W pogoni za symetrią biegu

„Popraw symetrię biegu, aby poprawić swój wynik”, tego typu zdanie intuicyjnie ciśnie nam się na usta, gdy widzimy kogoś kto biega asymetrycznie.

Np. wyobraźmy sobie biegacza, który prawą nogą wybija się pod nieco innym kątem niż lewą (kąt ten mierzymy jako relację maksymalnego przyspieszenia kostki, w trakcie odepchnięcia od ziemi, uzyskiwanego w przód i w górę). Załóżmy, że prawa kostka biegacza wybija się bardziej w górę niż w przód, a lewa, bardziej w przód niż w górę.

Na szczęście nie musimy opierać się wyłącznie na wyobraźni i założeniach, bo powyższy opis idealnie pasuje do jednego z testowanych przeze mnie biegaczy. Oto jego wykres kierunku wybicia:

Pozioma oś pokazuje, dla jakiego tempa biegu wykonywany był pomiar (tempa od 02:50 min/km do 03:40 min /km).

Pionowa oś pokazuję relację pomiędzy kierunkami wybicia (przednim i górnym).

• Wartości powyżej 1 na wykresie oznaczają, że wybicie następowało bardziej w przód niż w górę (noga prawa testowanego biegacza).
• Wartości poniżej 1 na wykresie oznaczają, że wybicie następowało bardziej w górę niż w przód (tak noga lewa testowanego biegacza).

Po dokładniejszej analizie danych okazało się, że różnica w kierunku jest skorelowana z dynamiką wybicia danej nogi. W związku z czym w oparciu o chęć poszukiwania symetrii, zawodnik został poproszony o próbę wyrównania pracy nóg (skupieniu się na mocniejszym zaakcentowaniu pracy nogi lewej). Oto jak zmienił się wykres kierunku wybicia po takiej wskazówce:

Skupienie się na wyrównaniu pracy przyniosło zamierzony efekt.

Oczywiście rozsądnym jest założyć, że taki efekt byłby nie do utrzymania na dłuższym dystansie, gdyż ciało zawodnika nie jest przyzwyczajone do takiej zmienionej pracy i wymagane byłoby powolne przyzwyczajanie go do niej, tak aby nie przekroczyć tempa zdolności adaptacyjnych organizmu, ale potwierdza to samą możliwość manipulowania tym parametrem poprzez wskazówki dla biegacza.

To rodzi pytanie o to, czy taki „bardziej symetryczny” biegacz (zakładając, że damy mu czas na zaadaptowanie ciała do nowej techniki), będzie lepszy (bardziej efektywny) od samego siebie sprzed tej zmiany?

Zanim odpowiemy na to pytanie spójrzmy jak wyglądała dynamika lądowania w obu wspomnianych biegach:

Okazuje się, że pytanie o to „czy poprawa symetrii poprawiła efektywność biegacza” musimy odłożyć, bo z punktu widzenia lądowania nasz biegacz wcale nie stał się bardziej symetryczny.

O ile w pierwszym biegu obie nogi prezentowały zbliżony do siebie poziom przeciążeń w trakcie lądowania, to już w drugim biegu, prawa noga musiała sobie trochę „odpuścić”, aby zrównać się z lewą pod kątem kierunku wybicia.

Dla uproszczenia pokazałem tu tylko przykład oparty na dwóch parametrach, jednak w rzeczywistości tego typu zależności jest znacznie więcej. Można powiedzieć, że w ogólności:

Chcąc uzyskać symetrię na jednych parametrach, będziemy ją jednocześnie tracić na innych.

Początkowo taka zależność może być nieintuicyjna, gdyż mogłoby się wydawać, że zbliżanie do siebie jednych parametrów (np. uzyskanie takiej samej dynamiki wybicia pomiędzy nogą L i P) powinno niejako „wymuszać” wyrównywanie się innych parametrów np. związanych z długością kroku, ale okazuje się, że rzeczywistość tak nie funkcjonuje.

