Эффективность взаимодействия с опорой при беге

УДК 796.011.1
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ОПОРОЙ ПРИ БЕГЕ
Кочетков В.А.
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет
Аннотация.
Рассматриваются различные характеры опорных реакций при беге,
эффективность взаимодействия с опорой при различных способах постановки стопы и
взаимодействие в системе «спортсмен-обувь-покрытие». В конце анализа даются
рекомендации.
Ключевые слова: онтогенез моторики, спорт, бег босиком, амортизация, волновые
движения, демпфирование, опорные реакции, обувь, покрытие, механическое напряжение.
Кочетков Владимир Анатольевич, студент, e-mail: ON2X@yandex.ru
Каждая постановка ноги на опору при ходьбе или беге является своеобразным
ударом. Ударные волны, распространяясь по телу, могу привести к повреждениям опорнодвигательного аппарата даже у здоровых людей. От 60 до 80% взрослых людей имеют те
или иные изменения позвоночника и связанные с этим неврологические заболевания. Эти
изменения в определённой степени объясняются условиями, в которых нам приходится
передвигаться, а так же техникой. Двигательный аппарат человека приспособлен к
передвижению босиком (или в мягкой обуви) по мягкой земле. Особенно чётко влияние
твёрдости поверхности сказывается в спорте, где используются искусственные покрытия.
Это приводит к росту спортивных результатов, но в тоже время вызывает у спортсменов
специфические заболевания опорно-двигательного аппарата. Снизить ударные нагрузки
можно за счёт свойств самого двигательного аппарата, покрытий и обуви.
Зарегистрировано три типа вертикальных составляющих опорных реакций, как у
мужчин, так и у женщин [2], где первый максимум соответствует ударному усилию при
постановке стопы на опорную поверхность в фазе амортизации, а второй – активному
отталкиванию (рис. 4.1)
Рис. 4.1. Характер усилий вертикальной составляющей опорной реакции в медленном
беге: а - 1 тип; б - II тип; в - III тип; 1 - первый максимум; 2 - второй максимум
Динамограммы 1 типа отличаются плавным характером нарастания переднего
фронта вертикальной составляющей усилий и столь же равномерным их спадом в фазе
активного отталкивания. Длительность фаз амортизации и активного отталкивания при
этом типе опорных реакций, как правило, одинакова.
При II типе вертикальной составляющей опорной реакции проявляется
недостаточно упругая постановка стопы на опору, в результате чего наблюдается плато
усилий в амортизационной фазе и лишь к ее концу усилия вновь возрастают до
максимума.
При III типе вертикальной сопоставляющей в начале амортизационной фазы
опорной реакции возникает значительный ударный импульс. Затем наблюдается явно
1
выраженный спад в опорной реакции, сменяющийся более плавным нарастанием усилий,
достигающих максимума к концу амортизационной фазы. Такой малоэффективный
способ выполнения элемента бегового шага - опорного взаимодействия - обусловлен чаще
всего ошибками при выполнении постановки ноги на опору (жестко с пятки, с выхлестом
голени вперед, с «натыканием»), а также слабостью мышц, выполняющих
амортизационную работу при опорных реакциях.
Нужно отменить, что изменение скорости ходьбы не приводит к изменению
характера динамограмм, величины максимумов возрастают с повышением скорости [5].
Скорость бега и способ постановки стопы на опору (характеризуется посадочной
скоростью стопы) связаны с характером и величиной силы реакции опоры в беге.
Нагрузка на нижние конечности, как правило, больше во время фазы амортизации, чем
отталкивания. При больших скоростях (например, спринтерских) в начале фазы опоры
появляется высокий пик силы реакции, который в пять раз превышает вес тела. Этот
амортизационный пик может снижаться в соответствии с постановкой стопы на опору.
Различают три основные способа постановки стопы на опору:
 с пятки
 плоская постановка стопы
 с переднего отдела стопы
Основной способ постановки стопы на опору заключается в том, что сначала в
контакт вступает пятка и внешняя часть стопы: таким способом бегают спортсмены на
всех дистанциях, но наиболее типичен он для стайеров. Как показывает практика, на
определённом этапе (с увеличением дистанции или спортивного стажа) возникают
серьёзные проблемы. Бег трусцой с выпрямленной ногой в коленной суставе характерен
жестким ударом в пяточную кость, а так же сильной нагрузкой в голеностопном,
коленном, тазобедренном суставах и пояснице. Этот эффект, вопреки рекламе, не гасит
даже пяточный амортизатор в современной обуви, более того, существуют исследования,
показывающие прямую связь между степенью защиты обуви и травмой.
