Ekonomia biegu
Ekonomia biegu (RE) mierzy zużycie energii przez biegaczy podczas biegania z intensywnością tlenową , na które wpływa wiele czynników fizjologicznych i biomechanicznych . Zużycie tlenu (VO 2 ) jest najczęściej stosowaną metodą pomiaru ekonomii biegu, ponieważ wymiana gazów w organizmie, w szczególności tlenu i dwutlenku węgla, ściśle odzwierciedla metabolizm energetyczny. Mówi się, że ci, którzy są w stanie zużywać mniej tlenu podczas biegu z określoną prędkością, mają lepszą ekonomię biegu. Jednak bezpośrednie zużycie tlenu nie uwzględnia tego, czy organizm metabolizuje lipidy czy węglowodany, które wytwarzają różne ilości energii na jednostkę tlenu; jako takie, dokładne pomiary ekonomiki biegu muszą wykorzystywać O 2 i CO 2 danych w celu oszacowania kaloryczności substratu, do oddychania którego tlen jest używany.
W biegach długodystansowych sportowiec może próbować poprawić wyniki poprzez trening mający na celu poprawę ekonomii biegu. Stwierdzono, że ekonomia biegu jest dobrym predyktorem wyników w wyścigu; stwierdzono, że jest silniejszym korelatem wydajności niż maksymalny pobór tlenu ( VO 2 max ) u wytrenowanych biegaczy o tych samych wartościach.
Koncepcja ekonomii biegu jest coraz częściej wykorzystywana do zrozumienia wydajności, ponieważ nowa technologia może drastycznie skrócić czas biegu na dystansach maratonu, niezależnie od fizjologii, a nawet treningu. Czynniki wpływające na ekonomię biegu obejmują biologię biegacza, schematy treningowe, sprzęt i środowisko. Niedawne osiągnięcie Eliuda Kipchoge , który przebiegł maraton w mniej niż dwie godziny, zwiększyło zainteresowanie tym tematem.
Pomiar i wartości
Pomiar
Ekonomiczność biegu oblicza się, mierząc VO₂ podczas biegu na bieżni z różnymi stałymi prędkościami przez okres od trzech do piętnastu minut. VO₂ to ilość tlenu zużytego w mililitrach w ciągu jednej minuty i znormalizowana względem kilograma masy ciała. Aby porównać ekonomię biegu między poszczególnymi osobami, VO₂ jest interpolowane do typowych prędkości biegu, jednocześnie określając, ile tlenu potrzeba do przebiegnięcia jednego kilometra w stosunku do masy ciała. Niższa wartość ekonomii biegu świadczy o lepszej efektywności biegu i stanowi dobry predyktor wyników w wyścigu. Nową metodę pomiaru takich koncepcji można znaleźć za pomocą bezprzewodowych nożnych czujników inercyjnych wraz z dedykowanymi algorytmami przetwarzania sygnału.
Wartości ekonomii biegu
| Średnia dla mężczyzn (zakres) | Średnia dla kobiet (zakres) | ||||
| Klasyfikacja biegaczy | Prędkość (km/godz.) | Ekonomia biegu (ml/kg/min) | VO 2 maks. (ml/kg/min) | Ekonomia biegu (ml/kg/min) | VO 2 maks. (ml/kg/min) |
| rekreacyjny | 14 | 47,4 (46,0-49,5) | 54,2 (51,0-57,8) | 47,3 (40,1-51,9) | 49,7 (45,2-54,1) |
| Średnio wyszkolony | 14 | 46,8 (42,0-55,5) | 62,2 (56,6-69,1) | 47,9 (41,3-53,5) | 55,8 (50,5-59,4) |
| Dobrze wyszkolony | 14 | 45,0 (32,4-56,5) | 70,8 (65,3-80,2) | 48,3 (39,0-56,7) | 61,7 (56,2-72,3) |
| Elita | 14 | 39,9 (36,1-44,5) | 75,4 (68,2-84,1) | 41,9 (38,7-46,9) | 66,6 (61,1-74,2) |
Czynniki wpływające na ekonomię biegu
W The Lore of Running Tim Noakes , profesor ćwiczeń i nauk o sporcie na Uniwersytecie w Kapsztadzie , a także biegacz rekreacyjny, opisuje szereg zmiennych, które mogą wpływać na ekonomię biegu: ruch pionowy podczas biegu, zdolność mięśni do absorbują energię podczas uderzenia podczas lądowania i przekazują ją na odpychanie, czynniki biomechaniczne , technikę i rodzaj aktywności, kondycję i trening, wiek, zmęczenie , płeć , rasę , wagę odzieży i obuwia oraz warunki środowiskowe.