Balans symetryczny i asymetryczny

Pozorny brak logiki takiego wyniku wynika z tego, że balans w naturze może być uzyskany na dwa sposoby. Bardziej intuicyjnym dla nas jest ten, w którym po dwóch stronach huśtawki siedzą dzieci o podobnej posturze dzięki czemu huśtawka jest w równowadze, albo między sobą ścigają się dwa samochody o niemal identycznych silnikach, dzięki czemu uzyskują podobny wynik. W skrócie jest to balans, w ramach którego zbliżone do siebie dane wejściowe przekładają się na zbliżone do siebie dane wyjściowe.

Przekładając to na bieg, wyobrażamy sobie, że zbliżanie do siebie dynamiki lewej i prawej nogi (zrównanie danych wejściowych), będzie przekładało się na zbliżanie do siebie dystansu pokonywanego przez krok wykonywany lewą i prawą nogą (zrównanie danych wyjściowych).

Jest to tzw. balans symetryczny.

Wydaje się jednak, że biegową rzeczywistość znacznie lepiej opisuje balans asymetryczny. Spójrzmy na obrazki poniżej:

Są to przykłady, w których pomimo tego, że porównywane układy są wyraźnie różne, to znajdują się w swego rodzaju balansie. Na pierwszym obrazku mniejszy kamień oddalony jest mocniej od środka huśtawki, dzięki czemu znajduje się ona w równowadze. Na drugim obrazku mimo iż drzewa narysowane są w różny sposób, sumaryczne pole powierzchni każdego z nich po lewej i prawej stronie pionowej linii jest takie samo.

W tym wypadku to właśnie różnice w danych wejściowych przełożyły się na takie same dane wyjściowe. Gdyby na siłę próbować zrównać dane wejściowe (np. zbliżyć mały kamień do środka huśtawki), stracilibyśmy równowagę danych wyjściowych (huśtawka by się przechyliła).

Z ciekawostek, potencjał w nieintucyjności balansu asymetrycznego dostrzegła np. branża gier komputerowych. Firma Blizzard tworząc 19 lat temu potencjalnie jedną z najlepszych gier typu RTS w historii, zaprojektowała ją tak, aby gracze walczyli ze sobą za pomocą wyraźnie różnych jednostek (np. jeden gracz miał łatwy dostęp do jednostek słabych, ale zadających obrażenia z dystansu, a drugi miał jednostki silne, ale walczące wręcz). Tak różne warunki początkowe wymuszały zupełnie różny styl gry. Twórcy gry tak dobrali inne parametry, aby w długim terminie każda nacja posiadała na swoim koncie mniej więcej tyle samo zwycięstw (balans wyników końcowych). W ten sposób żaden gracz nie czuł się z góry „pokrzywdzony”, a niesymetryczność rozgrywki sprawiała, że gra była ciekawsza niż gdyby mieli walczyć takimi samymi jednostkami.

Biegnąc w asymetrycznym balansie

Jeśli na balans pracy lewej i prawej nogi, zamiast w symetrycznym, spojrzymy w sensie asymetrycznym, wcześniejszy paradoks logiczny zniknie, gdyż okaże się, że:

Aby maksymalizować dane wyjściowe biegu (np. długość kroku stawianego przez lewą i prawą nogę), musimy „zezwolić” na istnienie różnic na poziomie danych wejściowych (np. różny kierunek wybicia lewej i prawej nogi).

Konieczność istnienia tych różnic łatwo wyjaśnić istnieniem różnic w strukturze. Nikt z nas nie ma idealnie symetrycznego ciała.

• Nikt z nas nie śpi 50% czasu na jednym i 50% czasu na drugim boku.
• Nikt z nas nie opiera się 50% czasu na jednej ręce i 50% na drugiej.
• Nikt z nas nie pisze 50% czasu jedną ręką i 50% czasu drugą.
• Nikt z nas nie doznał idealnie symetrycznych kontuzji, tak samo wpływających na tkanki po lewej i prawej stronie ciała
• itd.

Jeśli na nasz wynik biegowy spojrzymy jak na wynik przepuszczenia pewnej dynamiki przez strukturę lewej i prawej strony naszego ciała, to wiedząc, że struktura po jednej i drugiej stronie jest różna, także przepuszcza dynamika po lewej i prawej stronie musi być różna, aby ostateczny wynik był taki sam dla obu stron.

Idealnym praktycznym przykładem tego zjawiska jest np. Usain Bolt, który jak oszacowali badacze, w trakcie biegu generuje 955 funtów nacisku pod lewą nogą i 1080 funtów nacisku pod prawą. To aż 11,6% różnicy!

