È stato Daniel Lieberman, il biologo evoluzionista di Harvard che corre a piedi nudi, il primo a farmi pensare alle forze di impatto. Nel 2010, lui e i suoi colleghi hanno pubblicato uno studio molto influente su Nature che ha confrontato le “forze di collisione” dei piedi che colpiscono il terreno per i corridori con e senza scarpe mentre atterrano sul tallone o sull’avampiede. Le nette differenze nelle curve di forza del documento hanno fornito una zavorra scientifica cruciale per il movimento di corsa minimalista, ma un nuovo studio suggerisce che potremmo aver interpretato quelle curve in modo sbagliato.
Il nuovo studio, che appare nel Journal of Applied Physiology, viene dal gruppo di biomeccanica di Peter Weyand alla Southern Methodist University, guidato dal suo ex studente di dottorato Andrew Udofa, insieme a Ken Clark (che ora è alla West Chester University) e al fisico Laurence Ryan. Ripensando a ciò che ci dicono le curve di forza in corsa, sono in grado di risolvere un mistero di lunga data sul ruolo dell’ammortizzazione delle scarpe e potenzialmente offrire un modo accessibile e individualizzato di testare quali scarpe sono migliori per te. Per capire perché, dobbiamo prima dare un’occhiata alle curve di Lieberman.
Se si chiede a qualcuno di correre su un tapis roulant di fantasia per la misurazione della forza (che costa diverse centinaia di migliaia di dollari) o su una piastra di forza installata nel terreno, è possibile ottenere una curva caratteristica che mostra quanta forza il corridore sta applicando verticalmente al terreno ad ogni passo (e viceversa, come Isaac Newton capì, quanta forza il terreno sta inviando nel corpo). Ecco, dall’articolo di Lieberman del 2010, un tipico esempio di qualcuno che corre a piedi nudi e atterra sul tallone:
La caratteristica chiave da notare è il piccolo picco sul lato sinistro della curva. Questo è il tallone che sbatte a terra, una frazione di secondo prima che tutta la forza del resto del corpo prema sul terreno. L’opinione dominante tra i biomeccanici è che non è la dimensione complessiva della forza (che qui raggiunge circa 2,4 pesi corporei) che determina la probabilità di infortunarsi; invece, è quanto velocemente la forza viene applicata, altrimenti noto come il tasso di carico. Grazie al mini-spike del colpo di tacco, la forza in questa immagine sale molto ripidamente, il che è presumibilmente un male.
Ora confronta come appare la forza quando si atterra invece sull’avampiede:
Il piccolo picco è sparito! Questo significa che il tasso di carico è più basso, e hai meno probabilità di farti male. Almeno, questa è la teoria.
In verità, secondo il nuovo studio, il piccolo picco è ancora lì; è solo oscurato da quello più grande. Nel 2014, Weyand, Clark e Ryan hanno proposto quello che hanno chiamato un “modello a due masse” per spiegare come questo tipo di curve di forza variano in condizioni diverse. In questo modello, la curva di forza consiste sempre di due componenti distinte: un piccolo picco che corrisponde al piede e alla parte inferiore della gamba che sbattono contro il terreno e quasi immediatamente si fermano; e un picco più grande e più lento che corrisponde al resto del corpo che raggiunge il punto più basso del suo movimento su e giù. La forza complessiva è semplicemente la somma di questi due picchi.
Ecco come appare:
La curva mostrata qui assomiglia molto alla curva di Lieberman che colpisce il tallone. Ma in uno studio del 2017, il gruppo SMU ha dimostrato che si ottiene un doppio picco molto simile quando si guardano i velocisti di classe mondiale, anche se atterrano sull’avampiede. Questo era un indizio importante che il mini-picco non è una funzione di quale parte del piede tocca il suolo per prima. Invece, è una funzione di quanto velocemente si sta applicando la forza al terreno, che dipende non solo dal colpo di piede, ma anche dalla velocità, dalle caratteristiche della scarpa e da altri fattori.
Nel nuovo studio, il team SMU ha confrontato i dati di forza di otto volontari in quattro diverse condizioni di scarpe: a piedi nudi, minimalista (Vibram FiveFinger KSO), piatto da corsa con suola sottile (Nike Zoom Waffle Racer VII), e scarpa da corsa con suola spessa (Asics Gel Cumulus-14). Hanno voluto esplorare un mistero di lunga data chiamato “anomalia della forza d’impatto”, che è che mettere più ammortizzazione nelle scarpe non sembra ridurre il tasso di carico che i corridori sperimentano – un risultato apparentemente controintuitivo.
Ecco come appaiono i loro dati, mostrando sia il mini-spike associato alla parte inferiore della gamba (J1) sia la forza complessiva che è la somma di entrambi i picchi, per due velocità (~6:40 per miglio e ~3:50 per miglio). L’asse verticale, come prima, è la forza in pesi corporei, e l’asse orizzontale è il tempo in secondi.
La prima cosa da notare è che per ogni velocità la pendenza crescente della curva di forza complessiva – il tasso di carico – è praticamente la stessa in tutte le condizioni. Ma la componente inferiore della gamba (J1) cambia: più ammortizzazione hanno, più ripido e più alto è quel picco. Quindi cosa sta succedendo?