Плоская постановка стопы скорее характерна для плохо подготовленных в
техническом отношении спортсменов (голень у них в этой фазе находится в вертикальном
положении). При окончании отталкивания более слабые спортсмены меньше поднимают
стопу. Коленный сустав у них меньше разогнут [5].
Более раннее вхождение в контакт с опорой внешней частью плюсны и
последующая плоская опора на всю стопу типична для большинства спринтеров (изредка
встречается у стайеров). При такой технике бега для амортизации в значительной мере
используется упругость свод стопы и эластичность мышц, а приземление требует
большого напряжения мышц-сгибателей стопы и пальцев. Приземление на наружный
край переднего отдела стопы возможно лишь в том случае, когда спортсмен во время
фазы полёта успевает расслабить мышцы голени и стопа принимает несколько
супинированное положение перед приземлением [1]. Иногда встречается способ, при
котором с опорой контактирует внешняя сторона плюсны, а отталкивается только носок.
С целью определения эффективности различных способов постановки стопы на
опору в спринте был проведён эксперимент [4], в котором четыре спринтера (2 мужчины –
кандидат в мастера спорта (КМС) и 1 разряд и 2 женщины – КМС и 1 разряд в беге на 100
м) преодолевали дистанцию 50 м с максимальной скоростью, применяя следующие
варианты техники : 1) с пятки; 2) носком вперёд; 3) стопы по двум линиям; 4) на всю
переднюю часть; 5) на всю подошвенную часть. Изучение эффективности
рассматриваемых способов постановки стопы производилось по данным трехмерного
видеоанализа (Qualisys, 3 камеры ProReflex с частотой съёмки 500 кадров/с).
2
Таблица 1
Кинематические показатели, характеризующие эффективность взаимодействия
с опорой при различных способах постановки стопы в спринтерском беге
Показатели
Способы постановки стопы (x±S)
С пятки Носки прямо
По 2-ум
На всю
На всю
линиям
переднюю
подошвенную
часть
часть
Опора, мс
126±2,8
135±2,9
128±3,1
138±1,7
139±1,4
19,44
0,51
48,09
67,6
Перединй 47,1±4,53
52±5,35
48,3±4,11
54,3±4,92
55,5±4,51
толчок, мс
1,92
0,13
4,51
6,83
Задний
78,9±2,27
83±2,45
79,3±1,5
83,3±4,03
83,5±3,42
толчок, мс
6,16
0,08
3,61
5,13
Угол
12,8±1,02
3,4±0,6
12,3±0,25
постановки,
254,24
1,2
град.
Потери
0,306±0,0 0,367±0,0206 0,318±0,00164
скорости,
167
21,33
1,10
м\с
50 м,с
6,43±0,40 6,77±0,447
6,51±0,411
4
1,24
0,07
50 м, %
100±0,0
105±0,7
101±0,2
216,45
105,66
12,6±0,97
12,6±0,91
0,08
0,13
0,378±0,0161
0,388±0,0179
38,79
45,64
6,82±0,437
1,70
106±0,3
2318,47
6,85±0,425
1,98
106±0,1
8554,3
Постановка стопы носками прямо вперёд (как рекомендуется большинством
специалистов), а также на всю переднюю и всю подошвенную часть привели к
значительному увеличению времени опоры и выраженным потерям скорости в фазе
амортизации (табл. 1). Уильям Джунгерс – учёный из Stonyy Brook University в НьюЙорке пояснил, что бегуны, ставящие ногу на переднюю часть стопы, могут более полно
использовать энергию лодыжки и свода стопы.
С опорными поверхностями, которые обладают различными, прежде всего
жесткими свойствами, спортсмен взаимодействует, как правило, через свою обувь,
которая также обладает определенными механическими характеристиками. Поэтому при
опорных взаимодействиях по отношению к человеку возникает система «обувь покрытие», свойство компонентов которой можно и нужно изучать по отдельности и в
совокупности.
