Theres New Research on the Science of Barefoot Running (Polski)

To Daniel Lieberman, biegający boso biolog ewolucyjny z Harvardu, który jako pierwszy zaczął myśleć o siłach uderzenia. W 2010 r. on i jego koledzy opublikowali w Nature niezwykle wpływowe badanie, które porównywało „siły zderzenia” stóp uderzających o ziemię dla biegaczy z butami i bez butów podczas lądowania na pięcie lub przodostopiu. Wyraźne różnice w krzywych sił w artykule stanowiły kluczowy naukowy balast dla ruchu minimalistycznego biegania – ale nowe badanie sugeruje, że być może interpretowaliśmy te krzywe zupełnie nie tak, jak trzeba.

Nowe badanie, które ukazało się w Journal of Applied Physiology, pochodzi z grupy biomechaników Petera Weyanda z Southern Methodist University, prowadzonej przez jego byłego doktoranta Andrew Udofa, wraz z Kenem Clarkiem (który jest teraz na West Chester University) i fizykiem Laurence’em Ryanem. Dzięki ponownemu przemyśleniu tego, co mówią nam krzywe siły biegowej, są oni w stanie rozwiązać wieloletnią zagadkę dotyczącą roli amortyzacji butów i potencjalnie zaoferować przystępny i zindywidualizowany sposób testowania, które buty są dla Ciebie najlepsze. Aby zrozumieć dlaczego, musimy najpierw spojrzeć wstecz na krzywe Liebermana.

Jeśli poprosisz kogoś, aby pobiegł na wymyślnej bieżni mierzącej siłę (która kosztuje kilkaset tysięcy dolarów) lub płycie siłowej zainstalowanej w ziemi, możesz uzyskać charakterystyczną krzywą, która pokazuje, ile siły biegacz przykłada pionowo do ziemi przy każdym kroku (i odwrotnie, jak Isaac Newton odkrył, ile siły ziemia wysyła do twojego ciała). Tutaj, z pracy Liebermana z 2010 roku, jest typowy przykład dla kogoś, kto biegnie boso i ląduje na pięcie:

Kluczową cechą, na którą należy zwrócić uwagę, jest mały kolec po lewej stronie zakrętu. To pięta wbijająca się w ziemię, na ułamek sekundy przed tym, jak cała reszta ciała wciśnie się w podłoże. Wśród biomechaników dominuje pogląd, że to nie ogólna wielkość siły (która w tym przypadku osiąga około 2,4 masy ciała) określa prawdopodobieństwo odniesienia kontuzji, lecz szybkość przyłożenia siły, zwana inaczej szybkością obciążenia. Dzięki mini-spike’owi uderzenia pięty, siła na tym zdjęciu wzrasta bardzo stromo, co jest przypuszczalnie złe.

Porównaj teraz, jak wygląda siła, gdy lądujesz na przodostopiu:

Mały szpikulec zniknął! Oznacza to, że szybkość obciążenia jest mniejsza, a ty masz mniejsze szanse na kontuzję. Przynajmniej tak brzmi teoria.

W rzeczywistości, zgodnie z nowym badaniem, mały kolec nadal tam jest; jest po prostu przesłonięty przez większy. W 2014 roku Weyand, Clark i Ryan zaproponowali coś, co nazwali „modelem dwumasowym”, aby wyjaśnić, jak tego rodzaju krzywe siły zmieniają się w różnych warunkach. W tym modelu krzywa siły zawsze składa się z dwóch odrębnych komponentów: małego skoku, który odpowiada stopie i dolnej nodze uderzającej w ziemię i niemal natychmiast zatrzymującej się; oraz większego, wolniejszego skoku, który odpowiada reszcie ciała osiągającej najniższy punkt ruchu góra-dół. Całkowita siła jest po prostu sumą tych dwóch skoków.