Różne badania wykazały, że maratończycy są bardziej ekonomiczni niż biegacze średniodystansowi i sprinterzy przy prędkościach 6-12 mil na godzinę (10-19 kilometrów na godzinę). Przy tych prędkościach analiza filmu wykazała, że sprinterzy i średniodystansowcy mają więcej ruchu pionowego niż maratończycy.
Antropometria
Ekonomia biegania zależy również od wielu wrodzonych cech, przy czym niektóre cechy ciała w naturalny sposób dają biegaczom przewagę. Niektóre z nich obejmują wzrost, długość kończyn i rozkład masy ciała w niektórych obszarach ciała.
środka ciężkości osoby , więc mają większą bezwładność obrotową w porównaniu z resztą ciała. W rezultacie kończyny potrzebują więcej energii do poruszania się, więc ich morfologia odgrywa rolę w ekonomii biegu. Jeśli chodzi o nogi, zwiększona masa w stopach odnosi się do ekonomii biegu, ponieważ są one położone najbardziej dystalnie od bioder, nieco mniejsze niż przeciętne stopy są idealne do optymalizacji ekonomii biegu. Z tego też powodu wybór obuwia wpływa na ekonomię biegu. Ciężar przenoszony na udach również odgrywa rolę, gdy ciężar jest rozłożony bliżej stawu biodrowego, ale wpływa na ekonomię biegu w takim samym stopniu jak stopa morfologia . W jednym badaniu dodano obciążniki do stóp i ud biegaczy i stwierdzono, że VO₂ wzrosło dwukrotnie bardziej w próbach z obciążnikami na stopach w porównaniu z udami. Chociaż rozkład masy w kończynach został skorelowany z ekonomią biegu, nie ma zgody co do tego, czy długość kończyn jest czynnikiem.
Idealna sylwetka dla optymalnej ekonomii biegu powinna charakteryzować się wzrostem nieco niższym od średniej dla mężczyzn i nieco większym dla kobiet, niskim procentem tkanki tłuszczowej, masą nóg rozłożoną bliżej stawu biodrowego oraz wąską miednicą i mniejszymi niż przeciętne stopami. Wykazano również, że może istnieć odwrotna zależność między masą ciała a ekonomią biegu. Zależność ta jest jednak niewielka, ponieważ energia zużywana podczas biegania jest podobna u osób różnej postury. Możliwe jest również, że ta zależność nie ma nic wspólnego z masą ciała i może być spowodowana międzyosobniczymi różnicami w budowie ciała.
Fizjologia
Istnieje wiele warunków fizjologicznych, które mogą wpływać na ekonomię biegu, w tym maksymalny pobór tlenu , czynniki metaboliczne, długość ścięgien i wentylacja . Zaobserwowano również, że ekonomia biegu zmniejsza się pod koniec wyścigu, podczas gdy temperatura wewnętrzna, tętno, wentylacja i kwas mlekowy wzrastają. Dlatego trening mający na celu zmniejszenie tych czynników może poprawić ekonomię biegu.
Energia metaboliczna to ilość energii ( ATP ), którą organizm może wytworzyć z tlenu i składników odżywczych dostępnych w organizmie. Czynniki wpływające na metabolizm byłyby istotne dla poprawy ekonomii biegu, tak aby efektywnie wykorzystywać zasoby organizmu. Ponieważ tlen jest niezbędny do oddychania tlenowego , im wyższy VO₂ max biegacz, tym dłużej będzie w stanie biegać bez wchodzenia w oddychanie beztlenowe i gromadzenie kwasu mlekowego nagromadzenie. Korzystne jest również, aby organizm biegacza mógł spalać tłuszcz jako źródło energii przy intensywnym obciążeniu pracą, oprócz węglowodanów . Metabolizm tłuszczu wymaga więcej kroków niż węglowodanów , więc wykorzystanie ich jako źródła energii jest droższe, ale zawierają więcej energii na cząsteczkę.
