Экономия бега - Running economy

Экономия бега (RE) измеряет бегунов использование энергии при беге на аэробный интенсивность, и многие физиологический и биомеханический факторы способствуют этому.[1]:33[2][3] Потребление кислорода (В.О.2) является наиболее прямым методом измерения экономичности бега, поскольку обмен газов в организме, в частности кислорода и углекислого газа, точно отражает энергетический обмен. Считается, что те, кто может потреблять меньше кислорода при беге с заданной скоростью, имеют лучшую экономичность бега.

В дистанционный бег, спортсмен может попытаться улучшить свои результаты с помощью тренировок, направленных на повышение экономичности бега. Было установлено, что экономия на беге является хорошим предиктором результатов гонки; было обнаружено, что это более сильный коррелят производительности, чем максимальное потребление кислорода (VO2 Максимум ) у тренированных бегунов с такими же значениями.[4]

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, оборудование и окружающую среду. Недавнее достижение Элиуд Кипчоге пробежка марафона менее чем за два часа повысила интерес к этой теме.

Измерения и значения

Измерение

Экономия бега рассчитывается путем измерения VO₂ во время бега на беговой дорожке с различными постоянными скоростями 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 относительно массы тела.[5] Более низкое значение экономии бега демонстрирует лучшую эффективность бега и дает хороший прогноз для результатов гонки.[6]

Ценности беговой экономики

Нормативные данные по экономике бега для бегунов мужского и женского пола с разным уровнем подготовки[5]
Среднее мужское (диапазон)Среднее женское (диапазон)
Классификация бегуновСкорость (км / ч)Экономия хода (мл / кг / мин)VO 2 макс (мл / кг / мин)Экономия хода (мл / кг / мин)VO 2 макс (мл / кг / мин)
Рекреационный1447.4 (46.0-49.5)54.2 (51.0-57.8)47.3 (40.1-51.9)49.7 (45.2-54.1)
Умеренно обучен1446.8 (42.0-55.5)62.2 (56.6-69.1)47.9 (41.3-53.5)55.8 (50.5-59.4)
Высокообученный1445.0 (32.4-56.5)70.8 (65.3-80.2)48.3 (39.0-56.7)61.7 (56.2-72.3)
Элитный1439.9 (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 История бега, Тим Ноукс, профессор физкультуры и спортивной науки Кейптаунский университет, а также бегун-любитель, описывает ряд переменных, которые могут влиять на экономичность бега: вертикальное движение во время бега, способность мышц поглощать энергию во время толчка при приземлении и передавать ее на отталкивание, биомеханические факторы, техника и вид деятельности, физическая подготовка и тренировка, возраст, усталость, Пол, гонка, вес одежды и обуви, а также условия окружающей среды.[7]

Различные исследования показали марафонцы быть более экономичным, чем бегуны на средние дистанции и спринтеры со скоростью 6–12 миль в час (10–19 километров в час).[8] Анализ фильма показал, что на таких скоростях спринтеры и бегуны на средние дистанции имеют больше вертикальных движений, чем марафонцы.[8]

Антропометрия

Основная статья: Антропометрия

Экономичность бега также зависит от многих врожденных характеристик, причем 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 человека центр массы, поэтому у них больше инерция вращения по сравнению с остальным телом. В результате движения конечностей требуют больше энергии для движения, поэтому их морфология играет роль в беговой экономике. 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.[5][4] 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 не меньше, чем на стопу морфология. В одном исследовании к ступням и бедрам бегунов добавляли вес, и они обнаружили, что VO₂ потребление увеличилось в два раза в испытаниях с отягощением на ногах по сравнению с бедрами. Хотя распределение массы в конечностях коррелирует с экономией бега, нет единого мнения о том, является ли длина конечностей фактором.[5]

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.[4] Также было показано, что между массой тела и экономичностью бега может быть обратная зависимость. Однако это соотношение невелико, поскольку 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.[5]

