Ходьба - это сложное, локомоторное, симметричное, цикличное движение, связанное с отталкиванием тела от опорной поверхности и перемещением его в пространстве. При ходьбе тело никогда не теряет связи с опорной поверхностью. Опора происходит то на одну ногу (одноопорный период), то на обе ноги (двуопорный период). Циклом движений при ходьбе является двойной шаг, который состоит из двух одиночных шагов - одного, произведенного одной ногой, и другого, произведенного другой ногой.

Каждый одиночный шаг, в свою очередь, состоит из двух простых шагов - заднего и переднего. Задний шаг - это та часть одиночного шага, при которой нога находится сзади фронтальной плоскости, проходящей через туловище, а передний шаг - это та часть, при которой нога находится впереди фронтальной плоскости. Границей между задним и передним шагом является момент вертикали.

Если из положения "стойка ноги имеете" вынести вперед левую ногу, будет сделан простой передний шаг, при этом левая нога будет находиться спереди туловища, а правая сзади (двухопорный период). Если затем правую ногу поставить впереди левой, будет сделан одиночный шаг, в котором можно выделить двухопорный период, задний шаг, период вертикали и передний шаг. Два таких одиночных шага(один, сделанный левой другой - правой ногой) и составляют двойной шаг. Таким образом, двойной шаг состоит из двух одиночных или четырех простых шагов. Но поскольку во время ходьбы происходит "наложение" одного шага на другой (заднего на передний), то по пройденному расстоянию двойной шаг состоит из трех простых шагов.

Двойной шаг - сложное движение, поэтому для удобства анализа его целесообразно разделить на отдельные фазы, - менее сложные движения. Двойной шаг состоит из шести фаз, три из них относятся к опорной ноге, три - к свободной:

* (Хотя момент вертикали очень кратковременный, по важности и особенности работы двигательного аппарата его относят условно к фазам. )

Эти шесть фаз двойного шага относятся к одной какой-либо ноге, так как каждая нога в цикле движений при ходьбе (двойном шаге) бывает то опорной, то свободной, повторяя последовательно аналогичные движения (рис. 73).

Ходьба, как и любое другое движение, происходит в результате взаимодействия внешних и внутренних сил. Взаимодействие силы тяжести и силы реакции опоры различно в этом движении в зависимости от его фаз. Сила тяжести действует на протяжении всего цикла движения, а сила реакции опоры - лишь в фазе опорной ноги. В первой фазе - фазе переднего шага опорной ноги, когда тело соприкасается пяткой с опорной поверхностью, - действие силы тяжести направлено вниз-вперед, а силы реакции опоры - вверх-назад. Силу реакции опоры можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие.

Вертикальная составляющая направлена вверх и противодействует силе тяжести. Если эта составляющая больше силы тяжести, то тело испытывает толчок, направленный вверх, если меньше, то тело, а следовательно и о.ц.т. тела, опускается. Уменьшение толчков, плавность движений при ходьбе достигается использованием амортизационных свойств нижней конечности (приземление на несколько согнутую ногу), мышц-антагонистов и силы инерции.

Горизонтальная составляющая силы реакции опоры в первой фазе опорной ноги направлена назад и несколько уменьшает скорость движения тела. В фазе заднего шага опорной ноги она направлена вперед и способствует увеличению скорости движения, достигая максимума при толчке. Сила реакции опоры передается на о, ц. т. тела, который испытывает колебания в трех плоскостях: вверх-вниз, в стороны и вперед. Наиболее высокое положение о.ц.т. тела занимает в момент вертикали опорной ноги, наиболее низкое - в период двойной опоры. Вертикальные колебания о.ц.т. тела при ходьбе могут достигать 4-6 см, причем чем больше выпрямлена опорная нога, тем колебания о.ц.т. тела больше.

Поскольку стопы при ходьбе несколько развернуты кнаружи, сила реакции опоры направлена не строго в передне-заднем направлении и о. ц. т. тела с переносом тяжести тела на опорную ногу перемещается то вправо, то влево. При выносе ноги вперед (в 1-ю фазу опорной ноги) о. ц. т. тела несколько смещается вперед. Скорость движения о. ц. т. тела при ходьбе неодинакова: в фазе переднего шага опорной ноги она несколько уменьшается, а в фазе заднего шага увеличивается.

Площадь опоры при ходьбе изменяется. В период одиночной опоры она наименьшая и соответствует площади одной стопы, в двухопорный период - наибольшая и представлена площадью опорных поверхностей стоп и площадью пространства между ними.

Опорная поверхность при ходьбе должна обладать определенной плотностью и шероховатостью. Так, ходьба по рыхлому снегу затруднена из-за невысокой плотности, а ходьба по льду - из-за незначительного трения. Тело при ходьбе находится в состоянии неустойчивого равновесия. Степень устойчивости в зависимости от величины площади опоры и высоты расположения о. ц. т. тела различна. В период одинарной опоры она невелика (площадь опоры меньше, и о. ц. т. тела расположен выше), в период двойной опоры значительно больше (о. ц. т. тела ниже, и площадь опоры больше).

Различия в направлении, величине и взаимодействии внешних сил в отдельные фазы ходьбы обусловливают и неодинаковое функционирование опорно-двигательного аппарата. Следует заметить, что при ходьбе в работе участвуют почти все мышцы тела человека, но больше других - мышцы нижних конечностей. Для установления особенностей работы двигательного аппарата при ходьбе проводят анализ одного цикла. Вначале рассматривается работа органов движения: нижних конечностей, затем туловища и, наконец, верхних конечностей.

Работа мышц опорной ноги. Во всех фазах опорного периода нижняя конечность выполняет функции амортизатора, опоры всего тела и обеспечивает отталкивание. Соответственно последовательность включения мышц и их напряжение будут различными в отдельные фазы этого периода. В первую фазу, когда необходимо обеспечить амортизацию и фиксацию звеньев нижней конечности, наиболее напряженными оказываются мышцы передней поверхности голени (разгибатели стопы и пальцев), которые выполняют уступающую работу, способствуя плавному опусканию стопы, и малоберцовые мышцы, которые вместе с передней большеберцовой мышцей увеличивают поперечный свод стопы. Несколько согнутое положение ноги в коленном суставе удерживается сокращением мышц задней поверхности бедра, а в тазобедренном суставе - мышц передней поверхности бедра (четыреглавой мышцы бедра, портняжной и других мышц, осуществляющих сгибание бедра). Однако напряжение последних невелико. К концу первой фазы усиливается напряжение задней группы мышц голени, мышц передней поверхности бедра и мышц, окружающих тазобедренный сустав (рис. 74).

В момент вертикали особенность работы мышц состоит в том, что кроме мышц, фиксирующих голено-стопный, коленный и тазобедренный суставы, напрягаются мышцы, отводящие бедро, которые, работая при дистальной опоре, препятствуют наклону таза в сторону свободной ноги (вокруг передне-задней оси). В фазе заднего шага опорной ноги в наибольшей мере напрягаются мышцы- сгибатели стопы (мышцы задней поверхности голени), разгибатели голени (в основном бедренные головки четырехглавой мышцы бедра) и разгибатели бедра (главным образом большая ягодичная мышца).

Работа мышц свободной ноги. После толчка свободная нога переносится вперед в согнутом положении для уменьшения момента инерции. Поэтому в четвертой фазе - заднем шаге свободной ноги - сокращаются мышцы-сгибатели в коленном суставе (в основном мышцы задней поверхности бедра). В пятой фазе - момент вертикали свободной ноги - происходит сокращение мышц-разгибателей стопы, уменьшающих возможность соприкосновения ее с опорной поверхностью, и сгибателей бедра, способствующих переносу ноги вперед. В шестой фазе к указанным мышцам присоединяется четырехглавая мышца бедра. Ее специфическая так называемая "баллистическая" работа - быстрое сокращение мышцы, сменяющееся столь же быстрым их расслаблением, - обусловливает движение голени вперед по инерции.

Работа мышц туловища. Во время ходьбы движения туловища происходят вокруг трех осей вращения - поперечной, передне-задней и вертикальной. Этим объясняется своеобразие в напряжении отдельных групп мышц. В первой фазе опорной ноги (передний шаг) туловище под влиянием действующих сил несколько наклоняется вперед. Для удержания его напрягаются мышцы задней поверхности туловища (разгибатели). В фазе заднего шага опорной ноги для предотвращения падения тела назад напрягаются мышцы передней поверхности туловища (сгибатели), преимущественно мышцы живота. Они напряжены и в первой фазе свободной ноги. Сокращаясь при верхней опоре, они фиксируют таз и создают опору для выноса вперед маховой ноги.

