Kävely on ihmisen yleisin liikkumismuoto, ja lähes kaikki kävelevät päivittäin. Useimmat ihmiset valitsevat kävelynopeuden, joka on noin 4-5 km/h. Valitsemme tämän nimenomaisen nopeuden todennäköisesti siksi, että se kuluttaa suhteellisesti vähiten energiaa. Mekanismia ei täydellisesti tunneta, mutta se tiedetään, että olemme kehittäneet alitajuisen menetelmän kävelyn energiankulutuksen tunnistamiseksi, joka säätelee kävelynopeuttamme. Liikuttaessa suuremmilla nopeuksilla kuin noin 7 km/h, on edullisempaa juosta kuin kävellä. Nopeassa kävelyssäkin voimme siis jollain tasolla havaita suuremman energiankulutuksen ja näin ollen siirtyä kävelystä juoksuun. Tästä syystä hyvin harvat ihmiset valitsevat suurilla nopeuksilla etenemistavaksi kävelyn. Yksi harvinainen mutta merkittävä poikkeus löytyy urheilumaailmasta: kilpakävely. Kilpakävelijät ”kävelevät” noin nopeudella 15 km/h, joka on useimmille ihmisille vauhdikas juoksunopeus.

Kilpakävely on kestävyyslaji, ja kuten kaikissa kestävyyslajeissa, taloudellisuudella (määritellään tässä energiamääränä, joka tarvitaan siirtämään kehon massayksikköä yhden etäisyysyksikön verran) on merkittävä rooli. Eräs epäsuora tapa arvioida taloudellisuutta on mitata hapenkulutusta ihminen liikkuessa. Jakamalla hapenottokyky kehon massalla ja nopeudella, saadaan normalisoitu taloudellisuus-arvo (COT, joka tulee englanninkielisestä termistä ”cost of transport”). Kun ihmisen kävelystä piirretään COT nopeuden funktiona, muodostuu U:n muotoinen käyrä; käyrän alin piste on metabolisesti optimaalinen nopeus, yleensä noin 4-5 km/h, kuten edellä on mainittu ja kuten on esitetty alla olevassa kuvassa. Jos kävellään nopeammin tai hitaammin kuin tätä nopeutta, COT nousee merkittävästi eli taloudellisuus vähenee. Vastaava U:n muotoinen käyrä on havaittu myös useilla eläinlajeilla, jotka etenevät hyvin eri tavoin, kuten esimerkiksi norsuilla ja joillakin linnuilla ja kaloilla (1-4). Tästä eri lajien yhteisestä piirteestä voidaankin päätellä, että käyrän muodosta on jotakin energiataloudellista hyötyä (5).

Kilpakävelyssä olisi siis hyödyllistä muuttaa nopeuden ja COT:n välistä suhdetta. Kilpakävelijät kävelevät yleisesti nopeuksilla, jotka ovat yli kolme kertaa suurempia kuin ”normaali” energiataloudellisesti optimaalinen nopeus. COT:n ja nopeuden välisen U:n muotoisen suhteen mukaisesti kävely näin suurilla nopeuksilla on erittäin epätaloudellista, joten kilpakävelijöille olisi edullista, jos tähän suhteeseen pystyisi vaikuttamaan harjoittelulla. Muuttuuko siis COT:n ja kävelynopeuden välinen suhde, jos suurilla nopeuksilla harjoitellaan useita vuotta? Kuten alla olevasta kuvasta 1A nähdään, vastaus tähän kysymykseen näyttäisi olevan ”ei”. Menierin ja Pughin tutkimustulokset (6) neljältä olympiatason kilpakävelijältä osoittavat, että kun nopeus ylittää noin 8 km/h, kävely vaatii noin kaksi kertaa enemmän happea kuin juoksu tietyllä nopeudella (kävely on siis epätaloudellisempaa). Kuvassa 1A esitetään Menierin ja Pughin tulosten (6) rinnalla tyypilliset harjoittelemattomien henkilöiden kokeelliset tulokset (7). Merkittävintä tässä kuvassa on, että harjoittelun vaikutus ei näy COT-arvoissa kilpakävelynopeuksilla, vaan ne ovat edelleen noin 60 % korkeampia kuin vastaavat arvot alhaisemmilla nopeuksilla. Vaikka kilpakävelijät siis harjoittelevat vuosia suurilla kävelynopeuksilla, näiden tulosten perusteella he kuitenkin juoksevat paljon taloudellisemmin näillä nopeuksilla kuin kävelevät. Kuvassa 1B esitetyt vastaavat tulokset eri ikäisiltä, ylipainoisilta sekä kliinisiltä ryhmiltä korostavat entisestään, kuinka vaikeaa on muuttaa kävelynopeuden ja taloudellisuuden välistä suhdetta.

