Беговая энергетика
Энергетика бега – это изучение энергетических затрат бега . Для подавляющего большинства видов очевидно, что с увеличением скорости бега энергетические затраты на бег возрастают. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Также давно известно, что между видами и внутри них существует вариабельность энергетических затрат на движение с заданной скоростью. [ 5 ] [ 6 ] Эта изменчивость привела к изучению биомеханических или физиологических факторов, которые могут предсказать затраты энергии на передвижение как между видами , так и внутри них .
У людей есть доказательства того, что стоимость бега с заданной скоростью может предсказать показатели выносливости. В результате стало обычным изучать факторы, влияющие на энергетические затраты при беге, в попытке спрогнозировать или улучшить беговые результаты. Существует множество факторов, которые могут повлиять на затраты энергии при беге, включая возраст, тренировку, скорость и частоту шагов, вес обуви , сопротивление ветру и даже плотность воздуха . [ 7 ]
Количественная оценка и выражение энергетики бега
[ редактировать ]Энергетические затраты бега можно определить количественно путем измерения потребления кислорода (VO2) во время бега с заданной субмаксимальной скоростью. Во время аэробных занятий (например, субмаксимального бега) показатель VO2 дает косвенную оценку расхода энергии. [ 8 ] В результате увеличение скорости потребления кислорода свидетельствует об увеличении затрат энергии. VO2 часто измеряется в абсолютных цифрах (например, литры /мин), но при занятиях с весовыми нагрузками, таких как бег, масса тела может оказывать глубокое влияние на расход энергии. В результате расход энергии принято выражать как скорость потребления кислорода по отношению к массе тела (например, мл/кг/мин). [ 8 ]
Хотя некоторые недавние данные могут свидетельствовать об обратном, [ 9 ] Традиционно считается, что сильная линейная существует зависимость между скоростью потребления кислорода и скоростью бега (см. рисунок 1), при этом расход энергии увеличивается с увеличением скорости бега. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Важно, чтобы измерение расхода энергии посредством потребления кислорода осуществлялось при субмаксимальных интенсивностях . Поскольку скорость бега увеличивается до очень высокой относительной интенсивности, показатели VO2 становятся менее надежным показателем расхода энергии. Это связано с увеличением зависимости от анаэробного метаболизма , обеспечивающего энергию для бега на таких высоких скоростях.
Затраты энергии при беге можно измерить с помощью Метаболического эквивалента задачи (МЕТ), где один МЕТ примерно эквивалентен затратам энергии на спокойное сидение. В следующей таблице показаны значения MET при движении на разных скоростях. [ 10 ]
| ИЗ | Скорость (миль/ч) |
|---|---|
| 6.5 | от 4 до 4,2 |
| 7.8 | от 4,3 до 4,8 |
| 8.5 | от 5,0 до 5,2 |
| 9 | 5.5 -5.8 |
| 9.3 | 6-6.3 |
| 10.5 | 6.7 |
| 11 | 7 |
| 11.8 | 7.5 |
| 12 | 8 |
| 12.5 | 8.6 |
| 13 | 9 |
| 14.8 | от 9,3 до 9,6 |
| 14.8 | 10 |
| 16.8 | 11 |
| 18.5 | 12 |
| 19.8 | 13 |
| 23 | 14 |
Есть много способов выразить энергетические затраты на бег. Энергетические затраты на бег принято выражать как затраты энергии на преодоление заданного расстояния. Эту меру часто называют транспортной стоимостью (COT). COT можно выразить по-разному. Двумя распространенными методами выражения COT являются потребление кислорода на заданном расстоянии (например, мл/кг/км) или расход калорий на заданное расстояние (например, ккал/кг/км). [ 8 ]
Сравнительная энергетика бега: масштабирование энергетических затрат на бег.
