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什么是橢圓機
橢圓機 (elliptical trainer) 在一般的健身俱樂部中，是相當常見的心肺適能運動訓練工具，而且也廣為使用者喜愛。橢圓機的運動型態(tài)類似越野滑雪(cross-country skiing)的動作，因此橢圓機的英文名稱也稱為elliptical cross-trainer。橢圓機被設計出來的時間雖短，但是由于受到大眾的喜愛，因此發(fā)展也相當?shù)难杆佟？上В侥壳盀橹?，在運動生理學的專業(yè)書籍中，介紹這個新運動工具的運動生理反應資訊還不多。
生理反應研究
大部分有關橢圓機運動的生理反應研究，是在2000年以后才被發(fā)表出來。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，進行愛康跑步機與橢圓機運動的漸增強度運動測驗，跑步機的測驗流程是以每1分鐘為一階段，由速度1.3 m/s、坡度3%開始，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，第五階段開始坡度維持8%，速度則每階段增加0.2 m/s，一直運動到衰竭。橢圓機的測驗流程也是以每1分鐘為一階段，踩踏頻率(以右腳踏板為準)由60 rpm開始，每分鐘增加5 rpm，四階段以后阻力增加1個水準(橢圓機機器設定的阻力水準)，一直運動到衰竭。研究結果(如下圖所示)發(fā)現(xiàn)，橢圓機測驗到的VO2max為51.6±10.7 ml/kg/min、HRmax為191.2±11.5 bpm、RPE(Borg's自覺量表，6-20 scales)為18.5(沒有標準差詳細資料)、漸增負荷運動時的VO2與HR相關為 .88(p< .05)，跑步機測驗到的VO2max為53.0±7.7 ml/kg/min、HRmax為193.4±9.4 bpm、RPE為18.7(沒有標準差的詳細資料)、漸增負荷運動時的VO2與HR相關為 .95(p< .05)。由此可見，橢圓機運動時的生理反應情形，與跑步機運動時極為類似。
橢圓機與跑步機最大運動的生理反應(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進行兩次不同型態(tài)的運動(一次漸增強度的最大運動[測驗流程如下表所示]、一次自覺量表為6[以Borg CR-10 scale評量，代表約以60%的強度]的強度進行15分鐘的固定強度非最大運動)。
漸增強度測試
試驗數(shù)據(jù)
時間 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
試驗結果與討論
漸增強度的VO2max測驗結果顯示，受試者的平均運動測驗時間約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的自覺量表強度進行橢圓機運動時的VO2與HR如右圖所示，達到穩(wěn)定狀態(tài)時的VO2百分表為75.2±12.9%，HR則為91.0±6.1%。研究結果顯示，以橢圓機進行自覺強度的運動時，VO2與HR都會有偏高的現(xiàn)象，特別是心跳率的偏高情形相當明顯。
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%，自愿參與實驗的大學生與研究生，進行修正Balke跑步機VO2max測驗流程，以及橢圓機的VO2max漸增負荷測驗流程。修正Balke跑步機VO2max測驗流程，受試者在沒有坡度的情況下，在2分鐘內(nèi)自己選擇一個適當?shù)呐懿剿俣?在開始測驗后的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VO2max測驗流程(Dalleck, Kravttz, & Robergs, 2004)
漸增負荷測試
試驗方法
橢圓機的VO2max漸增負荷測驗流程方面，依據(jù)受試者的性別與每周參與活動的時間分為訓練組(每周3-5小時)與休閑組(每周2-3小時)，依據(jù)下圖所示的方式，隨著運動測驗時間的增加，踩踏頻率與阻力也隨著提高，并且以踩踏頻率低于目標頻率20步(strides/min)，做為判定是否達到最大努力的標準。研究的結果顯示(下表)，橢圓機與跑步機的測量的VO2max、HRmax、RERmax等皆沒有顯著差異。透過橢圓機進行漸增強度的最大努力運動測驗，可以獲得與跑步機類似的運動生理反應。
試驗數(shù)據(jù)
橢圓機的VO2max測驗流程(Dalleck, Kravttz, & Robergs, 2004)
橢圓機與跑步機進行最大努力測驗的生理反應比較
變項 VO2max
(ml/kg/min) HRmax
(b/min) RERmax 持續(xù)時間
(min)
橢圓機
