Качание рук при двуногой ходьбе человека — это естественное движение, при котором каждая рука качается вместе с движением противоположной ноги. Размахивание руками в противоположном направлении по отношению к нижней конечности уменьшает угловой момент тела, уравновешивая вращательное движение, возникающее при ходьбе . Хотя такое маятниковое движение рук не является необходимым для ходьбы, недавние исследования показывают, что качание рук улучшает стабильность и энергоэффективность при передвижении человека . Положительный эффект от размахивания руками нашел применение в спорте, особенно в спортивной ходьбе и спринте .
Исследования роли размаха рук состоят в основном из анализа моделей двуногой ходьбы [1] и экспериментов на беговой дорожке на людях. Модели двуногой ходьбы разного уровня сложности объяснили влияние размаха рук на передвижение человека. При двуногой ходьбе поворот ноги приводит к возникновению углового момента , который уравновешивается моментами реакции опоры на опорную ногу. Качающиеся руки создают угловой момент в направлении, противоположном вращению нижних конечностей, уменьшая общий угловой момент тела. Меньший угловой момент тела приводит к уменьшению момента реакции опоры на опорную ногу. [2]
Амплитуда или частота движений рук определяется походкой, а это означает, что качательное движение адаптируется к изменяющимся условиям и возмущениям. [3] По мере увеличения скорости ходьбы амплитуда качания руки соответственно увеличивается. Частота движений рук также меняется в зависимости от скорости. Исследования показали, что при скорости ниже примерно 0,8 м/с соотношение частот движений рук и ног составляет 2:1, тогда как выше этой скорости соотношение становится 1:1. [4]
И моделирование на моделях скелета, и эксперименты на силовой пластине сходятся во мнении, что размах свободной руки ограничивает моменты реакции опоры, действующие на опорную ногу во время ходьбы, поскольку общий угловой момент снижается из-за уравновешивающего размаха рук относительно нижней конечности. [5] Другими словами, при размахивании руками субъект оказывает меньший момент реакции на поверхность земли. Это означает, что сила трения между опорной ногой и поверхностью земли не должна быть такой высокой, как без маха руки. [ нужна цитата ]
Является ли качание рук пассивным, естественным движением, вызванным вращением туловища, или активным движением, требующим активной работы мышц, было критическим обсуждением качания рук, которое могло бы пролить свет на его пользу и функцию. Недавнее исследование, посвященное расходу энергии во время ходьбы, показало, что на низких скоростях размах рук представляет собой пассивное движение, продиктованное кинематикой туловища, ничем не отличающееся от пары маятников, подвешенных на плечах. Активная работа мышц верхних конечностей, контролируемая мозгом, включается только в случае возмущения и восстанавливает естественное движение. Однако на более высоких скоростях пассивного движения недостаточно, чтобы объяснить наблюдаемую в экспериментах амплитуду раскачивания. Вклад активной мышечной работы увеличивается с увеличением скорости ходьбы. Несмотря на то, что на движения рук расходуется определенное количество энергии, общее потребление энергии снижается, а это означает, что размах рук по-прежнему снижает стоимость ходьбы. Это сокращение энергии составляет до 12 процентов при определенных скоростях ходьбы, что является значительной экономией. [6] [ нужен неосновной источник ]
Координация между конечностями в передвижении человека, а также вопрос о том, основана ли походка человека на передвижении четвероногих, является еще одной важной темой, представляющей интерес. Некоторые исследования показывают, что координация между конечностями во время передвижения человека организована аналогично кошачьей, что подтверждает мнение о том, что размах рук может быть остаточной функцией походки четвероногих. [7] Другая работа, посвященная механизмам контроля движений рук во время ходьбы, подтвердила предыдущие выводы, показав, что центральный генератор паттернов (ЦПГ) может участвовать в циклическом покачивании рук. Однако эти результаты не подразумевают рудиментарность размахивания руками, что кажется спорным после данных 2003 года о функции размахивания руками при передвижении на двух ногах. [8]
.jpg/1280px-US_Army_Sgt_John_Nunn_speed_walks_during_Military_World_Games_in_Hyderabad,_India,_2007_(1690064623).jpg)
Энергетическая эффективность размаха рук и ее потенциал в регулировании импульса тела используются в спорте. Спринтеры используют влияние поворота рук на линейный импульс, чтобы получить более высокое ускорение вперед. Спортсмены также используют качание рук из-за его энергоэффективности. Вместо ритмических движений во время ходьбы правильное размахивание руками помогает улучшить спортивные результаты в различных дисциплинах. Показано, что производительность прыжка в длину с места улучшается за счет размахивания руками вперед в начале прыжка и вперед-назад во время приземления, поскольку линейный импульс тела можно регулировать с помощью движущихся рук. [9] Использование рук для регулирования вращательного и линейного импульса также является обычной практикой в сальто и гимнастике. [10]
Литература о размахе рук частично создана исследователями робототехники, поскольку стабильность передвижения является серьезной проблемой, особенно для роботов-гуманоидов. Хотя многие роботы-гуманоиды сохраняют статическое равновесие во время ходьбы, что не требует размахивания руками, к недавнему роботу-гуманоиду, идущему в динамическом равновесии, были добавлены движения рук. [11] [ ненадежный медицинский источник? ] Маятниковое движение рук также используется в пассивных динамических ходунках, механизме, который может ходить самостоятельно. [12]
Понимание основных нейронных механизмов организации ритмических движений рук и их координации с нижней конечностью может позволить разработать эффективные стратегии реабилитации пациентов с травмой спинного мозга и инсультом. С этой точки зрения были исследованы ритмические движения рук для выполнения различных задач - покачивание руками во время ходьбы, езда на велосипеде руками в положении стоя и размахивание руками в положении стоя - и результаты указали на общий центральный механизм управления. [13] Выполнение леволатеральной задачи Струпа во время ходьбы по беговой дорожке имеет тенденцию уменьшать размах руки справа, особенно у пожилых людей, что предполагает значительный супраспинальный вклад в ее поддержание. [14] В то время как мужчины всех возрастов демонстрируют этот эффект взаимодействия между когнитивной нагрузкой и размахом правой руки, женщины, по-видимому, устойчивы к нему до 60 лет.
Роль движений рук у нездоровых людей — еще одно популярное направление исследования стратегий, принимаемых пациентами для поддержания устойчивости при ходьбе. Например, у детей с гемипаретическим ДЦП наблюдалось существенное увеличение углового момента, генерируемого ногами, которое компенсировалось увеличением углового момента непораженной руки, что показывает, как размах руки используется для уравновешивания вращательного движения тела. [15] Снижение двусторонней координации рук может способствовать клинически наблюдаемой асимметрии в поведении рук, что может быть признаком болезни Паркинсона. [16] Количественное исследование уровня асимметрии при размахе рук считается полезным для ранней и дифференциальной диагностики, а также для отслеживания прогрессирования болезни Паркинсона. [17] [ ненадежный медицинский источник? ]