ויכוח שרץ לו לאורך זמן התלקח שוב לפני כמה חודשים בטוויטר, כאשר סוקר הטכנולוגיה די.סי ריין מייקר (המוכר מהבלוג Dcrainmaker) פרסם השוואה של שלושה מכשירים: מסטרייד (Stryd), גרמין (Garmin) ורנסקרייב (RunScribe), אשר מבטיחים למדוד כמה "הספק" או "כוח" אתם מיצרים במהלך ריצה. "האם למישהו יש תובנה לגבי הסיבה שאנשים חושבים שהערכת הכוח המכני בזמן ריצה שימושית?", שאל מקס דונלן, פרופסור לנוירומכניקה באוניברסיטת סיימון פרייזר בקנדה, "בניגוד לרכיבה על אופניים, בריצה כמעט ואין עבודה מכנית חיצונית נטו". התשובה הכועסת, ממישהו בסטרייד, אחד מיצרני מדי ההספק לריצה, הגיעה במהירות: "כי זה פותר בעיות אמיתיות".

מדי הספק מספקים מידע בזמן אמת לכמה קשה הגוף עובד | צילום: ניר עמוס

אני עוקב אחרי העלייה של מדי ההספק לריצה מאז 2014, כאשר ראיתי לראשונה אב טיפוס של סטרייד בפעולה. זה אחלה רעיון, ואחד מעזרי האימונים המקוריים באמת של השנים האחרונות. אבל היה לי ממש קשה לפענח מהי באמת המשמעות של הספק ריצה. מדורבן על ידי הציוץ של דונלן, השקעתי קצת זמן בלקרוא על הרעיון ולדבר עם אנשים בעלי דעות שונות על התועלת המעשית שלו. אין לי תשובה סופית ואולטימטיבית האם כדאי לקנות מד הספק לריצה, אבל יש לי כמה מחשבות על מה מד הספק יעשה בעבור רצים ומה לא.

כך זה עובד באופניים

כדי להבין את פוטנציאל המשיכה של מדי ההספק לריצה, המקום הטוב ביותר להתחיל הוא ברכיבה. מדי הספק לרכיבה קיימים מאז שנות השמונים. הם מודדים את העבודה המכנית שמושקעת בסיבוב הדוושות על ידי מדידה של הכיפוף העדין של הקראנק (מדי מומנט) או של חלקים אחרים של האופניים, בהתאם לתכנון מד ההספק שבו משתמשים. אם אתם רוכבים ב-250 וואט, המשמעות היא שאתם מבצעים 250 ג'אול של עבודה (כ-0.06 קלוריות) לשנייה על הדוושות, אשר בעיקרה מושקעת בהתגברות על התנגדות האוויר (במישור או במורד) או על כוח הכבידה (בעלייה).

צילום: U.S. Army

למה מידע זה שימושי? ההבטחה של מדי ההספק היתה שהם יספקו מידע בזמן אמת לכמה קשה הגוף עובד. אם אתם יודעים שאתם מסוגלים להחזיק 250 וואט במשך שעה, אתם יכולים להשתמש במד ההספק כדי לשמור על המאמץ ברמה זו גם אם הקצב והדופק עולים ויורדים עם הטיפוסים ורוח הפנים. ההנחה המובלעת כאן היא שהוואטים שאתם מעבירים לדוושות (הספק הכוח המכני) תואמים את עצימות העבודה של הגוף שלכם ובאופן יותר ספציפי את הקצב שבו אתם שורפים את האנרגיה (הספק הכוח המטבולי). הספק הכוח המטבולי, אחרי הכל, הוא מה שבסופו של דבר קובע כמה מהר תתעייפו והאם תעברו את סף חומצת החלב שלכם או תגיעו לקיר. בדרך כלל, הדרך היחידה לחשב את הספק הכוח המטבולי היא למדוד בקפידה את החמצן ודו תחמוצת הפחמן שאתם נושמים פנימה והחוצה. זה מה שהמסכה המסורבלת והציוד הנוסף המשמשים במהלך בדיקות VO2max עושים – חישוב הספק הכוח המטבולי.

בדרך כלל היעילות של בני אדם היא כ-25 אחוז במקרה הטוב, כלומר, פחות מרבע מהספק הכוח המטבולי שלנו מומר לכוח מכני, כאשר השאר אובד כחום. האחוז המדויק תלוי במה דיוק השרירים עושים. כיווצים קונצנטריים טהורים (תנועה טיפוסית כמו הרמת משקולת או לחיצה למטה של הדוושה) הם היעילים ביותר, עם כ-25%. כיווצים איזומטריים (שבהם מפעילים כוח אבל השריר לא זז, כמו דחיפה כנגד הקיר) צורכים הספק כוח מטבולי, אבל לא מספקים כל כוח מכני. לכיווצים אקסצנטריים (תנועות בלימה כמו הורדת משקולת, שבו דוחפים לכיוון אחד אבל נעים בכיוון ההפוך) למעשה יש יעילות שלילית של כ-120%. ישנן גם תרומות של הגידים ורקמות חיבור אחרות, אשר יכולים לאחסן אנרגיה כמו רצועה אלסטית, ולאחר מכן לספק כוח מכני מבלי לצרוך כל כוח מטבולי.

