stringtranslate.com

Экономия хода

Экономичность бега ( RE ) — сложная многофакторная концепция, которая представляет собой сумму метаболической, кардиореспираторной, биомеханической и нейромышечной эффективности во время бега. [1] : 33  [2] [3] Потребление кислорода (VO2 ) — наиболее часто используемый метод измерения экономичности бега, поскольку обмен газов в организме, в частности кислорода и углекислого газа, точно отражает энергетический обмен. Говорят, что те, кто способен потреблять меньше кислорода при беге с заданной скоростью, имеют лучшую экономичность бега. Однако прямое использование кислорода не учитывает, усваивает ли организм липиды или углеводы, которые производят разное количество энергии на единицу кислорода; таким образом, точные измерения экономичности бега должны использовать данные O2 и CO2 для оценки калорийности субстрата, который кислород использует для дыхания. [4]

В беге на длинные дистанции спортсмен может попытаться улучшить результаты с помощью тренировок, направленных на улучшение экономичности бега. Было обнаружено, что экономичность бега является хорошим предиктором результатов в гонке; было обнаружено, что она сильнее коррелирует с результатами, чем максимальное потребление кислорода ( VO2 max ) у тренированных бегунов с теми же значениями. [5]

Идея экономичности бега все чаще используется для понимания производительности, поскольку новые технологии могут радикально сократить время бега на марафонских дистанциях, независимо от физиологии или даже подготовки. Факторы, влияющие на экономичность бега, включают биологию бегуна, режимы тренировок, оборудование и окружающую среду.

Измерения и значения

Измерение

Экономичность бега рассчитывается путем измерения VO₂ во время бега на беговой дорожке с различной постоянной скоростью в течение от трех до пятнадцати минут. VO₂ — это количество кислорода, потребляемое в миллилитрах за одну минуту и ​​нормализованное по килограмму веса тела. Чтобы сравнить экономичность бега между людьми, VO₂ интерполируется до обычных скоростей бега, а также количественно определяется, сколько кислорода необходимо для бега на один километр относительно массы тела. [6] Более низкое значение экономичности бега демонстрирует лучшую эффективность бега и является хорошим предиктором результатов гонки. [7] Новый метод измерения таких концепций может быть найден с помощью использования беспроводных инерционных датчиков, надеваемых на ногу, вместе со специальными алгоритмами обработки сигналов. [8] [9]

Ценности экономичного бега

Факторы, влияющие на экономичность бега

В своей книге «The Lore of Running » Тим Ноукс , профессор физических упражнений и спортивной науки в Университете Кейптауна , а также бегун-любитель, описывает ряд переменных, которые могут влиять на экономичность бега: вертикальное движение во время бега, способность мышц поглощать энергию во время удара при приземлении и передавать ее при отталкивании, биомеханические факторы , техника и тип деятельности, физическая подготовка и тренировки, возраст, усталость , пол , раса , вес одежды и обуви, а также условия окружающей среды. [10]

Различные исследования показали, что марафонцы более экономичны, чем бегуны на средние дистанции и спринтеры на скоростях 6–12 миль в час (10–19 километров в час). [11] Анализ фильма показал, что на этих скоростях спринтеры и бегуны на средние дистанции совершают больше вертикальных движений, чем марафонцы. [11]

Антропометрия

Экономичность бега также зависит от многих врожденных характеристик, некоторые характеристики тела естественным образом дают бегунам преимущество. Некоторые из них включают рост, длину конечностей и распределение массы тела в определенных областях тела.

