Lopen met minder impact: daar zit muziek in!

Lopen is erg populair in Vlaanderen. Maar wat weet jij over loopbiomechanica en draagbare technologie? Draagbare apparaten helpen ons om bewegingen te analyseren buiten het labo. Hierdoor worden nieuwe toepassingen in de sport mogelijk, zoals real-time loopfeedback voor blessurepreventie. 

Wereldwijd lopen miljoenen mensen regelmatig. Helaas ontstaan er jaarlijks ook heel wat loopblessures door overbelasting. Nieuw onderzoek maakt het nu mogelijk om de belasting te verlagen door lopers te ‘herscholen’. In het kader van mijn doctoraatsonderzoek ontwikkelde ik een uniek, draagbaar en op muziek gebaseerd feedbackapparaat om lopers met een kleinere impactbelasting te leren lopen. Het onderzoek was multidisciplinair en steunde op een samenwerking tussen Imec Gent en meerdere onderzoeksgroepen van de Universiteit Gent: de onderzoeksgroep Biomechanica en Motorische Controle van de Menselijke Beweging, het Instituut voor Psychoakoestiek en Elektronische Muziek, het Centrum voor Microsysteemtechnologie en het Internet Technology and Data Science Lab. 

Waarom lopen met lage impact?

Eerder onderzoek toonde al aan dat het risico op blessures bij beginnende lopers 62% kleiner is als ze eerst in een sportlaboratorium een trainingsprogramma volgen om met minder impact te leren lopen. Die kennis wilden we vertalen naar een ‘gewone’ loopcontext, buiten het labo. Samen met een groep sportwetenschappers, musicologen en ingenieurs ontwierp ik een feedbackapparaat dat lopen met een lage impact stimuleert. Het apparaat is draagbaar en bevat een lichte sensor die  verwerkt zit in slim textiel. De sensor registreert de versnelling van het scheenbeen, waarna de piekversnelling onmiddellijk wordt vertaald naar muzikaal getinte feedback. De keuze voor muziek is logisch, want velen lopen met muziek: het is een echte motivator bij het sporten.  

Hoe werkt zo’n feedbackapparaat nu precies? We gaven de feedback de vorm van ruis: een belastende loopstijl zorgt voor storende ruis op de muziek. De sterkte van de ruis koppelden we aan de piekversnelling van het scheenbeen (op basis van perceptietesten). Je impact verlagen wordt dus beloond met een betere muziekkwaliteit: een motiverende aanpak. Bovendien wordt de muziek zodanig gestuurd dat het tempo ervan - het aantal beats per minuut - samenvalt met het aantal stappen dat de loper zet per minuut. De muziek past zich dus aan, zodat de loper makkelijk zijn of haar cadans kan veranderen als reactie op de feedback.
Om de impactbelasting tijdens het lopen te meten, valideerden we de piekversnelling van het scheenbeen. De impactintensiteit vergeleken we met krachtenplatformen uit het Sport Science Laboratory-Jacques Rogge. We zorgden ervoor dat de piekversnellingen betrouwbaar waren binnen één loopsessie, en dat we ze tijdens meerdere testen konden herhalen.

Praktijktest

Om te weten of onze muzikale feedback werkt, organiseerden we een herscholingssessie op een trainingspiste vol meetapparatuur in de Topsporthal Vlaanderen te Gent. Tien lopers met een hoge piekversnelling van het scheenbeen (gemiddeld 11 g) kregen real-time feedback aangeboden op hun loopprestaties. Op basis van de feedback konden ze hun piekversnelling gemiddeld met maar liefst 27% of 3 g verlagen! De beoogde verandering in de piekversnelling trad op na gemiddeld  8 minuten lopen met de biofeedback: het duurt dus even voor lopers zich aanpassen. Er was wel een aanzienlijke variatie tussen de gebruikers, die varieerde van nog geen tien tot meer dan 2.000 stappen. 

