■ 控管運動系統的運轉
人體十大器官系統是以器官如分子負起全部的生活過程運轉。為幫助對人體結構機能的了解，分為三大系統說明：
一、管制系統
所謂管制系統，是只能自外界接受刺激，對之反應的組織系統，如神經系統和感覺系統。神經系統和感覺系統的圓融合作，形成刺激反應的適能生活。
對於外界環境的刺激，身體之接受器官稱之為周圍接受器。常見的接受器有：
（一）遠距接受器
耳、鼻和眼睛為遠距接受器，可以接受遠距離之聲、光、味之刺激。
（二）觸覺接受器
皮膚、舌等為觸覺接受器，亦即皮膚接受器。直接刺激與身體接觸時，可以接收到。
（三）內環境接受器
對於內環境的刺激，身體亦有其接受器。在肌肉、肌腱、關節運動時，本體接受器可以感覺出來。內臟撐脹時，有內接受器可以感覺出來。
這些周圍接受器有此刺激時，衝動就順著感覺神經傳到中樞神經的腦與脊髓，然後由中樞送出神經衝動，由運動神經傳送到肌肉與肢體，引起適當的反應。
神經系統中有一部分較為特殊，叫自主神經系統，管理營生系統的活動－內臟運動。
二、營生系統
營生系統包括消化、呼吸、循環、排泄和內分泌等，都與最基本的生命力有關。消化將食物分解分化成能量營養，傳送到各細胞，供生長、修補、生殖等等需要，同時把代謝廢物排出。
營生系統之活動性皆受自主神經系統控制，幾乎為下意識的活動。自主神經分交感與副交感神經兩部分，互相頡頏地控制內臟活動。在大腦中的自主中心，隨時隨刻調節神經活動，使全身的營生系統隨時應變環境的需要。這種調整的目的，在使身體內環境維持恆定，使體液和容積、組成、溫度、酸鹼度等之大變動，維持穩定，生活過程順利執行，這種維持內環境的恆定，就稱為內恆定。
自主神經區分為二作用相反之交感系和副交感系。自內臟之衝動至腦中樞調節制衡而得到調整，以便不時地節制營生系統間之各種活動，達到維持生命的目的。
三、運動系統
運動系統包括骨骼系統和肌肉系統，亦即骨骼肌系統。骨骼系統包括骨骼、關節與韌帶。肌肉系統包括橫紋肌、平滑肌和心肌。橫紋肌為運動力的發生器，而心肌為推送和容納血液的力發生器。
肌肉－只收縮，以自身為力點，關節為支點，骨骼為重點，行使身體或部位的屈、伸、外展、內收、迴旋、外翻、內翻、繞環和相向的運動方向和範圍，產生推與拉的動作、踢與鞭打動作、蹬伸和緩屈動作、擺動動作以及扭轉和相關動作，進而組成坐、走、跑、跳、擲的活動或運動。
這三大系統形成控制、營生、運動的生機運轉，也形成了體能。
■ 體能的生物力學機轉
一種非常強烈的刺激，如運動，會導致身體發生非常激烈的反應變化。在運動訓練的強烈刺激作用下，身體幾乎每一個系統器官組織的機制狀態，都會收到程度不等的影響，全身機能進入運動反應的狀態。而最明顯的機能狀態變化，一眼可以見到的是外顯的肌力變化、心肺功能變化、柔韌度變化，導致體能的生物力學變化，強度、頻率、次數和負荷的變化，這是由平時的體能，進入行使動作、運動狀態的體能。平時作息的體能，就是健康體能，進入劇烈的運動體能，就是運動體能。這兩種體能，就是美國體健休舞蹈協會（AAHPERD）於1980年提出的分類法，繼之由美國運動醫學會（ACSM）採用，公佈實施在一般人和運動員所需要的體能變數項目；惜未加以說明變化的機轉。事實上，若以運動的來源－力著手分析，就能了解健康體能轉為運動體能的生物力學機轉。
肌力變化，導致運動體能的整體變化，應付急需的應變。體能的生物力學機轉模式為：
健康體能 ───＞運動體能
肌力與肌耐力┐ 反應時間→速度→瞬發力
心肺耐力├身體組成───＞穩定平衡→敏捷性
柔韌度┘
↘協調性
一、肌力與肌耐力
肌肉是力的發生器。肌肉收縮與拉伸，帶動其附著的骨骼－槓臂，行以關節為支點、為軸的運動，形成肌力作用。肌力為肌肉質量乘加速度的積，程式為：
Ｆ＝ｍａ