Конечности находятся на большем расстоянии от центра масс человека , поэтому они имеют большую вращательную инерцию по сравнению с остальным телом. В результате конечностям требуется больше энергии для движения, поэтому их морфология играет роль в экономичности бега. В ногах увеличенный вес в ступнях связан с экономичностью бега, поскольку они расположены наиболее дистально от бедер, немного меньшие, чем в среднем, ступни идеально подходят для оптимизации экономичности бега. [6] [5] Вот почему выбор обуви также влияет на экономичность бега. Вес, переносимый в бедрах, также играет роль, поскольку вес распределяется ближе к тазобедренному суставу, но влияет на экономичность бега так же сильно, как и морфология стопы . В одном исследовании к ступням и бедрам бегунов добавлялись грузы, и они обнаружили, что потребление VO₂ увеличивалось в два раза в испытаниях с грузами на ступнях по сравнению с бедрами. Хотя распределение массы в конечностях коррелировало с экономичностью бега, нет единого мнения о том, является ли длина конечности фактором. [6]

Идеальное тело для оптимальной экономичности бега будет включать рост немного ниже среднего для мужчин и немного выше среднего для женщин, низкий процент жира в организме, массу ног, распределенную ближе к тазобедренному суставу, и узкий таз с меньшими, чем в среднем, ступнями. [5] Также было показано, что может быть обратная зависимость между массой тела и экономичностью бега. Однако эта зависимость мала, так как энергия, используемая при беге, одинакова у людей разного размера. Также возможно, что эта зависимость не имеет ничего общего с массой тела и может быть вызвана межиндивидуальными различиями в телосложении. [6]

Физиология

Существует множество физиологических условий, которые могут влиять на экономичность бега, включая максимальное потребление кислорода , метаболические факторы, длину сухожилий и вентиляцию . Также было замечено, что экономичность бега снижается к концу гонки, в то время как температура тела, частота сердечных сокращений, вентиляция и молочная кислота увеличиваются. Поэтому тренировки по снижению этих факторов могут улучшить экономичность бега. [5]

Метаболическая энергия — это количество энергии ( АТФ ), которое организм может вырабатывать из потребляемого кислорода и питательных веществ, имеющихся в организме. Факторы, влияющие на метаболизм , важны для улучшения экономичности бега, чтобы эффективно использовать ресурсы организма. Поскольку кислород необходим для аэробного дыхания , чем выше VO₂ max у бегуна, тем дольше он сможет бежать, не переходя в анаэробное дыхание и не накапливая молочную кислоту . [5] Также желательно, чтобы организм бегуна мог сжигать жир в качестве источника энергии при интенсивных рабочих нагрузках, в дополнение к углеводам . Жиры требуют больше этапов для метаболизма, чем углеводы , поэтому их использование в качестве источника энергии обходится дороже, но они содержат больше энергии на молекулу. [6]

Во время бега ахиллово сухожилие растягивается при сгибании стопы и сохраняет часть этой энергии в виде упругой энергии . Исследования показали, что использование этой упругой энергии оказывает среднее или большое влияние на снижение энергии бега. Энергия, запасенная в сухожилии, зависит от того, насколько сухожилие растянуто, и от его внутренних свойств. Более короткая длина плеча момента ахиллова сухожилия (расстояние между сухожилием и силой, растягивающей его) будет производить больше энергии, подобно тому, как напряжение в мышцах сохраняет и высвобождает упругую энергию. [6]

Обучение

Экономичность бега часто используется как мера выносливости бегунов, поэтому было изучено много различных методов ее улучшения. Одним из недостатков этих исследований является то, что участники, как правило, не являются элитными спортсменами, которым трудно значительно улучшить экономичность бега. Другие критические замечания в адрес этих исследований включают небольшой размер выборки, слишком мало измерений для учета внутрииндивидуальных колебаний и другие факторы, которые влияют на экономичность бега. [5] Независимо от этого, были опубликованы исследования, изучающие, как такие методы, как плиометрика, сила или тренировка выносливости, влияют на участников. Также были исследования того, как факторы окружающей среды, такие как тренировка на высоте и тренировка в условиях жары, влияют на бегунов.

