Hjärnfysikbloggen: Steglängden

Din löphastighet avgörs av två faktorer: steglängd och frekvens. Det betyder inte att längre steg är bättre, det betyder bara att bra löpare kommer längre på varje steg. Du blir knappast snabbare av att ta längre steg, men om du tränar så att du blir snabbare blir steget längre. Svårare än så är det inte. Men kan man manipulera sin steglängd på något sätt?

Den amerikanska löparen Jared Ward (sexa på OS i maraton 2016) har tillsammans med professorn i biomekanik Iain Hunter vid Brigham Young University försökt hitta ett svar på den frågan. De kom fram till att den steglängd löpare själva väljer är optimal.

“Don’t worry about changing your stride length,” säger Hunter i ett pressmeddelande från Brigham Young University. “You should just leave it alone or you’re going to use more energy in the end.”

I studien mättes energianvändningen hos 33 löpare samtidigt som de sprang med olika steglängd i 20 minuter. Av dessa var 19 erfarna löpare, medan 14 aldrig ...

Läs fortsättningen på Hjärnfysikbloggen.

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.

Öka takten med musik

Fredagens skidtävling i jobbklassikern gick bättre än väntat; jag slutade på en fjärdeplats. Därmed torde jag vara kvalificerad till snabbaste laget i Stafettvasan.Tävlingen följde Södra berget runt-banan, men var 5 km kortare och vi startade nere vid Sidsjön. Det är grymt att starta vid foten av en fyra kilometer lång backe. Dessutom var det plusgrader och nysnö, så det var omöjligt att valla. Valet stod mellan fäste eller glid och jag - liksom de flesta - valde fäste. Efter den första stigningen frös snö fast under skidorna. Men det var lika för alla. Jag körde ganska hårt de första 3 kilometrarna uppför backen och när jag vände mig om såg jag ingen bakom och trion som låg före såg jag inte heller, så jag slog omedvetet av lite på takten och hade en ganska bekväm och ensam färd mot målet.

Fegåker nedför backen.

Glider i mål med ett leende.

Jag vill gärna vara på den övre halvan i jobbklassikern. Jag måste placera mig bra i skidor, löpning och cykel så att jag har många placeringar till godo inför simningen. Efter simningen kommer jag att sjunka som en sten.

Nästa tävling är löpning i trakterna runt Sidsjön (10 km), om drygt två månader. Jag har mest sprungit långa, lugna pass på sistone. Nu måste jag skruva upp tempot.

Vi har en bestämd stegfrekvens
Människan är energieffektiv. Det är ett finare ord för lat. Liksom alla andra djur strävar vi efter att använda så lite energi som möjligt när vi rör oss. När vi går eller springer, tenderar vår hjärna att välja en rytm, en kombination av steglängd och stegfrekvens, som gör att vi vid en given hastighet rör oss med så lite fysiologisk ansträngning som möjligt.

Hur vi väljer stegfrekvens och om vi kan eller vill ändra den, är dock lite oklart. Muskelaktiviteter kännetecknas av rytm. Muskelrörelser som hostande, hjärtslag, andning, tuggande, sväljande (att svälja kräver samordnad sammandragning av över 25 muskelpar i svalg, struphuvud och matstrupe) styrs av en central neurologisk klocka i ryggmärg och hjärnstam som kallas central mönstergenerator (CPG). När jag springer rör sig ben och muskler i min kropp enligt ett oerhört komplext och stereotypt schema. Varje steg är komplext, men det är likadant som det föregående och efter de första trevande stegen är det som om det satt en metronom och styrde stegen. Det är min mönstergenerator.

Källa: http://facstaff.unca.edu

Bra löpare brukar ha en stegfrekvens som ligger omkring 180 steg per minut. Men om man ligger på en stegfrekvens på 140 steg är det nog inte bara att öka med 40 steg i minuten. Det kan vara svårt att manipulera nervsystemet till att öka stegfrekvensen med så mycket som 30 %. Jag tror att det ger sig själv när man springer mycket. Ju fler mil man springer, desto bättre kalibreras mönstergeneratorn så att man finner sin individuella optimala stegfrekvens och den blir troligtvis högre, ju mer man springer. Ryggmärgen ansvarar för rytm och sekvens, medan hjärnstammen kalibrerar tempot. Det är hårdkodade program och de är inte lätta att ändra .

På senare tid har det dock kommit studier som med hjälp av metronomer och virtuell verklighet bekräftar att människan vill röra sig med så liten energiförlust som möjligt, men också visar att man kan ändra det genom medveten träning.

Medveten träning
I en studie lät man försökspersoner gå på ett löpband i ett lugnt tempo, medan forskarna fastställde deras stegfrekvens vid en bestämd hastighet. Sedan ökade eller sänkte forskarna farten på löpbandet och mätte hur det påverkade personernas stegfrekvens. Det visade sig att stegfrekvensen ändrade sig redan efter två sekunder, långt innan kroppen anpassat sina fysiologiska processer, som t ex att öka eller minska syret i blodet. Efter denna omedelbara anpassning finjusterades stegfrekvensen något. Samma sak inträffade när personerna sprang.

Forskarna bakom studierna tror att våra hjärnor innehåller färdiga mallar för olika hastigheter med en given energieffektiv stegfrekvens för varje tempo. Ju mer man springer, desto fler mallar läggs in i hjärnans bibliotek och hjärnan blir med hjälp av ögon och proprioceptiva kanaler allt snabbare på att hitta rätt tempo för en given situation.

I en annan studie försökte forskarna lura hjärnan med hjälp av en virtuell skapad verklighet som ändrade försökspersonernas upplevelse av hastigheten. Först ökade stegfrekvensen, men den föll tillbaka till den normala efter en stund. Det verkar alltså som om visuella ledtrådar är för svaga för att påverka hjärnan på lite längre sikt. Men till slut hittade man en signal som fungerar: rytmisk musik. När försökspersonerna fick hörlurar som spelade i en bestämd takt fann forskarna att försökspersonerna kunde öka eller minska sin stegfrekvens i förhållande till den naturliga rytmen.

Musik och rytm finns djupt inom oss. Det kanske är hjärtslagen när vi ligger i moderlivet som sätter takten. Vi vill gärna röra oss i takt med en rytm; vi vill röra oss till snabb musik och vi blir lugna av lugn musik. Slutsatsen är att om man medvetet vill öka sin stegfrekvens, bör man lyssna på musik med en takt som motsvarar den önskade stegfrekvensen. Det är som att gå djupt ner i hjärnstammen och programmera om den med assemblerkod och maskinkod.

Forskarna bakom studien har passande nog utvecklat en app för iPhone som skannar telefonens musikbibliotek efter låtar med en bestämd takt.

Man kan också fixa sin egen spellista. Man matar in 180 BPM (90 - när ena benet slår i - funkar lika bra antar jag) eller någon annan önskad stegfrekvens på den här sidan. Sedan väljer man några bra låtar från sökningen. Jag kanske ska pröva det om några veckor när jag börjar springa lite mer. Nu är det först två veckors träning till Stafettvasan.