Бег — это быстрые циклические шаги.
Бег относится к локомоции, т.е. к автоматическим повторяющимся движениям. При беге, в отличие от ходьбы, отсутствует двухопорный период, но есть безопорный период полета. После отталкивания от опоры носком задней ноги тело получает такой импульс, что совершает полет по воздуху и передняя нога приземляется тогда, когда задняя нога пребывает в воздухе.
Бег требует от опорно-двигательной системы затрат энергии больше, чем ходьба. Во время бега имеется последовательность движений: период переноса по воздуху, период контакта ноги с землей, в состав которого входят:
- фаза приземления;
- фаза нагрузки;
- фаза отталкивания.
При беге период переноса составляет 62% от общего цикла движения, по сравнению с 40% при ходьбе.
Фаза приземления.
Происходит передний толчок или постановка стопы на опору. С опорой соприкасается пятка или передняя часть стопы. Регистрируется первый пик реакции опоры. Линия, которая соединяет центр коленного сустава, ось ахиллова сухожилия и пяточный бугор прямая с незначительными отклонениями угла.
Фаза нагрузки на стопу.
Вся нагрузка приходится на опорную ногу. Стопа претерпевает пронацию, носок устремлен вперед. Передний и задний отдел стопы, пятка коленный и тазобедренный суставы расположены на одной линии.
Фаза отталкивания.
Задний толчок, во время которого происходит отрыв ноги от опоры благодаря сокращению мышц и силе инерции, выталкивание веса тела вверх и вперед, а также вынос в переднем направлении бедра и голени.
Период переноса. После отталкивания происходит перенос неопорной ноги по воздуху. Сгибание голени или её захлест достигает уровня горизонтали, когда угол сгибания коленного сустава ноги достигает прямого угла или превышает его.
Рис.1. Реакция опоры при беге, передний толчок пяткой, опора на всю стопу, отталкивание носком, отрыв пальцев от опоры
В процессе бега происходит движение во всех суставах нижней конечности. Перед окончанием фазы переноса бедро разгибается на 50°, чтобы создать условия для контакта пятки с опорой. В конце фазы переноса по воздуху угол сгибания бедра составляет 55°. В начале фазы опоры при переднем толчке пяткой бедро согнуто на 50°. На протяжении всего остального периода опоры бедро продолжает разгибаться. Перед передним толчком пяткой колено разгибается до угла 40°. Во время переднего толчка колено сгибается до 40° и на протяжении периода опоры сгибается ещё на 60° под действием веса тела. После этого колено разгибается и перед отрывом стопы от опоры угол достигает 40°. В конце отталкивания после отрыва большого пальца от опоры разгибание ноги в колене увеличивается на 10°. В начале переднего толчка голеностопный сустав разогнут на угол 10°, под нагрузкой разгибание достигает 25°, после чего начинается отталкивание и подошвенное сгибание, которое продолжается на протяжении всего остального периода опоры, а также в начале периода переноса. Во время переднего толчка происходит пронация стопы. В начале фазы переноса подошвенное сгибание достигает угла 25°. При переносе по воздуху происходит разгибание стопы, которое продолжается на протяжении всего периода переноса. В конце переноса перед передним толчком угол в голеностопе составляет 10°. В середине периода переноса угол сгибания в коленном суставе достигает 125°. В период переноса нижняя конечность совершает вращение в медиальном направлении, которое продолжается во время переднего толчка пяткой. Когда переносимая нога проходит половину амплитуды переноса начинается латеральная ротация опорной ноги.
• При умеренной скорости бега мах ногой длится в три раза дольше, чем опорный период.
• При увеличении скорости бега происходит уменьшение периода опоры.
• При беге происходит вертикальные колебания головы, таза, общего центра масс (ОЦМ) тела.
• ОЦМ при беге движется по волнообразной кривой. ОЦМ в фазе нагрузки снижается, а в фазе отталкивания поднимается. ОЦМ движется вверх, пока нога выпрямлена в фазу отталкивания и когда стопа покидает опору. В фазу переноса ОЦМ движется вниз и вперед, и после касания стопой опоры достигает низшей точки. У взрослых колебания ОЦМ за время опоры колеблется в пределах 5-6 см. С увеличением скорости происходит уменьшение вертикального перемещения ОЦМ.
• Перекат стопы зависит от скорости движения бегуна. При малой скорости нога перекатывается с пятки на носок, при более высокой скорости опора начинается с латеральной стороны стопы и переходит на носок.
