Kategoriler
koşu bilimi koşu mekaniği

Koşunun Biyomekaniği

Koşu adımı atarken, yani ayağınız yerle temas ettiğinde, ilk etapta esneme olayı gerçekleşiyor. Bacaklarınızın elastik bileşenleri, ki bunlar tendon ve kaslarınızdır, geriliyorlar. Daha açıklayıcı olmak gerekirse;

İlk temas sırasında ister önü, ister ortası, isterse de topuğunuzla yere temas edin, ayak bileğinizin içeri doğru bükülmesi(dorsoflexion) ve aynı esnada diz ekleminizin de ileri ve haliyle aşağı doğru yer değiştirmesi(flexion) egzantrik değişikliğe yol açar. Kalf kaslarınız ve tendonlarınız uzarlar, gerilirler. Bu gerilme sırasında, yerle temas edildiği sırada açığa çıkan yer tepki kuvveti, daha önce aktardığımız şekliyle atalet kuvveti, elastik bileşenlerde elastik enerji olarak depolanır. Yere ayağınızın ne kadar önüyle basarsanız gerilen kısmın boyu o kadar uzayacaktır. Mesela parmak ucunuzla yere temas ederseniz, bileğin içeri doğru bükülmesi ve vücut merkezinizin dizin üstüne yığılması sonucu ayak topuğunuz aşağı doğru hareket edecek ve bu durum tendon ve kaslarınızın gerilme boyunu uzatacaktır.

Gerilmenin hemen ardından kasılma gerçekleşir. Evrimsel olarak, bu bir savunma mekanizmasıdır.

Kaslarımızda, kas iğcikleri (muscle spindles) adında reseptörler bulunur. Bu reseptörler gerilme ile uzayan kasların boyunu ölçer ve omuriliğe bir sinyal gönderir. Bu sinyalin gönderilme nedeni, uzama miktarının tehlikeli bir düzeye gelmeden, yaralanmaya yol açmadan durmasını sağlamaktır. Omurilik aldığı sinyale göre kaslara geri komut göndererek kasılmalarını sağlar. Buna gerinme refleksi (stretch reflex) adı verilir. Bu mekanizma ancak dinamik koşullarda gerçekleşir, statik koşullarda gerçekleşiyor olsa germe-esneme egzersizleri esnasında sürekli kaslarımız kasılıyor olurdu çünkü.

Daha önce de ifade etmiştim, kasların dinamik ve statik mekaniği birbirinden oldukça farklı işlemektedir ve lütfen benim gibi esnek olmayan insanları sadece statik uygulamaları dikkate alarak yargılamayın. Steve Magness kendi sitesinde iki farklı fotoğrafla bu konuyu çok güzel örnekliyor. Kaynakçada ilgili sayfaya giderek daha detaylı bilgi sahibi olabilirsiniz.

Gerinme refleksi, uyuklamakta olan kişinin öne düşen başının aniden geriye doğru çekilerek ilk pozisyonuna gelmesi ile örneklenebilir. Koşu esnasında da gerinme miktarını yeterli bulan omurilik kaslara kasılmayı emreder ve kaslar da kasılarak depoladığı elastik enerjiyi açığa çıkarırlar. Bu sayede sıçrama gerçekleşir.

Depolanan elastik enerji ne kadar fazla ise sonrasında harcanacak enerji de o kadar az olur. Elastik enerji, sıkışan bir yayın gevşemesi gibi yukarı ve aşağı yönlü olarak yayılır. Bu sayede bacağın düzleşerek ileri doğru yönlenmesine yardımcı olur, bir nevi ücretsiz hizmet verir. Bacağın düzleşerek ileri atılımı daha az enerji harcanarak gerçekleşmiş olur. Keza, bir sonraki aşamada, yani bacağın dizden kırılarak yukarı doğru çekilmesi esnasında da, kalça uzatma kapasitenizin (hip extension) güçlü olması hamstring kaslarınızın daha az çalışmasını sağlayacaktır. Daha önce de ifade etmiştim. Kalçanız sapan, arka bacak kaslarınız ise sapan lastiği gibi davranacağı için gerilen lastiğin serbest bırakılması gibi bacağın yukarı kaldırılması durumunda da, esasında mekanik olarak bir geri çekilme işlemi gerçekleşir. Bacağınız dizden kırılarak yukarı doğru çekilir ve kalçanıza kapanır. Uyguladığınız gücün şiddeti ve hızınıza göre ayak topuğunuz kalçanıza kadar yükselebilir. Elit atletlerin koşularına baktığımızda ayak topuklarının neredeyse popolarına değdiğini görürüz. Bunun için ekstra bir güç harcamazlar.

Elastik enerjinin biyomekanik olarak nasıl kullanışlı olduğunu, klasik mekanik parametreleri belirtmeden bir yere oturtmamız çok zor. Basit bir örnek vereyim:

Mesela bir basketbol topunu yere atıyorsunuz ve yükselmesini takip ediyorsunuz. Ne kadar yüksek şiddetle ya da ne kadar yukarından fırlatırsanız, top o kadar yükseğe ve daha yükseğe çıkacaktır.

