چرا دویدن در طبیعت انرژی بیشتری می‌سوزاند: هزینه مضاعف زمین ناهموار و ترمزگیری غیرمتمرکز

سیستم عصبی مرکزی، کنترل‌کننده نهایی سرعت دونده است و دائماً در حال تصمیم‌گیری در مورد میزان نیروی خروجی و میزان سفتی مفاصل است. در یک جاده آسفالت صاف، مغز وارد یک الگوی حرکتی بسیار کارآمد و قابل پیش‌بینی می‌شود و طول گام را برای به حداقل رساندن مصرف اکسیژن بهینه می‌کند. اما به محض اینکه دونده به یک مسیر خاکی منتقل می‌شود، این قابلیت پیش‌بینی از بین می‌رود. سیستم عصبی باید به سرعت استراتژی خود را تغییر دهد و کارایی صرفاً رو به جلو را به نفع پایداری چندسطحی کنار بگذارد تا بدن را در زمین غیرقابل پیش‌بینی، عمودی نگه دارد.[1]

این تغییر، هزینه متابولیک حرکت را به طور اساسی دگرگون می‌کند. در حالی که تحقیقات دویدن در جاده به طور تاریخی سینماتیک صفحه ساجیتال (حرکت مؤثر بدن در یک خط مستقیم) را در اولویت قرار داده است، دویدن در طبیعت متغیرهای محیطی تصادفی را معرفی می‌کند. ریشه‌ها، سنگ‌های سست و تغییرات شدید ارتفاع نیازمند تنظیمات بیومکانیکی مداوم هستند. نتیجه این امر، افزایش قابل توجهی در مصرف انرژی است، حتی زمانی که سرعت دویدن و ارتفاع خالص با مسیر جاده‌ای یکسان باشد.[1][3]

فوری‌ترین جریمه متابولیک ناشی از خود ناهمواری زمین است. در یک محیط آزمایشگاهی کنترل‌شده در سال ۲۰۱۵، محققان دریافتند که ایجاد تنها ۲.۵ سانتی‌متر تغییر ارتفاع در سطح دویدن، بدن را مجبور می‌کند تا غریزی مکانیک خود را تغییر دهد. محققان در مجله بیولوژی تجربی نوشتند: «مصرف انرژی سوژه ۵٪ افزایش یافت... هنگام دویدن در زمین ناهموار در مقایسه با زمین صاف.»[1]

برای مدیریت غیرقابل پیش‌بینی بودن زمین، بدن تنوع عرض گام را ۲۷٪ و تنوع طول گام را ۲۶٪ افزایش می‌دهد. علاوه بر این، برای جلوگیری از فروپاشی مفصل در سطوح ناهموار، سیستم عصبی مرکزی سفتی کلی پا را تقریباً ۲۰٪ افزایش می‌دهد. این فعال‌سازی همزمان عضلات (جایی که گروه‌های عضلانی متضاد به طور همزمان برای تثبیت مچ پا و زانو فعال می‌شوند) به عنوان یک ضربه‌گیر بیولوژیکی عمل می‌کند. با این حال، این تثبیت نیازمند تنش عضلانی مداوم است که کالری بسیار بیشتری نسبت به بازگشت الاستیک و آرام مورد استفاده در دویدن جاده‌ای می‌سوزاند.[1]

فراتر از بی‌نظمی سطح، دویدن در طبیعت با شیب‌های متغیر تعریف می‌شود. در حالی که دویدن در سربالایی نیازمند خروجی قلبی-عروقی عظیمی برای غلبه بر گرانش است، این بخش‌های سراشیبی هستند که بیشترین آسیب ساختاری را وارد می‌کنند. دویدن در سراشیبی به شدت به انقباضات عضلانی غیرمتمرکز متکی است، جایی که عضلات چهارسر ران و ساق پا در حالی که توسط نیروی گرانش کشیده می‌شوند، تنش ایجاد می‌کنند.[3][4]

این ترمزگیری غیرمتمرکز به عنوان یک پروتکل آسیب عضلانی داخلی عمل می‌کند. همانطور که در مطالعه‌ای در سال ۲۰۲۰ در مجله علوم ورزشی اشاره شده است، «دویدن در سراشیبی به طور ترجیحی نیازمند اقدامات عضلانی غیرمتمرکز برای عضلات اندام تحتانی است» که فشار مکانیکی زیادی بر بافت وارد می‌کند. همانطور که دونده پایین می‌آید، واحدهای ساختاری فیبرهای عضلانی، معروف به سارکومرها، به طور مکرر بیش از حد کشیده می‌شوند. این فشار مکانیکی آبشاری از پارگی‌های ریز و اختلال در غشاء را آغاز می‌کند.[2]