Одной из наиболее важных функций беговой обуви является демпфирование
ударных нагрузок. При этом хорошая обувь должна не только амортизировать нагрузки,
но и накапливать при деформации потенциальную энергию, использование которой в
следующей (после деформации обуви) фазе движения может повысить экономичность.
Проблема состоит в том, что последнее десятилетие эволюции амортизирующей
спортивной обуви – стремление заработать, изнежить и снять нагрузку с продольного и
поперечного свода стопы. Квалифицированные бегуны, оберегая свой двигательный
аппарат, приспосабливают технику к определённой обуви, даже если она для него не
оптимальна. Кроме того, как уже отмечалось ранее,
исследования показали
неэффективность стандартной постановки стопы с пятки и использование в обуви
пяточного амортизатора; риск травмы при этом не меньше, а больше, так как чем
«защищенее в обуви чувствует себя нога», тем меньше она подготавливается к
соударению с поверхностью. Использование амортизирующей обуви приводит к
нарушению тактильной составляющей между рецепторами кожи стопы и опорной
поверхностью. Множество спортсменов успешно выступают босиком. Например,
3
олимпийский чемпион в марафоне Абебе Бекила, или двукратная чемпионка мира по
кроссу, экс-рекордсменка мира на дистанции 5000 метров Зола Бадд.
Кроме совершенствования свойств самой обуви предлагают различные добавки к
ней. Рекомендуют применять вставки, корректирующие асимметрию длин правой и левой
ног, что способствует меньшей утомляемости и уменьшению энергозатрат при ходьбе и
беге. Бегуны на средние и длинные дистанции используют индивидуальные, вязкие (ВС) и
упругие стельки (УС), точно воспроизводящие стопу спортсмена, что уменьшает
перемещение стопы в кроссовой обуви [3, 6]. При беге в обуви с УС время фаз опорного
периода перераспределилось: фаза амортизации сократилась на 11,6 %, фаза активного
отталкивания увеличилась на 7,1 %. Рекуперирующие свойства УС обеспечили
увеличение длины шагов в среднем на 6,4 %. Для бега в обуви с ВС характерно
увеличение длительности опорного периода на 10,3 % за счет роста (на 19,6 %) фазы
амортизации. Это приводит к снижению темпа на 5,5 %. Длина шагов также уменьшилась
на 9,4 см. Одним из положительных свойств ВС является равномерное распределение
опорного давления подошвенной поверхности стопы бегуна. При эффекте
«последействия» бегуны могли достичь достоверно больших значений скорости по
отношению к фоновым данным. После использования УС скорость возросла на 3 %, а
после ВС - на 3,8 %. Поскольку невозможно подобрать спортивную обувь, по своим
свойствам полностью соответствующую возможностям конкретного спортсмена,
использование стелек позволяет более дешевым (чем закупка обуви) путем
индивидуализировать свойства обуви.
Процесс взаимодействия спортсмена с плоскостным покрытием легкоатлетических
дорожек, дорожек для разбега достаточно сложен. Материал покрытия деформируется, в
нем происходит ряд физических эффектов под действием ОДА спортсмена:
• возникает сложное волновое движение, которое характеризуется тремя типами волн сдвига, напряжения и Рэлея;
• переносится энергия посредством волн в слое и основании, что зависит от частотного
состава опорного взаимодействия;
• возникают существенные величины механических напряжений не только в слое, но и в
основании, причем, например, на глубине, на порядок превышающей толщину слоя,
величины напряжений лишь вдвое меньше аналогичных величин на поверхности слоя.
Нормальные напряжения, распространяясь в глубину, захватывают области по
горизонтали, втрое превышающие области приложения нагрузки;
• появляются явления резонанса, которые могут быть двyx типов: резонанс перемещений
и резонанс напряжений.
Волновые движения рассеивают энергию мышц ОДА спортсмена, но поскольку
возникновение такого движения закономерно, задача оптимизации состоит в
минимизации рассеивания энергии при волновых процессах в покрытии [5].
