Скорость бега человека оптимизирована для эффективного использования энергии
Эксперименты на людях давно показали, что минимизация энергозатрат является важной целью при ходьбе, и что люди постоянно корректируют аспекты своего стиля ходьбы, чтобы поддерживать энергозатраты на минимальном уровне. Однако, когда речь идет о беге, эта взаимосвязь не проверялась. В лабораторных условиях было показано, что люди выбирают предпочтительную скорость бега, которая соответствует минимизации энергозатрат, но неизвестно, делают ли то же самое бегуны в естественных условиях.
Распространение цифровых устройств для отслеживания движений дало исследователям возможность выяснить, имеют ли бегуны предпочтительную скорость в свободной среде или же они варьируют скорость в зависимости от расстояния, которое они пробегают, как предполагалось ранее. Объединив данные бегунов, за которыми наблюдали в лаборатории, с данными более 37 000 пробежек, записанных на носимые фитнес-трекеры, ученые смогли ответить на этот вопрос.
Исследовательская группа, состоящая из ученых из Университета Куинс в Онтарио и Стэнфордского университета в Калифорнии, уже 15 лет изучает механику бега в лабораториях, но до сих пор не исследовала бег "в дикой природе".
"Мы смогли объединить эти два набора данных, чтобы получить новую информацию и совместить более беспорядочные данные носимых устройств с золотыми стандартами лабораторных экспериментов, чтобы узнать, как люди бегают в естественных условиях", - сказала соавтор исследования Дженнифер Хикс, заместитель директора Альянса человеческой работоспособности Ву Цай Стэнфорда.
Данные о свободном образе жизни, собранные носимыми цифровыми устройствами, включали записи расстояния и высоты, полученные из данных GPS с интервалом в 3 секунды. В общей сложности 4645 бегунов самостоятельно сообщили данные о своем поле, возрасте, росте и весе, а их данные о беге записывались в течение 14 месяцев с августа 2016 года по октябрь 2017 года. В общей сложности это составило 37 201 пробежку, или более 28 022 часов (3,20 года) данных о беге.
Чтобы выяснить, выбирают ли бегуны в условиях свободного образа жизни разные скорости для выполнения заданий на разные дистанции, исследователи отобрали в базе данных бегунов, которые пробежали хотя бы одну дистанцию на каждой из трех дистанций: 3,22, 6,44 и 9,66 ± 0,80 км (2, 4 и 6 ± 0,5 миль). Они проверили различия в средней скорости каждого бегуна на этих трех дистанциях и обнаружили, что существенных различий нет. Это говорит о том, что бегуны выбирают предпочтительную скорость бега и придерживаются ее, независимо от расстояния, которое они планируют преодолеть.
Затем ученые сравнили эти предпочтительные скорости бега с экспериментально определенными скоростями, оптимальными с точки зрения минимизации энергетических затрат. Результаты анализа показали удивительную согласованность между объединенными наборами данных - один получен в результате лабораторных экспериментов, а другой - от бегунов с носимыми устройствами слежения.
"Мы интуитивно предполагаем, что люди бегут быстрее на короткие дистанции, а затем замедляют темп на более длинные", - сказала первый автор исследования Джессика Селинджер. "Но это оказалось не так. Большинство анализируемых бегунов придерживались одной и той же скорости, будь то короткая пробежка или длинная дистанция в десять километров"
Интуитивно можно предположить, что люди бегут быстрее на короткие дистанции и замедляют темп на длинные. Именно это наблюдается в соревновательных забегах, где явной целью является минимизация времени. Но нынешнее исследование показывает, что средний человек, занимающийся бегом, предпочитает скорость, которая в значительной степени не зависит от дистанции и соответствует цели минимизации энергозатрат.
Ирония этих результатов, опубликованных сегодня в журнале Current Biology, заключается в том, что, хотя мы можем быть мотивированы на пробежку для того, чтобы сжечь калории, похоже, что мы выбираем скорость бега, которая на самом деле минимизирует потребляемые нами калории. Это имеет смысл с эволюционной точки зрения и согласуется с предпочтениями в передвижении, зафиксированными у других нечеловеческих животных, живущих в естественной среде. Если мы хотим увеличить количество калорий, которые мы расходуем во время бега, нам придется увеличить скорость, используя такие стратегии, как бег с более быстрыми товарищами или прослушивание музыки в быстром ритме, когда наши ноги стучат по тротуарам.
Селинджер и Хикс надеются, что наличие больших массивов фитнес-данных, полученных с помощью носимых устройств для отслеживания движений, поможет исследователям получить представление о популяциях.
"Вы можете посмотреть на связь с окружающей средой, доступ к ресурсам отдыха и начать объединять все эти данные, чтобы понять, как улучшить физическую активность и здоровье в более широком смысле", - говорит Хикс.
