Rozdělení metabolických nároků lidského běhu: přístup podle jednotlivých úkolů

V porovnání s jinými živočišnými druhy může být člověk velmi dobře sledovatelný, a je tak ideálním "modelovým systémem" pro zkoumání metabolických nákladů na lokomoci.

Zde je podáván přehled biomechanických základů metabolických nákladů běhu.

Běh byl historicky modelován jako jednoduchý systém pružina-hmotnost, kdy noha funguje jako lineární pružina, která ukládá a vrací elastickou potenciální energii během stoje. Pokud však lze běh modelovat jako jednoduchý systém pružina-hmotnost se základním předpokladem dokonalého ukládání a vracení elastické energie, proč vůbec běh vyvolává metabolické náklady?

V roce 1980 Taylor a spol. navrhli hypotézu "nákladů na generování síly", která byla založena na myšlence, že elastické struktury umožňují svalům přeměnit metabolickou energii na sílu, a nikoli nutně na mechanickou práci.

V roce 1990 pak Kram a Taylor poskytli jednoznačnější a kvantitativnější vysvětlení tím, že prokázali, že míra spotřeby metabolické energie je úměrná tělesné hmotnosti a nepřímo úměrná době kontaktu nohy s podložkou u různých živočichů různé velikosti a rychlosti běhu.

Se zaměřením na člověka pak Kram a jeho kolegové přijali přístup založený na jednotlivých úkolech a zpočátku zjistili, že metabolické náklady na běh lze "individuálně" rozdělit na podporu tělesné hmotnosti (74%), pohon (37%) a švih nohou (20%). Součet všech těchto biomechanických úkolů vede k paradoxnímu nadhodnocení - 131%.

Pro další objasnění možných interakcí mezi těmito úkoly pozdější studie kvantifikovaly snížení metabolických nákladů v reakci na synergické kombinace podpory hmotnosti těla, pomocných horizontálních sil a sil podporujících švih nohou. Tento synergický přístup odhalil, že interaktivní povaha podpory hmotnosti těla a dopředného pohybu tvoří ∼80% čistých metabolických nákladů běhu. Úloha švihu nohou tvoří nanejvýš ∼7% čistých metabolických nákladů běhu a je nezávislá na podpoře hmotnosti těla a dopředném pohybu.

V nedávných experimentech se pokračovalo ve zpřesňování tohoto přístupu k jednotlivým úkolům a prokázalo se, že udržování boční rovnováhy tvoří pouze 2% čistých metabolických nákladů běhu. Naproti tomu kývání paží snižuje náklady o ∼3%, což naznačuje čistý metabolický přínos. Zohledněním synergické povahy podpory tělesné hmotnosti a dopředného pohybu, jakož i úkolů švihu nohou a boční rovnováhy tak můžeme vysvětlit 89 % čistých metabolických nákladů lidského běhu.

Pozn. s použitím zahraničních materiálů