В момент вертикали опорной ноги происходят наклоны туловища в сторону. При этом мышцы туловища, сокращаясь, закрепляют его к нижней конечности, а напряжение мышцы, выпрямляющей позвоночник, на противоположной стороне (на стороне свободной ноги) препятствует опусканию таза и уменьшает наклон туловища в сторону опорной ноги.

В наибольшей мере выражены повороты туловища - скручивание. При выносе вперед свободной ноги (передний шаг) туловище вместе с тазом поворачивается вокруг вертикальной оси в сторону опорной ноги. При этом напрягаются внутренняя косая мышца живота с той стороны, в которую поворачивается туловище, а также наружная косая мышца живота, поперечно-остистая (особенно подвздошно-реберная), подвздошно-поясничная и другие - с противоположной стороны.

Голова при ходьбе держится прямо. Этому способствуют мышцы, расположенные в верхнем отделе задней поверхности туловища (трапециевидная, пластырная и др.).

Работа мышц верхних конечностей. Большое значение при ходьбе имеет согласованное движение верхних и нижних конечностей, так называемая "перекрестная координация", при которой вынос вперед правой ноги сочетается с выносом вперед левой руки, и наоборот. Перекрестная координация уменьшает вращательные движения туловища. Движения рук при обычной ходьбе не требуют больших усилий. Движение руки вперед происходит благодаря напряжению мышц, расположенных спереди плечевого сустава (большой грудной, передней части дельтовидной мышцы и клювовидно-плечевой), движение назад обусловлено мышцами, находящимися на задней поверхности плечевого сустава, - задней частью дельтовидной мышцы, широчайшей мышцей спины и длинной головкой трехглавой мышцы плеча. Для этих движений может быть достаточно поочередного сокращения передней и задней частей дельтовидной мышцы. Небольшие сгибания и разгибания в локтевом суставе происходят при сокращении двуглавой мышцы плеча и плечевой мышцы (движение вперед), а также трехглавой мышцы плеча (движение назад).

Работа мышц верхних и нижних конечностей при ходьбе носит преимущественно динамический характер, наибольшая нагрузка падает на мощные мышечные группы. Чередование фаз напряжения и расслабления мышц длительное время не вызывает утомления.

Ходьба - прекрасное средство для развития двигательного аппарата, поскольку частоту и длину шагов, а также темп ходьбы легко регулировать. Она оказывает влияние почти на все мышцы человека и на все системы органов.

Динамическая характеристика ходьбы оценивается путем исследования опорных реакций, которые отражают взаимодействие сил, принимающих участие в построении локомоторного акта: мышечных, гравитационных и инерционных. Вектор опорной реакции в проекции на основные плоскости разлагается на три составляющие: вертикальную, продольную и поперечную. Эти составляющие позволяют судить об усилиях, связанных с вертикальным, продольным и поперечным перемещением общего центра масс.

Сила реакции опоры включает в себя вертикальную составляющую, действующую в направлении вверх-вниз, продольную составляющую, направленную вперед-назад по оси Y, и поперечную составляющую, направленную медиально-латерально по оси X. Это производная от силы мышц, силы гравитации и силы инерции тела.

Рисунок 5. Вертикальная составляющая опорной реакции

Вертикальная составляющая вектора опорной реакции (рис 5). График вертикальной составляющей опорной реакции при ходьбе в норме имеет вид плавной симметричной двугорбой кривой. Первый максимум кривой соответствует интервалу времени, когда в результате переноса тяжести тела на опорную ногу происходит передний толчок, второй максимум (задний толчок) отражает активное отталкивание ноги от опорной поверхности и вызывает продвижение тела вверх, вперед и в сторону опорной конечности. Оба максимума расположены выше уровня веса тела и составляют соответственно при медленном темпе примерно 100% от веса тела, при произвольном темпе 120%, при быстром - 150% и 140%.

Минимум опорной реакции расположен симметрично между ними ниже линии веса тела. Возникновение минимума обусловлено задним толчком другой ноги и последующим ее переносом; при этом появляется сила, направленная вверх, которая вычитается из веса тела. Минимум опорной реакции при разных темпах составляет от веса тела соответственно: при медленном темпе – примерно 100%, при произвольном темпе 70%, при быстром - 40%.

Таким образом, общая тенденция при увеличении темпа ходьбы состоит в росте значений переднего и заднего толчков и снижении минимума вертикальной составляющей опорной реакции.

Реакция опоры - эти силы приложенные к стопе. Вступая в контакт с поверхностью опоры, стопа испытывает давление со стороны опоры, равное и противоположное тому, которое стопа оказывает на опору. Это и есть реакция опоры стопы. Эти силы неравномерно распределяются по контактной поверхности. Как и все сила такого рода их можно изобразить в виде результирующего вектора, который имеет величину и точку приложения.

Рисунок 6. Точка приложения вектора реакции опоры

Точка приложения вектора реакции опоры на стопу иначе называется центром давления. Это важно, для того чтобы знать, где находится точка приложения сил, действующих на тело со стороны опоры. При исследовании на силовой платформе эта точка называется точкой приложения силы реакции опоры. Траектория силы реакции опоры в процессе ходьбы изображается в виде графика: «зависимость величины силы реакции опоры от времени опорного периода». График представляет собой перемещение вектора реакции опоры под стопой. Нормальный паттерн, траектория перемещения реакции опоры при нормальной ходьбе представляет собой перемещение от наружного отдела пяти вдоль наружного края стопы в медиальном направлении к точке между 1 и 2 пальцем стопы.

Траектория перемещения вариабельна и зависит от темпа и типа ходьбы, от рельефа поверхности опоры, от типа обуви, а именно от высоты каблука и от жесткости подошвы. Паттерн реакции опоры во многом определяется функциональным состоянием мышц нижней конечности и инервационной структурой ходьбы.

Важную информацию о распределении давления на различные участки стопы получают при помощи тензометрических измерений. Тензодатчики – датчики давления располагают в специальной стельке для обуви. Этот метод исследования позволяет изучить не результирующую силу реакции опоры, как при динамометрическом методе, а распределение

давления под разными отделами стопы.

Особенности биомеханики стопы при ходьбе. При ходьбе стопа выполняет четыре основные функции: адаптация к неровностям поверхности, поглощение энергии удара при приземлении, функцию жесткого рычага для передачи вращательного момента вышележащим сегментам, перераспределение и смягчение ротационных усилий вышележащих сегментов.

Рисунок 7. Фазы опорной реакции

Биомеханика стопы и функции стопы в различные фазы шага – различны. Если в фазу амортизации основная задача стопы – смягчение удара при контакте с поверхностью, то в период опоры на всю стопу – задача стопы – перераспределение энергии для эффективного выполнения следующей фазы – отталкивания от опоры. Эта фаза ставит перед стопой задачу передачи лежащим выше сегментам силы реакции опоры. Смягчение инерционной нагрузки при ходьбе и беге осуществляется сложным комплексом суставно-связочного аппарата, соединяющего 26 основных костей стопы, в котором выделяют 3 продольных и поперечный свод. Рассмотрим строение только одного из них – среднего продольного свода. Пяточная, таранная и кости плюсны и предплюсны образуют своеобразную арку - рессору, способную уплощаться и расправляться. Нагрузка – вес тела - распределяется равномерно на передний и задний отдел стопы. Передний и задний отделы стопы соединены в единую кинематическую цепь мощным эластичным сухожилием – подошвенным апоневрозом, который подобно пружине возвращает распластанный под нагрузкой свод стопы.

Рассмотрим точки приложения реакции опоры к стопе в процессе фазы опоры. Стопа приземляется на наружный отдел пятки. Затем на протяжении фазы приземления центр силы реакции опоры смещается к центру стопы в фазе опоры на всю стопу и на ее передний внутренний отдел в фазу отталкивания. Биомеханический смысл такой траектории перемещения точки приложения силы реакции опоры заключается в том, что при этом в различные фазы опоры создаются вращающие моменты, которые вызывают следующие движения в суставах стопы: супинация стопы – варус пятки и переднего отделов (рисунок 7-1); пронация стопы – вальгус переднего отдела и пятки, распластывание стопы (рисунок 7-2); вновь пронация стопы, при которой суставы стопы замыкаются и стопа приобретает жесткость, необходимую для передачи энергии верхним сегментам (рисунок 7-3). При опоре на всю стопу суставы размыкаются, стопа легко адаптируется к поверхности опоры. В этот период сухожилие стопы запасает энергию в виде энергии упругих связей, которую затем возвращает в период отталкивания.

