Pilot Study of Leg Muscle Activity During Treadmill Running at Different Speeds and Inclines

Abstract

[eng] Running overuse injuries are common in recreational runners, and predicting them requires understanding how muscle load is distributed across the lower limb at different speeds and inclines. This pilot study characterises leg muscle activation, lower limb kinematics, and running dynamics across a systematic grid of treadmill conditions in 4 recreational runners aged 21 to 54. Each participant completed 10 treadmill conditions: a fixed walking baseline at 5 km/h and 0% incline, followed by 9 running conditions covering 3 speeds (8, 10, 12 km/h) and 3 inclines (0%, 5%, 10%) in randomised order. Data were recorded simultaneously using 16-channel surface EMG across 8 leg muscles per side, full-body kinematics via an Xsens MVN Awinda inertial measurement suit, and stride and cardiovascular metrics from a Garmin Forerunner 255. EMG was normalised to the walking baseline. Statistical analysis used the Friedman test with Kendall's W as effect size. Speed increased neuromuscular and biomechanical load consistently across all participants. Muscle activation rose across most channels, hip and knee flexion range of motion increased, and ground contact time shortened. The incline response was more selective: heart rate and hip flexion ROM increased consistently with grade, but EMG responses varied between participants. Joint kinematics showed higher statistical consistency than EMG, with hip flexion ROM reaching W = 0.971. Cross-modal associations were identified between ground contact time and tibialis anterior activation (mean Spearman ρ = −0.613), and between hamstring activation and knee flexion ROM (mean ρ = +0.683). Persistent bilateral asymmetries were found in two participants and were stable across all conditions. The results provide a condition-mapped multimodal dataset linking muscle activation, joint kinematics, and consumer wearable metrics across a systematic speed and incline grid. This is a first step toward the Myalbatross goal of estimating muscle load from watch data alone.

[cat] Les lesions per sobrecàrrega en corredors recreatius són freqüents, i predir-les requereix entendre com es distribueix la càrrega muscular a les extremitats inferiors a diferents velocitats i pendents. Aquest estudi pilot descriu l'activació muscular de la cama, la cinemàtica de l'extremitat inferior i la dinàmica de la cursa en una graella sistemàtica de condicions en cinta de córrer en 4 corredors recreatius d'entre 21 i 54 anys. Cada participant ha completat 10 condicions en cinta: una baseline de caminar a 5 km/h i 0% de pendent, seguida de 9 condicions de cursa que combinaven 3 velocitats (8, 10, 12 km/h) i 3 pendents (0%, 5%, 10%) en ordre aleatoritzat. Les dades s'han registrat simultàniament amb EMG de superfície de 16 canals en 8 músculs per cama, cinemàtica corporal completa mitjançant un vestit d'unitats de mesura inercial Xsens MVN Awinda, i mètriques de cursa i cardiovasculars amb un Garmin Forerunner 255. L'EMG s'ha normalitzat al baseline de caminar. L'anàlisi estadística ha utilitzat el test de Friedman amb la W de Kendall com a mesura de l'efecte. La velocitat ha augmentat la càrrega neuromuscular i biomecànica de forma consistent en tots els participants. L'activació muscular ha augmentat en la majoria dels canals, el rang de moviment de maluc i genoll ha crescut i el temps de contacte amb el terra ha disminuït. La resposta al pendent ha estat més selectiva: la freqüència cardíaca i el ROM de flexió de maluc han augmentat de forma consistent amb el pendent, però les respostes EMG han variat entre participants. La cinemàtica articular ha mostrat una consistència estadística superior a l'EMG, amb la flexió de maluc assolint W = 0.971. S'han identificat associacions entre el temps de contacte i l'activació del tibial anterior (ρ de Spearman mitjà = −0.613), i entre l'activació dels isquiotibials i el ROM de flexió de genoll (ρ mitjà = +0.683). S'han observat asimetries bilaterals persistents en dos participants, estables en totes les condicions. Els resultats proporcionen un conjunt de dades multimodals lligades a condicions concretes, que relacionen l'activació muscular, la cinemàtica articular i les mètriques de rellotge de consum en una graella sistemàtica de velocitat i pendent. Això és un primer pas cap a l'objectiu de Myalbatross d'estimar la càrrega muscular a partir de les dades del rellotge.