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運動生理週訊(第199期)

振動訓練法的理論與應用(June 16, 2005)

鄭景峰

壹、前言

　　不論是何種運動項目，肌肉的瞬發力與肌力，總扮演著或多或少影響運動成績的因素之一，也因此，許多的教練與運動選手總試著開發出各式各樣的訓練手法，例如增強式訓練（Plyometric Training），甚至是營養補充品，例如肌酸。在國外已發展一段時日的振動訓練或振動運動（Vibration Training or Vibration Exercises），也是作為強化肌力與瞬發力的手段之一，而綜觀國內的文獻資料，並未有學者提及此一議題，因此，本文試著針對振動訓練的理論與應用作概略性的闡述，以期提供國內教練與運動員，對此類訓練法的認識與瞭解。

　　早在1960年代，便有學者利用一種小型圓桶狀的振動器（vibrator），放置於肌腹或肌腱上以誘發身體的「張力性振動反射，tonic vibration reflex」，例如Hagbarth與Eklund（1966）便使用這種振動器來刺激癱瘓患者的肌肉活動。Matthews（1966）指出張力性振動反射的現象，與傳統的伸張反射（stretch reflex）概念相近。

　　隨後，蘇聯的學者Nazarov與Spivak在1987年時，則結合振動的刺激於重量訓練的動作中，而這種動作形式便被稱做「振動訓練或振動運動」（Luo等, 2005）。在國內，陳全壽教授與相子元教授在1997年時，曾利用類似的概念共同研發出一套稱為『陳氏被動反覆衝擊式肌力增強器（Chen’s Passive Repeatedly Plyometric Power Machine）』。

　　振動訓練法主要是針對肌肉的肌力與瞬發力進行強化的手段之一，其下的生理機制與時下流行的增強式訓練法有異曲同工之妙。本文將針對振動訓練或振動運動的急性影響與長期適應作一概述，並根據目前的科學研究文獻，提出振動訓練法在實施時的適當應用原則。

貳、振動訓練的生理機制

　　振動訓練法是一種利用機械來引起肌肉振盪，以達到刺激神經肌肉系統的效果，其強度取決於機器的頻率與振幅（Luo等, 2005）。其中頻率是指振動器在每單位時間內所產生的週期，其單位為Hz（cycles•sec-1），而振幅則是指週期性振動中，最大值與最小值的差值之一半。依據實施方法的不同將振動運動區分成直接刺激法與間接刺激法（Luo等, 2005）。直接刺激法在實施時，將振動器直接放置在肌腹或肌腱的位置上，而振動器的固定方式則是透過手握或是橡皮帶的固定。間接刺激法則是將振動器放置於欲訓練肌群的遠端，振動的情形便藉由身體的傳遞而達到欲訓練之肌群上，目前市售的振動訓練器則多屬此類，例如可訓練下肢的全身性振動訓練（whole-body vibration training, WBV），便是一種放置於地面上，可供雙腳或單腳站立而達到振動全身的振動器（見圖一）。

圖一、全身性振動訓練器。

　　振動訓練的生理機制主要與增強式訓練的牽張縮短循環（stretch-shortening cycle, SSC）類似。SSC是一種利用離心收縮後立即作向心收縮的作用方式，透過彈性與伸張反射（stretch reflex）機轉的影響下，使肌肉產生較大的瞬發力（Komi, 1984）。因此，振動訓練在生理作用的機轉上，包含了彈性能的儲存與釋放以及伸張反射，兩者交互作用而產生力量的結果，有興趣的讀者可參閱鄭景峰（2001）對於SSC機制的介紹。

參、振動訓練的急性影響

　　Luo等（2005）在其論述性文章中指出單次的振動運動可以促進非最大等長收縮運動、最大動態收縮運動以及最大動態收縮運動的運動表現，而且這種急性的影響，在運動員身上的效果似乎有優於坐姿生活者的情形。