Пронация стопы – результат внутренней ротации бедра в первую половину опоры ноги. При опоре на пятку колено подгибается, бедро ротируется внутрь, это ускоряет перекат через пятку и перенос веса тела на всю стопу. Затем стопа неизбежно распластывается, и энергия движения переходит в энергию упругих связей стопы.

Таким образом, во время ходьбы мы можем наблюдать два паттерна движений в суставах стопы: супинация и пронация (рис 8). При супинации стопа вращается внутрь за счетподтаранного сустава, пятка находится в положении варуса, свод высокий. Суставы стопы находятся в положении замыкания, что обеспечивает необходимую жесткость стопы при приземлении и отталкивании. При пронации стопы мы видим обратный паттерн: продольный свод опускается, пятка в подтаранном суставе принимает положение вальгуса, суставы размыкаются, стопа легко адаптируется к опоре. Отметим, что продольный свод стопы активно удерживает передняя большеберцовая мышца, дополнительно смягчает инерцию приземления и возвращает жесткость стопы при отталкивании. В момент пронации стопа создает вращательный момент голени – момент наружной ротации.


Рисунок 8. Супинация и пронация стопы

Движение – пронация стопы – это вращение в подтаранном суставе (рис 9). Ось этого сустава расположена косо, таким образом, что пронация стопы приводит к ротации голени. Это важно для рассмотрения вопроса – особенности биомеханики коленного сустава при ходьбе.Ось подтаранного сустава расположена косо в направлении спереди назад, изнутри к наружи. Она явно не совпадает с направлением оси голеностопного и коленного суставов. Однако именно такое ее положение (явно несоосное с другими суставами) определяет эффективность ходьбы.

Рисунок 9. Движение в подтаранном суставе

По мере переката через пятку нагрузка перемещается более на медиальный отдел пятки. Затем, нагрузка перемещается последовательно на 5, 4, 3 и затем вторую плюсневую кость. Это характерно для фазы опоры на всю стопу. И в фазе отталкивания, в фазе опоры на передний отдел, нагрузка перемещается на первую плюсневую кость и большой палец ноги. Подгибание первого пальца и отталкивание от опоры завершает опорную фазу шага. Стопа отрывается от опоры. Как мы уже говорили, результирующая, полученная при сложении всех сил, которые формируются при приземлении, опоре и отталкивании, выглядит в виде двугорбой кривой. Здесь следует отметить, что силы, определяющие реакцию опоры, имеют различное направление. Если при приземлении, силы гравитации и инерции направлены вниз, то при отталкивании сила активного сокращения мышц и инерции тела – вверх. При приземлении ноги мышцы работают в уступающем режиме и гасят энергию удара. Для реализации этого механизма необходима трансформация поступательного движения во вращательное.

Другие определения

Существуют и другие определения, характеризующие эту локомоцию:

Виды ходьбы

как естественной локомоции : как спортивной и оздоровительной локомоции: как военно-прикладной локомоции
  1. Ходьба нормальная
  2. Патологическая ходьба:
  • при нарушении подвижности в суставах
  • при утрате или нарушении функции мышц
  • при нарушении масс-инерционных характеристик нижней конечности
(Например, ходьба на протезе голени, бедра)
  • Ходьба с дополнительной опорой на трость (на две трости)
  • Ходьба на лыжах
  • Ходьба оздоровительная
  • Ходьба нордическая (Скандинавская ходьба) (eng.) (с опорой на палки)
 Маршировка (eng.) (организованная ходьба, упражнение в мерном хождении правильными построенными рядами)

Не следует путать виды ходьбы с видами походки . Ходьба - двигательный акт, разновидность двигательной активности. Походка - особенность ходьбы человека, «манера ходить».

Задачи ходьбы

Задачи ходьбы как важной локомоторной функции:

  • Безопасное линейное поступательное перемещение тела вперёд (главная задача).
  • Удержание вертикального баланса, предотвращение падения при движении.
  • Сохранение энергии, использование минимального количества энергии за счёт её перераспределения в течение цикла шага.
  • Обеспечение плавности передвижения (резкие движения могут являться причиной повреждения).
  • Адаптация походки для устранения болезненных движений и усилий.
  • Сохранение походки при внешних возмущающих воздействиях или при изменении плана движений (Стабильность ходьбы).
  • Устойчивость к возможным иннервационым и биомеханическим нарушениям.
  • Оптимизация передвижения, прежде всего, повышение эффективности безопасного перемещения центра тяжести с наименьшим расходом энергии.

Параметры ходьбы

Общие параметры ходьбы

Наиболее общими параметрами, характеризующими ходьбу, являются линия перемещения центра масс тела, длина шага, длина двойного шага, угол разворота стопы, база опоры, скорость перемещения и ритмичность.

  • База опоры - это расстояние между двумя параллельными линиями, проведёнными через центры опоры пяток параллельно линии перемещения .
  • Короткий шаг - это расстояние между точкой опоры пятки одной ноги и центром опоры пятки контралатеральной ноги.
  • Разворот стопы - это угол, образованный линией перемещения и линией, проходящей через середину стопы: через центр опоры пятки и точку между 1 и 2 пальцем.
  • Ритмичность ходьбы - отношение длительности переносной фазы одной ноги к длительности переносной фазы другой ноги.
  • Скорость ходьбы - число больших шагов в единицу времени. Измеряется в единицах: шаг в минуту или км. в час. Для взрослого - 113 шагов в минуту.

Биомеханика ходьбы

Ходьбу при различных заболеваниях изучает раздел медицины - клиническая биомеханика ; ходьбу как средство достижения спортивного результата или повышения уровня физической подготовленности изучает раздел физической культуры - спортивная биомеханика . Ходьбу изучают многие другие науки: компьютерная биомеханика , театральное и балетное искусство, военное дело . Основой для изучения всех биомеханических наук является биомеханика ходьбы здорового человека в естественных условиях. Ходьбу рассматривают с позиции единства биомеханических и нейрофизиологических процессов, которые определяют функционирование локомоторной системы человека .

Биомеханическая структура ходьбы = + + +

Временная структура ходьбы, обычно основана на анализе результатов подографии. Подография позволяет регистрировать моменты контакта различных отделов стопы с опорой. На этом основании определяют временные фазы шага.

Кинематику ходьбы изучают с использованием контактных и бесконтактных датчиков измерения углов в суставах (гониометрия), а также с применением гироскопов - приборов, позволяющих определить угол наклона сегмента тела относительно линии гравитации. Важным методом в исследовании кинематики ходьбы является методика циклографии - метод регистрации координат светящихся точек, расположенных на сегментах тела.

Динамические характеристики ходьбы изучают с применением динамографической (силовой) платформы. При опоре силовую платформу регистрируют вертикальную реакцию опоры, а также горизонтальные её составляющие. Для регистрации давления отдельных участков стопы применяют датчики давления или тензодатчики , вмонтированные в подошву обуви.

Физиологические параметры ходьбы регистрируют при помощи методики электромиографии - регистрации биопотенциалов мышц. Электромиография, сопоставленная с данными методик оценки временной характеристики, кинематики и динамики ходьбы, является основой биомеханического и иннервационного анализа ходьбы.

Временна́я структура ходьбы

Простая двухконтактная подограмма

Основной метод исследования временно́й структуры - метод подографии. Например исследование ходьбы с применением самой простой, двухконтактной электроподографии заключается в использовании контактов в подошве специальной обуви, которые замыкаются при опоре на биомеханическую дорожку. На рисунке изображена ходьба в специальной обуви с двумя контактами в области пятки и переднего отдела стопы . Период замыкания контакта регистрируется и анализируется прибором: замыкание заднего контакта - опора на пятку, замыкание заднего и переднего - опора на всю стопу, замыкание переднего контакта - опора на передний отдел стопы. На этом основании строят график длительности каждого контакта для каждой ноги.

Временная структура шага

Основные методы исследования: циклография, гониометрия и оценка движения сегмента тела при помощи гироскопа .

Метод циклографии позволяет регистрировать изменение координат светящихся точек тела в системе координат.

Гониометрия - изменение угла ноги прямым методом с применением угловых датчиков и неконтактным по данным анализа циклограммы.

