Tanner tömisee – alustaan kohdistuvat voimat juoksussa

Juoksukelit ovat nyt parhaimmillaan ja se näkyy juoksijoiden määrässä lenkkipoluilla, juoksujalkinemainosten määrässä ja urheiluvälineliikkeiden kassavirroissa. Juoksu on liikuntamuotona erittäin suosittu johtuen ainakin osittain siitä, että se on edullinen, helposti saavutettava ja jopa primitiivisen liikkumisen muoto. Ikävä kyllä, juokseminen aiheuttaa monille myös rasitusvammoja. Jopa 30–70 % juoksijoista kärsii juoksuun liittyvistä rasitusvammoista vuosittain (1).

Rasitusvamma syntyy, kun elimistön johonkin kudokseen kohdistuu toistuva kuormitus, josta kyseinen kudos ei ehdi palautua ja seurauksena on kudoksen normaalin rakenteen tai toiminnan vaurioituminen. Rasitusvammasta voidaan puhua silloin, kun vamman aiheuttanut kuormitus on suuruudeltaan sellainen, että se ei yksittäisenä kohdistumisena aiheita vammaa, mutta toistuvana vamma ilmenee. Esimerkkejä rasitusvammoista ovat rasitusmurtumat, jänteiden kiputilat tai limapussien tulehdukset.

Juostessa kehon eri osiin kohdistuu voimia, jotka aiheuttavat kudoksissa kuormituksen puristaen, vetäen, vääntäen tai kiertäen kudosta. Eräs näistä kehoon kohdistuvista voimista syntyy, kun askel tulee maahan. Tämä voima voidaan mitata maan tasoon asetetun voimalevyn avulla, joka rekisteröi alustaan kohdistuvia voimia pysty- ja vaakasuunnassa. Voimalevy mittaa alustaan kohdistuvan voiman suuruutta ja siten myös alustan jalkaan kohdistamaa voimaa (reaktiovoima).

Millaisia voimia alustasta jalkaan sitten kohdistuu juoksussa tai kävelyssä? Se selviää tästä jutusta.

Alustan reaktiovoimasta ei voida suoraan päätellä, millainen voima elimistön eri kudoksiin kohdistuu. Tähän tarvitaan joko lisäinformaatiota kehon osien liikkeestä yhdistettynä matemaattisiin menetelmiin, kuten Juha-Pekka Kulmala on tutkimuksissaan tehnyt (2, 3) tai suoraa voiman mittaamista kudoksesta, kuten laitoksellamme on tehty akilles- ja patellajänteestä (4). Alustan reaktiovoima antaa kuitenkin käyttökelpoisen kokonaiskuvan kehoon kohdistuvasta kuormituksesta. On esitetty, että toistuvat kuormitukset, joihin yhdistyy suuri voima tai voiman nousunopeus saattavat olla yhteydessä rasitusvammojen syntyyn. Esimerkiksi näitä muuttujia voidaan tarkastella alustan reaktiovoimista (kuva 1).

Picture1
KUVA 1. Pystysuuntainen alustan reaktiovoima ja siitä määritettyjä muuttujia. Voima on suhteutettu kehonpainoon (KP). Törmäysvoimalla tarkoitetaan kontaktin alussa ilmenevää voiman piikkiä. Kuormitusnopeudella tarkoitetaan voiman nousunopeutta (käyrän jyrkkyys). Myöhemmin tässä jutussa kuormitusnopeudella tarkoitetaan kuormitusnopeuden maksimiarvoa eli käyrän jyrkintä kohtaa.

Tässä jutussa pyrin antamaan esimerkkejä siitä, miten kenkä, juoksutekniikka ja juoksualusta vaikuttavat reaktiovoimiin. Tarkastelussa pitäydytään pystysuuntaisessa alustan reaktiovoimassa, koska se on suuruudeltaan yli 95 % kokonaisvoiman suuruudesta. Alla on esitettynä viisi erilaista vertailua havainnollistaen kengän, juoksutekniikan ja alustan vaikutusta reaktiovoimaan.

Juoksujalkineen tarkoitus on vaimentaa törmäysvoimia ja lisätä liikkumisen mukavuutta. Tämä tapahtuu kengän pohjan pehmeän materiaalin avulla. Materiaali varastoi energiaa muodonmuutokseen ja palauttaa energian hitaasti. Tämä pienentää tai jopa poistaa kontaktin alussa ilmenevän törmäysvoimapiikin. Esimerkkitapauksessa maksimaalinen kuormitusnopeus niin kävelyssä, kuin juoksussa oli noin kaksinkertaa suurempi paljain jaloin verrattuna kengät jalassa liikkumiseen (kuvat 2 ja 3).

