Stai cercando di terminare una gara di orienteering, devi muoverti velocemente ma il percorso è lungo in funzione del tuo livello di fitness. È meglio correre velocemente, correre, oppure una combinazione dei due?

Per rispondere correttamente a questa domanda, dobbiamo prima capire come camminiamo e come corriamo e poi definire i vantaggi e gli svantaggi di entrambe le forme di locomozione.

Camminare è la forma di locomozione con cui le persone normalmente si spostano o deambulano. Gli esseri umani hanno diverse modalità di locomozione, tra cui il cammino e la corsa. I quadrupedi hanno forme di locomozione diverse, tra cui il trotto e il galoppo.

Il cammino è composto da diverse fasi:

• Il contatto iniziale: il primo contatto avviene tra il tallone ed il terreno, con forze che vengono applicate al suolo sia in direzione verticale che orizzontale, queste generano forze di reazione al suolo diretto verso il corpo. Le forze di reazione verticali rallentano la discesa del corpo lo ri-accelerano verso l’alto. Le forze di reazione orizzontali sono inizialmente dirette da dietro in avanti e quindi hanno in questa fase un’azione frenante sul corpo. Questa azione frena il corpo ma impedisce anche allo stesso tempo di cadere in avanti e quindi lo aiuta a ri-direzionarsi verso l’alto. A questo punto, entrambi i piedi sono a contatto con il suolo; questa è anche chiamata fase di doppio supporto ed è anche il primo momento in cui ci appoggiamo sulla gamba che ha appena toccato il suolo iniziando così la fase di appoggio;
• La risposta al carico: il piede rulla mentre il corpo si muove in avanti sopra il piede; il caricamento della gamba di appoggio si verifica principalmente in questa fase;
• L’appoggio centrale: il piede controlaterale si è sollevato da terra, quindi la massa del corpo è sorretto esclusivamente dalla gamba di appoggio. Questo è anche il momento in cui le forze applicate a terra smettono di frenare il corpo e iniziano ad accelerarlo;
• L’appoggio terminale: questa fase inizia quando il tallone si solleva da terra e la gamba controlaterale, in oscillazione, supera la gamba di appoggio; il corpo è in fase di singolo supporto;
• La pre-oscillazione: immediatamente prima che il tallone della gamba controlaterale tocchi terra, il piede della gamba di appoggio rulla verso le dita. Si tratta quindi di una fase di doppio supporto nella quale il peso del corpo si trasferisce sulla gamba opposta;
• L’oscillazione: in questa fase la gamba non appoggiata al terreno oscilla in avanti per riprendere contatto con il terreno. Spesso si descrive questo movimento come composto da tre frasi distinte: oscillazioni iniziale, intermedia e finale. Il ginocchio normalmente si flette all’inizio dell’oscillazione e si estende nelle fasi centrale e finale. Al termine dell’oscillazione finale c’è una breve retrazione della gamba prima del contatto iniziale a terra: questo è importante, tra l’altro, per portare il piede ad una velocità relativa vicina a zero rispetto al suolo e ridurre quindi la possibilità di scivolare. La fase di oscillazione dura circa il 40% del ciclo del passo, mentre la fase di appoggio circa il 60%;
• Il contatto iniziale.

Variazioni di energia potenziale e cinetica durante il cammino

È ormai noto che gli esseri umani si sono evoluti per spostarsi alla ricerca del cibo, per sfuggire ai predatori. Abbiamo quindi sviluppato delle strategie per spostarci in modo rapido ed efficiente. Per capire se il cammino sia il modo migliore per muoversi, dobbiamo prendere in considerazione anche il suo dispendio energetico. La spinta per passare da un passo all’altro durante il cammino è in gran parte dovuta all’estensione dell’articolazione della caviglia (flessione plantare), con un piccolo contributo degli estensori dell’anca e del ginocchio. Questo movimento solleva il centro di massa corporeo spingendolo in avanti, aumentando quindi l’energia potenziale gravitazionale del corpo così come la sua energia cinetica verticale e orizzontale. Nel punto superiore della traiettoria del centro di massa e massima, l’energia cinetica orizzontale è minima, mentre quelle verticale tende a 0. Il corpo, poi, cade in avanti: in questo processo l’energia potenziale gravitazionale del corpo viene convertita in energia cinetica. Questa accelerazione del corpo in avanti avviene quando la gamba in oscillazione entra in contatto con il suolo punto quindi il terreno applica una forza negativa frenante diretta verso di noi mentre noi spingiamo in avanti sul terreno quando prendiamo contatto.