Кроме того, применяют специальные датчики гироскопы и акселерометры . Гироскоп позволяет регистрировать угол поворота сегмента тела, к которому он прикреплен, вокруг одной из осей вращения, условно названной осью отсчета. Обычно гироскопы применяют для оценки движения тазового и плечевого пояса, при этом последовательно регистрируют направление движения в трех анатомических плоскостях - фронтальной, сагиттальной и горизонтальной.

Оценка результатов позволяет определить в любой момент шага угол поворота таза и плечевого пояса в сторону, вперед или назад, а также поворот вокруг продольной оси. В специальных исследованиях применяют акселерометры для измерения в данном случае тангенциального ускорения голени.

Для исследования ходьбы используют специальную биомеханическую дорожку, покрытую электропроводным слоем.

Важную информацию получают при проведении традиционного в биомеханике циклографического исследования, которое, как известно, основано на регистрации методом видео- кинофотосъёмки координат светящихся маркеров, расположенных на теле испытуемого.

Динамика ходьбы

Динамика ходьбы не может быть изучена методом прямого измерения силы , которая продуцируется работающими мышцами. До настоящего времени отсутствуют доступные для широкого использования методики измерения момента силы живой мышцы, сухожилия или сустава. Хотя следует отметить, что прямой метод, метод имплантации датчиков силы и давления непосредственно в мышцу или сухожилие применяется в специальных лабораториях. Прямой метод исследования вращающего момента осуществляется также при использовании датчиков в протезах нижних конечностей и в эндопротезах суставов.

Представление о силах, воздействующих на человека при ходьбе, может быть получено или в определении усилия в центре масс всего тела, или путём регистрации опорных реакций.

Практически, силы мышечной тяги при циклическом движении можно оценить, только, решая задачу обратной динамики. То есть зная скорость и ускорение движущегося сегмента, а также его массу и центр масс , мы можем определить силу , которая вызывает это движение, следуя второму закону Ньютона (сила прямо пропорциональна массе тела и ускорению).

Реальные силы при ходьбе, которые можно измерить - это силы реакции опоры. Сопоставление силы реакции опоры и кинематики шага позволяют оценить величину вращающего момента сустава. Расчет вращающего момента мышцы может быть произведён исходя из сопоставления кинематических параметров, точки приложения реакции опоры и биоэлектрической активности мышцы.

Сила реакции опоры

Сила реакции опоры - сила, действующая на тело со стороны опоры. Эта сила равна и противоположна той силе, которую оказывает тело на опору.

Вертикальная составляющая силы реакции опоры

Вертикальная составляющая вектора опорной реакции.

График вертикальной составляющей опорной реакции при ходьбе в норме имеет вид плавной симметричной двугорбой кривой. Первый максимум кривой соответствует интервалу времени, когда в результате переноса тяжести тела на опорную ногу происходит передний толчок, второй максимум (задний толчок) отражает активное отталкивание ноги от опорной поверхности и вызывает продвижение тела вверх, вперёд и в сторону опорной конечности. Оба максимума расположены выше уровня веса тела и составляют соответственно при медленном темпе примерно 100 % от веса тела , при произвольном темпе 120 %, при быстром - 150 % и 140 %.

Минимум опорной реакции расположен симметрично между ними ниже линии веса тела. Возникновение минимума обусловлено задним толчком другой ноги и последующим ее переносом; при этом появляется сила, направленная вверх, которая вычитается из веса тела. Минимум опорной реакции при разных темпах составляет от веса тела соответственно: при медленном темпе - примерно 100 %, при произвольном темпе 70 %, при быстром - 40 %.

Таким образом, общая тенденция при увеличении темпа ходьбы состоит в росте значений переднего и заднего толчков и снижении минимума вертикальной составляющей опорной реакции.

Продольная составляющая силы реакции опоры

Продольная составляющая вектора опорной реакции это, по сути, срезывающая сила равная силе трения, которая удерживает стопу от переднезаднего скольжения. На рисунке изображён график зависимости продольной опорной реакции в зависимости от длительности цикла шага при быстром темпе ходьбы (оранжевая кривая), при среднем темпе (пурпурная) и медленном темпе (синяя).

Точка приложения силы реакции опоры

Реакция опоры - эти силы приложенные к стопе. Вступая в контакт с поверхностью опоры, стопа испытывает давление со стороны опоры, равное и противоположное тому, которое стопа оказывает на опору. Это и есть реакция опоры стопы. Эти силы неравномерно распределяются по контактной поверхности. Как и все сила такого рода их можно изобразить в виде результирующего вектора, который имеет величину и точку приложения.

Точка приложения вектора реакции опоры на стопу иначе называется центром давления. Это важно, для того чтобы знать, где находится точка приложения сил, действующих на тело со стороны опоры. При исследовании на силовой платформе эта точка называется точкой приложения силы реакции опоры.

Траектория приложения силы реакции опоры

Работа мышц-разгибателей является основным силовым источником для перемещения общего центра масс. Активность мышц разгибателей обусловлена также необходимостью притормаживания движения сегментов в фазу переноса. Сокращение мышц сгибателей направлено на коррекцию положения или движения конечности в переносную фазу. При обычных условиях ходьбы корригирующая функция мышц минимальна. Прямая мышца в составе четырёхглавой бедра обеспечивает амортизацию переднего толчка и последующее разгибание в коленном суставе в фазу опоры. Большая ягодичная мышца обеспечивает разгибание бедра в фазу опоры. Икроножная мышца - отталкивание от опорной поверхности и вертикальное перемещение общего центра масс. Подколенные сгибатели - регуляция скорости движения в коленном суставе. Передняя большеберцовая - коррекцию положения стопы.

Чередование различных режимов деятельности мышц заключает в себе определённый биомеханический смысл: во время уступающей работы увеличивается напряжение мышцы и её рефлекторная активация, кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию упругой деформации мышц. При этом эффективность уступающей (отрицательной) работы мышц превышает в 2-9 раз эффективность их преодолевающей (положительной) работы.

Во время преодолевающего режима мышца производит механическую работу , при этом потенциальная энергия упругой деформации мышц превращается в кинетическую энергию всего тела или его отдельных частей. На первый взгляд, преодолевающий режим работы мышц обусловливает возникновение и ускорение движений, а уступающий режим - их замедление или прекращение. На самом деле уступающий режим деятельности мышц имеет более глубокое содержание. «Когда тело человека при ходьбе уже приобрело известную скорость , торможение движений отдельного звена приводит к перераспределению кинетического момента и, следовательно, к ускорению движений смежного звена. Благодаря многозвенной структуре двигательного аппарата такой опосредованный способ управления движениями нередко оказывается энергетически более выгодным, чем прямой, ибо позволяет лучше утилизировать ранее накопленную кинетическую энергию » .

Основные биомеханические фазы

Анализ кинематики, опорных реакций и работы мышц различных частей тела убедительно показывает, что в течение цикла ходьбы происходит закономерная смена биомеханических событий. «Ходьба здоровых людей, несмотря на ряд индивидуальных особенностей, имеет типичную и устойчивую биомеханическую и иннервационную структуру, то есть определённую пространственно-временную характеристику движений и работы мышц» .

Полный цикл ходьбы - период двойного шага - слагается для каждой ноги из фазы опоры и фазы переноса конечности.

При ходьбе человек последовательно опирается то на одну, то на другую ногу. Эта нога называется опорной. Контралатеральная нога в этот момент выносится вперед (Это - переносная нога). Период переноса ноги называется «фаза переноса». Полный цикл ходьбы - период двойного шага - слагается для каждой ноги из фазы опоры и фазы переноса конечности. В опорный период активное мышечное усилие конечностей создаёт динамические толчки, сообщающие центру тяжести тела ускорение , необходимое для поступательного движения. При ходьбе в среднем темпе фаза опоры длится примерно 60 % от цикла двойного шага, фаза переноса примерно 40 %.

Началом двойного шага принято считать момент контакта пятки с опорой. В норме приземление пятки осуществляется на её наружный отдел. С этого момента эта (правая) нога считается опорной. Иначе эту фазу ходьбы называют передний толчок - результат взаимодействия силы тяжести движущегося человека с опорой. На плоскости опоры при этом возникает опорная реакция, вертикальная составляющая которой превышает массу тела человека. Тазобедренный сустав находится в положении сгибания, нога выпрямлена в коленном суставе, стопа в положении лёгкого тыльного сгибания. Следующая фаза ходьбы - опора на всю стопу. Вес тела распределяется на передний и задний отдел опорной стопы. Другая, в данном случае - левая нога, сохраняет контакт с опорой. Тазобедренный сустав сохраняет положение сгибания, колено подгибается, смягчая силу инерции тела, стопа принимает среднее положение между тыльным и подошвенным сгибанием. Затем голень наклоняется вперёд, колено полностью разгибается, центр масс тела продвигается вперед. В этот период шага перемещение центра масс тела происходит без активного участия мышц, за счёт силы инерции . Опора на передний отдел стопы. Примерно через 65 % времени двойного шага, в конце интервала опоры, происходит отталкивание тела вперёд и вверх за счёт активного подошвенного сгибания стопы - реализуется задний толчок. Центр масс перемещается вперёд в результате активного сокращения мышц.

