อ่าน 4 นาที

การเดิน

การเดินคือรูปแบบการเคลื่อนไหวของแขนขาของสัตว์รวมถึงมนุษย์ในระหว่างการเคลื่อนที่บนพื้นผิวแข็ง สัตว์ส่วนใหญ่ใช้การเดินหลายรูปแบบ...

การเดิน

( เรียนรู้วิธีและเวลาในการลบข้อความนี้ )

การเดินคือรูปแบบการเคลื่อนไหวของแขนขาของสัตว์รวมถึงมนุษย์ในระหว่างการเคลื่อนที่บนพื้นผิวแข็ง สัตว์ส่วนใหญ่ใช้การเดินหลายรูปแบบ โดยเลือกรูปแบบการเดินตามความเร็วภูมิประเทศความจำเป็นในการเคลื่อนที่และประสิทธิภาพด้านพลังงาน สัตว์ต่างชนิดกันอาจใช้การเดินที่แตกต่างกันเนื่องจากความแตกต่างทางกายวิภาคที่ทำให้ไม่สามารถใช้การเดินบางรูปแบบได้ หรือเพียงเพราะความชอบโดยกำเนิดที่พัฒนาขึ้นมาอันเป็นผลมาจากความแตกต่างของถิ่นที่อยู่ แม้ว่าการเดินแต่ละรูปแบบจะมีชื่อเฉพาะ แต่ความซับซ้อนของระบบชีวภาพและการปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมทำให้การแบ่งแยกเหล่านี้ "คลุมเครือ" อย่างมาก การเดินมักถูกจัดประเภทตามรูปแบบการลงเท้า แต่การศึกษาล่าสุดมักนิยมใช้คำจำกัดความตามหลักกลศาสตร์ คำนี้โดยทั่วไปไม่ได้หมายถึงการขับเคลื่อนด้วยแขนขาผ่านตัวกลางที่เป็นของเหลว เช่น น้ำหรืออากาศ แต่หมายถึงการขับเคลื่อนบนพื้นผิวแข็งโดยการสร้างแรงปฏิกิริยาต่อพื้นผิวนั้น (ซึ่งสามารถใช้ได้กับการเดินใต้น้ำเช่นเดียวกับการเดินบนบก)

เนื่องจากการเคลื่อนไหวของสัตว์นั้นรวดเร็วมาก การสังเกตโดยตรงเพียงอย่างเดียวจึงมักไม่เพียงพอที่จะให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับรูปแบบการเคลื่อนไหวของแขนขา แม้ว่าจะมีการพยายามจำแนกประเภทการเดินโดยอาศัยรอยเท้าหรือเสียงฝีเท้าในยุคแรกๆ แต่ก็จนกระทั่งEadweard MuybridgeและÉtienne-Jules Mareyเริ่มถ่ายภาพชุดอย่างรวดเร็ว การตรวจสอบการเดินอย่างเป็นวิทยาศาสตร์อย่างถูกต้องจึงเริ่มต้นขึ้นได้

ลองค้นหาคำว่า "gait"ในวิกิพีเดีย ซึ่งเป็นพจนานุกรมออนไลน์ฟรี

ภาพรวม

มิลตัน ฮิลเดแบรนด์เป็นผู้บุกเบิกการวิเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์ร่วมสมัยและการจำแนกประเภทการเดิน การเคลื่อนไหวของแต่ละขาถูกแบ่งออกเป็นระยะยืน ซึ่งเท้าสัมผัสพื้น และระยะแกว่ง ซึ่งเท้าถูกยกขึ้นและเคลื่อนไปข้างหน้า^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}แต่ละขาต้องครบวงจรในระยะเวลาเท่ากันมิฉะนั้นความสัมพันธ์ของขาข้างหนึ่งกับขาข้างอื่น ๆ อาจเปลี่ยนแปลงไปตามเวลา และรูปแบบที่คงที่ก็จะไม่เกิดขึ้น ดังนั้น การเดินใด ๆ ก็สามารถอธิบายได้อย่างสมบูรณ์ในแง่ของการเริ่มต้นและสิ้นสุดของระยะยืนของสามขาที่สัมพันธ์กับวงจรของขาอ้างอิง ซึ่งโดยปกติคือขา หลัง ซ้าย

ตัวแปร

โดยทั่วไปแล้ว การเดินจะถูกแบ่งออกเป็น "แบบสมมาตร" และ "แบบไม่สมมาตร" โดยพิจารณาจากการเคลื่อนไหวของแขนขา คำศัพท์เหล่านี้ไม่ได้เกี่ยวข้องกับความสมมาตรซ้ายขวาแต่อย่างใดในการเดินแบบสมมาตร แขนขาซ้ายและขวาของคู่หนึ่งจะสลับกันเดิน ในขณะที่การเดินแบบไม่สมมาตร แขนขาจะเคลื่อนไหวพร้อมกัน การเดินแบบไม่สมมาตรบางครั้งเรียกว่า "การเดินแบบกระโดด" เนื่องจากมีช่วงที่ลอยตัวอยู่กลางอากาศ