Cosa succede quando si cammina velocemente?

Il cammino è una forma di locomozione molto efficiente per gli esseri umani. Se camminiamo velocemente, però, sono necessarie grandi forze muscolari per fornire la propulsione necessaria durante il contatto a terra. Dobbiamo anche oscillare gli arti più velocemente, il che richiede un lavoro muscolare maggiore perché abbiamo bisogno di forze più grandi per accelerare gli arti con una maggiore ampiezza di movimento. Dato che camminiamo con braccia e gambe relativamente distese, la massa dei nostri arti si trova ad una distanza relativamente elevata dai rispettivi centri di rotazione e, quindi, i momenti d’inerzia sono elevati.

Quando si cammina più velocemente l’oscillazione degli arti diventa molto costosa poiché il momento torcente necessario per accelerarli diventa maggiore. Infatti, il costo energetico del cammino in piano può essere stimato in modo abbastanza accurato a partire dalla massa corporea dell’individuo il quale influenza le forze di reazione a terra ed anche l’energia necessaria per il movimento degli arti. Proprio per questo motivo il costo energetico del cammino, definito come la quantità di energia necessaria per percorrere una distanza unitaria, a un minimo alla velocità di circa 1,3 m x s^-1, (4,7 km x h^-1), per cui scegliamo quasi sempre di camminare a velocità inferiori a 1,5 m x s^-1, piuttosto che correre. Per velocità superiori a circa 2,5 m x s^-1 la locomozione diventa molto costosa e questo implica che dobbiamo cambiare il nostro modo di muoverci. Se abbiamo fretta di arrivare alla fine del nostro percorso di orienteering virgola dovremmo certo cambiare la locomozione.

La corsa è una forma di locomozione che usiamo per muoverci rapidamente. Durante la corsa flettiamo le articolazioni di gomito e ginocchio per gran parte del ciclo del passo così i momenti di inerzia dell’arto superiore e inferiore sono ridotti e solo la gamba di supporto a terra viene distesa. Questo consente di raggiungere velocità di oscillazioni degli arti molto elevate con un costo inferiore a quello del cammino. Infatti, si stima che nella corsa solo il 7% dell’energia venga utilizzata per oscillare gli arti, mentre il sostegno del peso corporeo e la propulsione in avanti contribuiscono a circa l’80% del costo energetico. Nella corsa non c’è la fase di doppio appoggio, in cui entrambi i piedi sono contemporaneamente a terra. E’ quindi necessario esercitare una forza propulsiva verso l’avanti e verso l’alto ad ogni passo per saltare sull’altra gamba.

Durante la fase di volo, cioè quando nessun piede è a contatto con il suolo, la resistenza dell’aria rallenta il corpo e la gravità attira il corpo verso terra. Il corpo, così, rimbalza a ogni passo mentre la sua velocità cambia in modo significativo. Nella corsa, l’energia potenziale gravitazionale del corpo, l’energia cinetica verticale e orizzontale, diminuiscono contemporaneamente dal momento del contatto iniziale a terra fino alla fase di appoggio centrale, mentre aumentano contemporaneamente durante la fase propulsiva fino alla fase di pre-oscillazione. Quindi l’energia potenziale e l’energia cinetica, invece di essere opposte in fase come nel cammino, nella corsa cambiano in fase. Questo impedisce lo scambio tra energia potenziale ed energia cinetica ed aumenta il costo energetico della locomozione. Nella corsa il movimento del centro di massa ricorda quello di una palla che rimbalza.

In funzione di quanto ci siamo detti la risposta più semplice alla domanda iniziale è che dobbiamo correre se vogliamo completare il nostro percorso di orienteering il più velocemente possibile. Abbiamo anche detto però che il percorso è molto lungo, relativamente al proprio livello di fitness. In tal caso, potrebbe non essere possibile percorrere l’intera distanza correndo dato che la corsa è dispendiosa da un punto di vista energetico. Potremmo dover camminare almeno per una parte del percorso. Infatti, la maggior parte degli esseri umani utilizza una combinazione di cammino e corsa se deve percorrere lunghe distanze e deve farlo in poco tempo.

Riferimenti bibliografici

Fletcher J.R., et al. – Achilles tendon strain energy in distance running: consider the muscle energy cost – 2015;

Holt N.C., et al. – The enrgetic benefits of tendon spring in running: is the reduction in muscle work important? – 2014;

Blazevich A. – Biomeccanica dello sport, le basi. Come ottimizzare la prestazione – 2017;

A cura di
Dott.ssa Marta Doria e Dott. Gianmaria Celia