Главная > Бодибилдинг > Задний толчок при ходьбе осуществляется напряжением чего. Николай Бернштейн


Задний толчок при ходьбе осуществляется напряжением чего. Николай Бернштейн




Ходьба - это сложное, локомоторное, симметричное, цикличное движение, связанное с отталкиванием тела от опорной поверхности и перемещением его в пространстве. При ходьбе тело никогда не теряет связи с опорной поверхностью. Опора происходит то на одну ногу (одноопорный период), то на обе ноги (двуопорный период). Циклом движений при ходьбе является двойной шаг, который состоит из двух одиночных шагов - одного, произведенного одной ногой, и другого, произведенного другой ногой.

Каждый одиночный шаг, в свою очередь, состоит из двух простых шагов - заднего и переднего. Задний шаг - это та часть одиночного шага, при которой нога находится сзади фронтальной плоскости, проходящей через туловище, а передний шаг - это та часть, при которой нога находится впереди фронтальной плоскости. Границей между задним и передним шагом является момент вертикали.

Если из положения "стойка ноги имеете" вынести вперед левую ногу, будет сделан простой передний шаг, при этом левая нога будет находиться спереди туловища, а правая сзади (двухопорный период). Если затем правую ногу поставить впереди левой, будет сделан одиночный шаг, в котором можно выделить двухопорный период, задний шаг, период вертикали и передний шаг. Два таких одиночных шага(один, сделанный левой другой - правой ногой) и составляют двойной шаг. Таким образом, двойной шаг состоит из двух одиночных или четырех простых шагов. Но поскольку во время ходьбы происходит "наложение" одного шага на другой (заднего на передний), то по пройденному расстоянию двойной шаг состоит из трех простых шагов.

Двойной шаг - сложное движение, поэтому для удобства анализа его целесообразно разделить на отдельные фазы, - менее сложные движения. Двойной шаг состоит из шести фаз, три из них относятся к опорной ноге, три - к свободной:

* (Хотя момент вертикали очень кратковременный, по важности и особенности работы двигательного аппарата его относят условно к фазам. )

Эти шесть фаз двойного шага относятся к одной какой-либо ноге, так как каждая нога в цикле движений при ходьбе (двойном шаге) бывает то опорной, то свободной, повторяя последовательно аналогичные движения (рис. 73).


Рис. 73. Фазы ходьбы: 1, 2, 8, 9, 12 - периоды двойной опоры; 3, 4, 5, 6, 7 - периоды одинарной опоры на правой ноге; 10, 11 - периоды одинарной опоры на левой ноге; 5, 11 - момент вертикали (по М. Ф. Иваницкому)

Ходьба, как и любое другое движение, происходит в результате взаимодействия внешних и внутренних сил. Взаимодействие силы тяжести и силы реакции опоры различно в этом движении в зависимости от его фаз. Сила тяжести действует на протяжении всего цикла движения, а сила реакции опоры - лишь в фазе опорной ноги. В первой фазе - фазе переднего шага опорной ноги, когда тело соприкасается пяткой с опорной поверхностью, - действие силы тяжести направлено вниз-вперед, а силы реакции опоры - вверх-назад. Силу реакции опоры можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие.

Вертикальная составляющая направлена вверх и противодействует силе тяжести. Если эта составляющая больше силы тяжести, то тело испытывает толчок, направленный вверх, если меньше, то тело, а следовательно и о.ц.т. тела, опускается. Уменьшение толчков, плавность движений при ходьбе достигается использованием амортизационных свойств нижней конечности (приземление на несколько согнутую ногу), мышц-антагонистов и силы инерции.

Горизонтальная составляющая силы реакции опоры в первой фазе опорной ноги направлена назад и несколько уменьшает скорость движения тела. В фазе заднего шага опорной ноги она направлена вперед и способствует увеличению скорости движения, достигая максимума при толчке. Сила реакции опоры передается на о, ц. т. тела, который испытывает колебания в трех плоскостях: вверх-вниз, в стороны и вперед. Наиболее высокое положение о.ц.т. тела занимает в момент вертикали опорной ноги, наиболее низкое - в период двойной опоры. Вертикальные колебания о.ц.т. тела при ходьбе могут достигать 4-6 см, причем чем больше выпрямлена опорная нога, тем колебания о.ц.т. тела больше.

Поскольку стопы при ходьбе несколько развернуты кнаружи, сила реакции опоры направлена не строго в передне-заднем направлении и о. ц. т. тела с переносом тяжести тела на опорную ногу перемещается то вправо, то влево. При выносе ноги вперед (в 1-ю фазу опорной ноги) о. ц. т. тела несколько смещается вперед. Скорость движения о. ц. т. тела при ходьбе неодинакова: в фазе переднего шага опорной ноги она несколько уменьшается, а в фазе заднего шага увеличивается.

Площадь опоры при ходьбе изменяется. В период одиночной опоры она наименьшая и соответствует площади одной стопы, в двухопорный период - наибольшая и представлена площадью опорных поверхностей стоп и площадью пространства между ними.

Опорная поверхность при ходьбе должна обладать определенной плотностью и шероховатостью. Так, ходьба по рыхлому снегу затруднена из-за невысокой плотности, а ходьба по льду - из-за незначительного трения. Тело при ходьбе находится в состоянии неустойчивого равновесия. Степень устойчивости в зависимости от величины площади опоры и высоты расположения о. ц. т. тела различна. В период одинарной опоры она невелика (площадь опоры меньше, и о. ц. т. тела расположен выше), в период двойной опоры значительно больше (о. ц. т. тела ниже, и площадь опоры больше).

Различия в направлении, величине и взаимодействии внешних сил в отдельные фазы ходьбы обусловливают и неодинаковое функционирование опорно-двигательного аппарата. Следует заметить, что при ходьбе в работе участвуют почти все мышцы тела человека, но больше других - мышцы нижних конечностей. Для установления особенностей работы двигательного аппарата при ходьбе проводят анализ одного цикла. Вначале рассматривается работа органов движения: нижних конечностей, затем туловища и, наконец, верхних конечностей.

Работа мышц опорной ноги. Во всех фазах опорного периода нижняя конечность выполняет функции амортизатора, опоры всего тела и обеспечивает отталкивание. Соответственно последовательность включения мышц и их напряжение будут различными в отдельные фазы этого периода. В первую фазу, когда необходимо обеспечить амортизацию и фиксацию звеньев нижней конечности, наиболее напряженными оказываются мышцы передней поверхности голени (разгибатели стопы и пальцев), которые выполняют уступающую работу, способствуя плавному опусканию стопы, и малоберцовые мышцы, которые вместе с передней большеберцовой мышцей увеличивают поперечный свод стопы. Несколько согнутое положение ноги в коленном суставе удерживается сокращением мышц задней поверхности бедра, а в тазобедренном суставе - мышц передней поверхности бедра (четыреглавой мышцы бедра, портняжной и других мышц, осуществляющих сгибание бедра). Однако напряжение последних невелико. К концу первой фазы усиливается напряжение задней группы мышц голени, мышц передней поверхности бедра и мышц, окружающих тазобедренный сустав (рис. 74).


Рис. 74. Напряжение мышц при ходьбе: черный цвет - максимальное напряжение; двойной штрих - сильное напряжение; одинарный штрих - среднее напряжение; точки - слабое напряжение; белый цвет - расслабленное состояние; 1 - прямая мышца живота; 2 - прямая мышца бедра; 3 - передняя большеберцовая мышца; 4 - длинная малоберцовая мышца; 5 - икроножная мышца; 6 - полусухо-жильная мышца; 7 - двуглавая мышца бедра; 8 - большая ягодичная мышца; 9 - мышца-напрягатель широкой фасции; 10 - средняя ягодичная мышца; 11 - мышца, выпрямляющая туловище

В момент вертикали особенность работы мышц состоит в том, что кроме мышц, фиксирующих голено-стопный, коленный и тазобедренный суставы, напрягаются мышцы, отводящие бедро, которые, работая при дистальной опоре, препятствуют наклону таза в сторону свободной ноги (вокруг передне-задней оси). В фазе заднего шага опорной ноги в наибольшей мере напрягаются мышцы- сгибатели стопы (мышцы задней поверхности голени), разгибатели голени (в основном бедренные головки четырехглавой мышцы бедра) и разгибатели бедра (главным образом большая ягодичная мышца).

