两种不同牵张幅度DJ跳法的弹性能能力之比较.doc

兩種不同牽張幅度DJ跳法的彈性能能力之比較1林政東、2趙峻郁、1侯鴻章、劉宇21國立體育學院、2中國文化大學摘要本研究是利用運動生物力學的方法，探討牽張縮短循環（stretchshortening cycle SSC）中的典型動作DJ（drop jump）20、40和60cm之運動學、動力學，以便了解兩種不同伸展幅度的跳法，對於彈性能能力的影響。本次實驗以AMTI測力板、電子關節角度計測量受試者在兩種不同伸展幅度下的地面反作用力、膝關節角度的變化。受試者為跳部選手和短跑選手共11名，其年齡為23.182.64，身高為173.04.03， 體重為64.315.97。經由實驗結果的討論，我們可以獲得以下的結論。一、雖然本實驗藉由地面反作用力的離心末期力量探討牽張幅度和彈性能之關係，但與藉由單一肌肉的離心末期力量探討牽張幅度和彈性能之關係的發現一致。二、較大的離心末期力量（P.05），顯示淺蹲跳法儲存較大的彈性能。三、較短的偶聯時間（P.05），表示淺蹲跳法具有較佳的彈性能償還能力。四、較快的向心角速度（P.05），意味淺蹲跳法能夠較有效的利用彈性能。關鍵詞：離心未期力量，彈性能儲存能力，偶聯時間，彈性能償還能力，向心平均角速度，起跳速度。壹、緒論牽張縮短循環（StretchShortenigCycle，SSC）動作時，先使肌肉離心收縮然後快速向心收縮，此一過程利用了肌肉組織彈性的特性而產生最大力量。1965年Cavagna, Saibene 和 Margarai等人即開始研究SSC的動作，1968年Cavagna, Dusman 和 Margarai等人又以其設計的機器在青蛙的腓腸肌、蟾蜍的縫匠肌和人的前臂曲肌，比較兩種肌肉作用的方式，即離心後馬上向心收縮和等長收縮後向心作用的動作，結果預先牽張的動作產生較高的力量和功，其原因是肌肉收縮成份之外彈性組織所產生的彈性能所致，並且牽張速度（stretch velocity）愈快和離心和向心之間的償還時間愈快則所增加的功和力量愈大。Asmussen和 Bonde-peterson（1974a），以19名年輕受試者，進行SJ、CMJ和23、40和69cm的DJ（drop jump）動作實驗，証明了離心之後馬上向心收縮，可以提高向心力量，其原因是肌肉利用了彈性能的機制。肌肉離心作用時承受了負荷，此一負荷傳達至彈性組織並且儲存為彈性能，向心收縮時，彈性組織傳送所增加的能量以供其所需（Asmussen和 Bonde-peterson 1974a, Bosco, Viitasalo, Komi and Luhtanen 1982a, Bosco, Tarkka and Komi 1982b）。並指出，牽張速度愈快時，肌肉使用彈性能的能力愈大，直到DJ40達到最大（Asmussen和 Bonde-peterson 1974a）。除外，偶聯時間（coupling time）愈小，則所產生的力量和所完成的功就愈大。另一方面，Rack & Westbury於1974年提出短範圍彈性硬度（short range elastic stiffness），當牽張的肌肉長度超過此一範圍，則參與橫憍作用的肌凝蛋白和肌動蛋白將減少而使得力量下降。所以牽張幅度（stretch amplitude）的大小應該會對SSC動作造成影響，當牽張幅度超過某一範圍，則彈性能可能因此下降。Bosco, Komi & Ito（1981）發現小範圍牽張幅度動作產生較短的偶聯時間，而較短偶聯時間將有助彈性能的利用，因偶聯時間過長時，彈性能轉為熱而消失，不能對隨後而來的向心作用有所幫助。Thys, , Faraggiana, and Margaria（1975）和Asmussen & Bonde-Petersen （1974b）在SSC跳躍動作中，得知小範圍牽張幅度的角位移動作能產生較高的機械效率（mechanical efficiency），它能夠提高肌肉的力量和爆發力。為了知道牽張幅度對於彈性能能力及運動表現的影響，本實驗以兩種不同牽張幅度的DJ（drop jump），比較其彈性能之能力。代表彈性能的變數有離心末期力量、偶聯時間。肌肉離心末期力量代表彈性能儲存的能力（Flitney & Hirst 1975），離心未期力量愈大，則意味著儲存較大的彈性能；偶聯時間代表彈性能的償還能力，偶聯時間愈短，則彈性能愈能夠有效的利用；相反的，如果偶聯時間有所延遲，則彈性能將轉換為熱能而浪費了（Bosco等人1981）。Asmussen和 Bonde-peterson（1974a）証明了離心之後馬上向心收縮，可以提高向心力量，其原因是肌肉利用了彈性能的機制，作者認為SSC動作如果能夠有效的儲存彈性能並善加利用，則應可提升肌肉向心角速度。