21 Mag 2019
C'È UNA NUOVA RICERCA SULLA SCIENZA DELLA CORSA A PIEDI NUDI
Posted by Forrest Group Minerva
Creato: 21 Maggio 2019

C'è una nuova ricerca sulla scienza della corsa a piedi nudi

Un nuovo modello reinterpreta quei grafici che sembravano mostrare che le scarpe minimaliste riducessero le forze d'impatto.

impact0È stato Daniel Lieberman, biologo evoluzionista dei piedi nudi, di Harvard, che per primo mi ha fatto pensare alle forze d'impatto. Nel 2010, insieme ai suoi colleghi pubblicò, su Nature, uno studio molto influente che confrontava le "forze di collisione" dei piedi dei corridori che impattavano il terreno sul tallone o sull'avampiede, con o senza scarpe. Le dure differenze nelle curve di forza dei grafici, hanno fornito una fondamentale spinta scientifica per il movimento minimalista, ma un nuovo studio suggerisce che potremmo aver interpretato quelle curve in modo sbagliato.

Il nuovo studio, che appare sul Journal of Applied Physiology, proviene dal gruppo di biomeccanica di Peter Weyand, presso la Southern Methodist University, guidato dal suo ex studente in dottorato Andrew Udofa, assieme a Ken Clark (che ora è alla West Chester University) e al fisico Laurence Ryan. Riconsiderando ciò che le curve di forza della corsa ci dicono, sono in grado di risolvere un mistero di lunga data sul ruolo dell'ammortizzazione delle scarpe e, potenzialmente, offrono un modo accessibile e individualizzato di testare quali siano le scarpe migliori per noi. Per capire il perché, dobbiamo dapprima considerare le curve di Lieberman.

Se chiedi a qualcuno di correre su un tapis roulant che misura la forza (del costo di diverse centinaia di migliaia di dollari), o su una piastra di forza installata nel terreno, puoi ottenere una curva caratteristica che mostra quanta forza il corridore, ad ogni suo passo, sta applicando verticalmente al suolo (e al contrario, come Isaac Newton aveva capito, quanta forza il terreno sta inviando al tuo corpo). La figura seguente, tratta dal documento di Lieberman del 2010, è un tipico esempio di qualcuno che corre a piedi nudi e atterra sul tallone:

impact1(Courtesy Nature)

La particolarità fondamentale, da notare, è il picco sul lato sinistro della curva. Quello è il tuo tallone che colpisce il terreno, una frazione di secondo prima che l’intera forza, del resto del tuo corpo, si abbatta anch'essa sul terreno. Tra i biomeccanici, la considerazione dominante non è il valore complessivo della forza (che qui raggiunge circa 2.4 pesi corporei) che determina la probabilità di infortunarsi, bensì è la velocità con cui la forza è applicata, altrimenti nota come velocità di caricamento. Grazie al mini-picco dell'impatto sul tallone, la forza, in questo grafico, sale molto ripidamente, e questo è presumibilmente negativo.

Ora confronta il modo in cui appare la forza quando impatti sull’avampiede:

impact2(Courtesy Nature)

Il picco è sparito! Ciò significa che il tasso di caricamento è inferiore ed è meno probabile che ti infortuni. Almeno, questa è la teoria.

In verità, secondo il nuovo studio, il picco è ancora lì; è solo mascherato da quello più grande. Nel 2014, Weyand, Clark e Ryan proposero quello che essi chiamarono un "modello a due masse" [N.d.r.: che abbiamo già pubblicato sul sito], per spiegare come queste di curve di forza varino in condizioni diverse. In questo modello, la curva di forza consta sempre di due componenti distinte: un piccolo picco, che corrisponde al piede e alla parte inferiore della gamba [N.d.r.: Mass 1, in rosso], che schiaffeggia il terreno e quasi immediatamente si blocca fino a fermarsi; un picco più grande, e più ampio, che corrisponde al resto del corpo che raggiunge il punto più basso del suo movimento in su e in giù. La forza complessiva è semplicemente la somma dei due andamenti.

