橢圓機(jī)(elliptical trainer) 在一般的健身俱樂(lè)部中，橢圓機(jī)(elliptical trainer)是相當(dāng)常見(jiàn)的心肺適能運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練工具，而且也廣為使用者喜愛(ài)。橢圓機(jī)的運(yùn)動(dòng)型態(tài)類似越野滑雪(cross-country skiing)的動(dòng)作，因此橢圓機(jī)的英文名稱也稱為elliptical cross-trainer。橢圓機(jī)被設(shè)計(jì)出來(lái)的時(shí)間雖短，但是由于受到大眾的喜愛(ài)，因此發(fā)展也相當(dāng)?shù)难杆??？上В侥壳盀橹?，在運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的專業(yè)書(shū)籍中，介紹這個(gè)新運(yùn)動(dòng)工具的運(yùn)動(dòng)生理反應(yīng)資訊還不多。
生理反應(yīng)研究
大部分有關(guān)橢圓機(jī)運(yùn)動(dòng)的生理反應(yīng)研究，是在2000年以后才被發(fā)表出來(lái)。Mercer, Dufek, and Bates (2001)以5名女性、9名男性，年齡25.0±4.6歲、身高1.78±0.10公尺、體重71.5±13.3公斤的自愿參與者，進(jìn)行跑步機(jī)與橢圓機(jī)運(yùn)動(dòng)的漸增強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)測(cè)驗(yàn)，跑步機(jī)的測(cè)驗(yàn)流程是以每1分鐘為一階段，由速度1.3 m/s、坡度3%開(kāi)始，第二、第三、第四階段的坡度為8%，速度分別為1.6 m/s、1.8 m/s、2.2 m/s，第五階段開(kāi)始坡度維持8%，速度則每階段增加0.2 m/s，一直運(yùn)動(dòng)到衰竭。橢圓機(jī)的測(cè)驗(yàn)流程也是以每1分鐘為一階段，踩踏頻率(以右腳踏板為準(zhǔn))由60 rpm開(kāi)始，每分鐘增加5 rpm，四階段以后阻力增加1個(gè)水準(zhǔn)(橢圓機(jī)機(jī)器設(shè)定的阻力水準(zhǔn))，一直運(yùn)動(dòng)到衰竭。研究結(jié)果(如下圖所示)發(fā)現(xiàn)，橢圓機(jī)測(cè)驗(yàn)到的VO2max為51.6±10.7 ml/kg/min、HRmax為191.2±11.5 bpm、RPE(Borg’s自覺(jué)量表，6-20 scales)為18.5(沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)差詳細(xì)資料)、漸增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)的VO2與HR相關(guān)為 .88(p< .05)，跑步機(jī)測(cè)驗(yàn)到的VO2max為53.0±7.7 ml/kg/min、HRmax為193.4±9.4 bpm、RPE為18.7(沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)差的詳細(xì)資料)、漸增負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)的VO2與HR相關(guān)為 .95(p< .05)。由此可見(jiàn)，橢圓機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的生理反應(yīng)情形，與跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)極為類似。
橢圓機(jī)與跑步機(jī)最大運(yùn)動(dòng)的生理反應(yīng)(Mercer, Dufek, & Bates, 2001)
Batte, Evans, Lance, Olson, and Pincivero(2003)以8名男性、12名女性，年齡25.3±3.4歲、身高170.4±9.0公分、體重67.6±11.2公斤的志愿受試者，以Precor EFXTM 544 Elliptical Cross-trainer進(jìn)行兩次不同型態(tài)的運(yùn)動(dòng)(一次漸增強(qiáng)度的最大運(yùn)動(dòng)[測(cè)驗(yàn)流程如下表所示]、一次自覺(jué)量表為6[以Borg CR-10 scale評(píng)量，代表約以60%的強(qiáng)度]的強(qiáng)度進(jìn)行15分鐘的固定強(qiáng)度非最大運(yùn)動(dòng))。
