Бег по уровню и наклону

Наземное передвижение посредством беговой походки может осуществляться по ровным поверхностям. Однако в большинстве случаев на открытом воздухе человек сталкивается с неровностями местности, требующими бега в гору . Подобные условия можно воспроизвести и в контролируемой среде на беговой дорожке . Кроме того, бег по наклонной поверхности используется бегунами, как на длинные дистанции , так и спринтерами , для улучшения состояния сердечно-сосудистой системы и силы нижних конечностей.

походка

Один полный цикл ходьбы определяется как начало, когда одна ступня касается земли, и продолжается до тех пор, пока эта же ступня снова не коснется земли. Цикл походки можно разбить на несколько составных частей. Бег, по определению, предполагает контакт максимум одной ступни с землей в любой момент времени и часто отсутствие контакта с землей. Когда ступня соприкасается с землей, это называется «фазой опоры». «Воздушная фаза» — это период между контактами контралатеральных стоп, когда тело находится в воздухе. Для одной конкретной ноги время отталкивания до последующего контакта пятки известно как «фаза замаха» для этой ноги. Один полный цикл походки включает в себя фазу опоры и поворота для каждой ноги.

Бег характеризуется как «подпрыгивающая походка», а не как с перевернутым маятником . механизм ходьбы Фазу опоры бега можно разделить на две части; в течение первой половины энергия используется для выполнения отрицательной работы по замедлению и опусканию центра масс. Во второй половине фазы опоры энергия используется для выполнения положительной работы по подъему и ускорению тела. Из-за синхронности колебаний кинетической энергии и потенциальной энергии гравитации, испытываемых центром масс, механическая работа во время бега выполняется за счет оптимизации сочетания сохраняемой в сухожилиях упругой энергии от удлинения и сокращения мышц.

Кинематика

Кинематика бега связана с описанием движения тела и, в частности, углов суставов, реализуемых в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах. При горизонтальном беге бедро достигает максимального сгибания до окончания фазы маха, за которым следует разгибание, когда нога движется к земле. На протяжении фазы опоры бедро разгибается до отрыва носка, обеспечивая движение. Угол коленного сустава отображает двухфазный график. При начальном контакте с землей колено сгибается, чтобы опустить тело, а затем разгибается, чтобы привести тело в движение. Максимальное разгибание достигается при отрыве носка, после чего колено снова сгибается, обеспечивая зазор. В голеностопном суставе максимальное подошвенное сгибание достигается при отрыве носка, за ним следует тыльное сгибание до середины маха, когда тыльное сгибание голеностопного сустава остается почти постоянным до тех пор, пока не будет достигнут первоначальный контакт с землей, и происходит дальнейшее тыльное сгибание для опускания и поддержки тела. Во второй половине фазы опоры голеностопный сустав начинает быстрое подошвенное сгибание до отрыва носка.

Был проведен ряд исследований по изучению кинематики бега по наклонной поверхности. Суонсон и Колдуэлл (2000) обнаружили большее сгибание во всех трех суставах во время первоначального удара стопой. Также отмечено увеличение диапазона движений разгибателей и угловой скорости во всех трех суставах во время отталкивания. И наоборот, Кляйн и др. не обнаружили изменений в углах суставов при беге по наклонной поверхности по сравнению с ровной. Однако его испытуемые бегали со скоростью, равной анаэробному порогу (в среднем 3,5 метра в секунду), что было значительно медленнее, чем у участников исследования Суонсона и Колдуэлла (4,5 метра в секунду). Кроме того, оценка составила 5% в отличие от 30%.

Частота и длина шага

Было обнаружено, что при беге с постоянной скоростью частота шагов увеличивается во время бега по наклонной поверхности по сравнению с горизонтальным бегом с сопутствующим уменьшением длины шага. На скорости 30 метров в секунду Готшалл и Крам отметили увеличение частоты шагов с 1,45±0,06 Гц до 1,51±0,07 Гц при наклоне 9 градусов (15,8%). Телхан и др. подтвердили этот вывод при постоянной скорости 3,13 метра в секунду и градиенте 4 градуса (6,98%), когда они наблюдали увеличение частоты со 168,5 ± 8,1 шагов в минуту до 170,5 ± 7,9 шагов в минуту. Оба исследования также показали значительное уменьшение длины шага при беге по наклонной поверхности по сравнению с бегом по ровной местности. Предыдущие исследования происходили на умеренных скоростях. бега При увеличении скорости на 4,5 метра в секунду и уклоне на 30% наблюдаются те же тенденции увеличения частоты и уменьшения длины шага.

