Många eller långa steg?

När jag springer lyfter jag benen omkring 175-180 gånger i minuten. Jag vet inte om frekvensen är högre om jag ökar farten. När jag har bråttom har jag annat för mig än att räkna steg, men jag kanske ska räkna nästa gång. Jag vet att när jag springer nedför har jag mycket högre frekvens - så hög jag kan - men jag vet inte exakt. Jag tror också att frekvensen sjunker när jag blir trött. Det är ganska mycket jag inte vet, det bästa med det är att det finns mycket att ta reda på. Det är bara att räkna antalet gånger den ena foten slår i marken under 20 sekunder och multiplicera med 6. Det är bara så lätt att glömma räkna när man spurtar eller när man är trött.

Jag vet inte hur långa steg jag tar heller. När snön kommer skulle jag kunna ta en tumstock och mäta avståndet eller så kan jag räkna antalet steg jag tar på 100 meter. Om jag tar 100 steg, så är steglängden ca 1 meter. För att öka steglängden måste jag öka kraften som foten slår ner i marken med och eftersom marken - enligt Newtons tredje lag - slår tillbaka med en lika stor kraft förlängs muskler och senor som en båge och skjuter iväg foten som en pil från en spänd pilbåge. Denna kraft blir större ju mer kraft jag planterar i jordklotet under mig.

Vad jag egentligen ville säga med allt detta är att löphastigheten styrs av en enkel ekvation: Hastighet = steglängd x stegfrekvens. Denna ekvation säger att en förändring av löphastigheten beror på steglängd eller på stegfrekvens eller en kombination av de två. Någon av faktorerna måste ändras för att produkten, d v s hastigheten, ska förändras. Svårare än så är det inte. Usain Bolt sprang 41 steg när han tillryggalade 100 m på tiden 9, 63. Det ger en steglängd på 100/42 = 2,44 meter och en frekvens på (41/9,63) x 60 = 255 steg per minut. Det är extrema värden, men Bolt är en extrem idrottsman. Det finns sprinters som tar längre steg och som har högre frekvens, men ingen annan har samma kraftfulla kombination som Usain Bolt.

Grafen visar det empiriska sambandet mellan stegfrekvens och steglängd. Källa: http://www.kihu.fi/tuotostiedostot/julkinen/2007_num_factors_re_10000.pdf

Hur gör sprinters och långdistanslöpare?
Sprinters är kraftigt byggda och kan generera mycket kraft när de träffar marken, vilket leder till att de flyger långt på varje steg. Därmed kan man tro att steglängden är viktigast. Men en del sprinters tycks vara mer beroende av nervsystemets förmåga att snabbt lyfta benen, vilket ger dem hög stegfrekvens. En studie på sprinters från 2011 bekräftar att en del sprinters förlitar sig på steglängd, medan andra kör på frekvens. Det beror på att en del springer mer på kraft, medan andra utnyttjar ett väloljat nervsystem som lyfter fötterna, svänger benpendeln och aktiverar musklerna i snabb takt. De behöver därmed inte lika mycket kraft. Sprinters litar till olika faktorer i ekvationen.

Ekvationen gäller även långdistanslöpare. I en studie, som Steve Magness skrev om för några år sedan, jämförde man steglängd och stegfrekvens från finalen på 10000 meter i VM 2007 som Bekele vann före tvåan Sihine och trean Mathathi. Forskarna beräknade hastighet, frekvens och steglängd. De tre sprang de första 9000 metrarna med samma hastighet, men med olika strategier. Bekele hade låg stegfrekvens och lång steglängd. Mathathi hade hög frekvens och kort steglängd, medan Sihine låg mitt emellan.

Källa: Enomoto et al. (2008). Biomechanical analysis ...

Den sista kilometern gick 10 sekunder snabbare. Bekele sprang det sista varvet på 55, 51. Hur kunde takten öka så mycket? Ekvationen ger svaret. Bekele ökade sin stegfrekvens från 190 till 216, men höll steglängden konstant. Tvåan Sihine ökade först stegfrekvensen sedan sin steglängd. Mathathi ökade sin steglängd, men minskade stegfrekvensen något på sista varvet.

Alla tre förbättrade den faktor som var lägst under större delen av loppet. Bekele hade låg stegfrekvens, som han sedan ökade med nästan 15 procent den sista kilometern. Det kanske är så att löpare omedvetet förlitar sig på den ena eller den andra faktorn, för att "vila" den andra faktorn. Sedan plockar de fram den när det är dags att öka hastigheten. Det är ett känt faktum att i slutet av ett lopp släpper det omedvetna lite av greppet och låter löpare ta del av kroppens reservkapital. Till viss del kanske dessa reserver lagras i den av faktorerna som är något svagare?

Med tanke på allt detta borde löpare som springer med kraft - och som därmed har bra längd i steget - fokusera mer på benens pendelrörelse och tvärtom?