Работа мышц свободной ноги. После толчка свободная нога переносится вперед в согнутом положении для уменьшения момента инерции. Поэтому в четвертой фазе - заднем шаге свободной ноги - сокращаются мышцы-сгибатели в коленном суставе (в основном мышцы задней поверхности бедра). В пятой фазе - момент вертикали свободной ноги - происходит сокращение мышц-разгибателей стопы, уменьшающих возможность соприкосновения ее с опорной поверхностью, и сгибателей бедра, способствующих переносу ноги вперед. В шестой фазе к указанным мышцам присоединяется четырехглавая мышца бедра. Ее специфическая так называемая "баллистическая" работа - быстрое сокращение мышцы, сменяющееся столь же быстрым их расслаблением, - обусловливает движение голени вперед по инерции.

Работа мышц туловища. Во время ходьбы движения туловища происходят вокруг трех осей вращения - поперечной, передне-задней и вертикальной. Этим объясняется своеобразие в напряжении отдельных групп мышц. В первой фазе опорной ноги (передний шаг) туловище под влиянием действующих сил несколько наклоняется вперед. Для удержания его напрягаются мышцы задней поверхности туловища (разгибатели). В фазе заднего шага опорной ноги для предотвращения падения тела назад напрягаются мышцы передней поверхности туловища (сгибатели), преимущественно мышцы живота. Они напряжены и в первой фазе свободной ноги. Сокращаясь при верхней опоре, они фиксируют таз и создают опору для выноса вперед маховой ноги.

В момент вертикали опорной ноги происходят наклоны туловища в сторону. При этом мышцы туловища, сокращаясь, закрепляют его к нижней конечности, а напряжение мышцы, выпрямляющей позвоночник, на противоположной стороне (на стороне свободной ноги) препятствует опусканию таза и уменьшает наклон туловища в сторону опорной ноги.

В наибольшей мере выражены повороты туловища - скручивание. При выносе вперед свободной ноги (передний шаг) туловище вместе с тазом поворачивается вокруг вертикальной оси в сторону опорной ноги. При этом напрягаются внутренняя косая мышца живота с той стороны, в которую поворачивается туловище, а также наружная косая мышца живота, поперечно-остистая (особенно подвздошно-реберная), подвздошно-поясничная и другие - с противоположной стороны.

Голова при ходьбе держится прямо. Этому способствуют мышцы, расположенные в верхнем отделе задней поверхности туловища (трапециевидная, пластырная и др.).

Работа мышц верхних конечностей. Большое значение при ходьбе имеет согласованное движение верхних и нижних конечностей, так называемая "перекрестная координация", при которой вынос вперед правой ноги сочетается с выносом вперед левой руки, и наоборот. Перекрестная координация уменьшает вращательные движения туловища. Движения рук при обычной ходьбе не требуют больших усилий. Движение руки вперед происходит благодаря напряжению мышц, расположенных спереди плечевого сустава (большой грудной, передней части дельтовидной мышцы и клювовидно-плечевой), движение назад обусловлено мышцами, находящимися на задней поверхности плечевого сустава, - задней частью дельтовидной мышцы, широчайшей мышцей спины и длинной головкой трехглавой мышцы плеча. Для этих движений может быть достаточно поочередного сокращения передней и задней частей дельтовидной мышцы. Небольшие сгибания и разгибания в локтевом суставе происходят при сокращении двуглавой мышцы плеча и плечевой мышцы (движение вперед), а также трехглавой мышцы плеча (движение назад).

Барцок-курс осанки и походки

Для нормальной ходьбы главную роль играет правильная работа стоп и коленей. Наверное, не вопрос: удобно ли ходить, опираясь лишь на край стопы? Но так, косолапя, почему-то ходит большинство горожан - наших современников. Движение получается не очень устойчивым, что в условиях льда, попадающихся на дорогах камешков или грязи может быть и очень опасным. Кроме того, в этом случае не могут нормально работать колени и амортизаторы стопы.

Походите босиком по комнате, обращая внимание на то, как на каждом шаге давят ваши стопы на пол. Важно почувствовать и отметить про себя все детали, которые вы смогли заметить: какая часть стопы касается пола первой, на какой край правой и левой стопы приходится большее давление, чувствуете ли вы сплющивание, а затем распрямление основного свода стопы, движутся ли отдельно пальцы ног.

Попробуйте теперь походить перекатом. В этом случае давление стопы на пол начинается с центра пятки и затем плавно прокатывается по всей ступне, вдоль её центральной оси так, чтобы ступня уходила с пола одновременным давлением на подушечки под большим пальцем и мизинцем и самих этих пальцев. При этом пальцы ноги должны оставаться свободными, но не двигаться отдельно от остальной части стопы.

Походите, пока не почувствуете, что у вас получается такое движение.

После этого пройдитесь, специально наступая на внешние края стоп, чтобы почувствовать разницу. Вы можете немного походить, направляя свой вес на внешние края обеих стоп во время опоры на них.

Попробуйте походить немного, наступая только на внешние края стоп (внутренние края в этот момент повисают в воздухе).

А теперь пройдитесь перекатом, с которого начали занятие, чтобы ваше тело почувствовало, а мозг отразил разницу в работе стоп в том и другом случае.

Пройдитесь теперь так, чтобы давление приходилось на внутренние края стоп. Перенеся давление на внутренний край стопы, когда нога становится опорной. Можете попробовать походить, наступая на внутренние края стоп, чтобы внешние края не касались пола.

Пройдитесь на носках. Хорошо почувствуйте, как работает передняя часть стопы.

И снова походите перекатом. Воспринимает ли ваше тело перекат как более удобный способ передвижения?

Добавьте теперь к движению перекатом подъём коленей. Начните ходить, поднимая колени существенно выше привычного, чтобы лучше научиться чувствовать их вращение при ходьбе. Такое движение напоминает немного работу ног при езде на велосипеде. Чтобы колени не болели, они должны почаще тренироваться и использоваться как амортизаторы пружинистого движения.

Важнейший амортизатор ноги – это свод стопы. Его слабое или неправильное использование ведёт к плоскостопию. Обратите особое внимание и почувствуйте, как работает при ходьбе эта естественная пружина стопы. Почувствуйте, как сплющивается и распрямляется главный свод стопы при ходьбе перекатом и при движении с высоким подниманием колена.

Последний элемент этой тренировки особенно важен при ходьбе по скользкой дороге. При ходьбе перекатом на мгновение фиксируйте нажим на переднюю часть стопы и пальцы. На мгновение, когда пятка уже ушла с поверхности, вы можете почувствовать, как передняя часть подошвы ноги распласталась, как бы прилипла к полу. Войдя в привычку, такая фиксация не замедлит вашего движения, но повысит устойчивость , и страха упасть у вас больше не будет.

I. Опорная динамика бега

Из лаборатории изучения движений ЦНИИФК

Техника бега, его физиологическая и динамическая структура издавна привлекали к себе внимание исследователей. Однако, при всем изобилии мнения по этому предмету, еще очень мало объективно известно о том, как именно протекает бег и какова его внутренняя, тонкая динамика. Причина заключается, видимо, в том, что бег есть серия движений, настолько быстрых и сложных, что для их изучения требуются очень чувствительные методы, каких до недавнего времени не было. Лучше всего, из общераспространенной аппаратуры, пригоден для регистрации бега кинематограф. Однако, нормальный киноаппарат типа "Кинамо" делает только 16 снимков в секунду, а профессиональный аппарат для звуковых фильмов - 24 снимка в секунду. Между тем, средний темп бега составляет 3-4 шага в секунду, а при спринте может подняться и выше. Это дает по 4-8 положений тела на каждый шаг - количество ничтожное по сравнению с тем богатством и быстротечностью силовых переливов, которые содержатся в реальном движении бега. Лучше подходят для научной записи бега современные рапид-киноаппараты, дающие до 100-200 снимков в секунду, но записи, даваемые этими аппаратами, не обеспечивают высокой точности измерений и более пригодны для наглядных демонстраций, чем для анализа.