Poniższa tabelka pochodząca z tego badania pokazuje różnicę w różnych parametrach biegu Bolta dla nogi lewej i prawej:

Gdyby tylko nie był najszybszym człowiekiem na świecie, przy takiej dysproporcji najprawdopodobniej usłyszałby, że to go powstrzymuje przed byciem wielkim biegaczem i powinien tę asymetrię jak najszybciej wyrównać.

Czy Usain Bolt mógłby biec szybciej gdyby wyrównać jego asymetrie?

Teraz jesteśmy gotowi, aby wrócić do zadanego wcześniej pytania: „czy taki „bardziej symetryczny” biegacz (zakładając, że damy mu czas na zaadaptowanie ciała do nowej techniki), będzie lepszy (bardziej efektywny) od samego siebie sprzed tej zmiany?„

Wiemy już, że należy na nie odpowiedzieć dwutorowo.

#1 Jeśli jako „bardziej symetryczny” rozumiemy „bardziej symetryczny na wszystkich lub na większości parametrów”, to odpowiedź brzmi: Nie. Taki biegacz nie będzie lepszy, bo taki biegacz nie będzie istniał, gdyż poprawa symetrii jednych parametrów będzie psuła symetrię innych. Jeśli chcemy szukać symetrii, powinniśmy szukać jej na parametrach wyjściowych (takich jak np. długość kroku wykonywanego lewą i prawą nogą, lub czas kontaktu z podłożem lewej i prawej nogi).

Wiedząc to, lepsza wersja pytania będzie brzmieć:

#2 Czy jeśli dany biegacz stawia kroki o różnej długości lub ma różny czas kontaktu z ziemią w nodze lewej i prawej, to czy dążenie do balansu na tych parametrach będzie poprawiało efektywność jego biegu?

Drugie pytanie jest trudniejsze niż pierwsze i aby na nie odpowiedzieć idealnie byłoby mieć dostęp do badań, które badają korelację pomiędzy istnieniem asymetrii w biegu, a jego efektywnością.

Okazuje się, że dokładnie takie badania zostały już zrobione. I to 3 różnie:

1. we Włoszech 2013r.
2. w Niemczech w 2018 r.
3. w Brazyli w 2020 r.

Badanie włoskie

W ramach badania włoskiego, badacze wzięli grupkę biegaczy na różnych poziomach biegowego zaawansowania i polecili im biegać z różnymi prędkościami. Za pomocą technologii ala Motion Capture zmierzyli na ile asymetrycznie porusza się każdy biegacz, a za pomocą ergo-spirometru zmierzyli ile tlenu zużywają. Dodatkowo za pomocą rezonansu magnetycznego zmierzono poziom asymetrii pomiędzy nogami biegacza na poziomie strukturalnym. W wyniku okazało się, że:

„[Running cost] was not significantly correlated either with anatomical symmetries or with dynamical symmetries in running, while we found significant correlations between the anatomical and dynamical symmetries indices. This indicates that the more anatomically symmetrical are the subjects, the more symmetrical is their running gait”.

Co można przetłumaczyć jako:

„Efektywność biegu nie była istotnie skorelowana ani z symetrią strukturalną (anatomiczną), ani z symetrią dynamiczną w trakcie biegu.

Okazało się jednak, że istnieje korelacja pomiędzy strukturalną i dynamiczną symetrią. Oznacza to, że im bardziej strukturalnie symetryczny jest badany, tym bardziej będzie on symetryczny w dynamice.”

Badacze piszą dalej: „This suggests some plasticity of the human body in coping with structural changes, with the final result of preserving locomotion economy.”

Co oznacza: „To sugeruje istnienie pewnej plastyczności ludzkiego ciała w radzeniu sobie ze zmianami strukturalnymi, bez negatywnego wpływu na efektywność lokomocji”.

Ale to nie wszystko. Ważne dla zrozumienia natury tego zjawiska jest zdanie:

„There are some hints suggesting that only the runners who fail to match their anatomy and dynamics features have an increased cost of locomotion.„

Co oznacza: „Są przesłanki sugerujące, że tylko biegacze, którzy nie spasowali swoich cech dynamicznych ze swoją anatomią, ponoszą zwiększony koszt lokomocji”.