ตัวแปรสำคัญสำหรับการเดินคือ อัตราส่วนการทำงาน (Duty Factor) และ ความสัมพันธ์ระหว่างระยะ ของขาหน้าและ ขาหลัง (Foel-Hindlimb Phase) อัตราส่วนการทำงานคือเปอร์เซ็นต์ของรอบการเคลื่อนไหวทั้งหมดที่เท้าข้างใดข้างหนึ่งสัมผัสพื้น ค่านี้มักจะเท่ากันสำหรับขาหน้าและขาหลัง เว้นแต่สัตว์จะเคลื่อนที่ด้วยท่าเดินที่ได้รับการฝึกฝนมาเป็นพิเศษ หรือกำลังเร่ง ความเร็ว หรือลดความเร็วอัตราส่วนการทำงานที่มากกว่า 50% ถือว่าเป็นการ "เดิน" ในขณะที่ค่าที่น้อยกว่า 50% ถือว่าเป็นการ "วิ่ง" ความสัมพันธ์ระหว่างระยะของขาหน้าและขาหลังคือ ความสัมพันธ์ เชิงเวลาของขาแต่ละคู่ หากขาหน้าและขาหลังข้างเดียวกันเริ่มระยะการยืนพร้อมกัน ระยะนั้นจะเป็น 0 (หรือ 100%) หากขาหน้าข้างเดียวกันสัมผัสพื้นช้ากว่าขาหลังครึ่งรอบการเคลื่อนไหว ระยะนั้นจะเป็น 50%

ผลกระทบทางสรีรวิทยาของการเดิน

การเลือกรูปแบบการเดินอาจส่งผลกระทบมากกว่าแค่การเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนไหวและความเร็วของแขนขา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของการหายใจเนื่องจากพวกมันไม่มีกระบังลมกิ้งก่าและซาลาแมนเดอร์จึงต้องขยายและหดผนังลำตัวเพื่อบังคับอากาศเข้าและออกจากปอด แต่กล้ามเนื้อเหล่านี้เป็นกล้ามเนื้อเดียวกันกับที่ใช้ในการเคลื่อนไหวแบบคลื่นด้านข้างของร่างกาย ดังนั้นพวกมันจึงไม่สามารถเคลื่อนไหวและหายใจไปพร้อมกันได้ ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่เรียกว่าข้อจำกัดของแคริเออร์ (Carrier's constraint)แม้ว่าบางชนิด เช่นกิ้งก่ามอนิเตอร์จะสามารถหลีกเลี่ยงข้อจำกัดนี้ได้โดยการสูบฉีดอากาศผ่านช่องปากในทางตรงกันข้าม การงอของกระดูกสันหลังของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่วิ่งควบทำให้เครื่องใน ช่องท้อง ทำหน้าที่เหมือนลูกสูบ ขยายและยุบตัวของปอดตามการงอและยืดของกระดูกสันหลังของสัตว์ ทำให้การหายใจเพิ่มขึ้นและแลกเปลี่ยนออกซิเจนได้ มากขึ้น

ความแตกต่างระหว่างสายพันธุ์

หนูแฮมสเตอร์กำลังเดินอยู่บนลู่วิ่งโปร่งใส

การเดินแบบสามขา สลับกันของมดทะเลทราย

โดยทั่วไปแล้ว สัตว์จะใช้รูปแบบการเดินที่แตกต่างกันไปตามความเร็ว สัตว์เกือบทั้งหมดสามารถเดินแบบสมมาตรได้ ในขณะที่การเดินแบบไม่สมมาตรส่วนใหญ่จำกัดอยู่เฉพาะในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งสามารถงอกระดูกสันหลังได้มากพอที่จะเพิ่มความยาวของก้าว (แม้ว่าจระเข้ขนาดเล็กจะสามารถใช้การเดินแบบกระโดดได้) การเดินแบบลำดับด้านข้างในระหว่างการเดินและการวิ่งนั้นพบได้บ่อยที่สุดในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม[3] แต่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่อาศัยอยู่บนต้นไม้ เช่น ลิง โอพอสซัมบางชนิด และคิงคาจู จะใช้การเดินแบบลำดับแนวทแยงเพื่อเพิ่มความมั่นคง[3] การเดินและการวิ่งแบบลำดับแนวทแยง (หรือที่เรียกว่าการวิ่งเหยาะๆ) มักใช้โดยสัตว์สี่ขาที่แผ่ขาออกกว้าง เช่น ซาลาแมนเดอร์และกิ้งก่า เนื่องจากการสั่นสะเทือนด้านข้างของร่างกายในระหว่างการเคลื่อนไหว สัตว์สองขาเป็นกรณีพิเศษ และสัตว์สองขาส่วนใหญ่จะแสดงรูปแบบการเดินเพียงสามแบบ ได้แก่ การเดิน การวิ่ง และการกระโดด ในระหว่างการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติ การเดินแบบอื่นๆ เช่น การกระโดดเชือกของมนุษย์ ไม่ได้เกิดขึ้นโดยปราศจากความพยายามโดยตั้งใจ

