Introduction to Running Biomechanics Vol.1

Biomechanics หรือ ชีวกลไก แปลว่า การศึกษาว่าด้วยกฎทางกลศาสตร์ที่เกี่ยวกับการเคลื่อนไหวหรือโครงสร้างของอวัยวะสิ่งมีชีวิต

ทุกวันนี้นักวิ่งเคร่งเครียดกับการวิ่งมากขึ้น คิดว่าจะต้องวิ่งวางเท้าแบบไหนถึงจะวิ่งเร็วไม่บาดเจ็บ ควรจะใส่รองเท้าอะไรดี หรือ รอบขาควรเป็นเท่าไหร่ ฯลฯ คำถามเกิดขึ้นมากมาย หลายคนจึงรู้สึกว่า ท่าวิ่งซับซ้อน ไม่ง่าย

อันที่จริงแล้ว ท่าวิ่งไม่ได้ซับซ้อนอะไรมาก ใครที่บอกว่า ท่าวิ่งที่ถูกที่สุดเป็นอย่างไร อาจจะไม่ถูกต้องนัก ไม่งั้นพวก elite ทั้งหลาย คงมีท่าวิ่งที่เหมือนกันทุกคน

ท่าวิ่งที่ดีต้องอยู่บนเงื่อนไขที่เหมาะสมและต้องมีการพัฒนาฝึกฝนอย่างต่อเนื่อง แต่ก็ต้องเหมาะสมกับแต่ละคนด้วย

การเข้าใจพื้นฐานของชีวกลไก (biomechanics) ของท่าวิ่งจะช่วยให้นักวิ่งสามารถพัฒนาท่าวิ่งที่เหมาะสม ท่าวิ่งที่มีประสิทธิภาพของตนเอง 

ความเข้าใจพื้นฐานที่ดีนี่เองที่จะช่วยให้นักวิ่งกระจ่างแจ้งเมื่อได้อ่านหรือได้ยินอะไรที่เกี่ยวกับรูปแบบการวิ่ง รองเท้า โปรแกรมการฝึกซ้อม ลักษณะการฝึกซ้อม ฯลฯ

ถึงแม้ว่า ท่าวิ่งทีดีจะขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ในการเคลื่อนไหวทั่วร่างกาย แต่ก็สามารถแบ่งจังหวะของท่าวิ่งออกเป็นส่วน ๆ (Phase) ซึ่งการแบ่งแบบนี้จะช่วยให้นักวิ่งเข้าใจว่า เมื่อปรับท่าวิ่งแล้วจะช่วยพัฒนาความเร็วและป้องกันการบาดเจ็บได้อย่างไร

Getting started: The gait cycle – วงรอบการวิ่ง

การพิจารณา 1 วงรอบการวิ่งคือ เริ่มจากเท้าข้างที่สัมผัสพื้น ยกออกจากพื้นแล้ว ก้าวออกวางสัมผัสพื้นอีกครั้ง สามารถแบ่งได้เป็น 2 phases หลัก ๆ คือ “Stance Phase” (จังหวะที่เท้าสัมผัสพื้น) และ “Swing Phase” (จังหวะที่เท้าอีกข้างไม่ได้สัมผัสพื้น)

Stance Phase จะเกี่ยวพันกับ สมรรถภาพ (performance) และการบาดเจ็บ (injury) เพราะเป็นจังหวะที่ขาและเท้ารับน้ำหนักสูงสุด (2-3 เท่าของน้ำหนักตัว)

ในขณะที่ Swing Phase จะเป็นการเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นต่อจาก Stance Phase และเป็นช่วงที่ยากที่จะควบคุมได้ตลอดเวลา (passive movement) ความพยายามในการควบคุมการเคลื่อนไหวในช่วง Swing Phase อาจจะทำให้เกิดการเปลืองพลังงานระหว่างวิ่งได้ เช่น บังคับให้ดีดส้นเท้าสูงขณะที่ควงเท้าไปด้านหลัง หรือ ความพยายามในการแทงเข่าไปข้างหน้า

Stance Phase

ช่วงนี้สามารถแบ่งได้เป็น 4 จังหวะ คือ initial contact, braking (absorption), midstance, และ propulsion

1)   Initial contact – จังหวะเท้าสัมผัสพื้น คือ จุดแรกที่เท้าทั้งสองลอยบนอากาศและเท้าข้างหนึ่งกำลังสัมผัสพื้น (ไม่ว่าจะสัมผัสด้วย ส้นเท้า กลางเท้า หรือ ปลายเท้า ก็เรียกเหมือนกันหมด) ถ้าเท้าซ้ายสัมผัสพื้น ก็จะเป็น Initial contact ของเท้าซ้าย ส่วนเท้าขวาลอยอยู่ในอากาศจะเป็นจังหวะหนึ่งของ Swing Phase