Innymi słowy, wnioski z tego badania możemy rozumieć jako: Jeśli Twoje ciało nie jest symetryczne na poziomie strukturalnym (np. kości po L i P stronie nie są identyczne, lub powięź po L i P stronie nie jest tak samo gęsta, lub mięśnie po L i P nie są tak samo duże), w naturalnym procesie postara się ono tę strukturalną asymetrię zbalansować, wprowadzając pewną asymetrię kinetyczną (asymetrię ruchu). Proces ten nie zmniejszy efektywności biegu.

Badanie niemieckie

Niemcy podeszli to badania nieco inaczej. Badanym polecono biec na bieżni ze stałą prędkością 2.8m/s, a następnie ustawiono im metronom, z poleceniem dopasowania kadencji do metronomu. Początkowo metronom ustawiony był symetrycznie, co przekładało się na taki sam czas pracy nogi lewej i prawej, jednak z czasem zmieniano ustawienia metronomu, tak aby wystukiwał on rytm odpowiednio wolniejszy dla jednej nogi i szybszy dla drugiej. To wymusiło asymetrię ruchu. Następnie sprawdzono jak w wyniku tego zabiegu zmienia się zużycie tlenu przez badanych. W wyniku okazało się, że:

„Every 10% increase in ground contact time asymmetry increased net metabolic power by 7.8%„,

czyli: „każdy 10% wzrost asymetrii w czasie kontaktu z podłożem [pomiędzy nogą L i P] przekładał się na zwiększenie kosztu kalorycznego o 7,8%”.

Oznacza to, że jeśli wymusimy na biegaczu asymetryczny bieg, to przełoży się to na gorszą efektywność biegu.

Badanie brazylijskie

W Brazylii skupiono się na asymetriach powstających w wyniku zmęczenia długim wysiłkiem (badani biegli na dystansie 10km). Dla każdego z 13 badanych, którzy byli „wytrenowanymi amatorami”, obliczono jak w trakcie biegu zmieniało się jego zużycie tlenu oraz globalny współczynnik symetrii ruchu. Okazało się, że korelacja pomiędzy tymi zmiennymi była bardzo silna (aż 43%):

Oznacza to, że zawodnicy, którzy zużywali mniej tlenu byli z grubsza tymi samymi, którzy w trakcie biegu byli w stanie w najmniejszym stopniu pogłębić asymetrie.

Wracając do Usaina Bolta

Wnioski z powyższych badań (szczególnie z pierwszego) wpisują się w naturę wspomnianego wcześniej asymetrycznego balansu i można rozumieć to tak, że jeśli Twoje ciało jest krzywe na 5%, ale Twoje tkanki miękkie pracują z asymetrią 5%, to nie ma powodu, aby Twoja efektywność biegu miała być mniejsza niż kogoś kto jest idealnie równy i idealnie równo używa mięśni.

Oczywiście jest pewien limit zdolności adaptacyjnych naszego ciała (np. we wspomnianym włoskim badaniu różnica w długości nóg pomiędzy L i P nie przekraczała 2cm) więc jeśli np. ktoś ma jedną nogę ekstremalnie krótszą niż drugą (np. o 10 cm) to istnieje spore ryzyko, że limit ten zostanie przekroczony i ciało nie będzie w stanie skompensować „bezkosztowo”, aż tak dużej różnicy. Jednocześnie fakt, że Usain Bolt borykający się całe życie ze skoliozą (zdjęcie jego pleców poniżej)

i generujący o 11,6% więcej siły w nodze prawej niż lewej, jest najszybszym człowiekiem na świecie, daje pewien pogląd na to jak bardzo symetria jest nam niepotrzebna, aby być mistrzami.

Można by argumentować, że sprint jest w większości aktywnością beztlenową, więc Usain nie jest najlepszym przykładem, ale podobnych przykładów „asymetrycznych mistrzów” ze świata typowych biegów długodystansowych jest sporo. Za pierwszy z brzegu niech posłuży mistrz olimpijski Heile Gebrselassie, którego pracą rąk w biegu jest wyraźnie asymetryczna.

