Рассмотрим биомеханику бега. Технику спринтерского бега можно описать как двигательное действие, связанное с функционированием опорно-двигательного аппарата человека, под управлением центральной нервной системы. В технике бега принято выделять опорную и маховую ноги. Маховая нога после отрыва от опоры "складывается", выносится вперед, разгибается для начала взаимодействия с опорой. Мышцы-сгибатели тазобедренного сустава определяют скорость (продолжительность) выноса маховой ноги вперед. Если увеличить силу только этих мышц, то скорость выноса ноги будет больше, время полета должно сократиться, следовательно, можно будет зафиксировать рост темпа бега при некотором уменьшении длины шага.
​
Опорная нога работает в фазах амортизации и отталкивания. Очевидно, что наибольшее значение для достижения высокой спринтерской скорости имеют мышцы-разгибатели тазобедренного сустава (большая ягодичная, двусуставные мышцы задней поверхности бедра). Эти мышцы имеют малое плечо действия силы (от 0 до 5-7 см), а точка приложения внешней силы (опорной реакции) находится на расстоянии длины ноги (80-95 см), поэтому даже при малой скорости сокращения мышц (1 м/с) линейная скорость движения стопы или, наоборот, тела по отношению к стопе на опоре может доходить до 10 и более м/с. Так же при отталкивании важна роль мышц сгибателей стопы. Если увеличить силу всех названных мышц, то должна вырасти скорость перемещения ОЦМТ (общего центра массы тела) и, следовательно, длина шага без существенного роста темпа бега.
​
Одновременное увеличение силы как сгибателей, так и разгибателей тазобедренных суставов должно дать одновременное увеличение длины шагов и темпа бега.
​
Данные теоретические заключения были подтверждены экспериментально на юных легкоатлетах. В педагогическом эксперименте приняли участи 48 бегунов со стажем занятий 1,5 года. Участники были разделены на 4 группы. В первой группе акцент был на развитие силы мышц разгибателей бедра, во второй – сгибателей, в третьей акцент был на развитие силы обеих эти мышечных групп, но при этом объем нагрузки был такой же, как в 1-й и 2-й группах. Испытуемые контрольной, 4-й, группы выполняли тренировочную программу в соответствии с общепринятыми рекомендациями. По завершении 6 недельной тренировочной программы были зафиксированы следующие изменения:

В 1-й группе произошло достоверное увеличение максимальной скорости бега 30 м с/х на 5,2% за счет увеличения длины шага (в среднем на 7 см), время опоры сократилось на 5,7%, а полета увеличилось на 3,6%. Силовые показатели разгибателей бедра, голени и сгибателей стопы увеличились на 18-24%.
Во 2-й группе произошло достоверное увеличение максимальной скорости бега на 3,9%, темпа бега - на 4,5%, время опоры и полета сократилось соответственно на 5%. Силовые показатели разгибателей бедра, голени и сгибателей стопы увеличились статистически недостоверно, а сила сгибателей бедра достоверно выросла на 10%.
В 3-й группе произошло достоверное увеличение максимальной скорости бега на 6,3%, темпа - на 3,7%, длины шага - на 2,9%, время опоры и полета сократилось соответственно на 7,5 и 3,2%. Силовые показатели разгибателей и сгибателей бедра, голени и стопы увеличились на 13-21%.
В 4-й, контрольной, группе достоверных изменений не произошло.
​
Таким образом, педагогический эксперимент подтвердил достоверность сформулированных рабочих гипотез и главное предположение о влиянии уровня силовой подготовленности мышц на технику спринтерского бега.
​
Выводы.
1. Увеличение силы мышц-разгибателей тазобедренного сустава приводит к росту длины шага.
2. Увеличение силы сгибателей тазобедренного сустава ведет к сокращению времени опоры и росту темпа бега.
​
Желающим подробнее ознакомится с данным педагогическим экспериментом рекомендую найти в Сети эту статью: Е.Е. Аракелян, В.А. Збарский, Т.Н. Шевченко, В.Н. Селуянов. «ФОРМИРОВАНИЕ ТЕХНИКИ СПРИНТЕРСКОГО БЕГА ПОСРЕДСТВОМ НАПРАВЛЕННОГО РАЗВИТИЯ СИЛЫ ОТДЕЛЬНЫХ МЫШЕЧНЫХ ГРУПП У ЮНЫХ АТЛЕТОВ».
​
А как же четырехглавая мышца бедра, точнее три ее односуставных головки? Неужели роль разгибателей голени в беге незначительна? Да, это так. В беге по дистанции роль четырехглавой мышцы бедра практически сводится к уступающей работе против силы тяжести в фазе амортизации и середине опоры. У стайеров вертикальные перемещения ОЦМТ гораздо меньше выражены, поэтому роль разгибателей голени вообще мала. Есть исследования, показывающие что у бегунов с ростом квалификации сила четырехглавой м. бедра возрастает от 2-го разряда до КМС, а затем с ростом спортивного мастерства снижается. В то же время сила мышц задней поверхности бедра и икроножной мышцы растет линейно. Это отражает закономерность техники с ростом спортивной квалификации, когда от "прыжкового" бега с использованием разгибателей голени бегун переходит к экономичному "катящемуся".