2)   Braking (absorption) – จังหวะเบรก (ดูดซับแรงกระแทก) สมมติว่าเท้าซ้ายสัมผัสพื้นก่อน ร่างกายของนักวิ่งจะควบคุมเท้าซ้ายที่วางบนพื้น (controlled landing) ควบคุมโดยการลดความเร็วของเท้าและเบรก เข่าซ้ายและข้อเท้าซ้ายจะงอทำมุมมากขึ้น และเท้าซ้ายก็จะแนบพื้นเพื่อดูดซับแรงกระแทก ในกระบวนการดูดซับแรงกระแทก เส้นเอ็นและกล้ามเนื้อจะสามารถสะสมพลังงานยืดหยุ่น (elastic energy) เพื่อใช้ในจังหวะถีบส่งตัว (propulsion phase)

3)   Midstance – เท้าสัมผัสพื้นเต็มที่ คือ จังหวะที่เกิดแรงเบรกเต็มที่ ขาซ้ายอยู่ใต้สะโพกรับน้ำหนักตัวเต็มที่ (จังหวะนี้แหละที่มีความเสี่ยงบาดเจ็บสูงสุด) เข่าซ้ายและข้อเท้าซ้ายงอตัวสูงสุด และกำลังจะเปลี่ยนผ่านไปสู่จังหวะถีบส่ง

4)   Propulsion – จังหวะถีบส่ง เมื่อขาซ้ายควบคุมจังหวะที่เท้าวางพื้น แล้วดูดซับแรงเต็มที่ ก็จะเข้าสู่จังหวะการถีบส่งตัวไปข้างหน้า ข้อเท้าซ้าย เข่าซ้าย และสะโพก ทั้งหมดจะยืดตัวออกเต็มที่ (จากจุดที่งอตัวสูงสุด) เพื่อผลักดันให้ร่างกายลอยขึ้นและไปข้างหน้าโดยใช้พลังงานที่สะสมเต็มที่จากจังหวะ braking (absorption) ถ้าสะสมพลังงานได้มาก นักวิ่งก็จะใช้กล้ามเนื้อน้อย จังหวะถีบส่งจะสิ้นสุดเมื่อนิ้วเท้าซ้ายลอยขึ้นพ้นจากพื้น ซึ่งเรียกจังหวะย่อยนี้ว่า “toe off” ซึ่งทำให้นักวิ่งลอยตัวในอากาศ (float phase)

งานวิจัยชี้ให้เห็นว่า พลังงานยืดหยุ่น (elastic energy) ไม่น้อยกว่า 50% มาจาก เอ็นร้อยหวาย และ เส้นเอ็นเท้า

Swing Phase

ในขณะที่นิ้วเท้าซ้ายพ้นพื้น (toe off) ขาซ้ายจะเคลื่อนที่ไปด้านหลังจนสุด ส้นเท้าจะดีดขึ้นไปสูงสุด เริ่มส่งพลังผลักดันเข่าซ้ายแทงไปด้านหน้าแรงผลักดันเข่าจะแรงมากแค่ไหนขึ้นอยู่กับพลังของสะโพกที่เกิดจากการยืดออก (hip extension) ยืดออกมากเท่าไหร่ แรงแทงเข่าก็มากเท่านั้น และจะมากขึ้นไปอีกเมื่อวิ่งด้วยความเร็วที่สูงขึ้น

Steve Magness หัวหน้าโค้ช Cross Country ของมหาวิทยาลัย Houston เปรียบเทียบ กลไกการยืดสะท้อนกลับของสะโพก กับ การยืดแล้วปล่อยของหนังสติ๊ก คือ ยิ่งสามารถยืดสะโพก (ตรงข้ามกับงอสะโพก) ได้มากเท่าไหร่ แรงดึงเข่ากลับก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เหมือนดึงยืดหนังสติ๊ก ยิ่งดึงให้ยืดมาก พอปล่อยก็จะมีแรงดึงกลับมาก

เมื่อยืดสะโพกได้มาก ก็จะส่งแรงแทงเข่าได้มาก แต่ Steve ก็บอกว่า ถ้าตั้งใจพยายามที่จะบังคับจังหวะนี้ จะทำให้เกิดการเปลืองพลังงานและอาจจะได้ผลตรงข้ามคือ พลังในการดึงกลับของหนังสติ๊กจะน้อยลง

เมื่อเข่าซ้ายดึงกลับมาผ่านใต้สะโพก ขาซ้ายก็เริ่มเหยียดเตรียมเข้าจังหวะ initial contact อีกครั้ง เป็นอันจบ Swing Phase

Upper body and arm mechanics

ความสัมพันธ์ระหว่างช่วงบนและช่วงล่างของลำตัวมีความสำคัญอย่างยิ่งยวดในการวิ่ง ส่วนบนของลำตัวและการเคลื่อนไหวของแขนจะสร้างความสมดุลและช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการวิ่ง โดยการเคลื่อนไหวของแขนจะเกิดขึ้นตรงข้ามกับขา เช่น แขนขวาเคลื่อนไหวไปด้านหน้าก็จะตรงข้ามการเคลื่อนไหวไปด้านหน้าของขาซ้าย