Наиболее мощным орудием для записи движений, с целью их изучения, является в настоящее время [статья опубликована в 1937 г. - Воль ] циклография. Циклография есть метод записи на фотопластинку или медленно и равномерно движущуюся пленку движения не всего тела человека, а только отдельных избранных точек тела, отмеченных крошечными лампочками. При съемке бега (производимой двумя камерами одновременно с двух сторон), на теле испытуемого помещается 21 лампочка. Движения всех этих лампочек запечатлеваются на снимках в виде кривых циклограмм, точнейшим образом воспроизводящих мельчайшие изгибы и подробности движения тех точек тела, к которым они прикреплены. Перед объективами фотокамер помещаются вращающиеся затворы, периодически открывающие и закрывающие доступ света к светочувствительному слою. Такое открывание совершается, по желанию экспериментатора, от нескольких десятков до нескольких сот раз в секунду и приводит к тому, что каждая кривая циклограммы оказывается разбитой на серию отдельных точек, равноотстоящих друг от друга по времени. Это позволяет вести очень точный учет изменений скоростей и ускорений всех заснятых точек тела. Точная и довольно сложная вспомогательная аппаратура обеспечивает строжайшую одновременность (синхронность) работы затворов обеих фотокамер; скорость их работы поддерживается автоматически на одном неизменном уровне и может быть стабилизирована с точностью до сотых долей процента. Все эти приспособления обеспечивают циклографическим снимкам очень высокую точность и детальность.

С помощью именно такой аппаратуры нами были засняты в 1934 и 1935 г.г. на стадионе ГЦОЛИФК выдающиеся мастера бега на средние дистанции: Ж. Лядумег, братья С. и Г. Знаменские и А. Федоров. Применявшаяся нами съемочная частота варьировала от 160 до 190 снимков в секунду. В настоящей статье я сообщу некоторые данные, полученные нами в результате подробного анализа этих снимках, из которых избраны лишь наиболее интересные и доступные для изложения в короткой статье.

Основное отличие бега от ходьбы общеизвестно. При ходьбе опорное время каждой ноги продолжается дольше, чем переносное. Поэтому опорные времена обеих ног частично заходят друг на друга, и есть такие интервалы, когда тело опирается одновременно на обе ноги. При беге опорное время ноги короче переносного, поэтому интервалов двойной опоры там не существует. Наоборот, для бега характерны интервалы, когда ни одна нога не опирается на землю, и тело находится в полете, говоря точнее, - в состоянии свободного падения. Таким образом, ходьба есть чередование одноопорных и двухопорных интервалов, а бег - чередование одноопорных и полетных интервалов.

Для того, чтобы уяснить второе, наиболее существенное отличие бега от ходьбы, надо обратиться к разбору движения центра тяжести тела при ходьбе и беге. Центр тяжести тела ни при ходьбе, ни при беге не движется равномерно и прямолинейно. В обоих случаях он описывает в пространстве сложную волнистую кривую, двигаясь по ней то быстрее, то медленнее. Рассмотрим вертикальную слагающую его движения.

Если тело человека не имеет никакой внешней точки опоры, то его центр тяжести движется по пораболической кривой, обращенной выпуклостью кверху. Двигаясь по этой кривой "свободного падения", центр тяжести испытывает постоянное ускорение, направленное книзу и равное величине g = 9,81 м/с. Если тело человека имеет постоянную и неизменную опору, в точности поддерживающую его вес (например при спокойном состоянии), то центр тяжести тела находится на постоянной высоте, т.е. испытываемое им по вертикальному направлению ускорение равно нулю. Эти два факта помогут нам установить связь между характером движения центра тяжести тела и действующими на тело внешними силами.

Для того, чтобы центр тяжести тела не испытывал никакого ускорения ни кверху, ни книзу, т.е. двигался равномерно по (горизонтальной) прямой, нужно, чтобы ему все время сообщался через внешние точки тела подпор, в точности равный статическому весу тела. Если величина этого подпора (так называемой, опорной реакции) становится меньше статического веса, то путь движения центра тяжести начинает тотчас же искривляться книзу. Когда опорная реакция падает до нуля, искривление пути центра тяжести тела книзу становится наибольшим возможным, сравниваясь с искривлением пути брошенного в воздух камня. Наоборот, для того, чтобы придать пути центра тяжести искривление кверху, необходимо придать опорной реакции величину, превышающую статический вес тела. Чем она больше, тем искривление пути центра тяжести кверху будет круче.

Итак, тот хорошо изученный факт, что центр тяжести тела и при ходьбе, и при беге движется волнообразно то вверх, то вниз, доказывает, что опорные реакции (т.е. противодействия давлению ног на опорную поверхность) изменяются во времени, становясь то больше, то меньше статического веса тела. Давление ноги или ног на опору наибольшее, когда путь центра тяжести всего сильнее искривлен кверху, т.е. когда этот центр тяжести проходит через свое наинизшее положение. Наоборот, минимум опорного давления имеет место тогда, когда центр тяжести тела находится близ своего наивысшего положения. Так бывает и при ходьбе, и при беге.

Мне удалось показать многими опытами, что амплитуда изменения опорных реакций при ходьбе почти точно пропорциональна весу тела и квадрату темпа ходьбы. Соотношение между этими величинами выражается формулой

А = 0,000026 PN 2

Где A - амплитуда изменений опорных реакций, P - вес тела и N - число шагов в минуту. Нижеследующая табличка дает понятие о величинах этих амплитуд для разных темпов ходьбы человека, весящего 60 кг.

Таким образом, при ходьбе человек как бы весит то меньше, то больше своего действительного, статического веса. С увеличением темпа размахи этих изменений динамического веса становятся все больше, пока, при наивысших темпах, давления на опору не начинают падать временами всего до нескольких килограммов. Здесь достаточно уже ничтожного изменения в механике движения, чтобы опорное давление начало уже падать до нуля – и в этот именно момент ходьба перейдет в бег.

Из всего вышеизложенного вытекает основное динамическое отличие бега от ходьбы, При ходьбе амплитуда опорных реакций всегда меньше статического веса, и в некоторых интервалах давление на опору становится нулевым. Это и есть интервалы полета, характерные для бега. Итак, второе разобранное сейчас отличие бега от ходьбы есть, очевидно, причина первого, упомянутого выше.

Однако, разница между ходьбой и бегом отнюдь не чисто количественная; напротив, в результате изложенных количественных различий возникают очень глубокие качественные отличия всей структуры движения, временами переходящие в прямые противоположности между обоими видами локомоции.

Рис.3 Кривая движения центра тяжести тела при ходьбе (наверху) и беге (внизу). На этом схематическом рисунке ясно видна противоположность между ходьбой и бегом.

Рис.4 Схема динамических толчков при ходьбе (наверху) и беге (внизу). h – задний толчок, v – передний толчок. Средняя кривая показывает, как динамическая волна опорных реакций складывается при ходьбе из толчков обеих ног: толчки одной ноги изображены сплошной кривой, а толчки второй ноги – пунктирной кривой. Так же сделана и нижняя кривая, относящаяся к бегу.

Наинизшее положение центра тяжести тела, а, следовательно, и наибольшее значение опорных реакций, приходится при ходьбе на двухопорное время, когда ноги разведены и обе стопы касаются пола (рис. 3). Наивысшее положение центра тяжести и минимум опорного давления приходятся при ходьбе на время проноса одной ноги мимо другой.

При беге соотношения как раз обратные: как видно на том же рис. 3, наинизшее положение центра тяжести тела и максимум опорного давления имеет место в фазе проноса одной ноги мимо другой, а при широко разведенных ногах центр тяжести проходит через свою наивысшую точку, а опорные давления равны нулю.

При ходьбе нога начинает свою опору, когда другая нога еще не закончила свою (интервал двойной опоры). Опорная динамика только что вступившей на опору ноги, находящейся впереди тела, начинается передним толчком (v), затем задняя нога отрывается от земли и проносится мимо опорной, которая в этот момент проходит через фазу минимума давления (m), наконец, переносная нога снова прикасается к земле уже впереди от опорной, и в этот момент ставшая задней опорная нога сообщает телу свой задний толчок h), тотчас вслед за которым разыгрывается передний толчок только что вставшей на опору передней ноги. Эти чередования лучше всего уясняются из рис. 4. Каждая отдельная нога начинает свою опорную деятельность передним толчком, затем следует минимум и, наконец, задний толчок; но общая динамическая волна двухопорного времени, соответствующая наинизшему положению центра тяжести, слагается из заднего толчка одной ноги и переднего толчка другой, причем, в каждой такой волне задний толчок наступает раньше переднего (на 0,08 – 0, 12 сек.)

При беге двухопорных интервалов нет. Деятельность каждой опорной ноги, так же как, и при ходьбе, начинается передним толчком и кончается задним, но эти толчки наступают очень близко один за другим по времени и отдалены от соответственной пары другой ноги глубоким провалом пролетного времени; поэтому при беге основная динамическая волна, соответствующая наинизшему положению центра тяжести тела, дает передний толчок раньше заднего.

Из всех перечисленных особенностей бега вытекает, между прочим, одно обстоятельство, ярко характеризующее рост динамической нагрузки ног при беге по сравнению с ходьбой. Максимум опорного давления, т.е. максимум нагрузки ножных мышц, приходится при ходьбе на время двойной опоры, и тогда это возросшее давление распределяется на обе ноги.