Было замечено, что плиометрические тренировки увеличивают количество силы, которую мышцы могут генерировать за короткий промежуток времени. В одном исследовании плиометрические тренировки привели к более быстрому времени забега на десять километров, несмотря на уменьшение общего количества пройденных за время тренировок дистанций. [12] Поскольку этот тип тренировок не улучшает VO ₂ max, его успех был приписан повышенному напряжению в мышцах и сухожилиях. Повышенная жесткость в этих областях позволяет более эффективно использовать упругую энергию, запасенную при их растяжении, что позволяет сократить время удара о землю. [13] [5]

Одним из наиболее распространенных подходов к тренировкам для улучшения экономичности бега является силовая тренировка. В одном исследовании сравнивались тренировки на выносливость и сочетание тренировок на выносливость и силу и было обнаружено, что, хотя у смешанной группы было значительно меньше VO₂, их экономичность бега на самом деле увеличилась. [2] Двумя основными причинами, объясняющими это увеличение, являются адаптации в нервной системе и изменение типа мышечных волокон. Было показано, что силовые тренировки с большой нагрузкой увеличивают количество двигательных нейронов, активируемых при сокращении мышцы, что создает большую силу. Эта причина чаще всего объясняется тем, что силовые тренировки часто связаны с гипертрофией , вызывая увеличение размера мышц, что было бы невыгодно для экономичности бега. [13] Силовые тренировки также заставляют мышцы претерпевать изменения с быстро сокращающихся волокон на медленно сокращающиеся волокна, которые более устойчивы к усталости. [13]

Также были проведены исследования для наблюдения за тем, как факторы окружающей среды влияют на тренировки. На больших высотах метаболический эритропоэтин увеличивает выработку красных кровяных телец, чтобы компенсировать недостаток кислорода. [14] Воздействие высоты также демонстрирует измеримые различия в метаболической активности в мышцах. [2] Исследования показали, что экономичность бега значительно улучшается при тренировках/сне на больших высотах и ​​соревнованиях вблизи уровня моря. Тепловые тренировки также оказались эффективными, при этом повышенная температура ядра улучшает работоспособность мышц. Хотя повышенная температура ядра полезна для мышц, предпочтительнее более низкая температура ядра. При возвращении к нормальной температуре после тренировки при более высоких температурах бегуны демонстрируют более низкую температуру ядра, а также частоту сердечных сокращений. [2]

Биомеханика

Длина шага, кинематика тела , кинетика и упругая энергия являются биомеханическими факторами, связанными с улучшенной экономичностью бега. [2] Естественная длина шага тренированного спортсмена связана с лучшей экономичностью бега, а не с какими-либо конкретными корректировками. Кинематика тела охватывает множество параметров движения, связанных с лучшей экономичностью бега. [13]

Бегун с лучшей экономичностью бега имеет относительно низкую амплитуду центра масс , увеличенный размах голеней во время шага (уменьшенный угол задней части колена) и увеличенную угловую скорость подошвенного сгибания во время отталкивания, но имеет уменьшенный диапазон движения во время подошвенного сгибания . [2]

Другие биомеханические факторы, связанные с лучшей экономичностью бега, включают более быстрое вращение плеч, ограничение движения рук до умеренного, большее угловое движение бедер и плеч по отношению к поперечной плоскости бегуна и более низкие пиковые уровни силы на земле. [2]

Гибкость нижних конечностей и туловища у тренированных спортсменов улучшает экономичность бега на всех скоростях за счет увеличения диапазона движения в бедрах. Наоборот, некоторые исследования показали, что снижение гибкости в области голени и бедра улучшает экономичность бега за счет снижения потребности в дальнейшей мышечной стабилизации. Подобно более туго закрученной пружине, менее гибкие мышцы увеличивают запас энергии и возврат упругой энергии . [2]

Обувь

Было показано, что легкие кроссовки (<440 г на пару) имеют статистические преимущества в плане экономичности бега. [15] Однако между бегом босиком и легкими кроссовками не наблюдается никаких очевидных различий. [15] [16] [13]

Также было показано, что амортизация снижает потребление кислорода и, следовательно, экономичность бега, обеспечивая упругое накопление энергии направленной вниз силы. [2] Сама амортизация обуви должна иметь оптимальную «жесткость пружины», чтобы выгодно дополнять движения мышц и усилия.

