Парадигма предпочтительного паттерна движения: влияние беговых кроссовок на движение в суставе
НазадThe Preferred Movement Path Paradig: Influence of Running Shoes on Joint Movement
Benno M. Nigg, Jordyn Vienneau, Aimée C. Smith, Matthieu B. Trudeau, Maurice Mohr, and Sandro R. Nigg
Human Performance Laboratory, Faculty of Kinesiology, University of Calgary, Alberta, Canada
Accepted for Publication: 6 March 2017
Author Correspondence
Corresponding Author: Benno M. Nigg
Address: Human Performance Laboratory, Faculty of Kinesiology, University of Calgary, 2500
University Drive NW, Calgary, Alberta, Canada T2N 1N4
Это исследование финансировалось корпорацией Mizuno (Осака, Япония) и Biomechanigg Sport and Health Research (Калгари, Канада). Mizuno Corporation также предоставила обувь, которая использовалась в тестировании. Тем не менее, результаты, представленные в этой статье, никоим образом не представляют собой предвзятое отношение к продуктам Mizuno по сравнению с другими брендами. Результаты настоящего исследования не одобрены Американским Колледжем Спортивной Медицины. Результаты исследования представлены четко, честно, без фальсификации или ненадлежащего манипулирования данными.
РЕЗЮМЕ
Цель: (а) количественно оценить различия в кинематике суставов нижних конечностей в группах бегунов, в зависимости от используемой спортивной беговой обуви; (б) количественно оценить индивидуальные различия в кинематике суставов нижних конечностей для бегунов из исследуемых групп в зависимости от используемой спортивной обуви.
Методы: были собраны данные трехмерной кинематики голеностопного и коленного суставов для 35 бегунов (техника бега — «с пятки на носок») при использовании трех различных видов кроссовок и при беге босиком. Рассчитаны абсолютные отклонения кинематики голеностопного и коленного суставов между условиями исследования (3 типа кроссовок и бег босиком). Также был рассчитан процент бегунов, показавших различия ниже пороговых значений 2°, 3° и 5°.
Результаты: результаты показывают, что в среднем кинематика голеностопного и коленного суставов была одинаковой во всех типах обуви, за исключением дорзифлексии голеностопного сустава и флексии (сгибания) колена. Было зафиксировано, что процент бегунов, сохраняющих предпочтительный паттерн движения в различных кроссовках (т. е. наблюдались отклонения менее 3°), составлял от 80 до 100%. Многие бегуны продемонстрировали различие более чем в 3° в кинематике голени и коленного сустава в дорзифлексии голени и флексии колена в зависимости от того, в какую обувь были обуты.
Заключение: многие бегуны используют один и тот же характерный для них стиль бега (предпочтительный паттерн движения) независимо от типа кроссовок. Тем не менее, процент бегунов, придерживающихся предпочтительного паттерна движений, зависит от значимости изменений, вносимых конкретными кроссовками.
ВВЕДЕНИЕ
Из миллионов бегунов во всем мире, а также тех, кто бегает трусцой, значительный процент (от 37% до 50%) получают связанные с бегом травмы [4, 12, 25]. Предыдущие повреждения, чрезмерный километраж и порочная техника бега, включая чрезмерную ударную силу при постановке стопы на грунт и пронацию заднего отдела стопы, в значительной степени обуславливают возникновение новых травм [5, 8, 14, 18, 25]. Кроссовки специальной конструкции, например, с повышенной амортизацией, стабильностью и/или контролем движений, были разработаны, чтобы уменьшить количество беговых травм и таких факторов риска, как высокая ударная сила и чрезмерная пронация [13]. Несмотря на внедрение в конструкцию беговой обуви новых функциональных компонентов, частота травм при беге существенно не изменилась [13]. Имеющиеся данные относительно связи между типом беговых кроссовок и риском получения травмы при беге ограничены, а зачастую и противоречивы [10, 19, 24]. Неубедительность доказательств, вероятно, является результатом отсутствием полноты понимания того, как кроссовки влияют на паттерн движений бегуна. В следствие этого, в последних научных публикациях были выдвинуты 3 новые парадигмы для улучшения понимания функциональных аспектов бега и влияния кроссовок на биомеханику бега и травмы [13, 15].
