ASKELLUSTYYPIN JA ISKUVOIMAN VERTAILU PALJASJALKAISTEN JA KENKIÄ KÄYTTÄVIEN JOUKSIJOIDEN VÄLILLÄ Referaatti tutkimusartikkelista xxxxx xxxxx Kesäkuu 2010
2 Tämä on suomenkielinen lyhennelmä Liebermanin ym. (2009) Harvardin yliopistossa tekemästä tutkimuksesta. Tutkimuksessa verrattiin alkukontaktin tyyppiä ja iskuvoimaa tottuneiden paljasjalkajuoksijoiden ja kenkiä käyttävien juoksijoiden välillä. Tutkimusartikkeli julkaistiin Nature-lehdessä Tammikuussa 2010. Ihmiset ovat juosseet jo miljoonia vuosia, mutta nykyaikaiset juoksujalkineet on kehitetty vasta 1970-luvulla. Suurimman osan kehityshistoriastaan ihminen on juossut joko paljain jaloin, tai käyttäen minimaalisia jalkineita, kuten mokkasiineja. Lieberman ym. (2009) halusivat selvittää miten juoksijat sopeutuivat jalkoihin kohdistuviin iskuvoimiin ennen nykykenkien keksimistä. Heidän tarkoituksenaan oli osoittaa miten paljasjalkajuoksuun tottuneet juoksijat yleensä laskeutuvat alustalle jalan etuosalla, tai koko jalkapohjalla, kun taas kenkiä käyttämään tottuneet juoksijat suosivat kantapää-alastuloa. Liebermanin ym. mukaan kinemaattiset ja kineettiset analyysit osoittavat, että paljasjalkajuoksijoilla, jotka käyttävät päkiä-alastuloa iskuvoima alustaan on pienempi, kuin juoksukenkiä käyttävillä kanta-alastuloa käyttävillä juoksijoilla, jopa erittäin kovilla alustoilla. Tämä ero johtuu pääasiassa suuremmasta jalan plantaarifleksiosta alastulossa sekä suuremmasta nilkan joustavuudesta iskuhetkellä, joka puolestaan vähentää iskun efektiivistä massaa (Meff). Lieberman ym. arvelevat, että päkiä-alastulo ja keski-jalan alastulo ovat olleet yleisempiä aikana, jolloin ihmiset juoksivat paljain jaloin ja minimaalisilla jalkineilla. Tämä puolestaan on saattanut suojata jalkoja ja alaraajoja joiltakin iskuvoimien aiheuttamilta vammoilta, jotka ovat hyvin yleisiä nykypäivän juoksijoilla. Eniten vammautumisia aiheuttava juoksun vaihe on se vaihe, jossa jalka iskeytyy maahan. Tämä isku voi tapahtua kolmella eri tavalla, jotka ovat kantaisku (RFS- rear-foot strike), jossa alkukontakti tapahtuu kantapäällä, keskijalan alastulo (MFS mid-foor strike), jossa koko jalkapohja koskettaa alkukontaktissa alustaa sekä jalan etuosan alkukontakti eli päkiäalastulo (FFS- fore-foot strike). Näille alkukontaktia kuvaaville termeille ei löydy kantaiskua lukuun ottamatta vakiintuneita suomenkielisiä ilmauksia, mutta käytän tässä työssä ilmauksia kanta-, keskijalka- ja päkiä yhdistettynä ilmauksiin alastulo, juoksu tai isku. Sprintterit käyttävät tyypillisesti päkiäjuoksua, mutta kestävyysjuoksijoista 75-80% on kantajuoksijoita. Kantajuoksussa isku alustaan aiheuttaa suuria äkillisiä voimia, jotka puolestaan aiheuttavat suuria kuormituksia läpi kehon ja altistavat loukkaantumiselle, kuten sääriluun rasitusmurtumalle ja kantakalvon tulehdukselle. Nykyaikaisten juoksukenkien tarkoituksena on tehdä kantajuoksusta miellyttävämpää ja pienentää vammautumisriskiä joustavien materiaalien ja korkeiden kantojen avulla. Myös ihmisen kantapää pehmentää iskuvoimia, vaikkakin pienemmäs-
3 sä määrin. Tämä osaltaan on herättänyt kysymyksen siitä, miten juoksijat laskeutuivat alustalle ennen nykyisten juoksukenkien keksimistä. Aiemmat tutkimukset (Wit, Clercq & Aerts 1999; Divert ym. 2005) ovat viitanneet, että kenkiä käyttämään tottuneilla juoksijoilla on tapana omaksua jalan rasituksen vähentämiseksi matalampi jalkaterän asento juostessaan paljain jaloin, kuin jalkineilla juostessaan. Jalan kinematiikasta ja iskuvoimista sen sijaan ei ole tehty aiemmin yksityiskohtaisia tutkimuksia. Liebermanin ym. 2009 tekemässä tutkimuksessa