ลักษณะการเดินของแมลงหกขาได้รับการอธิบายอย่างละเอียด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแมลงหวี่และแมลงกิ่งไม้ (Phasmatodea) แมลงหวี่ใช้การเดินแบบสามขาโดยที่ขา 3 ข้างแกว่งไปพร้อมกัน ขณะที่ขาอีก 3 ข้างยังคงอยู่บนพื้นในท่าทรงตัว^{[ 3 ]}อย่างไรก็ตาม ความแปรปรวนในการเดินนั้นต่อเนื่อง แมลงหวี่ไม่แสดงการเปลี่ยนผ่านที่ชัดเจนระหว่างการเดิน แต่มีแนวโน้มที่จะเดินในรูปแบบสามขาที่ความเร็วสูงกว่า ที่ความเร็วต่ำ พวกมันมีแนวโน้มที่จะเดินโดยใช้ขา 4 หรือ 5 ข้างในท่าทรงตัว^{[ 4 ]}การประสานงานแบบสี่ขา (เมื่อขา 4 ข้างอยู่ในท่าทรงตัว) คือการที่ขาคู่ตรงข้ามในแนวทแยงแกว่งไปพร้อมกัน การเดินแบบคลื่น (บางครั้งเรียกว่าคลื่นเมตาโครนัล) อธิบายถึงการเดินที่ขาเพียง 1 ข้างเข้าสู่การแกว่งในแต่ละครั้ง การเคลื่อนไหวนี้แพร่กระจายจากด้านหลังไปด้านหน้าในด้านหนึ่งของร่างกายแล้วจึงไปในทิศทางตรงกันข้าม แมลงกิ่งไม้ ซึ่งเป็นแมลงหกขาขนาดใหญ่กว่า แสดงการเดินแบบสามขาเฉพาะในช่วงระยะตัวอ่อนเท่านั้น เมื่อโตเต็มวัยที่ความเร็วต่ำ พวกมันมักจะเดินเป็นคลื่นเมตาโครนัล โดยที่ขาเพียงข้างเดียวแกว่งในแต่ละครั้ง เมื่อความเร็วสูงขึ้น พวกมันจะเดินแบบประสานงานสี่ขา โดยที่ขา 2 ข้างจับคู่กันแกว่งหรือเป็นคลื่นเมตาโครนัล โดยขยับขาเพียงข้างเดียวในแต่ละครั้ง^{[ 5 ]}

การจำแนกประเภทการเดินตามพลังงาน

แม้ว่าการเดินจะสามารถจำแนกได้ตามจังหวะการลงเท้า แต่ผลงานวิจัยใหม่ที่เกี่ยวข้องกับจลนศาสตร์ ของร่างกายโดยรวม และการบันทึกแรงจากแผ่นวัดแรง ได้ก่อให้เกิดแผนการจำแนกประเภททางเลือกใหม่ ซึ่งอิงตามกลไกของการเคลื่อนไหวในแผนการนี้ การเคลื่อนไหวจะถูกแบ่งออกเป็น การเดินและการวิ่ง การเดินทุกรูปแบบมีลักษณะเฉพาะคือการเคลื่อนไหวแบบ "กระโดด" ของร่างกายเหนือขา ซึ่งมักอธิบายว่าเป็นลูกตุ้มกลับหัว (แสดงความผันผวนของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ที่อยู่นอกเฟส) ซึ่งเป็นกลไกที่อธิบายโดยGiovanni Cavagnaในการวิ่ง พลังงานจลน์และพลังงานศักย์จะผันผวนในเฟสเดียวกัน และการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจะถูกส่งต่อไปยังกล้ามเนื้อกระดูกเส้น เอ็นและเอ็นยึดกระดูกที่ทำหน้าที่เหมือนสปริง (ดังนั้นจึงอธิบายได้ด้วยแบบจำลองสปริง-มวล )

พลังงาน

โดยทั่วไปแล้ว ความเร็วเป็นตัวกำหนดการเลือกรูปแบบการเดิน โดย สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม สี่ขาจะเปลี่ยนจากการเดินเป็นการวิ่ง และการควบ เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น แต่ละรูปแบบการเดินจะมีระดับความเร็วที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งเป็นระดับที่ใช้พลังงานน้อยที่สุดต่อเมตร และค่าใช้จ่ายจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเร็วลดลงหรือเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนรูปแบบการเดินจะเกิดขึ้นใกล้กับความเร็วที่ค่าใช้จ่ายของการเดินเร็วสูงกว่าค่าใช้จ่ายของการวิ่งช้า สัตว์ที่ไม่ถูกจำกัดมักจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เหมาะสมที่สุดสำหรับรูปแบบการเดินของมันเพื่อลดต้นทุนพลังงานให้เหลือน้อยที่สุดต้นทุนการเดินทางถูกนำมาใช้เพื่อเปรียบเทียบพลังงานที่ใช้ไปของรูปแบบการเดินต่างๆ รวมถึงรูปแบบการเดินของสัตว์ต่างชนิดกันด้วย