stringtranslate.com

Предпочтительная скорость ходьбы

Предпочтительная скорость ходьбы — это скорость, с которой люди или животные выбирают ходить . Многие люди склонны ходить со скоростью около 1,42 метра в секунду (5,1 км/ч; 3,2 мили в час; 4,7 фута/с). [1] [2] [3] Люди могут находить более медленную или более быструю скорость некомфортной.

Лошади также продемонстрировали нормальное, узкое распределение предпочитаемой скорости ходьбы в пределах заданного аллюра , что предполагает, что процесс выбора скорости может следовать схожим закономерностям у разных видов. [4] Предпочитаемая скорость ходьбы имеет важное клиническое применение как показатель мобильности и независимости. Например, пожилые люди или люди, страдающие остеоартритом, должны ходить медленнее. Улучшение (увеличение) предпочитаемой скорости ходьбы людей является важной клинической целью в этих популяциях. [ необходима цитата ]

Люди предположили, что механические, энергетические, физиологические и психологические факторы способствуют выбору скорости. Вероятно, люди сталкиваются с компромиссом между многочисленными затратами, связанными с различными скоростями ходьбы, и выбирают скорость, которая минимизирует эти затраты. Например, они могут компромисс между временем до места назначения, которое минимизируется при быстрой скорости ходьбы, и скоростью метаболизма , мышечной силой или напряжением в суставах . Они минимизируются при более медленной скорости ходьбы. В целом, увеличение ценности времени , мотивации или метаболической эффективности может заставить людей ходить быстрее. И наоборот, старение , боль в суставах, нестабильность, наклон, скорость метаболизма и ухудшение зрения заставляют людей ходить медленнее.

Ценность времени

Обычно люди придают некоторую ценность своему времени . Поэтому экономическая теория предсказывает, что ценность времени является ключевым фактором, влияющим на предпочтительную скорость ходьбы.

Левин и Норензаян (1999) измерили предпочтительную скорость ходьбы городских пешеходов в 31 стране и обнаружили, что скорость ходьбы положительно коррелирует с ВВП на душу населения страны и паритетом покупательной способности , а также с мерой индивидуализма в обществе страны. [3] Вполне вероятно, что достаток коррелирует с фактическими соображениями ценности времени, потраченного на ходьбу, и это может объяснить, почему люди в богатых странах склонны ходить быстрее.

Эта идея в целом согласуется с общей интуицией. Повседневные ситуации часто меняют ценность времени. Например, когда идешь пешком, чтобы успеть на автобус, ценность одной минуты непосредственно перед отправлением автобуса может стоить 30 минут времени (время, сэкономленное без ожидания следующего автобуса). Поддерживая эту идею, Дарли и Бейтсон показывают, что люди, которых торопят в экспериментальных условиях, с меньшей вероятностью остановятся в ответ на отвлечение, и поэтому они прибудут в пункт назначения раньше. [5]

Энергетика

Минимизация энергии широко считается основной целью центральной нервной системы. [6] Скорость, с которой организм расходует метаболическую энергию во время ходьбы (общая скорость метаболизма ), нелинейно увеличивается с увеличением скорости. Однако им также требуется постоянная базальная скорость метаболизма для поддержания нормальной функции. Энергетическая стоимость самой ходьбы, таким образом, лучше всего понимается путем вычитания базовой скорости метаболизма из общей скорости метаболизма, что дает конечную скорость метаболизма. При ходьбе человека чистая скорость метаболизма также нелинейно увеличивается со скоростью. Эти меры энергетики ходьбы основаны на том, сколько кислорода люди потребляют за единицу времени. Однако многие задачи передвижения требуют ходьбы на фиксированное расстояние, а не в течение установленного времени. Деление общей скорости метаболизма на скорость ходьбы дает общую стоимость транспортировки . Для ходьбы человека общая стоимость транспортировки имеет U-образную форму. Аналогично, деление чистой скорости метаболизма на скорость ходьбы дает U-образную чистую стоимость транспортировки . Эти кривые отражают стоимость перемещения на заданное расстояние с заданной скоростью и могут лучше отражать энергетические затраты, связанные с ходьбой.