Ecco come appare:

gif 2mass

Il modello a due masse del corpo umano ed il corrispondente modello della forza d’impatto del piede sul terreno. Il modello complessivo forza-tempo può essere accuratamente compreso come la somma di due componenti:
1) la forza corrispondente alla collisione dell'arto inferiore con il terreno (curva rossa tratteggiata);
2) la forza corrispondente al moto della massa restante del corpo (curva verde tratteggiata). La somma delle curve di forza fornisce la forza totale di battuta (curva blu solida).
(Courtesy The Journal of Experimental Biology)

La curva qui mostrata assomiglia molto alla curva del tallone di Lieberman. Ma in uno studio del 2017 il gruppo SMU ha mostrato, quando si osservano i velocisti di livello mondiale, di avere un doppio picco molto simile, anche se atterrano sull'avampiede. Questo era un indizio importante per cui il mini-picco non è una funzione di quale parte del piede tocca per prima il terreno. Invece, è una funzione di quanto velocemente stai applicando la forza a terra, che dipende non solo dall’atterraggio, 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 calzata: a piedi nudi, minimalista (Vibram FiveFinger KSO), piatte da corsa con suola sottile (Nike Zoom Waffle Racer VII) e scarpa da corsa con suola spessa (Asics Gel Cumulus 14). Volevano esplorare un mistero di vecchia data chiamato "anomalia della forza d'impatto", cioè l'introduzione di maggiore ammortizzazione nelle scarpe, non sembra ridurre il tasso di carico che i corridori provano - un risultato apparentemente controintuitivo.

Ecco come compaiono i loro dati. Essi mostrano sia il mini-picco 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 (4 ms-1) e ~ 3:50 per miglio (7 ms-1)). L'asse verticale, come in precedenza, è la forza espressa come peso corporeo e l'asse orizzontale è il tempo in secondi.

impact4(Courtesy Journal of Applied Phys)

La prima cosa da osservare è che per ciascuna velocità la pendenza ascendente della curva di forza complessiva - il tasso di carico - è praticamente medesima per tutte le calzate. Ma la componente della parte inferiore (J1) cambia: più ammortizzazione è presente, più ripido e più alto è il picco. Quindi cosa sta succedendo?

Ciò che i nuovi risultati suggeriscono è che siamo costruiti per regolare automaticamente la nostra biomeccanica per mantenere, all'incirca, la medesima velocità di carico complessiva. In questo studio, i corridori hanno regolato l'angolo d'impatto del piede, per controllare quanto a lungo l'impatto J1 ha avuto. A piedi nudi, impattavano sull'avampiede, che prolunga e addolcisce l'atterraggio, con i muscoli del polpaccio e dell’Achille che fungevano da ammortizzatori. Con la suola spessa, la presenza dell'ammortizzazione ha permesso loro di colpire il terreno direttamente sul tallone, il che ha portato ad una curva J1 più nitida, senza modificare il tasso di carico complessivo.

Qui, la chiave è la tempistica di quel picco d'impatto. Se il picco iniziale è ritardato abbastanza a lungo, effettivamente scompare nel picco principale, come nei dati di Lieberman del 2010. Ma ritardando quel picco, si verifica un punto in cui l'altra componente, più lenta, della forza dal resto del corpo è molto più grande. In altre parole, riduci una delle forze ma aumenti l'altra e finisci con una forza totale simile.

Mi rendo conto che qui stiamo entrando nella complessità biomeccanica, quindi spostiamo lo sguardo per considerare cosa significa. La più grande intuizione pratica: nel nuovo set di dati SMU, cambiare solamente le scarpe, non modifica in modo sostanziale il tuo tasso di caricamento. O l'ammortizzazione della scarpa attenua l'impatto, oppure regoli il tuo atterraggio per ottenere un'ammortizzazione dal polpaccio e dell’Achille. Fai la tua scelta, perché il risultato finale, almeno in queste condizioni particolari, è il medesimo.