צילום: nakashi

במלים אחרות, זה מורכב. אם אתם רוכבים ב-250 וואט, קשה לדעת בדיוק כמה הספק כוח מטבולי אתם צורכים (במלים אחרות, כמה קלוריות אתם שורפים). זה כנראה איפשהו בין 1,000 ו-1,200 וואט, אבל מד ההספק בדוושות לא יכול לספק לכם את המספר המדויק. יש אלמנט מסייע מכריע אשר מסייע למדי הספק לרכיבה – היעילות ברכיבה נשארת קבועה לערך בכל התנאים, מאחר שהדיווש באופניים דורש למעשה את אותה תנועה במישור ובטיפוס, על חצץ ועל אספלט, מול הרוח או איתה, וכן הלאה. לא משנה מה הספק הכוח המטבולי שלכם, כאשר מד ההספק באופניים מראה 250 וואט, אותו יחס זה יישמר בכל התנאים. השורה התחתונה: ברכיבה, הספק הכוח הוא מייצג (פרוקסי) טוב לכמה אנרגיה אתם שורפים.

אז מה הבעיה עם הריצה?

מד הספק לריצה אטרקטיבי בדיוק מאותן סיבות שהוא אטרקטיבי לרכיבה: כאומד קלוריות בזמן אמת. אז למה נדרש כל כך הרבה זמן להופעה של מדי הספק לריצה? רוב הדיונים על הספק כוח בריצה מתמקדים בכמה קשה יותר למדוד את ההספק בריצה לעומת רכיבה. וזה נכון. בריצה, יש עבודה פנימית (הידיים והרגליים שנעות קדימה ואחורה) ועבודה חיצונית (מרכז המסה שלכם שנע למעלה ולמטה); יש עבודה חיובית (דחיפה בכל צעד) ועבודה שלילית (בלימה כאשר נוחתים); ויש תרומה משמעותית מאנרגיה אלסטית המאוחסנת בגיד אכילס ורקמות אחרות כאשר הן נמתחות בנחיתה ולאחר מכן חוזרות למצבן המקורי כדי לעזור לדחוף. לפי חלק מההערכות (אם כי לא כולן), האנרגיה המאוחסנת ומשוחררת בדרך זו עשויה לתרום עד כדי מחצית מהכוח הנדרש בכל צעד.

אין מכשיר אחד שיכול למדוד את כל הרכיבים האלה אשר תורמים להספק הכוח הכולל. אבל ההתקדמות הטכנית הגדולה של השנים האחרונות היתה הגעתם של מדי תאוצה לבישים וחיישנים אחרים אשר יכולים למדוד את הצעדים ותנועת מרכז המסה בפירוט מספיק כדי להעריך חלק גדול של כוחות אלה. אתם יכול להשוות את המידע מחיישנים אלה לסטנדרט הזהב של מדידות הספק כוח במעבדה של מסילות ריצה בעלות חיישני כוח באיכות מעבדתית שעלותן מאות אלפי דולרים וההתאמה בין המדידות טובה למדי. אז, הבעיה נפתרה, נכון?

צילום: pixabay

אבל ההתנגדות של דונלן וביומכניסטים אחרים איננה באמת למדידות הספק הכוח; היא לגבי הפירוש של מדידות אלה. ההנחה הבסיסית היא עדיין כי הספק הכוח המכני במהלך ריצה פרופורציונלי לצריכת האנרגיה הכוללת, כפי שהמצב ברכיבה. אבל עד כמה ברור שזה נראה, זה בכלל לא ברור שזה נכון. כמו שאחד המאמרים הרבים בנושא טוען, "מדידות של כלל העבודה המכנית של הגוף לא יכולות להסביר כיצד שיעורי צריכת האנרגיה המטבולית משתנים עם מהירות או גודל בעלי החיים". או, כפי שדונלן ניסח בציוץ הבא: "הביקורת על הספק כוח מכני בריצה איננה על רמת ההערכה שלה על ידי ההתקנים הנוכחיים, אלא שאפילו מדידות מושלמות אינן קשורות באופן טוב למאמץ בריצה".