Ралстон (1958) показал, что люди склонны ходить со скоростью, которая минимизирует валовые расходы на транспортировку, или близкой к ней. Он показал, что валовые расходы на транспортировку минимизируются примерно при 1,23 м/с (4,4 км/ч; 2,8 миль/ч), что соответствует предпочитаемой скорости его испытуемых. [7] Поддерживая это, Виклер и др. (2000) показали, что предпочитаемая скорость лошадей как на подъеме, так и на ровной поверхности близко соответствует скорости, которая минимизирует их валовые расходы на транспортировку. [8] Среди других расходов на походку , которые пешеходы предпочитают минимизировать, это наблюдение заставило многих предположить, что люди минимизируют расходы и максимизируют эффективность во время передвижения. [6] Поскольку валовые расходы на транспортировку включают скорость, валовые расходы на транспортировку включают неотъемлемую ценность времени . Последующие исследования показывают, что люди могут ходить немного быстрее скорости, которая минимизирует валовые расходы на транспортировку в некоторых экспериментальных установках, хотя это может быть связано с тем, как измерялась предпочтительная скорость ходьбы. [1]

Напротив, другие исследователи предположили, что валовая стоимость транспортировки может не отражать метаболическую стоимость ходьбы. Люди должны продолжать расходовать свой базальный уровень метаболизма независимо от того, ходят они или нет, что предполагает, что метаболическая стоимость ходьбы не должна включать базальный уровень метаболизма. Поэтому некоторые исследователи использовали чистый уровень метаболизма вместо общего уровня метаболизма для характеристики стоимости передвижения. [9] Чистая стоимость транспортировки достигает минимума при скорости около 1,05 м/с (3,8 км/ч; 2,3 мили/ч). Здоровые пешеходы ходят быстрее во многих ситуациях.

Скорость метаболизма также может напрямую ограничивать предпочтительную скорость ходьбы. Старение связано со снижением аэробной емкости (снижение VO2 max ). Малатеста и др. (2004) предполагают, что скорость ходьбы у пожилых людей ограничена аэробной емкостью; пожилые люди не могут ходить быстрее, поскольку они не могут поддерживать этот уровень активности. [10] Например, 80-летние люди ходят со скоростью 60% от своего VO2 max, даже если они ходят со скоростью, значительно меньшей, чем у молодых людей.

Биомеханика

Биомеханические факторы, такие как механическая работа, устойчивость и суставные или мышечные силы, также могут влиять на скорость ходьбы человека. Более быстрая ходьба требует дополнительной внешней механической работы на шаг. [11] Аналогично, размахивание ногами относительно центра масс требует некоторой внутренней механической работы . Поскольку более быстрая ходьба осуществляется как с более длинными, так и с более быстрыми шагами, внутренняя механическая работа также увеличивается с увеличением скорости ходьбы. [12] Следовательно, как внутренняя, так и внешняя механическая работа на шаг увеличивается с увеличением скорости. Люди могут попытаться уменьшить либо внешнюю, либо внутреннюю механическую работу , идя медленнее, или могут выбрать скорость, при которой восстановление механической энергии будет максимальным. [13]

Устойчивость может быть еще одним фактором, влияющим на выбор скорости. Хантер и др. (2010) показали, что люди используют энергетически неоптимальные походки при ходьбе под гору. Он предполагает, что люди могут вместо этого выбирать параметры походки, которые максимизируют устойчивость при ходьбе под гору. Это говорит о том, что в неблагоприятных условиях, таких как спуски под гору, модели походки могут благоприятствовать устойчивости, а не скорости. [14]

Индивидуальная биомеханика суставов и мышц также напрямую влияет на скорость ходьбы. Норрис показал, что пожилые люди ходят быстрее, когда их разгибатели голеностопного сустава усиливаются внешней пневматической мышцей. [15] Мышечная сила, особенно в икроножной и/или камбаловидной мышце , может ограничивать скорость ходьбы в определенных группах населения и приводить к более медленным предпочитаемым скоростям. Аналогичным образом, пациенты с остеоартритом голеностопного сустава ходили быстрее после полной замены голеностопного сустава, чем до этого. Это говорит о том, что уменьшение сил реакции сустава или боли в суставе может влиять на выбор скорости.