ในจังหวะเบรก (ดูดซับแรง) แขนและช่วงบนของลำตัวจะสร้างแรงผลักไปด้านหน้า

ในจังหวะถีบส่ง แขนและช่วงบนลำตัวจะสร้างแรงเบรก

การทำงานของแขนกับช่วงบนลำตัวที่ตรงข้ามกับขาจะรักษาโมเมนตัมของการเคลื่อนไหวไปข้างหน้า แขนและช่วงบนลำตัวยังช่วยสร้างแรงตรงข้ามการหมุนของช่วงกลางลำตัว (midsection – เอว) ทำให้ร่างกายนิ่ง เช่น เมื่อเข่าซ้ายแทงไปข้างหน้า (left swing phase) เกิดโมเมนตัมตามเข็มนาฬิกา แขนขวาไหล่ขวาจะเคลื่อนไหวทวนเข็มนาฬิกาเพื่อหักล้างโมเมนตัมตามเข็มนาฬิกาของเข่าซ้าย ทำให้ร่างกายนิ่งไม่หมุน

เพื่อช่วยให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด การแกว่งแขนจะต้องเริ่มและออกแรงจากหัวไหล่ โดยผลักดันข้อศอกลงและดึงกลับ จะหลีกเลี่ยงการยกตัวของไหลขึ้นลงอันเป็นสาเหตุของอาการตึงและยังจำกัดช่วงการแกว่งแขนให้แคบลง (limit range of motion)

ในการแทงเข่าในช่วง Swing Phase จำเป็นต้องเป็นการเคลื่อนไหวแบบ passive คือไม่ได้เกิดจากการตั้งใจบังคับ เช่นเดียวกับการแกว่งแขน ถ้าไม่สามารถสร้างจังหวะให้แกว่งแขนโดยไม่ต้องบังคับได้ จะทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานและลดประสิทธิภาพของกลไกการยึดและดึงกลับของหัวไหล่ การเกิดการแกว่งแขนข้ามลำตัว (crossing the midline of the body) เป็นอาการที่บอกว่า เกิดการออกแรงแกว่งแขนไปข้างหน้ามากกว่าไปข้างหลัง หรือเกิดจากความตึงของกล้ามเนื้ออกก็ได้

การแกว่งแขนข้ามลำตัวก็อาจจะเป็นอาการที่บ่งบอกว่า การก้าวเท้าอาจจะข้ามลำตัวเล็กน้อยได้ (ไม่ตรง) ซึ่งควรแก้ไข

การตั้งใจแกว่งแขนให้กว้างมากเกินไป อาจจะทำให้การก้าวเท้ายาวเกินไป (over striding) ซึ่งจะทำให้เกิดแรงเบรกความเร็ววิ่งและนำไปสู่การบาดเจ็บได้

Improving your mechanics

มีหลายวิธีที่สามารถปรับปรุง biomechanics ของนักวิ่งได้ เช่น isolated exercise, functional exercise, drill, cues, etc. แต่การปรับปรุงพัฒนาท่าวิ่งจำเป็นต้องใช้เวลา โดยกระบวนการพัฒนาจะแบ่งออกเป็น 4 ขั้นตอนดังนี้

1)   Unconscious Incompetence – สถานะเบื้องต้นที่นักวิ่งยังไม่ทราบว่าควรจะพัฒนาปรับปรุงท่าวิ่งจังหวะไหน และต้องทำอย่างไร

2)   Conscious Incompetence – นักวิ่งทราบแล้วว่าจะต้องปรับปรุงท่าวิ่งอย่างไร แต่ยังทำไม่ค่อยได้ เริ่มฝึก drill แต่ยังเก้ ๆ กัง ๆ

3)   Conscious Competence – นักวิ่งสามารถตั้งใจวิ่งด้วยท่าวิ่งที่ดีขึ้น แต่ถ้าไม่ตั้งใจหรือตั้งสติ การวิ่งก็จะกลับไปเป็นแบบเดิม

4)   Unconscious Competence – นักวิ่งสามารถเปลี่ยนไปวิ่งด้วยท่าวิ่งที่ดีขึ้นอย่างเป็นธรรมชาติ โดยไม่ต้องตั้งใจหรือจดจ่อกับท่าวิ่งเลย

Reference:

Introduction to Running Biomechanics

เนื้อหาตอนที่เกี่ยวข้อง

EP37 Running Economy
มิถุนายน 3, 2019

EP56 ท่าวิ่งที่ถูกต้องสำหรับนักวิ่งมือใหม่
สิงหาคม 4, 2019

EP59 ท่าวิ่งในทฤษฎี Pose Running และ Chi Running 
สิงหาคม 17, 2019

Running Form : Olwen Anderson

สามารถ ติดตามฟัง พอดคาสของ #CitytrailTalk โดยค้นหา Citytrail Talk ใน google
หรือ ค้นหาผ่านแอพฟัง podcast หรือ spotify ทั้งระบบ iOS หรือ แอนดรอย

เนื้อหาย้อนหลังทุกตอน
https://citytrailtalk.podbean.com

อ่านบล็อกประกอบเนื้อหาพอดคาส
https://citytrailrunners.com/