Энергетика бега
Исследование энергетических затрат на бег

Энергетика бега — это изучение энергетических затрат на бег . Очевидно, что для большинства видов с увеличением скорости бега увеличиваются энергетические затраты на бег. [1] [2] [3] [4] Также давно известно, что существует изменчивость между видами и внутри видов в энергетических затратах на бег с заданной скоростью. [5] [6] Эта изменчивость привела к изучению биомеханических или физиологических факторов, которые могут предсказывать энергетические затраты на бег как между видами, так и внутри видов .

У людей есть доказательства того, что стоимость бега с заданной скоростью может быть предсказателем выносливости. В результате стало обычным изучать факторы, которые влияют на стоимость энергии бега, в попытке предсказать или улучшить производительность бега. Существует много факторов, которые могут влиять на стоимость энергии бега, включая возраст, подготовку, скорость и частоту шагов, вес обуви , сопротивление ветра и даже плотность воздуха . [7]

Количественная оценка и выражение текущей энергетики

Энергетические затраты на бег можно количественно оценить путем измерения потребления кислорода (VO2) во время бега с заданной субмаксимальной скоростью. Во время аэробных нагрузок (например, субмаксимального бега) VO2 обеспечивает косвенную оценку расхода энергии. [8] В результате увеличение скорости потребления кислорода является показателем увеличения расхода энергии. VO2 часто измеряется в абсолютных величинах (например, литры /мин), но при занятиях с отягощениями, таких как бег, масса тела может оказывать сильное влияние на расход энергии. В результате расход энергии принято выражать как скорость потребления кислорода по отношению к массе тела (например, мл/кг/мин). [8]

Хотя некоторые недавние данные могут предполагать обратное, [9] традиционно общепризнанно, что существует сильная линейная зависимость между скоростью потребления кислорода и скоростью бега (см. рисунок 1), при этом расход энергии увеличивается с ростом скорости бега. [1] [2] [3] [4] Важно, чтобы измерение расхода энергии через потребление кислорода проводилось при субмаксимальной интенсивности . По мере того, как скорость бега увеличивается до очень высокой относительной интенсивности, показатели VO2 становятся менее надежным показателем расхода энергии. Это связано с возросшей зависимостью от анаэробного метаболизма для обеспечения энергии для бега на этих высоких скоростях.

Расход энергии на бег можно измерить с помощью метаболического эквивалента задачи (MET), где один MET примерно эквивалентен энергетическим затратам на спокойное сидение. В следующей таблице показаны значения MET для бега с разной скоростью. [10]

МЕТСкорость (миль/ч)
6.54 к 4.2
7.84.3 - 4.8
8.55.0 - 5.2
95,5 -5,8
9.36-6.3
10.56.7
117
11.87.5
128
12.58.6
139
14.89.3 до 9.6
14.810
16.811
18.512
19.813
2314

Существует много способов выражения энергетических затрат на бег. Обычно энергетические затраты на бег выражаются как затраты энергии на преодоление определенного расстояния. Эту меру часто называют стоимостью транспортировки (COT). COT можно выразить многими способами. Два распространенных метода выражения COT — это потребление кислорода на определенном расстоянии (например, мл/кг/км) или расход калорийной энергии на определенном расстоянии (например, ккал/кг/км). [8]

Сравнительная энергетика бега: Масштабирование энергетических затрат бега

На протяжении многих лет было изучено множество факторов, чтобы объяснить различия в расходе энергии на бег у разных видов. Некоторые из этих факторов были изучены более века назад, когда Цунц в 1897 году обнаружил, что энергетические затраты животных схожей массы на пробежку заданной дистанции не зависят от количества конечностей. Другими словами, нет никакой разницы в энергетических затратах на пробежку заданной дистанции четвероногим или двуногим животным при условии, что животные имеют схожую массу тела. [5] После Цунца было получено большое количество доказательств, свидетельствующих о том, что COT уменьшается прямо пропорционально массе тела, причем более крупные животные демонстрируют более низкий COT, чем более мелкие. [6]