[ редактировать ]За прошедшие годы было изучено множество факторов, чтобы объяснить различия в расходах энергии у разных видов. Некоторые из этих факторов были изучены более ста лет назад, когда в 1897 году Цунц обнаружил, что энергетические затраты животных одинаковой массы на пробежку заданного расстояния не зависят от количества конечностей. Другими словами, нет никакой разницы в энергетических затратах на прохождение заданной дистанции на четвероногих или двуногих животных при условии, что животные имеют одинаковую массу тела. [ 5 ] Со времени Цунца большое количество данных свидетельствует о том, что COT снижается прямо пропорционально массе тела, при этом у более крупных животных показатель COT ниже, чем у более мелких животных. [ 6 ]
Совсем недавно было предложено, что точный прогноз затрат энергии на бег с заданной скоростью можно сделать, исходя из времени, доступного для создания силы для поддержания веса тела . [ 11 ] Эта теория предполагает, что более мелкие животные должны делать более короткие и быстрые шаги, чтобы преодолеть заданное расстояние, чем более крупные животные. В результате у них сокращается время контакта ног с землей и меньше времени на создание силы на земле. Из-за сокращения времени на создание силы более мелким животным приходится в большей степени полагаться на метаболически дорогостоящие быстрые мышечные волокна , чтобы производить силу для бега с заданной скоростью. И наоборот, более крупные животные делают более медленные и длинные шаги, что способствует увеличению времени контакта стопы с землей во время бега. Такое более длительное время контакта позволяет более крупным животным использовать большее количество времени для создания силы . В результате более крупные животные не задействуют столько метаболически затратных быстрых мышечных волокон, чтобы развивать заданную скорость. Все эти факторы приводят к более высокому COT у мелких животных по сравнению с более крупными животными. [ 11 ]
Есть некоторые свидетельства того, что между видами существуют различия в COT в зависимости от скорости. Было замечено, что четвероногие животные демонстрируют оптимальную скорость ходьбы . [ 12 ] Это означает, что существуют скорости, при которых затраты энергии на прохождение заданной дистанции сводятся к минимуму. У людей принято считать, что COT остается постоянным при всех субмаксимальных скоростях бега. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] хотя недавнее исследование поставило под сомнение это предположение. [ 9 ] Если это правда, то энергетические затраты на быстрый или медленный бег на милю у людей одинаковы, и для людей не существует оптимальной скорости бега.
Между людьми наблюдается значительная индивидуальная вариабельность расхода энергии во время бега с заданной субмаксимальной скоростью. Было показано, что множество факторов оказывают влияние на стоимость бега человека. [ 7 ] В результате кажущаяся изменчивость затрат на бег человека может быть результатом множества факторов (см. раздел «Экономика бега/Введение»). Некоторые предполагают, что секс может влиять на стоимость бега. Хотя есть некоторые свидетельства того, что пол может влиять на энергетические затраты человека на бег, особенно среди элитных бегунов на длинные дистанции . [ 7 ] [ 13 ] различия в энергетических затратах бега в зависимости от пола в значительной степени неясны. [ 14 ] [ 15 ]
Текущая экономика
[ редактировать ]Затраты энергии на бег между людьми чрезвычайно различаются, даже если их нормализовать по массе тела. Это говорит о том, что на стоимость энергии при беге должен влиять ряд других факторов. Очевидная индивидуальная вариабельность затрат энергии во время бега стимулировала развитие концепции экономии. Экономия определяется как энергия, затраченная на удовлетворение аэробных потребностей данной субмаксимальной активности. [ 7 ] Мера экономии бега должна позволять сравнивать затраты энергии на бег между отдельными людьми или группами людей. Если человек тратит меньше энергии на выполнение определенной задачи (в случае бега — на достижение заданной скорости), он считается более экономичным.
Меры экономии
[ редактировать ]Есть много способов сравнить экономику между людьми. Обычно сравнивают энергию, затрачиваемую на бег с заданной фиксированной скоростью, обычно путем измерения кислорода, потребляемого при беге с фиксированной скоростью (мл/кг/мин). [ 8 ] Этот метод действительно обеспечивает сравнение экономии на данной скорости, но часто не может обеспечить адекватное представление экономии как показателя производительности. [ 8 ] Это особенно актуально при сравнении хорошо тренированных бегунов с нетренированными или менее тренированными людьми. В этих случаях сравнение затрат энергии (например, потребления кислорода) при фиксированной скорости часто не дает сравнения затрат энергии в гоночном темпе . Поскольку потребление кислорода увеличивается с увеличением скорости, трудно получить точное представление об экономии, измеряя потребление кислорода на одной скорости. В результате принято измерять потребление кислорода в широком диапазоне скоростей у отдельных людей, чтобы получить более точную оценку экономии. [ 8 ]
Также принято измерять стоимость транспорта (COT) или затраты энергии на проезд на определенное расстояние, чтобы сравнить экономию между отдельными людьми. Поскольку считается, что это значение остается постоянным в зависимости от скорости, считается, что измерение COT при любой фиксированной субмаксимальной скорости обеспечивает адекватное представление об экономике человека. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Это позволит сравнить экономичность между нетренированными бегунами, бегущими с предпочтительной субмаксимальной скоростью (например, 161 м/мин, ~6 миль в час ), и хорошо тренированными бегунами, бегущими с предпочтительной субмаксимальной скоростью (например, 268–320 м/мин). м/мин, ~10-12 миль/ч). По этой причине принято использовать COT для сравнения экономичности бега между группами с разным уровнем подготовки и производительности. [ 16 ]
Факторы, влияющие на действующую экономику
[ редактировать ]Есть много факторов, которые могут повлиять на экономию бега. Одним из факторов, который постоянно влияет на расход энергии (и, следовательно, на экономию) во время бега, является статус тренировки. [ 16 ] [ 17 ] Хорошо тренированные бегуны часто оказываются значительно более экономными, чем нетренированные люди. [ 16 ] Кроме того, было замечено, что уровень производительности влияет на расход энергии при беге с заданной скоростью даже в группах тренированных бегунов. Например, элитные бегуны часто более экономичны, чем бегуны субэлитного или среднего уровня. [ 16 ] Это говорит о том, что экономичность бега или затраты энергии на бег с заданной субмаксимальной скоростью могут быть надежным предиктором результатов, особенно в однородных группах тренированных бегунов. [ 16 ] Есть также доказательства того, что интенсивные тренировки на выносливость могут улучшить экономику человека. [ 17 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Маргария Р., Серретелли П., Агемо П., Сасси Г., 1963. Энергетическая стоимость бега. Дж. Прил. Физиол. 18, 367–370.
