Biomechanika w treningu
Ruch jest najbardziej spektakularnym elementem aktywności życiowej człowieka. W codziennym życiu oraz w sporcie odgrywa on fundamentalną rolę. Jego pełne zrozumienie i efektywne wykorzystanie wpływają na nasze zdrowie oraz wyniki sportowe. Wiedzy o nim dostarcza nam nauka zwana biomechaniką. W artykule tym poruszone zostaną wybrane elementy tej dziedziny, które mają bezpośredni związek z ćwiczeniami fizycznymi.
SPIS TREŚCI:
1. Biomechanika sportowa
2. Kinematyka
3. Łańcuchy kinematyczne
4. Siła, szybkość i moc w biomechanice
5. Dźwignie
6. Grupy funkcjonalne i prawo wzajemnego hamowania
Określ swój cel treningowy, a my pomożemy Ci go osiągnąć.
1. Biomechanika sportowa
Biomechanika to nauka badająca wpływ wewnętrznych i zewnętrznych sił na ludzkie ciało oraz jego skutki. W definicji tej siłami wewnętrznymi są siły generowane przez mięśnie działające w systemie kości – dźwigni i ich połączeń – stawów oraz otaczającej ich powięzi. Natomiast siłami zewnętrznymi są m.in grawitacja, siła bezwładności, opór powietrza, reakcja podłoża. Biomechanika pomaga nam zrozumieć, w jaki sposób się poruszamy, oraz pozwala przewidzieć skutki tych ruchów.
Biomechanika to bardzo rozbudowana dziedzina wiedzy z pogranicza nauk ścisłych (mechaniki, fizyki) i biologicznych (fizjologia, medycyna). Dzieli się na kilka dużych działów, w skład których wchodzi m.in. biomechanika sportowa. Odnosi się ona do sił i ich wpływu na ludzkie ciało podczas ćwiczeń fizycznych. Zajmuje się badaniem i modelowaniem ruchu zawodnika wykonującego różne ćwiczenia. Dzięki niej możemy dobrać odpowiedni ruch, by świadomie stymulować konkretne grupy mięśniowe. Trenerzy dzięki tej wiedzy są w stanie uczyć poprawnej techniki oraz planować trening (np. za pomocą FMS), dostosować go do budowy ciała oraz ewentualnych ograniczeń i zaburzeń w układzie ruchu.
Głównymi celami biomechaniki sportu jest poprawa wyników i wydajności w danej dyscyplinie sportowej oraz dostarczenie wiedzy, w jaki sposób unikać kontuzji lub jak sobie z nią poradzić (rehabilitacja).
2. Kinematyka
Podstawą biomechaniki jest mechanika, którą dzielimy na kinematykę, dynamikę i statykę.
Kinematyka zajmuje się opisem ruchu ciała, czyli zmianą jego pozycji w przestrzeni. W opisie ćwiczeń często wykorzystywane są sformułowania pochodzące właśnie z tej dziedziny wiedzy. By łatwiej i precyzyjniej opisywać ruch, powinniśmy znać chociaż podstawy tej terminologii.
W celu orientacyjnego określenia przestrzeni wykonywania poszczególnych ruchów posługujemy się umownymi osiami i płaszczyznami. Stosujemy je w odniesieniu do tzw. pozycji anatomicznej.
Przez nasze ciało przechodzą trzy umowne płaszczyzny, które są wzajemnie prostopadłe i przecinają się ze sobą w środku ciężkości ciała. Linie ich przecięcia wyznaczają główne osie ciała.
Płaszczyzna strzałkowa (pośrodkowa) jest równoległa do szwu strzałkowego i dzieli ciało na część prawą i część lewą, a kończyny na część boczną i część przyśrodkową. Wyznaczają ją osie pionowa i strzałkowa. Odbywają się w niej ruchy zginania i prostowania.
Płaszczyzna czołowa (wieńcowa) jest równoległa do czoła lub szwu wieńcowego i dzieli tułów, głowę i kończyny dolne na część przednią i tylną. Wyznaczają ją oś pionowa i oś pozioma. Odbywają się w niej ruchy odwodzenia i przywodzenia.