Следующая стадия - фаза переноса характеризуется отрывом ноги и перемещением центра масс под влиянием силы инерции. В середине этой фазы, все крупные суставы ноги находятся в положении максимального сгибания. Цикл ходьбы завершается моментом контакта пятки с опорой.

В циклической последовательности ходьбы выделяют моменты, когда с опорой соприкасаются только одна нога («одноопорный период») и обе ноги, когда вынесенная вперед конечность уже коснулась опоры, а расположенная сзади ещё не оторвалась («двуопорная фаза»). С увеличением темпа ходьбы «двуопорные периоды» укорачиваются и совсем исчезают при переходе в бег . Таким образом, по кинематическим параметрам, ходьба от бега отличается наличием двуопорной фазы.

Эффективность ходьбы

Основной механизм, определяющий эффективность ходьбы - это перемещение общего центра масс.

Перемещение ОЦМ, Трансформация кинетической (T k) и потенциальной (E p) энергии

Перемещение общего центра масс (ОЦМ) представляет собой типичный синусоидальный процесс с частотой соответствующей двойному шагу в медиолатеральном направлении, и с удвоенной частотой в передне-заднем и вертикальном направлении. Перемещение центра масс определяют традиционным циклографическим методом, обозначив общий центр масс на теле испытуемого светящимися точками.

Однако можно поступить проще, математическим способом, зная вертикальную составляющую силы реакции опоры. Из законов динамики ускорение вертикального перемещения равно отношению силы реакции опоры к массе тела, скорость вертикального перемещения равна отношению произведению ускорения на интервал времени, а само перемещение произведению скорости на время. Зная эти параметры, можно легко рассчитать кинетическую и потенциальную энергию каждой фазы шага. Кривые потенциальной и кинетической энергии представляют собой как бы зеркальное отражение друг друга и имеют фазовый сдвиг примерно в 180°.

Известно, что маятник имеет максимум потенциальной энергии в высшей точке и превращает её в кинетическую, отклоняясь вниз. При этом некоторая часть энергии расходуется на трение . Во время ходьбы, уже в самом начале периода опоры, как только ОЦМ начинает подниматься, кинетическая энергия нашего движения превращается в потенциальную, и наоборот, переходит в кинетическую, когда ОЦМ опускается. Таким образом, сохраняется около 65 % энергии. Мышцы должны постоянно компенсировать потерю энергии, которая составляет около тридцати пяти процентов . Мышцы включаются для перемещения центра масс из нижнего положения в верхнее, восполняя утраченную энергию.

Эффективность ходьбы связана с минимизацией вертикального перемещения общего центра масс. Однако увеличение энергетики ходьбы неразрывно связано с увеличением амплитуды вертикальных перемещений, то есть при увеличении скорости ходьбы и длины шага неизбежно увеличивается вертикальная составляющая перемещения центра масс.

На протяжении опорной фазы шага наблюдается постоянные компенсирующие движения, которые минимизируют вертикальные перемещения и обеспечивают плавность ходьбы.

К таким движениям относят:

  • поворот таза относительно опорной ноги,
  • наклон таза в сторону неопорной конечности,
  • подгибание колена опорной ноги при подъеме ОЦМ,
  • разгибание при опускании ОЦМ.
Параметры: Медленный темп Замедленный темп Произвольный темп Ускоренный темп Быстрый темп
Средняя скорость (м/с) / (км/ч) 0,61 / 2,196 0,91 / 3,276 1,43 / 5,148 1,90 / 6,840 2,28 / 8,208
Темп (шаг/мин) 67,8 84,5 109,1 125,0 137,9
Длина шага (метр) 0,51 0,6 0,74 0,84 0,88

См. также

  • Походка - особенности поз и движений при ходьбе, характерный для конкретного человека.
  • Осанка - привычное положение тела человека в покое и движении, в том числе при ходьбе.
  • Ходьба оздоровительная
  • Ходьба на лыжах
  • Стояние

Примечания

Ссылки

Походка и осанка человека зависят от трех факторов.

В первую очередь от состояния опорно-двигательной системы .

Во вторую – от функционирования центральной нервной системы и регуляции позы и движения.

И в третью очередь – от взаимосвязи и взаимодействия этих систем (ОПС и ЦНС).

Опорно-двигательный аппарат представляет собой ряд кинематических цепей: костно-мышечные рычаги, соединенные шарнирами - суставами.

Стопы (1-й уровень) находятся внизу под длинной цепью, состоящей из нижних конечностей, позвоночного столба и головы. Все изменения, происходящие в стопах неизбежно по цепям (2-й уровень – костно-мышечные рычаги), передаются вверх до последнего звена, вызывая разнообразные эффекты во взаиморасположении сегментов, включении и выключении групп мышц, нарушения цикла ходьбы и т. д.

Такие изменения индуцируют импульсы в головной мозг, где включается 3-й-директивный уровень – центральная нервная система.

ЦНС оценивает новую ситуацию и отдает приказы о коррекции позы, походки, баланса, выработке компенсаторных механизмов и т. д.

Таким образом, любые нарушения стопы, а также вмешательства в стопу вызывают целый спектр эффектов. И чем более радикальные изменения или вмешательства, тем ярче эти эффекты.

БИОМЕХАНИКА ШАГА

Конструкция стопы человека идеальна для ходьбы, что дает нам возможность с наименьшими потерями для опорно-двигательной системы передвигаться на двух ногах. Но, к сожалению, природа никак не рассчитывала на появление обуви как таковой, особенно, узкой и жесткой, а также на высокие шпильки, асфальтовую и бетонную поверхность дорог, по которым мы ходим.

Во время ходьбы на стопу давит полный вес тела, во время бега – и того больше. Стоя человек нагружает стопу ровно половиной веса своего тела. Уже в силу этого необходимо внимательно следить за своими стопами.

Собственно, ходьба – процесс циклический, состоящий из шагов. А цикл шага разделяется на:

1- период опоры (перекат) и

2- период переноса .

Период опоры в свою очередь делится на 3-и фазы:

· опору пяткой (передний толчок);

· опору всей стопой;

· опору на носок (задний толчок).

Задуманная природой форма стопы способствует равномерному распределению этой нагрузки, а изогнутость свода обеспечивает рессорную функцию. У здоровой стопы должны быть три точки опоры: пяточный бугор, головка первой и наружная поверхность пятой плюсневой костей.

Амортизатор" href="/text/category/amortizator/" rel="bookmark">амортизатором при ударных нагрузках, смягчая напряжение от них на скелет, внутренние органы и даже головной мозг.

Перекат стопы начинается с фазы опоры на пятку .

Контакт пятки с опорой происходит несколько латеральнее середины заднего отдела стопы, это приводит к появлению вальгизирующего усилия в подтаранном суставе в начале реакции опоры. Вся пяточная кость смещается в латеральном направлении, а ее передний отдел наклоняется в подошвенном направлении. Пяточная кость выворачивается наружу из-под головки таранной кости, которая ротируется внутрь и, увлекая за собой малоберцовую кость, оказывает давление на большеберцовую. Это движение в подтаранном суставе называется эверсией. В это время происходит передний толчок.

После фазы опоры на пятку наступает фаза стояния на всей стопе .

Стопа под действием веса тела оказывается прижатой к земле, а площадь контакта достигает максимума. Плотная фиксация стопы к поверхности позволяет осуществить смещение голени по блоку таранной кости в направлении сзади вперед. На протяжении периода опоры всей стопой в контакт с опорой постепенно вступают пальцы. По мере отрыва пятки от опоры пальцы начинают разгибаться в плюсне-фаланговых суставах.

В фазе стояния на одной ноге свод стопы снижается до своей минимальной высоты, а площадь опоры достигает максимума. Снижение свода представляет собой результат амортизации нагрузки, приложенной к стопе, и воспроизведение упругого состояния для того, чтобы оттолкнуться от опоры. При отталкивании формируется задний толчок.