Недавние исследования показали, что добавление пластины из углеродного волокна в среднюю подошву обуви в сочетании с упругой пеной повышает экономичность бега за счет снижения отрицательной работы, выполняемой плюснефаланговым суставом. [17]

Условия окружающей среды

Тренировки при теплых температурах повышают температуру ядра, что, как было показано, улучшает экономичность бега за счет повышения эффективности работы мышц. Это создает длительный эффект при беге при более низких температурах, при которых можно достичь относительно более низкой температуры ядра. Более низкая температура ядра связана с уменьшением увеличения дыхания, потоотделения и кровообращения при аэробной интенсивности, тем самым повышая общую энергоэффективность и улучшая экономичность бега. [2] [ необходимо разъяснение ]

Экономика в СМИ

Элиуд Кипчоге на Берлинском марафоне 2015 г.

Проект Breaking2

Проект Breaking2 был мероприятием, организованным Nike для преодоления барьера в два часа марафона. Мероприятие использовало экономичность бега для выявления и улучшения факторов, которые помогли бы достичь этого подвига. Среди трех бегунов были Лелиса Десиса , Элиуд Кипчоге и Зерсенай Тадесе . Элиуд Кипчоге выиграл гонку со временем 2:00:25, но в конечном итоге не смог пробежать марафон менее чем за два часа. [18]

Многие бегуны были проверены для этого мероприятия, и в конечном итоге Лелиса Десиса , Элиуд Кипчоге и Зерсенай Тадесе были выбраны на основе их потенциала. Физиологические данные были получены от каждого бегуна вместе с их тренировочными режимами и личными рекордами для оценки прогнозов бегуна. Чтобы получить данные от каждого участника, научная группа Nike выдала каждому бегуну GPS-часы и пульсометры. Кроме того, они посетили каждого бегуна в его родном городе, чтобы проанализировать стратегии гидратации и питания, одновременно отслеживая температуру кожи и потоотделение. [19] [ нерабочая ссылка ]

Команда проекта Breaking2 определила, что наиболее важным параметром является разница между температурой кожи и внутренней температурой тела, также известная как температурный градиент . [19] Температурный градиент описывает, как быстро температура изменяется в зависимости от пространственного положения. С точки зрения экономичности бега большая разница между температурой кожи и внутренней температурой тела коррелирует с улучшенной экономичностью бега. Чтобы оптимизировать это измерение для спортсменов, проект Breaking2 был настроен на трехдневное окно. Это позволило обеспечить оптимальные погодные условия с точки зрения температуры, ветра и облачности. [19] Более того, гонка проходила в Северной Италии из-за ее лесистого климата и гоночных маршрутов с постепенными поворотами. Команда проекта Breaking2 также решила сосредоточиться на гидратации и питании. Чтобы измерить потерю воды, бегуны взвешивались до и после тренировок, а для анализа количества сахара в мышцах спортсмена использовалась визуализация мышц. Чтобы бороться с потерей воды и сахара, команда Nike создала смеси сахара и воды для каждого спортсмена. Также были протестированы небольшие изменения в диете спортсменов, например, Элиуд Кипчоге ел свекольные батончики вместо свекольного сока. [19]

Ineos159 Вызов

Забег Ineos159 состоялся в Вене , Австрия, и его провел Элиуд Кипчоге, попытавшийся пробежать марафон менее чем за два часа. Элиуд Кипчоге пробежал гонку за 1:59:40 [20] , что составляет чуть менее 2:50 мин/км или 21,98 км/ч.

Питание является ключевым аспектом экономичности бега, и оно имело решающее значение для успеха Кипчоге. Перед гонкой Элиуд Кипчоге увеличил потребление углеводов , чтобы снабжать мышцы топливом. Без углеводов организм расщепляет жиры в процессе, называемом липидным метаболизмом . Однако у большинства элитных бегунов нет высокого процента жира в организме. Во время гонки он потреблял около 60-100 граммов углеводов каждый час. [21] Он сделал это, выпивая 500 мл напитка, состоящего из 80 граммов углеводов . Это было изменением по сравнению с его предыдущей попыткой в ​​проекте Breaking2 , где он пил 50 мл напитков каждые несколько километров. Более крупные напитки быстрее снабжают мышцы топливом, но у них выше вероятность вызвать дискомфорт в кишечнике. [22]