Podczas biegu ścięgno Achillesa rozciąga się w wyniku zgięcia stopy i magazynuje część tej energii w postaci energii sprężystej . Badania wykazały, że wykorzystanie energii sprężystości ma średni lub duży wpływ na zmniejszenie energii biegu. Energia zmagazynowana w ścięgnie zależy od stopnia rozciągnięcia ścięgna i jego właściwości wewnętrznych. Krótsza ramienia momentu ścięgna Achillesa (długość między ścięgnem a siłą rozciągającą) będzie wytwarzać więcej energii, podobnie jak napięcie w mięśniach magazynuje i uwalnia energię sprężystą.
Szkolenie
Ekonomia biegu jest często używana jako miara wydajności biegaczy długodystansowych, dlatego zbadano wiele różnych metod jej poprawy. Wadą tych badań jest to, że uczestnicy zazwyczaj nie są elitarnymi sportowcami, którzy mają trudności ze znaczną poprawą ekonomii biegu. Inne krytyczne uwagi dotyczące tych badań obejmują małą liczebność próby, zbyt małą liczbę pomiarów, aby uwzględnić fluktuacje wewnątrzosobnicze oraz inne czynniki wpływające na ekonomię biegu. Niezależnie od tego opublikowano badania badające wpływ metod takich jak plyometria, trening siłowy lub wytrzymałościowy na uczestników. Prowadzono również badania nad wpływem czynników środowiskowych, takich jak np trening wysokościowy i trening termiczny wpływają na biegaczy.
trening plyometryczny zwiększa siłę, jaką mięśnie mogą wygenerować w krótkim odstępie czasu. W jednym z badań trening plyometryczny doprowadził do uzyskania krótszych czasów wyścigu o dziesięć kilometrów, pomimo zmniejszenia całkowitej długości biegu na treningu. Ponieważ ten rodzaj treningu nie poprawia VO ₂ max , jego sukces przypisuje się zwiększonemu napięciu mięśni i ścięgien. Zwiększona sztywność w tych miejscach pozwala na większą efektywność wykorzystania energii sprężystej zmagazynowanej w momencie ich rozciągania, co pozwala na krótszy czas uderzenia w podłoże.
Jednym z najczęstszych podejść do treningu poprawiającego ekonomię biegu jest trening siłowy. W jednym badaniu porównano trening wytrzymałościowy oraz połączenie treningu wytrzymałościowego i siłowego i stwierdzono, że chociaż grupa mieszana miała znacznie niższy VO₂ , ich ekonomia biegu faktycznie wzrosła. Dwa główne powody tego wzrostu to adaptacje w układzie nerwowym i zmiana rodzaju włókien mięśniowych. Wykazano, że trening siłowy z dużym obciążeniem zwiększa liczbę neuronów ruchowych aktywowany, gdy mięsień jest skurczony, wytwarzając większą siłę. Przyczyna ta jest najczęściej przypisywana temu, że trening siłowy często wiąże się z hipertrofią , powodującą wzrost masy mięśniowej, co byłoby niekorzystne dla gospodarki biegowej. Trening siłowy powoduje również, że mięśnie przechodzą przemianę z włókien szybkokurczliwych na włókna wolnokurczliwe, które są bardziej odporne na zmęczenie.
Przeprowadzono również badania mające na celu obserwację wpływu czynników środowiskowych na trening. Na dużych wysokościach metaboliczna erytropoetyna zwiększa produkcję czerwonych krwinek, aby zrekompensować brak tlenu. Ekspozycja na wysokości wykazuje również mierzalne różnice w aktywności metabolicznej w mięśniach. Badania wykazały, że ekonomia biegu znacznie się poprawia podczas treningu/spania na dużych wysokościach i rywalizacji w pobliżu poziomu morza. Skuteczny okazał się również trening cieplny, w którym podwyższona temperatura rdzenia poprawia wydolność pracy mięśni. Podczas gdy podwyższona temperatura rdzenia jest korzystna dla mięśni, preferowana jest niższa temperatura rdzenia. Podczas powrotu do normalnej temperatury ciała po treningu w wyższych temperaturach biegacze wykazują niższą temperaturę wewnętrzną oraz tętno.
