彈性阻力於阻力訓練的臨床應用
臺大醫院復健部物理治療技術科
林慧芬 林亞蓉 物理治療師
彈力帶具有輕便、價格相對較低的優點，在物理治療、運動醫學使用相當廣泛，尤其彈性阻力較沒有場地及設備的限制，對於設計病人的居家運動，或是執行團體運動訓練班，有其實用性與便利性。雖然如此，對於彈性阻力的特性與應用的瞭解相對比較欠缺，對於其運動安全性、劑量的量化、效果一直是被人所質疑。近年來陸續有相關的臨床研究證實其療效不亞於一般常用的訓練器材。
本文的目的在介紹彈性阻力的力學特性，以及如何運用彈性阻力做阻力訓練。
彈性阻力的生物力學特性1
市面上常見的彈性阻力器材有彈簧、彈力繩、彈力帶(band)及彈力管(tube)等。談到彈性的力學性質，就會想到虎克定律，即彈性阻力受到彈性係數、材料截面積及長度改變量影響。
彈力帶（管）材質為乳膠或橡膠成分，彈性係數在一定範圍內是穩定不變的，以彈力帶的應力應變圖(stress-strain curve)為例，長度改變量25%以下為腳指區(toe region)，彈性係數較不穩定，長度改變量500%以上會造成材料斷裂(failure)，長度改變量介於25%至500%時，應力應變圖呈線性關係，彈性係數較穩定，因此臨床上常見建議訓練範圍為25%-250%。
同樣材料，如果要有不同的彈性強度，可以利用改變截面積方式，亦即加粗彈簧，加厚或是加寬彈力帶，提供不同彈力強度。有些較具規模的公司用不同截面積做成不同強度的彈力帶(管)，以顏色分級(如TheraBand)，並且提供量化的數據，讓使用者可以參考選擇合適強度的彈力帶。2
最後一個影響因子是長度改變量，彈性阻力跟彈力帶原始長度沒有關係，而是跟長度改變量有關。長度改變量相對於原始長度以百分比表示，例如同一條彈力帶由50公分拉至100公分，長度改變量為100%，與從100公分拉成200公分所需花費的力量都是一樣的，因為長度改變量皆為100%。
肌肉長度-力量曲線呈鐘型(bell shape)，因此在動作末期肌肉收縮至最短時，肌肉可產生力量最小；在做肌力訓練時，希望外力產生的力矩可以符合肌肉的力矩曲線，才能安全達到訓練效果。一般所謂等張阻力(isotonic resistance)訓練，例如手拿啞鈴做手臂二頭肌訓練，其所產生的關節角度-力矩曲線是鐘型的，符合肌肉做動作產生的力矩型態一致。但常常有人提出疑問，如果使用彈性阻力訓練，在動作末期時，卻是彈性帶被拉至最長，也就是彈性阻力最大之時，這樣不是容易造成肌肉受傷嗎?其實不然，在給阻力時，考慮的是力矩(torque)，並非力量(force)，在做動作時，關節角度會改變，因此產生的力矩會改變，使用彈力帶產生的關節力矩，其實相似於等張訓練，關節角度-力矩曲線亦呈現鍾型，3(見圖)因此用彈力帶做肌力訓練為安全且符合肌力訓練原則的一種方式。
圖、由左至右圖表示彈力帶拉長產生的阻力(force)、不同肩關節角度與彈力帶產生的角度（force angle）、及最後對肩關節產生阻力力矩(resistive torque)。
如何運用彈性阻力作阻力訓練?