　　Issurin與Tenenbaum（1999）分別讓14名的初學者與14名的優秀選手，利用手握振動橫稈的方式，進行肱二頭肌的單次振動訓練（振幅，0.3-0.4 mm；頻率，44 Hz），結果發現優秀選手在單次的振動訓練後，明顯地增加了肘關節彎曲時的最大功率約10.4%與平均功率約10.2%，而初學者的最大功率與平均功率，在單次的振動運動刺激後，也分別顯著地增加了7.9%與10.7%。Bosco等（2000）讓受試者以墊腳尖屈膝的方式站立在全身性振動訓練器上，進行連續10次，每次60秒，間隔休息60秒的振動運動（WBV；振幅，4 mm；頻率，26 Hz），結果發現受試者在振動訓練後明顯地增加了下蹲跳（counter-movement jump, CMJ）的高度約1.4公分。由此可見，單次的振動運動確實有助於提升動態收縮形式的運動表現。

　　單次振動運動促進運動表現的現象，是一種非常有趣的情形。Romaiguère等（1993）的研究顯示，單次的振動運動會降低運動單位被徵召的頻率閾值，同時也會增加肌梭對自主性等長收縮時的反射敏感性。而Bosco等（2000）利用肌電訊號均方根振幅除以平均功率（EMGrms/ average mechanical power）的方式來計算肌肉作功的神經效率，結果發現受試者在單次的振動運動之後，明顯地改善了肌肉作功的神經效率，同時，Bosco等（2000）也發現在單次的振動運動之後，受試者血液中的睪固酮與生長激素濃度均明顯增加，而皮質固醇的濃度則顯著降低。因此，單次振動運動對隨後運動表現的促進效果，除了有神經肌肉的因素之外，荷爾蒙的變化也扮演著一定的角色。

　　當單次振動運動的強度固定時，肌肉收縮的表現將會隨著振動器刺激時間的增長而下降。Bongiovanni等（1990）讓受試者在進行間歇性與持續性的最大自主性踝關節背屈收縮時，於踝關節的背屈肌肌腱實施直接的振動器刺激（振幅，1.5 mm；頻率，150 Hz；持續時間從2分鐘至3分鐘），結果發現踝關節背屈肌群的力量與肌電訊號均隨著振動運動時間的延長而降低。Luo等（2005）認為長時間振動運動引起肌肉更加疲勞的可能原因有二，其一為振動運動會促進運動初期肌肉收縮的力量與活性，另一則是振動運動會抑制運動單位的徵召，而降低神經肌肉的運動表現。

肆、振動訓練的長期適應

　　Torvinen等（2002）將56名受試者（年齡，19-38歲）隨機分成振動訓練組與控制組，振動訓練組須進行為期16週的振動訓練（WBV；振幅，2 mm；頻率，25 Hz/60 s + 30 Hz/60s + 35 Hz/60s + 40 Hz/60s；每次4組60秒；每週訓練3-5次），結果發現在第8週時，振動訓練組明顯地提升了CMJ與膝伸肌最大等長肌力的表現，到了第16週時振動訓練組僅明顯提升CMJ的運動表現，但是在第8週與第16週時，振動訓練的介入並不會改變受試者的握力、30公尺折返跑以及平衡能力。

　　Delecluse等（2003）將67名未受過訓練女性（年齡，21.4±1.8歲）隨機分成四組，包括重量訓練組（訓練強度，10-20 RM [repetition maximum]；訓練動作，下肢推蹬與伸膝訓練；每次2組；每週3次）、振動訓練組（WBV；振幅，2.5-5 mm；頻率，35-40 Hz；每次3組；每週3次）、安慰劑組（同振動訓練組，但振幅為0）以及控制組（不接受任何訓練），在12週的訓練後發現，振動訓練可以促進年輕婦女的膝伸肌肌力與CMJ表現，但是並未能促進膝關節的動作速度，而此效果與傳統的重量訓練相似。除此之外，該研究也證實了振動訓練所引起的肌力促進效果，並非安慰劑的效應。

　　Russo等（2003）將29位停經後婦女隨機分成振動訓練組（年齡，60.7±6.1歲）與控制組（年齡，61.4±7.3歲），在為期24週的振動訓練（WBV；頻率，12-28 Hz；每次3組；每組1-2分鐘；每週2次）之後發現，振動訓練有助於提升停經後婦女在CMJ的速率與功率表現，但對於脛骨的骨密度則無顯著影響。

