Mechanika lidského došlapu: Co se děje s klouby a páteří při chůzi

Při každém kroku dopadá lidská pata na podložku sílou, která odpovídá přibližně 1,5 násobku tělesné hmotnosti. A to už je cítit. V tom okamžiku vzniká v místě dotyku kinetická energie, jež se ve formě rázové vlny šíří zdola nahoru napříč celou kosterní soustavou. Zatímco na měkkém lesním mechu nebo travnatém povrchu dochází k přirozenému rozptylu impulsu síly v čase, zmrzlá zimní půda vykazuje fyzikální vlastnosti srovnatelné s betonem.

Zdroj: Decathlon

Vystavení pohybového aparátu opakovaným rázům na tvrdém podloží kladně i záporně stimuluje biologické tkáně. Bez odpovídajícího tlumení však dochází k přetěžování jednotlivých článků kinetického řetězce.

Od patní kosti po meziobratlové ploténky

Šíření rázové vlny probíhá přes takzvaný kinetický řetězec. Pokud některý z jeho prvků nedokáže energii dostatečně utlumit, přenáší se mechanické napětí do vyšších etáží těla:

Pata a kotník (První zóna nárazu): V první milisekundě po kontaktu působí síla na patní kost (calcaneus). Tukový polštář pod patou funguje jako primární hydraulický tlumič, jehož stlačitelnost má však fyzikální limity.

Koleno a kyčel (Převodovka těla): Pokud rázová vlna projde kotníkem, směřuje do kolenního kloubu. Menisky a kloubní chrupavky se deformují, čímž absorbují část impulsu. Při vysoké frekvenci tvrdých dopadů však narůstá mikroskopické namáhání chrupavčité tkáně.

Páteř (Finální tlumič): Poslední instancí v kinetickém řetězci jsou meziobratlové ploténky. Ty působí jako hydrostatické polštáře rozkládající vertikální tlak do stran a chránící lebeční bázi před mikroOtřesy.

Fyzika tlumících materiálů

Z hlediska klasické mechaniky nelze kinetickou energii nárazu zničit, lze ji pouze přeměnit nebo rozložit v čase. Pro snížení maximální síly, která působí na nosné klouby, využívá materiálové inženýrství základní fyzikální vztah:

F = Δp / Δt Kde Δp představuje změnu hybnosti a Δt je časový interval, během kterého ke zpomalení dochází. Prodloužením stlačení mezipodešve o několik milisekund se výrazně snižuje špičková hodnota nárazové síly. 

Standardní pěnové materiály (například běžná EVA pěna) však v mrazivých teplotách tuhnou a ztrácejí elasticitu. Zimní obuv proto vyžaduje speciálně modifikované polymerní směsi a termo-kaučuky, které si zachovávají svou viskoelasticitu i při teplotách hluboko pod bodem mrazu.

Význam Q-úhlu u ženské biomechaniky

Zátěž kinetického řetězce při chůzi na zmrzlém podloží nedopadá na všechna těla stejně. Biomechanika žen vykazuje zásadní anatomická specifika, z nichž nejvýznamnější je takzvaný Q-úhel (Q-angle). Jde o úhel svíraný přímkou vedenou z předního horního trnu kosti kyčelní do středu čéšky a přímkou ze středu čéšky na holenní kost. 

Vzhledem k širší ženské pánvi je Q-úhel u žen přirozeně větší než u mužů. Tato morphologická odlišnost způsobujeme, že při každém dopadu na tvrdý povrch působí na ženské koleno vyšší valgový stres (síla tlačící koleno smyslově dovnitř). Rázová vlna ze zmrzlé země tak u žen vyvolává větší torzní napětí v kolenním kloubu i v oblasti bederní páteře.

Právě z toho důvodu je při zimní turistice zásadní volit obuv, která nespoléhá pouze na univerzální konstrukci. Správně navržené dámské zimní turistické boty disponují anatomicky modifikovanou klenbou, užším patním lůžkem a specificky rozloženým odpružením mezipodešve, které pomáhá mírnit následky zvýšeného Q-úhlu a tlumí rázy směřující do nosných kloubů. Kde je sehnat? Dobře pořídíte u osvědčených prodejců outdoorové a sportovní výbavy, jako je například Decathlon a podobně.

Porozumění fyzikálním zákonitostem došlapu a volba obuvi s odpovídající materiálovou elasticitou v mrazu představuje základní krok k ochraně kinetického řetězce během zimních měsíců. Vybírejte proto pečlivě a zohledněte i dostupné recenze. Ať se daří!