Экономия бега - Running economy
Экономия бега (RE) измеряет использование энергии бегунами при беге с аэробной интенсивностью, и этому способствуют многие физиологические и биомеханические факторы. Потребление кислорода (VO 2 ) - это самый прямой метод измерения экономичности бега, поскольку обмен газов в организме, в частности кислорода и углекислого газа, во многом отражает энергетический обмен. Говорят, что те, кто может потреблять меньше кислорода при беге с заданной скоростью, имеют лучшую экономичность бега.
В беге на длинные дистанции спортсмен может попытаться улучшить свои результаты с помощью тренировок, направленных на повышение экономичности бега. Было обнаружено, что экономия на беге является хорошим предиктором результатов соревнований; Было обнаружено, что это более сильный коррелят производительности, чем максимальное потребление кислорода ( VO 2 max ) у тренированных бегунов с такими же значениями.
Идея экономии бега все чаще используется для понимания производительности, поскольку новые технологии могут значительно сократить время бега на марафонских дистанциях, независимо от физиологии или даже тренировок. Факторы, влияющие на экономичность бега, включают биологию бегуна, режимы тренировок, снаряжение и окружающую среду. Недавнее достижение Элиуда Кипчоге, пробежавшего марафон менее чем за два часа, повысило интерес к этой теме.
Измерения и значения
Измерение
Экономия бега рассчитывается путем измерения VO₂ во время бега на беговой дорожке с различными постоянными скоростями в течение от трех до пятнадцати минут. VO₂ - это количество кислорода, потребляемое в миллилитрах за одну минуту и нормированное на килограмм массы тела. Чтобы сравнить экономию бега между людьми, VO₂ интерполируется на обычные скорости бега, а также количественно определяет, сколько кислорода необходимо для пробега на один километр по отношению к массе тела. Более низкое значение экономии бега демонстрирует лучшую эффективность бега и дает хороший прогноз для результатов гонки. Новый метод измерения таких концепций может быть найден с помощью использования беспроводных переносных инерциальных датчиков вместе со специальными алгоритмами обработки сигналов.
Ценности беговой экономики
| Среднее мужское (диапазон) | Среднее женское (диапазон) | ||||
| Классификация бегунов | Скорость (км / час) | Экономия хода (мл / кг / мин) | VO 2 макс (мл / кг / мин) | Экономия хода (мл / кг / мин) | VO 2 макс (мл / кг / мин) |
| Рекреационный | 14 | 47,4 (46,0–49,5) | 54,2 (51,0-57,8) | 47,3 (40,1-51,9) | 49,7 (45,2-54,1) |
| Умеренно обучен | 14 | 46,8 (42,0-55,5) | 62,2 (56,6-69,1) | 47,9 (41,3-53,5) | 55,8 (50,5-59,4) |
| Высокообученный | 14 | 45,0 (32,4-56,5) | 70,8 (65,3-80,2) | 48,3 (39,0-56,7) | 61,7 (56,2-72,3) |
| Элитный | 14 | 39,9 (36,1-44,5) | 75,4 (68,2-84,1) | 41,9 (38,7-46,9) | 66,6 (61,1-74,2) |
Факторы, влияющие на экономичность бега
В The Lore погонный , Тим Нокс , профессор физической и спортивной науки в Университете Кейптауна , а также рекреационный бегун, описывает целый ряд переменных , которые могут повлиять на показ экономики: вертикальное движение во время бега, способность мышц к поглощают энергию во время удара при приземлении и передают ее на отталкивание, биомеханические факторы , технику и вид активности, физическую форму и тренировку, возраст, усталость , пол , расу , вес одежды и обуви и условия окружающей среды.
Различные исследования показали, что марафонцы более экономичны, чем бегуны на средние дистанции и спринтеры, на скорости 6–12 миль в час (10–19 километров в час). Анализ фильмов показал, что на таких скоростях спринтеры и бегуны на средние дистанции имеют больше вертикальных движений, чем марафонцы.
