體重增加的原因可能是運動的頻率不夠高，或運 動的時間不夠長，因為人體運動前三十分鐘所消耗的能量為醣類，運 動三十分鐘後漸漸以脂肪為主要能量[14],表示另外美國運動醫學會 ACSM(1991)[40]認為：「以規律的有氧運動方式，如散步、慢跑、游 泳、騎腳踏車等；每週至少三次以上，每次持續時間要三十分鐘以上，調查報告發現，全世界最愛吃速食的是英國人，美國人居第二，以享 受美食著名的法國人是最不喜歡速食食物的國家，這項調查主要是要 了解西方的速食食物是否對日益嚴重的肥胖問題是否有直接的關 係，此項調查中發現有五分之二的人認為食物是造成肥胖的主因，然 而面對體重的上升，各國人民解決方法不太一樣，調查排名第一種減 重方法是少吃，第二種減重方法是要多運動，第三種減重方法要選擇 適當的食物來減輕體重，而西方的速食食物是否對日益嚴重的肥胖問 題是否有直接的關係呢？[42]祕魯這個國家原本以農業和漁業維 生，然而島上的人民靠賣磷礦而成為世界上最富有的人民之ㄧ，因此 島上人民完全放棄農業和漁業，改吃西方多醣及多脂肪的精緻食物， 再加上島上人民不用勞動又以機車代步而不運動，使秘魯成為全世界 最多糖尿病的國家，由此可知發展中的國家，一但發展經濟，人民有 足夠或過份的食物，加上不必勞動，有安逸的生活，若加上車輛的大 量使用，不運動的休閒文化，糖尿病都節節上升，像台灣已是糖尿病 的高盛行區，名列十大死因的第四位，和名列前茅的腦血管心臟病、 腎臟病及高血壓有密切的關係。本實驗可能因為運動的頻率每週只有 兩次，運動時間不夠長以及沒有做飲食的控制所以造成體重的上升。
表 3-1 各組運動前、後體重差異之比較 項目 96/10/15 97/1/10 t 值 p 值 實驗組（n=5） 73.3±8.025 73.94±7.878 -1.363 0.245 控制組（n=5） 64.22±6.246 64.62±6.303 -1.081 0.341 註：所有數值以 Mean±SD 方式 3-2 體脂肪體脂肪體脂肪（體脂肪（（Body Fat）（ ））） 本實驗使用體脂肪機，量測並觀察體脂肪的變化，如圖 2-2，結 果顯示實驗組未達顯著水準（P>.05），控制組達顯著水準（P<.05）， 見表 3-2，徐瑋瑩(2006)[4]，易筋經運動對中年人心率變異的影響， 此文獻中說明體脂肪有下降的趨勢且有顯著的差異，此說明八週的易 筋經運動能使體脂肪下降，這樣的趨勢和本實驗的結果相反，可能的 原因是因為動物於秋冬季節會儲存能量以禦寒，再加上冬天運動時散 失的熱量，所以實驗組必須要攝取更多的能量以維持體溫，以至於造 成體脂肪的增加，陳麗玉(1987)[42]中說明人體為了維持生命，提供 能量轉換，保溫及避免體內器官受傷，儲存某種程度的脂肪是不可或 缺的。Jackson(1984)[43]中說明過度的脂肪堆積，對健康是有害的， 容易導致冠狀動脈疾病、高血壓、膽囊病與呼吸功能障礙以及糖尿病
肪的效率增加,當運動持續時間越長，儲存的脂肪變的更重要,脂肪提 供超過 80％的身體能量需求。本實驗設定的運動強度心跳 130 屬於 中等運動強度，但每次只進行 30 分鐘腳踏車運動訓練，[45]又由於 人體運動前三十分鐘所消耗的能量為醣類，運動三十分鐘後才漸漸以 脂肪為主要能量，Martin 等人(1997)[46]中指出在持續超過 1-2 小時的 中等強度耐力性運動中,身體利用脂肪的效率增加,脂肪分解率特續增 加,脂肪酸成為長時間運動後半段的主要能量來源。本實驗實驗組體 脂肪的增加的幅度較控制組來的低，由此可見腳踏車運動訓練可能對 人體體脂肪的增加有抑制的效果。 表 3-2 各組運動前、後體脂肪差異之比較 項目 96/10/15 97/1/10 t 值 p 值 實驗組（n=5） 20.08±2.513 22.2±2.856 -2.257 0.087 控制組（n=5） 17.88±2.459 20.44±3.447 -3.802 0.019 註：所有數值以 Mean±SD 方式表示
