Быстрый бег без супер-обуви

Каждый бегун слышал о термине "супер-обувь". Супер-обувь — это кроссовки, в которых есть карбоновая пластина, позволяющая снизить метаболические затраты бегуна и одновременно увеличить его скорость. За счет чего достигается такой эффект?

Карбоновая пластина в подошве повышает жесткость, сохраняя и высвобождая больше энергии. Это соответствует "большей тяге".

Однако, в нашем теле есть структуры, которые также могут накапливать и высвобождать энергию, их можно укрепить для повышения производительности. Энергия, которую они высвобождают, называется пассивная энергия.

Что это за энергия и как она может помочь вам бежать быстрее?

Пассивная энергия

В организме существуют структуры и вырабатываются модели движений, которые позволяют бегунам значительно снизить мышечную активацию во время движения, сохраняя при этом те же, если не показывая более высокие беговые результаты.

Две области, на которых стоит сосредоточиться при обсуждении пассивной энергии, — это возврат энергии и пассивное движение. Пассивное движение и возврат энергии взаимосвязаны.

Пассивная энергия образуется после поглощения энергии, возникающей во время каждого контакта стопы с поверхностью. Цель бегуна — оптимизировать технику бега (механику), чтобы преобразовать как можно больше накопленной энергии в силы, способствующие продвижению его вперед.

Что касается повышения эффективности и производительности, то выделяют пять областей, которые влияют на пассивную энергию: вращение бедра, сгибание бедра, подошвенное сгибание стопы, сгибание/разгибание колена и компрессия свода стопы. Максимизируя вклад пассивной энергии, бегун может улучшить экономичность бега. Это означает, что активная потребность мышц снижается, при этом сохраняется выработка необходимого количества силы.

Цикл растяжения и сокращения

"Энергия не может быть создана или уничтожена; его можно только изменить из одной формы в другую" – Альберт Эйнштейн

По определению, цикл растяжения и сокращения (ЦРС) представляет собой эксцентрическое сокращение (сокращение, при котором напряжённая мышца удлиняется под нагрузкой) мышцы, за которым следует быстрое концентрическое сокращение (при концентрическом сокращении мышечное напряжение является достаточным для преодоления нагрузки, а мышца укорачивается при сокращении) той же мышцы.

Что касается бега, квадрицепсы, косые мышцы живота и икры – это те мышцы, на которые больше всего влияет ЦРС.

Когда ступня касается земли, квадрицепсы и икры эксцентрически сокращаются (удлиняются), а затем быстро концентрически сокращаются (укорачиваются) во время фазы движения, обеспечивая движение вперед.

Чтобы проиллюстрировать, что такое цикл растяжения-сокращения, представьте себе растягивание резиновой ленты. Чем больше вы растягиваете ленту, тем дальше она полетит в воздухе после того, как вы ее отпустите. Однако, если вы слишком сильно растянете ленту, он может порваться.

Кроме того, чем больше натяжение ленты (труднее ее растянуть), тем дальше она полетит. Если провести аналогию с человеческим телом, то мышцы и сухожилия представляют собой резиновую ленту.

Сухожилия соединяют кость с мышцей, и поэтому при оценке рефлекса растяжения, мышцы и сухожилия часто рассматривают как две части единого рабочего целого — мышечно-сухожильного комплекса.

Переменными, влияющими на степень эластической отдачи при ЦРС, являются:

• Длина растяжения
• Скорость растяжения (загрузки)
• Жесткость мышц и сухожилий
• Время между растяжением и сокращением

С точки зрения бега ноги действуют, как пружины. Пружины сжимаются в первой половине фазы поддержки и восстанавливают свою длину во время фазы движения.

Чем жестче мышца, тем больше энергии она может хранить и высвобождать. Однако, чтобы не увеличивать вероятность получения травмы, мышца должна иметь полную амплитуду подвижности.

Сухожилия и их свойства

В зависимости от расположения сухожилий в организме, они могут различаться по толщине, форме и длине. Эти переменные влияют на жесткость сухожилия и, следовательно, на их способность создавать силу.