Антропометрия
Экономичность бега также зависит от многих врожденных характеристик, а некоторые особенности тела, естественно, 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 обладают большей инерцией вращения по сравнению с остальным телом. В результате конечностям требуется больше энергии для движения, поэтому их морфология играет важную роль в экономичности бега. В ногах увеличенный вес в ступнях связан с экономичностью бега, поскольку они расположены наиболее дистально от бедер, ступни чуть меньше среднего размера идеально подходят для оптимизации экономичности бега. Вот почему выбор обуви влияет на экономичность бега. Вес, переносимый в бедрах, также влияет на вес, распределяемый ближе к тазобедренному суставу, но влияет на экономичность бега так же, как и на морфологию стопы . В одном исследовании веса были добавлены к ступням и бедрам бегунов, и они обнаружили, что потребление VO₂ увеличилось в два раза в испытаниях с отягощениями на ступнях по сравнению с бедрами. Хотя распределение массы в конечностях коррелирует с экономичностью бега, нет единого мнения о том, является ли длина конечностей фактором.
Идеальное тело для оптимальной экономичности бега должно включать рост немного меньше среднего у мужчин и немного больше у женщин, низкий процент жира в организме, массу ног, расположенную ближе к тазобедренному суставу, и узкий таз с меньшими, чем в среднем, ступнями. Также было показано, что между массой тела и экономичностью бега может быть обратная зависимость. Однако это соотношение невелико, так как энергия, используемая при беге, одинакова у людей разного роста. Также возможно, что эта связь не имеет ничего общего с массой тела и может быть вызвана межличностными различиями в телосложении.
Физиология
Есть много физиологических условий, которые могут повлиять на экономичность бега, включая максимальное потребление кислорода , метаболические факторы, длину сухожилий и вентиляцию . Также наблюдалось, что к концу забега экономия бега снижается, тогда как температура тела, частота сердечных сокращений, вентиляция и уровень молочной кислоты повышаются. Таким образом, тренировка, направленная на снижение этих факторов, может улучшить экономичность бега.
Метаболическая энергия - это количество энергии ( АТФ ), которое организм может производить за счет потребления кислорода и питательных веществ, имеющихся в организме. Факторы, влияющие на метаболизм , будут важны для повышения экономичности бега, чтобы эффективно использовать ресурсы организма. Поскольку кислород необходим для аэробного дыхания , чем выше VO₂ max у бегуна, тем дольше он сможет бегать без анаэробного дыхания и накопления молочной кислоты . Также желательно, чтобы тело бегуна могло сжигать жир в качестве источника энергии при интенсивных рабочих нагрузках в дополнение к углеводам . Жиры усваиваются чаще, чем углеводы , поэтому использование их в качестве источника энергии обходится дороже, но они содержат больше энергии на одну молекулу.
Во время бега ахиллово сухожилие растягивается из-за сгибания стопы и сохраняет часть этой энергии в виде энергии упругости . Исследования показали, что использование этой упругой энергии оказывает среднее или большое влияние на снижение энергии бега. Энергия, запасенная в сухожилии, зависит от того, насколько оно растянуто, и от его внутренних свойств. Более короткая длина плеча с моментом ахиллова сухожилия (длина между сухожилием и силой, растягивающей его) будет производить больше энергии, подобно тому, как напряжение в мышцах сохраняет и высвобождает энергию упругости.
Обучение
Экономия бега часто используется как мера производительности бегунов на выносливость, поэтому было изучено множество различных методов ее улучшения. Одним из недостатков этих исследований является то, что участники, как правило, не являются элитными спортсменами, которым сложно значительно улучшить экономичность бега. Другие критические замечания в адрес этих исследований включают небольшой размер выборки, слишком мало измерений, чтобы учесть внутриличностные колебания, и другие факторы, влияющие на экономичность бега. Тем не менее, были опубликованы исследования, в которых изучается, как такие методы, как плиометрика, силовые тренировки или тренировки на выносливость, влияют на участников. Также были проведены исследования того, как факторы окружающей среды, такие как тренировка на высоте и тепловая тренировка, влияют на бегунов.
