Мы устаем от передвижений пешком по городу и не можем понять, почему. Ходьба по твердым покрытиям создает напряжения в опорно-двигательном аппарате, что ведет к боли в коленях, позвоночнике, связках и сухожилиях.
Гораздо естественней ходить по земле. Люди часто не отдают себе отчета и не формулируют проблему, которая перед ними стоит, но интуитивно находят ее решение. Так, можно заметить, что на газонах и зеленых полосах в городе протоптаны дорожки вдоль основных дорог. При прочих равных люди стараются пройти по ним, нежели по жестким плитке и асфальту. Также в парках можно заметить, что не только бегуны, но и гуляющие ходят по беговым дорожкам. Почему? Так комфортнее и удобнее.
В условиях городской среды, когда каждый день приходится ходить по жестким плитке и асфальту, которые не смягчают удар при наступании на пятку и модифицируют естественный шаг, ноги очень быстро устают. Они эволюционно не приспособлены к таким нагрузкам и накапливается напряжение в мышцах, идет повышенная нагрузка на позвоночник и межпозвонковые диски, а также на суставы, связки и сухожилия. Эволюционно мы были приспособлены к хождению с пружинистой пяткой. Это можно увидеть в естественной ходьбе по упругим земле, корням и траве, а также заметить в передвижении животных и в грации танцоров. Стоит отметить, что при быстром беге мы начинаем фазу наступания на землю не с пятки, а с переката и носка, тем самым не нагружая ахилловы сухожилия и позвоночник. Но при таком способе передвижения затрачивается масса энергии и невозможно длительное время находиться в таком режиме. Шаг в сторону прямохождения и энергосберегающего типа передвижения (ходьбы) был сделан из предположения, что мы будем двигаться по естественному покрытию.
Однако эволюция часто не успевает отточить все приспособления организма под нововведения и изменения внешней обстановки. В частности, амортизирующая жировая подушка на пятке оказалась недостаточно мягкой для передвижения по искусственным твердым поверхностям и недостаточно высокой, чтобы компенсировать устройство заточенного под подвижную и возвышенную пятку опорно-двигательного аппарата. Не зря ортопеды советуют носить небольших каблуках — чтобы пятка была немного приподнята. Однако амортизация здесь отнюдь не помешает на твердых поверхностях, что и обеспечивают динамические каблуки.
Предотвратить излишнюю усталость и возможные травмы поможет амортизирующая обувь или выбор соответствующего покрытия для ходьбы и бега, отвечающего скоростным характеристикам передвижения. Слишком мягкая поверхность погасит весь удар, а слишком жёсткая не сожмется, чтобы вернуть упругую энергию обратно на толчок.
Последнее время наблюдается тенденция повсеместно ходить в кроссовках. Однако, именно для комфортной ходьбы они не предназначены. Они оказываются слишком мягкими для толчка ноги о землю при ходьбе и поглощают всю энергию, не давая эффективно протолкнуться вперед. В итоге, ходьба наоборот замедляется. Важно не потерять энергию шага, а преобразовать ее в полезную работу.
При ходьбе в кроссовках пятка оказывает сильно смягчающее действие и походка портится, так как изменяется цикл шага. А именно, время наступания на пятку сильно увеличивается и свод не работает. Таким образом, в походке начинают участвовать согнутые колени, чтобы компенсировать стремление центра тяжести идти вниз. Происходит хлопок на переднюю часть стопы, что ведет к ее перегрузу. Отсутствие работы свода приводит к недостаточно эффективному проталкиванию вперед (он не работает как упругая пружина, перенося энергию толчка в переднюю часть стопы) и при одинаковых приложенных усилиях такая ходьба замедляется и становится неэффективной. Нога как-бы западает и тормозит, и приходится прикладывать дополнительные усилия, чтобы оттолкнуться.
То же самое происходит и в беге в кроссовках с чрезмерной амортизацией или слишком мягкой и толстой подошвой в носочной части – становится тяжелее бежать за кажущейся по началу мягкостью и легкость. Но цифры и результаты тому показатель.
Именно поэтому производителями сейчас ведутся исследования, направленные на поиск оптимального сочетания мягких и вместе с тем упругих конструкций подошв для обуви. Однако, большинство имеющихся разработок в области подошв кроссовок апеллируют в основном к упругости в сочетании с жесткостью. Предпринимаются попытки создать двухфазную амортизацию, когда есть более мягкие и более жесткие участки подошвы, а также механизмы рассеивания энергии удара по всей подошве. Такие технологии есть у различных производителей кроссовок, однако польза данного механизма ставится под сомнением, так как при рассеивании удара равномерно на всю подошву энергия не передается сначала на перекат, а затем на носок, как это естественно задумано, а гасится равномерно по всей стопе и отталкивание замедляется.
Кроссовки без возвышенной над носочной частью подошвы пяткой оказываются неэффективными при беге, так как пропадает эффект быстрого переноса толчка с пятки через перекат на носок, с которого идет проталкивание вперед. Также и технологии рассеивания нагрузки амортизирующей подошвой на всю стопу лишают такой возможности и замедляют в итоге бег.
При беге сильный толчок нужно смягчить, но нельзя потерять энергию удара и нужно использовать упругость. При шаге толчок меньше, следовательно требуется меньше мягкость, иначе будет эффект проваливания. Однако сильно жёсткие конструкции могут не сработать при небольшой нагрузке – не отпружинят. Здесь нужно соблюсти тонкий баланс.
Чем жестче материал и чем при этом больше смещение, тем больше упругой энергии запасается. Получается, что большей отдачи энергии можно добиться при большей жесткости и больших нагрузках. Поэтому кроссовки для быстрого бега делают из более жестких материалов.
Все производители кроссовок балансирует на лезвии ножа между мягкостью и упругостью и ищут подходящие варианты для разных беговых нагрузок. Они пытаются найти решение, когда при наличии мягкости не будет теряться упругость, но пока всегда приходится идти на жертвы.
Соблюсти баланс между мягкостью и упругостью также может помочь амортизация в два этапа. Двухфазная амортизация сейчас повсеместно применяется и в технологиях кроссовок — делается мягкая промежуточная подошва для эффективной амортизации и более жесткая внешняя. Интересно, что одним из первых, кто придумал такой ход был помощник основателя компании Найк Фила Найта – Джефф Джонсон, который пытался по максимуму понять проблемы клиентов при беге и создать для них идеальные кроссовки [Продавец обуви, Фил Найт, Издательство «Э», Москва, 2017].
Будущее за идеальными технологиями мягко-упругой обуви.
Об авторе: к.ф.-м.н., научный сотрудник ИКИ РАН. Занималась легкой атлетикой, изучала тему амортизирующих кроссовок и биомеханику шага и бега, исследовала физические аспекты амортизирующей обуви и амортизационные устройства в космических посадочных аппаратах. Также окончила художественную школу, самостоятельно научилась шить обувь и в данное время работаю над созданием максимально удобной и красивой обуви для повседневной носки.