В частности, новые парадигмы включают следующие пункты:
а) «комфортный фильтр», который определяет выбор бегунами той обуви, которая ассоциируется с защитой от травм;
b) бегуны стараются придерживаться «привычного индивидуального стиля бега», паттерна, который, как предполагается, требует минимальных энергозатрат;
c) «функциональные группы» спортсменов, которые сходным образом реагируют на изменения в обуви [13].
Данная статья посвящена парадигме предпочтительного двигательного паттерна – индивидуального стиля бега.
Термин «двигательный паттерн» используется для описания траектории суставных углов в определенных сегментах тела во время конкретного движения, например, при беге с пятки на носок [15]. Была высказана рабочая гипотеза, что при различных изменениях обуви кинематика нижних конечностей изменяется минимально [15]. Малое количество изменений, предположительно, объясняется тем, что испытуемые придерживаются определенного (индивидуального) двигательного паттерна, требующего наименьших затрат энергии на выполняемое задание [15]. Фактически, предпочтительный двигательный паттерн бегуна не считается постоянным, вероятно, он чувствителен к различным условиям бега, таким как проявления усталости, уровень тренированности или наличие травмы. На концепцию «предпочтительного двигательного паттерна» оказали влияние 2 ключевые публикации: 1) Wilson et al. [28] предложили «двигательный паттерн наименьшего сопротивления», основанный на результатах исследований движения суставов трупов; 2) Stacoff et al. [22] в экспериментах по количественной оценке фактических движений костей при использовании различных типов обуви и стелек показали, что смена типа обуви несущественно меняла кинематику движений.
При изучении кинематики суставов с использованием маркеров на коже стоп, обутых в кроссовки, были обнаружены лишь небольшие изменения значений в отдельных случаях во время фазы опоры [7, 16, 21], в то время как общая картина кинематики движений в суставах, по-видимому, оставалась схожей [20]. Изменения в кинематике суставов, в зависимости от типа кроссовок, определялись состоянием суставов и часто наблюдались во всей выборке бегунов, а не в индивидуальном порядке. Однако, анализ кривой средних значений в выборке бегунов не дает никакой конкретной информации. Изменения могут происходить в обоих направлениях (увеличение или уменьшение), конкретные индивидуальные различия часто упускаются из виду, и поэтому данные каждого бегуна должны анализироваться независимо. Именно небольшие изменения кинематики суставов, а не общего паттерна, помогли укрепить парадигму предпочтительного двигательного паттерна (индивидуального стиля бега) [15]. Кроме того, в рамках парадигмы «предпочтительного движения» важно, какой процент бегунов будет придерживаться одного и того же паттерна движения, а какой продемонстрирует изменения при смене типа кроссовок или беге босиком. Идея предпочтительного двигательного паттерна была недавно реализована на практике в новой системе индивидуального подбора кроссовок для бегунов «Run Signature», в основе которой лежит оценка движений [2].
Хотя общая концепция парадигмы «предпочтительного двигательного паттерна» понятна, многие детали до сих пор не известны или недостаточно хорошо поняты. Например, при анализе кинематики суставов бегуна мы не можем сделать вывод, является ли паттерн движения предпочтительным. Парадигма предполагает, что в целом субъекты используют паттерн, близкий к предпочтительному. Для определения «предпочтительного паттерна движения» необходимы дополнительные данные, например, оценка общего энергопотребления и/или комфортности [9]. Если субъекты меняют паттерн движения при смене кроссовок, мы предполагаем, что это происходит из-за того, что в других кроссовках возникает другой «предпочтительный паттерн движения», а следовательно он зависит и от типа обуви, и от характера движений. Предполагается, что если обувь сильно различается, например, ботинки для альпинизма и минималистичные кроссовки, кинематика суставных движений должна быть разной и, следовательно, паттерны движения различаться. Логично предположить, что различия так же ярко проявляются при беге босиком, так как кинематика суставных движений в этом случае сильно отличается от кинематики при беге в обуви [1]. Поэтому неизвестно, сохраняется ли бегуном предпочтительный паттерн движения в разных типах беговой обуви.
Цель данного исследования – собрать экспериментальную информацию, подтверждающую парадигму «предпочтительного паттерна движения», а именно:
(а) оценить количественно групповые различия в кинематике суставных движений нижних конечностей бегунов, использующих различные типы кроссовок;
(b) оценить количественно индивидуальные различия в кинематике суставов нижних конечностей бегунов, использующих различные типы кроссовок.