Kuva 1. A: COT suhteessa kävelynopeuteen terveillä harjoittelemattomilla henkilöillä, Cronin ym. (7), sekä neljällä olympiatason kilpakävelijällä, Menier ja Pugh (6). Vertailun vuoksi kilpakävelijöiden vastaavat tulokset juoksusta on myös esitetty. Huomaa näiden kahden kävelyaineiston muotojen samankaltaisuus. B: Kävelyaineisto kuvasta 1A, jonka rinnalla on esitetty kävelyaineistoja muilta väestöryhmiltä. Nuorten ja ikääntyvien aikuisten aineisto on peräisin julkaisusta McCann ja Adams (8), ylipainoisten naisten aineisto julkaisusta Browning ja Kram (9), ja Parkinsonin tautia sairastavien potilaiden aineisto julkaisusta Christiansen et al. (10).

Tämä kuva osoittaa, että vaikka pystymme kävelemään laajalla nopeusalueella, energiankulutuksen kannalta kävely on taloudellista vain hyvin kapealla alueella. Tämä pätee lähes kaikkiin tutkittuihin väestöryhmiin (sekä lukuisiin eläinlajeihin), joten kaikki kyseiset ryhmät ovat päätyneet samaan ”ratkaisuun” eli kapeaan optimaaliseen nopeusalueeseen, josta poikkeaminen maksetaan ylimääräisenä energiankulutuksena. Luontaisen kävelystä juoksuun siirtymistä vastaavan nopeuden ylittyessä meidän on paljon edullisempaa juosta kuin kävellä – jopa olympiatason kilpakävelijöiden, jotka säännöllisesti kävelevät suurilla nopeuksilla. Siten kilpakävelyssä lihakset toimivat erittäin tehottomasti ja usein useita tunteja ilman lepoa. Taloudellisuuden näkökulmasta käveleminen suurilla nopeuksilla edustaa harvinaista ja toivotonta yritystä ohittaa evoluutiiviset vaistomme.

Neil Cronin, biomekaniikan yliopistotutkija, https://staff.jyu.fi/Members/necronin/

Lähteet

1. Langman VA, Roberts TJ, Black J, Maloiy GM, Heglund NC, Weber JM, et al. Moving cheaply: Energetics of walking in the african elephant. J Exp Biol. 1995 Mar;198(Pt 3):629-32.

2. Schmidt-Nielsen K. Locomotion: Energy cost of swimming, flying, and running. Science. 1972 Jul 21;177(4045):222-8.

3. Taylor CR, Heglund NC, Maloiy GM. Energetics and mechanics of terrestrial locomotion. I. metabolic energy consumption as a function of speed and body size in birds and mammals. J Exp Biol. 1982 Apr;97:1-21.

4. Watson RR, Rubenson J, Coder L, Hoyt DF, Propert MW, Marsh RL. Gait-specific energetics contributes to economical walking and running in emus and ostriches. Proc Biol Sci. 2011 Jul 7;278(1714):2040-6.

5. Bramble DM, Lieberman DE. Endurance running and the evolution of homo. Nature. 2004 Nov 18;432(7015):345-52.

6. Menier DR, Pugh LG. The relation of oxygen intake and velocity of walking and running, in competition walkers. J Physiol. 1968 Aug;197(3):717-21.

7. Cronin NJ, Avela J, Finni T, Peltonen J. Differences  in contractile behaviour between the soleus and medial gastrocnemius muscles  during human walking. J Exp Biol. 2013;216(5):909-14.

8. McCann DJ, Adams WC. A dimensional paradigm for identifying the size-independent cost of walking. Med Sci Sports Exerc. 2002 Jun;34(6):1009-17.

9. Browning RC, Kram R. Energetic cost and preferred speed of walking in obese vs. normal weight women. Obes Res. 2005 May;13(5):891-9.

10. Christiansen CL, Schenkman ML, McFann K, Wolfe P, Kohrt WM. Walking economy in people with parkinson’s disease. Mov Disord. 2009 Jul 30;24(10):1481-7.