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下肢勁度(stiffness)與運動表現的關係

Posted on September 02 2020

下肢勁度(stiffness)與運動表現的關係

下肢勁度(lower extremity stiffness)

下肢勁度為運動員下肢受力後抵抗形變並產生力量的能力,此阻力需要透過肌肉、肌腱、韌帶、軟骨與骨骼間複雜的交互作用。下肢產生力量與形變的關係和運動表現、運動傷害風險密切相關。

勁度的概念基於虎克定律(Hooke’s Law); 遵循此定律的物體為一個可變形的物體,可儲存並返回產生彈性能。 虎克定律的定義為F = kx,其中F是使物體變形所需的力,k是比例常數(勁度),x是物體形變的距離。

整體下肢勁度(lower extremity stiffness)能力會影響多種不同的運動表現,如蹦跳、跳躍、投擲、衝刺、長跑與改變方向,要有效率的透過伸張收縮循環機制(SSC)儲存與再利用彈性位能,需要一定程度的下肢勁度。一個可以展現出良好下肢勁度的運動員可以在與地面接觸的過程(yielding phase)儲存更多的彈性能量,並在推蹬時產生更大的向心力量輸出,進而提升跑步速度與跳躍高度。因此強化運動員在不同移動的動作模式中像一個“具有剛性的彈簧”的能力非常關鍵,特別是在需要承受高衝擊並產生高反作用力時。



運動員移動的過程中需要整體下肢一起運作,其中的任一部分都會影響整體的下肢勁度表現。

  • 例如一位運動員的阿基里斯腱(Achilles tendon)勁度不足就會影響整體的下肢勁度
  • 神經肌肉系統中的肌腱為一個彈性組織,其收縮的速度可以比肌肉更快,且有更高的能量回彈效率



運動員對於勁度的需求應考量個別的身材、體重、肢段長度與比例、身體能力與肌力特質及運動專項的特性。

  • 高頻率、短觸地時間的動作如最大速度衝刺、快速蹦跳與跳躍,踝關節勁度可能相對重要,且衝刺過程中,當衝刺速度提昇時,踝關節勁度的需求會隨之提升;而長觸地時間、較大扭力輸出(torque output)的動作如最大高度跳躍、慢速蹦跳、衝刺的加速期,膝關節勁度可能相對重要
  • 而受運動型態影響,短跑選手之膝關節、踝關節與小腿肌群的勁度較長跑選手高,長跑選手又較一般族群高
  • 下肢勁度兩側不對稱(asymmetry)也可能會影響運動表現與增加運動傷害風險
  • 改變方向速度往往與短觸地時間和反應肌力有關,因此下肢勁度也是影響改變方向效率的重要因素。研究指出利用單腳落下跳評估的下肢勁度表現為預測改變方向速度的有效指標

下肢勁度的相關訓練

下肢勁度的提升可以透過不同型式的訓練介入達成,包含等長、離心、向心、等張阻力訓練與增強式訓練、複合式訓練(complex training)

  • 力量主導的訓練主要用以提升肌肉收縮的能力,速度主導且包含伸張收縮循環機制(SSC)的訓練主要用以提升肌腱的效率
  • 增強式訓練可增加阿基里斯腱(Achilles tendon)最大長度的延長和累積的彈性能量,透過改善SSC的機制以提高跳躍能力,且藉由改善肌肉群的預先收縮、可以提升腳踝勁度、肌腱勁度,也是增加阿基里斯腱順應性的有效方式,使更有效地儲存和利用彈性能量

以下為過去研究中有效提升下肢勁度的訓練介入:

  • 多關節、高強度(>75% 1RM)的下肢肌力訓練如蹲舉、硬舉、抓舉、上搏
  • 於爆發位置(power catch position)接槓的舉重動作可能可以促進膝關節勁度的提升
  • 力量-速度曲線中高速低負荷的訓練動作如的蹲跳訓練(0-30% 1RM)
  • 70-90%最大自主收縮(maximal voluntary contractions, MVC)的等長訓練(建議執行三秒以上)
  • 結合背蹲舉、硬舉與反向跳、落下跳的複合式訓練
  • 離心的單關節訓練,例如將離心小腿舉踵應用於踝關節勁度的訓練
  • 增強式訓練內容包含落下跳(20-70公分)、蹲跳(30-60% 1RM)、單與雙腳的蹦跳和跨欄跳改善特定下肢肌群(vastus lateralis, vastus medialis, gastrocnemius, soleus, tibialis anterior)的預先收縮(pre-activation),提升肌肉肌腱的勁度與增強肌間協調(intermuscular coordination)

在進行高強度的增強式訓練之前,較低強度的增強式訓練與動作控制技術如落地訓練,應該先被用以發展肌腱與軟組織有效率吸收負荷的能力,訓練過程中建議發展順序性的訓練計畫,逐漸增加訓練動作在離心收縮的需求,給予不同訓練經驗、動作技術能力的運動員適當的刺激。

  • 執行訓練動作技術為下肢勁度訓練的重點,訓練時應強調減少下肢關節(特別是膝、踝)過度屈曲(flexion),但可能同時增加地面反作用力(peak verical ground forces)、衝擊與減少關節運動而增加運動傷害的風險,因此訓練應有順序性且在良好的監控下執行