Когда опору несет одна нога, имеет место минимум давления, т.е. облегченные условия для мышечной нагрузки. При беге же и сами динамические амплитуды давлений больше, чем при ходьбе (при беге они обязаны быть больше статического веса), и приходятся они на время опирания одной ноги, поскольку двухопорных интервалов при беге вообще нет. Приводимая ниже таблица 3 дает поняте об имеющих место при ходьбе и беге опорных нагрузках на одну ногу.

Заслуживает внимания, что максимальные и минимальные значения давлений при ходьбе выравниваются, т.е. нагрузка каждой ноги становится наиболее равномерной при темпах 100-120 шагов в минуту, относимых всеми физиологами-энергетиками к оптимальным темпам ходьбы.

Гигантская нагрузка опорной ноги при профессиональном беге может вызвать недоумение. Однако, порядок величины определен здесь, во всяком случае, верно, и объяснение столь большой величины может легко быть дано. Я остановлюсь на этом объяснении с двух точек зрения. Во-первых, является правилом, что среднее значение давления на опору при любом виде локомоции должно быть в точности равно статическому весу. При беге изрядные интервалы времени – интервалы полета – проходятся при нулевом давлении, и эти нулевые интервалы должны быть полностью возмещены увеличением опорной силы в кратковременные опорные интервалы. Понятно, что чем длительности опорных интервалов короче, тем выше должна быть возникающая в этих интервалах опорная динамическая волна. Можно образно сказать, что за время опорного интервала бегун обязательно должен набрать достаточное «количество» силы (точнее, достаточный импульс силы) на все предстоящее время полета; и чем ограниченнее отпущенное им себе для опоры время, тем интенсивнее должен в это время, «набор» силы. Мы увидим ниже, что у Лядумега полетное время почти в два раза продолжительнее опорного; следовательно, среднее значение опорного давления на опорном интервале должно уже равняться у него тройному весу, т.е. 57 x 3 = 171 кг. А так как динамическая волна опорной реакции нарастает и опадает постепенно, да еще раздваивается у вершины на два толчка (передний и задний, рис. 4, v и h), то максимальная высота этой волны должна быть еще значительно больше.

Во-вторых, стоит указать на следующее. Задача опорной волны при беге, по сути, сводится к тому, чтобы поймать падающий по параболе свободного падения центр тяжести тела, остановить его падение и подбросить его снова примерно с той же силой кверху. Задачу остановки падения центра тяжести тела при беге выполняет в основном передний толчок, задачу подброса – задний толчок. Если сосредоточить внимание на переднем толчке (считая задний толчок близким к нему по величине), то можно расчитать, чему должна равняться средняя сила этого толчка в зависимости от: a – высоты, с которой падает центр тяжести тела, b – высоты рессорного проседания опорной ноги, принимающей на себя падение тела.

Сумма обеих величин a + b есть разность между наивысшим и наинизшим положением центра тяжести тела при данном беге. Вторая величина, b, носит еще название амортизационного прогиба ноги.

Обозначим скорость, достигнутую падающим центром тяжести к моменту его подхватывания опорной ногой, через V, среднюю силу амортизационного (переднего) толчка через f. Так как в полетном интервале центр тяжести падает как свободно падающее тело, то, по законам механики, к концу интервала падения a его скорость V = √2ga. Если считать силу амортизации, f, постоянной на протяжении всего амортизационного прогиба b, то продолжительность амортизации должна составлять 2b/V. В течение этого времени сила f снижает скорость центра тяжести от значения V до нуля; поэтому

где p – вес тела испытуемого. Преобразуя только что выведенное уравнение, находим

но в то же время

и, наконец,

Таким образом, средняя сила переднего толчка во столько раз превосходит вес тела, во сколько раз путь падения центра тяжести a больше амортизационного прогиба b. Этот вывод справедлив, разумеется, не только для бега, но и для всяческих видов прыжка.

Амортизационный прогиб b при беге составляет у исследованных мной бегунов 20-25 мм, общий вертикальный размах движения центра тяжести тела (а + b) – 80-120 мм. Отсюда a равняется 60-95 мм, отношение a/b колеблется от 3,0 до 3,8. Во столько же раз должна превышать средняя сила толчка f величину веса испытуемого, т.е. мы приходим снова к величинам найденного ранее порядка.

Примем в качестве среднего значения прогиба b для прыжка величину 0,5 м и выразим высоту прыжка a (точнее, высоту подъема центра тяжести тела над его положением в покое) в метрах. Тогда будем иметь

т.е. для прыжка на каждый метр высоты падения надо насчитывать по удвоенному весу на силу амортизации.

Опорный интервал имеет безусловно решающее значение для техники бега. Мы видели, с количественной стороны, каковы те усилия, которые разыгрываются в нем у бегунов. Теперь вкратце проанализируем его с другой точки зрения.

На рис. 5 изображены схематически последовательные положения правой стороны тела Лядумега при беге с частотою 187 в секунду. На рис. 6 даны в виде палочковых схем положения левой ноги при беге Г. Знаменского (наверху) и С. Знаменского (внизу). На обоих рисунках очень хорошо видны соотношения между опорным и переносным временем ноги бегуна.

Рис. 5. Последовательные положения звеньев правой стороны тела Ж. Лядумега при беге, с частотой 187 в секунду. Жирными линиями обозначены наиболее существенные в динамическом отношении фазы бега, часть которых будет разобрана в следущей статье.

Передний толчок,

Задний толчок,

Основной толчок опорной ноги вперед,

Отражение опорной группы толчков противоположной стороны,

Основной импульс мышц, движущих переносное бедро вперед,

Основной сгибательный удар бедром вниз,

Сгибательный импульс в коленных мышцах, затормаживающий стопу перед приземлением.

Рис. 6. Последовательные положения левой ноги при беге у Г. Знаменского (наверху) и С. Знаменского (внизу). Частота 167 в секунду.

Трудно отделаться от впечатления сходства этих рисунков (особенно рис. 6) с ажурными, решетчатыми мостами. Бег и в самом деле похож на мост; он переносит тело через значительные отрезки пространства без непрерывного опирания на почву. Но только этот мост – динамический, части которого существуют не в одновременности, а лишь в последовательности. Тем не менее, функциональные части обоих явлений сходны: опорные интервалы – это устои моста, пункты, в которых сосредоточиваются все опорные силы; полетные интервалы – фермы моста, могущие существовать, не падая, благодаря силам, передаваемым на них с опор. Существенная разница между мостом и бегом – в том, что при беге эти силы, возникающие в опорных интервалах и поддерживающие тело во время полетных интервалов, - динамические, а не статические, а прочность структурных элементов моста заменена в беге силами инерции.

Приведенная аналогия дает нам сразу ряд критериев для суждения об экономичности и целесообразности той или иной манеры бега. Так, мы можем, конечно, считать наиболее легким и экономичным тот мост, у которого, при данной затрате материала, опоры наиболее редки, т.е. полеты имеют наибольшую длину. То же должно быть справедливо и для бега, причем здесь вместо затраты материала придется говорить уже о затрате динамических усилий. Сопоставим изученных нами бегунов в отношении длины их шага.

Обратимся к экономичности. Наибольшей легкостью и воздушностью обладает, несомненно, тот мост, у которого устои занимают наименьшее напряжение, а пролеты – наибольшее.

По отношению к бегу это значит, что легкость и экономичность бега должна находиться в прямой зависимости от того, какую часть всего движения занимают опорные интервалы и какую – переносные. Начнем с сравнения длительности тех и других.

Из таблицы 5 ясно видно, что опорные интервалы Лядумега, будучи по абсолютной длительности сходными с тем, что наблюдается и у других бегунов, значительно короче их в процентном отношении ко всей продолжительности одиночного шага. Особенно близко по времени он ставит передний и задний толчки (через 0,06 сек. один за другим), что составляет всего лишь около 16% длительности одиночного шага. Привожу еще таблицу протяжений опорных интервалов в пространство у изученных бегунов (см. табл. 6)

И здесь Лядумег дает заметно более низкие цифры, особенно в процентном выражении. На рис. 5 позы переднего и заднего толчков выделены жирными линиями, что позволит читателю оценить расстояние между ними самому. Передний толчок обозначен буквами С, B, задний – буквой D.

Что касается экономичности толчков, то здесь может представить интерес следующая таблица.