Picture3
KUVA 2. Alustan reaktivoima kävellessä kengät jalassa ja paljain jaloin.
Picture4
KUVA 3. Alustan reaktivoima juostessa kengät jalassa ja paljain jaloin.

Päkiäjuoksusta on tullut varsinainen muoti-ilmiö viime vuosina. Aiheesta on kirjoitettu useampaankin otteeseen myös Wikiliikkujassa. Eräs peruste päkiäjuoksun suosimiselle on törmäysvoiman puuttuminen ja pienempi kuormitusnopeus verrattuna kanta-astumiseen. Tämä johtuu siitä, että päkiäastumisessa energiaa varastoidaan elimistön elastisiin rakenteisiin kontaktin alusta alkaen. Esimerkkisuorituksissa päkiäastumisesta puuttui törmäysvoimapiikki täysin ja kuormitusnopeus oli noin neljä kertaa alhaisempi verrattuna kanta-astumiseen (kuva 4). Tyypillisesti askeltiheys on päkiäastumisessa hieman suurempi verrattuna kanta-astumiseen ja näin oli myös esimerkkitapauksessa.

Picture2
KUVA 4. Alustan reaktiovoima juostessa kanta- ja päkiäaskeleella.

Alustan pehmeys/kovuus vaikuttaa reaktiovoimiin vastaavalla tavalla, kuin kengän pohjan ominaisuudet. Alustan ollessa pehmeä, alustan muodonmuutos pienentää törmäysvoiman suuruutta ja alentaa kuormitusnopeutta. Kanta-astumisessa reaktiovoimien erot pehmeän ja kovan alustan välillä ovat selkeät, päkiäastumisessa taas hyvin vähäiset (kuva 5 ja 6). Yhtä lailla kengän iskunvaimennuksella on huomattavasti pienempi merkitys reaktiovoimiin päkiäastumisessa verrattuna kanta-astumiseen.

Picture6
KUVA 5. Alustan reaktiovoima kanta-astumisessa kovalla ja pehmeällä alustalla.
Picture5
KUVA 6. Alustan reaktiovoima päkiäastumisessa kovalla ja pehmeällä alustalla.

Edellä mainittujen tekijöiden lisäksi reaktiovoimien suuruuteen vaikuttaa henkilön paino ja juoksunopeus. Lisäksi voimme säädellä reaktiovoimien suuruutta lihastemme avulla. Pystymme esimerkiksi juoksemaan ilman kenkiä, kovalla alustalla ja kantapään kautta satuttamatta jalkojamme joustamalla enemmän polvista. Polven joustamisella kompensoimme joustavan kengänpohjan tai alustan puuttumista ja pienennämme kehon eri osiin kohdistuvaa kuormitusta. Tämä strategia toisaalta myös lisää kuormitusta etureiden lihaksissa ja polvijänteessä, joten valitsemme sopivan kompromissin polven joustamisen määrässä. Sopiva kompromissi tulee löytää myös jokaisen muun nivelen osalta. Kaiken tämän aivomme tekevät tiedostamattamme, automaattisesti.

Aivomme pyrkivät ennakoimaan elimistöön kohdistuvaa kuormitusta tietyllä nopeuden, kengän ja alustan yhdistelmällä ja säätämään lihasten aktiivisuutta ja tekniikkaa tarpeen mukaan. Joskus tulee yllätyksiä ­­ – alusta olikin esimerkiksi kovempi – ja sopeutuminen tilanteeseen tehdään jälkikäteen. Kenkävalinta onkin eräs tekijä, joka ohjaa askellustyyliämme. Yleistäen, mitä vähemmän kengässä on iskunvaimennusta, sitä enemmän elimistön omat iskunvaimennusjärjestelmät tulee ottaa käyttöön. Aiheesta kiinnostuneille löytyy lisätietoa Harvardin yliopiston sivuilta.

Eräs suurimmista liikunta-alan auktoriteeteista (American College of Sports Medicine) on hiljattain julkaissut omat suosituksensa juoksujalkineen valinnasta. Suosituksen mukaan kengässä tulisi olla vähän tai ei ollenkaan eroa kannan ja päkiän alla olevan pohjan paksuudessa ja jalkaterän holvikaarta tukevia rakenteita tulisi välttää. Tasainen kengänpohja ohjaa juoksijaa kokojalka/päkiäastumiseen ja tämä on luultavasti suositusten taustalla. Esimerkkeinä päkiäjuoksun hyvistä puolista voidaan nostaa hyvät tulokset säären lihasaitio-oireyhtymän hoidossa (5) ja alhaisemmat raportoitujen vammojen määrät verrattuna kanta-astujiin (6). Tutkimustieto on kuitenkin toistaiseksi vasta suuntaa antavaa ja siksi vahva kannanotto hyvän juoksujalkineen ominaisuuksista onkin yllättävä.