Было замечено, что плиометрическая тренировка увеличивает силу, которую мышцы могут генерировать за короткий промежуток времени. В одном исследовании плиометрическая тренировка привела к сокращению времени забега на десять километров, несмотря на уменьшение общего количества бега на дистанцию во время тренировки. Поскольку этот тип тренировок не улучшает VO ₂ max, его успех объясняется повышенным напряжением мышц и сухожилий. Повышенная жесткость в этих областях позволяет с большей эффективностью использовать энергию упругости, запасаемую при растяжении, что сокращает время столкновения с землей.
Одним из наиболее распространенных подходов к тренировкам для улучшения экономии бега является силовая тренировка. Одно исследование сравнивало тренировки на выносливость и сочетание тренировок на выносливость и силовые тренировки и показало, что, хотя в смешанной группе показатель VO₂ был значительно ниже, экономия на беге фактически увеличилась. Это увеличение связано с двумя основными причинами: адаптацией нервной системы и изменением типа мышечных волокон. Было показано, что силовые тренировки с тяжелыми нагрузками увеличивают количество моторных нейронов, активируемых при сокращении мышцы, создавая большую силу. Эта причина чаще всего объясняется тем, что силовые тренировки часто связаны с гипертрофией , вызывающей увеличение размера мышц, что было бы невыгодно для экономии бега. Силовые тренировки также заставляют мышцы переходить с быстро сокращающихся волокон на медленные, которые более устойчивы к утомлению.
Также были проведены исследования, чтобы наблюдать, как факторы окружающей среды влияют на тренировки. На больших высотах метаболический эритропоэтин увеличивает выработку красных кровяных телец, чтобы компенсировать недостаток кислорода. Воздействие на высоте также демонстрирует измеримые различия в метаболической активности в мышцах. Исследования показали, что экономичность бега значительно улучшается при тренировках / сне на большой высоте и соревнованиях на уровне моря. Тепловая тренировка также доказала свою эффективность, поскольку повышенная температура тела улучшает работоспособность мышц. Хотя повышенная внутренняя температура полезна для мышц, предпочтительна более низкая внутренняя температура. При возвращении к нормальной температуре после тренировки при более высоких температурах бегуны показывают более низкую внутреннюю температуру, а также частоту сердечных сокращений.
Биомеханика
Длина шага, кинематика тела , кинетика и энергия упругости - это биомеханические факторы, связанные с улучшенной экономичностью бега. Естественная длина шага тренированного спортсмена связана с большей экономичностью бега, а не с какими-либо конкретными корректировками. Кинематика тела включает в себя множество параметров движения, связанных с большей экономичностью бега.
Бегун с лучшим управлением экономикой имеет относительно низкую амплитуды их центра масс , повышенного качание нижней части ног во время шага (уменьшение угла наклона задней части их колена), и увеличение угловой скорости в подошвенном сгибании во время отталкивания, но имеет ограниченный диапазон движений при подошвенном сгибании .
Другие биомеханические факторы, связанные с лучшей экономичностью бега, включают более быстрое вращение плеч, ограничение движения рук умеренным движением, большее угловое движение бедер и плеч по отношению к поперечной плоскости бегуна и более низкие пиковые уровни силы на бегуне. земля.
Гибкость нижней конечности и туловища у тренированных спортсменов повышает экономичность бега на всех скоростях за счет увеличения диапазона движений бедер. И наоборот, некоторые исследования показали, что снижение гибкости в области икр и бедер улучшает экономичность бега, уменьшая потребность в дальнейшей стабилизации мышц. Подобно более плотно намотанной пружине, менее гибкие мышцы обладают повышенным запасом энергии и возвратом упругой энергии .
обувь
Было показано, что легкие кроссовки (<440 г на пару) статистически улучшают экономичность бега. Однако между бегом босиком и легкой обувью очевидных различий нет.
Также было показано, что амортизация снижает поглощение кислорода и, следовательно, экономию бега за счет обеспечения упругого накопления энергии направленной вниз силы. Сама подушка для обуви должна иметь оптимальную «упругость», чтобы выгодно дополнять движения и силы мышц.