Во время отталкивания, с момента отрыва пятки, начинается натяжение подошвенного апоневроза. Этот процесс носит название «эффект лебедки». Натягиваемой частью является сам апоневроз, а головки плюсневых костей выступают в качестве барабана лебедки. Натяжение апоневроза происходит одновременно с напряжением трехглавой мышцы голени. Благодаря тяге апоневроза пяточная кость притягивается кпереди, а натяжение трехглавой мышцы голени подтягивает пятку кзади. Пяточная кость оказывается растянутой в двух направлениях, что приводит к стабилизации стопы. Стабилизация придает стопе необходимую жесткость, чтобы выполнить функцию рычага при отталкивании от опоры.

Во время фазы заднего толчка происходит движение, называемое инверсией стопы.

Это процесс, обратный эверсии. Инверсия осуществляется благодаря действию 2-х сил: натяжению подощвенного апоневроза и тяги 3-х главой мышцы голени.

В результате инверсии в подтаранном суставе возникает варизирующее усилие. При этом вся пяточная кость совершает движение внутрь, в медиальном направлении, а таранная кость ротируется наружу. Эти движения начинаются при отрыве пятки от опоры и оканчиваются в момент полного отрыва пальцев от опоры. К этому моменту оканчивается сгибание в I-м плюсне-фаланговом суставе. Полная амплитуда движений в этом суставе обеспечивает телу плавное ускорение по горизонтали, что снижает энергозатраты при ходьбе.

Идеальная стопа характеризуется нейтральным положением таранного сустава в середине опорной фазы. Это нейтральное положение требует незначительной мышечной активности для создания равновесия и обеспечивает эффективное поглощение ударной силы и продвижение вперед.

Проблемы биомеханического характера возникают в результате чрезмерной или ограниченной пронации во время опорной фазы.

В заключение

Нарушения строения стопы, силы и согласованности действия мышц, прочности и эластичности связок приводит к нарушению функций стопы и изменению походки, а также нарушениям осанки, болям и проблемам в вышележащих сегментах.

Врач-подиатр профессионально определит биомеханические нарушения походки, назначит коррекционные процедуры и даст указания по их устранению.

ПРОНАЦИЯ И СУПИНАЦИЯ

Именно стопа принимает на себя первый «удар» при ходьбе. Во время опоры на всю стопу происходит пронация , необходимая для амортизации и адаптации стопы к поверхности. Во время опоры на передний отдел стопа становится жесткой, происходит супинация , или, проще говоря, задний толчок.

Процесс пронации состоит из снижения высоты продольного свода (эверсии), отведения стопы и сгибания стопы на себя. Стопа в этот момент должна быть достаточно мягкой, чтобы сработать как пружинка. Процесс супинация состоит из подъема продольного свода (инверсии), приведения стопы и подошвенного сгибания стопы (или же опоры на носок). Супинация способствует толчковой функции, выталкивает тело вперед – для этого стопа, в отличие от пронации, должна быть достаточно твердой.

В норме, в фазе пронации стопа становится мягкой, а в фазе супинации – твердой. В случае же деформированных стоп, картина существенно меняется.

Условно можно выделить две основные деформации стопы:

- гиперпронированная стопа – (чрезмерная пронация стопы);

- полая стопа – (жесткая, постоянно «супинированная» стопа).

Пронированная стопа

Пронация здоровой стопы обеспечивает правильный шаг за счет большого количества задействованных суставов, мышц и сухожилий, вплоть до колена и бедра. Их слаженная работа обеспечивает адекватную опору и амортизацию.

В норме пронация стопы составляет порядка 5 градусов. Самое небольшое изменение степени пронации стопы моментально повлечет за собой возникновение компенсаторных процессов в голеностопе, колене, тазобедренных суставах и пояснично-крестцовых отделах спины.

Гиперпронация сопровождается снижением внутреннего продольного свода стопы. И чем более выражена степень гиперпронации стопы, тем более сильной будет нагрузка на опорно-двигательную систему.

https://pandia.ru/text/80/285/images/image006_39.jpg" width="421" height="275 src=">

Гиперсупинированная, жесткая, полая стопа многими ошибочно воспринимается как стопа с высоким подъемом. И неудивительно – крайне высокая арка свода стопы для обывателя действительно выглядит как высокий подъем.

У полой стопы понижена приспособляемость переднего отдела к поверхности, в результате чего ударная сила шага без смягчения переходит выше: в коленный сустав и, как по цепочке, вплоть до шейного отдела позвоночника, что может вызывать головные боли. В случае подобной деформации в фазе полной опоры на всю стопу не происходит амортизации, а, соответственно, и адаптации стопы под поверность.

У полой стопы пятка уходит внутрь, арка свода становится выше, опора происходит на наружный край стоп. Передний отдел такой стопы плохо или вообще не приспосабливается к опоре, отсутствует амортизация.

Вследствие соответствующей постановки стопы мозоли возникают под головками пятой плюсневой косточки. А так как отталкивание от поверхности происходит первым пальцем, то и на нем происходит омозоление – ближе к середине пальца.

Так же, как и при пронированной, у супинированной стопы происходит искривление первого пальца и его отклонение в сторону остальных с увеличением боковой косточки. Но при данной стопе чаще возникает дополнительный сомнительный «бонус» - молоткообразная деформация второго, третьего и четвертого пальцев. Чаще всего при полой стопе боли возникают по наружной поверхности голени, также чаще возникают боли в наружной поверхности бедра.

В заключение

В чистом виде пронированные или супинированные стопы встречаются довольно редко. Чаще можно обнаруживать сочетания этих состояний.

Врач-подиатр определяет вид деформации исходя из эластичности стопы: мягкая, жесткая и полужесткая.

Жесткая стопа требует для стелек более мягких материалов, мягкая стопа - более жестких. Это позволяет улучшить функции стопы.

Сочетание материалов различной жесткости (мягкости); материалов, восстанавливающих форму; различных покрытий, а так же различных корригирующих элементов позволяет изготовить и смоделировать стельки, максимально отвечающие требованиям конкретного человека.

ПЛОСКОСТОПИЕ

Такой популярный диагноз как плоскостопие в силу распространенности уже давно не привлекает к себе должного внимания. Однако не все так безобидно, как кажется.

Для того, чтобы осознать весь масштаб катастрофы, необходимо понимать, что стопа – это основной опорный отдел нижней конечности, на который приходится огромная нагрузка.

Свод стопы ориентирован в продольном и поперечном положениях, отчего их еще называют продольным и поперечным сводами . Высота свода и в продольном, и в поперечном направлениях удерживаются за счет разнообразных мышц и связок стопы, сгибателей пальцев, и подошвенного апоневроза.

Виды плоскостопия и его степени

Плоскостопие может быть врожденным или приобретенным . В первом случае причины кроются в патологиях внутриутробного развития стоп плода.

Причин же приобретенного плоскостопия довольно много, их можно разделить на две группы.

1. Неподходящая обувь, избыточный вес, травмы (переломы костей переднего отдела стопы, неправильно сросшиеся переломы лодыжек) могут привести к деформации стопы в виде плоскостопия.

2. Слабость мышц и связок и/или резкое изменение образа жизни с малоподвижного на активный.

Приобретенное плоскостопие может быть травматическим, паралитическим и рахитическим. Эти виды встречаются относительно редко. В отличие от «популярного» статического плоскостопия.

Степень плоскостопия определяется по размеру угла свода стопы. Формирующаяся деформация стопы проходит три фазы.

В начальной, первой, фазе плоскостопие называют слабовыраженным . Оно может сопровождаться незначительным изменением внешнего вида стопы, а также тупой болью в стопе и передней поверхности голени. После отдыха неприятные ощущения проходят.

Развиваясь, деформация превращается в перемежающееся, умеренно выраженное плоскостопие , сопровождающееся более существенным изменением вида стопы. К концу дня своды стопы понижаются, но после отдыха принимают нормальное положение. Также после отдыха проходит боль, возникающая в подошве стопы, предплюсне и мышцах голени. На эту фазу указывает появившиеся косолапость и грузность походки.

При дальнейшей прогрессии нарушается взаимное расположение костей, ведущее к перенапряжению связок. Деформация переходит в фазу выраженного плоскостопия . В этой фазе, когда стопа уже полностью деформирована, происходит нарушение работы всей опорно-двигательной системы.

Деформации свода стопы также делятся на продольное плоскостопие и поперечное.