Были выдвинуты предположения:
H1: большинство бегунов сохраняют индивидуальные «двигательные паттерны» в голеностопном и коленном суставах (т. е. кинематические изменения малы) при беге в кроссовках с аналогичными характеристиками.
H2: «двигательные паттерны» в голеностопном и коленном суставах не поддерживаются (т. е. кинематические изменения увеличиваются), если типы обуви обладают существенно разными характеристиками.
МЕТОДЫ
Участники
В исследовании приняли участие 35 бегунов, практикующих технику бега «с пятки на носок» (18 мужчин и 17 женщин, возраст 29,9 ± 9,7 года, рост 171,9 ± 8,1 см, вес 69,0 ± 11,7 кг). Бегуны не имели травм в течение 6 месяцев до начала тестирования и бегали не реже 2 раз в неделю. Участие в исследовании было намеренно открыто для бегунов на различные дистанции, чтобы гарантировать, что результаты этого исследования можно будет обобщить на гетерогенную популяцию бегунов. Все бегуны дали письменное информированное согласие в соответствии с требованиями Совета по этике медицинских исследований Университета Калгари.
Сбор данных
Тестирование проходило в течение одного дня в помещении лаборатории, а трехмерные (3D) траектории перемещения маркеров собирались с помощью 8 камер системы анализа движения (Motion Analysis Corporation, Santa Rosa, CA, USA) с частотой дискретизации 240 Гц. Шестнадцать 20-миллиметровых светоотражающих маркеров были установлены на сегментах переднего и заднего отделов стопы, голени и бедра правой нижней конечности, а также таза для измерения их перемещений в пространстве. Еще 7 маркеров были размещены над правым большим вертелом, медиальной и латеральной осями коленного сустава, медиальной и латеральной лодыжками, а также над I и V головками плюсневых костей (Рис. 1).
Сначала были собирались данные в статическом нейтральном положении для каждого из 4 условий (3 вида кроссовок и «без обуви»), чтобы определить систему координат сегментов. Впоследствии маркеры, обозначающие центр, были сняты для текущих испытаний. То же самое было проделано для каждого из 4 условий (3 вида кроссовок и «без обуви») в динамике.
Начало глобальной системы координат (GCS) точки (0, 0, 0) находилось на уровне земли в центре опорной области, анализируемой с точки зрения биометрии. Положительные оси GCS были построены из начала координат: X – в направлении движения, Y – перпендикулярно направлению движения, а ось Z была направлена вертикально вверх. Одна тензометрическая пластина (Kistler, 9281CA) была синхронизирована с системой анализа движения для сбора данных о силе реакции опоры (земли) при 2400 Гц. Для контроля скорости движения были установлены страбоскопы на расстоянии 1,9 м друг от друга по оси X.
Бегуны выполнили по 10 забегов (скорость 3,3 м/с ± 15%) в кроссовках 3 типов и босиком. Использованы беговые кроссовки: Mizuno Be, Mizuno Wave Rider и Mizuno Wave Universe. Каждый вид кроссовок обладал конструктивными особенностями: 1) «минималистичные» кроссовки Mizuno Be – каблук менее 3 мм, вес не более 0,2 кг; 2) «стандартные» мягкие беговые кроссовки Mizuno Wave Rider – каблук примерно 14,1 мм, вес около 0,3 кг; 3) облегченные «боевые» кроссовки, предназначенные для забегов на дальние дистанции (racing flat) Mizuno Wave Universe – каблук около 3 мм, вес приблизительно 0,11 кг (Рис. 1). Основное конструктивное различие между Mizuno Be и Wave Universe заключалось в том, что первая модель имела приподнятость подошвы в области пальцев, а вторая – плоскую, тонкую подошву с канавкой посередине на наружной стороне. Остальные физические характеристики каждого из 3 видов обуви описаны в Таблице 1. Все 4 варианта исследований (3 вида обуви и «бег босиком») были опробованы в случайном порядке.