阻力訓練的經常利用外在的阻力使肌肉收縮產生張力達到訓練的目的，使用彈性阻力在阻力訓練上首先要了解如何設定訓練的劑量。傳統上使用砂包或重量訓練設備做所謂的等張肌力訓練，訓練強度設定採用1RM為參考基準，此法不適用於彈力帶訓練，建議可以用自覺用力係數作參考，如Borg scale或Omni scale。除強度設定的參考標準外，其它參數設定同阻力訓練原則。(ref4)重複次數(repetition)及強度則因訓練目的而不同，運動員或想增大肌肉者，則建議高強度每肌群作一回(set) 3-6次來增加肌力、爆發力；如果增加肌耐力為主，則建議中等訓練強度，每回做10-12次；身體肌肉訓練則以低強度20-25次作一回。一般運動訓練多要同時訓練肌力與耐力(strength endurance training)，則建議使用中等強度，以Borg scale(6-20分制)而言，自覺用力程度12-14為中等強度，而Omni scale(0-10分制)，自覺用力程度5-7分則為中等強度。阻力訓練頻率為一週2至3次。
肌耐力運動強度進展方式建議先增加次數或組數，再來進階強度。用彈力帶增加訓練強度方式，可以換成高一階強度之彈力帶，對折或是重疊兩條彈力帶。此外，建議每次進展只改變一個參數如次數、組數、彈性係數等。
彈性阻力與重量訓練之比較
相對應運動強度之彈性阻力與啞鈴，其自覺用力強度及肌電訊號相似。Andersen 等人，用6種不同重量啞鈴（2-7.5 kg）與相對強度彈力管(elastic tube)，分別做肩、肘與腕部3種復健運動，比較不同強度及不同器材（啞鈴、彈力管）肌電圖與自覺用力係數的差異。4結果顯示：(1)不管是用啞鈴或彈力管，隨著強度增加，肌電圖訊號與自覺用力係數也跟著增加；(2)啞鈴與彈力管的肌電訊號強度沒有差異；(3)在自覺用力係數與肌電圖訊號強度有中等到很強的相關性。由此可見，使用彈性阻力可以提供與啞鈴相當的阻力。兩者皆可以使用臨床訓練，且自覺用力係數可以作為訓練強度的參考。
彈性阻力與重量訓練被證實有相似運動效果。Colado 與Triplett 比較重量訓練器材以及彈力帶做阻力訓練的效果，受試者共45位中年婦女，隨機分成3組，一組用重量訓練器材做訓練（14位），另一組用彈力帶做阻力訓練（21位），第三組為控制組（10位）。阻力訓練每週兩次，為期十週。結果顯示兩組運動組皆在脂肪重量(fat mass)有顯著下降，且非脂肪重量(non-fat mass)有顯著增加，同時肌肉的表現兩組皆有顯著增加，兩組運動組間的進步程度並沒有差異。在控制組則沒有明顯改變。
彈力帶的使用在運動產業有越來越風行的趨勢，除了跟一般傳統訓練方式有相似的效果外，彈力帶比較不受場地的限制，容易用來設計居家或團體運動課程，同時可以結合現有流行的運動方式，如瑜珈、皮拉提斯及舞蹈等。藉著對彈力帶生物力學特性的了解，發揮物理治療的專長，加上一點創意，相信可以設計出簡單、有趣且有效的運動課程。
照片說明：
台北市物理治療師公會於99年12月舉辦彈性阻力專業課程，學員認真練習的景況。
參考文獻
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2. Page PA, et al. Clinical force production of Thera-Band® elastic band. J Ortho Sports Phys Ther 2000;30:A47.
3. Hughes CJ, Hurd K, Jones A, Spring S. Resistance Properties of Thera-Band® Tubing During Shoulder Abduction Exercise. J Ortho Sports Phys Ther 1999;29;413-20.
4. Kraemer WJ, Adams K, Cafarelli E, Duddoy GA, Dooly C, Feigenbaum MS, et al. American College of Sports Medicine Position Stand on Progression Models in Resistance Training for Healthy Adults. Med Sci Sports Exerc 2002; 34:364–80.
5. Andersen LL, Andersen CH, Mortensen OS, Poulsen OM, Bjørnlund IBT, Zebis MK. Muscle activation and perceived loading during rehabilitation exercises: Comparison of dumbbells and elastic resistance. Phys Ther 2010;90:1-12.
6. Colado JC, Triplett NT. Effects of a short-term resistance program using elastic bands versus weight machines for sedentary middle-aged women. J Strength Cond Res 2008;22:1441-8.
