Rekordy prędkości bite przez Usaina Bolta wywołały duże zainteresowanie naukowców. Po tym co pokazał zawodnik, badacze zadają sobie pytanie: jaka jest maksymalna prędkość biegowa jaką człowiek jest w stanie osiągnąć?

Nowe badanie, zamieszczone w Journal of Applied Physology oferuje intrygujące spojrzenie na biomechanikę, a także na rozwój ludzkiej prędkości biegowej w przyszłości.

Niedawno opublikowane dowody określają krytyczną szybkość człowieka. Dają one kuszące widoki na to, jak granice biologiczne mogą być przesunięte poza 45 km/h (ok. 28 mph), czyli prędkości osiąganej przez Bolta. Badania sugerują również, że szybkość 65 km/h jest także osiągalna.

Nie chodzi o mięśnie

Artykuł naukowy, o którym mowa to „Biologiczne ograniczenia prędkości biegowych od podstaw” autorstwa Petera Weyanda i Matthew Bundle’a. Profesor Weyand pisze: Przeważa pogląd, że prędkość jest warunkowana siłą uderzenia nóg o podłoże. Najlepsi sprinterzy biegają z naciskiem od 360 kg do 400 kg na powierzchnię. Dodatkowo, siła mięśni jest wspomagana ruchem ramion w trakcie każdego kroku. Łatwo uwierzyć, że stosowanie tak dużych energii jest uwarunkowane od rozwoju miofibryli. Nasze nowe dane jednak wyraźnie pokazują, że to nie o siłę mięśni tu chodzi. Naszym zdaniem szybkość biegu wcale nie zależy od tego ile siły w niego włożymy oraz tego jak bardzo pochylimy się do przodu nadając naszemu ciału bardziej aerodynamiczny kształt.

Siła odbicia od podłoża

Naukowcy odkryli, że w przeciwieństwie do ograniczeń genetycznych, krytyczna biologiczna granica szybkościowa zależy od czasu tzw. „lotu”. Chodzi o moment, podczas którego stopa uderza o podłoże i z jaką siłą odbija się od ziemi. U elitarnych sprinterów, kontakt stopy z gruntem trwa mniej niż jedną dziesiątą sekundy, a maksymalne siły nacisku na podłoże mają miejsce przez jedną dwudziestą czasu pierwszego kontaktu z podłożem, czyli bardzo krótko. Chodzi o to, że aby zwiększyć prędkość zawodnicy starają się  jak najszybciej odbijać od powierzchni, co sprawia, że niemal „lecą”. 

Naukowcy skorzystali z kilku eksperymentalnych narzędzi, aby dojść do tych wniosków. Użyli nowoczesnej bieżni, która pozwala na osiągnięcie szybkości większej niż 64 km/h. Dodatkowo maszyna umożliwiała precyzyjne pomiary sił nacisku na podłoże podczas każdego kroku. Badani mieli także „sprintować” stosując różne techniki biegu. Na początku wykonywali bardzo dynamiczną pracę rąk, która miała wspomagać zaangażowanie nóg. Następnie skupiali się na tym żeby biec tak, aby uderzać jak najmocniej piętą w podłoże. Jest to normalny sposób biegu w butach. Kolejną techniką był bieg polegający na amortyzacji ciała całą stopą, a nie tylko piętą. Tego typu styl biegania jest charakterystyczny dla bosych maratończyków.n Dodatkowo, badani oprócz normalnego sprintu wykonali też inne ćwiczenie. Zadanie polegało na skakaniu z jednej nogi na drugą uciekając w tył. Była to improwizacja biegu tyłem. Chodziło o to aby jak najdłużej pozostawać w powietrzu.

 

 

Specjalnie wybrane, niekonwencjonalne testy biegowe pozwoliły na zrozumienie biologicznej mechaniki organizmu i genetycznych uwarunkowań szybkościowych. Badania pozwoliły na obalenie tezy, że aby szybciej biegać trzeba z jak największą siłą uderzać w podłoże. Popularne jest przekonanie, że im większe mięśnie tym silniej mogą one „pchać nas” do przodu podczas sprintu. Badania zaprzeczyły temu twierdzeniu. Większe mięśnie wcale nie oznaczają lepszej prędkości.

Eksperymentatorzy odkryli, że siły naciskowe mierzone podczas skakania z jednej nogi na drugą, na najwyższych obrotach bieżni przekroczyły te generowane podczas normalnego sprintu w najwyższej prędkości o niemal 30 procent. Odkryto, że siły generowane przez mięśnie w obrębie kończyn były mniej więcej od 1,5 do 2 razy większe podczas podskoków niż sprintu.

Jak najmniejszy kontakt z podłożem

Naukowcy doszli do wniosku, że prędkość zależy od jak najmniejszego kontaktu stopy z podłożem. Choć, tak jak oczekiwano, bieg tyłem na podskokach był zdecydowanie wolniejszy, to okres kontaktu z podłożem był taki sam jak podczas sprintu do przodu. Naturalne jest, że do przodu zawsze będziemy szybciej biec niż do tyłu. Podczas biegu tyłem prędkości wcale jednak nie były takie małe. Dzięki pozostawaniu jak najdłużej w powietrzu sportowiec był w stanie także długo utrzymać się na bieżni.

Profesor biomechaniki Matthew Bundle pisze – Zanotowaliśmy, jak szybko włókna mięśniowe mogą się kurczyć, aby wykonać pracę umożliwiającą bardzo wydajny sprint. Te same miofibryle pomagają również utrzymać się na bieżni i nie spaść, przy dużych obrotach. Odkryliśmy, że ciało naprawdę jest w stanie wygenerować odpowiednie siły do błyskawicznego sprintu oraz do jak największego czasu pozostawania w locie podczas biegu.

 

 

Aby jak najdłużej zostać w powietrzu trzeba biec nie na piętach, ale na podeszwie. Naukę tego rodzaju biegu warto zacząć od tzw. barefootingu, czyli biegania boso. Ćwiczymy wtedy używając niemal całej podeszwy stopy do odbijania się od podłoża. Mięśnie i ścięgna zostają odpowiednio przygotowane. Podczas gdy po takim bosym treningu przesiądziemy się na buty to zauważymy znaczną poprawę naszej szybkości.

Naukowcy stwierdzili, że to badanie pokazuje, że bieżące ograniczenia prędkości są także warunkowane przez szybko-kurczliwe włókna mięśniowe. Jednocześnie wpływ na lepszy sprint ma to jak szybko zawodnik jest się w stanie odbić od podłoża i jak najdłużej pozostać w powietrzu. Im dłużej tym szybciej biegnie.

Profesor Bundle podsumował wyniki badań w następujący sposób: Nasze prognozy wskazują, że odpowiedni rozwój włókien mięśniowych pod kątem jak najwydolniejszego użycia włókien szybko-kurczliwych (białych) oraz jak najszybszego odbicia od podłoża jest w stanie doprowadzić do tego, że zawodnik może biec z prędkością 56, a nawet 64 km/h. Być może w przyszłości odkryjemy jak biec jeszcze szybciej.

Głównymi koordynatorami prac badawczych byli: Peter Weyand profesor fizjologii i biomechaniki stosowanej z Południowego Uniwersytetu Metodystów w Dallas oraz Matthew Bundle profesor biomechaniki w Kolegium Nauk o Zdrowiu na Uniwersytecie w Wyoming.