(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
(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)
橢圓機與跑步機的測驗結果比較
Wiley, Mercer, Chen, and Bates (1999)研究發(fā)現(xiàn)，橢圓機進行漸增強度最大運動測驗獲得的VO2max與HRmax，與利用跑步機進行VO2max與HRmax測驗的結果并沒有不同。Larsen and Heath (2002)研究發(fā)現(xiàn)，不同踩踏頻率(每分鐘56, 69, 80轉(zhuǎn))的橢圓機運動，會有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)生理反應上的顯著差異。Picard等(2002)以PreCor EFX 546型橢圓機，進行橢圓機預測能量消耗與實際消耗的比較，結果發(fā)現(xiàn)在較高阻力時的能量消耗預估值，會有顯著高估實際能量消耗的現(xiàn)象。Schorner, Treeacciano, Hickner, and McCammon (2004)的研究則再次驗證PreCor EFX546型橢圓機高估能量消耗。Browder and Dolny (2002)的研究則發(fā)現(xiàn)，橢圓機的活動方向(向前或向后)與不同的步長，會顯著影響下肢肌群的活動方式。Dolny, Hughes, Caylor, and Browder (2004)的研究則發(fā)現(xiàn)，不僅橢圓機的阻力會顯著影響到VO2、HR、RER、RPE的反應，橢圓機步長(45cm, 53cm, 59cm, 65cm)的差異，也會顯著影響到VO2與HR，但是RPE與RER則不會受到步長的影響。
盡管大部分的研究發(fā)現(xiàn)，最大橢圓機運動的VO2max與跑步機運動沒有顯著的差別，但是，仍有研究發(fā)現(xiàn)，利用橢圓機運動進行最大運動時的VO2max與HRmax皆顯著低于跑步機運動(Wallace, Sforzo, & Swensen, 2004);而且，三個自覺強度(RPE，11、13、15)下的VO2、HR與能量消耗(energy expenditure)，都有跑步機運動顯著高于橢圓機運動的現(xiàn)象，而且在性別上也沒有顯著的不同。在一般相同自覺運動強度的條件下，跑步機會產(chǎn)生較大的能量消耗，橢圓機則可能因為腿部局部的肌肉負荷較大，讓使用者感覺比實際的能量消耗還艱難一些。
事實上，Egana and Donne (2004)的研究顯示，橢圓機的訓練效果(12周)與踏步機(Stair climbing)、跑步機類似，代表橢圓機已經(jīng)被證實是有效的有氧適能訓練工具。運動生理學的研究者，有必要針對橢圓機踏踏頻率快慢(有些文獻以兩腳的步數(shù)計算、有些以單腳完成的圈數(shù)計算)、阻力大小、步長幅度(包含身高差異的影響)等變項，進行詳細的研究與規(guī)范，以便讓使用橢圓機的一般社會大眾，確實享受到橢圓機運動的效益。
橢圓機的優(yōu)點和功能
一、橢圓機的優(yōu)點:
1、提高心肺功能，還有助于減肥、增強腿部肌肉力度和全面提高身體素質(zhì)。
2、橢圓車屏幕可以顯示出各種數(shù)據(jù)，如訓練者的心率、呼吸頻率、時間、速度、耗能等使訓練者清楚的了解自己的鍛煉狀況。
3、橢圓磁控車機可以很好地訓練上下肢的協(xié)調(diào)能力，提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)對肌肉的支配效果，同時省掉了跑步機對膝關節(jié)的劇大沖擊力，更安全。
4、橢圓機就保護關節(jié)的一種最佳運動器材。使用橢圓健身機訓練時，訓練者的膝關節(jié)承受的沖擊力會比使用跑步機要小，且橢圓機更容易于初學者練習。加上練習時需要上肢的配合，可以使人得到更全面的鍛煉。
5、橢圓機利用人體跑步時，腳踝的運動軌跡近似于橢圓形的原理，通過一空間機構，實現(xiàn)踏板軌跡的橢圓運動，使雙橢圓機的健身運動與人的自然跑步相吻合。
6、橢圓機設計有步幅調(diào)節(jié)機構、運動規(guī)律調(diào)節(jié)機構、阻力調(diào)節(jié)機構。
二、橢圓機主要功能：
增加了髖關節(jié)的外展、內(nèi)收和旋內(nèi)、旋外運動，因此增加了對外展肌群、內(nèi)收肌群、旋內(nèi)肌群、旋外肌群的鍛煉功能;可實現(xiàn)主動運動型康復性訓練。
用于骨折、神經(jīng)損傷后關節(jié)活動范圍康復性訓練和肌肉損傷后恢復肌力，改善肢體和肌肉的協(xié)調(diào)性，發(fā)展肌肉的耐力。
總之，橢圓健身既能供正常人健身運動，也可以根據(jù)傷殘者不同的傷殘程度、不同的康復階段，為下肢傷殘者提供有計劃、有針對性的康復訓練。