Физиология

Основная статья: Физиология

Существует множество физиологических условий, которые могут повлиять на экономичность бега, включая: максимальное потребление кислорода, метаболические факторы, длина сухожилий и вентиляция. Также наблюдалось снижение экономичности бега к концу забега, в то время как температура тела, частота сердечных сокращений, вентиляция, и молочная кислота увеличение. Следовательно, тренировка по снижению этих факторов может улучшить экономичность бега.[4]

Метаболическая энергия это количество энергии (АТФ ), которые организм может производить за счет поступления кислорода и питательных веществ, имеющихся в организме. Факторы, влияющие на метаболизм будет важен для повышения экономичности бега, чтобы эффективно использовать ресурсы организма. Потому что кислород необходим для аэробного дыхания, выше VO₂ макс. у бегуна, тем дольше он сможет бегать, не заходя в анаэробное дыхание и накапливать молочная кислота построить.[4] Также желательно, чтобы тело бегуна могло сжигать жир в качестве источника энергии при интенсивных рабочих нагрузках в дополнение к углеводы. Для метаболизма жира требуется больше шагов, чем углеводы, поэтому использование их в качестве источника энергии обходится дороже, но они содержат больше энергии на одну молекулу.[5]

При запуске пяточное сухожилие растягивается при сгибании стопы и сохраняет часть этой энергии в виде упругая энергия. Исследования показали, что использование этой упругой энергии оказывает среднее или большое влияние на снижение энергии бега. Энергия, запасенная в сухожилии, зависит от степени растяжения сухожилия и его внутренних свойств. Короче пяточное сухожилие момент рука длина (длина между сухожилием и силой его растяжения) производит больше энергии, подобно тому, как напряжение в мышцах сохраняет и высвобождает энергию упругости.[5]

Подготовка

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 для учета внутриличностных колебаний и другие факторы, влияющие на экономичность бега.[4] Несмотря на это, 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 высотная подготовка и тепловая тренировка влияют на бегунов.

Плиометрические тренировки наблюдалось увеличение силы, которую мышцы могут генерировать за короткий промежуток времени. В одном исследовании плиометрическая тренировка привела к сокращению времени бега на десять километров, несмотря на уменьшение общего количества бега на дистанцию ​​во время тренировки.[9] Потому что этот тип обучения не улучшает VO₂ Максимум его успех объясняется повышенным напряжением мышц и сухожилий. Повышенная жесткость в этих областях позволяет с большей эффективностью использовать энергию упругости, запасенную при растяжении, что сокращает время столкновения с землей.[10][4]

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 обнаружило, что в то время как в смешанной группе показатели были значительно ниже. VO₂ их текущая экономика фактически увеличилась.[2] Это увеличение объясняется двумя основными причинами: адаптация нервная система и изменение типа мышечных волокон. Было показано, что силовые тренировки с тяжелыми нагрузками увеличивают количество двигательные нейроны активируется, когда мышца сокращается, создавая большую силу. Эту причину чаще всего связывают с тем, что силовые тренировки часто связаны с гипертрофия, вызывая увеличение размера мышц, что было бы невыгодно для экономии бега.[10] Силовые тренировки также заставляют мышцы переходить с быстро сокращающихся волокон на медленные, которые более устойчивы к усталости.[10]

Также были проведены исследования, чтобы наблюдать, как факторы окружающей среды влияют на тренировки. На больших высотах метаболический эритропоэтин увеличивает производство красных кровяных телец, чтобы восполнить недостаток кислорода.[11] Экспозиция на высоте также демонстрирует измеримые различия в метаболическая активность в мышцах.[2] Исследования показали, что экономия 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, более низкая внутренняя температура предпочтительна. При возвращении к нормальной температуре после тренировки при более высоких температурах бегуны показывают более низкую внутреннюю температуру, а также частоту сердечных сокращений.[2]

