Работа стопы при ходьбе и беге

Работа стопы при ходьбе и беге

При рассмотрении механизма движения человека можно видеть, что в начале каждого шага тело слегка наклоняется вперед для вывода тела из состояния равновесия в результате смещения проекции центра тяжести за площадь опоры. Обычно при этом наблюдается подъем стопы на носки.

При шаге одна нога выдвигается вперед благодаря сокращению мышц, поднимающих бедро и выкидывающих голень вперед.

При описании механизма шага принято различать движущуюся, или качающуюся (рис. 3.24, а), и опорную (рис. 3.24, б—д) ноги.

Рис. 3.24. Схема движения стопы при ходьбе человека

Выдвинутая вперед нога опускается на опору обычно только пяткой (см. рис. 3.24,6); наступает момент, когда тело опирается о землю обеими ногами (одна пяткой, другая фалангами). В следующий момент качающаяся нога соприкасается с опорой уже всей плантарной поверхностью (см. рис. 3.24, 6 иг). При этом обычно мышцы плантарной поверхности, сгибающие стопу, сокращаются, в результате чего стопа не только отделяется от опоры, но и отталкивается пальцами (см. рис. 3.24,5), что увеличивает скорость поступательного движения тела. Из опорной нога становится качающейся и сначала путем сокращения мышц, сгибающих бедро, приближается к фронтальной плоскости тела, затем выдвигается вперед, чтобы, создав телу новую опору, предохранить его от падения.

Во время переноса ноги из заднего положения в переднее пальцы стопы направлены вверх. Стопа как бы сокращает

свою длину, чтобы при переносе не задеть за поверхность опоры пальцами.

При ходьбе периоды опоры правой и левой ног в одном цикле движения не всегда одинаковы. Соотношения между интервалами времени периодов опоры при ходьбе и беге также неодинаковы и у разных людей и у одного того же человека. В среднем затраты времени на один шаг составляют 1 с. При ходьбе период опоры на пятку в среднем равен 7 % всего периода опоры; на всю стопу — 33%, на переднюю часть стопы — 60%.

Из сказанного следует, что время опоры человека на всю стопу — это только часть времени, в течение которого он находится в движении. А так как при опоре на пятку и на переднюю часть стопы во время движения изменяются величина и направление нагрузки, то именно на движение, а не только на стояние необходимо обращать внимание при изучении строения стопы и ее работы для построения рациональной обуви.

К. М. Платуновым получены кривые, определяющие характер распределения вертикальных усилий от момента опоры на пятку до отталкивания пальцами от опоры у разных людей (рис. 3.25). Начальная часть аб всех диаграмм ходьбы имеет крутой подъем, который более резко выражается с увеличением скорости движения. Участок бв, соответствующий более нагруженному состоянию — периоду от начала опоры всей стопы до отрыва носка, в большинстве случаев имеет седловидную форму с выпуклостью к оси абсцисс и лишь в некоторых случаях имеет вид прямой. Для людей с различной походкой седловидная форма кривых выражена по-разному. Кривая 1 характерна для людей с тяжелой, кривая 2 — с мягкой (кошачьей), кривые 3 и 4 — с нормальной походкой, кривая 5 — для бега. Более чем у 50 % людей наибольшее усилие приходится на начальные фазы периода опоры.

Рис. 3.25. Схемы распределения вертикальных усилий при ходьбе и беге

Давление зависит от скорости движения: чем быстрее перемещается человек, тем больше силы инерции и давление на опору. Усилия, передаваемые человеком на опорную поверхность при движении, выражаются динамическим коэффициентом

q = Q/P,

где Р — масса тела человека.
При медленной ходьбе в легкой обуви q= 1, в тяжелой обуви q — 1,23, при быстрой ходьбе q=1,5, при беге q=1,8, при прыжках q = 3.

При движении с грузом динамический коэффициент будет еще больше, т. к. груз участвует в колебаниях и является динамической нагрузкой.

Утомление человека во время ходьбы снижает динамичность усилий, т. к. при этом укорачивается шаг, более низко располагается центр тяжести, меньше становится амплитуда колебаний человека.

Давление стопы на опору при ходьбе в обуви с различной высотой каблука Вк наиболее детально изучено с помощью

ртутных датчиков. Установлено, что давление при ходьбе на всех участках опоры изменяется от нуля до значения, характерного для данной точки и высоты каблука. Наибольшее давление при всех значениях Вк наблюдается, как и при стоянии, под бугром пяточной кости, головкой пятой плюсневой кости и, кроме того, под большим пальцем. Т. к. продолжительность периодов опоры изменяется с изменением высоты каблука, то изменяется и характер давления на отдельных участках стопы.

Ф. А. Корниловым получены кривые, характеризующие величины и направления не только вертикальных (рис. 3.26, а), но и горизонтальных составляющих усилий в различные периоды I— IV ходьбы (рис. 3.26, бив). Кривые подтверждают характер и форму кривых распределения вертикальных составляющих, полученных К. М. Платуновым. Горизонтальные составляющие направлены продольно и поперечно относительно направления движения. Поперечные составляющие горизонтальных усилий в начале движения направлены внутрь, а затем — наружу (см. рис. 3.26, в). Продольные горизонтальные составляющие вначале опоры направлены по ходу движения (вперед), в конце опорного периода — в направлении, обратном движению (см. рис. 3.26, б). Они стремятся сдвинуть стопу по опорной поверхности. При определенном соотношении между горизонтальными составляющими, силами трения стопы о стельку и подошвы о почву может происходить сдвиг стопы в обуви. Стопа при этом оказывает давление на детали верха обуви, что приводит к их деформации (стаптывание жесткого задника, сваливание союзки верха обуви наружу и т. д.).