Liikunnasta saa eniten irti kun pysyy terveenä. Tästä syystä kannustan jokaista liikkumaan sellaisella tyylillä ja varusteissa, jotka tuntuvat sopivan itselle aiheuttamatta vammoja. Juoksutyylin, -kenkien tai -alustan muutokset kannattaa aina tehdä maltilla antaen elimistön tottua muutokseen ja uudenlaiseen kuormitukseen.

Lauri Stenroth, biomekaniikan tohtoriopiskelija

 

Lähteet

1. Lieberman DE (2012) What we can learn about running from barefoot running: An evolutionary medical perspective. Exerc Sport Sci Rev 40(2): 63-72.

2. Kulmala JP, Avela J, Pasanen K & Parkkari J (2013) Forefoot strikers exhibit lower running-induced knee loading than rearfoot strikers. Med Sci Sports Exerc 45(12): 2306-2313.

3. Kulmala JP, Ayramo S & Avela J (2013) Knee extensor and flexor dominant gait patterns increase the knee frontal plane moment during walking. J Orthop Res 31(7): 1013-1019.

4. Finni T, Komi PV & Lepola V (2001) In vivo muscle mechanics during locomotion depend on movement amplitude and contraction intensity. Eur J Appl Physiol 85(1-2): 170-176.

5. Diebal AR, Gregory R, Alitz C & Gerber JP (2012) Forefoot running improves pain and disability associated with chronic exertional compartment syndrome. Am J Sports Med 40(5): 1060-1067.

6. Daoud AI, et al (2012) Foot strike and injury rates in endurance runners: A retrospective study. Med Sci Sports Exerc 44(7): 1325-1334.

3 thoughts on “Tanner tömisee – alustaan kohdistuvat voimat juoksussa

  1. […] MIKSI paljasjalkajuoksua? Koska se opettaa sinua juoksemaan oikein. Raskaat, hyvin vaimennetut ja tuetut jalkineet sallivat käyttää kallisarvoisia jalkojasi miten sattuu ja ennen pitkää yleensä myös sattuu. Kengän vaimennuksesta huolimatta kanta-askeltaen juoksussa tulee huomattava törmäyspiikki, kun jalka kohtaa juoksualustan. Paljasjalkakengillä ei jääräpäisinkään hölkkääjä askella kantapää edellä kovin pitkää matkaa, vaan askel on pakko hakea päkiän kautta, jolloin törmäyspiikki häviää kokonaan. Tämä ei ole allekirjoittaneen mielipide, vaan tieteellisesti tutkittu fakta: https://wikiliikkuja.com/2014/05/09/tanner-tomisee-alustaan-kohdistuvat-voimat-juoksussa/#more-886 […]

  2. Kiitos taas hyvästä jutusta!

    Olen kyllä sitä mieltä, että rasitusvammojen synnyn kannalta ensimmäistä kontaktia oleellisempi juoksun vaihe on keskitukivaihe. Tällöin joustossa mukana olevien nivelten kulmat ovat suurimmat ja kuten noista voimavektoreista nähdään myös kontaktiajan huippuvoimat syntyvät tällöin.

    • Kiitos hyvästä kommentista! Olet oikeassa, että reaktiovoiman huippuarvot saavutetaan keskitukivaiheen aikana ja tämä saattaa olla rasitusvammojen kannalta aivan yhtä oleellinen tai jopa oleellisempi kuormitusvaihe, kuin kontaktin alkuvaihe. Vaikka eroja alustan reaktivoimissa tekniikan, jalkineiden tai alustan vaikutuksesta havaitaan vain kontaktin alkuvaiheessa, niin tämä ei tosiaan tarkoita sitä, että kyseinen kuormitusvaihe on vammojen taustalla. On hyvä muistaa, että alustan reaktivoimien perusteella ei voida tehdä johtopäätöksiä kudosten kokemasta kuormituksesta. Tämä tarkoittaa siis myös sitä, että vaikka alustan reaktivoiman huippuarvo olisi yhtä suuri riippumatta tekniikasta, alustasta tai jalkineista, niin kuormitus eri kudoksissa saattaa olla eri.

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s