所以本實驗藉由檢查這些力學要素，以了解兩種不同牽張幅度跳法的彈性能儲存和償還能力之良瓢及對向心平均角速度之影響。貳、 研究方法與步驟一、實驗對象本次實驗受試者為跳部選手和短跑選手共11名，其年齡為23.182.64，身高為173.04.03, 體重為64.315.97。二、實驗儀器設備與架設本次研究實驗方法中，使用的主要儀器與設備為AMTI 測力板一台，panny電子關節角度計一個、前置放大器二個、16頻道輸入器、AD類比數位訊號轉換器、DASY Lab 4.0版軟體、586-Notebook 電腦一套及20、40、60cm跳台。本實驗以有線的方法傳輸，測力板和貼於身上的關節角度計經過放大器和A/D傳換器，進入電腦，共同使用Dasy Lab system軟体，以收集所需的資料。三、實驗動作和程序本實驗的動作為DJ20、DJ40和DJ60，是指從20、40和60公分處往下跳，並隨即垂直往上跳。其程序為受試者首先進行完全的熱身和伸展，然後進行DJ20、DJ40和DJ60，每個動作五次，每組動作之間休息3至5分鐘，並以受試者自覺狀況來決定是否繼續。四、研究假說與操作性定義淺蹲跳法會產生較佳的彈性能能力，即淺蹲跳法產生較大的離心未期力量、較短的偶聯時間和較快的向心角速度。1、牽張幅度：DJ時，著地後膝關節所彎曲的最大角度。本究研中，淺蹲屈膝幅度（角位移）小於75度，深蹲跳大於85度。2、偶聯時間：在離心收縮和向心收縮的轉換處，截取5%的膝關節最大彎曲角度所需的時間。3、離心未期力量：在離心收縮和向心收縮處轉換處，以膝關節最大彎曲角度對上測力板所測量之力量曲線之力量。4、向心平均角速度：DJ時，膝關節最大彎曲後至離地後之伸展角度，除以所需的時間。五、資料收集與處理關節角度計和測力板所收集的類比訊號轉成數位信號存於個人電腦內，採樣頻率為1000/秒，低通濾波後，以所求的關節角度和地面垂直反作用力資料，依操作性定義截取膝關節牽張角度，離心末力量、偶聯時間平均、平均向心角速度、起跳速度。由spss系統對本實驗資料進行統計分析，首先計算淺蹲與深蹲DJ跳法離心末期力量、偶聯時間向心平均角速度起跳速度之平均值，然後以T-test檢驗這些變數之差異，顯著水準為.05。參、結果與討論本研究以DJ20、DJ40、DJ60為實驗動作，受試者以淺蹲及深蹲的方式各跳五次。為了從原始的五次資料中選擇一最佳離地高度。資料選定後進行處理，經處理後的結果加以探討：一、SSC牽張幅度之描述與探討本實驗動作以最快速度（最大用力）進行DJ跳，所以無法使受試者跳出某一特定角度，只能大致上告訴他們進行兩種不同牽張幅度的跳法。所以每位受試者跳出不同的淺蹲角度，在不分起跳高度的情形下，全體總平均膝關節彎曲角度為70.4度，標準差為4.9度；深蹲的平均膝關節彎曲角度為90.9度，標準差為4.7度。不同高度DJ跳法的牽張幅度如表一所示，符合本文規定的操作性定義。二、彈性能能力的描述與探討(一)、彈性能之儲存能力SSC動作時，離心收縮的彈性儲存對於向心收縮所作的功和運動表現有著相當的影響，而離心末期力量除了意味著向心期的起始力量，也代表著彈性能儲存能力（Bosco, Tihanyi, Komi, Fekete and Apor 1982c, Flitney & Hirst 1975, Huxley & Simmons 1971）。因為牽張時，部份的肌肉張力由和肌節平行的彈性組織所取代，以便儲存更多彈性能。如圖一，AB連線代表彈性能的儲存，AB線段愈長則彈性能愈大。肌凝蛋白接頭有四個接點M1、M2、M3和M4，肌動蛋白的四個位置A1、A2、A3和A4，兩者之間可以旋轉連接，一次只能連接兩點。其中M1A1最容易連接，但此時AB線段的長度最短，彈性能最小；M4A4最不容易連接，而此時AB線段的長度最長，彈性能最大。當肌凝蛋白向前旋轉，M1A1與M2A2連接，彈性能較小；肌凝蛋白向後旋時，M3A3與M4A4連接，此時儲存較多的彈性能（Huxley & Simmons 1971）。淺蹲跳法產生較大的離心末力量，意味著儲存較多的彈性能，此時橫橋進行調整使得肌凝蛋白接頭向後扭轉而非向前旋轉，即M3A3與M4A4連接，AB線段較長，這也意味肌節儲存著較大的彈性能，並在隨後的向心作用恢復原狀（Flitney & Hirst 1978）。這些彈性能如果善加利用，當可提升運動表現。淺蹲無論在DJ20、40和60的離心末期力量，皆大於深蹲（表一），並達顯著差異（DJ20、 DJ4 和DJ60之淺蹲和深蹲兩者差異的P=.001、.001和.018）。此一事實說明了淺蹲儲存了較多的彈性能和較大的向心作用起始力量，所以淺蹲應該有較佳的運動表現。圖一、圖中顯示橫橋作用的性質，H為肌凝蛋白接頭，AB線段表可自由伸縮的彈性體。實線表示M1A1與M2A2連接的情形，虛線則表示M2A2與M3A3連接的情形。