Quello che i nuovi risultati suggeriscono è che siamo collegati per regolare automaticamente la nostra biomeccanica per mantenere il tasso di carico complessivo più o meno lo stesso. In questo studio, i corridori hanno regolato l’angolo del loro colpo di piede per controllare quanto tempo l’impatto J1 è durato. A piedi nudi, sono atterrati sull’avampiede, che prolunga e ammorbidisce l’atterraggio, con i muscoli del polpaccio e l’Achille che fungono da ammortizzatore. Nell’allenatore con suola spessa, la presenza di ammortizzazione ha permesso loro di sbattere direttamente sul tallone, che ha portato a una curva J1 più nitida senza cambiare il tasso di carico complessivo. Se il picco iniziale è ritardato abbastanza a lungo, scompare effettivamente nel picco principale, come nei dati di Lieberman del 2010. Ma ritardando quel picco, finisce per verificarsi in un punto in cui l’altra componente più lenta della forza dal resto del corpo è molto più grande. In altre parole, si riduce una delle forze ma si aumenta l’altra, e si finisce con una forza totale simile. La più grande intuizione pratica: nella nuova serie di dati SMU, cambiare le scarpe, di per sé, non cambia significativamente il tasso di carico. O l’ammortizzazione delle scarpe ammorbidisce l’impatto, o si regola l’atterraggio per ottenere l’ammortizzazione dal polpaccio e dall’Achille. Fate la vostra scelta, perché il risultato finale – almeno in queste particolari condizioni – è lo stesso.
Questo non significa che questo sistema sia infallibile. Se si esce per una corsa a piedi nudi e si atterra sui talloni – o perché è ciò a cui si è abituati da una vita di corsa con le scarpe, o perché, come nell’esperimento di Lieberman, il tizio in laboratorio ti ha detto di farlo – allora si generano tassi di carico molto elevati, perché nessuno dei due meccanismi di protezione (ammortizzazione della scarpa o colpo dell’avampiede) è attivato.
Inversamente, se si passa improvvisamente a uno sciopero dell’avampiede dopo una vita di sciopero del tallone, si metterà un sacco di stress non familiare sui vostri polpacci come assumono il ruolo di ammortizzatore. “Ci sono probabilmente implicazioni per le lesioni”, dice Weyand, “e queste sono in linea con gli adattatori a piedi nudi desiderosi di ottenere lesioni di Achille.”
Weyand è giustamente esitante a generalizzare, però. Questo è un piccolo studio su alcuni volontari che corrono in condizioni molto specifiche e a velocità elevate. Non ci dà le risposte definitive su quali scarpe o stili di corsa sono migliori per tutti, o esattamente come queste forze si traducono in rischio di lesioni – ma crede che ci dia un modo migliore per rispondere a queste domande.
Crucialmente, la semplicità del modello a due masse significa che non è più necessario un tapis roulant di misurazione della forza proibitivamente costoso per valutare le forze di impatto e i tassi di carico. Invece, tutto quello che dovete sapere è quanto velocemente la vostra gamba si sta muovendo quando colpisce il terreno; per quanto tempo il vostro piede rimane a terra; e quanto tempo impiega ogni passo. Potete ottenere questi parametri con una videocamera ad alta velocità, o in questi giorni potete farlo con un piccolo accelerometro montato sulla gamba. Inserendoli nell’equazione del modello a due masse, si ottiene la curva di forza. Quindi, con una tecnologia indossabile abbastanza semplice, si dovrebbe essere in grado di andare in un negozio di scarpe, provare cinque paia di scarpe e sapere in tempo reale quali forze di impatto e tassi di carico si generano con ciascuno di essi.
Per i corridori di distanza, l’obiettivo sarebbe presumibilmente quello di ridurre al minimo le forze di impatto. Ma vale la pena notare che il contrario è vero per lo sprint. Il modo principale in cui le persone corrono più velocemente è quello di colpire il terreno più forte: più forza si può spingere nel terreno, più velocemente si va. “A questo proposito”, sottolinea Weyand, “minimizzare l’impatto e il tasso di carico è direttamente in conflitto con l’aumento della velocità”. Questa è una delle ragioni per cui le scarpe da allenamento e le scarpe da corsa sono così diverse – ed è un’altra cosa che si può testare con questo modello, provando diverse scarpe e modifiche alla forma per vedere cosa massimizza la vostra forza in uscita.
Se c’è una cosa che abbiamo imparato nel decennio dai risultati iniziali di Lieberman, è che dovremmo essere cauti nel guardare le curve di forza in laboratorio e presumere di capire come si traducono in risultati del mondo reale come lesioni e tempi di gara. Questo vale anche per i nuovi dati SMU. Ma il modello ha il potenziale per risolvere due problemi molto attuali: portare la biomeccanica fuori dall’ambiente rarefatto del laboratorio e nel mondo reale; ed estrarre intuizioni utili dalla marea di dati personalizzati generati dalla tecnologia indossabile emergente. Speriamo che ci sia presto un’app per questo.
Il mio nuovo libro, Endure: Mind, Body, and the Curiously Elastic Limits of Human Performance, con una prefazione di Malcolm Gladwell, è ora disponibile. Per saperne di più, unisciti a me su Twitter e Facebook, e iscriviti alla newsletter di Sweat Science.
Foto principale: BONNINSTUDIO/Stocksy
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