Un nou model explica matemàticament la manera més eficient de caminar

Lʼestudi, que sʼha publicat a la revista Computational and Mathematical Methods in Medicine, podria aplicar-se en la rehabilitació de persones amb malalties cardiovasculars, i ara sʼestà fent servir per comparar la locomoció dels humans amb altres espècies dʼhomínids, a partir de lʼestudi de fòssils.

Un cost energètic mínim personalitzat

La idea intuïtiva que és més fàcil caminar en baixada que en un terreny pla es va demostrar experimentalment a principis dels anys trenta del segle passat, quan Rodolfo Margaria, un investigador de la Universitat de Milà, va mesurar el consum dʼoxigen en un grup de persones mentre caminaven en diferents pendents. Segons aquell estudi, la manera més eficient tenia lloc en baixada amb un desnivell del 10 %, que equivaldria a baixar deu metres de desnivell per cada cent metres dʼavanç en horitzontal. Sʼhan proposat diferents explicacions dʼaquest resultat, però fins ara no sʼhi havia trobat lʼexplicació teòrica.

Els investigadors de la Universitat de Barcelona es van focalitzar en la trajectòria del centre de gravetat del cos, que puja i baixa lleugerament en cada pas i obliga el cos a subministrar una mica dʼenergia potencial —lʼenergia que qualsevol objecte té per la seva posició a causa de la força gravitatòria— per tal de vèncer la força de la gravetat. En un descens amb un desnivell aproximadament del 10 %, en baixar el centre de gravetat, no caldria subministrar aquesta energia potencial extra per fer el pas. La circumstància òptima de baixada es manté mentre el desnivell no passi dʼaquest punt, a partir del qual el cos ha de començar a frenar amb les cames i, per tant, a consumir més energia.

«Segons el nostre model, el punt concret que indica aquest mínim consum energètic depèn dʼun paràmetre que és una relació entre la longitud del pas i la longitud de la cama. Això vol dir que cada persona, en funció de la longitud de la cama i de les seves passes, té un mínim de despesa energètica personalitzat, en el qual es requereix menys esforç i consum dʼoxigen i el moviment és més eficient», explica Gerard Saborit.

La solució per minimitzar la despesa dʼenergia, ja sigui caminant en pujada o en baixada, seria ajustar la longitud del pas al desnivell segons el rang de la persona. «Aquesta variació també ens permet explicar per què algunes recerques recents contradiuen el treball seminal de Margaria, que deia que la despesa energètica mínima en caminar era un valor concret, una baixada del 10 %, mentre que les noves recerques mostren experimentalment que el punt de mínim consum energètic es pot estendre a un petit rang de pendent negatiu», explica Adrià Casinos.

Comparar les dades amb altres especies dʼhomínids

Els investigadors estan ara recopilant dades dʼun grup de persones, a les quals estan mesurant les cames i la longitud dels passos en caminar a diferents velocitats. Lʼobjectiu és obtenir informació anatòmica i biomecànica i després poder fer comparacions amb altres espècies. «Volem comparar aquestes dades amb els registres fòssils de les cames i petjades de diferents especies dʼhomínids. La idea és veure les diferències en la manera de caminar dʼaquestes espècies respecte a la nostra», assenyala Gerard Saborit.

Segons els investigadors, aquest model matemàtic també podria ser útil en la rehabilitació de persones amb problemes cardiovasculars. «Una persona que no pugui fer esforç aeròbic i que, per exemple, per un problema del cor ha de exercitar-se treballant amb poques pulsacions, amb el nostre model podria saber quin seria el desnivell al qual hauria de caminar per gastar la mínima energia i fer el mínim esforç cardiovascular», conclou Gerard Saborit.

G. Saborit, A. Casions. «Parametric Modeling of Human Gradient Walking for Predicting Minimum Energy Expenditure». Computational and Mathematical Methods in Medicine, agost de 2015. Doi: 10.1155/2015/407156