Анализ данных
Были проанализированы 10 забегов каждого бегуна при каждом условии (3 вида кроссовок и «бег босиком»). Траектории маркеров отмечались с использованием Cortex (Motion Analysis, США), дальнейшая обработка, включая построение модели, была выполнена с использованием Visual 3D (C-Motion Inc, США). Траектории маркеров отфильтровывали с использованием фильтра Баттерворта с низким проходом 4-го порядка с частотой 10 Гц после остаточного анализа исходных траекторий. Модель нижней конечности с 6 степенями свободы состояла из 5 сегментов (правая сторона – таз, бедро, голень, задний и передний отделы стопы). Начало локальной системы координат для каждого сегмента находилось на проксимальном конце. Ориентация локальной системы координат была одинаковой для каждого сегмента: на основе правой системы координат с осью Z, направленной вертикально, и осью Y, направленной вперед. Трехмерные углы коленного и голеностопного суставов рассчитывались как относительное вращение между сегментом бедра и голени и сегментом голени и заднего отдела стопы соответственно, с использованием последовательности вращения по осям X-Y-Z (Cardan). Суставные углы были расчитаны относительно положения стоя (в статике) путем выравнивания проксимальных и дистальных систем координат сегмента.
Для 3D углов положительные углы представлены дорзифлексией, инверсией и аддукцией голеностопного сустава, а также экстензией, аддукцией и внутренней ротацией колена.
Во всех беговых испытаниях была выделена фаза опоры от касания (удара) пятки грунта до отрыва пальцев, которая определялась на основании значений силы реакции опоры (ниже или выше 10 Н соответственно). Среднее значение и стандартная ошибка (SE) вычислялись для каждой переменной суставных движений на всех 10 этапах для 35 бегунов. Для каждого испытуемого в фазе опоры были определены количественно средние значения для всех отличающихся параметров суставной кинематики между каждой парой условий исследования. Аналогично для каждого участника были рассчитаны средние значения для каждой переменной суставной кинематики на 10 шагов, а также были определены количественно средние значения для всех отличающихся параметров суставной кинематики между каждой парой условий исследования в фазе опоры. Для сравнения результатов испытуемых были выбраны пороги 2°, 3° и 5°, чтобы показать порядок различий. Для определения доли испытуемых, которые продемонстрировали кинематические изменения между сравниваемыми парами обуви, использовались парные тесты МакНемара (McNemar). Значимый хи-квадрат в тесте по методу МакНемара (χ2) (P <0,05) был признаком разницы в проценте бегунов, изменивших кинематику между сравниваемыми парами обуви ( Rider и Universe, Rider и Be, Universe и Be, а также Rider и бег босиком).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Средние значения суставной кинематики при сопоставлении разных видов обуви
Средние значения суставной кинематики (рис. 2) показали незначительную разницу между стандартными мягкими кроссовками (Rider) и облегченными кроссовками для длинных дистанций (racing flat – Universe). Абсолютные средние значения всех измеряемых кинематических параметров голени и колена различались менее чем на 2,5° для всех бегунов при сравнении всех 3 пар обуви: Rider и Universe, Rider и Be, а также Universe и Be.
Средние значения суставной кинематики при сопоставлении бега в стандартных мягких кроссовках и бега босиком
Средние значения суставной кинематики (рис. 3) показали существенные различия между результатами испытаний в кроссовках Rider и бега босиком. Средние различия составили: 4,3 ° для подошвенной флексии/дорзифлексии голени; 3,5° для инверсии/эверсии голеностопного сустава; 3,7° для абдукции/аддукции голени; 3,7° для флексии/экстензии коленного сустава; 2,1° для абдукции/аддукции коленного сустава; 2,4° для внутренней/внешней ротации колена. Большая дорзифлексия в голеностопном суставе и большая флексия в коленном суставе были зафиксированы для стандартных беговых кроссовок по сравнению с бегом босиком.
Результаты испытуемых при сопоставлении разных видов обуви
Большинство субъектов показали небольшие различия в кинематике голеностопного и коленного суставов при сравнении Rider (стандартные кроссовки) и Universe (racing flat) (Таблица 2). Наибольшее количество различий зафиксировано в аддукции голеностопного сустава: 8 субъектов показали разницу более чем на 3°, 4 – более чем на 5°. У большей части субъектов инверсия голеностопного сустава изменилась более чем на 2° при сравнении результатов испытаний «Rider и Be» и «Rider и Universe» (χ2 = 3.1, P = 0.02) (Таблица 2). Аналогично, при сравнении результатов испытаний «Universe и Be» и «Rider и Universe» у большей части субъектов инверсия голеностопного сустава (χ2 = 9,4, P = 0,002) и флексия коленного сустава (χ2 = 4,0, P = 0,04) изменились более чем на 2° (Таблица 2).
