在耐力運動中，最大攝氧量（VO2max）通常是評估有氧能力的主要指標，它反映了心肺系統向工作肌肉輸送氧氣的能力。VO2max在水平跑步（LR）中得到了廣泛研究，但在不同坡度條件下，特別是下坡跑步（DR）中，其生理機制和限制因素尚未完全闡明。

研究背景和假設
在運動生理學領域，最大攝氧量（VO2max）是評估個體有氧能力的核心指標。下坡跑步（DR）作為一種特殊的運動模式，其對VO2max和肌肉氧合的具體影響機制尚不完全明確。下坡跑步時，由于重力的輔助作用，跑步者需進行更多肌肉離心收縮，這改變了肌肉的工作模式，還可能對肌肉氧合、心肺反應以及整體運動表現產生影響。

近年來，隨著運動科學研究的深入，研究者們開始關注不同運動模式對運動員生理機能的影響，特別是下坡跑步這一特殊條件下的生理適應和限制。本研究旨在通過測試分析下坡跑步中坡度對長期訓練男跑步者VO2peak（峰值攝氧量）和肌肉氧合的影響，揭示下坡跑步中潛在的生理機制和限制因素。

本研究的關鍵假設：
1.下坡跑步時增加的肌肉離心工作可能改變肌肉的氧合需求和供應模式；
2.坡度變化導致地面反作用力的變化，進而影響跑步者的運動效率和能量消耗；
3.下坡跑步對心肺反應和神經肌肉疲勞的影響可能與水平跑步存在差異。

實驗方法
1.受試者招募：受試者納入標準為
①VO2max≥50mlO2·kg⁻¹·min⁻¹的男性②無吸煙史或近五年內未吸煙的跑步愛好者③年齡18-45歲④BMI＜25，并簽署知情同意書。排除有運動禁忌癥或可能影響實驗結果的受試者。

2.實驗設計：
在五種不同坡度條件下的進行最大遞增跑步測試，分別為
①-15%的陡峭下坡（DRSS）
②-7.5%的中等下坡（DRMS）
③0%的水平跑（LR）
④+7.5%的中等上坡（URMS）
⑤+15%的陡峭上坡（URSS）。
測試過程中，使用氣體分析儀監測攝氧量（VO2）和呼吸頻率，使用近紅外光譜技術（NIRS）監測股外側肌的脫氧血紅蛋白濃度變化（[HHb]），收集生物力學數據以評估跑步過程中的地面反作用力。

3.數據收集與分析：
每次測試前后，通過最大等長肌肉收縮測試評估膝伸肌的扭矩變化，以評估神經肌肉疲勞。同時，記錄受試者的主觀疲勞感（RPE）和延遲性肌肉酸痛（DOMS）評分。所有收集的數據均使用統計軟件進行分析，包括ANOVA等統計方法，以評估不同坡度條件對各項生理和生物力學指標的影響。

4.生物力學數據處理：
通過三維測力平臺以1000Hz的頻率采集數據，并應用二階帶阻Butterworth濾波器以減少跑步機振動引起的噪聲。進一步的數據分析使用MATLAB軟件，以計算跑步過程中的關鍵生物力學參數，如推進力、制動力和外部功等。

5.肌肉疲勞評估：
在每次最大遞增跑步測試前后，進行最大等長肌肉收縮測試評估膝伸肌的扭矩，記錄最高扭矩值以評估神經肌肉疲勞程度。

研究結果
1.坡度對VO2peak的影響：
 

受試者在中等負坡度（如-7.5%）下能夠達到與水平跑相近的最大攝氧量（VO2peak），但在更陡峭的負坡度（如-15%）下，VO2peak顯著降低。這表明隨著下坡坡度的增加，跑步速度增加，但VO2peak并未相應提升，反而受到限制。
 

在最大強度下坡跑步時，特別是在陡峭坡度下，股外側肌的氧合狀態較其他條件更高，表現為較低的脫氧血紅蛋白濃度。這提示跑步速度增加，肌肉氧的提取并未最大化，可能是限制VO2peak的一個因素。

3.下坡跑步的生物力學特性：
 

隨著下坡坡度的增加，負外功顯著增加，跑步者必須產生更多的制動力來抵抗重力加速。這增加了下肢肌肉的負荷，特別是股四頭肌，可能促進了肌肉的疲勞和氧合的降低。

4.神經肌肉疲勞與肌肉酸痛：
 

下坡跑步后，尤其是陡峭坡度，顯著降低了膝關節伸肌的等長肌力，并伴有較高的肌肉酸痛評分（DOMS）。這表明下坡跑步，特別是陡峭坡度，對下肢肌肉造成了較高的神經肌肉疲勞。

研究討論與意義
1.下坡跑步中的肌肉氧合限制：
雖然下坡跑步時肌肉氧合較高，但是并未使VO2peak的相應增加，這可能與肌肉在高強度下坡跑中的特殊代謝需求有關。未來研究應進一步探討下坡跑中肌肉代謝和氧提取的機制。

2.坡度對跑步生物力學的影響：
隨著坡度的增加，負外功顯著增加，這對跑步者的下肢肌肉提出了更高要求。這可能是在高強度下坡跑中，速度增加但VO2peak并未隨之提升的原因。

3.神經肌肉疲勞與下坡跑步表現：
下坡跑步后顯著的神經肌肉疲勞和肌肉酸痛說明下坡跑這種運動模式對下肢肌肉的負荷較高，這對跑步者的長期訓練計劃和恢復策略指導具有重要意義。

4.實際應用與未來研究方向：
本研究的結果對于指導運動員和教練制定針對不同坡度的訓練計劃具有重要參考價值。未來研究可進一步探討下坡跑步對不同肌肉群的具體影響，以及如何通過訓練來減輕神經肌肉疲勞和肌肉酸痛。

參考文獻：
Lemire M, Meyer F, Triguera R, Favret F, Millet GP, Dufour SP.
Peak Oxygen Uptake is Slope Dependent: Insights from Ground Reaction Forces and Muscle Oxygenation in Trained Male Runners.
Sports Med Open. 2024 Jul 12;10(1):78.
doi: 10.1186/s40798-024-00746-0.
PMID: 38995445; PMCID: PMC11245462.

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