Биомеханика езды на велосипеде

Велосипед был изобретен бароном Карлом фон Дрейсом (Carl von Drais ) в 1817 году, но не в том виде, в каком мы его знаем. Это была машина, изначально имевшая два колеса, соединенных деревянной доской с рулевым устройством. Катание на нем требовало, чтобы  человек сидя бежал по земле; поэтому ему дали название «беговая машина» (во всех смыслах), или велосипед. Вначале, после его изобретения он использовался исключительно мужским населением. В 1860-х годах велосипед претерпел огромные конструктивные  изменения на фабрике Michaux в Париже. К переднему колесу были добавлены  рычаги управления, которые приводились в движение ножными педалями. Это был первый стандартный велосипед, и с тех пор и до настоящего времени дизайн и технологии изготовления велосипеда продвинулись далеко вперед. [1].

Опрос, проведенный в 2014 году, показал, что более 43% населения Соединенного Королевства имеют велосипед или доступ к нему, а 8% населения в возрасте 5 лет и старше ездят на велосипеде 3 или более раз в неделю[2]. При таком большом количестве людей, пользующихся велосипедом с профессиональной, развлекательной целью или для поездки на работу, вероятность получения травм возрастает, поэтому пришло время разобраться в биомеханике езды на велосипеде (англ. cycling biomechanics).

3 точки контакта

В велосипедной езде есть 3 точки контакта, т.е. 3 точки тел, которые находятся в контакте с велосипедом:

• тазовая область на седле
• рука на руле велосипеда
• нога на педали

Необходимо иметь в виду, что эти области могут подвергаться устойчивым нагрузкам и сжатию, что может привести к онемению, боли и слабости[3].

Фазы езды на велосипеде/педалирования

Педальный цикл состоит из 2 основных фаз; фаза мощности и фаза восстановления. Если вы представите цикл педалирования как циферблат и начнете с педали в положении «12 часов», это называется верхней мертвой точкой (ВМТ). Затем педаль толкают вниз с 12 до 6 часов -это положение известно как нижняя мертвая точка (НМТ). Фаза между двумя указанными точками известна как фаза мощности, когда обычно генерируется вся сила для продвижения велосипеда вперед. Посмотрите это видео, чтобы получить четкое объяснение ВМТ и НМТ. [4]

Переход от НМТ к ВМТ известен как фаза восстановления. Во время этой фазы не происходит «отключение» всех мышц,  просто она не так активна, как фаза мощности.

Если вы посмотрите на изображение, вы увидите, какие мышцы в каких точках работают во время цикла педалирования [5]

Анатомия велосипедной езды

Во время езды на велосипеде работают многие отделы тела, это не только спорт нижних конечностей. Ниже представлены анатомические области с разбивкой, дающей более подробную информацию о том, что происходит и когда. Посмотрите видео ниже, а затем прочтите текст ниже.

Суставы нижней конечности и их роль в велосипедной езде

Тазовая область является началом комплекса нижней конечности и состоит из подвздошной, седалищной, лобковой, копчиковой и крестцовой костей. Здесь расположены седалищные бугры (также называемые седалищными костями), которые имеют большое значение для подколенных сухожилий, так как все три берут начало именно здесь. Бедро также является важным анатомическим элементом, так как это большой  сустав шарнирного типа, который  в большой степени обеспечивает разнонаправленное движение. Во время езды на велосипеде тазобедренный сустав позволяет бедру сгибаться и направляет его сгибание, разгибание и в небольшой степени вращение. Ниже в комплексе нижних конечностей находится колено. Этот «шарнирный» сустав действует как рычаг для бедренной кости, поскольку бедренная кость - самая длинная кость в теле, которая может создавать большой крутящий момент. Здесь коленная чашечка играет важную роль, поскольку она действует как точка опоры и позволяет передавать силу от верхней части ноги к голени. Надколенник - это сесамовидная кость, которая находится внутри сухожилия надколенника и соединяет четырехглавую мышцу с бугристостью большеберцовой кости. Надколенник скользит в межмыщелковой ямке бедренной кости.

