【體路專欄】踏入秋季，天氣漸涼，又到了行山的季節。行山是個有益身心的活動，根據世界衛生組織建議，18歲或以上成人每週應進行至少150-300分鐘的中強度運動，或者75-150分鐘高強度有氧運動，而視乎路線長度、難度以及步速而定，行山被歸類為中至高強度運動（1）（2）。行山本是老少咸宜的運動，但近年意外頻生，對於這個看似容易的運動，或許有部分人忽略了，其實行山對體能亦有一定的要求。不時聽到朋友說行山後會出現不同部位的肌肉痛，究竟行山會用到哪個肌肉比較多呢？你的身體其實又準備好行山未呢？根據山路種類，我們主要可以將行山分為斜坡步行和梯級步行，而同為行山，其實兩者用到的肌肉比例卻不盡相同。今日先跟大家探討一下斜坡步行，了解一下在不同坡度下行走對於下肢肌肉的要求，同時看看應該怎麼訓練，才算裝備好自己去行山。
（本文先假設以面向前方，膝蓋及腳尖指前的上落斜步姿作討論，並假設路面狀況平坦。明白坊間流傳眾多上斜落斜的方法，以後有機會再一一討論）
不同坡度下的能量貢獻分佈
早前有研究（3）透過用上坡步行(Uphill Walking)及下坡步行（Downhill Walking）時，下肢關節包括膝關節（Knee Joint）、髖關節（Hip Joint）以及踝關節（Ankle Joint）所產生或吸收的能量（正功positive work及負功negative work）作參考，以研究人類在不同坡度步行時，三個主要下肢關節作出能量貢獻的比例變化。
簡單來說，人在走路向前時，需要肌肉發力產生能量推動自己加速向前，同時在上坡過程中需要在面對地心吸力的情況下推動身體向上，這種推動身體加速向前或向上的能量，就是正功（positive work）；相反，當我們於行進間想減速或煞停時，我們需要抵消往前的慣性，同時在下坡過程中我們需要面對地心吸力的向下牽引力，將慣性及地心吸力抵消所用到的能量，就是負功。當然，步行過程中都涉及加速、減速等能量產生及吸收的過程，所以不論我們走平路還是上落斜，過程中都可能同時涉及正功和負功。
一般來說，上坡時我們需要運用肌肉產生更多的能量對抗地心吸力，推動身體向上，因此上坡時肌肉用於正功的能量貢獻比較多；相反，於下坡時，面對地心吸力的向下牽引力，我們需要運用肌肉用力吸收能量緩衝，此時肌肉用於負功的能量貢獻比較多。
上坡步行（uphill walking）
研究(3)指出，在上坡步行（uphill walking）時，踝關節實際能量貢獻(包括正功及負功)比例是最高，約佔整體的40-45%，如果單以推動身體的能量產生（正功）計算，踝關節的貢獻比例在微斜（約+6度）步行時的能量貢獻甚至達到51%，反映小腿肌肉力量在上坡時中佔主導地位。隨坡度上升，三個關節的總實際能量貢獻都有上升，其中雖然踝關節貢獻的比例逐漸下降，但值得注意是，研究顯示即使上坡步行坡度上升到研究中最斜的18度，踝關節實際貢獻比例仍然是最高，約佔總值的40%。
髖關節佔整體實際能量貢獻比例約28-32%，而膝關節則佔大約27-29%。如果以正功計算，髖關節的貢獻比例約佔26%-32%，膝關節則佔大約23-28%。兩者貢獻比例相近，並隨坡度上升而上升，而上升的百分比亦十分接近，反映臀部及前大腿肌肉的重要性在上坡步行相近，並且隨上坡坡度上升而有相近的上升。研究顯示當上山步行坡度上升到18度，髖關節及膝關節貢獻的比例分別約佔總值的30%。
總括上山步行部分，在微斜（約+6度）的路段，小腿約佔一半的能量貢獻；雖然負責踝關節活動的小腿肌肉在上坡貢獻比例佔最高，但隨坡度上升，髖關節及膝關節貢獻比例亦隨之上升。當斜度上升至研究中最高的18度，三者貢獻比例約為4：3：3（踝關節：髖關節：膝關節），反映在陡峭的斜坡步行，三個主要下肢關節的肌肉都均等地重要。所以，針對行山上坡路段，我們應該均等地訓練小腿、前大腿以及臀部。
下坡步行（Downhill walking）
同一研究（3）指出，作為下坡步行時主要的能量吸收器（Energy Absorber），膝關節佔了主要的地位。研究顯示在下坡步行時，膝關節的實際能量實際貢獻比例約佔整體最高的43-64%，如果單以用於抵消慣性及地心吸力的能量（負功）計算，膝關節的能量貢獻更佔整體的48-70%。隨下斜坡度上升，膝關節貢獻比例上升，反映前大腿肌肉於下坡階段至為重要。
從動力學（Kinematics）角度，在下坡步行中，膝關節屈曲角度隨著斜坡坡度上升而增加，這導致膝關節中心和腳掌著地點形成的槓桿臂增大。這個槓桿臂都會隨著斜坡的傾斜度增大而擴大，從而產生較大的膝關節力矩，導致膝關節的工作負荷增加。