Совсем недавно было высказано предположение, что точный прогноз энергетических затрат на бег с заданной скоростью может быть сделан на основе времени, доступного для создания силы для поддержания веса тела . [11] Эта теория предполагает, что более мелкие животные должны делать более короткие и быстрые шаги, чтобы преодолеть заданное расстояние, чем более крупные животные. В результате у них меньшее время контакта стопы с землей и меньше времени для создания силы на земле. Из-за этого уменьшенного количества времени для создания силы более мелкие животные должны больше полагаться на метаболически затратные быстрые мышечные волокна для создания силы для бега с заданной скоростью. И наоборот, более крупные животные делают более медленные и длинные шаги, что способствует увеличению количества времени, в течение которого стопа находится в контакте с землей во время бега. Это более длительное время контакта позволяет более крупным животным больше времени для создания силы . В результате более крупные животные не задействуют столько же метаболически затратных быстрых мышечных волокон для бега с заданной скоростью. Все эти факторы приводят к большему COT у более мелких животных по сравнению с более крупными животными. [11]

Существуют некоторые доказательства того, что различия в COT в зависимости от скорости существуют между видами. Было замечено, что четвероногие демонстрируют оптимальную скорость в пределах походки . [12] Это означает, что существуют скорости, при которых энергетические затраты на пробежку заданной дистанции минимальны. У людей обычно считается, что COT остается постоянным при всех субмаксимальных скоростях бега, [1] [2] [3] [4] хотя недавнее исследование поставило под сомнение это предположение. [9] Если это правда, то энергетические затраты на быстрый или медленный бег на милю у людей одинаковы, и для людей не существует оптимальной скорости бега.

Между людьми наблюдается большая индивидуальная изменчивость в расходе энергии во время бега с заданной субмаксимальной скоростью. Было показано, что множество факторов оказывают влияние на стоимость бега человека. [7] В результате, кажущаяся изменчивость в стоимости бега человека может быть результатом множества факторов (см. раздел Экономия бега/Введение). Некоторые предполагают, что пол может оказывать влияние на стоимость бега. Хотя есть некоторые доказательства того, что пол может влиять на энергетическую стоимость бега человека, особенно среди элитных бегунов на длинные дистанции , [7] [13] различия в энергетической стоимости бега на основе пола в значительной степени неясны. [14] [15]

Экономия хода

Энергетические затраты на бег у разных людей чрезвычайно изменчивы, даже если нормализовать их по массе тела. Это говорит о том, что на энергетические затраты на бег должны влиять и другие факторы. Очевидная индивидуальная изменчивость энергетических затрат во время бега подтолкнула к разработке концепции экономии. Экономия определяется как энергия, затрачиваемая на удовлетворение аэробных потребностей заданной субмаксимальной активности. [7] Мера экономичности бега должна позволять сравнивать энергетические затраты на бег у разных людей или групп людей. Если человек тратит меньше энергии на выполнение заданной задачи (в случае бега — на бега с заданной скоростью), он считается более экономным.

Меры экономии

Существует много способов сравнить экономичность между людьми. Обычно сравнивают энергию, затраченную на бег с заданной фиксированной скоростью, обычно путем измерения кислорода, потребляемого во время бега с фиксированной скоростью (мл/кг/мин). [8] Этот метод действительно обеспечивает сравнение экономичности при данной скорости, но часто не может дать адекватного представления экономичности как предиктора производительности. [8] Это особенно верно при сравнении хорошо тренированных бегунов с нетренированными или менее тренированными людьми. В этих случаях сравнение расхода энергии (как потребления кислорода) при фиксированной скорости часто не обеспечивает сравнения расхода энергии в темпе гонки . Поскольку потребление кислорода увеличивается со скоростью, трудно получить точное описание экономичности путем измерения потребления кислорода при одной скорости. В результате, обычно измеряют потребление кислорода в широком диапазоне скоростей у людей, чтобы получить более точную оценку экономичности. [8]

Также принято измерять стоимость транспортировки (COT) или энергетические затраты на преодоление заданного расстояния, чтобы сравнивать экономию между людьми. Поскольку считается, что это значение остается постоянным при любой скорости, считается, что измерение COT при любой фиксированной субмаксимальной скорости дает адекватное представление об экономии человека. [1] [2] [3] [4] Это позволило бы сравнивать экономию между нетренированными людьми, бегущими с предпочтительной для них субмаксимальной скоростью (например, 161 м/мин, ~6 миль/ч ), и хорошо тренированными бегунами, бегущими с предпочтительной для них субмаксимальной скоростью (например, 268–320 м/мин, ~10–12 миль/ч). По этой причине принято использовать COT для сравнения экономии бега между группами с разным уровнем подготовки и производительности. [16]