При движении вниз по комплексу нижней конечности следующим важным суставом является голеностопный сустав. Этот сустав обеспечивает тыльное и подошвенное сгибание при езде на велосипеде, что позволяет использовать термин, известный как `` голеностопное движение '', когда ступня переходит из положения тыльного сгибания в положение подошвенного  сгибания через нижнюю точку хода педали перед возвращением обратно в положение тыльного сгибания. Стопа имеет множество мелких суставов, но самое важное, что именно здесь  сила, создаваемая комплексом нижней конечности, передается на педаль. Неравномерное усилие или сжатие, проходящее через стопу, может привести к нервной боли и повреждению тканей в результате сжатия. [6] [7]

Мышцы нижней конечности и их роль в велосипедной езде

Инициирование цикла педалирования начинается с ягодичных мышц, когда бедро переводится из согнутого положения в ВМТ через фазу мощности в выпрямленное положение. Затем примерно в положении  на 3 часа цикла педалирования  начинает работать четырехглавая мышца, переводя колено из согнутого положения в выпрямленное в НМТ. Прямая мышца бедра - одна из четырех четырехглавых мышц, но она единственная пересекает и тазобедренный и коленный суставы, что  налагает на нее двойную ответственность за сгибание бедра и разгибание колена. Квадрицепсы работают в тесном взаимодействии с ягодичными (большими) мышцами, это две большие мощные группы мышц, которые создают наибольший крутящий момент при езде на велосипеде. Из-за положения на велосипеде такие мышцы, как прямая мышца бедра, могут укорачиваться, что приводит к боли в передней части бедра, а также часто вызывает боль в надколенно-бедренной области. Это происходит из-за того, что прямая мышца бедра входит в сухожилие надколенника и прикрепляется к бугристости большеберцовой кости, поэтому, если данная мышца укорачивается, это может увеличить сжимающие силы вокруг надколенника, вызывая дискомфорт. [8] Основная роль подколенных сухожилий - сгибание колена, но они также способствуют разгибанию бедра. Во время езды на велосипеде (в зависимости от положения, которое принимает велосипедист на вертикальном велосипеде), седалищные бугры могут воспринимать большую часть нагрузки через седло, тем самым сжимая начало подколенных сухожилий. Основная роль подколенных сухожилий в езде на велосипеде - способствовать сгибанию колена вверх через заднюю часть хода педали, но они также играют важную роль в стабилизации колена за счет НМТ. Было выяснено, что далее по цепи, в нижней части ноги, икроножная и камбаловидная мышца не добавляют значительного усилия к ходу педали, но их основная роль заключается в стабилизации голени, чтобы обеспечить эффективный переход силы, создаваемой верхней частью ноги, к педали. Затем, когда мы возвращаемся к другой стороне педального цикла, подколенные сухожилия начинают работать, чтобы помочь согнуть колено и вернуть его в ВМТ, и когда достигается достаточное сгибание колена и бедра, сгибатели бедра снова начинают действовать, чтобы довести ногу до истинной ВМТ и начать цикл снова. [9]

Туловище, спина и руки

Езда на велосипеде обеспечивается не только движением  нижних конечностей. Важную роль в стабилизации позвоночника и поддержании осанки играют туловище и спина. Внутри спины много мышц, назовем лишь некоторые из них: многораздельная мышца и квадратная мышца поясницы являются парой основных стабилизаторов позвоночника при выполнении боковых и вращательных движений, например, когда  правая нога входит в фазу мощности, а левая сторона позвоночника стабилизируется, и наоборот.  Мышцы, выпрямляющие позвоночник, также играют важную роль в поддержании стабильной осанки во время езды на велосипеде. Абдоминальные мышцы, такие как прямая мышца живота, помогают поддерживать стабильность, равно как  и косые мышцы живота. Косые мышцы живота, как и мышцы спины, помогают стабилизировать движение противоположной конечности. Когда мы продвигаемся вверх по позвоночнику к плечам, широчайшая мышца спины и трапециевидная мышца позволяют велосипедисту зафиксировать верхнюю часть тела на руле. Верхняя часть тела играет роль в стабилизации контралатерального крутящего момента, так, когда правая нога делает толчок вниз, левая рука  закрепляется на руле  и тянет его к себе. Точно так же руки могут подвергаться длительному давлению, поэтому сосуды и нервы могут быть травмированы, чаще всего это локтевой нерв (парез  велосипедиста), второй по частоте - срединный нерв. [10] [11]

Подготовка велосипеда

Правильно подобранный велосипед может предотвратить многие травмы, вызываемые чрезмерной нагрузкой из-за неправильного положения. Это также означает, что вы будете ощущать себя  комфортнее, и вы  сможете ездить лучше и быстрее. Правильное положение варьируется от человека к человеку в зависимости от таких факторов, как возраст, стиль езды и физические характеристики, такие как гибкость и анатомические особенности. Видео ниже дает базовую инструкцию по подготовке велосипеда. Ключевыми элементами являются высота седла, высота спинки седла и вылет руля.