Přechod od chůze k běhu - Transition from walking to running - Wikipedia

Lidská lokomoce má dvě základní formy: chůze a běh. Naproti tomu mnoho čtyřnohých má tři odlišné formy pohybu: chůze, klus a cval. Chůze je forma lokomoce definovaná fází dvojité podpory, když jsou obě nohy na zemi současně. Běh je forma lokomoce, která nemá tuto fázi dvojité podpory (přepnuta do fáze dvojitého plováku).

Preferovaná rychlost přechodu

The preferovaná rychlost přechodu (PTS) je rychlost, kterou se organismus obvykle mění z jedné chůze na druhou. Lidé spontánně přecházejí z chůze na běh, jak se zvyšuje rychlost. U lidí se preferovaná rychlost přechodu z chůze na běh obvykle vyskytuje kolem 2,0 m / s (7,2 km / h; 4,5 mph), i když na základě metodiky testování byly prokázány mírné rozdíly.[1][2][3][4]

Proč přechod z chůze na běh na PTS?

Lidé jsou schopni chodit rychlostí vyšší než 2,0 m / s a ​​jsou schopni běžet rychlostí nižší než 2,0 m / s. Protože lidé mohou chodit nebo běhat stejným tempem, vědci se pokusili vysvětlit, proč lidé volí rychlost přechodu, kterou dělají.

První vědci navrhli, aby lidé přecházeli z chůze na běh, aby se minimalizovaly energetické náklady.[5][6][7][8] Tito vědci navrhli, aby energetické náklady na běh nad 2,0 m / s byly nižší než náklady na chůzi nad touto rychlostí. Naopak běh rychlostí nižší než 2,0 m / s byl navržen jako nákladnější než chůze při těchto rychlostech.

Tento názor byl do konce 80. let do značné míry nenapadnutelný. Od té doby několik studií ukázalo, že přechod z chůze na běh ve skutečnosti vedl ke zvýšení energetického výdeje, zatímco jiné studie podporovaly energetický přínos přechodu.[9][10] V době, kdy byl poprvé zpochybněn pohled na optimalizaci energetiky, byla pro vysvětlení přechodu prozkoumána řada mechanických, kinetických a kinematických faktorů. Mezi několika proměnnými a PTS byly nalezeny slabé až středně silné korelace, ale práce různých výzkumníků v 90. a 2000. letech souhlasí s tím, že v konečném důsledku jde o únavu a diskomfort (nebo bezprostřední tibialis anterior a další dorsiflexorové svaly kotníku, které jsou hlavním podnětem pro přechod od chůze k běhu u lidí.[11][12][13]

Energetické faktory

Energetika pohybu se obvykle měří nepřímo prostřednictvím spotřeby kyslíku. Většina energie pro chůzi se vyrábí prostřednictvím spalování živin v přítomnosti kyslíku (na rozdíl od anaerobní nebo cvičení s vysokou intenzitou, které se stále více spoléhá na energii, která k rozkladu nevyžaduje kyslík). Přesto se při přechodu z chůze na běh zvyšuje spotřeba kyslíku Hodnocení vnímané námahy (RPE) klesá.[9] Lidé proto mají pocit, že při přechodu z chůze na běh nepracují tak tvrdě, přestože jejich energetický výdej vzrostl. Lidé by museli přejít na běh mnohem vyššími rychlostmi než 2,0 m / s (4,5 mph), aby přechod představoval pokles spotřeby energie.[Citace je zapotřebí ]

Mechanické faktory

U čtyřnohých druhů existuje silná korelace mezi tělesnou hmotou a preferovanou rychlostí přechodu z klusu do cvalu.[6] U lidí však žádný jednotlivý antropometrický faktor nevysvětluje preferovanou rychlost přechodu v podobné míře. U lidí nejsilnější korelace mezi antropometrickými měřeními a PTS pocházejí z měření souvisejících s délkou nohou, se slabou korelací mezi PTS a tělesnou hmotou.[14][2] V těchto studiích nejsilnější koreláty pocházely z měření celkové výšky a délky dolních končetin.

