Mitä on hevosen biomekaniikka?

Hevosen biomekaniikka

”Biomekaniikka” terminä vaikuttaa aiheuttavan hämmennystä ja väärinkäsityksiä. Biomekaniikka ei ole salatiedettä eikä koulukunta vaan se on oma tieteenala. Tiivistän pähkinänkuoreen mistä on kysymys.

Soveltavaa tiedettä

Fysiikkaa ja anatomiaa

Biomekaniikassa sovelletaan montaa eri tieteenalaa, tärkeimpänä ehkä fysiikka ja anatomia. Näiden lisäksi eläinlääketiedettä, lääketiedettä, biologiaa, neurotieteitä, kinetiikkaa, kinematiikkaa, ortopediaa jne.

Hevosen biomekaniikassa tutkitaan ensisijaisesti hevosen tuottamia voimia ja liikkeitä ja / tai hevoseen vaikuttavia voimia ja liikkeitä.

Hevosen tuottamat voimat ja liike = eri askellajit, vauhti, työntönopeus jne.

Hevoseen vaikuttavat voimat = ratsastaja, varusteet, pohjat jne.

Mekaniikan peruslait

Biomekaniikkaan perehtyessä pääsee todella pitkälle jos opiskelee hevosen anatomiaa ja rakennetta sekä rakenteen vaikutusta liikkeeseen, ja hallitsee edes välttävästi painovoimateorian sekä Newtonin mekaniikan peruslait.

Isaac Newton
Isaac Newton on nimi jota biomekaniikassa ei voida sivuuttaa. Newtonin mekaniikan peruslait toimivat tutkimuksen pohjana ja kivijalkana. Painovoimateoriakin olisi hyvä hallita, jolloin ymmärtää hevosta ja monia sen liikkeitä entistä paremmin.

Biomekaniikan historiaa lyhyesti

Hevonen ja hevosen liike on aina kiehtonut ihmistä. Tutkimuksia löytyy jo ennen ajanlaskumme alkua, roomalaiset ja kreikkalaiset tutkivat intensiivisesti hevosia ja niiden liikkeitä. Xenophon kirjoitti hevosen rakenteesta n. 400 ennen ajanlaskumme alkua (kirja on edelleen ajankohtainen, ideaalit nivelkulmat ovat pysyneet hevosilla samana tuhansia vuosia**) ja Aristoteles kirjoitti hevosen liikkeistä ja takapään moottorista n. 300 ennen ajanlaskumme alkua.

Oli tarve

Ihmissilmä on todella armottoman hidas (me ihmiset ollaan ylipäätään aika hitaita pl. Usain Bolt). Vanhoja maalauksia katsoessa hevoset saattavat usein olla todella hassuissa asennoissa liikkeessä, ja tämä johtuu juuri siitä ettei meidän silmä näe enää nopeita askellajeja.

hevosmaalaus
Vanhoissa maalauksissa hevoset saattavat olla todella hassuissa ja luonnottomissa asennoissa. Tässä kuitenkin jotain totuuden perää, suurimmat outoudet on yleensä niissä maalauksissa joissa hevonen ravaa.

Tämä tuo haasteensa edelleen nykypäivänä mm. ontumatutkimuksiin ja liikkeen korjaukseen, mutta nyt meillä on jo hieman paremmin keinoja (esim. kameran hidastustoiminto) katsoa sitä mitä ei omalla silmällä nähdä.

Muybridge

Virallisesti hevosen biomekaniikan tutkimuksen katsotaan alkaneen 1800-luvun loppupuolella kun Muybridge väitteli ystävänsä kanssa onko hevosen ravissa liitovaihetta vai ei. Todistaakseen väittämänsä että ravissa ON liitovaihe, Muybridge asetti monta kameraa peräkkäin, laittoi hevosen ravaamaan niiden edestä laukaisten kamerat järjestyksessä.

Samalla kun hän vihdoin sai todistettua ihmisiä 5000 vuotta vaivanneen ravin liitovaiheen (kyllä, se on), hän tuli vahingossa kehittäneeksi alun nykypäiväiselle elokuvateollisuudelle.

Dokumentti Muybridgestä.

70-luvulla tuli ”urheiluhevonen”

70-lukua voidaan katsoa hevosen biomekaniikan tutkimuksen näkökulmasta tärkeänä ajankohtana. Lanseerattiin käsite urheiluhevonen. Siihen saakka kaikki hevoset olivat enemmän tai vähemmän työ- ja käyttöhevosia.

Samaan aikaan teknologia kehittyi merkittävästi ja tuli tehokkaampia keinoja tutkia hevosia. Länsinaapurimme Ruotsi on ollut hevosen biomekaniikan tutkimuksen näkökulmasta merkittävä tekijä ja siellä on tehty paljon merkittävää biomekaniikan tutkimusta jo 1920 luvun hujakoilta aina tähän päivään saakka. Ruotsalaisten katsotaan olevan ensimmäisiä jotka käyttivät juoksumattoa hevosen liikkeen tutkimisessa (Fredricson et al., 1983).

Urheiluhevonen = raha

Koska luonnollisesti urheiluhevonen toi mukanaan uusia asioita kuten voittosummia ja isoja liikevaihtoja, tuli myös tutkimukselle iso tarve – miten saisi vielä enemmän niitä voittosummia ja isoja rahoja.

