Co kryje się za kropką Garmina – cz. 6
Premiera najnowszego zegarka Garmina (model 970 z funkcją Step Speed Loss – SSL, do której wrócę w dalszej części artykułu) jest dobrym momentem, żeby powrócić do tematu oscylacji poziomych (Horizontal Oscillations – HO), o których piszę od lat na forum bieganie.pl. Pierwsza publikacja ukazała się na portalu ponad dekadę temu. Zastanawiałem się wówczas nad przyspieszeniami poziomymi miednicy, szczególnie widocznymi u biegaczy wyczynowych. Na przykład w tym materiale filmowym zrobionym podczas treningu w Kenii w 2016 roku, oscylacje poziome miednicy są wyraźnie widoczne.
Tradycyjnie biomechanika biegu i praca nad techniką opierają się głównie na obserwacji, intuicji i uproszczonych modelach bez pomiarów. Dzięki wykorzystaniu czujników akcelerometrycznych, możliwa jest analiza czasowych przebiegów HO i ich pochodnych, co otwiera drogę do tworzenia koncepcji treningowych opartych na danych. Zmiany w tej dziedzinie są konieczne i wymagają pomiarów. Oscylacje poziome mogą okazać się jednym z istotniejszych wskaźników biomechanicznych. Celem poniższego eksperymentu pomiarowego jest pokazanie możliwości oceny dynamiki biegu w innym ujęciu niż tradycyjne.
Oscylacje poziome to chwilowe zmiany prędkości środka masy (COM) w osi poziomej, spowodowane wyhamowaniem, a następnie przyspieszeniem miednicy w trakcie fazy podporu. Choć zjawisko to jest kluczowe dla zrozumienia dynamiki biegu, wciąż pozostaje słabo opisane. Dzieje się tak głównie dlatego, że HO są trudniejsze do uchwycenia niż lepiej znane oscylacje pionowe (VO) – nakładają się na prędkość biegu, mają mniejszą amplitudę i są często maskowane przez ruchy kończyn, tułowia czy odzieży. Wszystko to sprawia, że w praktyce rzadko podlegają analizie – mimo że mogą zawierać istotne informacje o jakości i efektywności biegu.
Poniższa animacja przedstawia wyczynowy bieg w tempie 2:19 min/km (średnia prędkość 720.7 cm/s). To bardzo dobry technicznie i dynamiczny bieg Mo Katira, jednego z najlepszych na świecie zawodników średnio i długodystansowych. Uchwycony został tu ruch środka masy (COM) w dwóch osiach: pionowej oraz poziomej. Podobnie jak w pierwszej części artykułu, także tutaj do detekcji punktów na miednicy zastosowano metodę video trackingu. W każdej stopklatce analizowano pozycję dwóch zielonych markerów – umieszczonych z przodu i z tyłu miednicy. Na ich podstawie wyznaczono średni punkt, który przyjęto jako przybliżoną lokalizację COM. Został on oznaczony markerem w kształcie zielonego celownika.
Normalizacja trajektorii COM
Pionowa i pozioma linia na animacji wyznaczają średnie wartości współrzędnych pz i px środka masy (COM). Po odjęciu tych średnich przyjęto układ odniesienia, w którym chwilowe pozycje pz i px oscylują wokół zera. Taka normalizacja ułatwia wychwycenie powtarzalnych wzorców oraz porównywanie dynamiki między kolejnymi krokami czy różnymi biegaczami. Z chwilowych przebiegów pz i px można obliczyć wartości VO i HO. Sposób w jaki liczone są te oscylacje jest analogiczny do przykładu, który szczegółowo opisałem w poprzedniej części artykułu. Na podstawie animacji powstał poniższy wykres. Pokazuje on fragment trajektorii i prędkość poziomą COM w dwóch kolejnych krokach.
Przebieg przemieszczenia poziomego
Wykres obejmuje dwie fazy podporu (GCT) rozdzielone fazą lotu. Zielona linia przedstawia poziomą składową przemieszczenia miednicy px. Gdy miednica przesuwa się do tyłu względem średniego tempa biegu – linia opada, gdy przesuwa się do przodu – wznosi się. W chwili kontaktu z podłożem (IC) rozpoczyna się faza hamowania miednicy, trwająca mniej więcej do połowy GCT – w tym czasie linia opada. Następnie COM zmienia kierunek ruchu: linia zaczyna wznosić się, co oznacza przejście z fazy hamowania w fazę odbicia – miednica przemieszcza się do przodu.
Przebieg prędkości poziomej
Czerwona linia to prędkość pozioma miednicy vx. W fazie hamowania prędkość spada i osiąga minimum jeszcze przed najniższym punktem przemieszczenia (ok. 2.01 s), a następnie rośnie – jej maksimum pojawia się wcześniej niż szczyt przemieszczenia. Analiza prędkości, a także jej pochodnych (przyspieszenia i zrywu, które nie zostały naniesione na wykres), dostarcza subtelniejszych informacji o jakości ruchu niż samo przemieszczenie. Na tej idei opiera się nowa metryka Garmina (SSL), która mierzy, o ile spada prędkość pozioma w fazie podporu. Szczegóły dotyczące tej funkcji znajdują się na oficjalnej stronie producenta.
