Comenzaron a subir la escarpada ladera del monte por senderos zigzagueantes, todos ellos cubiertos de agujas de pino y hojas secas…

PasosLargos (Sierra de las Nieves, Málaga)

La noticia “Un Sendero en Zigzag al Avanzar Por una Pendiente Cansa Menos,” Noticias de la Ciencia y la Tecnología, 2 de Abril de 2008, que describe el trabajo desarrollado en M. Llobera and T.J. Sluckin, “Zigzagging: Theoretical insights on climbing strategies,” Journal of Theoretical Biology, Volume 249, Issue 2, Pages 206-217, 21 November 2007, en el que se trata de justificar que los senderos zigzagueantes en las colinas que encontramos los que nos gusta “patear” el monte son los que minimizan el consumo energético (metabólico) a la hora de ascender y descender por una montaña y son el resultado de un diseño “casi-óptimo” de nuestros ancestros.

La parte más interesante del trabajo es cómo modelar matemáticamente nuestro consumo energético al caminar por una pendiente y se basa en el trabajo anterior de Minetti, A.E., “Optimum gradient of mountain paths,” Journal of Applied Physiology, Volume 79, Issue 5, Pages 1698-1703, 1995, quien ha utilizado datos experimentales clásicos [R. Margaria, 1938] relativos al coste metbólico de subir pendientes (locomoción gradiental). El trabajo de Minetti mostró que para un humano promedio la mejor pendiente de subida, la que consume menos recursos energéticos, tiene una pendiente de 25% aproximadamente (por debajo de una pendiente del 15% no hay mucha diferencia con el consumo al caminar en llano). Este trabajo de Minetti ya nota que la mayoría de los senderos son zigzagueantes para aprovechar este ahorro energético presentando una pequeña muestra de caminos experimentalmente medidos.

¿Y cómo se relaciona el gasto energético de caminar comparado con el de correr? Minetti ha seguido trabajando en este tema. Minetti, A.E., Moia, C., Roi, G.S., Susta, D., Ferretti, G., Energy cost of walking and running at extreme uphill and downhill slopes,” Journal of Applied Physiology, Volume 93, Issue 3, Pages 1039-1046, September 2002, mide el coste energético de caminar y correr medido en 10 corredores utilizando una “cinta de correr” en plano inclinado (que permite mantener la velocidad más o menos constante). Caminar en llano requiere un coste, sea Cw, que se reduce a casi la mitad cuesta abajo y que puede llegar a multiplicarse por 10 cuesta arriba. Correr en llano requiere el doble coste que caminar con similares proporciones en cuesta arriba y cuesta abajo. Sin embargo, comparando caminar “rápido” y correr “lento” (más o menos a la misma velocidad), resulta que caminar “rápido” es mucho más costoso que correr “lento” (por eso cuando queremos ir rápido corremos en lugar de caminar). El trabajo es interesante porque estima las velocidades máximas que se pueden alcanzar corriendo en llano, cuesta arriba y cuesta abajo.

¿Y cómo reducimos nuestro gasto energético cuando vamos en bicicleta? En el trabajo Ardigò, L.P., Seibene, F., Minetti, A.E., “The optimal locomotion on gradients: Walking, running or cycling?,” European Journal of Applied Physiology, Volume 90, Issue 3-4, Pages 365-371, October 2003, estudian el coste energético de ir en bicicleta comparado con caminar y correr. En llano, ir en bicicleta es más económico que correr, que es más económico que caminar “rápido”. Los autores desarrollan un modelo matemático que permite predicer el consumo energético en función del ángulo de la pendiente. Encuentran que ir bicicleta es más económico sólo para pequeña pendiente (menor del 15%), siendo caminar el modo más eficiente por encima de esta pendiente. Han verificado sus resultados teóricos experimentalmente con 7 ciclistas aficionados a los que se ha pedido que caminen, corran y pedaleen por “cintas de correr” con diferente inclinación que se mueven a la misma velocidad.

¿Realmente están optimizados nuestros músculos para minimizar el gasto de energía cuando andamos y corremos? Alexander, R.McN, “Optimization of muscles and movement for performance or economy of energy,” Netherlands Journal of Zoology, Volume 50, Issue 2, Pages 101-112, 2000, muestra una serie de ejemplos de cómo los músculos y los movimientos humanos están diseñados para maximizar el rendimiento minimizando el coste energético. En movimientos oscilatorios, como al caminar o correr, la combinación de las propiedades de los músculos es la óptima en función de la elasticidad de los tendones, que son ajustados en tiempo real con objeto de minimizar la energía. También estudia a los saltadores olímpicos de altura y de longitud que corren a diferente velocidad y doblan las piernas en ángulos diferentes para obtener los mejores saltos.