- ^ Перейти обратно: а б с д Менье и Пью, 1968 г. Д. Р. Менье и LGCE Пью, Взаимосвязь потребления кислорода и скорости ходьбы и бега у ходоков, участвующих в соревнованиях. Дж. Физиол. (Лонд), 197 (1968), стр. 717–721.
- ^ Перейти обратно: а б с д Кэрриер, Д.Р., 1984. Энергетический парадокс человеческого бега и эволюции гоминид. Курс. Антрополь. 25, 483–495.
- ^ Перейти обратно: а б с д МакАрдл и др., 2001 У. Д. МакАрдл, Ф. И. Кэтч и В. Л. Кэтч, Физиология упражнений: энергия, питание и работоспособность человека (пятое изд.), Липпинкотт, Уильямс и Уилкенс, Нью-Йорк (2001).
- ^ Перейти обратно: а б Цунц, Н. (1897). О расходе материала собакой при мышечной работе. арх. юридический Физиол. 68, 191–211.
- ^ Перейти обратно: а б Робертс Т., Крам Р., Вейанд П., Тейлор С.Р., 1998. Энергетика бега на двух ногах. I. Метаболические затраты на создание силы. J Exp Biol 201, 2745-2751.
- ^ Перейти обратно: а б с д Дэниелс Дж., Дэниэлс Н., 1992. Экономика бега элитных бегунов-мужчин и элитных женщин. Мед. наук. Спортивное упражнение. 24, 483–489.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Флетчер Дж., Исау С., Макинтош Б., 2009. Экономика бега: помимо измерения потребления кислорода. J Appl Physiol 107:1918-1922.
- ^ Перейти обратно: а б Стейдель-Нумберс, К., Уолл-Шеффлер, К., 2009. Оптимальная скорость бега и эволюция охотничьих стратегий гомининов. Журнал эволюции человека. 56, 355–360.
- ^ «Сожженные калории при беге» . 29.10.2019 . Проверено 21 января 2024 г.
- ^ Перейти обратно: а б Крам Р., Тейлор Ч.Р., 1990. Экономика бега: новая перспектива. Природа. 346, 265 – 267
- ^ Хойт, Д., Тейлор, К. Походка и энергетика передвижения лошадей. Природа. 292, 239-240.
- ^ Чепмен Р., Лэйман А., Уилхайт Д., Маккензи Дж., Таннер Д., Стагер Дж. Время контакта с землей как показатель метаболических затрат у элитных бегунов на длинные дистанции. Мед. наук. Спортивные упражнения, 2011.
- ^ Дэвис, К., Томпсон, М. Аэробные способности женщин-марафонцев и мужчин-ультмарафонцев. Евро. Дж. Прил. Физиол. 41:233-245, 1979.
- ^ Хаган, Р., Стратман, Л., Геттман, Л. Поглощение кислорода и расход энергии во время горизонтального бега на беговой дорожке. J прил. Физиол. 49:571-575, 1980.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Морган Д. и др., 1995. Различия в аэробных нагрузках среди тренированных и нетренированных субъектов. Мед. наук. Спортивное упражнение. Том. 27, № 3, 404-409.
- ^ Перейти обратно: а б Джонс А., 2006. Физиология рекордсменки мира в женском марафоне. Международный журнал спортивной науки и тренерства. Том. 1, № 2, 101-116.