Bekele får upp underbenet bäst på slutet. Stillstudie av de tre. Källa: Enomoto et al. (2008). Biomechanical analysis ...

Den bästa lösningen för långdistanslöpare kanske är att göra som Bekele och byta strategi när man blir trött. Han är förmodligen inte medveten om detta - åtminstone inte innan studien gjordes - men det kanske var anledningen till att han vann loppet. Bekele kunde variera båda faktorerna för en bra produkt. Det betyder att jag borde köra mer på kraft och längd än på frekvens i slutet av ett lopp. Det kanske finns reserver gömda där. Men det finns också risk att man tar långa steg på fel sätt - ungefär som man gör när man promenerar - särskilt när man är trött. När fötterna landar med hälen långt framför kroppens massmittpunkt - och därtill kanske med låst knä - bromsar det farten och det kan också öka risken för skador.

Kan jag öka frekvensen?
För att öka stegfrekvensen måste man programmera om de neuromuskelära kopplingarna som styr benens pendelrörelse. Elitlöpare ligger nästan alltid på över 180 steg per minut, medan vanliga motionärer ligger mellan 150-170. Att öka från 150 till 180 från den ena dagen till den andra går inte. Däremot kan man försöka öka med 5 % tills det känns bekvämt och sedan öka med ytterligare 5 %. Ett smart sätt är att lyssna till musik med önskad frekvens (finns listor med BPM). Ett annat sätt är att använda olika tankefigurer som att man springer på het kol eller bara tänka ”snabba fötter”. Men det kanske effektivaste sättet är att springa med någon man gillar som har högre frekvens, för man vill gärna falla in i samma takt som den man gillar. Det är därför personer som gillar varandra beter sig nästan likadant och med åren börjar de t o m likna varandra.

Den senaste månaden har jag fokuserat på frekvens. Jag försöker öka takten, luta svagt framåt från vristen och att landa på trampdynorna. Jag håller kroppen i en rak linje med några graders lutning framåt och blicken fastlåst vid ett jaktbyte i fjärran.

Reaktionstid, tjuvstart, gener och proteser

Jag ser inte mycket på TV, men det har ju varit svårt att undgå att det pågår ett VM just nu. Trots att jag helst springer långt, så har jag alltid tyckt att 100-metersfinalen är något av en höjdpunkt. Det går snabbt och det är dramatik. Detta VM var inget undantag.

Vad händer i starten?
Mycket hänger på starten i ett 100-meterslopp. Det är en sekvens av fem händelser:

1. Startpistolen avfyras.
2. Ljudet från pistolen fångas upp av örat.
3. Örat registrerar vågrörelsen och skickar den till hjärnan.
4. Hjärnan tolkar ljudet som en startsignal och skickar en signal till motor cortex att börja springa.
5. Signalen från hjärnan når fram till musklerna och sprintern skjuter iväg ur startblocket.

Punkt 2 till 5 brukar kallas reaktionstiden och om sprintern rusar iväg innan 0,10 s efter startskottet då anses det vara en tjuvstart. En genomgång av alla starter visar att reaktionstiden, d v s tiden mellan punkt 2 och 5, i snitt ligger på 0,15 s. Det verkar inte heller som om reaktionstiden kan tränas upp. Däremot påverkas den om man riskerar diskvalificering. Det var det som hände Carl Lewis 1991. Han var snabbare än sin konkurrent Leroy Burrell över 100 m, men han var 0,05 s långsammare ur startblocken p g a en tidigare tjuvstart. Alla hade rätt till en tjuvstart, sedan blev man diskad. Rädslan att bli diskvalificerad försenade reaktionen i de neurala kretsarna och han förlorade loppet och världsrekordet med tre hundradelar. Sedan dess har reglerna gjorts om. I tidigare mästerskap riskerade alla att diskvalificeras efter att någon gjort en tjuvstart. Det rationella valet för en sprinter var då att chansa i första försöket eftersom det kan ge några hundradelars fördelar medan nackdelarna med rädsla sprids över hela fältet. Nu när ingen tjuvstart tillåts kanske tiderna försämras något, ungefär som när Lewis tvekade i starten 1991?

När man tittar på reprisen i videon nedan ser man att Yohan Blake rycker lite med benet och det kan vara den rörelsen som triggar Bolt. Det sker helt omedvetet och Bolt är knappast medveten om att något rör sig till höger om honom. Det medvetna hinner inte med när det handlar om så korta tidsförlopp. Hjärnan jobbar hela tiden på en omedveten nivå och förbereder kroppen för handling innan det medvetna blir informerat. Blakes benryck och Bolts rusning är omedvetna handlingar och de kan inte hållas ansvariga för dem. Blakes ryckning kan i och för sig vara medveten, men det finns inget sätt att ta reda på det. Bolt rusade iväg utan medvetande, men efter en halv sekund hinner medvetandet ikapp och han sliter av sig tröjan i förtvivlan. Våra omedvetna reaktioner är en del av våra handlingar och regler ska följas. 