Płaszczyzna pozioma (poprzeczna) dzieli tułów i głowę na część dolną i część górną, a kończyny na dystalną i proksymalną. Wyznaczają ją osie poziome i strzałkowe. Odbywają się w niej ruchy rotacyjne. W przypadku kończyn mówimy o nawracaniu (pronacji) i odwracaniu (supinacji). W przypadku tułowia są to skręty w lewo i w prawo.
Oś strzałkowa przebiega od przodu do tyłu. W odniesieniu do niej używamy określeń: kierunek przedni (brzuszny) i tylny (grzbietowy). Znajduje się w miejscu przecięcia płaszczyzn strzałkowych i poprzecznych.
Oś pionowa (podłużna) wyznacza kierunek górny i dolny i jest prostopadła do podłoża. Znajduje się w przecięciu płaszczyzn strzałkowych i czołowych.
Oś poprzeczna (pozioma) przebiega od jednej strony ciała do drugiej. Wyznacza kierunek przyśrodkowy i boczny. Znajduje się w przecięciu płaszczyzn czołowych i poprzecznych.
3. Łańcuchy kinematyczne
W treningu funkcjonalnym wykorzystywane jest pojęcie łańcucha kinematycznego jako kombinacji kilku kolejno rozmieszczonych stawów stanowiących kompleksowy układ ruchowy. Łańcuchy kinematyczne można podzielić na otwarte i zamknięte.
Jeśli w łańcuchu kinematycznym jego dalszy segment porusza się swobodnie w przestrzeni, wówczas mamy do czynienia z otwartym łańcuchem. Ćwiczenia w otwartych łańcuchach kinematycznych charakteryzują się większą prędkością i swobodą ruchu, a mniejszą stabilnością. Dla przykładu – są to wyprosty lub ugięcia nóg na maszynie, wyciskanie sztangielek, wyciskanie sztangi lub uginanie przedramion ze sztangielkami.
Zamknięty łańcuch kinematyczny jest określany jako ruch wielostawowy, w którym dystalny segment jest ustabilizowany lub napotyka duży opór, który ten ruch uniemożliwia lub w znacznym stopniu ogranicza. Siła wytwarzana przez ciało nie jest wystarczająca, by pokonać ten opór. Przykładem ćwiczenia tego typu są przysiady, pompki, dipsy, podciąganie, martwy ciąg, wykroki.
Ćwiczenia w zamkniętych łańcuchach kinematycznych są bardziej funkcjonalne i bezpieczniejsze, gdyż minimalizują siły ścinające w stawach na rzecz sił kompresyjnych.
4. Siła, szybkość i moc w biomechanice
Drugim istotnym działem mechaniki jest dynamika. Zajmuje się ona badaniem sił powodujących ruch. Najważniejszych odkryć na tym polu dokonał Isaac Newton, który sformułował 3 zasady dynamiki. W kontekście treningowym najbardziej interesuje nas druga zasada, która odnosi się do siły i szybkości, czyli najistotniejszych parametrów treningowych.
Udowadnia ona, że siła równa się iloczynowi masy i przyspieszenia. Z tego wynika, że zwiększenie przyspieszenia, a co za tym idzie – szybkości, wymaga użycia większej siły. Trening oporowy, w którym pokonujemy coraz większe obciążenia, poprawia stosunek siły do szybkości.
Ważnym parametrem związanym z siłą i szybkością jest moc, czyli iloczyn tych dwóch wartości. Innymi słowy jest to szybkość, z jaką wykonujemy daną pracę. Naszą moc możemy rozwijać w czynnościach ruchowych, podczas których pokonywany jest mały (do 50% CM) lub duży opór (50–70% CM). W oporze powyżej 70% CM rozwój naszej mocy spada, gdyż zmniejsza się nasza szybkość. Przykładowymi treningami na moc są plyometria, trening z piłką lekarską lub ćwiczenia olimpijskie.
W latach 30. XX wieku angielski fizjolog i laureat nagrody Nobla Archibald Hill wykazał, że wartość siły rozwijanej przez mięsień zależy od prędkości jego skracania lub rozciągania. Podczas fazy koncentrycznej wartość siły rozwijanej przez mięsień jest odwrotnie proporcjonalna do szybkości skurczu, czyli im większa szybkość, tym mniejsza siła skurczu. Jego wnioski opisane zostały za pomocą równań i tzw. krzywej Hilla.