Результаты испытуемых при сопоставлении бега в стандартных беговых кроссовках и бега босиком
Многие бегуны продемонстрировали различия кинематики голеностопного и коленного суставов («Rider» и «бег босиком») более чем на 3°, особенно в объеме дорзифлексии голеностопного сустава и флексии коленного (Таблица 3). У 28 человек из 35 наблюдалась разница в дорзифлексии голеностопного сустава более 3°. У 20 – разница во флексии коленного сустава составляла менее 3°. Изменения в соответствующих переменных движения чаще были в голеностопном суставе, чем в коленном. Доля бегунов, у которых поменялась кинематика голеностопного сустава, значимо изменилась между испытаниями «Rider»-«Barefoot» и «Rider»-«Be» (дорзифлексия и инверсия голеностопного сустава менее чем 2°, 3° и 5°; аддукция голеностопного сустава – менее 3°). Доля бегунов, у которых поменялась кинематика коленного сустава, значимо изменилась при испытаниях «Rider»-«Barefoot» и «Rider»-«Be» (флексия и аддукция колена менее чем на 2°-3°; внутренняя ротация – менее 5°).
ОБСУЖДЕНИЕ
Основываясь на концепции предпочтительного паттерна движения, было высказано предположение, что при беге в схожей обуви кинематика суставов будет меняться минимально (менее чем на 3° и 5°). В данной статье количественно оценено влияние различных видов обуви на кинематику голеностопного и коленного суставов во время бега. Результаты показывают, что значения кинематических параметров голеностопного и коленного суставов были достаточно схожими при сравнении двух пар условий испытаний: стандартные беговые кроссовки (Rider) и либо облегченные «боевые» кроссовки (racing flat, Universe), либо минималистичные кроссовки (Be). Таким образом, кажется, подтверждается первая гипотеза о том, что предпочтительный двигательный паттерн, как правило, поддерживается при беге в обуви разных типов. Кривая средних значений, однако, не дает никакой конкретной информации, и поскольку изменения могут быть в обоих направлениях (увеличение или уменьшение), конкретные различия между людьми часто сглаживаются и игнорируются. По этой причине каждый бегун анализировался независимо.
Сравнение индивидуальных реакций техники бега на смену обуви показало, что процент бегунов, поддерживающих двигательный паттерн при беге как между «стандартными» и «облегченными», так и между «стандартными» и «минималистскими» кроссвками, составлял от 80 до 100% в зависимости от конкретного сустава и компонента движения. Таким образом, представляется целесообразным предположить, что при смене внутри определенной категории обуви фактическое совместное движение существенно не меняется. Таким образом, этими результатами подтверждается первая гипотеза.
Основные суставные узлы, где наблюдалось самое лучшее соответствие парадигме «предпочтительного двигательного паттерна», это дорзифлексия/подошвенная флексия в голеностопном суставе, инверсия/эверсия голеностопного сустава и абдукция/аддукция коленного сустава. Наименьшее соответствие зарегистрировано для абдукции/аддукции голеностопного и внутреней/внешней ротации коленного суставов. Почему ротации в суставах в поперечной плоскости более существенно различались между испытаниями разных видов кроссовок по сравнению с объемом их ротации в сагиттальной и фронтальной плоскостях? Существуют 2 возможных объяснения – функциональное и методологическое. С функциональной точки зрения, изменения обуви испытуемых могут привести к наибольшей кинематической реакции в поперечной плоскости. Анатомически голеностопный сустав имеет только 2 оси вращения: медиолатеральную ось дорзифлексии/плантофлексии голеностопного сустава, и наклонную ось подтаранного сустава, связанную с пронацией/супинацией [15].