Преимущества экономичности на одну минуту бега и здесь на стороне Лядумега. Оговариваюсь: съемка братьев Знаменских была произведена осенью 1934 г., съемка А. Федорова – осенью 1935 г., и я не сомневаюсь в том, что к настоящему времени техника этих уважаемых спортсменов успела сильно усовершенствоваться.

В следующей статье я подвергну анализу более тонкую динамику изученных бегунов и постараюсь осветить структурные зависимости между элементами их движений как в опорном, так и в переносном времени.

Ходьба - естественный способ передвижения человека. Спортивная ходьба отличается от простой ходьбы более высокой скоростью передвижения, ограничением техники передвижения правилами соревнований и другими техническими моментами.

Техника спортивной ходьбы имеет циклический характер, т. е. определенный цикл повторяется многократно на протяжении всей дистанции и, в отличие от других циклических видов легкой атлетики, жестко ограничен правилами соревнований. Эти ограничения существенно повлияли на становление техники спортивной ходьбы. Во-первых, в спортивной ходьбе не должно быть фазы полета, т. е. всегда должен быть контакт с опорой. Во-вторых, исходя из первого ограничения, опорная нога в момент вертикали должна быть выпрямлена в коленном суставе (несколько лет назад сделали добавление к этому ограничению - опорная нога должна быть выпрямлена в коленном суставе с момента постановки ноги на опору). Отличие спортивной ходьбы от естественной (бытовой) по внешним данным заключается в том, что в естественной ходьбе пешеход может сгибать ногу в коленном суставе, амортизируя постановку ноги, а в спортивной ходьбе спортсмен передвигается на прямых ногах.

Основу техники спортивной ходьбы составляет один цикл действия, который состоит из двойного шага, шага левой ноги и шага правой ноги. Цикл содержит: а) два периода одиночной опоры; б) два периода двойной опоры; в) два периода переноса маховой ноги.

Схематично можно представить цикл спортивной ходьбы в виде колеса с шестью спицами. Две двойные спицы разделяют колесо пополам - период двойной опоры, две одиночные спицы разделяют эти половинки на четвертинки круга - период одиночной опоры. Период одиночной опоры одной ноги совпадает с периодом переноса другой ноги. Период двойной опоры очень кратковремен, порой его можно и не увидеть. Период одиночной опоры более длителен и делится на две фазы: 1) фаза жесткой передней опоры; 2) фаза отталкивания. Период переноса тоже имеет две фазы: 1) фаза заднего шага; 2) фаза переднего шага. Эти фазы присутствуют как в периоде переноса или опоры для левой ноги, так и для правой ноги.

Фазы разделяются моментами, т.е. такими мгновенными положениями, после которых происходят изменения движений. Если моменты являются границами изменения движений в одном или нескольких звеньях, то позы в данных моментах - это описание положений звеньев тела относительно ОЦМ (общий центр массы) или друг друга, т. е. позы дают визуальную картину смены движений.

Фаза передней жесткой опоры правой ноги начинается с момента постановки ее на опору. Нога, выпрямленная в коленном суставе, ставится с пятки. Эта фаза продолжается до момента вертикали, когда ОЦМ находится над точкой (над стопой правой ноги) опоры.

С момента вертикали до момента отрыва правой ноги от грунта длится фаза отталкивания. Период одиночной опоры правой ноги заканчивается и начинается период переноса правой ноги, который имеет две фазы: 1) фаза заднего шага, которая начинается с момента отрыва ноги от опоры до момента вертикали (момент вертикали в переносе ноги определяется по положению бедра - продольная ось бедра должна быть перпендикулярна площади поверхности опоры, т.е. горизонтали); 2) фаза переднего шага - с момента вертикали до момента постановки ноги на опору.

Потом следует кратковременный период двойной опоры. Когда идет период одиночной опоры правой ноги, левая нога находится в периоде переноса. То же самое повторяется с левой ногой. Цикл закончился, начинается новый цикл, и так все повторяется.

Период двойной опоры очень кратковременен, но он имеет большое значение в технике спортивной ходьбы. По нему определяется соответствие техники правилам соревнований. Если период двойной опоры отсутствует, значит, спортсмен не идет, а бежит, за что его дисквалифицируют.

Порой даже очень опытный судья по стилю спортивной ходьбы не может точно определить наличие или отсутствие периода двойной опоры. Некоторые биомеханические исследования, проведенные с помощью точных приборов, показали, что продолжительность периода двойной опоры находится в пределах тысячных долей секунды у высококвалифицированных спортсменов. Этот факт является проблемой для судейства соревнований по спортивной ходьбе, ведь человеческий глаз не способен ни определить, ни выделить такие мгновения, поэтому наличие или отсутствие полетной части в ходьбе определяется добросовестностью, честностью и опытом судейской бригады. К проблеме, связанной с наличием или отсутствием периода двойной опоры, мы вернемся позже.

Частота шагов у высококвалифицированных ходоков колеблется от 190 до 230 шагов в минуту. Длина шага колеблется от 95 до 130 см и зависит от длины ног ходока и развиваемых мышечных усилий.

Движения рук и ног, поперечных осей плеч и таза - перекрестны, т. е. левая рука движется вперед, когда вперед движется правая нога, и наоборот. Позвоночник и таз совершают сложные встречные движения. В конце фазы отталкивания наклон передней поверхности таза несколько увеличивается, а к моменту вертикали, в период переноса этой ноги, - уменьшается. Такие колебания таза в переднезаднем направлении помогают эффективнее отвести назад бедро ноги, отталкивающейся от опоры. Так же изменяется наклон поперечной оси таза: во время переноса она опускается в сторону маховой (переносимой) ноги, а во время двойной опоры опять выравнивается. Такое опускание таза в сторону маховой ноги связано с движением маятника, т. е. нога, как маятник, стремится от оси вращения под действием центробежной силы. Это помогает мышцам, отводящим бедро, лучше расслабиться.

Позвоночник также изгибается в сторону маховой ноги в период ее переноса. В целом туловище совершает ряд сложных, почти одновременных движений в каждом шаге: незначительно сгибается и разгибается, происходят боковые наклоны и скручивание туловища.

Перекрестные движения рук и ног, плеч и таза, а также другие движения туловища помогают сохранить равновесие тела, нейтрализуют полный боковой разворот тела (в отличие от того, когда ходок идет иноходью, т.е. движения не перекрестные), создают оптимальные условия для постановки ног, эффективное отталкивание и рациональный перенос маховой ноги.

Движения рук в спортивной ходьбе помогают увеличивать частоту шагов, поэтому мышцы верхнеплечевого пояса усиленно работают. Особенно на это надо обращать внимание к концу дистанции при наступлении утомления. Движения рук осуществляются следующим образом: руки согнуты в локтевых суставах под углом 90° к направлению движения ходока; пальцы рук полусжаты; мышцы плеч расслаблены.

Источником движущих сил при ходьбе служит работа мышц во время взаимодействия их на опору через звенья тела. Выполняя отталкивание и перенос ног в оптимальном сочетании, все тело получает ускорение в направлении от места опоры. Силы реакции опоры во время отталкивания придают скорость движения телу, а перенос маховой ноги, вследствие инерционных сил, придает ускорение телу ходока. Одновременное движение маховой ногой вперед и отталкивание толчковой ногой в целом составляют отталкивание от опоры.

Все движения звеньев тела осуществляются с ускорением, вследствие чего возникают инерционные силы отдельных звеньев, одни из которых участвуют в придании скорости всего тела, другие нейтрализуют отрицательные инерционные силы (движения РУК).

Движения всех звеньев тела (их центров масс) происходят по криволинейной траектории, а перемещение тела и его ускорение осуществляются в линейном направлении, т.е. не существует какой-либо реальной движущей силы, создающей движение по линейной траектории. Суть всех перемещений в ходьбе - это сумма равнодействующих сил, направленных по криволинейной траектории, и сил, направленных под углом к перемещению тела и опоры.

Движущие инерционные и мышечные силы воздействуют через стопу (стопы) на опору. Исходя из третьего закона механики возникают противодействующие им силы - силы реакции опоры, без которых изменение движения ОЦМ невозможно.

Под силой отталкивания необходимо понимать воздействие опоры на тело спортсмена, которое возникает в результате действия сил давления на опору. Отталкивание - это не результат чистой работы мышц, а результат взаимодействия мышечных усилий и инерционных сил на опору. Чем опора жестче, тем величина отталкивания (силы реакции опоры) больше. Например, возьмем две опоры: беговая дорожка и грунтовое покрытие. Беговая дорожка жестче, чем грунтовое покрытие, следовательно, силы реакции опоры на беговой дорожке будут больше.