這種肌力是由作用骨骼肌收縮而來，可以看見其變化，受周圍神經的控制，人可以依其對刺激的不同，產生各種不同的分力和合力。分力有前後、左右、上下分力三種。
肌肉有三種不同的收縮方式：等長收縮、向心收縮和離心收縮。向心收縮是肌肉縮短成向心肌力；離心收縮是肌肉伸展，成離心肌力；行向心和離心後，肌肉不再縮短或伸展地維持肌力不變的持續收縮，謂之等長收縮。
人體肌肉有646條，76對關節和206塊骨骼。不論是部位或全身運動，相關作用的幾條肌肉都會參與，帶動骨骼運動。這種合力就會破壞身體或部位的靜止慣性或動的慣性。靜止慣性一旦破壞，可能產生一度（維）、二度或三度運動；而運動慣性同樣隨著肌力的作用，成為靜止。肌肉質量越大，肌力越大，肌肉的加速度越快，則肌力更大。從力學原理來說，這是可逆的程式。
肌力是以最大肌力的多寡來決定其作用時間，故生物力學者擔心而將肌力分為四種，俾利對體能機轉的了解和應用。
（一）最大肌力：身體或身體某一部位肌肉克服最大阻力的能力。最大肌力愈大，作相同功的時間愈久，就形成肌耐力。
（二）相對肌力：是指每公斤體重所具有的最大力量。公式為：
力
相對肌力＝
體重
（三）速度肌力：肌肉發生收縮，肌力一旦發生，即刻發生速度變化，成為以後導出的另一體能要素－瞬發力。阻力克服越大，速度越快。
（四）肌耐力：為肌肉長時間克服一定阻力的能力。阻力越大，運動的時間越短；越小的阻力，持續運動的時間才能越持久。
肌力越大，則作用力時間越長，相對的肌耐力就產生，工作越為持久。
等張、等速的肌肉收縮力用在運動位移上，而等長收縮為有力而無位移，如坐立肌力。若肌力大時，看、讀、寫的動作需要長久時間的維持，只要花些運動單位的參與，就能持久不疲和維持著。
二、 柔韌性
肌肉收縮，以關節為支點，把相鄰的骨骼帶相近或拉伸展，形成屈、伸的關節角度變得較小或伸的角度越大，此種角度的改變謂之柔韌度。
關節角度變大之肌肉收縮，是由伸肌的行使作用而形成的，利於工作範圍的加大，例如股四頭肌的收縮，使膝關節伸直，加大步距；相對的，腿後肌的收縮，導致小腿越靠近內大腿，膝關節角度變得越小，是屈肌的主要收縮。屈肌和伸肌是附著在關節的前後或左右，行使作用和頡頏兩種功能，產生了柔韌度，以θ代表。
作用力和頡頏力越大，關節角度變得越大，柔韌度越好，越能放鬆，工作距離越大，速度也較快。
程式為：θ＝ωｔ
關節角度越大，角速度就越大，越利於直線速度，ｖ＝ｒω，又ω加大，角動量就加大，隨之而來的直線速度就加快。
三、 心肺功能
心肺功能即心肺耐力，是心臟─心肌和肺臟─呼吸肌兩種肌力的強度和持久性的來源。
心臟搏動每分鐘約75次（男女），收縮期0.35秒，舒張期0.45秒，每跳搏出量為70cc，收縮壓為120mmHg，舒張壓為80mmHg，平均左心房壓為６mmHg，左心室每次搏動的功率為：
搏動功率（g．m）＝搏出量（cm2）× 1/1000 ×（平均動脈壓－平均左心房壓）×（13.6g/cm3）
每分鐘搏動功率（kg．m/min）＝搏動功率（g．m）× 心跳率 ×（1/1000）
按照上述參數值，代入前式得：
左心房搏動功率為81.3g．m
每分鐘功率為6.23Kg．m/min
右心室的搏出量與左心室的量相等；但肺動脈平均壓為主動脈平均壓的1/6，故右心室的作功量也只有左心室的1/6。
激烈運動時，心跳率可達每分鐘108－200次，搏出量可增加到150cc左右，故每分鐘輸出血量可達25－30公升，為安靜時的5－6倍，優秀的耐力運動員甚至可達到8倍（40公升）。
至於肺臟，具通氣功能，是透過呼吸肌而舒縮活動，來實現肺的通氣動力。肺的通氣量，取決於呼吸的深度。隨著人體活動狀態不同，通氣的氣量發生的相應的變化。一般以每分鐘為單位計量，故也稱為每分鐘通氣量，若呼吸深度一致，則每分鐘通氣量為：每分鐘通氣量＝呼吸深度（潮氣量）×
呼吸頻率（每分鐘次數）