Визуальный поток

Скорость, с которой окружающая среда проходит мимо глаз, по-видимому, является механизмом регулирования скорости ходьбы. В виртуальных средах прирост визуального потока может быть отделен от фактической скорости ходьбы человека, подобно тому, как это можно было бы испытать при ходьбе по конвейерной ленте. Там окружающая среда проходит мимо человека быстрее, чем предсказывает его скорость ходьбы (более высокий, чем нормальный визуальный прирост). При более высоком, чем нормальный визуальный прирост, люди предпочитают идти медленнее, в то время как при более низком, чем нормальный визуальный прирост, люди предпочитают идти быстрее. [2] Такое поведение согласуется с возвращением визуально наблюдаемой скорости обратно к предпочтительной скорости и предполагает, что зрение используется корректно для поддержания скорости ходьбы на значении, которое воспринимается как оптимальное. Более того, динамика этого визуального влияния на предпочтительную скорость ходьбы быстрая — когда визуальный прирост внезапно меняется, люди корректируют свою скорость в течение нескольких секунд. [16] Время и направление этих ответов убедительно указывают на то, что быстрый прогностический процесс, информированный визуальной обратной связью, помогает выбрать предпочтительную скорость, возможно, чтобы дополнить более медленный процесс оптимизации, который напрямую определяет скорость метаболизма и итеративно адаптирует походку для ее минимизации.

В качестве упражнения

С широкой доступностью недорогих шагомеров медицинские специалисты рекомендуют ходьбу как упражнение для здоровья сердца и/или потери веса. NIH дает следующие рекомендации:

На основании имеющихся в настоящее время данных мы предлагаем использовать следующие предварительные индексы для классификации физической активности, определяемой шагомером, у здоровых взрослых: (i) <5000 шагов/день можно использовать как «индекс малоподвижного образа жизни»; (ii) 5000-7499 шагов/день типичны для повседневной активности, за исключением спорта/упражнений, и могут считаться «низкоактивными»; (iii) 7500-9999, вероятно, включают некоторые произвольные действия (и/или повышенные требования к профессиональной активности) и могут считаться «достаточно активными»; и (iv). >или=10000 шагов/день указывает на точку, которую следует использовать для классификации людей как «активных». Люди, которые делают >12500 шагов/день, вероятно, будут классифицированы как «высокоактивные». [17]

Ситуация становится немного сложнее, когда вводится предпочтительная скорость ходьбы. Чем быстрее темп, тем больше сжигается калорий, если целью является снижение веса. Максимальная частота сердечных сокращений для упражнений (220 минус возраст), по сравнению с диаграммами «целей сжигания жира», поддерживает многие ссылки, которые дают среднее значение 1,4 м/с (3,1 мили в час), как в пределах этого целевого диапазона. Шагомеры в среднем делают 100 шагов в минуту в этом диапазоне (в зависимости от индивидуального шага), или полтора-два часа, чтобы достичь ежедневного общего количества в 10 000 или более шагов (100 минут при 100 шагах в минуту будут 10 000 шагов). [18]

