Экономичность бега

Экономичность бега (RE) при определенной субмаксимальной скорости бега определяется, как потребление кислорода (VO2) в минуту на килограмм массы тела. RE можно также нормировать по расстоянию как VO2/кг/км, а нормализация по массе тела позволяет проводить сравнения между людьми. Экономичность представляет собой комплексную величину, отражающую комбинацию биомеханических, анатомических, метаболических и кардиореспираторных факторов. Даже среди хорошо тренированных бегунов можно увидеть, что RE различается примерно до 30%. Экономичность бега - часто решающий фактор производительности в соревновательном беге на средние и длинные дистанции вместе с VO2max и “утилизацией VO2max” (часто используется, как мера относительной нагрузки, соответствующей началу накопления лактата в крови).

Было показано, что несколько анатомических показателей связаны с экономичностью бега. Одним из них является плечо силы ахиллова сухожилия (LAch, на рисунке обозначено буквами а и с) относительно голеностопного сустава, другим является соотношение между длиной передней части стопы (на рисунке обозначено буквой b) и LAch. Размер LAch во многом определяется размером пяточной кости и считается узкоспециализированным признаком человеческого вида для эволюции бега на выносливость и длительной охоты у рода Homo. Предполагается, что во время длительной охоты, люди бежали со скоростью, которая приводила к развитию гипертермии у животных (так как большинство из них не умеет охлаждаться на бегу).

Несмотря на заметные различия в экономичности между бегунами, в значительной степени неизвестно, какие факторы являются решающими для высокой экономичности (низкого VO2/кг при определенной скорости). С 1968 года африканские и особенно кенийские бегуны доминируют на международной арене в беге на средние и длинные дистанции. Кенийские бегуны были включены во многие исследовательские проекты, касающиеся их анатомии, физиологических возможностей и биомеханических характеристик. Ученые пришли к выводу, что между кенийскими и европейскими бегунами не наблюдается различий в отношении VO2max, распределения типов мышечных волокон, количества капилляров или метаболических ферментов. С точки зрения биомеханики у кенийских бегунов было отмечено сокращение только времени контакта с поверхностью. Что касается анатомических различий, сообщалось, что элитные кенийцы имели более длинные голени и ахилловы сухожилия, чем элитные японские бегуны. Однако, плечо силы ахиллова сухожилия (LAch) у кенийцев длиннее, чем у элитных японских бегунов, что противоречит исследованиям, сообщающим о значительной корреляции между LAch и экономичности, показывающие положительный эффект короткого LAch (другими словами, короткого ахилла).

Из-за этих несоответствий, в исследовании, опубликованном в Physiological Reports, было решено измерить LAch спортсменов и повторно исследовать любую возможную корреляцию с экономичностью.

Кажется очевидным, что экономичность каким-то образом должна быть связана с техникой бега, но ни одно исследование не смогло показать взаимосвязь между моделью движения при беге на средние и длинные дистанции и экономичностью. В легкой атлетике хорошо известно, что изменение модели движения бегуна на длинные дистанции “опасно” и часто приводит к ухудшению результатов. Чаще всего, бегуны успешно выбирают частоту шагов и длину шага по субъективным критериям, что было показано еще в 1952 году. Соответственно, еще одной из целей настоящего исследования было связать биомеханические расчеты механической энергии во время бега с экономичностью у элитных бегунов на средние и длинные дистанции.

Было обнаружено, что толщина голени в значительной степени коррелирует с экономичностью, особенно у кенийских бегунов, у которых, как утверждается, ноги более “стройные”, чем у европейских бегунов. На основании этого открытия было высказано предположение, что для перемещения массы голени назад и вперед во время фазы переноса, потребуется меньше энергии. Поэтому, в настоящем исследовании, было решено измерить объем стопы и голени спортсменов, чтобы увидеть, будет ли этот анатомический параметр значимо коррелировать с экономичностью.

Было показано, что длина мышечного волокна в значительной степени коррелирует с максимальной скоростью спринтерского бега, и было высказано предположение, что более длинные мышечные волокна будут способствовать более благоприятному соотношению сила-скорость для мышц ног. Поскольку этот механизм также может заставить мышцы производить ту же мышечную силу при более низкой скорости сокращения и, таким образом, использовать меньшее количество мышечных волокон при заданной скорости бега, было решено измерить длину мышечного пучка с помощью ультразвука и связать этот параметр с экономичностью.

Авторы исследовали экономичность бега в группе из 12 элитных атлетов. В дополнение к экономичности (RE) при 14 и 18 км/ч, было измерено максимальное потребление кислорода (VO2max) и антропометрические показатели, включая плечо силы ахиллова сухожилия (LAch), объемы голени и стопы и длину мышечных пучков. Также был проведен трехмерный биомеханический анализ движения (на беговой дорожке).

Показатель RE составлял в среднем 47,8 и 62,3 мл O2/мин/кг при 14 и 18 км/ч, соответственно. Максимальная разница в показателе экономичности между отдельными спортсменами составила 21% (при скорости 18 км/ч). Скорость механической работы достоверно коррелировала с VO2 при обеих скоростях бега. Однако, RE и относительная скорость работы не имели существенной корреляции. Значение LAch достоверно коррелировало с RE на скорости 18 км/ч, а это означает, что короткое плечо момента имеет преимущество в отношении RE. Ни объем стопы, ни объем голени не коррелировали с RE. Относительная длина мышечного пучка m. soleus достоверно коррелировала с RE на скорости 18 км/ч. Жесткость всего тела и ног достоверно коррелировали с LAch, указывая на то, что короткое плечо силы существует вместе с высокой жесткостью.

Было обнаружено, что экономичность бега в значительной степени связана с плечом силы ахиллова сухожилия (короткое ахиллово сухожилие лучше для экономичности), соотношением длины стопы и длины ахилла, жесткостью тела и ног, а также длиной мышечного пучка.

Авторы смогли показать значительную корреляцию между механической мощностью и абсолютным потреблением кислорода. Однако эта корреляция исчезала, когда данные были нормализованы к массе тела. Вероятно, это отчасти связано с различиями в антропометрии, которые не учитываются при анализе биомеханики.

Плечо силы ахиллова сухожилия считается очень важным для экономичности, поскольку короткое плечо может быть полезным как для накопления упругой энергии, так и для соотношения сила-скорость в скелетной мускулатуре. Соотношение между передним отделом стопы и плечом силы ахиллова сухожилия также значительно коррелирует с экономичностью из-за лучшего “сцепления” стопы по отношению к внешним силам. Жесткость всего тела и опорной ноги косвенно важны для экономичности, поскольку жесткость и плечо силы ахиллова сухожилия коррелируют. Высокая жесткость мышц ног, скорее всего, способствует сохранению и повторному использованию эластической энергии во время бега.