Таким образом, под силой отталкивания надо понимать силу реакции опоры, возникающую под воздействием мышечных усилий и инерционных сил на опору. Величина силы отталкивания зависит от:

качества опоры;

величины мышечных усилий;

величины инерционных сил;

направления действия мышечных усилий и сил;

отношения активной массы тела к пассивной (активная масса тела - масса мышц, участвующих в создании мышечных усилий для отталкивания; пассивная масса тела - вся остальная масса тела спортсмена).

В спортивной ходьбе важна не максимальная величина силы отталкивания, а оптимальная, рассчитанная на длительное время работы. Спортсмен воздействует на опору под углом к ней, сила отталкивания воздействует на ОЦМ под углом к вектору горизонтальной скорости. Чем ближе вектор силы отталкивания к вектору горизонтальной скорости, тем будет выше скорость передвижения. Угол, образованный вектором силы отталкивания и вектором горизонтальной скорости, называется углом отталкивания. Чем меньше угол отталкивания, тем эффективнее действует сила отталкивания и тем будет больше горизонтальная скорость.

На практике угол отталкивания определяется по продольной оси толчковой ноги в момент ее отрыва от опоры и горизонтом. Величина угла при таком определении будет не точной, а приблизительной. Более точное определение угла отталкивания получают, применяя сложные технические устройства.

При одноопорном положении, когда спортсмен стоит, действует только сила тяжести перпендикулярно вниз, которая уравновешивается силой реакции опоры, направленной диаметрально противоположно силе тяжести. При двухопорном положении сила тяжести распределяется на две опоры (б), при этом возникает сила давления на опору, действующая под углом, а сила тяжести распределяется на две точки опоры, и их величины будут зависеть от удаленности точек опоры от проекции ОЦМ. В противодействие силе давления на опору и силе тяжести возникает сила реакции опоры, которая действует диаметрально противоположно им. В покое суммарные силы передней и задней опоры равны. Чтобы вывести тело из равновесия и придать ему какую-либо скорость, необходимо нарушить это равновесие. Это можно сделать за счет увеличения силы давления на заднюю опору, тем самым увеличивая силу реакции задней опоры. Увеличение силы давления на опору делается за счет действия мышечной силы.

Другой фактор нарушения равновесия сил - это изменение угла действия силы давления на заднюю опору. Это делается за счет переноса проекции ОЦМ ближе к передней опоре, тем самым угол действия силы давления задней опоры становится более острым, а угол действия силы давления передней опоры более тупым. Таким образом, мы приближаем действие сил реакции задней опоры к вектору горизонтальной скорости. Так возникает стартовая сила, позволяющая вывести тело из состояния покоя. При ходьбе подключается еще и инерционная сила маховых движений во время переноса ноги. Стартовая сила в момент выхода тела из состояния покоя (в момент старта) больше, чем сила отталкивания во время движения, так как тело спортсмена уже имеет скорость и ему необходимо затрачивать усилия либо на поддержание, либо на увеличение скорости.

Немаловажное значение в спортивной ходьбе имеет угол постановки ноги на опору, а также силы, возникающие при этом. Угол постановки маховой ноги определяется в момент касания ноги опоры и образован продольной осью ноги и линией горизонта. Это приблизительная величина, более точно угол определяется вектором скорости силы реакции опоры и линии опоры. В момент постановки ноги начинает действовать сила давления на опору и, как следствие, возникает противодействующая ей сила реакции опоры, их направления диаметрально противоположны. Эти силы являются отрицательными, так как противодействуют движению ходока и снижают скорость передвижения. Для эффективной ходьбы их необходимо устранить или по возможности снизить их отрицательное воздействие. Сила тяжести, возникающая при этом, не влияет на изменение скорости. Компенсировать действие отрицательных сил можно тремя путями: 1) приближение угла постановки ноги к 90°, т. е. нога должна стоять как можно ближе к проекции ОЦМ, но при этом снижается длина шага; 2) амортизация постановки ноги, но по правилам соревнований нога должна ставиться на опору выпрямленной в коленном суставе, значит, амортизация исключается; 3) быстрое сведение бедер после снятия ноги с опоры после фазы отталкивания, что увеличивает силу инерции маховой ноги, которая компенсирует воздействие тормозящих сил.

Движение ОЦМ в спортивной ходьбе происходит не по прямолинейной траектории, а выполняет более сложную криволинейную траекторию. Движение ОЦМ вверх -вниз дополняется движениями вправо-влево. С момента постановки ноги на опору ОЦМ движется вверх и несколько в сторону опорной ноги до момента вертикали, после момента вертикали ОЦМ движется вниз, приближаясь к линии направления движения, до момента постановки ноги на опору. Затем все повторяется с другой ногой.

Чем меньше величина вертикальных колебаний, тем эффективнее техника спортивной ходьбы. Минимальную величину вертикального колебания можно определить опытным путем. Эта величина равна разности высоты ОЦМ в одноопорном положении и двухопорном (длинном шаге). Таким образом, мы определили факторы, влияющие на скорость передвижения в спортивной ходьбе.

К положительным факторам относятся:

качество опоры;

величина сил отталкивания;

угол отталкивания;

время отталкивания;

время переноса маховой ноги.

К отрицательным факторам следует отнести:

угол постановки ноги;

тормозящие силы реакции опоры при постановке ноги.

Список использованной литературы:

Жилкин А.И. и др. Легкая атлетика: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений / А.И. Жилкин, В.С. Кузьмин, Е.В. Сидорчук. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 464 с.

Ходьба человека - наиболее естественная локомоция человека.

Энциклопедичный YouTube

    1 / 5

    ✪ ЧЕМ полезна ХОДЬБА

    ✪ 10 самых интересных фактов о мышцах

    ✪ Скандинавская ходьба. Эффект от занятий

    ✪ Что лучше для здоровья бег или быстрая ходьба?

    ✪ Скандинавская ходьба и диабет 2 типа. Упражнения для диабетиков.Здоровье диабетиков. Лечение (0+)

    Субтитры

Другие определения

Существуют и другие определения, характеризующие эту локомоцию:

  • Череда рефлекторно контролируемых падений. Ходьбу образно описывают как «управляемое падение». При каждом шаге человек наклоняется вперед и начинает падение, которому препятствует выдвинутая вперёд нога. После того как она касается земли, на неё переносится вес тела, колено подгибается, амортизируя падение, и выпрямляется, возвращая тело на исходную высоту [ ] .
  • Ходьбу рассматривают с позиции модели прямого и обратного маятника , рассматривая сегменты конечностей и тело как систему физических маятников [ ] .
  • По образному выражению Бернштейна , который объединил биомеханику и нейрофизиологию двигательного аппарата в единую науку физиологию движений, ходьба это:
  • Ходьба - это двигательное действие, результат реализации двигательного стереотипа , комплекса безусловных и условных рефлексов [ ] .
  • Ходьба - это двигательный навык , который представляет собой цепь последовательно закреплённых условно рефлекторных двигательных действий, которые выполняются автоматически без участия сознания [ ] .
  • Создатель аэробики Кеннет Купер называл ходьбу разновидностью аэробной нагрузки, формой оздоровительной тренировки [ ] .

    • Виды ходьбы

    как естественной локомоции : как спортивной и оздоровительной локомоции: как военно-прикладной локомоции
    • Ходьба нормальная
    • Патологическая ходьба:
      • при нарушении подвижности в суставах
      • при утрате или нарушении функции мышц
      • при нарушении масс-инерционных характеристик нижней конечности (например, ходьба на протезе голени или бедра)
    • Ходьба с дополнительной опорой на трость (на две трости)
    • Ходьба на лыжах
    • Ходьба оздоровительная
    • Ходьба нордическая (Скандинавская ходьба) (с опорой на палки)
    		 Маршировка (организованная ходьба, упражнение в мерном хождении правильными построенными рядами)

    Не следует путать виды ходьбы с видами походки . Ходьба - двигательный акт, разновидность двигательной активности. Походка - особенность ходьбы человека, «манера ходить, поступать» .

    Задачи ходьбы

    Задачи ходьбы как важной локомоторной функции:

    • Безопасное линейное поступательное перемещение тела вперёд (главная задача).
    • Удержание вертикального баланса, предотвращение падения при движении.
    • Сохранение энергии, использование минимального количества энергии за счёт её перераспределения в течение цикла шага.
    • Обеспечение плавности передвижения (резкие движения могут являться причиной повреждения).
    • Адаптация походки для устранения болезненных движений и усилий.
    • Сохранение походки при внешних возмущающих воздействиях или при изменении плана движений (стабильность ходьбы).
    • Устойчивость к возможным биомеханическим нарушениям.
    • Оптимизация передвижения, прежде всего, повышение эффективности безопасного перемещения центра тяжести с наименьшим расходом энергии.

