Экономичность бега: основные сведения и немного о биомеханической эффективности

19.07.2016

В то время как фокус большинства тренеров и бегунов сконцентрирован на увеличении мощности «двигателя», то есть способности производить больше аэробной энергии для повышения скорости бега, не менее значимым фактором является экономичность этого «двигателя». Несомненно, ученые и тренеры говорят о значимости экономичности бега (ЭБ), но до сих пор нет полного понимания этой величины и конкретных инструментов и методов ее повышения. Экономичность бега – многогранное понятие и включает в себя такие составляющие, как метаболическую, нейро-мышечную и биомеханическую эффективность. При полном понимании каждой из трех составляющих, бегун сможет определить, какое звено у него отстающее и что, в принципе, с этим делать. 

Прежде чем приступить к рассмотрению трех составляющих ЭБ, еще раз вспомним, что из себя представляет ЭБ. Под ЭБ понимается кислородный эквивалент общих энергозатрат на килограмм массы тела на километр пройденного пути на фиксированной скорости. ЭБ имеет значительную корреляцию со спортивным результатом в беге на выносливость и в совокупности с другими физиологическими факторами (МПК и анаэробный порог) определяет класс спортсмена. Конли с соавторами доказали, что разница в результатах у спортсменов со схожими показателями МПК на 65% определяется различием в ЭБ. На величину ЭБ, как уже было сказано, влияют как внутренние, так и внешние факторы: нейро-мышечная, метаболическая и биомеханическая эффективность. Биомеханическая эффективность отражает механическую «стоимость» бега и включает такие факторы, как запасенную в мышцах и сухожилиях энергию упругой деформации и от того, насколько эффективная техника бега у конкретного атлета. Нейро-мышечная эффективность отражает взаимосвязь между нервной системой и мышечной системой. В качестве примера можно привести улучшение нейро-мышечного компонента за счет многократного повторения какого-либо упражнения, которое впоследствии выполняется на автомате. И, наконец, метаболическая эффективность определяет выработку энергии из внутримышечных энергетических субстратов и доставку кислорода. 

Биомеханическая эффективность

Биомеханическая эффективность бега включает все, что влияет на механическую «стоимость» бега. В свою очередь, биомеханическая эффективность зависит от запасенной и «выпущенной» энергии упругой деформации, от механики самого бегового цикла, от того, как мы ставим ногу на опору и от структуры самого бегуна. 

Рассмотрим такое понятие, как энергия упругой деформации. Когда во время бега наши мышцы активно растягиваются и тут же сокращаются, это называется (в переводе с английского языка) короткий цикл растяжения-сжатия. В тот момент, как мы ставим ногу на опору, в наших мышцах и связках, обладающих упругими свойствами, запасается механическая энергия, которая высвобождается во время отталкивания за счет обратного сокращения мышц и связок. Этот механизм работает по тому же принципу, что и растянутая резина, которая при растягивании запасает значительное количество энергии. Количество запасенной в мышечно-сухожильном механизме энергии зависит от длины и скорости растяжения мышцы, от жесткости мышц и сухожилий и от времени между растяжением и последующим сокращением (Сандерс с соавторами). 

Вообще, жесткая мышца запасает больше энергии, чем мягкая и растянутая мышца, однако у каждого есть своя оптимальная жесткость. Сравните новый и жесткий резиновый жгут и старый и сильно растянутый, тогда вы поймете аналогию с мышцей. Далее, чем больше промежуток времени между растяжением и последующим сокращением мышцы, тем большее количество энергии рассеивается, поэтому при ходьбе этот механизм практически не работает. Максимальное количество энергии запасается и высвобождается в жесткой мышце с очень быстрым циклом растяжения-сжатия. Хорошим примером является растяжение икроножной мышцы и ахиллова сухожилия при постановке ноги на опору или растяжение мышц бедра во время спринта. 

Учеными доказана значительная корреляция между мышечной жесткостью и ЭБ (Даллау с соавторами). Тот факт, что жесткость мышц и сухожилий влияет на экономичность бега, ставит перед нами вопрос: «Если это так, то повышение гибкости влияет на экономичность бега?». Этот вопрос был уже мной подробно рассмотрен со всеми выводами. Хочется лишь добавить, что большинство специалистов не призывают вовсе отказываться от растяжки, так, растяжка после тяжелой тренировки необходима лишь для того, чтобы вернуть мышцам первоначальную длину, но никак не для увеличения гибкости. 

Максимально эффективное использование энергии упругой деформации зависит также от постановки стопы на опору, позволяя мышцам более качественно абсорбировать и утилизировать эту «бесплатную» механическую энергию. 

Рассмотрим такое понятие, как преактивация мышцы перед приземлением. Этот термин означает «готовность» мышцы к приземлению на опору,  то есть мы готовим стопу к приземлению на опору (сравните с тем, что происходит, когда мы неожиданно проваливаемся ногой в ямку, и при этом не происходит преактивации). Даллау продемонстрировал связь энергетической «стоимости» бега и жесткости икроножных мышц и ахиллов. Преактивация также зависит от вида поверхности, по которой мы бежим. Например, бег по песку не требует такой преактивации, как бег по асфальту. 

