27 septembre 2020

De nouvelles recherches sur la science de la course aux pieds nus

C'est Daniel Lieberman, le biologiste évolutionniste aux pieds nus de Harvard, qui m'a le premier fait penser aux forces d'impact. En 2010, lui et ses collègues ont publié une étude extrêmement influente dans Nature qui comparait les «forces de collision» des pieds frappant le sol pour les coureurs avec et sans chaussures lorsqu'ils atterrissaient sur le talon ou l'avant-pied. Les différences marquées dans les courbes de force du papier ont fourni un lest scientifique crucial pour le mouvement de course minimaliste, mais une nouvelle étude suggère que nous avons peut-être mal interprété ces courbes.

La nouvelle étude, publiée dans le Journal of Applied Physiology, provient du groupe de biomécanique de Peter Weyand à la Southern Methodist University, dirigé par son ancien doctorant Andrew Udofa, avec Ken Clark (qui est maintenant à la West Chester University) et le physicien Laurence Ryan . En repensant ce que les courbes de force de course nous disent, ils sont capables de résoudre un mystère de longue date sur le rôle de l'amorti des chaussures et offrent potentiellement un moyen accessible et personnalisé de tester les chaussures qui vous conviennent le mieux. Pour comprendre pourquoi, nous devons d'abord revenir sur les courbes de Lieberman.

Si vous demandez à quelqu'un de courir sur un tapis roulant de mesure de force (qui coûte plusieurs centaines de milliers de dollars) ou une plaque de force installée dans le sol, vous pouvez obtenir une courbe caractéristique qui vous montre la force que le coureur applique verticalement au sol avec chaque étape (et inversement, comme Isaac Newton l'a compris, combien de force le sol envoie dans votre corps). Voici, à partir du document de 2010 de Lieberman, un exemple typique de quelqu'un qui court pieds nus et atterrit sur le talon:

(Photo: avec la permission de Nature)

La caractéristique clé à remarquer est le petit pic sur le côté gauche de la courbe. C’est votre talon qui claque dans le sol, une fraction de seconde avant que toute la force du reste de votre corps ne s’enfonce dans le sol. L'opinion dominante parmi les biomécaniciens est que ce n'est pas la taille globale de la force (qui atteint environ 2,4 poids corporels ici) qui détermine la probabilité de vous blesser; c'est plutôt la rapidité avec laquelle la force est appliquée, également connue sous le nom de taux de chargement. Grâce à la mini-pointe de la frappe au talon, la force sur cette image grimpe très fortement, ce qui est probablement mauvais.

Comparez maintenant à quoi ressemble la force lorsque vous atterrissez à la place sur votre avant-pied:

(Photo: avec la permission de Nature)

Le petit pic est parti! Cela signifie que le taux de chargement est inférieur et que vous risquez moins de vous blesser. C'est du moins la théorie.

En vérité, selon la nouvelle étude, le petit pic est toujours là; il est juste obscurci par le plus gros. En 2014, Weyand, Clark et Ryan ont proposé ce qu'ils ont appelé un «modèle à deux masses» pour expliquer comment ces types de courbes de force varient dans différentes conditions. Dans ce modèle, la courbe de force se compose toujours de deux composantes distinctes: une petite pointe qui correspond au pied et à la jambe qui claquent dans le sol et s'arrêtent presque immédiatement; et un pic plus grand et plus lent qui correspond au reste de votre corps atteignant le point le plus bas de son mouvement de haut en bas. La force globale est simplement la somme de ces deux pointes.

Voici à quoi ça ressemble:

(Photo: avec la permission du Journal of Experimental)

La courbe présentée ici ressemble beaucoup à la courbe de frappe au talon de Lieberman. Mais dans une étude de 2017, le groupe SMU a montré que vous obtenez un double pic très similaire lorsque vous regardez des sprinters de classe mondiale, même s'ils atterrissent sur leur avant-pied. C'était un indice important que la mini-pointe n'est pas fonction de la partie du pied qui touche le sol en premier. Au lieu de cela, cela dépend de la rapidité avec laquelle vous appliquez la force au sol, qui dépend non seulement de la frappe mais également de la vitesse, des caractéristiques de la chaussure et d'autres facteurs.

Dans la nouvelle étude, l'équipe SMU a comparé les données de force de huit volontaires dans quatre conditions de chaussures différentes: pieds nus, minimaliste (Vibram FiveFinger KSO), plat de course à semelle mince (Nike Zoom Waffle Racer VII) et chaussure de course à semelle épaisse ( Asics Gel Cumulus-14). Ils voulaient explorer un mystère de longue date appelé "l'anomalie de la force d'impact", qui est que mettre plus d'amorti dans les chaussures ne semble pas réduire le taux de charge que les coureurs connaissent – un résultat apparemment contre-intuitif.

Voici à quoi ressemblent leurs données, montrant à la fois la mini-pointe associée à la jambe inférieure (J1) ainsi que la force globale qui est la somme des deux pointes, pour deux vitesses (~ 6: 40 par mile et ~ 3: 50 par mile). L'axe vertical, comme précédemment, est la force en poids corporel, et l'axe horizontal est le temps en secondes.

(Photo: avec la permission du Journal of Applied Phys)

La première chose à noter est que pour chaque vitesse, la pente croissante de la courbe de force globale – le taux de charge – est à peu près la même dans toutes les conditions. Mais la partie inférieure de la jambe (J1) change: plus ils ont d'amorti, plus le pic est raide et élevé. Alors que se passe-t-il?