Vzhledem k tomu, že chodíme s obrácené kyvadlo u modelu lze předpovědět maximální dosažitelnou rychlost chůze pomocí Froude číslo, F = v ^ 2 / lg, kde v ^ 2 = rychlost na druhou, l = délka nohy a g = gravitace. The Froude číslo je bezrozměrná hodnota představující poměr Dostředivá síla na Gravitační síla během chůze. Pokud je tělo vnímáno jako hmota pohybující se kruhovým obloukem se středem nad nohou, teoretické maximum Froudeho čísla je 1,0, kde dostředivé a gravitační síly jsou stejné. Při počtu větším než 1,0 by gravitační síla nebyla dostatečně silná, aby držela tělo ve vodorovné rovině a noha by minula zem. Lidé přecházejí z chůze do běhu na čísle Froude kolem 0,5.[13][15] i za podmínek simulujících sníženou gravitaci.[3]

Kinetické faktory

Společné kinetické faktory se zdají být důležité při spouštění přechodů klusem na cval mezi nimi čtyřnožky.[16][15][17] Stres na kostech, zejména na kloubech, je po přechodu u těchto zvířat snížen; to samé se však u těchto zvířat během přechodu chůze k klusu nestalo. Přechod proto může být u těchto zvířat spuštěn různými událostmi napříč druhy a přechody klusu k cvalu versus chůze k klusu.[Citace je zapotřebí ]

U lidí se někteří lidé domnívají, že PTS se vyskytuje na kritických úrovních momentů a síly dorsiflexoru kotníku.[12][18] Dorsiflexor svaly vykazují vysokou úroveň aktivace při chůzi v blízkosti PTS a lidské subjekty popisují pocit únavy v těchto svalech.[19] Hodnocení vnímané námahy (RPE) také klesá po přechodu na běh, a to i přes vyšší energetický výdej.

Dorsiflexorové svaly jsou malé ve srovnání s jinými hlavními svaly nohy zapojenými do lokomoce, jako je gluteály, hamstringy, čtyřhlavý sval a plantarflexory kotníku. Tyto svaly musí během chůze při vysokých rychlostech vyvinout velké množství síly ve dvou bodech: 1) Začátek fáze postoje chůze, kdy se pata dotýká dolů a zvednuté prsty musí být stabilizovány, aby nedocházelo k „plácnutí“ přední nohou zem. 2) Během fáze švihu se vlečená noha posune před nohu položenou na zemi a prsty musí být zvednuty, aby nedošlo ke kolizi se zemí. Vzhledem k jejich relativně malé velikosti jsou tyto svaly rychle náchylné k únavě, když jsou požádány, aby při chůzi vysokou rychlostí vyvinuly velké množství síly. Přechod na běh snižuje zátěž dorsiflexorových svalů a snižuje pocit nepohodlí spojený s únavou těchto svalů.[Citace je zapotřebí ]