Сухожилия обладают эластичными свойствами, которые позволяют им растягиваться. Растяжение сухожилия (или мышцы) сохраняет энергию; когда растяжение прекращается и начинается обратный процесс (разгрузка), то накопленная энергия высвобождается.

Правильное использование этой накопленной энергии может значительно минимизировать метаболические затраты на движение.

Оптимальное растяжение сухожилий следует рассматривать, как модифицированную колоколообразную кривую, то есть слишком малое или слишком сильное растяжение не является оптимальным. В целом понятно, почему слишком маленькое растяжение не является оптимальным, но почему не рекомендуется большое растяжение?

Если сухожилие растянуть за пределы конечной точки диапазона движения, оно может полностью порваться. Однако, до достижения этой точки, сухожилие все еще может быть перенапряжено.

Когда это происходит, в сухожилии происходят структурные изменения, которые эффективно изменяют длину сухожилия и, таким образом, уменьшают рефлекс растяжения.

Степень растяжения сухожилия, вызывающая идеальный рефлекс растяжения, называется эластичной областью (elastic region). Когда растяжение выходит за пределы этой области, ее называют пластической областью (plastic region). Именно в этот момент структура сухожилия меняется и, следовательно, меняется длина сухожилия.

На изображении ниже показаны эластичная и пластическая области на кривой нагрузки-деформации. Конечной точкой пластической области является точка отказа (failure point), когда может произойти разрыв сухожилия.

Ахиллово сухожилие

Что касается бега, большое влияние на производительность в отношении пассивной энергии оказывает ахиллово сухожилие.

Исследование, в котором изучалась связь между силовыми тренировками и жесткостью ахиллова сухожилия, показало, что увеличение жесткости сухожилий трехглавой мышцы бедра (икроножной, камбаловидной, ахиллова сухожилия) на 16% посредством силовых тренировок снижает скорость потребления кислорода во время бега на 4%, тем самым увеличивая экономичность бега.

Другое исследование подтвердило эти результаты, отметив, что на различия в механических свойствах ахиллова сухожилия в первую очередь влияет мышечная сила.

В зависимости от исследования, степень энергии, которую может сохранить ахиллово сухожилие, и, как следствие, увеличение экономичности бега, варьировалась.

Самое важное, что следует иметь в виду, это то, что увеличение мышечной силы трицепса бедра увеличивает жесткость ахиллова сухожилия, что приводит к увеличению экономичности бега.

При этом нет никакой разницы между мужчинами и женщинами в отношении влияния жесткости ахиллова сухожилия на экономичность бега.

Роль большого пальца ноги

Не все пальцы ног одинаковы, по крайней мере, с точки зрения стабилизации стопы и движения вперед. Во время бега большой палец ноги играет ключевую роль в следующих процессах:

• Стабилизация стопы
• Регулирование степени пронации стопы
• Движение вперед

Большой палец по отношению к остальным пальцам отвечает за гораздо больший процент стабилизации стопы и тела, а также за движение вперед.

Механизм лебедки (стопа)

Как отмечено на рисунке выше, сесамовидные кости (sesamoid) представляют собой две маленькие (размером с горошину) кости, прикрепленные к сухожилию. Кости располагаются под подушечкой стопы в суставе большого пальца. Сесамовидные кости действуют как точка опоры, обеспечивая рычаг стопы при отталкивании от земли.

Суставы больших пальцев ног

• Несут в 12 раз больший вес, чем мизинец.
• Это единственный палец, состоящий из двух костей, а не из трех.
• Он имеет отдельный набор управляющих мышц и сухожильных прикреплений от остальных пальцев.

Механика

Быстрое тыльное сгибание (нагрузка – вращение стопы вверх) и подошвенное сгибание (разгрузка – вращение стопы вниз) голеностопного сустава отвечает за пружинящее действие ахиллова сухожилия.

Если лодыжка недостаточно "тыльно-согнута", то высвобождаемая энергия, запасенная ранее в ахилловом сухожилии, не будет такой большой, как могла бы быть. С механической точки зрения это означает, что пятка стопы во время фазы движения должна касаться земли, а бедро вытянуто позади тела.

Если пятка не касается земли на этом этапе, количество потенциальной энергии снижается, и, как следствие, снижается и экономичность бега.