安靜時，成年人的每分鐘通氣量為6－8公升。安靜時呼吸次數約16次，而劇烈運動時，呼吸頻率可增至40∼60次／分，每分鐘通氣量可增至80－50公升，甚至多達180－200公升。
心跳率加快，呼吸次數增加，循環之氧量和二氧化碳增加，來自於心肌和呼吸作用肌之肌力增加而達成的。持久力也因攝氧量之增加而加大。
四、 身體組成
健康體能的第四要素為身體組成。它是用來判斷前三項體能要素之強度、負荷量、頻率等要素，是達到何種程度，導致身體組成不同，肥胖強壯瘦弱的程度，代表的是體能不同的體型，而不是體能要素。
身體組成指數的減少與增大，與運動的頻率、每次運動時間的長短、先前體脂肪量及每週總能量消耗量成正比。研究發現有持續運動的人，比起其他坐式少動的同年齡者，除了有較少的體脂肪堆積外，也較少體中心性脂肪囤積，如腹臀部脂肪。
身體組成的最簡易代表是以身體質量指數作為指標，判斷體內脂肪數約佔體重的比例。男性的身體質量指數約比女性為小。男性身體質量指數小於18.5kg/m2、是過輕，18.5－24.9kg/m2、為正常範圍，25.0－29.9kg/m2、過重，30.0－34.9kg/m2，肥胖。肥胖都與「運動不足」相連在一起，不能看成不同的因子，而是一體兩面的關係，亦是健康體能的一種判斷方法。
五、 反應時間
反應時間是接受刺激化為電位─感覺神經元→大腦皮層的感覺區→綜合判斷區（中間神經原區）→運動區─運動神經元→運動單位→神經肌接頭→肌肉潛伏期→收縮期→肌肉收縮→動作反應等諸過程的時間。亦即接受器接受刺激→產生興奮沿反射弧傳遞開始，到引起反應時間。在構成反應時間的環節中，感覺神經和運動神經的傳導速度，基本上是固定的。所以，反應時間的長短主要是取決於接受器的閾值的高低，中樞神經的延遲和反應器（肌組織）的興奮性。其中，中樞神經又是最重要的。反應活動越簡單，經過的突觸（synapse）越少，反應時間越短，如同傳經脊髓，即連接運動神經元，傳到反應器，成為反射時間，此時，中樞神經的大腦皮層同時也了解此動作的發生。
中樞神經系統的機能狀態與反應速度有密切的關係。良好的興奮性及其靈活性，能加速身體對刺激的反應。使反應器由如對安靜狀態，迅速轉入活動狀態，反應時間縮短；反之，反應時間加長。隨著運動技術的日益熟練，反應時間加快，反應速度可以縮短11－25％。
六、 速度
速度是身體部位或全身進行快速運動的能力，它為位移的時間變率，即
s
ν =
，v＝（2gh）1/2 ，v＝gt
t
從生物力學而言：
速度時間＝反應時間＋動作時間
速度＝反應速度＋動作速度
從生理學而言：
速度＝中樞神經系統傳導速度＋肌力速度
中樞神經系統傳導速度，包括電位強度、頻率和運動單位的協同工作。肌力大小包括：紅、白肌纖維比例，肌肉橫斷面積，肌肉組織之彈性黏性、收縮和傳導性。
七、瞬發力
瞬發力又稱為功率或俗稱爆發力，亦為肌力和速度的積。力學公式為：ｐ＝Ｆ×ｖ
瞬發力是肌肉力量發生之瞬間產生的速度的積。在無氧條件下，發揮出最大力量和速度的能力，由肌肉在神經控制下，產生收縮的結果。它可分為：
（一）靜性瞬發力：身體或部位在靜止時，瞬間完成發生動作的能力。力量的重要性相對大於速度的積。
（二）動性瞬發力：身體或部位在運動中，在盡可能短暫的時間內，瞬發出盡可能的力量，速度的重要性相對大於力量的積。動性瞬發力的指數程式為：
最大力量
瞬發力指數＝
最短時間
八、 穩定平衡
穩定平衡是身體在靜止或運動時，維持身體姿勢的能力。穩定平衡相關的定律有：牛頓第一定律、第三定律、轉矩平衡和重心位置等。
凡在穩定平衡之物體，均需合力和分力為零，分力矩和合力為零的二條件下才能獲得。靜止不動，穩定平衡條件為：
ΣＦｘ＝０┐
ΣＦｙ＝０├ΣFＲ＝０
ΣＦｚ＝０┘
ΣMｘ＝０┐
ΣMｙ＝０├ΣMＲ＝０
ΣMｚ＝０┘