（摘自Huxley & Simmons 1971）表一 不同牽張幅度跳法的彈性能能力指標的力學要素平均值 蹲跳高度DJ20DJ40 DJ60跳法（牽張幅度 單位：角度）淺蹲67.3（3.0）70.5（4.7）73.4（4.9）深蹲90.2（4.9）90.2（5.5）92.3（3.6）（離心未期力量 單位：體重比率）淺蹲3.038（0.353）3.085（0.417）2.957（0.395）深蹲2.516（0.278）2.555（0.209）2.555（0.333） （偶聯時間 單位：ms）淺蹲93.6（15.2）95.5（21.9）91.8（24.1）深蹲160.6（18.6）179.0（16.9）174.1（24.2）（向心平均角速度 單位：deg.s）淺蹲333.9（46.1）351.6（52.2）345.0（54.7）深蹲298.2（30.4）310.8（33.9）288.5（37.6）本實驗的離心未期力量雖為身體的地面反作用力，不是像Flitney & Hirst 1975測量單一肌肉力量進而探討與牽張幅度之關係，並且發現小範圍牽張幅度產生較大的離心未期力量。Bosco等人（1981）和 Bosco等人（1982c）的研究中，比較大範圍牽張和小範圍牽張SSC動作，發現小範圍牽張SSC動作產生較多的彈性能。而本實驗使用地面反作用力來代替單一肌肉力量，發現小範圍牽張DJ產生較多的彈性能，其所得的結果是一致的。（二）、彈性能的償還能力-偶聯時間偶聯時間是影響SSC動作好壞的一個重要變數，偶聯時間愈短則彈性能愈能有效使用，偶聯時間太長則彈性能將變成熱能而無法提高運動表現（Cavagna等人1965）。本實驗中淺蹲花費較短的偶聯時間，深蹲則花費較長的偶聯時間，並達顯著水準 （DJ20 DJ40、DJ60之淺蹲和深蹲兩者差異的P=.000、.0000和.000），此一結果與Bosco等人（1981）的發現相同。（三）、彈性能使用的指標向心平均角速度向心角速度指的是肌肉向心作用時，角度變化的速率，它是由最大的牽張角度至離地後剎那的時間內角度之變化。本實驗中淺蹲無論在DJ20、40和60的向心平均角速度均高於深蹲（表一），並達顯著水準（DJ20、DJ4 和DJ60之淺蹲和深蹲兩者差異的P=.044、.042和.010）。向心收縮受到離心收縮所產生彈性能的影響進而改變向心角速度的快慢，如果能夠儲存較大的彈性能並且這些彈性能可以順利從離心階段移轉至向心階段，則可以增加向心平均角速度。淺蹲跳法具有較大的離心末期力量和較短的偶聯時間，能夠儲存較大的彈性能和有效的償還彈性能，藉此兩種優勢提高向心角速度，所以本實驗中淺蹲跳法具有較快的向心平均角速度。影響SSC機制的一個重要因素為彈性能，本實驗中淺蹲跳法具有較大的離心末期力量，意味著儲存較多的彈性能；較短的偶聯時間，透露淺蹲跳法能夠較有效率的償還彈性能；較快的向心平均角速度，則是儲存較多彈性能和有效償還彈性能之結果。由以上的事實得知，淺蹲跳法可以儲存較多的彈性能並能更有效加以利用，因此訓練時宜採淺蹲跳法。肆、結論與建議總結上述結果與討論，本文得到下列幾點初步結論：一、結論（一）、雖然本實驗藉由地面反作用力的離心末期力量探討牽張幅度和彈性能之關係，但與藉由單一肌肉的離心末期力量探討牽張幅度和彈性能之關係的發現一致。（二）、較大的離心末期力量（P.05），顯示淺蹲跳法儲存較大的彈性能。（三）、較短的偶聯時間（P.05），表示淺蹲跳法具有較佳彈性能償還能力。（四）、較快的向心角速度（P.05），意味淺蹲跳法能夠較有效的利用彈性能。二、建議1、本研究針對兩個伸展幅度進行探討，找出一些彈性能力的指墂，然後對淺蹲和深蹲兩種跳法的差異作一比較，並無法知真正知道彼此的彈性能大小。2、本實驗的離心末力量以地面反作用力代之，如果能夠測量個別肌肉力量，加以對照比較則更佳。參考文獻Asmussen, E., & Bonde-peterson, F., (1974a). 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AMIT forceplatform, electric goniometer were used to record the ground reaction forces, knee joint angle. After the treatment of the data, we have gained the results as follows:1、Although the relationship between stretch amplitude and elasticity energy is examined by the ground reaction force of e