Ljudets och ljusets hastighet 
Eftersom ljudet färdas med ca 340 m/s tar det 0,303 sekunder för ljudet att förflytta sig till målet 100 meter bort. Ifall det står någon som ska klocka tiden vid målet måste den alltså reagera på rökpuffen ur pistolen och inte ljudet som kommer långt senare. Det är alltså bra att befinna sig nära startpistolen som sprinter. Det ändrades först 1995 då startskottet ersattes av ett ljud i startblocken för att ge alla sprinters lika chans. 4-5 hundradelar av förbättringarna på 100 meter kan alltså förklaras av bättre tidtagning. Före 1995 hade alltså sprinters med innerspår en markant fördel. Tre meter är en hundradel och en hundradel kan vara avgörande i ett 100 meters lopp.

Källa Nasa.

Vi upplever alltid en tjuvstart när vi tittar på ett sprinterlopp på avstånd. Om man sitter 60 meter från starten så har ljuset som bär bilden av sprintern till näthinnan kommit fram inom 0,0000002 s. Alltså i princip i samma ögonblick. Ljudet är dock en miljon gånger långsammare och når örat först efter 0,18 s och då har de flesta löparna redan börjat springa. Från åskådarplats ser det ut som en tjuvstart, som om löparna springer iväg innan startskottet. För åskådare som sitter tre km bort och ser loppet genom kikare går löparna i mål före startskottet. 

Vad händer i hjärnan? 
När tryckförändringen i luften som orsakas av startpistolen når örat omvandlas den först till ett ljud. Från innerörat till hjärnstammen tar det ungefär 0,01 s. Därefter skickas signalen vidare till auditiva cortex och senare till motor cortex där rörelsen planeras och därefter skickas kommandon ut till musklerna. För en löpare som är 180 cm tar det 0,026 s innan signalerna från hjärnans motoriska centrum når fötterna. Man har räknat ut att den sammanlagda tiden för alla dessa skeenden inte kan understiga 0,10 s och därmed klassas en starttid snabbare än så som tjuvstart. Fram tills nu har forskarna trott att i väntan på startskottet så börjar hjärnan planera rörelsen genom att öka aktiviteten hos nervcellerna. Det heter "rise-to-threshold"-hypotesen. I nyare studier har man dock funnit att reaktionstiden inte beror aktiviteten i sig utan på vilken bana som den neurala aktiviteten följer i hjärnan. Ju närmare den neurala aktiviteten är slutdestinationen, ju snabbare reaktion. 

Öst- och Västafrika 
Bolt föll på en tjuvstart i ett fält bestående av sprinters som nästan alla härstammar från Västafrika. Av de hundra bästa tiderna på 100 meter skulle jag tro att en överväldigande majoritet gjorts av västafrikaner och deras amerikanska och västindiska slavättlingar. 

Bolt från väst och Haile från öst. Om Bolt tränar lite uthållighet kanske han slår världsrekord på 200 m.

Jag känner inte till några kenyanska eller etiopiska sprinters. Man ska aldrig helt utesluta kulturella förklaringar, men det handlar om en så övervägande procent att jag tror det handlar om gener. En afrikan från Västkusten ser inte likadan ut som en afrikan från Östkusten. De skiljs åt av tusentals år av evolution i olika miljöer. I väst finns djungler. Där kan man inte vara uthållighetsjägare. Djungelmiljön gynnar den som rusar fort. Östra Afrika består av savanner och öken. Där gynnas uthållighetslöpare och det var där människosläktet uppstod och jämfört med andra djur är vi framför allt uthållighetslöpare. Bolt skulle förmodligen få stryk av en ko på 100 m, men inget däggdjur slår de bästa ultralöparna på 150 km. Eftersom européer och asiater är nära släkt och ursprungligen kommer från Östafrika, är vi alltså mer lika uthållighetslöparna. Men vi har också fått ett litet tillskott av neandertalgener. Jag vet inte om vi kan skylla östafrikanernas överlägsenhet på neandertalarna. Forskningen rusar fram just nu och om tio år vet vi mycket, mycket mer om detta. 

Bladerunnern Oscar Pistorius 
Efter att jag skrev inlägget om mannen som skar av sin fot var det roligt att se Oscar Pistorius. Vilken kämpe och vilket föredöme. Men lite kluven är jag. Var går gränsen? Vi kan ersätta kroppsdelar och snart också förbättra kroppsdelar. Det finns glasögon och det finns hörselimplantat och snart finns det proteser som gör löpare snabbare. Pistorius protes väger mindre och kräver mindre energi, men han är inte lika snabb ur startblocken och det går inte lika fort att accelerera. Hursomhelst måste man glädjas med honom och han är en personlighet.

"You're not disabled by the disabilities you have, you are able by the abilities you have." - Oscar Pistorius.