Основываясь на влиянии тыльного сгибания и потенциальной энергии ахиллова сухожилия, можно предположить, что обувь с высокой пяткой по отношению к передней части стопы (большой дроп – перепад между пяткой и носком) уменьшит количество запасаемой энергии, поскольку обувь ограничивает возможное тыльное сгибание голеностопного сустава.

Кроме того, плохой диапазон движения (гибкость) ахиллова сухожилия, скорее всего, ограничит количество потенциальной энергии, которую оно может сохранить.

Внешние влияния

Что касается пассивной энергии, то экономичность бега основана не только на сохранении энергии, но и на ее использовании. Соприкосновение стопы и земли влияет на количество энергии, которое может быть использовано. Чем надежнее соприкосновение, тем эффективнее будет бегун.

Если беговая поверхность очень мягкая (например, песок) или обувь имеет хорошую амортизацию, это уменьшит количество энергии, которую может использовать бегун, поскольку большая часть энергии рассеивается за счет поглощения поверхностью и обувью, соответственно.

Однако, некоторое поглощение является положительным моментом с точки зрения экономичности бега и снижения вероятности травм. Например, исследования показали, что бег босиком требует более высоких метаболических затрат, чем в минималистичной обуви, из-за увеличения мышечной активности.

Выбор обуви играет большую роль в гибкости и диапазоне движений ахиллова сухожилия. Принято считать, что длительное сидение влияет на осанку человека – в первую очередь из-за того, что задняя поверхность и сгибатели бедра находятся в хронически укороченном положении. Сродни этому, ношение обуви с высоким дропом – когда есть большой перепад между пяткой и передней частью стопы приводит к укорочению ахиллова сухожилия и икроножных мышц.

Таким образом, с точки зрения увеличения диапазона движений ахиллова сухожилия, полезно проводить время в помещении, ходя без обуви или в обуви с небольшим перепадом между пяткой и носком.

Тренируемость

Многие бегуны на длинные дистанции не выполняют силовые и спринтерские тренировки из-за отсутствия специфичности.

Несмотря на то, что эти тренировки несут много пользу для бегунов на длинные дистанции, стоит помнить, что если бы они делали спринтерские тренировки только с целью укрепления ахиллова сухожилия и продольного свода стопы для более эффективного использования возврата упругой энергии, то это стоило бы затраченных усилий.

Свод стопы

Основными функциями стопы при беге являются амортизация и движение. Ступня играет большую роль в отношении пассивной энергии, в частности, её продольный свод.

Мышцы и соединительная ткань стопы, включая подошвенную фасцию, воздействующие на продольный свод, действуют как пружина, обеспечивая пассивную энергию во время бега.

Мышцы

Как и в случае с сухожилиями, чем жестче мышца, тем больше будет упругий возврат. Предварительная активация мышц ног во время бега подготавливает тело и мускулатуру ног к ударной нагрузке. Предполагается, что предварительная активация мышц ног снижает нагрузку на мышцы ног и увеличивает амортизацию при приземлении.

Если бы мышцы ног не сокращались до и во время приземления, тело рухнуло бы при ударе ногой. "Жесткость" мышц ног можно контролировать сознательно или бессознательно. Степень жесткости ног напрямую влияет на величину сгибания колена. Что касается сознательного контроля жесткости мышц ног, человек может контролировать частоту и длину шага. Кроме того, на жесткость ног также влияет геометрия ноги при контакте с поверхностью. Это связано с тем, что в зависимости от угла наклона ноги при контакте с поверхностью, на ногу будут действовать различные нагрузки, которым мышцы должны противодействовать.

Тип поверхности, на которую приземляется ступня, коррелирует со степенью жесткости мышц. Во время бега тело всегда стремится поддерживать одинаковую степень общей вертикальной жесткости (жесткость поверхности + жесткость ног). Следовательно, при беге по разным поверхностям, таким как тротуар и песок, степень жесткости ног будет меняться, чтобы сохранить ту же степень общей вертикальной жесткости.

Например, при беге по песку ноги должны стать "жестче", чтобы компенсировать снижение жесткости поверхности. Важно отметить, что, хотя жесткость мышц вызывает более высокий ЦСР, мышца должна иметь полную подвижность (диапазон движений).