Биомеханика

Основная статья: Биомеханика

Длина шага, тело кинематика, кинетика, и упругая энергия находятся биомеханический факторы, связанные с улучшенной экономичностью бега.[2] Естественная длина шага тренированного спортсмена связана с большей экономичностью бега, чем с какими-либо конкретными корректировками. Кинематика тела включает в себя множество параметров движения, связанных с большей экономичностью бега.[10]

Бегун с лучшей экономичностью бега имеет относительно низкую амплитуду центр массы, увеличили раскачивание голеней во время шага (уменьшили угол задней части колена) и увеличили угловая скорость из подошвенное сгибание во время отталкивания, но имеет ограниченный диапазон движения во время подошвенное сгибание.[2]

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 поперечная плоскость бегуна и более низкие пиковые уровни силы на земле.[2]

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 Телец и бедро регионы улучшают экономичность бега, уменьшая потребность в дальнейшей стабилизации мышц. Подобно более плотно намотанной пружине, менее гибкие мышцы имеют повышенный запас энергии и отдачу упругая энергия.[2]

обувь

Было показано, что легкие кроссовки (<440 г на пару) статистически улучшают экономичность бега. [12] Однако между босиком и легкая обувь, явных отличий нет.[12][13][10]

Также было показано, что амортизация снижает поглощение кислорода и, следовательно, экономию бега, обеспечивая упругий накопитель энергии направленной вниз силы.[2] Сама подушка для обуви должна иметь оптимальную «упругость», чтобы благотворно дополнять движения и силы мышц.

Недавние исследования показали, что добавление углеродное волокно пластина в межподошве обуви в сочетании с упругой пеной обеспечивает экономию бега за счет уменьшения негативной работы, выполняемой плюснефаланговый совместный.[14]

Условия окружающей среды

Тренировки при высоких температурах увеличиваются температура ядра который, как было показано, улучшает экономичность бега за счет повышения эффективности работы мышц. Это создает длительный 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 улучшая экономичность бега.[2]

Беговая экономика в СМИ

Элиуд Кипчоге на Берлинском марафоне 2015

Breaking2 Project

В Нарушение2 проект был мероприятием, организованным Nike преодолеть двухчасовой барьер марафона. В мероприятии использовалась экономия бега, чтобы определить и улучшить факторы, которые помогут в достижении цели. Включены три бегуна 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.[15][16][циркулярная ссылка ]

Многие бегуны прошли отбор на мероприятие, и в конечном итоге Лелиса Десиса, Элиуд Кипчоге, и Зерсенай Тадесе были выбраны 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, Nike научная группа подарила 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.[17]

В Нарушение2 Команда проекта определила, что наиболее важным параметром является разница температуры кожи и внутренней температуры тела, также известная как температурный градиент.[17] Температурный градиент описывает, насколько быстро изменяется температура в зависимости от местоположения в пространстве.[18][циркулярная ссылка ] 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, Нарушение2 Проект был настроен на трехдневный период. Это позволило создать оптимальные погодные условия в отношении температуры, ветра и облачности.[17] Причем гонка проходила в Северная Италия из-за лесного климата и гоночных трасс с плавными поворотами. В Нарушение2 Команда проекта также решила сосредоточиться на гидратации 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, наличие Элиуд Кипчоге ешьте свекольные батончики вместо того, чтобы пить свекольный сок.[17]

Ineos159 Challenge

В Ineos159 вызов проходил в Вена, Австрия, и им управлял Элиуд Кипчоге в попытке пробежать марафон менее чем за два часа. Элиуд Кипчоге пробежал за 1:59:40[19] что соответствует чуть менее 2:50 мин / км или 21,98 км / ч.