漸增強(qiáng)度測(cè)試
試驗(yàn)數(shù)據(jù)
時(shí)間 踏踏頻率(cadence, strides/min) 阻力(resistance)
0 120 2
1 140 2
2 160 2
3 180 2
4 180 3
5 180 4
6 180 5
7 180 6
8 200 6
9 200 7
10 220 7
試驗(yàn)結(jié)果與討論
漸增強(qiáng)度的VO2max測(cè)驗(yàn)結(jié)果顯示，受試者的平均運(yùn)動(dòng)測(cè)驗(yàn)時(shí)間約7分30秒±1分15秒、平均VO2max為47.8±9.2 ml/kg/min、平均HRmax為188±7.82 bpm。以6的自覺(jué)量表強(qiáng)度進(jìn)行橢圓機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的VO2與HR如右圖所示，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的VO2百分表為75.2±12.9%，HR則為91.0±6.1%。研究結(jié)果顯示，以橢圓機(jī)進(jìn)行自覺(jué)強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)時(shí)，VO2與HR都會(huì)有偏高的現(xiàn)象，特別是心跳率的偏高情形相當(dāng)明顯。
Dalleck, Kravttz, and Robergs (2004)則以10名男性、10名女性，年齡29.5±7.1歲、身高173.3±12.6公分、體重72.3±7.9公斤、體脂肪17.3±5.0%，自愿參與實(shí)驗(yàn)的大學(xué)生與研究生，進(jìn)行修正Balke跑步機(jī)VO2max測(cè)驗(yàn)流程，以及橢圓機(jī)的VO2max漸增負(fù)荷測(cè)驗(yàn)流程。修正Balke跑步機(jī)VO2max測(cè)驗(yàn)流程，受試者在沒(méi)有坡度的情況下，在2分鐘內(nèi)自己選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)呐懿剿俣?；在開(kāi)始測(cè)驗(yàn)后的3分鐘后，每分鐘坡度增加1%，一直跑步到衰竭(下圖)。
修正Balke的跑步機(jī)VO2max測(cè)驗(yàn)流程(Dalleck, Kravttz, & Robergs, 2004)
漸增負(fù)荷測(cè)試
試驗(yàn)方法
橢圓機(jī)的VO2max漸增負(fù)荷測(cè)驗(yàn)流程方面，依據(jù)受試者的性別與每周參與活動(dòng)的時(shí)間分為訓(xùn)練組(每周3-5小時(shí))與休閑組(每周2-3小時(shí))，依據(jù)下圖所示的方式，隨著運(yùn)動(dòng)測(cè)驗(yàn)時(shí)間的增加，踩踏頻率與阻力也隨著提高，并且以踩踏頻率低于目標(biāo)頻率20步(strides/min)，做為判定是否達(dá)到最大努力的標(biāo)準(zhǔn)。研究的結(jié)果顯示(下表)，橢圓機(jī)與跑步機(jī)的測(cè)量的VO2max、HRmax、RERmax等皆沒(méi)有顯著差異。透過(guò)橢圓機(jī)進(jìn)行漸增強(qiáng)度的最大努力運(yùn)動(dòng)測(cè)驗(yàn)，可以獲得與跑步機(jī)類似的運(yùn)動(dòng)生理反應(yīng)。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)
橢圓機(jī)的VO2max測(cè)驗(yàn)流程(Dalleck, Kravttz, & Robergs, 2004)
橢圓機(jī)與跑步機(jī)進(jìn)行最大努力測(cè)驗(yàn)的生理反應(yīng)比較
變項(xiàng) VO2max
(ml/kg/min) HRmax
(b/min) RERmax 持續(xù)時(shí)間
(min)
橢圓機(jī)
(范圍) 47.3±6.4
(35.4-57.1) 184.4±8.8
(159-197) 1.25±0.09
(1.05-1.37) 12.17±1.40
(9.60-14.72)
跑步機(jī)
(范圍) 47.9±6.8
(34.0-61.5) 185.7±7.7
(163-199) 1.22±0.10
(1.03-1.34) 11.56±1.60
(8.31-13.25)
橢圓機(jī)與跑步機(jī)的測(cè)驗(yàn)結(jié)果比較