Poniższy wykres przedstawia sparametryzowaną i znormalizowaną wersję wykresu ze strony Garmina, z dodaną trajektorią ruchu COM. Jest to bieg w tempie 3:23 min/km (średnia prędkość 492.5 cm/s). Zmierzony SSL wynosi 13.5 cm/s, co oznacza spadek prędkości o około 3%. Według interpretacji Garmina taki wynik oznacza przeciętnie dobry poziom dynamiki biegu. Potwierdza to poniższa tabela z przedziałami wartości SSL.
Interpretacja klasyczna
Choć hamowania w biegu nie da się uniknąć, można starać się je minimalizować. Duża utrata prędkości oznacza, że noga działa jak hamulec, spowalniając ciało przy każdym kroku. Aby ponownie rozpędzić środek masy, organizm musi wytworzyć większą siłę, co wiąże się z wyższym kosztem energetycznym. Dobry technicznie bieg utożsamiany jest z płynnym przebiegiem prędkości poziomej – czyli jak najmniejszymi fluktuacjami. Z tego punktu widzenia im niższy SSL, tym lepiej. Tabela wartości SSL nie pozostawia wątpliwości: celem jest maksymalne ograniczenie strat prędkości w fazie podporu. Takie podejście reprezentuje klasyczną biomechanikę biegu.
Ale co w takim razie z Katirem? W jego przypadku SSL wynosi aż 33.5 cm/s (spadek prędkości wynosi około 5%). To stawia pod znakiem zapytania jednoznaczność tej metryki – skoro zawodnik światowego formatu notuje wynik klasyfikowany jako „nieoptymalny”, być może warto spojrzeć na dynamikę biegu z innej perspektywy.
Czy hamowanie, to zło?
W trzeciej części artykułu wspomniałem o tzw. pracy niemetabolicznej, która cechuje się bardzo krótkim czasem działania i wzmożonym generowaniem napędu przez struktury pasywne (ścięgna i powięzi tworzące samoorganizujące się taśmy funkcjonalne). W tym mechanizmie nie ma miejsca na relatywnie wolny cykl SSC (stretch-shortening cycle) typowy dla klasycznej plyometrii. W kluczowej dla pracy niemetabolicznej, początkowej fazie podporu mięśnie nogi podporowej pozostają w quasi-izometrycznym napięciu. Takie napięcie nie generuje dużego rozciągania włókien. Włókna podlegają bardziej kontrującemu skręcaniu i zaciśnięciu, co stabilizuje i usztywnia stawy. Prawdopodobnie taki mechanizm pozwala na osiąganie ekstremalnych wartości sztywności (LSS), o których pisałem również w trzeciej części artykułu.
Jeśli spojrzymy na hamowanie, nie jak na coś co działa wbrew nam, spowalnia nas i zwiększa koszt energetyczny biegu lecz jak na integralną część napędu, to wtedy faza hamowania staje się czasem, w którym powięź ładowana jest energią potencjalną sprężystości. Ten czas wynosi zaledwie kilkadziesiąt milisekund i im jest krótszy tym gwałtowniej i sprawniej zachodzi proces ładowania i równie gwałtownego rozładowania tkanek, jeszcze w fazie wykrocznej. W efekcie wybicie niemetaboliczne oznacza, że ciało jest bardziej ciągnięte do przodu niż pchane jak w klasycznym odbiciu metabolicznym w fazie zakrocznej. Z takiej perspektywy dynamika biegu przestaje być utożsamiana z płynnością ruchu i małymi wahaniami prędkości. Wręcz przeciwnie – dynamiczny i ekonomiczny ruch ma „szarpany” charakter.
Na wykresach zaznaczony jest odcinek Braking Time (BRT) – czas od IC do „dołka” prędkości. U Katira BRT wynosi 41.7ms (28.6% GCT), w przykładowym biegu Garmina 58.3 ms (33.3 % GCT). W ujęciu nieklasycznym analiza dynamiki ruchu bardziej skupia się na interpretowaniu czasów występowania zjawisk, a nie tylko ich amplitud. Przykładowo przy tym samym tempie biegu zawodnik wyczynowy mógłby osiągać większy lub podobny SSL w porównaniu do biegu amatora, lecz krótszy BRT. To wskazywałoby na większy udział pracy niemetabolicznej, a więc większą dynamikę biegu. Na razie nie robi się podobnych analiz na większą skalę, więc trudno przewidzieć, czy parametr BRT nie sprawiałby również jakichś problemów interpretacyjnych. Konieczne są dalsze badania.