Факторы, влияющие на экономичность бега

Существует множество факторов, которые могут влиять на экономичность бега. Одним из факторов, который, как постоянно наблюдалось, влияет на расход энергии (и, следовательно, на экономичность) во время бега, является статус подготовки. [16] [17] Хорошо подготовленные бегуны часто оказываются значительно более экономичными, чем неподготовленные люди. [16] Кроме того, было замечено, что уровень производительности влияет на расход энергии при беге с заданной скоростью, даже в группах подготовленных бегунов. Например, элитные бегуны часто более экономичны, чем субэлитные или средние бегуны. [16] Это говорит о том, что экономичность бега или стоимость энергии при беге с заданной субмаксимальной скоростью может быть достоверным предиктором производительности, особенно в однородных группах подготовленных бегунов. [16] Также есть доказательства того, что интенсивные тренировки на выносливость могут улучшить экономичность у человека. [17]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd Маргария Р., Черретелли П., Агемо П., Сасси Г., 1963. Энергетическая стоимость бега. Дж. Прил. Физиол. 18, 367–370.
  2. ^ abcd Менье и Пью, 1968 DR Menier и LGCE Pugh, Связь потребления кислорода и скорости ходьбы и бега у спортсменов-ходоков. J. Physiol. (Lond), 197 (1968), стр. 717–721.
  3. ^ abcd Carrier, DR, 1984. Энергетический парадокс человеческого бега и эволюции гоминидов. Curr. Anthropol. 25, 483–495.
  4. ^ abcd МакАрдл и др., 2001 У. Д. МакАрдл, Ф. И. Кэтч и В. Л. Кэтч, Физиология упражнений: энергия, питание и работоспособность человека (пятое изд.), Липпинкотт, Уильямс и Вилкенс, Нью-Йорк (2001).
  5. ^ Аб Цунц, Н. (1897). Uber den Stoffverbrauch des Hundes bei Muskelarbeit. Арх. гес. Физиол. 68, 191–211.
  6. ^ ab Робертс, Т., Крам, Р., Вейанд, П., Тейлор, CR., 1998. Энергетика бега на двух ногах. I. Метаболические затраты на создание силы. J Exp Biol 201, 2745-2751.
  7. ^ abcd Дэниелс, Дж., Дэниелс, Н., 1992. Экономика бега элитных бегунов-мужчин и элитных бегунов-женщин. Медицинские науки. Спортивные упражнения. 24, 483–489.
  8. ^ abcdef Флетчер, Дж., Эсау, С., Макинтош, Б., 2009. Экономия бега: за пределами измерения потребления кислорода. J Appl Physiol 107:1918-1922.
  9. ^ ab Steudel-Numbers, K., Wall-Scheffler, C., 2009. Оптимальная скорость бега и эволюция стратегий охоты гомининов. Журнал эволюции человека. 56, 355–360.
  10. ^ "Сожженные калории при беге". 2019-10-29 . Получено 2024-01-21 .
  11. ^ ab Kram, R., Taylor, CR., 1990. Экономия бега: новая перспектива. Nature. 346, 265 – 267
  12. ^ Хойт, Д., Тейлор, К. Походка и энергетика локомоции у лошадей. Природа. 292, 239-240.
  13. ^ Чапман Р., Лейман А., Уилхайт Д., Маккензи Дж., Таннер Д., Стагер Дж. Время контакта с землей как показатель метаболических затрат у элитных бегунов на длинные дистанции. Медицинские науки и спортивные упражнения, 2011.
  14. ^ Дэвис, К., Томпсон, М. Аэробные показатели женщин-марафонцев и мужчин-ультрамарафонов. Eur. J. Appl. Physiol. 41:233-245, 1979.
  15. ^ Хаган, Р., Стратман, Л., Геттман, Л. Поглощение кислорода и расход энергии во время бега на горизонтальной беговой дорожке. J Appl. Physiol. 49:571-575, 1980.
  16. ^ abcde Морган, Д. и др., 1995. Изменение аэробной потребности среди тренированных и нетренированных субъектов. Медицинские науки. Спортивные упражнения. Т. 27, № 3, 404-409.
  17. ^ ab Jones, A., 2006. Физиология обладательницы мирового рекорда в женском марафоне. Международный журнал спортивной науки и тренерства. Том 1, № 2, 101-116.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Running_energetics&oldid=1197702688"