در رویدادهای طولانی مدت طبیعت‌گردی، نشانگرهای زیستی خون برای آسیب عضلانی، مانند کراتین کیناز، به طور معمول از سطح پایه به هزاران واحد می‌رسند که نشان‌دهنده استرس شدید عضلانی است. نمود عملی این آسیب، کاهش قابل اندازه‌گیری در عملکرد عصبی-عضلانی است. پس از بارگذاری سنگین در سراشیبی، دوندگان کاهش شدیدی در حداکثر نیروی ایزومتریک ارادی تجربه می‌کنند. پاها به معنای واقعی کلمه توانایی خود را برای تولید نیرو از دست می‌دهند، به همین دلیل است که کیلومترهای پایانی مسابقه در مسیرهای صاف اغلب به طور نامتناسبی خسته‌کننده به نظر می‌رسند.[2][5]

علاوه بر این، تعامل بین کفش و سطح، بخش قابل توجهی از نیاز متابولیک را تعیین می‌کند. فرضیه «هزینه بالشتک‌سازی» نشان می‌دهد که دویدن روی سطوح نرم مانند گل یا شن، انرژی‌ای را که در غیر این صورت توسط تاندون آشیل و قوس پا ذخیره و بازگردانده می‌شد، هدر می‌دهد. هنگامی که زمین این انرژی الاستیک را جذب می‌کند، عضلات باید سخت‌تر کار کنند تا نیروی پیشرانش را تولید کنند. همچنین، هرگونه از دست دادن کشش (حتی یک میلی‌متر لغزش) جریمه متابولیک شدیدی را تحمیل می‌کند، زیرا ورزشکار باید به سرعت عضلات تثبیت‌کننده را برای بازیابی تعادل درگیر کند.[4]

انتخاب کفش، معادله متابولیک را پیچیده‌تر می‌کند. برای بقا در زمین‌های فنی، دوندگان طبیعت به کفش‌هایی با آج‌های تهاجمی، صفحات محافظ سنگ و رویه‌های بادوام متکی هستند. با این حال، این محافظت با جریمه وزن همراه است. مدل‌های بیومکانیکی، از جمله تحقیقات بنیادی سال ۲۰۱۶، نشان می‌دهند که هر ۱۰۰ گرم جرم اضافی در انتهای دور پا، هزینه هوازی دویدن را تقریباً ۱٪ افزایش می‌دهد.[7]

فناوری پیشرفته کفش، مانند صفحات فیبر کربنی سفت و سختی که زمان‌های ماراتن جاده‌ای را متحول کرده‌اند، اغلب عملکرد را در مسیرهای فنی کاهش می‌دهد. افزایش سفتی خمشی طولی یک کفش دارای صفحه، توانایی پا را برای سازگاری با سطوح ناهموار کاهش می‌دهد، پایداری را به خطر می‌اندازد و دونده را مجبور می‌کند انرژی بیشتری را صرف حفظ تعادل کند. در دویدن در طبیعت، طراحی کفش همیشه مصالحه‌ای بین کارایی متابولیک و محافظت ضروری است.[7]

خوشبختانه، بدن انسان به شدت با این عوامل استرس‌زای خاص سازگار است. «اثر تکرار تمرین» (Repeated Bout Effect) یک پدیده فیزیولوژیکی است که در آن یک جلسه به اندازه کافی شدید از تمرین غیرمتمرکز (مانند یک دوی سراشیبی تند) یک سازگاری محافظتی ایجاد می‌کند. هنگامی که دونده هفته‌ها بعد با محرک سراشیبی مشابهی روبرو می‌شود، آسیب عضلانی، درد و کاهش قدرت ناشی از آن به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.[2][6]

از آنجا که دویدن در طبیعت یک رشته فیزیولوژیکی متمایز است، ورزشکاران نمی‌توانند به سادگی تمرینات جاده‌ای خود را در خاک تکرار کنند. سازگاری نیازمند قرار دادن بدن در معرض فشارهای مکانیکی خاص مسیر است. با گنجاندن عمدی سراشیبی‌های تند و سطوح ناهموار در بلوک‌های تمرینی، دوندگان سازگاری‌های عصبی-عضلانی لازم را فعال می‌کنند و اطمینان حاصل می‌کنند که پاهایشان از انعطاف‌پذیری غیرمتمرکز مورد نیاز برای دفعه بعد که از آسفالت خارج می‌شوند، برخوردار است.[8]