70-luvulla hevosen käyttö, elinympäristö ja elinolosuhteet, jalostus, varusteet ja käytännössä kaikki hevosen elämään ja liikkumiseen vaikuttavat asiat muuttuivat. Kulkuneuvosta jolta vaadittiin kestävyyttä ja pitkiä työtunteja tuli kilpaurheiluväline jolta vaaditaan vauhtia ja lyhyitä matkoja, kestävyyden ollessa pienemmässä roolissa.

70-luku on siis hevosen historian, käytön ja genetiikan näkökulmasta yksi suurimmista yksittäisistä kulmakivistä (polttomoottorin ja konekiväärin lisäksi).

Miten biomekaniikkaa tutkitaan?

Hevonen on valtavan kokoinen, kolmiulotteinen, ka 500 kiloinen eläin joka pystyy parhaimmillaan laukkaamaan lähes 80km/h. On siis ymmärrettävää että tutkimustyön tekeminen ei ole a) halpaa ja b) helppoa.

Tutkimustyöhön vaaditaan järeät ja kalliit laitteet, joten tutkimuksia ei ole varaa tehdä ihan joka putiikissa. Kenttäolosuhteisiin sopivia luotettavia tutkimuslaitteita on edelleen hyvin vähän.

Pienetkin asiat voivat tuoda haasteita, isoista puhumattakaan

Hevoseen liittyy koon ja vauhdin lisäksi muita tutkimusta vaikeuttavia haasteita. Yksi niistä on mm. hevosen kyky värisyttää ihoaan (tiedätte kun kärpänen laskee kyljelle niin hevonen värisyttää sen pois – musculus cutaneus). Tämä vaikeuttaa mm. liikeanalyysien luotettavaa tekemistä todella paljon. Tämä on haastava tekijä myös esim. EMG mittauksissa joissa mitataan lihaksiston aktiivisuutta.

Liikeanalyysitutkimuksia tehdään asettamalla hevoselle ”maamerkkejä” (landmark) nivelten päälle, joiden perusteella lasketaan esimerkiksi nivelten liikkuvuutta. Hevosen olkanivel on jo melko järeän kokoinen, joten muutaman sentinkin heitot merkkien asetteluissa voi tuoda merkittäviä haasteita tulosten tulkintaan. Näitä mahdollisia virhelähteitä sitten lasketaan ”monte carlo -simulaatioilla” pois tutkimuksista.

Kaikkien erilaisten jalkoihin laitettavien antureiden tai juoksumattojen on todettu myös muuttavan hevosten liikkumista, mm. juoksumatolla hevonen käyttää merkittävästi vähemmän lihasvoimaa kuin luonnossa.

Eli tutkimuksia lukiessa on myös hyvä vähän kiinnittää huomiota miten niitä on tehty.

Tutkimus tänäpäivänä

Pyöräähän ei kukaan ole keksimässä uudelleen. Tällä hetkellä tutkimus kertoo enemmän MIKSI ja MITEN asioista jotka on tiedetty jo vuosituhansia.

Tutkimustulokset auttavat ymmärtämään miksi hevonen liikkuu miten se liikkuu (tai miten se ylipäätään liikkuu) ja mitkä asiat sen liikkeeseen vaikuttavat positiivisesti ja mitkä negatiivisesti.

Tutkimustietoa tulisi hyödyntää kaikessa arjessa hevosen kanssa. Vaikka vielä on paljon tutkimatta ja tietoa tuleekin jatkuvasti lisää, on monet ongelmat arjessa ratkaistavissa kun ymmärretään liikkeen ja tasapainon tuomia mahdollisuuksia ja rajoitteita.

…ja lähes kaikkeen saa ihan loogisen selityksen. Perusasiat hevosten kanssa on loppupeleissä hyvin yksinkertaisia.

Ehkä voisi sanoa että meillä on monista yksinkertaisista asioista tehty ydinfysiikkaa, mutta sitten toisaalta niitä vaikeita asioita on koitettu yksinkertaistaa aivan liikaa, vaikka oikeasti ne onkin jo vähän ydinfysiikkaa 🙂


Hevosen rakenteesta voit opiskella tästä linkistä.  (Rakenteen vaikutus liikkeeseen ja terveyteen)

Hevosen biomekaniikan perusteoriasta osa 1 tästä linkistä. (Hevosen jänne- ja kalvojärjestelmä, elastinen takaisku ja elastinen energia ja niiden vaikutus sekä merkitys liikkeeseen)

Hevosen biomekaniikan perusteoria osa 2 tästä linkistä. (Hevosen liikkeen tuottaminen, selän ja rungon toiminta, hengitys)


**Hevosen ideaaleja nivelkulmia on arvosteltu näyttelyissä ja jalostuksessa jo vuosituhansia. On hämmästyttävää miten samanlaiset ne ovat olleet vuosituhansia. Koska nivelkulmien merkitys on sekä voimantuotossa että iskunvaimennuksessa ne on myös fysiikan kaavoilla laskettavissa – päätyen aina samoihin ihanteisiin. Lisää aiheesta löydät täältä.