האלגוריתם של סטרייד, כפי שהסבירה החברה במאמר טכני שפורסם לאחרונה, משתמש רק בחלק החיובי של הספק כוח מכני – כמה כוח נוצר כאשר דוחפים את האדמה. זה נראה סביר במבט שטחי, והנתונים מראים כי לרכיב זה יש מתאם חזק וטוב במהירויות שונות לצריכת האנרגיה הכוללת, אשר סטרייד מדדו עם ציוד למדידת VO2 במעבדה. במערך הנתונים שלה, למטריקת הספק הכוח של סטרייד יש מתאם של 96% עם סך ההוצאה סך הוצאת האנרגיה המטבולית במהירויות שונות – על מסילה מישורית.

אז כיצד מודדים הספק ריצה?

שלא כמו ברכיבה, הקשר בין הספק הכוח המכני לצריכת האנרגיה המטבולית הכוללת איננו נשאר קבוע כאשר התנאים משתנים. ככל שעולים בשיפועים גדלים יותר ויותר, התרומה של אנרגיה אלסטית הופכת זניחה יותר ויותר. בשיפוע של כ-30%, אין יותר קפיציות בצעד. בריצה במורד, השרירים עושים הרבה פחות עבודה חיובית, ומעבר לשיפוע של כ-15% עושים עבודה שלילית בלבד, בלימה בזמן הירידה. קיצור הדרך הקונספטואלי של סטרייד, המודד רק את הספק הכוח המכני החיובי של מרכז המסה שלכם, אינו יכול להתמודד עם השינויים הללו, ובמצבים אלה אין לו את אותו יחס לצריכת האנרגיה הכוללת.

צילום: pixabay

הייתם עשויים לצפות, אם כן, שמשתמשי סטרייד ידווחו על נתונים מטורפים בכל פעם שהם רצים להרים. זה לא המצב – והסיבה פשוטה. כאשר שוחחתי עם השותפים המייסדים של סטרייד קון לי ווויאט מוהרמן לאחרונה, הם הסבירו כיצד האלגוריתם שלהם עובד. בקרקע מישורית, כפי שהוסבר לעיל, הם מעריכים את הספק הכוח המכני מהתנועה של מרכז המסה של הגוף, בדיוק כמו מסילה עם חיישני הספק כוח. אבל בשיפועים, היחסים בין הספק הכוח המכני וצריכת האנרגיה נשברים – ולכן הם מהנדסים לאחור (מפרקים את הפתרון לרכיביו).

במהלך הפיתוח של המכשיר, הם בדקו רצים על מסילות ריצה משופעות בזמן שהם לבשו יחידות סטרייד, מדדו את צריכת החמצן ופליטת הפחמן הדו חמצני שלהם כדי לחשב את הוצאת האנרגיה, והשתמשו בנתונים אלו כדי להתאים את האלגוריתם שלהם למתן התשובות "הנכונות". לכן, על קרקע מישורית, הם מדדו הספק (200 וואט, נניח) וציינו כי ערך זה מתאים לשיעור מסוים של צריכת אנרגיה מטבולית (1,000 וואט, נניח). על המסילה המשופעת, הם כיוונו את המהירות ואת השיפוע עד שצריכת האנרגיה המטבולית היתה 1000 וואט, ולאחר מכן, כדי לשמור על עקביות, תכנתו את האלגוריתם לקרוא להספק כוח זה 200 וואט.

מנקודת מבט מדעית, המשמעות היא שהמספר שמד הספק הריצה שלכם יורק החוצה בעצם די חסר משמעות. אפילו על קרקע מישורית, "כוח מכני חיצוני חיובי" הוא עירוב מטושטש ובלתי מוגדר של תרומות משרירים וגידים קפיציים. הוא אינו משקף במדויק את התהליכים הבסיסיים הקובעים את צריכת האנרגיה. ובעליות וירידות, אתם לא מסתכלים על מדידת כוח כלל – אתם מסתכלים על "כוח מכני חיצוני חיובי שהייתי מיצר בריצה על קרקע מישורית אם הייתי שורף אנרגיה באותו קצב שאני שורף אותה בטיפוס/ירידה". אני אינני מכיר את מנגנון הפעולה הפנימית של האלגוריתמים של גרמין או ראן סקרייב, אבל הם ניצבים בדיוק בפני אותם אתגרים: או שאתם מודדים כוח מכני או שאתם מעריכם אנרגיה מטבולית, אבל אתם לא יכול לעשות את שניהם בבת אחת.