В городском дизайне

Типичная скорость ходьбы 1,4 метра в секунду (5,0 км/ч; 3,1 мили в час; 4,6 фута/с) рекомендуется руководствами по проектированию, включая Руководство по проектированию дорог и мостов . Транспорт Лондона рекомендует 1,33 метра в секунду (4,8 км/ч; 3,0 мили в час; 4,4 фута/с) в методологии PTAL .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Browning, RC, Baker, EA, Herron, JA и Kram, R. (2006). «Влияние ожирения и пола на энергетические затраты и предпочтительную скорость ходьбы». Журнал прикладной физиологии . 100 (2): 390–398. doi :10.1152/japplphysiol.00767.2005. PMID  16210434.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  2. ^ ab Mohler, BJ, Thompson, WB, Creem-Regehr, SH, Pick, HL Jr, Warren, WH Jr. (2007). «Визуальный поток влияет на скорость перехода походки и предпочтительную скорость ходьбы». Experimental Brain Research . 181 (2): 221–228. doi :10.1007/s00221-007-0917-0. PMID  17372727. S2CID  7032232.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  3. ^ ab Левин, Р. В. и Норензаян, А. (1999). «Темп жизни в 31 стране» (PDF) . Журнал кросс-культурной психологии . 30 (2): 178–205. doi : 10.1177/0022022199030002003. hdl : 2027.42/67419. S2CID  5799354.
  4. ^ Хойт, ДФ и Тейлор, К. Р. (1981). «Походка и энергетика локомоции у лошадей». Nature . 292 (5820): 239–240. Bibcode :1981Natur.292..239H. doi :10.1038/292239a0. S2CID  26841475.
  5. ^ Дарли, Дж. М. и Бэтсон, компакт-диск (1973). "«От Иерусалима до Иерихона»: исследование ситуативных и диспозиционных переменных в поведении помощи. Журнал личности и социальной психологии . 27 (1): 100–108. doi :10.1037/h0034449.
  6. ^ ab Alexander, McNeill R. (2002). «Энергетика и оптимизация ходьбы и бега человека: мемориальная лекция Рэймонда Перла 2000 года» (PDF) . American Journal of Human Biology . 14 (5): 641–648. doi :10.1002/ajhb.10067. PMID  12203818. S2CID  24280616.
  7. ^ Ралстон, Х. (1958). «Соотношение энергии и скорости и оптимальная скорость при ходьбе по ровной поверхности» (PDF) . Int. Z. Angew. Physiol. Einschl. Arbeitphysiol . 17 (4): 277–283. doi :10.1007/BF00698754. PMID  13610523. S2CID  22233015.
  8. ^ Wickler, SJ, Hoyt, DF, Cogger, EA и Hirschbein, MH (2000). «Предпочтительная скорость и стоимость транспорта: эффект наклона» ( PDF ) . Журнал экспериментальной биологии . 203 (14): 2195–2200. doi :10.1242/jeb.203.14.2195. PMID  10862731.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  9. ^ Snaterse, M., Ton, R., Kuo, AD и Donelan, JM (2011). «Различные быстрые и медленные процессы способствуют выбору предпочтительной частоты шагов во время ходьбы человека» (PDF) . Журнал прикладной физиологии . 110 (6): 1682–1690. doi :10.1152/japplphysiol.00536.2010. PMC 4182286 . PMID  21393467. {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  10. ^ Малатеста, Д., Симар, Д., Довилье, И., Кандау, Р., Саад, Х., Префо, К. и Кайо, К. (2004). «Аэробные детерминанты снижения предпочитаемой скорости ходьбы у здоровых, активных 65- и 80-летних». Европейский журнал физиологии . 447 (6): 915–921. doi :10.1007/s00424-003-1212-y. PMID  14666424. S2CID  2216251.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  11. ^ Донелан, Дж. М., Крам, Р. и Куо, А. Д. (2002). «Механическая работа для переходов со шага на шаг является основным фактором, определяющим метаболические затраты при ходьбе человека». Журнал экспериментальной биологии . 205 (23): 3717–3727. doi :10.1242/jeb.205.23.3717. PMID  12409498.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  12. ^ Doke, J., Donelan, JM и Kuo, AD (2005). «Механика и энергетика качания человеческой ноги» (PDF) . Журнал экспериментальной биологии . 208 (3): 439–445. doi : 10.1242/jeb.01408 . PMID  15671332.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  13. ^ Александр, Р. (1991). «Механизмы экономии энергии при ходьбе и беге». Журнал экспериментальной биологии . 160 (1): 55–69. doi : 10.1242/jeb.160.1.55 . PMID  1960518.
  14. ^ Хантер, Л.С., Хендрикс, Э.К. и Дин, Дж.С. (2010). «Стоимость ходьбы под гору: является ли предпочтительная походка энергетически оптимальной?». Журнал биомеханики . 43 (10): 1910–1915. doi :10.1016/j.jbiomech.2010.03.030. PMID  20399434.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  15. ^ Норрис, JA, Граната, KP, Митрос, MR, Бирн, EM и Марш, AP (2007). «Влияние увеличенной силы сгибания подошвы на предпочтительную скорость ходьбы и экономичность у молодых и пожилых людей». Походка и осанка . 25 (4): 620–627. doi :10.1016/j.gaitpost.2006.07.002. PMID  16905320.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  16. ^ О'Коннор, SM, Донелан, JM (2012). «Быстрое визуальное прогнозирование и медленная оптимизация предпочтительной скорости ходьбы». Журнал нейрофизиологии . 107 (9): 2549–59. doi :10.1152/jn.00866.2011. PMID  22298829.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  17. ^ Tudor-Locke C, Bassett DR (2004). «Сколько шагов в день достаточно? Предварительные индексы шагомера для общественного здравоохранения». Sports Med . 34 (1): 1–8. doi :10.2165/00007256-200434010-00001. PMID  14715035. S2CID  13212390.
  18. ^ Таблицы диапазонов скорости ходьбы для снижения веса или улучшения здоровья