    Параметры ходьбы

    Наиболее общими параметрами, характеризующими ходьбу, являются линия перемещения центра масс тела, длина шага, длина двойного шага, угол разворота стопы, база опоры, скорость перемещения и ритмичность.

    • База опоры - это расстояние между двумя параллельными линиями, проведёнными через центры опоры пяток перпендикулярно линии перемещения .
    • Короткий шаг - это расстояние между точкой опоры пятки одной ноги и центром опоры пятки контралатеральной ноги.
    • Разворот стопы - это угол, образованный линией перемещения и линией, проходящей через середину стопы: через центр опоры пятки и точку между 1 и 2 пальцем.
    • Ритмичность ходьбы - отношение длительности переносной фазы одной ноги к длительности переносной фазы другой ноги.
    • Скорость ходьбы - число больших шагов в единицу времени. Измеряется в единицах: шаг в минуту или километров в час. Для взрослого - 113 шагов в минуту.

    Биомеханика ходьбы

    Ходьбу при различных заболеваниях изучает раздел медицины - клиническая биомеханика ; ходьбу как средство достижения спортивного результата или повышения уровня физической подготовленности изучает раздел физической культуры - спортивная биомеханика . Ходьбу изучают многие другие науки: компьютерная биомеханика , театральное и балетное искусство, военное дело . Основой для изучения всех биомеханических наук является биомеханика ходьбы здорового человека в естественных условиях. Ходьбу рассматривают с позиции единства биомеханических и нейрофизиологических процессов, которые определяют функционирование локомоторной системы человека .

    Биомеханическая структура ходьбы = пространственная структура ходьбы + + + +

    Пространственная структура ходьбы (длина шага, база шага, угол разворота стопы) определяется в результате проведения ихнометрии. Ихнометрия позволяет регистрировать в пространстве точки соприкосновения стопы с опорой. На этом основании определяют пространственную структуру ходьбы.

    Временная структура ходьбы, обычно основана на анализе результатов подографии. Подография позволяет регистрировать моменты контакта различных отделов стопы с опорой. На этом основании определяют временные фазы шага.

    Кинематику ходьбы изучают с использованием контактных и бесконтактных датчиков измерения углов в суставах (гониометрия), а также с применением гироскопов - приборов, позволяющих определить угол наклона сегмента тела относительно линии гравитации. Важным методом в исследовании кинематики ходьбы является методика циклографии - метод регистрации координат светящихся точек, расположенных на сегментах тела.

    Динамические характеристики ходьбы изучают с применением динамографической (силовой) платформы или тензометрических стелек (динамометрия). При опоре силовую платформу регистрируют вертикальную реакцию опоры, а также горизонтальные её составляющие. Для регистрации давления отдельных участков стопы применяют датчики давления или тензодатчики , вмонтированные в подошву обуви.

    Физиологические параметры ходьбы регистрируют при помощи методики электромиографии - регистрации биопотенциалов мышц. Электромиография, сопоставленная с данными методик оценки временной характеристики, кинематики и динамики ходьбы, является основой биомеханического и иннервационного анализа ходьбы.

    Временна́я структура ходьбы

    Основной метод исследования временно́й структуры - метод подографии. Например исследование ходьбы с применением самой простой, двухконтактной электроподографии заключается в использовании контактов в подошве специальной обуви, которые замыкаются при опоре на биомеханическую дорожку. На рисунке изображена ходьба в специальной обуви с двумя контактами в области пятки и переднего отдела стопы . Период замыкания контакта регистрируется и анализируется прибором: замыкание заднего контакта - опора на пятку, замыкание заднего и переднего - опора на всю стопу, замыкание переднего контакта - опора на передний отдел стопы. На этом основании строят график длительности каждого контакта для каждой ноги.

    Основные методы исследования: циклография, гониометрия и оценка движения сегмента тела при помощи гироскопа .

    Метод циклографии позволяет регистрировать изменение координат светящихся точек тела в системе координат.

    Гониометрия - изменение угла ноги прямым методом с применением угловых датчиков и неконтактным по данным анализа циклограммы.

    Кроме того, применяют специальные датчики гироскопы и акселерометры . Гироскоп позволяет регистрировать угол поворота сегмента тела, к которому он прикреплен, вокруг одной из осей вращения, условно названной осью отсчета. Обычно гироскопы применяют для оценки движения тазового и плечевого пояса, при этом последовательно регистрируют направление движения в трех анатомических плоскостях - фронтальной, сагиттальной и горизонтальной.

    Оценка результатов позволяет определить в любой момент шага угол поворота таза и плечевого пояса в сторону, вперед или назад, а также поворот вокруг продольной оси. В специальных исследованиях применяют акселерометры для измерения в данном случае тангенциального ускорения голени.

    Для исследования ходьбы используют специальную биомеханическую дорожку, покрытую электропроводным слоем.

    Важную информацию получают при проведении традиционного в биомеханике циклографического исследования, которое, как известно, основано на регистрации методом видео- кинофотосъёмки координат светящихся маркеров, расположенных на теле испытуемого.

    Динамика ходьбы

    Динамика ходьбы не может быть изучена методом прямого измерения силы , которая продуцируется работающими мышцами. До настоящего времени отсутствуют доступные для широкого использования методики измерения момента силы живой мышцы, сухожилия или сустава. Хотя следует отметить, что прямой метод, метод имплантации датчиков силы и давления непосредственно в мышцу или сухожилие применяется в специальных лабораториях. Прямой метод исследования вращающего момента осуществляется также при использовании датчиков в протезах нижних конечностей и в эндопротезах суставов.

    Представление о силах, воздействующих на человека при ходьбе, может быть получено или в определении усилия в центре масс всего тела, или путём регистрации опорных реакций.

    Практически, силы мышечной тяги при циклическом движении можно оценить, только, решая задачу обратной динамики. То есть зная скорость и ускорение движущегося сегмента, а также его массу и центр масс , мы можем определить силу , которая вызывает это движение, следуя второму закону Ньютона (сила прямо пропорциональна массе тела и ускорению).

    Реальные силы при ходьбе, которые можно измерить - это силы реакции опоры. Сопоставление силы реакции опоры и кинематики шага позволяют оценить величину вращающего момента сустава. Расчет вращающего момента мышцы может быть произведён исходя из сопоставления кинематических параметров, точки приложения реакции опоры и биоэлектрической активности мышцы.

    Сила реакции опоры

    Вертикальная составляющая вектора опорной реакции.

    График вертикальной составляющей опорной реакции при ходьбе в норме имеет вид плавной симметричной двугорбой кривой. Первый максимум кривой соответствует интервалу времени, когда в результате переноса тяжести тела на опорную ногу происходит передний толчок, второй максимум (задний толчок) отражает активное отталкивание ноги от опорной поверхности и вызывает продвижение тела вверх, вперёд и в сторону опорной конечности. Оба максимума расположены выше уровня веса тела и составляют соответственно при медленном темпе примерно 100 % от веса тела , при произвольном темпе 120 %, при быстром - 150 % и 140 %.

    Минимум опорной реакции расположен симметрично между ними ниже линии веса тела. Возникновение минимума обусловлено задним толчком другой ноги и последующим её переносом; при этом появляется сила, направленная вверх, которая вычитается из веса тела. Минимум опорной реакции при разных темпах составляет от веса тела соответственно: при медленном темпе - примерно 100 %, при произвольном темпе 70 %, при быстром - 40 %.

    Таким образом, общая тенденция при увеличении темпа ходьбы состоит в росте значений переднего и заднего толчков и снижении минимума вертикальной составляющей опорной реакции.

    Продольная составляющая вектора опорной реакции это, по сути, срезывающая сила равная силе трения, которая удерживает стопу от переднезаднего скольжения. На рисунке изображён график зависимости продольной опорной реакции в зависимости от длительности цикла шага при быстром темпе ходьбы (оранжевая кривая), при среднем темпе (пурпурная) и медленном темпе (синяя).

    Реакция опоры - эти силы приложенные к стопе. Вступая в контакт с поверхностью опоры, стопа испытывает давление со стороны опоры, равное и противоположное тому, которое стопа оказывает на опору. Это и есть реакция опоры стопы. Эти силы неравномерно распределяются по контактной поверхности. Как и все сила такого рода их можно изобразить в виде результирующего вектора, который имеет величину и точку приложения.