Koşu esnasında bacağımızın ne kadar yukarı değil ne kadar ileri sıçradığı önemli olduğu için, bırakılan yüksekliğin fazla olması bir avantaj sağlamaz. Hatta, dikey yer değiştirme, çoğu zaman koşu ekonomisinin zararına çalışır, zira yüksekten inmeden önce o yükseliğe çıkılması için de bir enerji gerekecektir ki yüksek atlamacı değilseniz yerinizde yapmış olduğunuz bu yer değiştirmenin koşuya oldukça zararı olacaktır. Basketbol topunu bu sebeple bounce pas kullanarak, yani yerde bir defa sekecek şekilde uzaktaki bir arkadaşımıza göndermiş olalım. Top yerle temas ettiği sırada eğer içindeki hava çok ise, yani top yeterince şişik ise çok daha verimli bir geri dönüş olacaktır. Havasını bir miktar aldığınızda top yumuşayacak, yerle temas ettiğinde, önce şekil değişikliğine uğrayacak, ardından geri sıçrayacaktır ki bu defa bir önceki kadar ileri ve süratli gidemeyecektir. Çünkü, topun yere teması sırasında bir miktar yer tepki kuvveti şekil değiştirmeye, daha doğrusu yer değiştirmeye harcanacaktır.

Şişik top da esasında şekil değiştirmeye uğrar. Bunu ancak ağır çekimde görebiliriz, çünkü şekil değişikliği çok az ve çok kısa sürelidir.

Biyomekanik 101’e dönecek olursak, öncelikle metabolik enerjiyi üretiyoruz. Ki metabolik enerjinin kullanımı konusunda korkunç verimsiz bir sisteme sahibiz. Üretilen enerjinin ancak %30’u, o da en iyimser ihtimalle mekanik enerjiye dönüştürülebiliyor. İlk hareketi yaparak ortaya çıkan bu potansiyeli kinetik enerjiye çeviriyoruz. Yerle temasla birlikte bu kinetik enerjinin bir kısmı, daha önce de ifade ettiğim frenleme ile sürtünmeye harcanıyor. Yani, bir kısım enerji ısıya dönüşüyor. Ayrıca, bilindiği gibi yer çekimine ve hava direncine karşı da bir mücadele veriyoruz ki enerjinin bir kısmı da bu şekilde eriyor. Kalanı ise, yer tepki kuvveti olarak alınıyor ve kalf ve tendon gibi elastik bileşenlerimizde depolanıyor.

Bir cismin elastisitesi sertliğiyle doğru orantılı olarak artmaktadır. Yerden yükselişe geçerken karşı kuvvetlere karşı kullanılacak olan potansiyel enerjinin miktarını cismin sertliği belirler. Ki bu yazıda cisim, koşucu oluyor. Basketbol topu örneğinde verdiğim gibi, darbe esnasında, darbe yönünde top sıkışarak şekil değiştiriyor ve akabinde esneyerek sıçrıyordu. Şekil değişikliği çoğaldıkça sıçrama mesafesi ve sürat azalır. Koşucular için de aynı kurallar geçerlidir. Vücudumuzu bir bütün olarak düşünürsek; darbe ile yere doğru çöker, büzülürüz. Diz kırılır, kalçamız belden bükülerek geriye doğru yer değiştirir falan. İşte, bu büzülme, ya da dikey yer değişikliğinin, depolanan elastik enerjinin maksimum düzeyde kullanılabilmesi için minimum düzeyde olması gerekir. Kısacası, dikey yer değişikliğinin düşük olması daha verimli bir geri dönüş sağlar. Bu sayede daha fazla enerji dönüşü sağlanarak kayıp minimize edilir ve sonraki adımlarda daha az enerji harcarız.

Dediğim gibi depolanan elastik enerjinin açığa çıkaracağı kuvvet cismin sertliğiyle artar. Ne kadar sert, kütük gibi, kaskatı iseniz, o kadar verimli koşuyor olabilirsiniz anlayacağınız. Ya, bu tip cümleleri yüksek sesle söylemek çok zor, biliyorum ancak; belki de esneklik kazanarak hata yapıyorsunuzdur. Belki de yavaşlıyorsunuzdur. Bu konu daha fazla araştırmayı hakediyor.