　　Verschueren等（2004）則讓70位停經後婦女（年齡，58-74歲）隨機分成振動訓練組（WBV；振幅，2.5-5.0 mm；頻率，35-40 Hz；每次3組，每組60秒；每週3次）、重量訓練組（訓練強度，8-20 RM；訓練動作，下肢推蹬與伸膝訓練；每次2-4組；每週3次）以及控制組，在24週的訓練之後發現，振動訓練明顯地促進了停經後婦女的等長與動態肌力，同時也明顯地增加了髖關節的骨密度約0.93%，而重量訓練組與控制組的髖關節骨密度則未有明顯變化（各為-0.60%與-0.62%）。

　　Roelants等（2004）將89位停經後婦女（年齡，58-74歲）隨機分成振動訓練組（WBV；振幅，2.5-5.0 mm；頻率，35-40 Hz；每次3組，每組60秒；每週3次）、重量訓練組（訓練強度，8-20 RM；訓練動作，下肢推蹬與伸膝訓練；每次2-4組；每週3次）以及控制組，在24週的訓練之後發現，12週的振動訓練有助於促進年老婦女的膝伸肌肌力、膝關節動作速度以及CMJ的運動表現，而此促進效果與傳統的重量訓練相似。不過，振動訓練的促進效果在24週後則會變小而不明顯。

　　由上述的文獻可知，長期的振動訓練有助於提升未受過訓練者以及老年人的最大等長肌力與最大動態肌力的運動表現，甚至有可能會促進老年人骨密度的維持。儘管如此，雖然從振動運動的急性效果觀之，Luo等（2005）認為運動員對於振動訓練的反應似乎有優於坐姿生活者的情形，但是目前仍缺乏針對運動員進行長期振動訓練的研究報告。因此，未來的研究可朝向運動員對於振動訓練的急性反應與長期適應來著手。

伍、振動訓練法的應用

　　Rittweger等（2002）指出隨著振動運動的頻率、振幅與額外負荷的逐漸增加，每分鐘攝氧量也會相對地明顯上升。Rittweger等（2002）的研究顯示，當單次振動運動的振幅設定在5 mm時，頻率為34 Hz時的每分鐘攝氧量（7.76 ml•min-1•kg-1）會明顯高於26 Hz（6.41 ml•min-1•kg-1）與18 Hz（5.72 ml•min-1•kg-1）時；當頻率固定在26 Hz時，振幅為7.5 mm的每分鐘攝氧量（7.26 ml•min-1•kg-1）會明顯高於5 mm（4.97 ml•min-1•kg-1）時，而5 mm的每分鐘攝氧量則明顯高於2.5 mm（4.17 ml•min-1•kg-1）時；除此之外，當振幅（5 mm）與頻率（34 Hz與18 Hz）固定，並使用額外的負荷（40%去脂體重）於肩部與腰部時，額外負荷於肩部的每分鐘攝氧量會明顯高於將負荷置於腰部與無負荷時，而負荷置於腰部時的每分鐘攝氧量也明顯高於無負荷時。由此可見，振動運動的頻率與振幅確實是判定其運動強度的指標。

表一振動訓練法的應用原則

訓練變項	訓練內容
訓練強度　　振幅　　頻率	2-7.5 mm 30-50 Hz
訓練頻率	每週3-5次
訓練組數	每次3-13組，組間休息約1分鐘
訓練持續時間	每次3-20分鐘
訓練計畫的長度	至少12週以上

　　雖然，目前關於振動訓練的研究文獻仍嫌不足，不過，筆者嘗試根據目前的研究資料，並以目前較多文獻探討的WBV為例，針對振動訓練在實際實施與應用時，提供適當的參考準則，見表一。

陸、結語

　　當振動訓練相較於增強式訓練而言，兩者的生理機制背景相似，均是透過刺激肌梭的伸展反射以及肌纖維彈性能的應用，來達到提升運動表現以及訓練的目的，但振動訓練省卻了身體與地面的衝擊，屬於閉鎖鏈的運動型式，而這似乎有益於降低運動傷害發生的風險。而相較傳統的重量訓練而言，振動訓練對於某些族群來說，例如老年人的肌力與瞬發力訓練，也不失為替代性訓練的考量之一。不過，未來的研究仍有必要繼續探討振動訓練對於老年人以及運動員的影響與適用性。

參考文獻

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