凡在平衡狀態之兩力，必有相同之作用線；或在三力平衡時，此三力必為同點力，力為向量，而身體有646條肌肉，成不同走向分布，可以做三維運動、二維運動和一維運動。當身體肌肉對身體作任何數目之同面力作用時，此諸力可化簡為兩向力或三向力，如此，身體在平衡狀態時，此二力（或三力）必為大小相等，方向相反，有相同之作用線。故彼等對於一垂直身體平面或立體面，並穿過任意點０之軸，有相等之力短臂。欲求其轉矩，則必先明定循一方向之力矩為正，而循相反方向之力矩為負，然後計算此各力所發生轉矩之代數和，即為身體之合轉矩。如果此物體已在轉動著，則將繼續其均勻轉動；如果在靜止狀態者，則將維持其靜止狀態。若要身體穩定平衡，也要三維合力矩為０。
九、 敏捷性
敏捷性是人體快速產生肌力、速度、穩定平衡、瞬發性地向同一方向，距離地變化運動，是神經肌的一種整合作用，使人體迅速改變體位，轉換動作和隨機應變的能力。敏捷性為平衡控制、肌肉控制和時宜控制得當而表現出的能力，也可說是運動員技能和各種要素在運動活動中的複雜綜合表現。
敏捷性是由前八項體能要素所組成，才能真正地適應複雜的環境變化，作出正確的反應，顯現全身體能的特色。
十、 協調性
協調性是由身體重心處產生肌力，快速瞬發地，穩定平衡地向其末端關節有序地作用，產生全身有序的運動或作用到外界物體上之謂。或者說，協調性是身體重心處肌肉，有順序地向末梢關節快速地產生動作，或利用到外界物體上的作功效率，是肌肉結構有序的處理動作的整體表現。
按神經肌的功能來講，所謂良好的協調性，是指中樞神經系統的促進和抑制有良好的示範，使動作熟練、技術進步。協調性表現出來的動作，具有內在機轉：
（一）供能系統、內分泌系統與神經／肌肉系統的協調合作。
（二）感覺系統與運動系統的工作協調合作。
（三）神經系統與運動系統的工作協調合作。
（四）不同肢體肌群的工作協調合作。
協調性是綜合的體能要素、全身體能要素。要有協調性，應從多方面、多種多樣的運動項目中訓練與練習而獲得完善的協調性。
5－10項體能要素為運動體能，來自於健康體能。要提升運動體能，必須先或一直訓練加強健康體能。
除上述十項體能外，尚有二項體能未在美國AAHPERD提到，即正確性和韻律性。所謂韻律性，為前述所有基本單位及其推導而出來的絕對單位等，各自作有規律之持續實施。而所謂正確性，為前述所有基本單位及其推導而出來的絕對單位，多次試做的最小誤差。這兩種體能，亦並列為運動體能的要素。
■ 結 語
體能是身體組織器官系統的綜合表現能力，亦是中樞神經系統之控制肌肉、骨骼、關節、而行使收縮、產生肌肉力量。肌力大，產生的肌耐力就能持久，心肺功能因之提升，心搏量增加，心跳數較慢較少，工作效率提升；肌肉、關節和骨骼產生的柔韌度也加大，增加作功幅度、肌力和肌耐力；柔韌性佳，其結果是身體組成健全良好、身體質量指數正常，顯現健康體能的本質，經過練習、訓練、肌力強化而導出更顯明的運動體能，顯現的體能要素程度，能參加更劇烈的運動競賽。運動體能要素依序產生反應時間、速度、瞬發力、穩定平衡、敏捷性和協調性等十一項要素，其體能要素的相互產生和機轉，可由力學、生理學的原理程式來說明其轉換，定性和定量其因果關係。
明瞭健康體能之來源在於肌力，要想加強體能，唯需依據肌力的本質，編製不同的運動項目實施。因此，綜合訓練，不僅有益於日常生活效率的提升，也可以參與運動競賽，使其效益更多元化、全面化，且能過著有品質的健康生活。（作者為中華民國運動教練協會理事長）
參考文獻
》許樹淵（1997）：運動科學導論。臺北市。師大師苑。
》許樹淵（2001）：運動訓練智略。臺北市。師大師苑。
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本期專題：臺灣體育運動學術研究的回顧與展望 第三十六卷第二期