Reference

  1. ^ Raynor, Annette J; Yi, Chow Jia; Abernethy, Bruce; Jong, Quek Jin (2002). „Jsou přechody v lidské chůzi určovány mechanickými, kinetickými nebo energetickými faktory?“. Věda o lidském hnutí. 21 (5–6): 785–805. doi:10.1016 / S0167-9457 (02) 00180-X. PMID  12620720.
  2. ^ A b Hanna, Alastair; Abernethy, Bruce; Neal, Robert J .; Burgess-Limerick, Robin (2000). „Spouštěče přechodu mezi lidskou chůzí a během“. V Sparrow, William Anthony (ed.). Energetika lidské činnosti. str. 124–64. ISBN  978-0-88011-787-6.
  3. ^ A b Kram, R; Domingo, A; Ferris, DP (1997). "Vliv snížené gravitace na preferovanou rychlost přechodu chůze". Journal of Experimental Biology. 200 (4): 821–6. PMID  9076966.
  4. ^ Turvey, M. T .; Holt, K.G .; Lafiandra, M. E.; Fonseca, S. T. (1999). "Lze přechod z běhu do az běhu a metabolické náklady na běh určit z kinetické energie běhu?". Journal of Motor Behavior. 31 (3): 265–78. doi:10.1080/00222899909600993. PMID  20037043.
  5. ^ Cavagna, GA; Heglund, NC; Taylor, ČR (1977). „Mechanická práce v pozemské lokomoci: dva základní mechanismy pro minimalizaci energetického výdeje“. American Journal of Physiology. 233 (5): R243–61. doi:10.1152 / ajpregu.1977.233.5.R243. PMID  411381.
  6. ^ A b Heglund, NC; Taylor, ČR (1988). „Rychlost, frekvence kroku a náklady na energii na krok: Jak se mění s velikostí těla a chůzí?“. Journal of Experimental Biology. 138 (1): 301–18. PMID  3193059.
  7. ^ Hoyt, Donald F .; Taylor, C. Richard (1981). „Chůze a energetika pohybu u koní“. Příroda. 292 (5820): 239–40. Bibcode:1981Natur.292..239H. doi:10.1038 / 292239a0.
  8. ^ McMahon, TA (1985). „Role dodržování předpisů v běžeckých chůzích savců“. Journal of Experimental Biology. 115 (1): 263–82. PMID  4031769.
  9. ^ A b HRELJAC, ALAN (1993). "Preferované a energeticky optimální rychlosti přechodu chůze v lidské lokomoci". Medicína a věda ve sportu a cvičení. 25 (10): 1158–1162. doi:10.1249/00005768-199310000-00012. PMID  8231761.
  10. ^ Sasaki, Kotaro; Neptun, Richard R. (duben 2006). "Svalová mechanická práce a využití pružné energie při chůzi a běhu poblíž preferované rychlosti přechodu chůze". Chůze a držení těla. 23 (3): 383–390. doi:10.1016 / j.gaitpost.2005.05.002. ISSN  0966-6362. PMID  16029949.
  11. ^ Prilutsky, BI; Gregor, RJ (2001). „Swingové a podpůrné činnosti svalů odlišně spouštějí přechody lidské chůze-běh a běh-chůze“. The Journal of Experimental Biology. 204 (13): 2277–87. PMID  11507111.
  12. ^ A b MacLeod, Toran D .; Hreljac, Alan; Imamura, Rodney (2006). Interní kinetické faktory a preferovaná rychlost přechodu u lidí (PDF). Výroční zasedání Americké společnosti pro biomechaniku.
  13. ^ A b Hreljac, Alan (1995). "Determinanty rychlosti přechodu chůze během lidské lokomoce: Kinematické faktory". Journal of Biomechanics. 28 (6): 669–77. doi:10.1016 / 0021-9290 (94) 00120-S. PMID  7601866.
  14. ^ Getchell, N; Whitall, J (1997). Msgstr "Přechody v chůzi jako funkce fyzikálních parametrů". Journal of Sport and Exercise Psychology. 19: S55.
  15. ^ A b Biewener, Andrew A. (1991). "Muskuloskeletální design ve vztahu k velikosti těla". Journal of Biomechanics. 24: 19–29. doi:10.1016 / 0021-9290 (91) 90374-V. PMID  1791177.
  16. ^ A. A. Biewener; Taylor, ČR (01.07.186). „Kmen kostí: Determinant chůze a rychlosti?“. Journal of Experimental Biology. 123 (1): 383–400. PMID  3746195.
  17. ^ Farley, Claire T .; Taylor, C. Richard (1991). „Mechanický spouštěč přechodu klusu do klidu u koní“. Věda. 253 (5017): 306–8. Bibcode:1991Sci ... 253..306F. doi:10.1126 / science.1857965. PMID  1857965.
  18. ^ Hreljac, A; Imamura, RT; Escamilla, RF; Edwards, WB; MacLeod, T (2008). „Vztah mezi kinetickými faktory kloubů a přechodovou rychlostí chůze při běhu během lidské lokomoce“. Journal of Applied Biomechanics. 24 (2): 149–57. doi:10.1123 / jab.24.2.149. PMID  18579907.
  19. ^ Hreljac, Alan; Arata, Alan; Ferber, Reed; Mercer, John A .; Row, Brandi S. (2001). „Elektromyografická analýza role dorziflexorů při přechodu chůze během lidské lokomoce“. Journal of Applied Biomechanics. 17 (4): 287–96. doi:10.1123 / jab.17.4.287.