Oto, jak to wygląda:

Przedstawiona tu krzywa wygląda bardzo podobnie do krzywej Liebermana w zakresie heel-strike. Ale w badaniu z 2017 roku, grupa SMU pokazała, że otrzymujemy bardzo podobny podwójny szczyt, gdy patrzymy na światowej klasy sprinterów – nawet jeśli lądują na przedniej stopie. To była ważna wskazówka, że mini-spike nie jest funkcją tego, która część stopy dotyka ziemi jako pierwsza. Zamiast tego, jest to funkcja tego, jak szybko przykładasz siłę do podłoża, co zależy nie tylko od uderzenia stopy, ale także od prędkości, charakterystyki buta i innych czynników.

W nowym badaniu, zespół SMU porównał dane dotyczące siły od ośmiu ochotników w czterech różnych warunkach obuwia: boso, minimalistycznie (Vibram FiveFinger KSO), płaskie buty wyścigowe z cienką podeszwą (Nike Zoom Waffle Racer VII) i buty do biegania z grubą podeszwą (Asics Gel Cumulus-14). Chcieli zbadać długoletnią tajemnicę zwaną „anomalią siły uderzenia”, która polega na tym, że umieszczenie większej ilości amortyzacji w butach nie wydaje się zmniejszać obciążenia, którego doświadczają biegacze – pozornie sprzeczny z intuicją wynik.

Tutaj wyglądają ich dane, pokazujące zarówno mini-kolce związane z dolną częścią nogi (J1), jak i ogólną siłę, która jest sumą obu kolców, dla dwóch prędkości (~6:40 na milę i ~3:50 na milę). Oś pionowa, jak poprzednio, to siła w masie ciała, a oś pozioma to czas w sekundach.

Pierwszą rzeczą, którą należy zauważyć, jest to, że dla każdej prędkości rosnące nachylenie krzywej siły ogólnej – tempo obciążenia – jest całkiem takie samo we wszystkich warunkach. Ale składowa dolnej części nogi (J1) zmienia się: im więcej amortyzacji, tym bardziej stromy i wyższy jest szczyt. Więc co się dzieje?

Nowe wyniki sugerują, że jesteśmy w stanie automatycznie dostosować naszą biomechanikę, aby utrzymać ogólny poziom obciążenia na mniej więcej tym samym poziomie. W tym badaniu, biegacze dostosowali kąt uderzenia stopy, aby kontrolować, jak długo trwało uderzenie J1. Kiedy biegali boso, lądowali na przedniej części stopy, co wydłuża i zmiękcza lądowanie, a mięśnie łydki i Achillesa działają jak amortyzator. W trenażerze z grubą podeszwą, obecność amortyzacji pozwalała im na uderzenie bezpośrednio w piętę, co prowadziło do ostrzejszej krzywej J1 bez zmiany ogólnego wskaźnika obciążenia.

Kluczem jest tutaj czas tego szczytu uderzenia. Jeśli początkowy szczyt jest opóźniony wystarczająco długo, skutecznie znika w głównym szczycie, jak w danych Liebermana z 2010 roku. Ale opóźniając ten szczyt, kończy się on występowaniem w punkcie, w którym inny, wolniejszy składnik siły pochodzącej od reszty ciała jest znacznie większy. Innymi słowy, zmniejszasz jedną z sił, ale zwiększasz drugą, a w efekcie otrzymujesz podobną siłę całkowitą.

Zdaję sobie sprawę, że wchodzimy tu w biomechaniczne chwasty, więc przybliżmy się, by rozważyć, co to oznacza. Największe praktyczne spostrzeżenie: w nowym zestawie danych SMU, zmiana butów sama w sobie nie zmienia znacząco wskaźnika obciążenia. Albo amortyzacja buta łagodzi uderzenie, albo dostosowujesz swoje lądowanie, aby uzyskać amortyzację od łydki i Achillesa. Wybieraj, bo efekt końcowy – przynajmniej w tych szczególnych warunkach – jest taki sam.

To nie znaczy, że ten system jest niezawodny. Jeśli wybierasz się na bieg boso i lądujesz na piętach – albo dlatego, że do tego przywykłeś przez całe życie biegając w butach, albo dlatego, że jak w eksperymencie Liebermana, facet w laboratorium kazał ci to zrobić – wtedy będziesz generować naprawdę wysokie wskaźniki obciążenia, ponieważ żaden z mechanizmów ochronnych (amortyzacja buta lub uderzenie przodostopia) nie jest włączony.