Местоположение и погода также были в значительной степени рассмотрены из-за их влияния на экономичность бега. Вена была выбрана по нескольким причинам. Во-первых, город очень равнинный, что требует меньших затрат энергии. Во-вторых, город находится относительно близко к уровню моря, что приводит к более высокой концентрации кислорода в воздухе. Высокий уровень кислорода позволяет спортсменам лучше выполнять аэробные упражнения . Наконец, гонка проходила утром с низким уровнем влажности и температуры. Во время проекта Breaking2 , где Элиуд Кипчоге не смог пробежать марафон менее чем за два часа, неожиданно пошел дождь. Дополнительная влажность может увеличить вес бегуна и ухудшить сцепление с дорогой. [22]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Дэниелс, Джек (2013). «Аэробные и тренировочные профили». В Hanlon, Том; Marty, Клэр; Wolpert, Тайлер (ред.). Формула бега Дэниелса (3-е изд.). Шампейн, Иллинойс: Human Kinetics. стр. 33–38. ISBN 978-1450431835. Мера энергии, затрачиваемой при аэробном беге на некоторых субмаксимальных скоростях, является мерой экономичности бега.
  2. ^ abcdefghij Saunders, Philo U; Pyne, David B; Telford, Richard D; Hawley, John A (2004). «Факторы, влияющие на экономичность бега у тренированных бегунов на длинные дистанции». Спортивная медицина . 34 (7): 465–485. doi :10.2165/00007256-200434070-00005. ISSN  0112-1642. PMID  15233599. S2CID  2323239.
  3. ^ Crowther, Greg (2001). "Советы по максимизации экономичности бега". Профессиональный сайт Грега Кроутера . Получено 20 августа 2014 г. Измерение экономичности бега человека эквивалентно вопросу: "Как далеко этот человек может пробежать, используя заданное количество энергии?" Потребление энергии обычно выражается в единицах потребления кислорода; чем дальше человек может пробежать на единицу потребляемого кислорода — или, другими словами, чем меньше кислорода он/она потребляет при беге на заданную дистанцию ​​— тем он/она более экономичен.
  4. ^ Шоу, Эндрю Дж.; Ингхэм, Стивен А.; Фолланд, Джонатан П. (2014). «Достоверное измерение экономичности бега у бегунов». Медицина и наука в спорте и упражнениях . 46 (10): 1968–1973. doi :10.1249/MSS.00000000000000311. PMID  24561819.
  5. ^ abcdefg Saunders, Philo; Pyne, David; Telford, Richard; Hawley, John (2004). "Factor affected running economy in training distance runners" (PDF) . Sports Medicine . 34 (7): 465–485. doi :10.2165/00007256-200434070-00005. PMID  15233599. S2CID  2323239. Архивировано из оригинала (PDF) 21 августа 2014 г. . Получено 18 августа 2014 г. . Экономичность бега (RE) обычно определяется как потребность в энергии для заданной скорости субмаксимального бега и определяется путем измерения устойчивого потребления кислорода (VO2 ) и коэффициента дыхательного обмена.
  6. ^ abcdefg Barnes, Kyle R; Kilding, Andrew E (27 марта 2015 г.). «Экономия бега: измерение, нормы и определяющие факторы». Sports Medicine – Open . 1 (1): 8. doi : 10.1186/s40798-015-0007-y . ISSN  2199-1170. PMC 4555089. PMID 27747844  . 
  7. ^ Кипп, Шалайя; Крам, Роджер; Хугкамер, Воутер (11 февраля 2019 г.). «Экстраполяция метаболических сбережений при беге: последствия для прогнозирования производительности». Frontiers in Physiology . 10 : 79. doi : 10.3389/fphys.2019.00079 . ISSN  1664-042X. PMC 6378703. PMID 30804807  . 