При поперечном плоскостопии передний отдел стопы становится шире, первый палец отклоняется в сторону остальных четырех, которые, в свою очередь, приобретают молоткообразную форму. Появляются «натоптыши», косточка у первого пальца становится более выраженной.

Первая степень такой деформации напоминает о себе периодическим возникновением болей в передней части стоп. Как правило, возникает в результате повышенных физических нагрузок или длительного времени на ногах и проходит после отдыха.

Во второй степени боль локализуется довольно четко – головками средних плюсневых костей, становится более сильной и продолжительной.

При плоскостопии третьей степени болезненные ощущения усиливаются еще больше и становятся постоянными, локализуясь на поверхности стопы под головками всех плюсневых костей.

Поперечное плоскостопие часто сочетается с продольным.

При продольной деформации голеностопы заваливаются внутрь, а пятка наружу, первый палец также значительно смещается в сторону других, появляется выпирающая «косточка», внутренняя часть стопы частично или полностью опускается.

Сопровождается такое плоскостопие болью в средней части стопы, усталостью и неприятными ощущениями в мышцах голени во время ходьбы и в конце дня, частыми судорогами икроножных мышц, ограничением подвижности в суставах стоп, затруднениями при ходьбе. Все эти симптомы, конечно, возникают не в один день.

Продольное плоскостопие при первой степени не очень беспокоит человека: несильные болевые ощущения при физических нагрузках и повышенная усталость в ногах в конце дня обычно не воспринимаются серьезно. Однако стоит прислушаться к этим ощущениям.

На этом деформация не остановится и перейдет во вторую степень . Боли усилятся, внешний вид стопы заметно поменяется, вызывая уже трудности при подборе обуви и усиление боли, которые, правда, будут проходить после длительного отдыха.

Дальнейшее развитие продольного плоскостопия выльется в третью степень , при которой боли усилятся еще больше и станут постоянными. При этом болевые ощущения распространятся не только на стопу, но и на голень и поясницу.

Симптомы, свидетельствующие об изменении формы стопы, являются: смещение пальцев, появление «косточки» возле большого пальца, изменение формы пальцев; снижение свода; повышенная утомляемость при ходьбе; боли при длительной ходьбе, как в суставах, так и в икроножных мышцах; омозолелости; пяточные шпоры; головные боли.

В заключение

Сделать подобное невыгодное приобретение довольно просто в любом возрасте. Даже если с точки зрения здоровья и наследственности ничто не предвещало беды. Кроме того, шансы получить деформацию стоп одинаково равны и у тех, кто весь рабочий день проводит на ногах, и у тех, кто сидит за офисным столом.

Если вы обнаружили все или хотя бы несколько из перечисленных симптомов, то лучше не надеяться на традиционное «авось». Способность к амортизации деформированной стопы сводится практически к нулю, и ударная нагрузка начинает напрямую передаваться на суставы ног и позвоночник, а это чревато серьезными последствиями для здоровья организма в целом.

Необходимо также учитывать, что лечению плоскостопие не поддается, но вот предотвратить его дальнейшее развитие можно. И чем раньше вы обратите внимание на состояние своих стоп, тем больше у вас будет пространства для маневра. А именно для принятия профилактических мер: массажи, гимнастика для стоп и, конечно, правильный подбор обуви и анатомически правильных стелек. Комплексный подход к проблеме позволит избежать тяжелых последствий такого, казалось бы, пустякового диагноза.

Ходьба - естественный способ передвижения человека. Спортивная ходьба отличается от простой ходьбы более высокой скоростью передвижения, ограничением техники передвижения правилами соревнований и другими техническими моментами.

Техника спортивной ходьбы имеет циклический характер, т. е. определенный цикл повторяется многократно на протяжении всей дистанции и, в отличие от других циклических видов легкой атлетики, жестко ограничен правилами соревнований. Эти ограничения существенно повлияли на становление техники спортивной ходьбы. Во-первых, в спортивной ходьбе не должно быть фазы полета, т. е. всегда должен быть контакт с опорой. Во-вторых, исходя из первого ограничения, опорная нога в момент вертикали должна быть выпрямлена в коленном суставе (несколько лет назад сделали добавление к этому ограничению - опорная нога должна быть выпрямлена в коленном суставе с момента постановки ноги на опору). Отличие спортивной ходьбы от естественной (бытовой) по внешним данным заключается в том, что в естественной ходьбе пешеход может сгибать ногу в коленном суставе, амортизируя постановку ноги, а в спортивной ходьбе спортсмен передвигается на прямых ногах.

Основу техники спортивной ходьбы составляет один цикл действия, который состоит из двойного шага, шага левой ноги и шага правой ноги. Цикл содержит: а) два периода одиночной опоры; б) два периода двойной опоры; в) два периода переноса маховой ноги.

Схематично можно представить цикл спортивной ходьбы в виде колеса с шестью спицами. Две двойные спицы разделяют колесо пополам - период двойной опоры, две одиночные спицы разделяют эти половинки на четвертинки круга - период одиночной опоры. Период одиночной опоры одной ноги совпадает с периодом переноса другой ноги. Период двойной опоры очень кратковремен, порой его можно и не увидеть. Период одиночной опоры более длителен и делится на две фазы: 1) фаза жесткой передней опоры; 2) фаза отталкивания. Период переноса тоже имеет две фазы: 1) фаза заднего шага; 2) фаза переднего шага. Эти фазы присутствуют как в периоде переноса или опоры для левой ноги, так и для правой ноги.

Фазы разделяются моментами, т.е. такими мгновенными положениями, после которых происходят изменения движений. Если моменты являются границами изменения движений в одном или нескольких звеньях, то позы в данных моментах - это описание положений звеньев тела относительно ОЦМ (общий центр массы) или друг друга, т. е. позы дают визуальную картину смены движений.

Фаза передней жесткой опоры правой ноги начинается с момента постановки ее на опору. Нога, выпрямленная в коленном суставе, ставится с пятки. Эта фаза продолжается до момента вертикали, когда ОЦМ находится над точкой (над стопой правой ноги) опоры.

С момента вертикали до момента отрыва правой ноги от грунта длится фаза отталкивания. Период одиночной опоры правой ноги заканчивается и начинается период переноса правой ноги, который имеет две фазы: 1) фаза заднего шага, которая начинается с момента отрыва ноги от опоры до момента вертикали (момент вертикали в переносе ноги определяется по положению бедра - продольная ось бедра должна быть перпендикулярна площади поверхности опоры, т.е. горизонтали); 2) фаза переднего шага - с момента вертикали до момента постановки ноги на опору.

Потом следует кратковременный период двойной опоры. Когда идет период одиночной опоры правой ноги, левая нога находится в периоде переноса. То же самое повторяется с левой ногой. Цикл закончился, начинается новый цикл, и так все повторяется.

Период двойной опоры очень кратковременен, но он имеет большое значение в технике спортивной ходьбы. По нему определяется соответствие техники правилам соревнований. Если период двойной опоры отсутствует, значит, спортсмен не идет, а бежит, за что его дисквалифицируют.

Порой даже очень опытный судья по стилю спортивной ходьбы не может точно определить наличие или отсутствие периода двойной опоры. Некоторые биомеханические исследования, проведенные с помощью точных приборов, показали, что продолжительность периода двойной опоры находится в пределах тысячных долей секунды у высококвалифицированных спортсменов. Этот факт является проблемой для судейства соревнований по спортивной ходьбе, ведь человеческий глаз не способен ни определить, ни выделить такие мгновения, поэтому наличие или отсутствие полетной части в ходьбе определяется добросовестностью, честностью и опытом судейской бригады. К проблеме, связанной с наличием или отсутствием периода двойной опоры, мы вернемся позже.

Частота шагов у высококвалифицированных ходоков колеблется от 190 до 230 шагов в минуту. Длина шага колеблется от 95 до 130 см и зависит от длины ног ходока и развиваемых мышечных усилий.

Движения рук и ног, поперечных осей плеч и таза - перекрестны, т. е. левая рука движется вперед, когда вперед движется правая нога, и наоборот. Позвоночник и таз совершают сложные встречные движения. В конце фазы отталкивания наклон передней поверхности таза несколько увеличивается, а к моменту вертикали, в период переноса этой ноги, - уменьшается. Такие колебания таза в переднезаднем направлении помогают эффективнее отвести назад бедро ноги, отталкивающейся от опоры. Так же изменяется наклон поперечной оси таза: во время переноса она опускается в сторону маховой (переносимой) ноги, а во время двойной опоры опять выравнивается. Такое опускание таза в сторону маховой ноги связано с движением маятника, т. е. нога, как маятник, стремится от оси вращения под действием центробежной силы. Это помогает мышцам, отводящим бедро, лучше расслабиться.