Biomechanika
Długość kroku, kinematyka ciała , kinetyka i energia sprężysta to czynniki biomechaniczne związane z poprawą ekonomii biegu. Naturalna długość kroku wytrenowanego sportowca jest związana z lepszą ekonomią biegu, a nie z jakimikolwiek konkretnymi zmianami. Kinematyka ciała obejmuje różnorodne parametry ruchu związane z lepszą ekonomią biegu.
Biegacz o lepszej ekonomii biegu ma relatywnie małą amplitudę środka ciężkości , zwiększone wymachy podudzi podczas wykroku (zmniejszony kąt nachylenia tylnej części kolana) oraz zwiększoną prędkość kątową zgięcia podeszwowego podczas odbicia, ale ma zmniejszony zakres ruchu podczas zgięcia podeszwowego .
Inne czynniki biomechaniczne związane z lepszą ekonomią biegu to szybsza rotacja barków, ograniczenie ruchu ramion do ruchu umiarkowanego, większy ruch kątowy bioder i barków w stosunku do płaszczyzny poprzecznej biegacza oraz niższe szczytowe poziomy siły działającej na grunt.
Elastyczność kończyn dolnych i tułowia u wytrenowanych sportowców poprawia ekonomię biegu przy wszystkich prędkościach poprzez zwiększenie zakresu ruchu w biodrach. I odwrotnie, niektóre badania wykazały, że zmniejszona elastyczność w łydek i bioder poprawia ekonomię biegu, zmniejszając potrzebę dalszej stabilizacji mięśni. Podobnie jak w przypadku mocniej nawiniętej sprężyny, mniej elastyczne mięśnie mają zwiększone magazynowanie energii i powrót energii sprężystej .
Buty
Wykazano, że lekkie buty do biegania (<440 g na parę) statystycznie poprawiają ekonomię biegu. Jednak między bieganiem boso a lekkimi butami nie ma wyraźnych różnic.
Wykazano również, że amortyzacja zmniejsza wchłanianie tlenu, a tym samym ekonomię biegu, zapewniając elastyczne magazynowanie energii siły skierowanej w dół. Sama poduszka buta musi mieć optymalną „szybkość sprężystości”, aby korzystnie uzupełniać ruchy i siły mięśni.
Ostatnie badania wykazały, że dodanie płytki z włókna węglowego w podeszwie środkowej buta w połączeniu ze sprężystą pianką poprawia ekonomię biegu, zmniejszając negatywną pracę wykonywaną przez staw śródstopno-paliczkowy .
Warunki środowiska
Trening w wysokich temperaturach podnosi temperaturę rdzenia , co, jak wykazano, poprawia ekonomię biegu poprzez poprawę wydajności pracy mięśni. Daje to trwały efekt podczas pracy w niższych temperaturach, w których można osiągnąć stosunkowo niższą temperaturę rdzenia. Niższa temperatura wewnętrzna wiąże się ze zmniejszonym wzrostem oddychania, pocenia się i krążenia przy intensywności tlenowej, zwiększając w ten sposób ogólną efektywność energetyczną i poprawiając ekonomię biegu. [ wymagane wyjaśnienie ]
Prowadzenie gospodarki w mediach
.jpg)
Projekt Breaking2
Projekt Breaking2 był wydarzeniem zorganizowanym przez Nike w celu przekroczenia bariery maratonu poniżej dwóch godzin. W wydarzeniu wykorzystano ekonomię biegu, aby zidentyfikować i poprawić czynniki, które pomogłyby w osiągnięciu tego wyczynu. Trzej biegacze to Lelisa Desisa , Eliud Kipchoge i Zersenay Tadese . Eliud Kipchoge wygrał wyścig z czasem 2:00:25, ale ostatecznie nie przebiegł maratonu poniżej dwóch godzin. [ okólnik ]
Wielu biegaczy zostało sprawdzonych przed wydarzeniem i ostatecznie Lelisa Desisa , Eliud Kipchoge i Zersenay Tadese zostali wybrani na podstawie ich potencjału. Dane fizjologiczne zostały pozyskane od każdego biegacza wraz z ich pułkami treningowymi i danymi osobowymi w celu oszacowania przewidywań biegaczy. Aby uzyskać dane od każdego zawodnika, Nike dał każdemu biegaczowi zegarki GPS i czujniki tętna. Dodatkowo odwiedzili każdego biegacza w jego rodzinnym mieście, aby przeanalizować strategie nawodnienia i odżywiania, jednocześnie monitorując temperaturę skóry i tempo pocenia się.
