Co kryje się za kropką Garmina – cz. 6
Premiera najnowszego zegarka Garmina (model 970 z funkcją Step Speed Loss – SSL) 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 praca nad techniką biegu opiera się głównie na obserwacji. Wykorzystanie czujników akcelerometrycznych pozwala na analizę przebiegu pozycji i prędkości poziomych. Można więc oprzeć się na danych i tworzyć nowe koncepcje treningowe. Oscylacje poziome mogą być jednym z istotniejszych wskaźników biomechanicznych. Celem poniższego eksperymentu pomiarowego jest pokazanie dynamiki biegu w innym ujęciu niż tradycyjne.
Oscylacje poziome to gwałtowne zmiany prędkości środka masy (COM) w kierunku poziomym, 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 zobaczenia niż lepiej znane oscylacje pionowe (VO). HO 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. Widać 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. Analizowano pozycję dwóch zielonych markerów umieszczonych z przodu i z tyłu miednicy. Na ich podstawie wyznaczono średni punkt jako przybliżoną lokalizację COM. Został on oznaczony markerem w kształcie zielonego celownika.
Pionowa i pozioma linia na animacji wyznaczają średnie wartości współrzędnych pz i px COM. Z przebiegów pz i px można obliczyć prędkość pionową (VO) i poziomą (HO). Sposób w jaki liczone są oscylacje jest szczegółowo opisany w poprzedniej części artykułu. Na podstawie animacji powstał poniższy wykres. Pokazuje on fragment trajektorii (zielona linia) i prędkość poziomą COM (czerwona linia) w dwóch kolejnych krokach.
Oscylacje poziome
Wykres obejmuje dwie fazy podporu (GCT) rozdzielone fazą lotu. Zielona linia przedstawia poziomą składową przemieszczenia miednicy px. Gdy miednica przesuwa się do tyłu względem reszty ciała – 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.
Prędkość pozioma
Czerwona linia to prędkość pozioma miednicy vx. W fazie hamowania prędkość spada i osiąga minimum przed najniższym punktem przemieszczenia. Nowa metryka Garmina (SSL) mierzy, o ile spada prędkość pozioma w fazie podporu (szczegóły dotyczące tej funkcji znajdują się na oficjalnej stronie producenta). Następnie prędkość rośnie – jej maksimum pojawia się wcześniej niż szczyt przemieszczenia.
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
Hamowania w biegu nie da się wyeliminować, ale można starać się je minimalizować. Utrata prędkości oznacza, że noga działa jak hamulec, spowalniając ciało przy każdym kroku. Aby ponownie przyspieszyć, biegacz musi wygenerować większą siłę, co zwiększa koszt energetyczny biegu. Bieganie poprawne technicznie wiąże się z płynnym biegiem, z minimalnymi wahaniami prędkości poziomej. 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.
Co w takim razie z biegiem Katira? W jego przypadku SSL wynosi aż 33.5 cm/s (spadek prędkości wynosi około 5%). To podważa jednoznaczność tej metryki skoro światowej klasy zawodnik 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 krótkim czasem działania i wzmożonym generowaniem napędu przez struktury pasywne (ścięgna i powięzi tworzące samoorganizujące się taśmy funkcjonalne). Na początku fazy podporu mięśnie nogi podporowej są w quasi-izometrycznym napięciu. Takie napięcie nie generuje dużego rozciągania włókien. Włókna są bardziej skręcane i zaciskane, co stabilizuje i usztywnia stawy. Prawdopodobnie taki mechanizm pozwala osiągnąć ekstremalne 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 kilkadziesiąt milisekund i im jest krótszy tym gwałtowniej i sprawniej zachodzi proces ładowania. Potem równie gwałtownego zachodzi rozładowanie tkanek. 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.
Czas hamowania
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). Pomiar czasu hamowania i maksymalnej jego wartości daje informację o jakości tego procesu. 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.