Питание - ключевой аспект экономики бега, и он был очень важен для успеха Кипчоге. Перед гонкой Элиуд Кипчоге увеличил его углевод потребление, чтобы снабдить его мышцы топливом. Без углеводы, организм расщепляет жиры в процессе, называемом липидный обмен. Однако у большинства элитных бегунов процент жира в организме невысок. Во время гонки он потреблял от 60 до 100 граммов углеводы каждый час[20]. Он сделал это, выпив напиток объемом 500 мл, состоящий из 80 г углеводы. Это было отличие от его предыдущей попытки Нарушение2 проект, где он выпивал 50 мл напитка каждые несколько километров. Большие напитки быстрее снабжают мышцы топливом, но с большей вероятностью могут вызвать дискомфорт в кишечнике.[21]

Местоположение и погода также принимались во внимание из-за их влияния на экономичность бега. Вена был выбран по нескольким причинам. Во-первых, город очень плоский, что требует меньших затрат энергии. Во-вторых, город находится относительно недалеко от уровень моря Это означает, что концентрация кислорода выше. Высокий уровень кислорода позволяет спортсменам лучше выступать аэробные упражнения. Наконец, гонка была проведена утром с низким влажность и уровни температуры. В течение Нарушение2 проект, где Элиуд Кипчоге не смогли пробежать марафон менее чем за два часа, пошел неожиданный дождь. Избыточная влажность может увеличить вес бегуна и снизить сцепление с дорогой.[21]


Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Дэниелс, Джек (31 декабря 2013 г.). «Аэробный и тренировочный профили». В Хэнлоне, Том; Марти, Клэр; Вольперт, Тайлер (ред.). Формула бега Дэниэлса (3-е изд.). Шампейн, Иллинойс: Кинетика человека. С. 33–38. ISBN  978-1450431835. Мера энергии, израсходованной при аэробном беге на некоторых субмаксимальных скоростях, является мерой экономии бега.
  2. ^ а б c d е ж г час я j Сондерс, Филон У; Пайн, Дэвид Б; Телфорд, Ричард Д; Хоули, Джон А (2004). «Факторы, влияющие на экономию бега у подготовленных бегунов на длинные дистанции». Спортивная медицина. 34 (7): 465–485. Дои:10.2165/00007256-200434070-00005. ISSN  0112-1642. PMID  15233599.
  3. ^ Кроутер, Грег (2001). «Советы по максимальному увеличению экономичности бега». Профессиональный сайт Грега Кроутера. Получено 2014-08-20. Измерение чьей-либо экономичности бега эквивалентно задаче вопроса: «Как далеко может пробежать этот человек, используя данное количество энергии?» Использование энергии обычно выражается в потреблении кислорода; чем дальше человек может пробежать на единицу потребляемого кислорода - или, другими словами, чем меньше кислорода он потребляет при пробеге заданной дистанции - тем он экономичнее.
  4. ^ а б c d е ж г Сондерс, Филон; Пайн, Дэвид; Телфорд, Ричард; Хоули, Джон (2004). «Фактор, влияющий на экономичность бега у подготовленных бегунов на длинные дистанции» (PDF). Спортивная медицина. 34 (7): 465–485. Дои:10.2165/00007256-200434070-00005. PMID  15233599. Архивировано из оригинал (PDF) на 2014-08-21. Получено 2014-08-18. Экономия бега (RE) обычно определяется как потребность в энергии для данной скорости субмаксимального бега и определяется путем измерения стационарного потребления кислорода (VO2) и респираторного обмена.
  5. ^ а б c d е ж г Барнс, Кайл Р.; Килдинг, Эндрю Э (27 марта 2015 г.). «Экономия бега: измерение, нормы и определяющие факторы». Спортивная медицина - Открытый. 1 (1): 8. Дои:10.1186 / s40798-015-0007-у. ISSN  2199-1170. ЧВК  4555089. PMID  27747844.
  6. ^ Кипп, Шалая; Крам, Роджер; Хугкамер, Воутер (11.02.2019). «Экстраполяция метаболических сбережений при беге: значение для прогнозов производительности». Границы физиологии. 10: 79. Дои:10.3389 / fphys.2019.00079. ISSN  1664-042X. ЧВК  6378703. PMID  30804807.
  7. ^ Ноукс, Тим. 2003 г. Знания о беге. (4-е издание) Oxford University Press ISBN  0-87322-959-2
  8. ^ а б Кенни, У. Ларри; Уилмор, Джек Н .; Костилл, Дэвид Л. (май 2011 г.) [1994]. «Расход энергии и утомляемость». Физиология спорта и физических упражнений (5-е изд.). Шампейн, Иллинойс: кинетика человека. п. 111. ISBN  978-0-7360-9409-2. Получено 12 мая, 2012.
  9. ^ Лам, Дэнни; Тан, Фрэнки; Панг, Джоэл; Барбоса, Тьяго М. (01.09.2019). «Влияние периодических спринтерских и плиометрических тренировок на выносливость при беге». Журнал науки о спорте и здоровье. 8 (5): 471–477. Дои:10.1016 / j.jshs.2016.08.005. ISSN  2095-2546. ЧВК  6742614. PMID  31534822.
  10. ^ а б c d е Барнс, Кайл Р .; Килдинг, Эндрю Э. (8 августа 2016 г.). «Стратегии улучшения беговой экономики». Спортивная медицина. 45 (1): 37–56. Дои:10.1007 / s40279-014-0246-y. ISSN  1179-2035. PMID  25164465.
  11. ^ Площина, Камила; Лангфорт, Юзеф; Чуба, Милош (2018). «Влияние тренировок на высоте на эритропоэтический ответ и гематологические параметры у взрослых спортсменов: обзорный обзор». Границы физиологии. 9. Дои:10.3389 / fphys.2018.00375. ISSN  1664-042X. PMID  29695978.
  12. ^ а б Фуллер, Джоэл Т .; Bellenger, Clint R .; Тьюлис, Доминик; Цирос, Маргарита Д .; Бакли, Джонатан Д. (01.03.2015). «Влияние обуви на эффективность бега и экономию бега у бегунов на длинные дистанции». Спортивная медицина. 45 (3): 411–422. Дои:10.1007 / s40279-014-0283-6. ISSN  1179-2035. PMID  25404508.
  13. ^ Cheung, R.T .; Нгаи, С. П. (2016-03-01). «Влияние обуви на экономичность бега у бегунов на длинные дистанции: метааналитический обзор». Журнал науки и медицины в спорте. 19 (3): 260–266. Дои:10.1016 / j.jsams.2015.03.002. ISSN  1440-2440. PMID  25819704.
  14. ^ Hoogkamer, Wouter; Кипп, Шалая; Крам, Роджер (2019-01-01). «Биомеханика соревнующихся мужчин-бегунов в обуви для трех марафонских бегов: рандомизированное перекрестное исследование». Спортивная медицина. 49 (1): 133–143. Дои:10.1007 / s40279-018-1024-z. ISSN  1179-2035. PMID  30460454.
  15. ^ Breaking2 |紀錄片 特輯, получено 2019-10-28
  16. ^ "Breaking2". Википедия.
  17. ^ а б c d "Ch 04 The Science". Nike.
  18. ^ «Температурный градиент». Википедия.
  19. ^ INEOS. «Марафон продолжительностью менее двух часов | Испытание INEOS 1:59». www.ineos159challenge.com. Получено 2019-11-08.
  20. ^ Кинг, А.Дж. «Доза углеводов влияет на окисление гликогена в печени и мышцах, а также на производительность при длительных физических упражнениях». Получено 15 октября 2020.
  21. ^ а б Берджесс, Мэтт (2019-10-14). "Невероятная наука, стоящая за марафоном Элиуда Кипчоге 1:59". Проводная Великобритания. ISSN  1357-0978. Получено 2019-11-08.