Ciò non significa che questo sistema sia infallibile. Se esci per una corsa a piedi nudi e atterri sui talloni, sia perché è quello a cui sei abituato a fare da una vita con le scarpe, o perché, come nell'esperimento Lieberman, il tizio del laboratorio ti ha detto che ... genererai tassi di caricamento veramente elevati perché non è attivato alcun meccanismo di protezione (ammortizzazione della scarpa o impatto con l'avampiede).

Al contrario, se si passa ad un impatto sull'avampiede, dopo una vita trascorsa ad impattare con il tallone, si sta introducendo un severo stress, poco familiare, sui polpacci che assumono il ruolo di ammortizzatore. "Probabilmente ci sono implicazioni per l’infortunio", dice Weyand, "anche per gli appassionati corridori a piedi nudi, che subiscono infortuni dell’Achille".

Però, Weyand è giustamente esitante nel generalizzare. Questo è un piccolo studio su alcuni volontari che corrono in condizioni molto specifiche a velocità elevate. Non ci dà le risposte finali su quali scarpe o stili di corsa siano i migliori per tutti, o su come esattamente queste forze si traducono in rischio di lesioni, ma crede che ci sia un modo migliore per rispondere a queste domande.

Fondamentalmente, la semplicità del modello a due masse significa che, per la misurazione della forza, non è più necessario un tapis roulant dal costo proibitivo, al fine di valutare le forze di impatto e le velocità di carico. Invece, tutto ciò che devi sapere è quanto velocemente la tua gamba si muove quando tocca terra; per quanto tempo il tuo piede rimane appoggiato a terra; quanto tempo richiede ogni passo. È possibile ottenere questi parametri con una videocamera ad alta velocità oppure, oggigiorno, si potrebbe usare un piccolo accelerometro montato su una gamba. Inserisci questi parametri nell'equazione del modello a due masse ed otterrai la curva di forza. Quindi, con una tecnologia indossabile abbastanza semplice, dovresti essere in grado di andare in un negozio di scarpe, provare cinque paia di scarpe e sapere, in tempo reale, quali sono le forze d’impatto e le velocità di carico generate con ciascuna di esse.

Per i corridori di lunga distanza, l'obiettivo sarebbe presumibilmente quello di minimizzare le forze d'impatto. Ma vale la pena notare che per lo sprint è vero il contrario. Il modo principale con il quale le persone corrono più velocemente è impattare più duramente il terreno: più forza puoi arare nel terreno, più velocemente andrai. "In questo senso," sottolinea Weyand, "ridurre al minimo l'impatto e la velocità di caricamento è direttamente in conflitto con l'aumento della velocità". Questo è un motivo per cui le scarpe da ginnastica e da corsa sono così diverse, ed è un altro aspetto che puoi testare con questo modello, provando scarpe diverse per vedere cosa massimizza la tua forza in uscita.

Dai risultati iniziali di Lieberman, una cosa che abbiamo imparato nel decennio è che dovremmo essere cauti nell'osservare le curve di forza ottenute in laboratorio, presumendo di capire come queste si traducono nel mondo reale come infortuni 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 dal mondo rarefatto del laboratorio, nel mondo reale;
   • estrarre utili spunti dalla mole di dati personalizzati ottenuti dall'emergente tecnologia indossabile.

Speriamo che presto ci sia un'app per questo.

hutchinson   
  
  Alex Hutchinson - 26 febbraio 2019

 
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Anche se il parlato è in lingua inglese, la parte visiva è pienamente comprensibile (video di grande interesse).
(Courtesy Southern Methodist University)

 



Tratto da: https://www.outsideonline.com/2390686/barefoot-running-biomechanics-study


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