Особенностью существующих двухслойных конструкций покрытия является повышенная
жесткость верхнего слоя, не обеспечивающая оптимального резонансного взаимодействия
с покрытием. На дорожках с искусственным покрытием частота колебаний поверхности
составляет 95 - 112 Гц, в то же время активные колебания мышц находятся в частотном
диапазоне 50 - 60 Гц. Если уменьшить жесткость верхнего слоя, то неизбежно возрастут
горизонтальные сдвиги ноги спортсмена при отталкивании. Значит, тогда Покрытие
должно обладать анизотропией свойств по вертикали и горизонтали.
Данные исследований, проведённых отделом спортивного оборудования и
снаряжения Олимпийских игр в 1976 г. В Монреале, говорят, что синтетические покрытия
иногда отрицательно сказываются на организме спортсменов, долгое время
тренирующихся на них. В медицинской литературе даже существует термин «тартановый
синдром». Например, количество жалоб на боли в спине и колене при игре в теннис на
покрытии из синтетических материалов примерно в 2 раза выше, чем при игре на грунте.
4
Введение в практику спорта синтетических покрытий не могло не сказаться на
технике движений спортсменов. Многие тренеры, спортсмены и ученые заметили, что в
зависимости от свойств покрытия беговой дорожки меняются фазы опорного периода,
угол постановки ноги на опору, вынос бедра маховой ноги, опорные реакции и
энергетические затраты [5]. Для спортсмена, например, бегуна с данным уровнем
скоростно-силовых возможностей и технической подготовкой, существует вполне
определенное по своим свойствам покрытие, на котором он может показать максимально
возможный результат. Рассчитать параметры такого покрытия можно теоретически.
Подводя итоги хотелось бы отметить, что систематичная работа над правильной
техникой бега важна для каждой категории бегунов: джоггеров, бегающих от случая к
случаю или опытных атлетов. . В особенности тяжело овладеть правильной техникой бега
приходится людям, прибывшим в бег из других видов спорта, как правило, лыж.
Достойная подготовка позволяет им набегать солидный километраж, однако,
неправильная техника бега, приводит к разрушающему эффекту. Многие титулованные
спортсмены по завершению своей карьеры имеют ряд патологических изменений в работе
опорно-двигательного аппарата.
Таким образом, в целях профилактики травматизма и увеличения физических
показателей как у студентов ИрГТУ, так и у начинающих спортсменов предлагаю
включить в систематическую практику:
 статические упражнения на укрепление связочно-сухожильного аппарата
голеностопного, коленного и тазобедренного суставов
 более глубокую отработку техники бега
 тщательный анализ спортивной обуви
 попеременные тренировки на различных типах синтетических покрытий,
включая бег босиком по мягкой земле или газону.
Изначально отрабатывать технику бега рекомендуется на месте с опорой на стену и в
медленном беге. В этом случае есть возможность отслеживать отработку каждого
компонента правильной техники. И затем, выработанную манеру движения
оптимизировать к более высокой скорости. Бег босиком следует практиковать с
постепенным увеличением твёрдости покрытия; для защиты поверхности стопы от
порезов возможно использование спортивной обуви «Vibram FiveFingers». При отсутствии
специализированной обуви студентам следует использовать лёгкую эргономичную
спортивную обувь с минимальной толщиной подошвы без амортизирующих вставок в
области пятки.
Список литературы:
1. Анатомия человека / под ред. Проф. В.И. Козлова: учебник для институтов
физ.культуры, 1978. - 462 с.
2. Бальсевич В.К. Физическая подготовка в системе воспитания культуры здорового
образа жизни человека (методологический, экологический и организационный
аспекты)//Теор. и практ. физич.культ., 1990,№ 1.
3. Добровольский С.С. Методика использования технических средств и тренажеров
для раскрытия и совершенствования двигательных возможностей спортсменов в
спринтерском беге: Дис. ...докт. пед. наук. - М., 1996. - 350 с.
4. Доронина Е.А., Немцев О.Б. Об эффективности различных способов постановки
стопы на опору в спринтерском беге // Ученые записки университета имени П.Ф.
Лесгафта. – 2007. - №10(32). – с.60-62.
5. Попов Г.И. Биомеханика: учеб. для студ. Высш. Учеб. Заведений, 2005. – 256 с.
6. Тютюков В.Г. Формирование эффективной техники спринтерского бега на
начальном этапе спортивного совершенствования с применением инструментальных
обучающих приемов: Дис. ...канд. пед. наук. - М., 1985. - 190 с.
5