Ce que les nouveaux résultats suggèrent, c'est que nous sommes câblés pour ajuster automatiquement notre biomécanique pour garder le taux de chargement global à peu près le même. Dans cette étude, les coureurs ont ajusté l'angle de leur frappe au pied pour contrôler la durée de l'impact J1. Pieds nus, ils atterrissaient sur leur avant-pied, ce qui prolonge et adoucit l'atterrissage, les muscles du mollet et d'Achille faisant office d'amortisseur. Dans l'entraîneur à semelle épaisse, la présence d'amorti leur a permis de claquer directement sur leur talon, ce qui a conduit à une courbe J1 plus nette sans modifier le taux de chargement global.

La clé ici est le moment de ce pic d'impact. Si le pic initial est retardé suffisamment longtemps, il disparaît effectivement dans le pic principal, comme dans les données de Lieberman en 2010. Mais en retardant ce pic, il finit par se produire à un point où l'autre composante, plus lente, de la force du reste du corps est beaucoup plus grande. En d'autres termes, vous réduisez l'une des forces mais augmentez l'autre et vous vous retrouvez avec une force totale similaire.

Je me rends compte que nous abordons les mauvaises herbes biomécaniques ici, alors faisons un zoom arrière pour voir ce que cela signifie. Le plus grand aperçu pratique: dans le nouvel ensemble de données SMU, changer vos chaussures, à lui seul, ne change pas considérablement votre taux de chargement. Soit l'amorti de votre chaussure adoucit l'impact, soit vous ajustez votre atterrissage pour obtenir l'amorti de votre mollet et d'Achille. Faites votre choix, car le résultat final – au moins dans ces conditions particulières – est le même.

Cela ne signifie pas que ce système est infaillible. Si vous partez pour une course pieds nus et que vous atterrissez sur vos talons, soit parce que c'est ce à quoi vous êtes habitué depuis une vie de course dans des chaussures, soit parce que, comme dans l'expérience Lieberman, le gars du laboratoire vous a dit de le faire, puis vous allez générer des taux de chargement vraiment élevés, car aucun mécanisme de protection (amortissement de la chaussure ou frappe à l'avant-pied) n'est activé.

À l'inverse, si vous passez soudainement à une frappe à l'avant-pied après une vie de frappe au talon, vous mettrez beaucoup de stress inconnu sur vos mollets alors qu'ils jouent le rôle d'amortisseur. "Il y a probablement des implications de blessures", dit Weyand, "et celles-ci correspondent aux adaptateurs impatients aux pieds nus qui subissent des blessures d'Achille."

Weyand hésite à juste titre à généraliser, cependant. Il s'agit d'une petite étude de quelques volontaires qui courent dans des conditions très spécifiques à des vitesses élevées. Cela ne nous donne pas les réponses définitives sur les chaussures ou les styles de course qui conviennent le mieux à tout le monde, ni sur la façon dont ces forces se traduisent par un risque de blessure, mais il pense que cela nous donne une meilleure façon de répondre à ces questions.

Surtout, la simplicité du modèle à deux masses signifie que vous n'avez plus besoin d'un tapis roulant de mesure de force d'un coût prohibitif pour évaluer les forces d'impact et les taux de chargement. Au lieu de cela, tout ce que vous devez savoir est la vitesse à laquelle votre jambe inférieure se déplace lorsqu'elle touche le sol; combien de temps votre pied reste au sol; et combien de temps prend chaque étape. Vous pouvez obtenir ces paramètres avec une caméra vidéo haute vitesse, ou ces jours-ci, vous pouvez le faire avec un petit accéléromètre monté sur la jambe. Branchez-les dans l'équation du modèle à deux masses, et il crache la courbe de force. Ainsi, avec une technologie portable assez simple, vous devriez pouvoir vous rendre dans un magasin de chaussures, essayer cinq paires de chaussures et savoir en temps réel les forces d'impact et les taux de chargement que vous générez avec chacune.

Pour les coureurs de fond, l'objectif serait vraisemblablement de minimiser les forces d'impact. Mais il convient de noter que le contraire est vrai pour le sprint. La façon principale dont les gens courent plus vite est de frapper le sol plus fort: plus vous pouvez labourer le sol avec force, plus vous irez vite. "À cet égard," souligne Weyand, "minimiser l'impact et le taux de chargement est directement en conflit avec l'augmentation de la vitesse." C'est une des raisons pour lesquelles les chaussures d'entraînement et les chaussures de course sont si différentes – et c'est quelque chose d'autre que vous pouvez tester avec ce modèle, en essayant différentes chaussures et en formant des ajustements pour voir ce qui maximise votre sortie de force.

S'il y a une chose que nous avons apprise au cours de la décennie écoulée depuis les premiers résultats de Lieberman, c'est que nous devrions être prudents en regardant les courbes de force en laboratoire et en supposant que nous comprenons comment elles se traduisent en résultats réels comme les blessures et les temps de course. Cela s'applique également aux nouvelles données SMU. Mais le modèle a le potentiel de résoudre deux problèmes très actuels: retirer la biomécanique de l'environnement de laboratoire raréfié et le mettre dans le monde réel; et extraire des informations utiles à partir du tuyau d'incendie de données personnalisées générées par les technologies portables émergentes. Espérons qu'il y aura bientôt une application pour cela.

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Photo principale: BONNINSTUDIO / Stocksy

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