oli viisi ryhmää, jotka oli jaettu seuraavasti: (1) Yhdysvaltalaiset kenkiä käyttämään tottuneet juoksijat, (2) Kenialaiset urheilijat, jotka olivat kasvaneet paljasjalkaisina, mutta tottuneet myöhemmin käyttämään juoksujalkineita, (3) Yhdysvaltalaiset juoksijat, jotka olivat kasvaneet kenkiä käyttäen, mutta myöhemmin tottuneet juoksemaan paljain jaloin tai minimaalisissa jalkineissa, (4) Kenialaiset nuoret, jotka eivät olleet koskaan käyttäneet kenkiä ja (5) Kenialaiset nuoret, jotka olivat käyttäneet kenkiä suurimman osan elämästään. Kineemaattisen ja kineettisen datan vertailu tehtiin vain ryhmien (1) ja (3) välillä, sillä ulkona ja sisällä tehtyjen mittausten juoksunopeus poikkesi toisistaan noin 1 m/s. Kaikkien ryhmien välillä tehtiin vertailu alkukontaktin tyypistä sekä jalkapohjan, nilkan ja polven nivelkulmista jalkineiden kanssa ja paljain jaloin juosten. Ryhmällä (4) suoritettiin mittaus vain paljain jaloin, sillä he eivät olleet koskaan käyttäneet kenkiä. Alkukontaktityypistä ja nivelkulmista kerätty data näkyy taulukossa 1. Taulukko 1. Alkukontaktin tyyppi ja nivelkulmat paljasjalkaisuuteen tottuneilla ja jalkineita käyttävillä juoksijoilla Yhdysvalloissa ja Keniassa. Lähde: (Lieberman ym. 2009) Askellustyyli vaihteli testihenkilöiden ja ryhmien välillä, mutta saatujen tulosten mukaan näyttää, että kenkiä käyttämään tottuneiden alkukontakti alustaan on toisen tyyppinen, kuin
4 paljain jaloin liikkumaan tottuneilla. Koko elämänsä kenkiä käyttämään tottuneet juoksevat jalkineet jalassa pientä poikkeusta lukuun ottamatta lähes yksinomaan kantaiskua käyttäen. Paljain jaloin juostessaan he käyttävät suurimmalta osalta samaa tekniikka, joskin osa juoksijoista käyttää myös keskijalkaiskua (USA 17% ja Kenia 19%) ja päkiäiskua (Kenia 19%). Toisaalta taas juoksijat, jotka ovat kasvaneet paljain jaloin tai myöhemmin totuttautuneet paljasjalkajuoksuun käyttävät yleensä päkiäalastuloa, jonka jälkeen vasta kantapää koskettaa alustaa (varvas-kanta-varvas juoksu) sekä paljain jaloin, että kengät jalassa. Heidän joukossaan esiintyi myös keskijalkaiskua sekä paljain jaloin, että jalkineita käytettäessä. Paljain jaloin juostessa kantaiskujuoksu oli hyvin harvinaista kyseisessä joukossa. Eri iskutyyppien kinemaattiset erot aiheuttavat merkittäväsi eroavia iskuvoimia alustaan. Näitä eroja verrattiin paljasjalkajuoksuun ja kenkiä käyttämään tottuneiden Yhdysvaltalaisten juoksijoiden välillä kantajuoksun ja päkiäjuoksun aikana. Kuvassa 1 on kuvattuna alustaan kohdistuva voima askelluksen eri vaiheissa yhden juoksijan suorituksessa (a) paljain jaloin kantajuosten, (b) juoksujalkineilla kantajuosten ja (c) paljain jaloin päkiäjuosten (nopeus 3,5 m/s). Kantaiskujuoksu aiheuttaa suuren hetkellisen iskuvaikutuksen kengät jalassa juokseville, ja vielä rajumman iskuvaikutuksen paljain jaloin juosten. Sen sijaan päkiäiskujuoksusta puuttuu huomattava hetkellinen iskuvoiman kohoaminen. Kuva 1. Pystysuoraan alustaan kohdistuva voima mitattuna kolmella eri askellustekniikalla samalla juoksijalla. Lähde: Lieberman ym. 2009. Samalla nopeudella juostaessa pystysuoraan alustaan kohdistuvat voimat alkukontaktivaiheessa ovat keskimäärin kolme kertaa pienempiä tottuneilla paljasjalkajuoksijoilla, jotka käyttävät päkiäjuoksua, kuin kenkien käyttöön tottuneilla juoksijoilla, jotka käyttävät kantajuoksua sekä kenkien kanssa, että paljain jaloin (Kuva 2a). Kuvassa 2b kuvataan keskimääräistä kuormitusta sekunnin aikavälillä, joka on paljain jalon päkiäjuosten noin seitsemän kertaa pienempi, kuin paljain jaloin kantajuosten ja samaa luokkaa kuin kantajuosten kengät jalassa.