Добавим, что сухожилия играют не меньшую роль, чем мышцы в запасании и высвобождении энергии упругой деформации при беге. Для понимания важности данного механизма рассмотрим кенийцев. Многочисленные данные свидетельствуют, что МПК элитных кенийских атлетов не выше, чем МПК элитных европейских атлетов. То есть мощность их «двигателя» не выше нашего. Но разница в результатах очевидная. Разница в результатах во многом обеспечена высокой ЭБ у кенийских атлетов. Взгляните на их длинную и тонкую голень с мощным и длинным ахилловым сухожилием – и представьте сколько энергии может запасать, а потом высвобождать при каждом беговом цикле эта система. Попросту, за счет высокой ЭБ кенийцы расходуют гораздо меньше кислорода, чем европейские бегуны, несмотря на схожие цифры МПК. А при одинаковом потреблении кислорода (например 80% от МПК) их скорость окажется уже существенно выше. В этом и основная разница с точки зрения физиологии.

Исследование Кера с соавторами показывает, что ахиллово сухожилие совместно с икроножной мышцей способно запасать и отдавать до 35% от необходимой энергии, а связки свода стопы – до 17%. Если бы у нас не работали эти механизмы запасания и высвобождения энергии упругой деформации, то мы при той же скорости бега должны были бы тратить на 30-40% больше энергии и кислорода (по данным исследования Сандерса). Теперь мы можем понять, насколько важно тренировать экономичность бега для достижения высокого результата!!! Для максимального использования этого качества (упругости) очень важна правильная биомеханика бега и сухожилия должны быть натренированы. Лучшей тренировкой для упругости сухожилий является взрывная работа с быстрыми движениями, такая, как спринт и плиометрические упражнения. 

Как уже сказано, использование эластичной энергии нашими мышцами и сухожилиями в значительной степени зависит от нашей биомеханики. Беговые движения вызывают сами по себе запасание и возврат энергии, но величина этой энергии зависит от положения наших ног. Например, бег с передней части и полной стопы гораздо экономичнее, чем бег с приземлением на пятку. Это подтверждается научными исследованиями. Возможным объяснением этого является то, что при беге с пятки мышцы нашей голени и ахилл уже растянуты, то есть у нас цикл сокращения-сжатия получается гораздо меньше и поэтому меньше количество запасенной энергии. При беге со стопы, наоборот, мы приземляемся с сильно сокращенным ахиллом и мышцами голени, поэтому при отталкивании происходит значительное растяжение упругих компонентов и последующее высвобождение энергии. Доктор Даниэль Либерман также считает, что при беге с передней части стопы и полной стопы максимально используется энергия, запасенная связками свода стопы. При приземлении на пятку этого не наблюдается. 

Наконец, приведу конкретные советы по тому, как можно максимизировать использование энергии упругой деформации. Информация собрана на основе изучения и компилирования данных с зарубежных методических сайтов.

1. Биомеханика- то, как вы бежите, играет большую роль. В идеале, приземляться необходимо на центральную или переднюю часть стопы как можно ближе к проекции на беговую поверхность центра тяжести тела. Про использование упругой энергии в мышцах бедра вообще мало кто знает. Хорошее растяжение мышц бедра во время быстрого бега провоцирует возникновение эффекта растянутой резины, благодаря чему бедро с дополнительной силой распрямляется перед последующей постановкой на опору. Чтобы лучше представить себе этот эффект, посмотрите на бег Кененисы Бекеле, у которого захлест голени такой, что он пяткой практически касается ягодиц. 

2. Взрывная и плиометрическая тренировка – прыжки, подскоки, и многие из используемых СБУ, при которых очень короткий и очень мощный контакт стопы с грунтом улучшают механические свойства мышц и сухожилий. Спринт, в частности спринт в гору – также одно из лучших упражнений из этой серии. Ускорения по 60-100м отлично тренируют способность сухожилий накапливать и использовать энергию упругой деформации. Немаловажным эффектом всех вышеперечисленных упражнений является снижение времени контакта с опорой и добавление жесткости мышцам и сухожилиям, что также положительно влияет на ЭБ. 

Бег по траве, грязи, дорожке стадиона

Вы никогда не замечали, что некоторые атлеты лучше выступают в кроссе, а некоторые на дорожке стадиона? Здесь как раз и играет ведущую роль использование энергии упругой деформации. Бег по мягкой поверхности, например по грязи или траве, большинство эластичной энергии «растворяется» из-за мягких свойств беговой поверхности и не участвует в проталкивании атлета. Бегуны, у которых очень хорошие биомеханические качества мышц и сухожилий, и которые имеют свойство запасать много эластичной энергии, как правило, выступают на мягкой поверхности (соревнования по кроссу) достаточно плохо. Но отлично себя чувствуют на асфальте и дорожке стадиона.