Эффективность ходьбы

Основной механизм, определяющий эффективность ходьбы — это перемещение общего центра масс. Перемещение ОЦМ, Трансформация кинетической (Tk) и потенциальной (Ep) энергии

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[10]. 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 подъеме ОЦМ,

• разгибание при опускании ОЦМ.

Интересные факты

Характеристика ходьбы здоровых людей в разном темпе[11]:

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	1,9/6,84	2,28/8,2
Темп (шаг/мин)	67,8	84,5	109,1	125,0	137,9
Длина шага(метр)	051	0,6	0,74	0,84	0,88
Отношение темпа к длине шага (метр*с)	2,22	2,35	2,46	2,48	2,61

При произвольном темпе ходьбы активность мышц минимальна. Этот феномен объясняется совпадением частоты действия вынуждающих мышечных сил к собственной частоте колебаний нижней конечности.[12]

Оптимальный темп ходьбы запрограммирован частотными характеристиками тела человека, то есть геометрией нижней конечности и упругостью связочно-мышечного аппарата. Он приблизительно равен резонансной частоте нижней конечности.

При ходьбе устойчивость тела увеличивается в несколько раз по сравнению с устойчивостью при стоянии. Этот биомеханический феномен до настоящего времени не изучен. Существует гипотеза, которая объясняет устойчивость тела при ходьбе колебательными движениями центра голеностопного сустава. Тело человека представляется с позиции перевернутого маятника с центром в области голеностопных суставов, который приобретает устойчивость в вертикальном положении, если его центр совершает колебание вверх-вниз с достаточно высокой частотой (маятник Капицы).

Победитель Кубка мира в спортивной ходьбе в 1983 г. прошел 20 км со средней скоростью 15,9 км/ч.[13]

Локомоции детей в возрасте до 6 лет неустойчивы, что связано с несформированным двигательным стереотипом. По словам Н.Бернштейна это и не ходьба и не бег, а нечто ещё не определившееся.[14]

Спортивный врач Кеннет Купер считал, что для достижения удовлетворительной тренированности нужно проходить расстояние не менее 6,5 км в ускоренном темпе.[15]

Рецепт здоровья от Николая Михайловича Амосова (1913—2002): «Ходить нужно только быстро, всегда быстро, чтобы пульс учащался хотя бы до 100, покрывая расстояние 4—5 км.»[16].

Риск развития постменопаузального остеопороза существенно ниже, если женщина проходит более 12 километров в неделю.