Количественно оценить ориентацию оси подтаранного сустава достаточно трудно, поэтому биомеханические исследования обычно описывают кинематику голеностопного сустава как ротацию относительно трех ортогональных осей, как в данном исследовании. Пронация и супинация в основном представлены ротациями вокруг передне-задней оси, но также сказывается влияние ротаций в поперечной и сагиттальной плоскостях. Поскольку изменения инверсии/эверсии голеностопного сустава при каждом условии в исследовании (другой вид обуви) были минимальными (Таблица 2), маловероятно, что малые изменения в абдукции/аддукции голеностопного сустава было функциональной реакцией на вмешательство. Кроме того, при переходе от бега в обуви к бегу босиком (экстремальным условиям) наименьшее число испытуемых проявило заметную кинематическую реакцию в поперечной плоскости (Таблица 3). Это свидетельствует о минимальном влиянии различных тестовых условий испытания (видов обуви) на объем ротации голеностопного и коленного суставов в этой плоскости [1, 22]. С методологической точки зрения, малые изменения объема ротаций суставов в поперечной плоскости по теории предпочтительного двигательного паттерна может быть связано с большей погрешностью измерения в этой плоскости. В предыдущих работах, в которых с помощью трехмерного анализа кинематики голеностопного сустава проводились количественные исследования (данные, полученные с помощью кожных и обувных маркеров, а также костных), сообщали о самой высокой относительной ошибке для абдукции/аддукции голеностопного сустава и ротации большеберцовой кости с погрешностями до 7° [11, 17]. Эти ошибки, вероятно, происходят из-за артефактов мягких тканей и деформации обуви, что приводит к искусственному смещению маркера исследуемого сегмента. Кроме того, поскольку относительные совместные ротации в поперечной плоскости были определены последними в последовательности вращения по осям XYZ Кардана, ошибки измерений по сагиттальной и фронтальной плоскостям могли накапливаться и еще больше увеличивать ошибку в поперечной плоскости.
Дискуссии о пороговом значении и клинической релевантности при сравнении суставных движений будут продолжаться и впредь. Поэтому нами были включены результаты для отклонений в 2, 3 и 5°. Основанием для выбора 2° в качестве нижнего порога послужило то, что различия в движении суставов менее этого порога становятся ниже степени достоверности результатов трехмерного анализа движения с использованием кожных маркеров [6]. Любое значение выше 2° читатели могут, основываясь на своих философских предпочтениях, интерпретировать как порог, который они предпочитают. Тем не менее, из-за ограниченного диапазона движений для некоторых степеней свободы в голеностопном и коленном суставах, отклонение в 3° может иметь клиническое значение для одного типа ротации сустава (например, инверсия голеностопного сустава – где очень небольшой диапазон движения), но не для другого сустава (например, флексия колена – большой диапазон движения). Полученные в данном исследовании данные доказывают, что результат не зависит от выбранного порога: для схожих видов обуви большинство бегунов не изменяет свой двигательный паттерн (стиль бега). Было опубликовано много исследований, сравнивающих различные кроссовки, где часто ссылаются на небольшие, но статистически значимые кинематические различия порядка от 1 до 3° между стандартными кроссовками [3] или между стандартными и минималистическими [27]. Вполне вероятно, что большинство испытуемых поддерживали предпочтительный двигательный паттерн во время бега в различных видах обуви. Поэтому предполагается, что воздействие условий испытаний со сменой обуви на такие аспекты, как стиль бега и риск получения травм, не должно чрезмерно интерпретироваться. Будущие исследования должны быть направлены на определение совместного зависимого порогового значения, когда отклонения от предпочтительного двигательного паттерна становятся клинически значимыми, например, путем оценки клинически значимых результатов, таких как риск травматизма, усталость и работоспособность.
Однако, при количественной оценке и сравнении результатов испытаний забегов в кроссовках и без обуви, были выявлены существенные отличия. Сравнение показало, что средние значения кинематических параметров были различными, особенно для дорзифлексии голеностопного сустава и флексии коленного. Фактически, более 50% бегунов продемонстрировали изменение кинематики голеностопного сустава больше, чем на 3°, а около 25% – больше, чем на 5°. В предыдущем исследовании при сравнении кинематики бега босиком и в кроссовках наблюдались меньшая дорзифлексия голени и флексия коленного сустава, что потенциально могло выполнять двойную роль: во-первых, снижение давления под пяткой для уменьшения дискомфорта, во-вторых, снижение момента сил, а следовательно, уменьшение напряжения, оказывающего негативное воздействие на пателлофеморальный сустав [1]. Это исследование показало, что изменения в движении суставов – это не только изменение амплитуды, но и исходного паттерна (техники) бега, что было продемонстрировано большинством протестированных бегунов. Таким образом, вторая гипотеза, утверждающая, что предпочтительный двигательный паттерн может меняться (меньше сохраняется) при существенных изменениях характеристик обуви, подтверждается результатами данного исследования.