¿Pero hay una velocidad óptima para caminar (en llano)? Sí, la que implica un coste metabólico mínimo, unos 1.11 m/s en promedio. Además, el coste de correr, en llano, es prácticamente constante e independiente de la velocidad (aproximadamente el doble que el de caminar a la velocidad óptima). Estos resultados y otros interesantes sobre la biomecánica de la locomoción humana se describen en Saibene, F., Minetti, A.E., “Biomechanical and physiological aspects of legged locomotion in humans,” European Journal of Applied Physiology, Volume 88, Issue 4-5, Pages 297-316, January 2003 (versión gratuita). Caminar y correr son dos movimientos humanos muy complejos que involucran un enorme número de órganos pero que se pueden describir fácilmente con dos modelos sencillos: un péndulo invertido y un muelle. Los músculos se contraen a cada paso con objeto de mover las articulaciones del cuerpo de la forma adecuada que permite optimizar el consumo energético (tanto energía mecánica como elástica). El artículo estudia la mecánica de la locomoción en humanos adultos, niños, pigmeos y enanos, mostrando que no hay grandes diferencias. Sin embargo, caminar o correr con un peso a cuestas (externo o interno, como la obsesidad) sí afecta significativamente al gasto energético.

¿Pero hay diferencias entre la eficiencia energética de algunas personas y otras? Sí, claro que las hay, pero donde mejor se ve es en las poblaciones humanas adaptadas a vivir en las alturas, como los porteadores nepalíes en la región del Himalaya, Minetti, A.E., Formenti, F., Ardigò, L.P., “Himalayan porter’s specialization: Metabolic power, economy, efficiency and skill,” Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, Volume 273, Issue 1602, Pages 2791-2797, 7 November 2006. ¿Por qué los porteadores nepalíes tiene mejor rendimiento que los montañeros experimentados? Una posible respuesta está en que han adaptado su manera de caminar a llevar un peso desde que son críos, son capaces de balancear las cargas de los diferentes segmentos de su cuerpo de tal forma que minimizan su consumo energético. Los resultados cuando menos son sorprendentes. Resultados similares, pero para 15 escaladores expertos se han obtenido en Bohne, M., Abendroth-Smith, J., “Effects of hiking downhill using trekking poles while carrying external loads,” Medicine and Science in Sports and Exercise, Volume 39, Issue 1, Pages 177-183, January 2007.

Pero volvamos al principio, nuestros antepasados diseñaron los senderos para que fueran óptimos en consumo energético, ¿podemos hacerlo nosotros mejor? Sí, se pueden utilizar algoritmos por ordenador y herramientas GIS (sistemas de información geográfica) para determinar la mejor “colocación” de los senderos, como muestra Rees, W.G., “Least-cost paths in mountainous terrain,” Computers and Geosciences, Volume 30, Issue 3, Pages 203-209, April 2004, quienes han aplicado estas técnicas a senderos en un área montañosa de Gales (Gran Bretaña) utilizando para determinar el camino de menor coste un algoritmo desarrollado por Dijkstra. Sorprendentemente, muchos de los senderos óptimos según el ordenador son muy cercanos a los senderos realmente presentes en el terreno. En cualquier caso, el objetivo de los autores es el uso de estas técnicas GIS para diseñar nuevos senderos, no para estudiar la antropología humana.¿Para qué le sirve todo esto a alguien que disfruta “pateando” el monte? ¿Podemos utilizar estos resultados para seleccionar el mejor sendero a la hora de “rutear” por la montaña? Sí, por supuesto que sí. Scarf, P., “Route choice in mountain navigation, Naismith’s rule, and the equivalence of distance and climb,” Journal of Sports Sciences, Volume 25, Issue 6, Pages 719-726, April 2007, discute el uso de la regla de Naismith (sí, del inventor del Baloncesto), que permite a los montañeros estimar el tiempo de la caminata en función del terreno montañoso, y su uso para elegir la mejor ruta. La regla de Naismith nos dice que ascender 1 metro cuesta arriba equivale a recorrer 8 metros en llano (para mujers 10 metros, no lo digo yo, lo dice Naismith). Con esta “cuenta de la vieja” y plano topográfico (como los del ejército) para la ruta, podemos estimar el tiempo de “pateo” y tomar decisiones en las confluencias de senderos sobre cuál es el mejor a elegir.

De todas todas, yo suelo elegir los senderos en función de las recomendaciones de mis amigos y valora más la belleza del paisaje y los hitos a encontrar que el tiempo o el gasto energético que me requiere.

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