Wiley, Mercer, Chen, and Bates (1999)研究發(fā)現(xiàn)，PreCor牌的橢圓機(jī)，進(jìn)行漸增強(qiáng)度最大運(yùn)動(dòng)測(cè)驗(yàn)獲得的VO2max與HRmax，與利用跑步機(jī)進(jìn)行VO2max與HRmax測(cè)驗(yàn)的結(jié)果并沒(méi)有不同。Larsen and Heath (2002)研究發(fā)現(xiàn)，不同踩踏頻率(每分鐘56, 69, 80轉(zhuǎn))的橢圓機(jī)運(yùn)動(dòng)，會(huì)有VO2(20.7±2.8, 25.2±3.4, 30.2±4.3 ml/kg/min)與HR(119.3±17.0, 135.7±18.2, 152.7±21.0 bpm)生理反應(yīng)上的顯著差異。Picard等(2002)以PreCor EFX 546型橢圓機(jī)，進(jìn)行橢圓機(jī)預(yù)測(cè)能量消耗與實(shí)際消耗的比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在較高阻力時(shí)的能量消耗預(yù)估值，會(huì)有顯著高估實(shí)際能量消耗的現(xiàn)象。Schorner, Treeacciano, Hickner, and McCammon (2004)的研究則再次驗(yàn)證PreCor EFX546型橢圓機(jī)高估能量消耗。Browder and Dolny (2002)的研究則發(fā)現(xiàn)，橢圓機(jī)的活動(dòng)方向(向前或向后）與不同的步長(zhǎng)，會(huì)顯著影響下肢肌群的活動(dòng)方式。Dolny, Hughes, Caylor, and Browder (2004)的研究則發(fā)現(xiàn)，不僅橢圓機(jī)的阻力會(huì)顯著影響到VO2、HR、RER、RPE的反應(yīng)，橢圓機(jī)步長(zhǎng)(45cm, 53cm, 59cm, 65cm)的差異，也會(huì)顯著影響到VO2與HR，但是RPE與RER則不會(huì)受到步長(zhǎng)的影響。
盡管大部分的研究發(fā)現(xiàn)，最大橢圓機(jī)運(yùn)動(dòng)的VO2max與跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)沒(méi)有顯著的差別，但是，仍有研究發(fā)現(xiàn)，利用橢圓機(jī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行最大運(yùn)動(dòng)時(shí)的VO2max與HRmax皆顯著低于跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)(Wallace, Sforzo, & Swensen, 2004)；而且，三個(gè)自覺(jué)強(qiáng)度(RPE，11、13、15)下的VO2、HR與能量消耗(energy expenditure)，都有跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)顯著高于橢圓機(jī)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，而且在性別上也沒(méi)有顯著的不同。在一般相同自覺(jué)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的條件下，跑步機(jī)會(huì)產(chǎn)生較大的能量消耗，橢圓機(jī)則可能因?yàn)橥炔烤植康募∪庳?fù)荷較大，讓使用者感覺(jué)比實(shí)際的能量消耗還艱難一些。
事實(shí)上，Egana and Donne (2004)的研究顯示，橢圓機(jī)的訓(xùn)練效果(12周)與踏步機(jī)(Stair climbing)、跑步機(jī)類似，代表橢圓機(jī)已經(jīng)被證實(shí)是有效的有氧適能訓(xùn)練工具。運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的研究者，有必要針對(duì)橢圓機(jī)踏踏頻率快慢(有些文獻(xiàn)以兩腳的步數(shù)計(jì)算、有些以單腳完成的圈數(shù)計(jì)算)、阻力大小、步長(zhǎng)幅度(包含身高差異的影響)等變項(xiàng)，進(jìn)行詳細(xì)的研究與規(guī)范，以便讓使用橢圓機(jī)的一般社會(huì)大眾，確實(shí)享受到橢圓機(jī)運(yùn)動(dòng)的效益。