Zespół projektowy Breaking2 ustalił, że najbardziej krytycznym parametrem była różnica między temperaturą skóry a wewnętrzną temperaturą ciała, zwana także gradientem temperatury . Gradient temperatury opisuje, jak szybko zmienia się temperatura w zależności od położenia przestrzennego. [ odnośnik ] Jeśli chodzi o ekonomię biegu, duża różnica między temperaturą skóry a wewnętrzną temperaturą ciała koreluje z lepszą ekonomią biegu. Aby zoptymalizować ten pomiar dla sportowców, Breaking2 projekt miał działać przez trzy dni. Pozwoliło to na uzyskanie optymalnych warunków pogodowych pod względem temperatury, wiatru i zachmurzenia. Ponadto wyścig odbył się w północnych Włoszech ze względu na zalesiony klimat i trasy wyścigowe ze stopniowymi zakrętami. Złamanie2 _ zespół projektowy postanowił również skupić się na nawodnieniu i odżywianiu. Aby zmierzyć utratę wody, biegaczy ważono przed i po treningu, a obrazowanie mięśni wykorzystano do analizy ilości cukru w mięśniach sportowca. Aby przeciwdziałać utracie wody i cukru, zespół Nike stworzył dla każdego sportowca mieszanki cukru i wody. Przetestowano również niewielkie modyfikacje diety sportowców, takie jak nakłonienie Eliuda Kipchoge do jedzenia batoników z buraków zamiast picia soku z buraków.
Wyzwanie Ineos159
Zawody Ineos159 odbyły się w Wiedniu w Austrii, a prowadził je Eliud Kipchoge , próbując przebiec maraton w mniej niż dwie godziny. Eliud Kipchoge przebiegł wyścig w czasie 1:59:40, co przekłada się na niecałe 2:50 min/km lub 21,98 km/h.
Odżywianie jest kluczowym aspektem gospodarki biegowej i miało kluczowe znaczenie dla sukcesu Kipchoge. Przed biegiem Eliud Kipchoge zwiększył spożycie węglowodanów , aby dostarczyć mięśniom paliwa. Bez węglowodanów organizm rozkłada tłuszcze w procesie zwanym metabolizmem lipidów . Jednak większość elitarnych biegaczy nie ma wysokiego procentu tkanki tłuszczowej. Podczas wyścigu spożywał około 60 do 100 gramów węglowodanów na godzinę. Dokonał tego, spożywając 500 ml napoju zawierającego 80 gramów węglowodanów . To była zmiana w stosunku do jego poprzedniej próby w Breaking2 , w której co kilka kilometrów pił 50 ml napojów. Większe napoje szybciej dostarczają paliwo do mięśni, ale mają zwiększoną szansę na wywołanie dyskomfortu w jelitach.
Lokalizacja i pogoda były również mocno brane pod uwagę ze względu na ich wpływ na ekonomię biegu. Wiedeń został wybrany z wielu powodów. Przede wszystkim miasto jest bardzo płaskie, co wymaga mniejszych nakładów energii. Po drugie, miasto jest stosunkowo blisko poziomu morza , co oznacza, że jest tam wyższe stężenie tlenu. Wysoki poziom tlenu pozwala sportowcom lepiej wykonywać ćwiczenia aerobowe . Wreszcie wyścig odbył się rano przy niskiej wilgotności i temperaturze. Podczas Breaking2 , gdzie Eliud Kipchoge nie przebiegł maratonu w mniej niż dwie godziny, spadł niespodziewany deszcz. Dodatkowa wilgoć może zwiększyć wagę biegacza i zmniejszyć przyczepność na drodze.