3-3 血壓血壓血壓（血壓（（BP，（ ，，，Blood Pressure）））） 由表「3-3」和表「3-4」結果顯示：實驗組血壓達顯著水準（P<.05）， 控制組達血壓顯著水準（P<.05），徐瑋瑩(2006)[4]，易筋經運動對中 年人心率變異的影響，此文獻中說明血壓有下降的趨勢且有顯著的差 異，此說明八週的易筋經運動能使血壓下降，這樣的趨勢和本實驗的 結果相反，本研究實驗組和控制組的收縮壓，都有上升的趨勢，可能 的原因是由於實驗的時間正逢季節的轉換，氣溫逐漸的下降，所以造 成血管收縮，因而造成收縮壓的上升。曾健准[47]也提到造成血壓的 上升的因素如：氣溫突然降低，會引起血管收縮、血壓升高的現象； 發怒、緊張、焦慮等情緒失調的狀況或者失眠都是造成血壓上升的因 素，另外在飲食上可能在接近冬天鹽分攝取過多。在(聯合報／鍾玉 衡／國泰醫院家庭醫學科醫師/美國心臟醫學會)[15]也曾提到在冬 天血壓不易控制的原因可能是冬天氣溫較低，易引起周邊血管收縮， 而使血壓升高，或者冬天較易吃一些高熱量食物和含鹽量較高的食 物，造成體重及血壓的上升。本實驗造成血壓上升的原因可能是天氣 冷造成血管收縮或者受測者因天氣冷吃了過多高熱量的食物，或者是 受測者因面臨期末考，所以才造成血壓的上升。
表 3-3 各組運動前、後收縮壓差異之比較 項目 96/10/15 97/1/10 t 值 p 值 實驗組（n=5） 110.8±4.711 122.6±7.569 -3.724 0.020 控制組（n=5） 108.0±8.396 131.9±8.396 -3.877 0.018 註：所有數值以 Mean±SD 方式表示 表 3-4 各組運動前、後舒張壓差異之比較 項目 96/10/15 97/1/10 t 值 p 值 實驗組（n=5） 76.6±2.510 80.4±2.191 -2.433 0.072 控制組（n=5） 74±2.449 79.4±5.413 -3.515 0.025 註：所有數值以 Mean±SD 方式表示
3-4 運動後所消耗的卡路里運動後所消耗的卡路里運動後所消耗的卡路里運動後所消耗的卡路里 由表「3-5」結果顯示：實驗組前測運動所消耗的卡路里達顯著 水準（p<.05），控制組因無參與運動的訓練所以無紀錄消耗任何卡路 里，本研究實驗組經過三個月的腳踏車訓練，能消耗更多的卡路里， 可能的原因是因為實驗組經過腳踏運動訓練後體能變好了，[48]一般 靜態生活方式者從靜脈流出的血流量較低，而體能較好者因為從事運 動使心肌的體積增加，且心肌內的血管增加，心輸出量增加，心跳變 慢，加快新陳代謝，所以才能消耗更多卡路里。由 表「3-12」可得 知，實驗組的心跳下降的幅度較控制組來的多，所以心輸出量增加， 使新陳代謝加快，因此能消耗更多的卡路里。另外可能消耗更多卡路 里的原因可能是為了維持體溫而使新陳代謝增加，因為動物在秋冬季 節時會儲存能量以禦寒，再加上冬天運動時散失的熱量，所以實驗組 必須要攝取更多的能量以維持體溫，所以造成新陳代謝的增加。本實 驗實驗組經腳踏車訓練後能消耗更多卡路里，表示新陳代謝變強，心 肺耐力增強，體能變的更好。
表 3-5 各組運動前、後卡路里差異之比較 項目 96/10/15 97/1/10 t 值 p 值 實驗組（n=5） 185.2±31.204 225.4±19.813 -3.045 0.038 控制組（n=5） 0±0 0±0 註：所有數值以 Mean±SD 方式表 3-5 運動後前三分鐘運動後前三分鐘運動後前三分鐘恢復運動後前三分鐘恢復恢復心跳恢復心跳心跳心跳 由表「3-6」、表「3-7」、表「3-8」結果顯示：實驗組運動後第一 分鐘心跳達顯著水準（p<.05），可能心肺適能變好，盧俊豪(2006)[11] 中心跳恢復率越快代表心臟越強。另外王順正(2005) [12]中提到，一 般來說，運動剛結束的 1 分鐘內，心跳率的恢復最為明顯。