חוקרים מאוניברסיטת טוקיו חושפים את האופן בו רגליים שלנו מסתגלות לתנועות מהירות. כאשר אנשים מקווים במהירות גבוהה, סיבי שריר מפתח בעגל קיצור ולא מתארכים ככל שהכוחות גדלים, שהם מכנים "קשיחות שלילית". תהליך נגד אינטואיטיבי זה מסייע לרגל להיות נוקשה יותר, ומאפשר תנועה מהירה יותר. הממצאים עשויים לשפר את האימונים, השיקום ואפילו תכנון הגפיים התותבות או שלדי גזים רובוטיים.
כשאתה מקפץ, רץ או קופץ, הרגליים שלך מתנהגות כמו קפיצים, סופגים ומחזירים אנרגיה עם כל צעד. אבל מה קורה לשרירים ולגידים שלך כדי לאפשר זאת? פרופסור חבר דייסוקה טקאשיטה והסטודנט הדוקטורט קזוקי קוריאמה ממחלקת מדעי החיים ביקשו לחקור כיצד שרירים וגידים עובדים יחד במהלך הקפצת תנועות, במיוחד מקפצות, מכיוון שהיא משמשת כמתנה לפעילויות נפוצות כמו ריצה.
"תנועות אנושיות כמו קפיצה וריצה מאופיינות לרוב על ידי מודל מסה אביבית, שם הרגל משמשת כמעיין התומך במסת הגוף כשהיא מקפצת מהאדמה", אמרה טקשיטה.
במחקר שערכנו, בדקנו באופן ספציפי קפיצות בתנאים מוגבלים, והנחנו את המשתתפים לשמור על ברכיים מורחבות ולמזער את זמן המגע הקרקע. אילוצים אלה היו מכריעים מכיוון שהם אפשרו לנו לבודד את תפקידה של מכניקת מפרקי הקרסול ולהתמקד במה שמכונה הדינמיקה של שריר הפלנטארפלקסור. "
דייסוקה טאקטיטה, פרופסור חבר, המחלקה למדעי החיים, אוניברסיטת טוקיו
באמצעות זה גילו טאקשיטה וקוריאמה שסיבי שריר מתנהגים אחרת בהתאם לתדר הקפיצה. במהלך קפיצה איטית, סיבי שריר שומרים על אורך כמעט קבוע. עם זאת, במהלך קפיצה מהירה הם מקצרים באופן פעיל אפילו ככל שהכוח גדל, ומציגים את מה שהם מכנים נוקשות שלילית. התנהגות אינטואיטיבית זו משפרת את הנוקשות הכללית של הרגל, ומאפשרת תנועות מהירות יותר.
"הממצאים שלנו מספקים מסגרת חדשה להבנת תפקוד השרירים במהלך פעילויות שונות", אמר קוריאמה. "במקום לראות בשרירים פשוט גנרטורים של כוח, הראנו שהם מווסתים באופן פעיל את התכונות המכניות של הרגל דרך האינטראקציה הדינמית שלהם עם גידים. נקודת מבט זו פותחת דרכים חדשות למחקר במדעי הספורט, רפואת שיקום והנדסה ביומכנית."
כדי לבצע חקירה זו, הצמד נאלץ לראשונה לשלב מכשירי חישה שונים שבדרך כלל לא הולכים יחד למטרה מסוג זה. הם בנו מערכת מדידה מסונכרנת הכוללת הדמיית אולטרסאונד עם לכידת תנועה ונתוני לוחית כוח, כולם מסונכרנים כדי להבטיח כי נקודות נתונים תואמות היו מיושרות היטב על מנת להבין את רצף האירועים הנכון שנפרש מתחת לעור.
"חלק ההדמיה האולטרסאונד היה תובעני במיוחד. לאחר איסוף התמונות, Kuriyama דיגיטציה ידנית של נתוני סיבי השריר מאלפי מסגרות אולטרסאונד," אמרה טקשיטה. "התהליך הזה היה גוזל זמן רב ואינטנסיבי עבודה, והצריך תשומת לב קפדנית לפרטים כדי לעקוב במדויק אחר השינויים העדינים באורך סיבי השריר לאורך כל מחזור קפיצה. כל שלב בתהליך המחקר דרש פתרונות מעוצבים בקפידה לבעיות ייחודיות, מה שהופך את כל המסע מאוסף נתונים לפרשנות לאתגר משמעותי שדרש גם חדשנות טכנית וגם יצירתיות מושגית."
הפעולה של קפיצה עזרה לחוקרים לתכנן ניסויים תצפיתיים מתאימים, מכיוון שהפעילות מוגבלת באופן טבעי במרחב ובעלת פחות משתנים מאשר משהו פחות קשור. אבל הם אכן מתכוונים להוציא את הרעיונות שלהם מהמעבדה ולהמשיך למסלול הריצה יום אחד, מכיוון שזה יאפשר להם ללמוד באופן כללי יותר כיצד שרירי הרגליים התחתונות עובדים את הקסם שלהם ולהניע את הספורטאים קדימה. ומחקר מסוג זה יכול להזין את גוף הידע שאותם ספורטאים ומאמנים שואבים מהם לספק אימונים יעילים יותר, אשר בתורם יכולים לעזור למעורבים בשיקום. כיוונים עתידיים אלה יסייעו לגשר על הפער בין עקרונות ביו-מכניים בסיסיים שנצפו במשימות מעבדה מפושטות לבין התנועות המורכבות בעולם האמיתי שבני האדם מבצעים בחיי היומיום ופעילויות אתלטיות.