• В фазу опоры референтной точкой кинематической цепи тела является поясничный отдел позвоночника и таз.
• В фазу переднего толчка стопа касается земли, а тазобедренный, коленный, голеностопный суставы подгибаются, амортизируя приземление тела.
• В период опоры тазобедренный разгибается до того, как стопа отрывается от земли.
• При отталкивании происходит вынос колена маховой ноги вверх и вперед.
• В начале периода переноса одновременно происходит сгибание в тазобедренном и коленном суставе.
• Длина двойного шага от отрыва задней ноги до отрыва передней ноги достигает 190 см.
• Длительность сгибания и разгибания в коленном суставе в период опоры уменьшается при увеличении скорости.
• Частота шагов увеличивается со скоростью бега. При низкой скорости от 3,5 до 6,5 м/сек длина шага увеличивается линейно по мере роста скорости. Линейная зависимость между частотой шага и скоростью бега наблюдается до скорости 6,1 м/сек, после чего увеличение скорости происходит более за счет частоты, чем за счет длины шага.
• При большой скорости по мере увеличения скорости бега, длина одиночного шага меняется мало. С ростом скорости происходит увеличение частоты одиночных шагов.
• Параметры бега изменяются по мере его освоения. Бег опытного бегуна отличается от бега начинающего спортсмена. По мере того, как атлет совершенствуется в искусстве бега, повышается оптимальность движений и снижаются энергозатраты. Происходит уменьшение углов сгибания в суставах, что делает движение экономичнее.
Рис.2. Изменения кинематики в процессе освоения техники бега. Слева – до тренировок, справа – после. Уменьшение угла коленного сустава со 165° до 157°, уменьшение угла голеностопного сустава с 25° до 19°.
В обеспечении бега принимают участие следующие мышцы: Большая и малая ягодичные мышцы активны в начале фазы опоры, а также в конце фазы переноса. Мышца, напрягающая широкую фасцию активна с начала опоры, а также с конца периода переноса. Большая приводящая мышца активна до начала периода переноса. Активность пояснично-подвздошной мышцы происходит в период переноса на протяжении 35-60% цикла. Четырехглавая мышца работает эксцентрично в течение первых 10% периода опоры. Роль мышцы заключается в контроле над сгибанием колена. Активность мышцы снижается начиная со второй половины периода опоры. До последних 20% периода переноса мышца неактивна. Затем появляется концентрическая активность мышцы для разгибания голени, чтобы выдержать передний толчок пяткой. Мышцы задней группы бедра становятся активными в начале фазы нагрузки, 18-28% времени опорного периода и продолжают быть активными на протяжении большей части периода переноса, 40-58% времени периода переноса и последние 20% времени переноса. Напряжение мышц позволяет контролировать коленный сустав вначале, благодаря концентрическому сокращению. В конце периода переноса мышцы действуют эксцентрично, чтобы контролировать разгибание голени и разгибание бедра. Активность икроножной мышцы начинается сразу после приземления на опору пяткой. Мышца возобновляет свою активность в последние 15% периода переноса. Передняя большеберцовая мышца активна как в период опоры, так и в период переноса. Активность возрастает на 75% времени переноса.
Рис.3. Мышцы нижней конечности, вид спереди, сзади, сбоку и с подошвенной поверхности стопы
Работа мышц зависит от техники бега.
Технику, при которой бегун включает в работу мышцы задней поверхности бедра, которые сгибают бедро, называют ножницами. Это двуглавая, полусухожильная и полуперепончатая мышцы, которые сгибают голень в коленном суставе. Бегун включает эти мышцы с фазы переднего толчка, когда стопа вступает в контакт с опорой. Напряжение мышц в момент касания дает дополнительное усилие для движения ноги в заднем направлении. Движение конечности назад относительно туловища начинается, когда нога находится в воздухе до касания поверхности, в результате чего нога успевает получить ускорение в горизонтальной плоскости и достичь большой скорости бега. В фазу переднего толчка в составе реакции опоры происходит увеличение продольной составляющей, которая толкает тело вперед. Технику ножниц с акцентом на работе мышц задней поверхности бедра применяют при беге на коротких и средних дистанциях.
Рис.4. Задняя группа мышц бедра: полусухожильная, полуперепончатая, двуглавая
Положение тела во время бега зависит от скорости бега.
При беге с одной и той же скоростью тело находится в относительно вертикальном положении.
Большинство бегунов предпочитает вертикальное положение туловища, голова находится на линии туловища, плечи отведены назад. Чем медленнее бег, тем более вертикальное положение тела.