Позвоночник также изгибается в сторону маховой ноги в период ее переноса. В целом туловище совершает ряд сложных, почти одновременных движений в каждом шаге: незначительно сгибается и разгибается, происходят боковые наклоны и скручивание туловища.

Перекрестные движения рук и ног, плеч и таза, а также другие движения туловища помогают сохранить равновесие тела, нейтрализуют полный боковой разворот тела (в отличие от того, когда ходок идет иноходью, т.е. движения не перекрестные), создают оптимальные условия для постановки ног, эффективное отталкивание и рациональный перенос маховой ноги.

Движения рук в спортивной ходьбе помогают увеличивать частоту шагов, поэтому мышцы верхнеплечевого пояса усиленно работают. Особенно на это надо обращать внимание к концу дистанции при наступлении утомления. Движения рук осуществляются следующим образом: руки согнуты в локтевых суставах под углом 90° к направлению движения ходока; пальцы рук полусжаты; мышцы плеч расслаблены.

Источником движущих сил при ходьбе служит работа мышц во время взаимодействия их на опору через звенья тела. Выполняя отталкивание и перенос ног в оптимальном сочетании, все тело получает ускорение в направлении от места опоры. Силы реакции опоры во время отталкивания придают скорость движения телу, а перенос маховой ноги, вследствие инерционных сил, придает ускорение телу ходока. Одновременное движение маховой ногой вперед и отталкивание толчковой ногой в целом составляют отталкивание от опоры.

Все движения звеньев тела осуществляются с ускорением, вследствие чего возникают инерционные силы отдельных звеньев, одни из которых участвуют в придании скорости всего тела, другие нейтрализуют отрицательные инерционные силы (движения РУК).

Движения всех звеньев тела (их центров масс) происходят по криволинейной траектории, а перемещение тела и его ускорение осуществляются в линейном направлении, т.е. не существует какой-либо реальной движущей силы, создающей движение по линейной траектории. Суть всех перемещений в ходьбе - это сумма равнодействующих сил, направленных по криволинейной траектории, и сил, направленных под углом к перемещению тела и опоры.

Движущие инерционные и мышечные силы воздействуют через стопу (стопы) на опору. Исходя из третьего закона механики возникают противодействующие им силы - силы реакции опоры, без которых изменение движения ОЦМ невозможно.

Под силой отталкивания необходимо понимать воздействие опоры на тело спортсмена, которое возникает в результате действия сил давления на опору. Отталкивание - это не результат чистой работы мышц, а результат взаимодействия мышечных усилий и инерционных сил на опору. Чем опора жестче, тем величина отталкивания (силы реакции опоры) больше. Например, возьмем две опоры: беговая дорожка и грунтовое покрытие. Беговая дорожка жестче, чем грунтовое покрытие, следовательно, силы реакции опоры на беговой дорожке будут больше.

Таким образом, под силой отталкивания надо понимать силу реакции опоры, возникающую под воздействием мышечных усилий и инерционных сил на опору. Величина силы отталкивания зависит от:

качества опоры;

величины мышечных усилий;

величины инерционных сил;

направления действия мышечных усилий и сил;

отношения активной массы тела к пассивной (активная масса тела - масса мышц, участвующих в создании мышечных усилий для отталкивания; пассивная масса тела - вся остальная масса тела спортсмена).

В спортивной ходьбе важна не максимальная величина силы отталкивания, а оптимальная, рассчитанная на длительное время работы. Спортсмен воздействует на опору под углом к ней, сила отталкивания воздействует на ОЦМ под углом к вектору горизонтальной скорости. Чем ближе вектор силы отталкивания к вектору горизонтальной скорости, тем будет выше скорость передвижения. Угол, образованный вектором силы отталкивания и вектором горизонтальной скорости, называется углом отталкивания. Чем меньше угол отталкивания, тем эффективнее действует сила отталкивания и тем будет больше горизонтальная скорость.

На практике угол отталкивания определяется по продольной оси толчковой ноги в момент ее отрыва от опоры и горизонтом. Величина угла при таком определении будет не точной, а приблизительной. Более точное определение угла отталкивания получают, применяя сложные технические устройства.

При одноопорном положении, когда спортсмен стоит, действует только сила тяжести перпендикулярно вниз, которая уравновешивается силой реакции опоры, направленной диаметрально противоположно силе тяжести. При двухопорном положении сила тяжести распределяется на две опоры (б), при этом возникает сила давления на опору, действующая под углом, а сила тяжести распределяется на две точки опоры, и их величины будут зависеть от удаленности точек опоры от проекции ОЦМ. В противодействие силе давления на опору и силе тяжести возникает сила реакции опоры, которая действует диаметрально противоположно им. В покое суммарные силы передней и задней опоры равны. Чтобы вывести тело из равновесия и придать ему какую-либо скорость, необходимо нарушить это равновесие. Это можно сделать за счет увеличения силы давления на заднюю опору, тем самым увеличивая силу реакции задней опоры. Увеличение силы давления на опору делается за счет действия мышечной силы.

Другой фактор нарушения равновесия сил - это изменение угла действия силы давления на заднюю опору. Это делается за счет переноса проекции ОЦМ ближе к передней опоре, тем самым угол действия силы давления задней опоры становится более острым, а угол действия силы давления передней опоры более тупым. Таким образом, мы приближаем действие сил реакции задней опоры к вектору горизонтальной скорости. Так возникает стартовая сила, позволяющая вывести тело из состояния покоя. При ходьбе подключается еще и инерционная сила маховых движений во время переноса ноги. Стартовая сила в момент выхода тела из состояния покоя (в момент старта) больше, чем сила отталкивания во время движения, так как тело спортсмена уже имеет скорость и ему необходимо затрачивать усилия либо на поддержание, либо на увеличение скорости.

Немаловажное значение в спортивной ходьбе имеет угол постановки ноги на опору, а также силы, возникающие при этом. Угол постановки маховой ноги определяется в момент касания ноги опоры и образован продольной осью ноги и линией горизонта. Это приблизительная величина, более точно угол определяется вектором скорости силы реакции опоры и линии опоры. В момент постановки ноги начинает действовать сила давления на опору и, как следствие, возникает противодействующая ей сила реакции опоры, их направления диаметрально противоположны. Эти силы являются отрицательными, так как противодействуют движению ходока и снижают скорость передвижения. Для эффективной ходьбы их необходимо устранить или по возможности снизить их отрицательное воздействие. Сила тяжести, возникающая при этом, не влияет на изменение скорости. Компенсировать действие отрицательных сил можно тремя путями: 1) приближение угла постановки ноги к 90°, т. е. нога должна стоять как можно ближе к проекции ОЦМ, но при этом снижается длина шага; 2) амортизация постановки ноги, но по правилам соревнований нога должна ставиться на опору выпрямленной в коленном суставе, значит, амортизация исключается; 3) быстрое сведение бедер после снятия ноги с опоры после фазы отталкивания, что увеличивает силу инерции маховой ноги, которая компенсирует воздействие тормозящих сил.

Движение ОЦМ в спортивной ходьбе происходит не по прямолинейной траектории, а выполняет более сложную криволинейную траекторию. Движение ОЦМ вверх -вниз дополняется движениями вправо-влево. С момента постановки ноги на опору ОЦМ движется вверх и несколько в сторону опорной ноги до момента вертикали, после момента вертикали ОЦМ движется вниз, приближаясь к линии направления движения, до момента постановки ноги на опору. Затем все повторяется с другой ногой.

Чем меньше величина вертикальных колебаний, тем эффективнее техника спортивной ходьбы. Минимальную величину вертикального колебания можно определить опытным путем. Эта величина равна разности высоты ОЦМ в одноопорном положении и двухопорном (длинном шаге). Таким образом, мы определили факторы, влияющие на скорость передвижения в спортивной ходьбе.

К положительным факторам относятся:

качество опоры;

величина сил отталкивания;

угол отталкивания;

время отталкивания;

время переноса маховой ноги.

К отрицательным факторам следует отнести:

угол постановки ноги;

тормозящие силы реакции опоры при постановке ноги.

Список использованной литературы:

Жилкин А.И. и др. Легкая атлетика: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений / А.И. Жилкин, В.С. Кузьмин, Е.В. Сидорчук. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 464 с.