Biyomekaniğin ilginç bir fenomeni de esneme-kısalma döngüsüdür (stretch-shorthening cycle). İfade etmiştim, sıçrama öncesi kaslar kasılırlar. Ancak kasılma öncesi de esneyerek uzamaları gerekir ki kasılmanın gerçekleşmesi için kas iğcikleri aktive olsun. İşte teoriye göre esneme ve kasılma arasındaki süre ne kadar az olursa kasılmanın ardından açığa çıkan güç ve yer değiştirme de o kadar çok oluyor. Yerle temasın minimum olması gerekiyor. Yine basketboldan örnek vereceğim. Smaç yapacak oyuncu ürettiği enerjiyi büyük bir güçle yere uygular ve hemen akabinde sıçrayışını gerçekleştirir. Gücü uygularken yerle teması artırırsa, sıçrama öncesi yerde zaman geçirirse üretilen enerjinin önemlice bir kısmı dağılacak, mesela ısıya dönüşerek kaybolacak, istediği yüksekliğe çıkamayacaktır. Bu nedenle yere gücü uygular uygulamaz sıçramaya çalışır. Güç toplamak için bekleyeceği her salise zararınadır. Koşuda da aynı kural geçerli olup, yerle temas süresi azaldıkça verim ve hız artar. Aynı hızda koşan iki koşucudan yerle teması daha az olanın harcadığı enerji daha azdır anlamına gelir bu. Yani koşu ekonomisinin daha iyi olduğu anlamına. Bu olaya esneme-kısalma döngüsü adı verilir. Esneme ve ardından gerçekleşecek kasılma işlemi ne kadar kısa sürede gerçekleşirse depolanan elastik enerjinin çevrimi artacaktır.

Koşu, sıklıkla bahsedeceğim gibi başarıya çok farklı yollardan ulaşabileceğiniz bir spor ve işin içine bilim girince mevzu daha da budaklanıyor. Bunun nedeni, bilimsel yaklaşım sayesinde sahip olacağınız kuşkular. Baştan kabul ettiğiniz doğrular, deney ve analizler devreye girince aşınıyor, hatta kolaylıkla çürütülüyorlar. Ne var ki, siz bunlardan pek haberdar olamıyorsunuz. Zira, cehaletin yarattığı kuru gürültü buna imkan vermiyor.

Farklı bir yaklaşımı da sunmak istiyorum. Yaygın anlayışa göre koşu adımı atılırken kasların aktif oldukları, yani kasılmanın gerçekleştiği anlar, metabolik enerjinin üretilerek mekanik enerjiye dönüştürüldüğü esnalara karşılık geliyor. Örneğin, hamstring kaslarınızın itme aşaması (propulsion) sırası ve sonrasında, salınım (swing) fazına geçilmeden önce kasılarak aktive olması gerektiğini düşünürüz. Ya da kalf kaslarınızın yerle temasın hemen ardından gerçekleşen kasılma ile aktive olduklarını. Bahsetmiş olduğum gibi, esneme-kısalma döngüsü sırasında uzayan kaslarınız hemen akabinde kasılırlar ve bu durum bir tepkiye yol açarak sıçramanızı sağlar. Aynı durum, itkinin ardından uzayan hamstring kaslarınız için de geçerlidir.

EMG (elektromiyografi) ölçümlerine göre, ilginç bir şekilde koşu sırasında çalışan kaslar saymış olduğum aşamalar sırasında aktif değiller. Hiç çalışmıyor değiller, ancak aktiviteleri o esnalarda ölçülemiyor diyelim. Öte yandan, salınım ya da toparlanma fazı olarak da bilinen aşamalarda çok aktifler. Adı üstünde, toparlanma dediğimiz, hiç enerji tüketilmediğini düşündüğümüz sıralarda yani. Üst ve alt bacak kaslarımız, özellikle hamstring ve kalf kasları, her iki ayağın da havada olduğu salınım fazında en aktif olarak tespit edilmişler. Özellikle de yere temas edilmeden önceki kısımda. Bu, tabii ki deney verilerinden elde edilmiş sonuçları gösteriyor ve dediğim gibi kasların diğer aşamalarda çalışmadıkları anlamına gelmiyor.

Deney sonuçlarından şu şekilde yaklaşımlar üretilmiş. Mesela, hamstring kaslarının EMG’ye göre salınım fazında aktif olması kas sertlik seviyesini artırmak ve yerle temas sonucu daha etkili bir geri tepmeyi sağlamak için olabilir. Ayrıca, hamstring kasları, çarpma ile birlikte ortaya çıkacak darbeyi de kontrol etmeye yardımcı oluyorlar, keza diğer bacak kaslarımız da. Haliyle, çarpma öncesi aktif olmaları bu şekilde açıklanabiliyor.

Aynı durum kalf kasları için de geçerli. Çünkü, onların da en aktif oldukları aşama yerle temas öncesi. En azından EMG sonuçları bunu gösteriyor. Yine, bu sonuç da kasların sertliğini artırarak elastik enerji çevrimini maksimize etmekle ilişkili açıklanabilir.

Bu konu, yani kasların hangi aşamada aktif hangi aşamada inaktif oldukları önemsiz addedilebilir. Ne var ki, koşuya özgü egzersizlerin, spesifik antrenmanların seçimi doğrudan ilişkili konuyla. Yaygın bilinen anlayışa göre seçilen hareketler koşu performansını olumsuz etkileyebilir zira. Bu konuya da ileride girmeye çalışacağım.

Kaynakça:

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google fotoğrafı

Google hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.