De effectiviteit van de feedback werd vervolgens uitvoerig getest in een studie met een controlegroep. De experimentele groep kreeg drie weken lang muzikaal getinte feedback tijdens een loopherscholingsprogramma. De hoeveelheid feedback nam mettertijd af om de aanpassing in looptechniek beter te laten indringen. De controlegroep kreeg op tempo gesynchroniseerde muziek als placebo. Omdat snelheid een grote invloed heeft op de impact, werd een loopsnelheid van ongeveer 10 km/u opgelegd via snelheidsfeedback. Voor een accurate positiebepaling werd de trainingspiste uitgebouwd met een monitoringsysteem met Ultra-Wide Band-technologie. Aan het einde van de loopherscholing was de piekversnelling in de experimentele groep gemiddeld gedaald met 26% of 3 g: onze feedbacktechniek zorgde dus effectief voor een lagere impactbelasting tijdens het lopen! De experimenten tonen aan dat impactvermindering buiten het lab mogelijk is door middel van real-time, motiverende, auditieve feedback. 

Hoe impactbelasting verlagen?

Elke bewegingsaanpassing zal de piekversnelling beïnvloeden. De hypothese dat hoge-impact-lopers spontaan kiezen voor een hogere stapfrequentie werd niet bevestigd. Daarom werd onderzocht welke strategieën wél werken om de impact te verlagen. We konden aantonen dat de piekversnelling van het scheenbeen onder meer afhangt van de mate van de hiellanding: een meer uitgesproken landing op de hiel was gelinkt aan een lagere piekversnelling. De mythe dat sterke hiellopers een hogere impact ervaren dan subtiele hiellopers is bij dezen ook ontkracht! Verder bestudeerde ik de loopmechanica van een bijzonder succesvolle langeafstandsloper, die 100 marathons liep in evenveel dagen. Wat bleek: een uitgesproken hiellanding in combinatie met een lange steunfase en een korte zweeffase karakteriseerden de lage impactbelasting van deze loper. 

In heel wat onderzoeken wordt voorvoetlopen vooruitgeschoven om je impact te verlagen. In verschillende onderzoekscentra bestudeerden we landingen op de voorvoet en op de hiel. Landen op de voorvoet bleek daarbij een veel grotere 3D-piekversnelling te geven. Bewegingsregistratie onthulde dat die grotere 3D-piekversnelling bij een voorvoetlanding het gevolg was van een grotere horizontale afremming van het been. Toen we de krachten analyseerden die we in het sportlabo hadden gemeten, bleek dat de ene loper na muzikale feedback overschakelde naar een heel uitgesproken hiellanding, terwijl een andere loper spontaan overging naar een voorvoetlanding. Er bestaan dus verschillende strategieën om te lopen met een kleine  piekversnelling van het scheenbeen, en dus een lagere impactbelasting. 

Valorisatie van het onderzoek

Nooit eerder werd er zoveel – en zo snel – onderzoek gedaan naar draagbare technologieën en individuele trainingspraktijken voor lopers. De vele inspanningen lopen parallel met de populariteit van afstandslopen als sport. De resultaten van mijn doctoraat zijn waardevol voor lopers, coaches en clinici die geïnteresseerd zijn in lopen met lage impact. Het draagbare feedbackapparaat is bovendien vlot bruikbaar tijdens trainingen. Met behulp van het Victoris-consortium hebben we inmiddels een valorisatietraject opgezet. Als blijkt dat gebruiksvriendelijke feedbacksystemen effectief nuttig zijn om blessures te vermijden en te behandelen, zullen ze op termijn beschikbaar worden gemaakt voor consumenten en patiënten. 

Het doctoraat van Pieter Van den Berghe in 3 zinnen

Dit onderzoek was gericht op het ontwikkelen en valideren van een draagbaar en auditief biofeedbacktoestel voor lopers. Het doel: lopers via muzikale feedback aansporen om hun loopstijl aan te passen, om zo blessures te vermijden. In ons hoog-performante sportlaboratorium toonden we aan welke specifieke loopstijlkenmerken een lagere impactbelasting creëren.

Waarom is dit doctoraat vandaag relevant? 

We zetten een innovatieve technologie uit Vlaanderen op de kaart. De grote belangstelling voor dit onderzoek heeft veel te maken met de gezondheidsvoordelen van lopen. Als we lopen nog toegankelijker willen maken, is een betere blessurepreventie cruciaal. We ontvingen al meerdere prijzen op congressen, en er is veel interesse vanuit sport(medische) evenementen en tv-zenders.

Wat is er nieuw aan dit werk? 

Dit doctoraat maakt lopen met een lage impact ook buiten labo’s en ziekenhuizen mogelijk. Bovendien biedt het inzicht in de (impact)belasting van verschillende loopstijlen.