При необходимости увеличения скорости и придания движению ускорения увеличивается работа мышц.
При увеличении скорости рефлекторно происходит наклон туловища вперед не более 5°. Возрастает угол сгибания ноги в тазобедренном и коленном суставах. Усиливается отталкивание от опоры. Шаг становится шире, туловище наклоняется вперед.
При беге позвоночник удерживают в естественном положении, не отводя таз назад, и не выдвигая его вперед. Смещение туловища тормозит скорость движения.
Во время движения ног выполняют движения руками. Стопы находятся параллельно друг другу, без поворота внутрь или наружу.
Существует несколько вариантов постановки стопы на опору во время бега. При беге разница в одном и другом вариантах зависит от абсолютной скорости, частоты шагов, амплитуды колебаний ОЦМ. По мере роста квалификации атлета происходит увеличение скорости бега, что приводит к смещению акцента приземления на среднюю часть стопы и к снижению нагрузки на пятку. При не-форсированном беге происходит перекат стопы с пятки на носок. Бег с приземлением на среднюю часть стопы в большей степени свойственен тренированным, опытным бегунам, которые бегут километр быстрее, чем за 5 минут.
Рис.5. Равномерный бег с одинаковой скоростью. Бег при ускорении движения.
Спортсмены, которые бегают на короткие, средние и длинные дистанции используют разную методику бега. Движения у спринтеров, средневиков и марафонцев отличается по нескольким параметрам. Спринтерский бег на коротких дистанциях 100- 400 м характерен высокой скоростью. Спринтеры осуществляют бег без постановки пятки на опору. Атлеты практикуют бег с опорой на переднюю часть стопы. Передняя часть стопы касается опорной поверхности раньше, чем ее задняя часть. Точка контакта стопы с опорой расположена в области латерального края стопы. Передняя часть стопы, которая контактирует с опорой, оказывается впереди коленного сустава и впереди ОЦМ, что создает большой рычаг для переноса ОЦМ вперед. Происходит вентральное смещение ОЦМ, который перемещается над точкой контакта стопы с опорой. Наступает нагружение средней части стопы, во время которой идет подготовка к отталкиванию от земли. Постановка стопы на переднюю часть позволяет начать отталкивание до того, как стопа установится на опоре. Опора на носок амортизирует приземление, предохраняет кости, суставы и мышцы от ударной нагрузки, которая носит эксцентрический характер. Мышцы мобилизуются к последующему движению. У бегуна ощущение опоры возникает до полного контакта стопы с опорой. При беге с опорой на носок возникает дополнительная нагрузка на голеностоп. Перед приземлением на носок имеется большой угол сгибания стопы в голеностопном суставе. При этом таранная кость пребывает в вилке голеностопа своей узкой часть, что снижает стабильность сустава и вызывает увеличение нагрузки на мышцы голени.
У спринтера меньше частота шагов, чем у бегуна на длинные дистанции. Для достижения большой скорости спринтер высоко поднимает бедро, совершает им движение вперед. Если спринтер использует технику ножниц, то у него активно работают мышцы задней поверхности бедра. При краткосрочном спринтерском беге происходит мощное отталкивание, которое превышает силу отталкивания от опоры при стайерском беге. Спринтерский бег начинается с низкого старта. По ходу бега тело принимает вертикальное положение. Корпус спринтера наклонен вперед сильнее, чем у стайера. Спринтер не прибегает к большому углу сгибания рук в локтях и к интенсивному движению плечами. Вертикализация туловища, отталкивание и ускорение требует максимального напряжения мышц.
Бег спринтера происходит в шиповках, которые имеют тонкую подошву без каблуков. Во время бега пятка спринтера не касается опоры. Толчок в шиповках начинается рано, до того, как наступит полная нагрузка на стопу. Бег в шиповках с опорой на носок, позволяет использовать методику ножниц в фазу переднего толчка и создавать большую силу трения с опорой до того, как начинается полная нагрузка на стопу.
Рис.6. Бег с опорой на пятку. Бег с опорой на средний отдел стопы.
Средневики, или стайеры бегут дистанцию 4000-10000 м не так быстро, как спринтеры. Средневики во время бега ставят стопу на среднюю часть. Во время движения ноги в воздухе и приближения к опоре голень вместе со стопой, достигает края амплитуды, и начинает движение назад. В фазу переднего толчка пятка не успевает принять на себя основную нагрузку. Основное усилие приходится на среднюю часть стопы. Отличия в беге состоит в разнице во времени контакта ноги с опорой. Если бы контакт ноги с опорой был раньше, то получился бы выраженный акцент на пятку.