因此，相 關的研究就以運動後 1 分鐘或 2 分鐘的心跳恢復情形，進行心肺機能 與身體能力的評量。吳慧君(1994)[49]中也提到，運動後心跳率恢復 的速度和程度亦可做為衡量運動員對負荷的適應水準，也是評定身體 機能的重要指標之ㄧ。而運動後第二分鐘和第三分鐘恢復心跳未達顯 著水準（P>.05），可能是身體疲勞，王健(2001)[50]中提到，一般心 跳可再運動後三分鐘恢復到運動前水平，若身體疲勞時，恢復的時間 會明顯延長。再者受測者在 97/1/10 時的運動後第二分鐘和第三分鐘 恢復心跳數據不夠低，可能是受測者面臨期末考，情緒緊張，造成恢
復心跳下降較緩慢，另外黃錦裕(2000)[51]對六位大專男學生，以熱 身和非熱身進行四百米跑步，運動後休息方式分為靜態和動態休息， 結果發現有熱身的學生運動後心跳恢復的速度較沒有熱身來的快，此 項研究發現熱身對運動者之循環系統功能更佳，對運動的適應能力更 好，而運動後心跳恢復的速度以不熱身動態恢復方式較快，因為運動 後乳酸的增加值會使肌肉收縮受到限制，而肝糖儲存量的下降則表示 肌肉無燃料可用，這種變化會引起疲勞，因動態休息可以增加乳酸的 清除速度，所以會增快疲勞的恢復。另外運動後心跳恢復的情況也可 評估是否有心臟病，Cole 等(1999)[52]和 Watanabe 等(2001)[53]中提 到，運動後的心跳恢復情形，可以用來評估運動者是否有心臟疾病， 並且能夠用來預測心臟疾病患者的死亡率與存活率。本實驗實驗組第 一分鐘心跳有顯著的下降表示心肺耐力增強，而第二分鐘心跳和第三 分鐘心跳無顯著的下降可能受測者本身平常沒有規律的運動，再加上 肌耐力和肺活量不夠，造成乳酸代謝較緩慢，而產生疲勞，所以可能 要花長一點時間才能恢復到正常心跳。
表 3-6 運動後前、後第ㄧ分鐘恢復心跳 項目 96/10/15 97/1/10 t 值 p 值 實驗組（n=5） 118±11.467 109.4±14.595 4.435 0.011 控制組（n=5） 0±0 0±0 註：所有數值以 Mean±SD 方式表 表 3-7 運動前、後第二分鐘恢復心跳 項目 96/10/15 97/1/10 t 值 p 值 實驗組（n=5） 99.2±9.884 103.4±19.424 -0.419 0.697 控制組（n=5） 0±0 0±0 註：所有數值以 Mean±SD 方式 表 3-8 運動前、後第三分鐘恢復心跳 項目 96/10/15 97/1/10 t 值 p 值 實驗組（n=5） 93.8±8.167 97.8±17.977 -0.488 0.651 控制組（n=5） 0±0 0±0 註：所有數值以 Mean±SD 方式表示
3-6 安靜心跳安靜心跳安靜心跳(HR-rest)安靜心跳 本實驗讓受測者休息20分鐘，再使用ANSWATCH腕式生理監視 器，配戴在左手腕上，量測安靜心跳，由表「3-9」結果顯示：實驗 組安靜心跳未達顯著水準（p>.05），控制組安靜心跳未達顯著水準 （p>.05），本實驗實驗組的安靜心跳下降幅度較控制組來的大，可能 是實驗組經過腳踏車訓練，使心輸出量增加，心跳下降，體能逐漸變 好。在運動生理學[45]中提到，運動可以增加心肌的強度和厚度，使 心臟可以用較少的心跳來輸出等量的血液循環全身，使體力變好。而 實驗組心跳沒有顯著的下降可能是運動的頻率不夠多或者運動的強 度不夠強，杜鎮宇(2002)[5]對24位志願且無規律運動習慣之健康男大 學生為研究對象，其中24位學生分成四組，5位為控制組，6位為低強 度運動，6位為中強渡運動，7位為高強度運動，除了控制組以外其他 組別將進行四週規律性運動，每週三次，每次三十分鐘。研究結果發 現中高強度運動訓練後安靜心跳有顯著的改變,此結果便證實本實驗 運動的頻率不夠多，以及運動的強度不夠強。本實驗實驗組經腳踏車 訓練後心跳有下降的趨勢但不顯著，由杜鎮宇(2002)[5]中，可知本實 驗的運動頻率不夠多及運動強度不夠強。