5 Kuva 2. Iskuvoiman vaihtelu eri askellustyyleillä. Lähde: Lieberman ym. 2009. Myös nilkan jäykkyys tai vaihtoehtoisesti joustavuus vaikuttaa iskun voimakkuuteen alkukontaktihetkellä. Kantajuoksussa isku osuu tyypillisesti juuri nilkan alapuolelle alaraajan massankeskipisteen alapuolelle, nilkan liikkuessa plantaarifleksion suuntaan. Tässä tilanteessa nilkka ei juuri pysty muuttamaan iskun energiaa rotatoriseksi energiaksi. Päkiäjuoksussa taas isku osuu jalan etuosaan nilkan liikkuessa dorsifleksion suuntaan ja kantapään pudotessa triceps surae lihasten kontrolloimana alaspäin. Alustasta välittyvä iskuvoima osaltaan vääntää jalkaterää suhteessa nilkkaan. Tämä vähentää efektiivistä massaa muuttamalla osan alaraajan pystysuorasta kineettisestä energiasta rotatoriseksi kineettiseksi energiaksi, etenkin jos nilkan joustavuus on hyvä. Tutkimuksen tulokset tukevat oletusta, että päkiä juoksussa syntyvän iskun efektiivinen massa on huomattavasti pienempi, kuin kantajuoksussa. Varhaisilla kaksijalkaisilla ihmisillä, kuten Austrolopichecus afarensis lajilla oli suurentunut kantaluun kyhmy ja he todennäköisesti olivat kanta-astujia. Heidän jalastaan kuitenkin puuttui joitakin nykyihmisen jalan ominaisuuksia, kuten vahva pitkittäinen kaari, joka toiminnallisesti parantaa juoksun massa-vieteri efektiä (mass-spring effect) varastoimalla ja vapauttamalla elastista energiaa. Ei tiedetä miten aikaiset ihmislajit juoksivat. Kuitenkin vahvan pitkittäisen kaaren kehittyminen Homo lajien edustajille näyttäisi ennemminkin parantavan suoritusta päkiä- ja keskijalka-alastulossa kuin kanta-alastulossa, sillä niissä kaari venyy passiivisesti koko askelluksen ensimmäisen puoliajan. Kanta-alastulossa puolestaan kaari venyy passiivisesti vain kävelyn myöhäisemmässä vaiheessa, kun sekä jalan etu että takaosa ovat alustalla. Sillä tosiasialla, että paljasjalkaiset ja minimaalisia jalkineita käyttävät juoksijat välttävät voimakkaita iskuja aiheuttavaa kantajuoksua, saattaa olla myös kansanterveydellistä merkitystä. Keskimääräinen juoksija iskeytyy maahan noin kuusisataa kertaa kilometrin aikana. Tämä asettaa juoksijat alttiiksi rasitusvammoille. Huolimatta juoksukenkien jatkuvasta tuotekehittelystä juoksuun liittyvät rasitusvammat eivät ole vähentyneet kolmenkymmenen vuoden
6 aikana. Vaikkakin pehmustetut paksukantaiset juoksukengät ovat mukavia käyttää, ne rajoittavat jalan proprioseptiikkaa ja fasilitoivat kantajuoksua. Lisäksi monet juoksukengät on varustettu kaarituella ja jäykistetyllä pohjalla, jotka saattavat johtaa jalkaterän pienten lihasten heikkenemiseen ja kaaren lujuuden vähenemiseen. Tämä heikkous puolestaan altistaa ylipronaatiolle sekä rasittaa suuremmassa määrin kantakalvoa, joka taas voi johtaa kantakalvon tulehdukseen. Joitain tutkimuksia on tehty vammojen vähentymisestä paljasjalkajuoksua suosivilla juoksijoilla. Tarvitaan vielä lisätutkimusta osoittamaan oikeaksi hypoteesi siitä, että yksilöllä, jotka pääasiassa eivät kantajuokse paljain jaloin tai minimaalisissa jalkineissa, on pienemmät loukkaantumistilastot.
7 Lähteet Divert, C., Mornieux G., Baur, H., Mayer F. & Belli A. 2005. Mechanical Comparison of Barefoot and Shod Running. Int J Sports Med 2005; 26(7): 593-598. Lieberman, D., Venkadesan, M., Werbel, W., Daoud, A., D Andrea, S, Davis, I., Mang Eni, R. & Pitsiladis, Y. 2009. Foot strike patterns and collision forces in habitually barefoot versus shod runners. Nature: Vol 463. 28 January 2010. http://barefootrunner.org/reports/07harvard/liebermanetal2010.pdf Wit, B., Clercq, D. & Aerts, P. 1999. Biomechanical analysis of the stance phase during barefoot and shod running. Journal of Biomechanics. Vol 33, Issue 3, March 2000, sivut 269-278.