Предполагается, что стратегии поддержания предпочтительного двигательного паттерна достигаются путем точной настройки межмышечной координации. Следовательно, можно предположить, что измерения электромиографии (ЭМГ) могут дать некоторые указания относительно того, способствует ли определенный вид обуви поддержанию предпочтительного двигательного паттерна человека. Есть некоторые свидетельства того, что мышечная активность зависит от вида обуви [26], что предполагает разницу в силах реакции опоры. Таким образом, изменение характера обуви, вероятно, влияет на нагрузку на суставы и мягкие ткани. Изменение суставной кинематики (двигательного паттерна) также, скорее всего, повлияет на экономичность бега, хотя следует учитывать и влияние амортизации подошвы и массы обуви [23]. Однако эти эффекты еще не поняты и нуждаются в дальнейших исследованиях.
Тем не менее, конкретные факторы, объясняющие влияние типа обуви на изменения движения суставов, еще не до конца изучены. Важные отличия могут иметь механическую или сенсомоторную природу, а также, вероятно, разница будет зависеть от типа используемой обуви.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Большинство бегунов сохраняет свой стиль бега (предпочтительный двигательный паттерн) независимо от вида беговой обуви. Процент бегунов, поддерживающих предпочтительный двигательный паттерн, зависит от значимости изменений, вносимых конкретным видом обуви.
ОФИЦИАЛЬНОЕ ЗАЯВЛЕНИЕ
Это исследование финансировалось корпорацией Mizuno (Осака, Япония) и Biomechanigg Sport and Health Research (Калгари, Канада). Корпорация Mizuno также предоставила кроссовки, которые использовались при тестировании. Однако результаты, представленные в этой статье, никоим образом не представляют собой предвзятость к продуктам Mizuno по сравнению с другими брендами. Результаты настоящего исследования не подтверждены Американским колледжем спортивной медицины. Результаты исследования представлены четко и честно, без фальсификации или манипулирования данными.
Рисунок 1.
Рисунок 2.
Рисунок 3.
Таблица 1. Характеристики 3 типов обуви
Таблица 2. Число (количество и процентные доли) субъектов (n = 35) с
абсолютной средней разницей в кинематике коленного и голеностопного суставов меньше 2°, 3° и 5° при сравнении разных типов кроссовок.
Таблица 3. Индивидуальная средняя разница (абсолютные значения и проценты) в кинематике коленного и голеностопного суставов меньше 2°, 3° и 5° при сравнении «Rider» и «без обуви».
ЛИТЕРАТУРА
1. Bonacci J, Saunders PU, Hicks A, Rantalainen T, Vicenzino BGT, Spratford W. Running in a minimalist and lightweight shoe is not the same as running barefoot: a biomechanical study. Br J Sports Med. 2013;47(6):387–92.
2. Brooks. Run Signature [Internet]. [cited 2016 March 1]; Available from: www.brooksrunning.com/en_ca/RunSignature.
3. Butler RJ, Davis IS, Hamill J. Interaction of arch type and footwear on running mechanics. Am J Sports Med. 2006;34(12):1998–2005.
4. Cavanagh PR, Lafortune MA. Ground reaction forces in distance running. J Biomech. 1980;13(5):397–406.
5. Cook SD, Brinker MR, Poche M. Running shoes. Their relationship to running injuries. Sports Med. 1990;10(1):1–8.
6. Ferber R, Davis I, Williams D, Laughton, C. A comparison of within- and between-day reliability of discrete 3D lower extremity variables in runners. Journal of Orthopedic Research. 2002;20(6):1139-1145.
7. Hardin EC, van den Bogert AJ, Hamill J. Kinematic adaptations during running: effects of footwear, surface, and duration. Med Sci Sports Exerc. 2004;36(5):838–44.