  8. ^ Мунис-Пардос Б., Сутехолл С., Геллаертс Дж. и др. Интеграция носимых датчиков в оценку экономичности бега и механики стопы у элитных бегунов. Curr Sports Med Rep. 2018;17(12):480–488. doi :10.1249/JSR.00000000000000550.
  9. ^ Фалбриард М., Мейер Ф., Мариани Б. и др. «Точная оценка временных параметров бега с использованием инерционных датчиков, надеваемых на ноги». Front Physiol. 2018;9:610.
  10. ^ Ноукс, Тим. 2003. The Lore of Running. (4-е изд.) Oxford University Press ISBN 0-87322-959-2 
  11. ^ ab Kenney, W. Larry; Wilmore, Jack H.; Costill, David L. (2011) [1994]. «Расход энергии и усталость». Физиология спорта и упражнений (5-е изд.). Шампейн, Иллинойс: Кинетика человека. стр. 111. ISBN 978-0-7360-9409-2. Получено 12 мая 2012 г.
  12. ^ Lum, Danny; Tan, Frankie; Pang, Joel; Barbosa, Tiago M. (1 сентября 2019 г.). «Влияние прерывистого спринта и плиометрических тренировок на выносливость в беге». Journal of Sport and Health Science . 8 (5): 471–477. doi :10.1016/j.jshs.2016.08.005. ISSN 2095-2546  . PMC 6742614. PMID  31534822. 
  13. ^ abcde Barnes, Kyle R.; Kilding, Andrew E. (8 августа 2016 г.). «Стратегии улучшения экономичности бега». Спортивная медицина . 45 (1): 37–56. doi :10.1007/s40279-014-0246-y. ISSN  1179-2035. PMID  25164465. S2CID  207493323.
  14. ^ Площица, Камила; Лангфорт, Юзеф; Чуба, Милош (2018). «Влияние тренировок на высоте на эритропоэтический ответ и гематологические переменные у взрослых спортсменов: обзор повествования». Frontiers in Physiology . 9 : 375. doi : 10.3389/fphys.2018.00375 . ISSN  1664-042X. PMC 5904371. PMID  29695978 . 
  15. ^ ab Фуллер, Джоэл Т.; Белленджер, Клинт Р.; Тьюлис, Доминик; Цирос, Маргарита Д.; Бакли, Джонатан Д. (1 марта 2015 г.). «Влияние обуви на эффективность и экономичность бега у бегунов на длинные дистанции». Спортивная медицина . 45 (3): 411–422. doi :10.1007/s40279-014-0283-6. ISSN  1179-2035. PMID  25404508. S2CID  24940517.
  16. ^ Cheung, RT; Ngai, SP (1 марта 2016 г.). «Влияние обуви на экономичность бега у бегунов на длинные дистанции: метааналитический обзор». Журнал науки и медицины в спорте . 19 (3): 260–266. doi : 10.1016/j.jsams.2015.03.002. hdl : 10397/26740 . ISSN  1440-2440. PMID  25819704.
  17. ^ Hoogkamer, Wouter; Kipp, Shalaya; Kram, Rodger (1 января 2019 г.). «Биомеханика бегунов-мужчин в трех марафонских кроссовках: рандомизированное перекрестное исследование». Sports Medicine . 49 (1): 133–143. doi :10.1007/s40279-018-1024-z. ISSN  1179-2035. PMID  30460454. S2CID  53945282.
  18. ^ Взлом2 | 紀錄片特輯, получено 28 октября 2019 г.
  19. ^ abcd "Гл 04 Наука". Nike .
  20. ^ INEOS. "Sub-Two Hour Marathon Challenge | INEOS 1:59 Challenge". www.ineos159challenge.com . Получено 8 ноября 2019 г. .
  21. ^ Кинг, А. Дж. (2018). «Доза углеводов влияет на окисление гликогена в печени и мышцах и производительность во время длительных упражнений». Physiological Reports . 6 (1): e13555. doi :10.14814/phy2.13555. PMC 5789655 . PMID  29333721. 
  22. ^ ab Берджесс, Мэтт (14 октября 2019 г.). «Невероятная наука, стоящая за марафоном Элиуда Кипчоге за 1:59». Wired UK . ISSN  1357-0978 . Получено 8 ноября 2019 г.