踝關節在下坡階段的實際能源貢獻佔整體約26-39%，若單以負功計算則佔約20-33%，貢獻比例隨下斜坡度上升而下降，反映小腿肌肉在下坡階段佔一定的重要性，但其重要性隨坡度上升而下降。髖關節在下坡階段的實際能量貢獻佔整體約10-19%，以負功計算的比例亦相約（9-18%），貢獻比例隨下斜坡度上升而下降，反映臀部肌肉在下坡階段的重要性較前大腿及小腿為低。
隨著下坡坡度上升，實際整體需要吸收的能量上升，因此下肢肌肉需要用更多力去制停自己，當中作為主要能量吸收器的膝關節的能量貢獻比例最多，反映前大腿肌肉在下坡佔絕對主導的地位。所以，在下坡訓練中，我們可以把更多比例集中於主導下坡的前大腿。
如何訓練？
針對性地進行肌力訓練非常重要。以下將介紹幾個有效的訓練方法，幫助行山者強化下肢肌肉，以應對上坡和下坡步行的挑戰。
上坡訓練
後跨弓箭步 Backward Lunge
- 開始時，雙腳以大約膊頭闊度站立，膝蓋及腳趾尖指向前方。
- 保持軀幹挺直，收緊腹部肌肉
- 其中一隻腳向後踏，後踏腳並以腳尖著地，並且腳跟離地，後踏過程保持膝蓋及腳尖指前。後踏的距離大約讓前後腳能形成兩膝屈曲約90度，後膝保持不著地。
- 其後前腳站起，配合後踏腳以腳尖往前蹬並提膝至90度，及後站回原處。
- 交替雙腿，重複後踏- 返回的動作
- 每邊做10 – 15次為1組，總共做3 – 4組
簡易版：
以穩固的扶手攙扶進行，並逐步進階致不用手攙扶。
進階版：
在後踏的同時，前腳進階至只用前半腳掌作支撐進行整個訓練動作，以模擬較接近行山的真實情況，增加小腿的參與。
下坡訓練
Decline Knee Over T oe Squat 下斜式膝前傾深蹲
- 開始時，雙腳以大約膊頭闊度站立，膝蓋及腳趾尖指向前方。雙腳踏在斜板上，或槓片等物品墊高兩邊腳跟。
- 保持軀幹挺直或輕微前傾，收緊腹部肌肉。軀幹保持大約於腳跟的正上方。
- 雙膝同時屈曲並向前傾，膝蓋屈曲至大約90度，或根據自己能力調整，膝蓋可以前傾超過腳尖。有別於傳統深蹲，臀部不用向後移，軀幹繼續保持於腳跟的正上方。此時會感受到四頭肌集中發力。
- 軀幹可以輕微前傾，以模擬下坡時重心的擺放。
- 重覆10 – 15次為1組，總共做3 – 4組。
簡易版：
- 膝蓋屈曲至大約90度，或根據自己能力調整，保持下斜式膝前傾深蹲姿勢30-60秒，總共做3 – 4組。
- 如有需要，以穩固的扶手攙扶進行，並逐步進階致不用手攙扶。
進階版
- 雙膝同時屈曲並向前傾，膝蓋屈曲至大約90度。
- 此時轉以單腳深蹲姿勢支撐，另一隻腳往前伸至腳跟觸地並返回。
- 過程中重心一直保持單腳深蹲的支撐腳。
- 注意軀幹繼續保持於原本雙腳深蹲的位置，避免軀幹大幅度傾側向支撐腳。
- 如有需要，以穩固的扶手攙扶進行，並逐步進階致不用手攙扶。
行山雖然看似簡單，但實際上對體能有著不同的要求。透過這篇文章，盼望幫助到大家初步了解斜坡步行部分的體能需求，配合適當的訓練裝備自己，提升行山的安全性和樂趣，過一個愉快又安全的山季。
Reference
- U.S. Department of health and Human Service 美國衞生及公共服務部
https://health.gov/our-work/nutrition-physical-activity/physical-activity-guidelines/about-physical-activity-guidelines/questions-answers#q1
- Leisure and Cultural Service Department 康樂及文化事務署
https://www.lcsd.gov.hk/en/healthy/hiking/index.html
- Nathalie Alexander, Gerda Strutzenberger, Lisa Maria Ameshofer, Hermann Schwameder, 2017. Lower limb joint work and joint work contribution during downhill and uphill walking at different inclinations
此篇文章由「體路 Sportsroad」最初發表於「【體路專欄】如何裝備好自己去行山」
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