    Точка приложения вектора реакции опоры на стопу иначе называется центром давления. Это важно, для того чтобы знать, где находится точка приложения сил, действующих на тело со стороны опоры. При исследовании на силовой платформе эта точка называется точкой приложения силы реакции опоры.

    Работа мышц-разгибателей является основным силовым источником для перемещения общего центра масс. Активность мышц разгибателей обусловлена также необходимостью притормаживания движения сегментов в фазу переноса. Сокращение мышц сгибателей направлено на коррекцию положения или движения конечности в переносную фазу. При обычных условиях ходьбы корригирующая функция мышц минимальна. Прямая мышца в составе четырёхглавой бедра обеспечивает амортизацию переднего толчка и последующее разгибание в коленном суставе в фазу опоры. Большая ягодичная мышца обеспечивает разгибание бедра в фазу опоры. Икроножная мышца - отталкивание от опорной поверхности и вертикальное перемещение общего центра масс. Подколенные сгибатели - регуляция скорости движения в коленном суставе. Передняя большеберцовая - коррекцию положения стопы.

    Чередование различных режимов деятельности мышц заключает в себе определённый биомеханический смысл: во время уступающей работы увеличивается напряжение мышцы и её рефлекторная активация, кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию упругой деформации мышц. При этом эффективность уступающей (отрицательной) работы мышц превышает в 2-9 раз эффективность их преодолевающей (положительной) работы.

    Во время преодолевающего режима мышца производит механическую работу , при этом потенциальная энергия упругой деформации мышц превращается в кинетическую энергию всего тела или его отдельных частей. На первый взгляд, преодолевающий режим работы мышц обусловливает возникновение и ускорение движений, а уступающий режим - их замедление или прекращение. На самом деле уступающий режим деятельности мышц имеет более глубокое содержание. «Когда тело человека при ходьбе уже приобрело известную скорость , торможение движений отдельного звена приводит к перераспределению кинетического момента и, следовательно, к ускорению движений смежного звена. Благодаря многозвенной структуре двигательного аппарата такой опосредованный способ управления движениями нередко оказывается энергетически более выгодным, чем прямой, ибо позволяет лучше утилизировать ранее накопленную кинетическую энергию » .

    Основные биомеханические фазы

    Анализ кинематики, опорных реакций и работы мышц различных частей тела убедительно показывает, что в течение цикла ходьбы происходит закономерная смена биомеханических событий. «Ходьба здоровых людей, несмотря на ряд индивидуальных особенностей, имеет типичную и устойчивую биомеханическую и иннервационную структуру, то есть определённую пространственно-временную характеристику движений и работы мышц» .

    При ходьбе человек последовательно опирается то на одну, то на другую ногу. Эта нога называется опорной. Контралатеральная нога в этот момент выносится вперед (Это - переносная нога). Период переноса ноги называется «фаза переноса». Полный цикл ходьбы - период двойного шага - слагается для каждой ноги из фазы опоры и фазы переноса конечности. В опорный период активное мышечное усилие конечностей создаёт динамические толчки, сообщающие центру тяжести тела ускорение , необходимое для поступательного движения. При ходьбе в среднем темпе фаза опоры длится примерно 60 % от цикла двойного шага, фаза переноса примерно 40 %.

    Началом двойного шага принято считать момент контакта пятки с опорой. В норме приземление пятки осуществляется на её наружный отдел. С этого момента эта (правая) нога считается опорной. Иначе эту фазу ходьбы называют передний толчок - результат взаимодействия силы тяжести движущегося человека с опорой. На плоскости опоры при этом возникает опорная реакция, вертикальная составляющая которой превышает массу тела человека. Тазобедренный сустав находится в положении сгибания, нога выпрямлена в коленном суставе, стопа в положении лёгкого тыльного сгибания. Следующая фаза ходьбы - опора на всю стопу. Вес тела распределяется на передний и задний отдел опорной стопы. Другая, в данном случае - левая нога, сохраняет контакт с опорой. Тазобедренный сустав сохраняет положение сгибания, колено подгибается, смягчая силу инерции тела, стопа принимает среднее положение между тыльным и подошвенным сгибанием. Затем голень наклоняется вперёд, колено полностью разгибается, центр масс тела продвигается вперед. В этот период шага перемещение центра масс тела происходит без активного участия мышц, за счёт силы инерции . Опора на передний отдел стопы. Примерно через 65 % времени двойного шага, в конце интервала опоры, происходит отталкивание тела вперёд и вверх за счёт активного подошвенного сгибания стопы - реализуется задний толчок. Центр масс перемещается вперёд в результате активного сокращения мышц.

    Следующая стадия - фаза переноса характеризуется отрывом ноги и перемещением центра масс под влиянием силы инерции. В середине этой фазы, все крупные суставы ноги находятся в положении максимального сгибания. Цикл ходьбы завершается моментом контакта пятки с опорой.

    В циклической последовательности ходьбы выделяют моменты, когда с опорой соприкасаются только одна нога («одноопорный период») и обе ноги, когда вынесенная вперед конечность уже коснулась опоры, а расположенная сзади ещё не оторвалась («двуопорная фаза»). С увеличением темпа ходьбы «двуопорные периоды» укорачиваются и совсем исчезают при переходе в бег . Таким образом, по кинематическим параметрам, ходьба от бега отличается наличием двуопорной фазы.

    Эффективность ходьбы

    Основной механизм, определяющий эффективность ходьбы - это перемещение общего центра масс.

    Перемещение общего центра масс (ОЦМ) представляет собой типичный синусоидальный процесс с частотой соответствующей двойному шагу в медиолатеральном направлении, и с удвоенной частотой в передне-заднем и вертикальном направлении. Перемещение центра масс определяют традиционным циклографическим методом, обозначив общий центр масс на теле испытуемого светящимися точками.

    Однако можно поступить проще, математическим способом, зная вертикальную составляющую силы реакции опоры. Из законов динамики ускорение вертикального перемещения равно отношению силы реакции опоры к массе тела, скорость вертикального перемещения равна отношению произведению ускорения на интервал времени, а само перемещение произведению скорости на время. Зная эти параметры, можно легко рассчитать кинетическую и потенциальную энергию каждой фазы шага. Кривые потенциальной и кинетической энергии представляют собой как бы зеркальное отражение друг друга и имеют фазовый сдвиг примерно в 180°.

    Известно, что маятник имеет максимум потенциальной энергии в высшей точке и превращает её в кинетическую, отклоняясь вниз. При этом некоторая часть энергии расходуется на трение . Во время ходьбы, уже в самом начале периода опоры, как только ОЦМ начинает подниматься, кинетическая энергия нашего движения превращается в потенциальную, и наоборот, переходит в кинетическую, когда ОЦМ опускается. Таким образом, сохраняется около 65 % энергии. Мышцы должны постоянно компенсировать потерю энергии, которая составляет около тридцати пяти процентов . Мышцы включаются для перемещения центра масс из нижнего положения в верхнее, восполняя утраченную энергию.

    Эффективность ходьбы связана с минимизацией вертикального перемещения общего центра масс. Однако увеличение энергетики ходьбы неразрывно связано с увеличением амплитуды вертикальных перемещений, то есть при увеличении скорости ходьбы и длины шага неизбежно увеличивается вертикальная составляющая перемещения центра масс.

    На протяжении опорной фазы шага наблюдается постоянные компенсирующие движения, которые минимизируют вертикальные перемещения и обеспечивают плавность ходьбы.

    К таким движениям относят:

    • поворот таза относительно опорной ноги,
    • наклон таза в сторону неопорной конечности,
    • подгибание колена опорной ноги при подъёме ОЦМ,
    • разгибание при опускании ОЦМ.
    Параметры: Медленный темп Замедленный темп Произвольный темп Ускоренный темп Быстрый темп
    Средняя скорость (м/с) / (км/ч) 0,61 / 2,196 0,91 / 3,276 1,43 / 5,288 1,90 / 6,840 2,28 / 8,208
    Темп (шаг/мин) 67,8 84,5 109,1 125,0 137,9
    Длина шага (метр) 0,51 0,6 0,74 0,84 0,88
    Отношение темпа к длине шага (метр*с) −1 2,22 2,35 2,46 2,48 2,61

    См. также

    • Походка - особенности поз и движений при ходьбе, характерный для конкретного человека.
    • Осанка - привычное положение тела человека в покое и движении, в том числе при ходьбе.
    • Ходьба оздоровительная