​
Но роль разгибателей голени крайне важна во время старта и стартового разгона. Этим объясняется известный факт, что тяжелоатлеты на первых метрах дистанции практически не проигрывают сильнейшим спринтерам, несмотря на несовершенство техники. Так же можно привести в пример великих спринтеров Карла Льюиса и Усейна Болта. Имея высочайшую скорость бега по дистанции на старте, они всегда засиживались и выходили в лидеры только в середине дистанции. На многочисленных фото видно, что мышечная масса четырёхглавой м. бедра у этих спринтеров значительно проигрывает аналогичной у известных спринтеров «стартовиков».
​
Ну и наконец перейдем к рукам. Какова их роль в спринте? Приведем данные из статьи профессора В. Н. Селуянова «Биомеханизмы циклических локомоций».
​
Рассмотрим вклад биомеханизма махового движения двух рук. В беге руки двигаются на встрече друг к другу, поэтому они не могут способствовать созданию продвигающей силы (в отличие от маховой ноги), горизонтальные составляющие силы всегда направлены на встречу друг к другу и взаимно компенсируются. Иначе соотносятся вертикальные составляющие силы, возникающие в центрах масс звеньев рук. На опоре обе руки сначала двигаются вниз, а значит сначала разгружают опорную ногу. При прохождении около вертикали ЦМ рук центробежные силы начинают загружать опору, как и инерционные силы, возникающие при ускоренном движении ЦМ рук вверх. Торможение рук в конце опоры должно передать их кинетическую энергию ОЦМТ, т. е. должно произойти увеличение длительности полета. Очевидно, что центробежные силы, действующие на руки, должны увеличить загрузку мышц-разгибателей тазобедренного (ТБС) и коленного (КС) и голеностопного (ГС) суставов, однако увеличение запасов энергии упругой деформации может произойти только в разгибателях голеностопного сустава, т. е. в основном в икроножной и камбаловидной мышцах, поскольку коленный сустав по ходу отталкивания почти не меняет своей формы. Следовательно, вертикальное положение ЦМ рук должно согласовываться с максимальным сгибанием коленного сустава опорной ноги. В этот же момент должно произойти максимальное ускорение в разгибании маховой ноги в ТБС, что также должно увеличить вертикальную составляющую опорной реакции. Далее идет разгибание в ГСС, КС и ТБС одновременно. Руки продолжают вращение и начинают тормозится, что облегчает процесс отталкивания.
​
Таким образом увеличение массы рук может привести к увеличению вклада мышц верхних конечностей в результат бега, за счет увеличения вылета ОЦМТ в каждом отталкивании, т. е. увеличится длина шага.
​
Экспериментальное обоснование эффективности функционирования биомеханизмов в спринтерском беге. С целью проверки степени влияния геометрии масс тела на технику бега был выполнен эксперимент на трех испытуемых (масса 60–90 кг, длина тела 170–190 см, квалифицированные легкоатлеты). Каждый атлет выполнял имитацию бега на месте для определения максимального темпа движений руками, бег на отрезке 50 м, последние 20 м пробегались с постоянной скоростью. С начала выполнялось 5 попыток в нормальных условиях, от попытки к попытке скорость возрастала от 3 до 9 м/с. Затем опыт повторялся с грузом 1 кг в каждой кисти. Бег фиксировался на видеопленку. Камера устанавливалась на высоте 1,4 м, отстояла от линии бега на расстоянии 30 м. Далее при покадровом просмотре определялось время преодоления отрезка 12,2 м, длительность цикла бега, а далее вычислялись скорость, темп и длина шага. Максимальный темп движений руками при имитации бега на месте составил 6,5–7,5 ш/с. После обучения бегу с грузом испытуемые участвовали в эксперименте. У всех произошло увеличение длины шага за счет использования биомеханизма маховых движений рук. Причем с ростом скорости его вклад увеличивался.
​
Таким образом, можно предположить, что увеличение мышечной массы у американских спринтеров 1980–1990 гг. способствовало достижению ими выдающихся результатов в спринте. Для более убедительного подтверждения этого положения приведем данные В. В. Тюпы (1978) о вкладе рук в величину опорной реакции в спринтерском беге. По его данным при беге со скоростью 9,6м/с спринтер с массой примерно 70 кг может создать с помощью рук дополнительную нагрузку на опорную ногу порядка 400 Н. При этом маховая нога создает нагрузку в 700 Н.
​
Отсюда делаем вывод: мышцы верхнего плечевого пояса прямо не могут оказывать действие на продвижение спортсмена вперед, однако они могут накапливать кинетическую энергию при встречном вращении и затем отдавать ее туловищу при торможении (движении их вверх во второй половине опоры). Мышцы верхнего плечевого пояса могут поддерживать максимальный темп 6,5–7,5 ш/с, т. е. во время бега они работают не с максимальной мощностью, следовательно, увеличение массы верхнего плечевого пояса, силы мышц является положительным фактором для увеличения скорости дистанционного спринтерского бега и спринтерской выносливости (снижается темп бега, экономится энергия).
​
Как видим высокая мышечная масса элитных спринтеров вполне закономерна и имеет четкое научное обоснование, подтвержденное как теоретически, так и экспериментально.