Odwrotnie, jeśli nagle przełączysz się na uderzenie przodostopia po całym życiu uderzania piętą, będziesz umieszczać dużo nieznanego stresu na swoich łydkach, ponieważ przyjmują one rolę amortyzatora wstrząsów. „Prawdopodobnie są implikacje urazu,” mówi Weyand, „a te nie zgadzają się z gorliwymi bosymi adaptatorami dostającymi urazy Achillesa.”

Weyand jest słusznie niezdecydowany, aby generalizować, chociaż. Jest to małe badanie kilku ochotników biegających w bardzo specyficznych warunkach przy dużych prędkościach. Nie daje nam ono ostatecznych odpowiedzi na pytanie, jakie buty lub styl biegania są najlepsze dla każdego, ani jak dokładnie te siły przekładają się na ryzyko urazu – ale wierzy, że daje nam lepszy sposób na odpowiedź na te pytania.

Co najważniejsze, prostota modelu dwumasowego oznacza, że nie potrzebujesz już zaporowo drogiej bieżni do pomiaru sił, aby ocenić siły uderzenia i wskaźniki obciążenia. Zamiast tego, wszystko co musisz wiedzieć, to jak szybko porusza się Twoja noga, kiedy uderza o podłoże; jak długo Twoja stopa pozostaje na ziemi; i jak długo trwa każdy krok. Możesz uzyskać te parametry za pomocą kamery wideo o wysokiej prędkości, lub w dzisiejszych czasach możesz to zrobić za pomocą małego akcelerometru zamontowanego na nodze. Wstaw je do równania modelu dwumasowego, a on wypluje krzywą siły. Dzięki prostym rozwiązaniom technicznym możesz wybrać się do sklepu z butami, przymierzyć pięć par butów i wiedzieć w czasie rzeczywistym, jakie siły uderzenia i obciążenia generuje każda z nich.

Dla biegaczy dystansowych celem jest zminimalizowanie sił uderzenia. Warto jednak zauważyć, że w przypadku sprintu jest odwrotnie. Podstawowym sposobem, w jaki ludzie biegają szybciej, jest mocniejsze uderzanie w ziemię: im więcej siły możesz włożyć w ziemię, tym szybciej się poruszasz. „W związku z tym”, zauważa Weyand, „minimalizacja uderzenia i szybkości obciążenia jest bezpośrednio sprzeczna ze zwiększaniem prędkości”. Jest to jeden z powodów, dla których buty treningowe i wyścigowe są tak różne – i jest to coś, co możesz sprawdzić w tym modelu, próbując różnych butów i zmian formy, aby zobaczyć, co maksymalizuje twoją siłę wyjściową.

Jeśli jest jedna rzecz, której nauczyliśmy się w ciągu dekady od początkowych wyników Liebermana, to jest to, że powinniśmy być ostrożni w patrzeniu na krzywe siły w laboratorium i zakładaniu, że rozumiemy, jak przekładają się one na wyniki w świecie rzeczywistym, takie jak kontuzje i czasy wyścigów. Dotyczy to również nowych danych z SMU. Model ten ma jednak potencjał, by rozwiązać dwa bardzo aktualne problemy: wyprowadzenie biomechaniki z wyrafinowanego środowiska laboratoryjnego do świata rzeczywistego oraz wyciągnięcie użytecznych wniosków z ogromnej ilości spersonalizowanych danych generowanych przez nowe technologie ubieralne. Mam nadzieję, że wkrótce pojawi się na to aplikacja.

Moja nowa książka, Endure: Mind, Body, and the Curiously Elastic Limits of Human Performance, z przedmową Malcolma Gladwella, jest już dostępna. Aby uzyskać więcej, dołącz do mnie na Twitterze i Facebooku, i zapisz się do biuletynu e-mailowego Sweat Science.