Dzięki temu odkryciu wiemy, że:
– moc mięśnia pracującego z największą siłą równa się zero,
– moc skurczu mięśnia jest największa przy prędkości jego skracania równej 1/3 prędkości maksymalnej,
– w fazie ekscentrycznej maksymalna siła wytwarzana w mięśniu prawie nie zależy od prędkości jego rozciągania,
– mięsień w fazie ekscentrycznej jest w stanie pokonać opór o 50% większy niż w fazie koncentrycznej.
Wiedzę tę można wykorzystać w treningu ukierunkowanym na rozwój siły, stosując np. metodę oporu w ruchu wstecznym. W fazie ekscentrycznej możemy dźwigać 1,5 razy większe ciężary niż w fazie koncentrycznej, dzięki czemu aktywujemy znacznie większą liczbę jednostek motorycznych.
5. Dźwignie
Siła, którą wytwarzają mięśnie, jest w naszym ciele przenoszona za pomocą szkieletu, który stanowi system dźwigni. Dzięki temu systemowi możemy się poruszać lub przenosić energię na różne przedmioty.
Mięśnie przyczepiają się do kości w konkretnej odległości od stawu, który bierze udział w ruchu. Im dalej od stawu przyczepiony jest mięsień, tym większą dźwignię tworzy. Im większa dźwignia, tym większa siła i większego ciężaru możemy użyć w treningu.
6. Grupy funkcjonalne i prawo wzajemnego hamowania
Wszystkie ruchy wykonywane są przez mięśniowe grupy funkcjonalne podzielone na trzy kategorie: mięśnie agonistyczne, antagonistyczne i synergistyczne.
Dla przykładu – w trakcie uginania rąk ze sztangielkami mięsień dwugłowy ramienia jest agonistą, mięsień ramienny, współdziałając w ruchu, staje się synergistą, a triceps, który wykonuje pracę przeciwstawną, jest antagonistą. Innymi słowy mięśnie agonistyczne wraz z synergistycznymi odpowiadają za dany ruch, a antagonistyczne wyhamowują ich skurcz. By odpowiednio zaplanować trening, istotna jest wiedza dotycząca tego, które mięśnie należą do której grupy. Bez niej trudno byłoby nam ułożyć trening oparty na superseriach lub split łączący ze sobą grupy antagonistyczne.
W biomechanice funkcjonuje tzw. prawo wzajemnego hamowania, według którego napięcie agonistów powoduje rozluźnienie mięśni antagonistycznych. Zależność tę wykorzystał czeski neurolog Vladimir Janda, który opracował ćwiczenie znane dzisiaj jako brzuszki Jandy. Ćwiczenie to pozwala maksymalnie wyizolować mięśnie proste brzucha oraz odciążyć dolny odcinek pleców.
Biomechanika dostarcza wiedzy, która pozwala efektywniej i bezpieczniej wykonywać ruchy. Dzięki niej świadomie wykorzystujemy daną technikę, możemy ocenić jej poprawność oraz zalety danego ćwiczenia. Jej znajomość ułatwia naukę nowych ćwiczeń oraz pozwala ocenić, które z nich są skuteczniejsze w realizacji danego celu. Pozwala również zrozumieć, w jaki sposób powstają urazy oraz jak ich unikać. Dzięki wiedzy, której nam dostarcza, możemy tworzyć alternatywne i bezpieczniejsze ćwiczenia oraz lepsze metody treningowe. Jest kluczowa w zrozumieniu, jak konkretne ruchy wpływają na nasze ciało oraz jak kierować swoim ciałem, by wykonać efektywny ruch.
Określ swój cel treningowy, a my pomożemy Ci go osiągnąć.
Bibliografia
Mańka J., Milewska M., Otwarte i zamknięte łańcuchy kinematyczne, Warszawa 2001.
Błaszczyk J., Biomechanika kliniczna, Warszawa 2004.
Jandačka D., Biomechanical basis of physical exercise, 2012.
Wykład – Trzaskoma Z., Trening siły i mocy w sportach wydolnościowych.
Serwis fizjoterapeutom.pl
Serwis strenghtandconditioningresearch.com.