Для марафонца, которые соревнуются на расстоянии более 40 км, важна экономность движений. При не-экономных движениях мышцы конечностей устают от резких движений и пригодны для функционирования в узком диапазоне углов работы в суставах. По сравнению со стайерами, при забеге на марафонскую дистанцию амплитуда движений меньше, а их резкость снижена. Для эффективности движения марафонцы наращивают не длину шага, а увеличивают частоту шагов. Атлет использует методику бега с перекатом с пятки на носок. Основная нагрузка приходится на всю стопу. Марафонец не поднимает голень высоко, как спринтер. У марафонца самый короткий шаг из всех бегунов. При коротком шаге нет перегрузки мышц, как при высокоамплитудном выносе бедра и голени у спринтера. Облегчается работа мышц спины и задней поверхности бедра. Кроссовки марафонцев изнашиваются в районе пятки, что говорит об участии задней части подошвы в беге.
Спортсмены используют для бега шиповки и кроссовки. Шиповки отличаются от кроссовок наличием шипов. Благодаря шипам подошва и беговая дорожка приобретают большое сцепление. Сила сцепления препятствует проскальзыванию ноги на опоре и увеличивает эффект отталкивания. Шиповки плотно охватывают задний и передний отдел стопы. Шипованную обувь выбирают для различных видов бега, в зависимости от дистанций. Шиповки используют спортсмены, которые бегают на коротких дистанциях, на 100 и 400 метров, изредка при беге на 800 метров. Шиповки обеспечивают высокую скорость движения. Шиповки мало весят. Спринтерские шиповки являются самыми легкими, их вес менее 100 грамм. В них нет элементов для амортизации движения. Шипы расположены на передней части подошвы, что позволяет спринтеру бежать на носках. Застежки обеспечивают оптимальную аэродинамику ноги. Шиповки для средней, восьмисотметровой дистанции имеют малый вес, менее жесткую подошву, в заднем отделе подошвы сделан амортизационный элемент. Обувь рассчитана для бега на носках при более низкой скорости, чем спринтерская. Шиповки для длинной, десятикилометровой дистанции имеют амортизационные элементы и больший вес, чем спринтерская обувь. Такая обувь отличается более плоской формой. Для кроссов используют конструкции шиповок в соответствии с покрытием, на котором осуществляется бег. Если бег происходит по грунтовому покрытию, то выбирают шиповки с относительно прочной конструкцией. Шиповки обладают легкостью конструкции, прочностью, амортизацией, обеспечивают комфорт спортсменам, что позволяет хорошо отталкиваться от поверхности. Шиповки выдерживают высокие нагрузки. Обувь переносит перепады температуры, работает в диапазоне от тропической температуры до холодной. Подошва устойчива на любой поверхности. На мокрой поверхности во время дождя шиповки не скользят. Самым важным элементом обуви являются шипы, которые делают из стали. В шиповках имеется несколько видов шипов: шпильки, в которых шипы имеют тупые концы; иголки, с тонкими шипами; пирамидки, в которых шипы сужаются к концу и представляют собой наиболее популярную модель и шипы-ёлочки, которые используют для бега с препятствиями. Шипы плотно крепятся в подошву методом вдавливания. При необходимости шипы можно перемонтировать. Нога в шиповках плотно прилегает к подошве и не смещается внутри обуви. Если при подборе шиповок ощущается сжатие пальцев, то нужен больший размер.
Рис.8. Шиповки для бега на стайерскую дистанцию
Рис.7. Шиповки для бега на спринтерскую дистанцию
Тип спортивной обуви влияет на правильную технику бега. В спортивной обуви происходит амортизация, идет погашение силу удара пятки о поверхность. При беге в кроссовках приземление происходит на пятку или центр стопы, которая полностью касается поверхности земли. Кроссовки с высокой степенью амортизации подошвы дают возможность бегуну приземляться на пятку, делать полноценный перекат с отталкиванием от опоры, что облегчает вынос бедра вперёд, препятствует чрезмерному наклону туловища, избыточному мышечному усилию, перенапряжению мышц, высоким энергозатратам и потере скорости.
Рис.9. Ортопедические кроссовки П-236, П-371
Мицкевич Виктор Александрович
Врач ортопед-травматолог, доктор медицинских наук
