Биомеханика бега

Бег похож на ходьбу с точки зрения двигательной активности. Однако есть и ключевые различия. Способность ходить не означает, что человек также способен бегать[1].

Бег требует:

• Большего баланса
• Большей мышечной силы
• Большего диапазона движения                          

Большее равновесие необходимо, поскольку период двойной опоры, присутствующий при ходьбе, при беге отсутствует. Также добавляется период двойного полета, во время которого обе ноги отрываются от земли, не соприкасаясь с опорной поверхностью.

Количество времени, которое бегун проводит в полете, увеличивается по мере увеличения скорости бегуна. Мышцы должны вырабатывать больше энергии, чтобы поднимать голову, руки и туловище (ГРТ -HAT) выше, чем при обычной ходьбе, и поддерживать HAT в течение цикла походки. Мышцы и суставы должны также быть способны поглощать большее количество энергии, чтобы контролировать вес HAT.

Было продемонстрировано, что во время цикла походки при беге сила реакции на грунт (GRF) в центре давления (COP) увеличивается до 250% от веса тела.[2].

Движение сустава

• Начало фазы опоры - бедро сгибается примерно на 50° в момент удара пяткой, продолжая разгибаться в течение всей оставшейся фазы опоры. Оно достигает 10° гиперэкстензии после отталкивания носком.
• В поздней фазе переноса конечности бедро сгибается до 55°.
• Перед окончанием фазы переноса конечности бедро разгибается до 50°, чтобы подготовиться к удару пяткой.
• Колено сгибается примерно до 40° в момент удара пяткой, затем сгибается до 60° во время переноса массы тела.
• После этого колено начинает разгибаться и достигает 40° сгибания непосредственно перед отталкиванием носком.
• Во время фазы переноса конечности и начала периода полета колено сгибается, достигая максимального сгибания в 125° в середине фазы переноса.
• Затем колено готовится к удару пяткой, разгибаясь до 40°.
• В момент удара пяткой дорсифлексия голеностопа составляет примерно  10°, а затем оно продолжает быстро разгибаться назад до 25°.
• Подошвенное сгибание происходит почти сразу, продолжаясь на протяжении всей оставшейся фазы опоры при беге, а также при переходе в фазу переноса конечности.
• Подошвенное сгибание достигает максимума в 25° в первые несколько секунд фазы переноса конечности.
• Затем голеностопный сустав разгибается в течение всей фазы переноса конечности, достигая 10° в конце фазы переноса конечности для подготовки к удару пяткой.
• Нижняя конечность во время фазы переноса конечности  вращается медиально, продолжая это вращение при ударе пяткой.
• При ударе пяткой стопа наклоняется вперед.
• Боковая ротация опорной ноги нижней конечности начинается, когда маховая нога проходит мимо опорной ноги в среднем положении опоры.

Мышечная деятельность

• Большая и средняя ягодичные мышцы активны как в начале фазы опоры, так и в конце фазы переноса ноги.
• Мышца, напрягающая широкую фасцию (TFL) активна в начале фазы опоры, а также в конце фазы переноса ноги. Она также активна между началом и серединой фазы переноса ноги.
• Большая приводящая мышца активна примерно в течение 25% цикла, от конца фазы опоры до начала фазы переноса ноги.
• Подвздошно-поясничная мышца работает в фазе переноса ноги в течение 35-60% цикла.
• Четырехглавая мышца работает эксцентрично в течение начальных 10% фазы опоры. Ее роль заключается в контроле сгибания колена во время его быстрого сгибания. Она перестает быть активной после первой части фазы опоры, затем активность отсутствует до последних 20% фазы переноса ноги. В этот момент ее движение становится концентрическим, чтобы разгибать колено для подготовки к удару пяткой.
• Мышцы средней части задней поверхности бедра становятся активными в начале фазы опоры (18-28% фазы опоры), они также активны на протяжении большей части фазы переноса ноги (40-58% начальной фазы переноса ноги, затем последние 20% указанной фазы). В конце переноса ноги мышцы задней поверхности бедра работают эксцентрично, контролируя разгибание колена и возвращая бедро в исходное положение.
• Мышечная активность икроножной мышцы начинается сразу после переноса массы тела при ударе пяткой, эта мышца остается активной до 15% цикла походки (именно с этого момента начинается ее активность при ходьбе). Затем она вновь начинает свою активность в последние 15% фазы переноса ноги.
• Передняя большеберцовая мышца активна как в фазе опоры, так и в фазе переноса ноги при беге. Она активна примерно 73% цикла (по сравнению с 54% при ходьбе). Фаза переноса ноги при беге составляет 62% от общего цикла походки, по сравнению с 40% при ходьбе, поэтому при беге передняя большеберцовая мышца значительно более активна. Ее активность, в основном, концентрическая или изометрическая, что позволяет стопе отрываться от опорной поверхности во время фазы переноса ноги в цикле походки при беге.

Стратегия упругой опоры

Джоанн Элфинстоун (Joanne Elphinstone  (2013)[4] описывает ее как механизм передачи усилия от нижней зоны контроля к верхней и обратно.

У бегунов задействуется диагональный механизм эластичной поддержки. Он реализуется за счет постоянного диагонального растяжения и расслабления, которое обеспечивается встречным вращением тела. Сила попеременно направляется вверх и вниз по этим силовым путям на непрерывной основе. Схема распределения силы предотвращает ее концентрацию в одной области, но обеспечивает широкое распределение силы по всему телу.

Элфинстоун (Elphinstone )[4] утверждает, что для эффективного распределения силы очень важно иметь хорошо функционирующую сердцевину мышечных волокон.

Вращение в кинетической цепи

Кинетическая цепь может быть описана как серия движений суставов, которые составляют более крупное движение. В беге, в основном, используются движения в саггитальной плоскости, когда руки и ноги движутся вперед. Однако есть и вращательный компонент: суставы ног фиксируются, чтобы поддерживать вес тела на каждой стороне.

Существует также элемент противовращения таза, когда грудная клетка движется вперед на противоположной стороне. Это вращение происходит в позвоночнике, и его часто называют позвоночным двигателем. Оно также связано с экономикой бега[4]. Это противовращение позволяет рассеивать силы позвоночника при ударе стопы о землю.

Бегуны могут жаловаться на чувство стеснения в мышцах задней поверхности бедра или плечах, однако при обследовании может выясниться, что на самом деле причиной проблемы является ограничение вращения таза.