מנקודת מבט מעשית, מצד שני, לגמרי הוגן לשאול אם כל זה באמת משנה. ביסודו של דבר, מה שסטרייד והמתחרים שלה בנו הוא אומדן צריכת אנרגיה מטבולית בזמן אמת, או, אם נשתמש במלים פחות מפונפנות, מד קלוריות מותאם במיוחד לריצה. מד זה שווה ערך ליכולת לשאת עימכם מעבדה מלאה בציוד בדיקה ל-VO2 לכל מקום שאתם רצים בו. שלא כמו דופק, הוא מגיב מיד כאשר אתם מאיצים או מאטים. שלא כמו הקצב בשעון ה-GPS שלכם, הוא משקף את השינוי במאמץ כתוצאה מריצה בעליה או בירידה. שלא כמו תחושת המאמץ הפנימית שלכם, הוא איננו משקר (בתיאוריה).

צילום: צלמי שוונג

חקר מקרה

אבל האם לנתק בין הספק הכוח המכני והאנרגיה יש איזשהן השלכות מעשיות? בנסיבות מסוימות, כן. לדוגמה, כמה נתונים שנאספו על ידי הנס ואן דייק, מדען הולנדי שהיה שותף לכתיבה של סוד הריצה (The Secret of Running), על ריצה עם מד הספק ואופטימיזציה של סגנון הריצה. לרוכבי אופניים, מד הספק הכוח מספק כלי שימושי לשחק עם תנוחת הרכיבה כדי לחפש שיפורים ביעילות, בדומה, ואן דייק ועמיתיו ניסו דבר דומה עם ריצה, וביקשו מקבוצה של רצים להגדיל או להקטין את קצב הצעדים שלהם (קאדנס הריצה) בעשרה צעדים לדקה מהקצב שהם בוחרים באופן טבעי. הם מדדו את היעילות בשתי דרכים שונות: פעם אחת על ידי מדידת חמצן ופחמן דו חמצני כדי לחשב את צריכת האנרגיה, ופעם אחת על ידי מדידת הספק הכוח באמצעות סטרייד.

הנה איך הנתונים נראו ברצים מאומנים: בתרשים זה, ערך גבוה יותר אומר שהרצים היו צריכים לשרוף יותר אנרגיה כדי לרוץ בקצב נתון. העקומה הכחולה, המחושבת ממדידות חמצן ופחמן דו חמצני, מראה את הדפוס הצפוי. הרצים היו הכי יעילים בקצב הנבחר שלהם; הגדלת או הקטנת קצב בקצב של כעשרה צעדים לדקה הכריחה אותם לצרוך יותר אנרגיה באותו קצב – דבר רע.

אבל העקומה האדומה, המחושבת מנתוני הספק הכוח של סטרייד, מראה דפוס שונה. בתצוגה זו, הגדלת הקאדנס היה דבר טוב לכאורה, אשר הורידה את הספק הכוח וחסכה באנרגיה. כששאלתי את לי ומוהרמן על נתונים אלה, הם הסבירו כי קרוב לוודאי שזו תוצאת לוואי של חוסר היכולת של מד ההספק לקחת בחשבון את האנרגיה האלסטית המאוחסנת ומשוחררת על ידי הגידים. קאדנס מהיר מאוד מפחית את התנועה האנכית בצעד, כך שמד ההספק חושב שאתם יעילים יותר. אבל הוא לא מבין שאתם מפסידים חלק מאנרגיית ה"חינם" שחוזרת מהגידים.

​​מדידת "הספק" או "כוח"?

בשלב זה, אתם יכולים כנראה להבין למה לא הבטחתי "תשובה סופית ואולטימטיבית" על השימושיות של מדי הספק לריצה. אישית, אני חושב שהתכווננות לפי תחושת המאמץ הפנימית היא גם יעילה מאוד וגם שימושית כאשר אתם מתחרים על גבול היכולת שלכם. כשאני רץ, אין לי שום בעיה להבחין אם אני עולה או יורד בגבעה. אבל אני יכול להבין את המשיכה של נתונים אובייקטיביים שיכולים לעזור לקצוב את עצמכם בשטח משתנה ולהשוות מאמצים במסלולים משתנים שבהם הקצב והדופק אינם מדדים אמינים.

עבור המדענים, זה ימשיך ויעצבן שהם מכנים את זה "הספק" או "כוח" בכלל, ולא משהו גנרי שאינו נושא משמעות קיימת (כמו, למשל, "NikeFuel") ומבהירים כי כל מה שזה נועד לעשות זה לעקוב אחרי קלוריות בזמן אמת. אבל אם, כמו שהטוויטר של סטרייד שהזכרתי בהתחלה הבטיח, המכשיר בסופו של דבר יפתור בעיות אמיתיות של ספורטאים, רוב האנשים לא יבזבזו זמן שינה על המינוח. הזמן יגיד.

אלכס האצ'ינסון | פיסיקאי לשעבר ורץ, וכן כתב מדע עטור פרסים. מחבר Endure: הנפש, הגוף, והגבולות האלסטיים המוזרים של ביצועים אנושיים