Недавние исследования показали, что добавление пластины из углеродного волокна в межподошву обуви в сочетании с упругой пеной способствует экономии при беге, уменьшая негативную работу, выполняемую плюснефаланговым суставом.
Условия окружающей среды
Тренировки при высоких температурах повышают температуру тела, что, как было показано, улучшает экономичность бега за счет повышения эффективности работы мышц. Это создает продолжительный эффект при работе при более низких температурах, при которых может быть достигнута относительно низкая внутренняя температура. Более низкая внутренняя температура связана с меньшим увеличением дыхания, потоотделения и кровообращения при аэробной интенсивности, тем самым повышая общую энергоэффективность и экономичность бега.
Беговая экономика в СМИ
.jpg)
Breaking2 Project
Проект Breaking2 был мероприятием, организованным Nike для преодоления двухчасового барьера марафона. На мероприятии использовалась экономия бега, чтобы определить и улучшить факторы, которые помогут в достижении подвига. В тройку участников вошли 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.
Многие бегуны были отобраны для участия в соревнованиях, и в конечном итоге были выбраны Лелиса Десиса , Элиуд Кипчоге и Зерсенай Тадесе, исходя из их потенциала. Физиологические данные были получены от каждого бегуна вместе с его тренировочными полками и личными записями для оценки прогнозов бегуна. Чтобы получить данные от каждого участника, научная команда Nike выдала каждому бегуну часы с GPS и пульсометры. Кроме того, они посетили каждого бегуна в своем родном городе, чтобы проанализировать стратегии гидратации и питания, одновременно отслеживая температуру кожи и уровень потоотделения.
Команда проекта Breaking2 определила, что наиболее важным параметром является разница температуры кожи и внутренней температуры тела, также известная как температурный градиент . Температурный градиент описывает, насколько быстро изменяется температура в зависимости от местоположения в пространстве. 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 создать оптимальные погодные условия в отношении температуры, ветра и облачности. Кроме того, гонка проходила в Северной Италии из-за ее лесного климата и гоночных трасс с плавными поворотами. Команда проекта Breaking2 также решила сосредоточиться на увлажнении и питании. Чтобы измерить потерю воды, бегунов взвешивали до и после тренировок, а визуализация мышц использовалась для анализа количества сахара в мышцах спортсмена. 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, когда Элиуд Кипчоге ел свекольные батончики вместо того, чтобы пить свекольный сок.
Ineos159 Challenge
Испытание Ineos159 проходило в Вене , Австрия , и его провел Элиуд Кипчоге в попытке пробежать марафон менее чем за два часа. Элиуд Кипчоге пробежал гонку за 1:59:40, что означает чуть менее 2:50 мин / км или 21,98 км / ч.
Питание - ключевой аспект экономии бега, и он был очень важен для успеха Кипчоге. Перед гонкой Элиуд Кипчоге увеличил потребление углеводов , чтобы снабдить свои мышцы топливом. Без углеводов организм расщепляет жиры в процессе, называемом липидным обменом . Однако у большинства элитных бегунов процент жира в организме невысок. Во время гонки он потреблял от 60 до 100 граммов углеводов каждый час. Он сделал это, выпив 500 мл напитка, состоящего из 80 граммов углеводов . Это было отличием от его предыдущей попытки в проекте Breaking2, где он выпивал 50 мл напитка каждые несколько километров. Большие напитки быстрее снабжают мышцы топливом, но с большей вероятностью вызывают дискомфорт в кишечнике.
Местоположение и погода также принимались во внимание из-за их влияния на экономичность бега. Вена была выбрана по нескольким причинам. Во-первых, город очень плоский, что требует меньших затрат энергии. Во-вторых, город находится относительно близко к уровню моря, а это значит, что в нем более высокая концентрация кислорода. Высокий уровень кислорода позволяет спортсменам лучше выполнять аэробные упражнения . Наконец, гонка проводилась утром с низким уровнем влажности и температуры. Во время проекта Breaking2 , где Элиуд Кипчоге не смог пробежать марафон менее чем за два часа, прошел неожиданный дождь. Дополнительная влажность может увеличить вес бегуна и снизить сцепление с дорогой.