8. James SL, Bates BT, Osternig LR. Injuries to runners. Am J Sports Med. 1978;6(2):40–50.
9. Luo G, Stergiou P, Worobets J, Nigg B, Stefanyshyn D. Improved footwear comfort reduces oxygen consumption during running. Footwear Sci. 2009;1(1):25–9.
10. Malisoux L, Chambon N, Delattre N, Gueguen N, Urhausen A, Theisen D. Injury risk in runners using standard or motion control shoes: a randomised controlled trial with participant and assessor blinding. Br J Sports Med. 2016;50:481–87.
11. Manal K, McClay I, Stanhope S, Richards J, Galinat B. Comparison of surface mounted markers and attachment methods in estimating tibial rotations during walking: an in vivo study. Gait Posture. 2000;11(1):38–45.
12. Matheson GO, Clement DB, McKenzie DC, Taunton JE, Lloyd-Smith DR, MacIntyre JG. Stress fractures in athletes. A study of 320 cases. Am J Sports Med. 1987;15(1):46–58.
13. Nigg B, Baltich J, Hoerzer S, Enders H. Running shoes and running injuries: mythbusting and a proposal for two new paradigms: “preferred movement path” and “comfort filter.” Br J Sports Med. 2015;49:1290–1294.
14. Nigg BM. Biomechanical analysis of foot insufficiencies. Med Ortho Tech. 1977;6:178–80.
15. Nigg BM. Biomechanics of Sport Shoes. Calgary: Topline Printing; 2010. p. 173-194.
16. Paquette MR, Zhang S, Baumgartner LD. Acute effects of barefoot, minimal shoes and running shoes on lower limb mechanics in rear and forefoot strike runners. Footwear Sci. 2013;5(1):9–18.
17. Reinschmidt C, van Den Bogert AJ, Murphy N, Lundberg A, Nigg BM. Tibiocalcaneal motion during running, measured with external and bone markers. Clin Biomech. 1997;12(1):8–16.
18. Robbins SE, Gouw GJ. Athletic footwear and chronic overloading. A brief review. Sports Med. 1990;9(2):76–85.
19. Ryan MB, Valiant GA, McDonald K, Taunton JE. The effect of three different levels of footwear stability on pain outcomes in women runners: a randomised control trial. Br J Sports Med. 2011;45(9):715–21.
20. Sinclair J, Greenhalgh A, Brooks D, Edmundson CJ, Hobbs SJ. The influence of barefoot and barefoot-inspired footwear on the kinetics and kinematics of running in comparison to conventional running shoes. Footwear Sci. 2013;5(1):45–53.
21. Squadrone R, Rodano R, Hamill J, Preatoni E. Acute effect of different minimalist shoes on foot strike pattern and kinematics in rearfoot strikers during running. J Sports Sci. 2014;33(11):1196-1204.
22. Stacoff A, Nigg BM, Reinschmidt C, van den Bogert AJ, Lundberg A. Tibiocalcaneal kinematics of barefoot versus shod running. J Biomech 2000;33(11):1387–95.
23. Tung KD, Franz JR, Kram R. A test of the metabolic cost of cushioning hypothesis during unshod and shod running. Med Sci Sports Exerc. 2014;46(2):324–9.
24. van Gent RN, Siem D, van Middeloop M, van Os AG. G, Bierma-Zeinstra SM, Koes BW. Incidence and determinants of lower extremity running injuries in long distance runners: A systematic review. Sport en Geneeskd. 2007;40(4):16–29.
25. van Mechelen W. Running injuries. A review of the epidemiological literature. Sports Med. 1992;14(5):320–35.
26. Wakeling JM, Pascual SA, Nigg BM. Altering muscle activity in the lower extremities by running with different shoes. Med Sci Sports Exerc. 2002;34(9):1529–32.
27. Willy RW, Davis IS. Kinematic and kinetic comparison of running in standard and minimalist shoes. Med Sci Sports Exerc. 2014;46(2):318–23.
28. Wilson D, Feikes J, Zavatsky A, Bayona F. The one degree of freedom nature of the human knee joint-basis for a kinematic model. In: Proceedings of the 9th Biennial Conference of the Canadian Society of Biomechanics. Vancouver (Canada). Simon Fraser University: 1996. p. 194-95.