To pozwala nam wreszcie odpowiedzieć na pytanie: Czy jeśli dany biegacz biega asymetrycznie, to czy poprawa jego symetrii przełoży się na poprawę wyników biegowych -> odpowiedź brzmi: najprawdopodobniej nie.

Czasem można trafić na badania wiążące asymetrię na danym konkretnym parametrze z ekonomią biegu (jak np. to, które pokazało, że asymetryczny czas kontaktu z podłożem przekładał się na większe zużycie tlenu) jednak jest ich zbyt mało, a na każde takie przypada takie jak np. to, które stoi w kontrze pokazując, że asymetrie na tym parametrze poprawiają (a nie pogarszają) ekonomię.

Co więcej, na podstawie powyższej analizy możemy podejrzewać, że zmiana techniki asymetrycznego biegacza, w kierunku większej symetrii wizualnej, będzie sabotować jego efektywność biegu.

Wydaje się bowiem, że tak długo jak asymetrie strukturalne (tych na pierwszy rzut oka nie widzimy), które zbieramy w trakcie naszego życia, są rekompensowane przez asymetrie wizualne (te możemy łatwo obserwować), biegacz ma odblokowaną możliwość biegania ze swoją maksymalną efektywnością. Jeśli zmienimy jedną z tych zmiennych (wymusimy symetryczny ruch) nie zmieniając drugiej (bez uzyskania symetrycznej struktury), pojawi się zjawisko niedopasowania, które obserwowali wspomniani badacze z Niemiec, co przełoży się na utratę efektywności biegu.

Nie każda asymetria jest ok

Puenta płynąca z drugiego i trzeciego badania pokazuje, że są dwie asymetrie, które psują naszą efektywność.

1. Pierwsza związana jest ze zmęczeniem. Im bardziej nasze tkanki są zmęczone, tym gorzej pracują, co możemy obserwować jako wzrost asymetrii w trakcie biegu. Wzrost ten może być dobrym parametrem oceniającym wytrenowanie biegacza.

Lepszy biegacz, zbliżając się do mety będzie prezentował zbliżoną asymetrię do tej, którą prezentował na starcie. Gorszy biegacz, będzie tym bardziej asymetryczny im dłużej będzie biegł.

O ile „bazową” asymetrię widzianą na starcie możemy uznać, za neutralną dla efektywności biegu, to wszelkiego rodzaju zmiany tej asymetrii wraz z narastaniem zmęczenia, będą już wpływać niekorzystnie.

2. Druga niekorzystna asymetria to ta związana z wymuszonym ruchem (tak jak w niemieckim badaniu). W uproszczeniu można ją rozumieć tak, że jest to jakakolwiek asymetria, do której nasze ciało nie miało okazji się przyzwyczaić.

Przeciążam jedną nogę, ale pan w internecie powiedział, że asymetrie są ok, więc nic nie będę z tym robił

Pamiętajmy, że artykuł ten nie traktuje o wpływie asymetrii na ryzyko kontuzji, tylko o wpływie asymetrii na efektywność biegu (na osiągane wyniki). (Swoją drogą artykuł o związku pomiędzy asymetrią biegu i ryzykiem kontuzji też mógłby być ciekawy, ale to nie temat na dziś.)

Oznacza to, że jeśli coś Cię boli i szukasz ulgi w bólu, a nie poprawy wyników biegowych, to zignorowanie asymetrii niekoniecznie będzie dobrym rozwiązaniem.

Jeśli nie symetria ruchu to co?

W świetle dzisiejszej analizy wydaje się, że jeśli założymy, że pewna wyimaginowana wartość, którą dla uproszczenia nazwiemy: „jakością ruchu”, dla naszej lewej nogi wynosi 5/10, a ta sama jakość ruchu nogi prawej to 7/10 i mielibyśmy do dołożenia do tych nóg (poprzez trening) 2 pkt jakości, to zamiast umieszczać je w taki sposób, aby osiągnąć 7/10 dla nogi lewej i 7/10 dla nogi prawej (uzyskujemy symetrię poprzez mocniejsze skupienie się na nodze gorszej), lepiej byłoby uzyskać 6/10 dla nogi lewej i 8/10 dla nogi prawej (asymetria pozostaje relatywnie stała, a biegacz poprawia się jako całość).