Активация мышц

Группа четырехглавых мышц бедра и прямая мышца бедра отвечают за разгибание колена, а прямая мышца бедра также способствует сгибанию бедра. Данные электромиографии (ЭМГ) показали, что они активны как в ожидании, так и во время фазы опоры, поддерживая тело. Прямая мышца бедра также активна в середине фазы поворота благодаря своим возможностям сгибателей бедра. Основными мышцами- антагонистами квадрицепсов являются ягодичные мышцы (разгибание бедра) и подколенные сухожилия (разгибание бедра и сгибание колена). Мышцы подколенных сухожилий активируются в середине фазы маха, помогая замедлить движение голени. Обе группы активны на поздней фазе поворота, чтобы начать разгибать бедро, а также активны в первой половине фазы опоры, чтобы выполнить одно и то же действие. Мышцами голени, действующими на голеностопный сустав, являются тыльные сгибатели (передняя большеберцовая мышца) и подошвенные сгибатели (икроножная и камбаловидная мышцы). Икроножная / камбаловидная мышца активна в последней части фазы переноса, чтобы подготовиться к удару стопы, и остается активной во время стойки до момента перед отрывом, чтобы продвинуть тело вперед. Передняя большеберцовая мышца активна во время поворота, обеспечивая дорожный просвет, и подвергается эксцентрическому удлинению во время стояния, чтобы помочь контролировать замедление и опускание.

Во время бега по наклонной поверхности Цай отметил увеличение активации прямых и икроножных мышц бедра. Ёкодзава обнаружил, что бег под наклоном вызывает повышенную активацию группы мышц бедра, подколенных сухожилий, подвздошно-поясничных мышц и приводящих мышц. Ни один из этих двух авторов не указал время, в какой точке походки произошло это увеличение. Свонсон также записал данные ЭМГ, но сравнил различия до удара ступней (фаза переноса) и после удара ступней (фаза стойки), а также по более широкому спектру мышц. Результаты показали значительное увеличение активации передней большеберцовой мышцы, икроножной мышцы, камбаловидной мышцы, прямой мышцы бедра, латеральной широкой мышцы бедра, медиального подколенного сухожилия, двуглавой мышцы бедра и большой ягодичной мышцы перед ударом стопы. После удара стопой увеличение наблюдалось во всех мышцах, за исключением передней большеберцовой мышцы и медиального подколенного сухожилия.

Кинетика

Кинетика бега, как и кинематика, используется для описания движения тела. Однако, в отличие от кинематики, кинетика учитывает также связь движения с силами и моментами вызывающими его . Они выражаются как совместные моменты и крутящие моменты. Телхан и др. не наблюдали никаких изменений в моментах суставов бедра, колена или лодыжки при сравнении бега на наклонной поверхности с ровным бегом. Также был отмечен тот факт, что как общие кинетические закономерности, так и пиковые величины во всех трех суставах соответствовали данным, указанным в текущей литературе. Единственным существенным изменением между этими двумя условиями было увеличение силы бедра на ранней стадии опоры. Напротив, Ёкодзава наблюдал увеличение крутящего момента коленного и тазобедренного суставов в фазе поддержки в прямых мышцах бедра, предположив, что это является механизмом компенсации уменьшенного крутящего момента в разгибании колена в позе разгибания бедра. Также было замечено увеличение чистого крутящего момента сгибания бедра во время фазы восстановления при беге по наклонной поверхности, что позволило ускорить восстановление и увеличить степень сгибания бедра.

Силы наземного реагирования

Силы реакции земли (GRF) действуют на тело, соприкасающееся с ней, и отражают ускорение тела. Во время горизонтального бега силы реакции опоры можно разделить на вертикальные силы реакции опоры и горизонтальные силы реакции опоры. При сравнении бега по наклонной поверхности и горизонтального бега термины «нормальная» и «параллельная силы реакции опоры» заменяются вертикальными и горизонтальными, поскольку при беге по уклону последние термины становятся неточными при описании направления приложения силы. Измерения выражаются в процентах от веса тела, где значение одного веса тела представляет собой силу, действующую для поддержания тела в положении стоя. График нормального GRF характеризуется своей двухфазной природой: начальный пик воздействия соответствует тормозной части фазы опоры (исцеляющий удар), за которым следует более крупный пик, представляющий движущую часть фазы опоры (отрыв пальца). Типичное параллельное применение GRF во время бега включает два пика: один отрицательный во время торможения, а другой положительный во время движения. Важными характеристиками графика GRF являются величина пиков (ударных и активных), скорость нагрузки, средняя сила и общая площадь под графиком.

Во время бега по ровной местности со скоростью 3 метра в секунду вертикальная сила реакции земли достигает пика, примерно в 2,5 раза превышающего вес тела. Данные о нормальном GRF во время бега по наклонной поверхности были скудными из-за проблем со строительством силовой платформы. Готтшалл и Крам (2004) установили силовую беговую дорожку на клиньях с разным наклоном и обнаружили, что по сравнению с бегом по ровной поверхности первоначальный пик удара был уменьшен при наклоне 3, 6 и 9 градусов. Они также обнаружили, что тормозная параллельная GRF отсутствовала при наклоне 9 градусов в дополнение к 75% увеличению движущей параллельной GRF. Телан, однако, не обнаружил притупленного пика удара при уклоне в 4 градуса.

См. также

• Спортивный портал