Pokus o srovnání působení sil na kolenní kloub v dřepu a v mírném podřepu u fotbalistů a stolních tenistů

MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ Fakulta sportovních studií Katedra kinantropologie

Pokus o srovnání působení sil na kolenní kloub v dřepu a v mírném podřepu u fotbalistů a stolních tenistů. Bakalářská práce

Vedoucí bakalářské práce:

Prof. PhDr. Jaroslav Motyčka, DrSc

Brno, 2005

Vypracoval:

Marek Jangl

3. roč. RVS

Prohlášení: Prohlašuji, že předkládanou bakalářskou práci jsem vypracoval

samostatně na základě literatury a pramenů uvedených v seznamu literatury. Souhlasím s umístěním bakalářské práce ve studovně FSpS MU.

V Brně dne: 21. dubna 2005

Poděkování: Děkuji svému vedoucímu bakalářské práce Prof. PhDr. Jaroslavu

Motyčkovi, DrSc. a odbornému konzultantovi Ing. J. Kopřivovi za vedení a poskytnuté informace, kterými významně přispěli ke zpracování této bakalářské práce.

OBSAH Úvod ………………………………………………………………………...- 6 -

2. Formulace cíle, pracovní hypotézy a úkoly práce.……………………….- 7 -

2.1 Cíl práce.………………………………………………………....- 7 -

2.2 Hypotézy…………………………………………………………- 7 2.3 Úkoly práce……………………………………….………...…...- 7 -

3. Metodika…………………………………………………………………….- 9 3.1 Charakteristika souboru………………………………………….- 9 3.2 Popis postojů……………………………………………………-11 -

3.3 Anatomie...……………………………………………………..- 12 3.3.1 Stavba kolenního kloubu – kosti…………………..- 12 -

3.3.2 Stabilizátory kolenního kloubu…………………….- 12 3.3.3 Kolenní pouzdro.…...…..………………………….- 12 -

3.3.4 Vazy..………………...…………………………….- 13 3.3.5 Pohyby kloubu..……...…………………………….- 14 -

3.3.6 Inervace kloubu…...……………………………….- 14 -

3.3.7 Svaly kloubu kolenního……………………………- 14 -

3.4. Biomechanické vlastnosti v kolenním kloubu………………….- 18 3.4.1 Stabilita ……………………………………………- 18 -

3.4.2 Zatížení chrupavky ……………………….…….…- 18 -

3.4.3 Svaly.………………………………………...…….- 19 -

3.4.4 Třecí síly.……………………………………...…...- 19 -

3.4.5 Skloubení v kolenním kloubu ………...…………. - 20 -

3.4.6 Kontaktní plochy mezi stehenní a holenní kostí..…- 20 -

3.4.7 Tlakové napětí mezi stehenní a holenní kostí…….- 21 -

4. Zpracování výsledků……………………………………………………...- 22-

4.1 Srovnávání naměřených hodnot……………………………….- 22 -

4.2 Hmotnosti jednotlivých segmentů těla ………………………..- 23 -

4.3 Výpočty váhy segmentů těla Radioizotopickou metodou……..- 24 -

4.4 Popis zatížení kolenního kloubu u postojů.……………………- 26 4.4.1 Postoj mírný podřep.……………………………....- 26 -

4.4.2 Postoj dřep……………………………………..….- 26 -

4.5 Teoretické výpočty zatížení kolenního kloubu.……….……….- 26 -

Závěr.………………………………………………………………………- 29 -

6. Literatura.…………………………………………………………………- 31 7. Přílohy.…………………………………………………………………….- 32 -

6

Úvod Vývoj biomechaniky má svůj vznik již ve třetím tisíciletí před našim

letopočtem a sahá tedy do samého počátku lidské civilizace. Z uvedeného výčtu vyplývá, že se základní výzkum biomechaniky ve světě intenzivně rozvíjí, neboť

jde o úkoly, které úzce souvisejí s prohloubením znalostí o mechanických funkcích a zákonitostech lidského organizmu. Biomechanika nám pomáhá porozumět normálním funkcím živých tkání a orgánů, predikovat jejich změny a spolupodílet se na návrhu léčebných metod. Biomechanika je úzce svázána i

s rozvojem diagnostických metod, chirurgie a s rozvojem umělých náhrad tkání, orgánů a orgánových struktur.

Přirozeným pohybem člověka je chůze již zajišťuje především kolenní kloub.

Lidé ale dělají další pohyby, jako jsou skoky, dřepy, podřepy, obraty a mnohé

další. A hlavně při sportování je právě kolení kloub vystavován velkému zatížení,

jemuž musí odolávat. Na tomto základě jsem se rozhodl v mé bakalářské práci, zkoumat právě tuto zvolenou část lidského těla.

Úkolem mé práce je pokusit se srovnat působení sil na kolenní kloub

v dřepu a v mírném podřepu u fotbalistů a stolních tenistů.

K myšlence vypracovat a vůbec zajímat se o tuto problematiku mě přivedlo

mnoholeté působení v oddílech fotbalu a stolního tenisu , kde je správná funkce kolene základem pro provozování těchto sportů. Pozoroval jsem a srovnával tři fotbalisty a tři stolní tenisty.

7

2. Formulace cíle, pracovní hypotézy a úkoly práce 2.1 Cíl práce Na kolenní kloub v dřepu působí jiné síly, jak v mírném podřepu. Míra

namáhání kolene závisí jak na váze člověka, tak na úhlu, které koleno svírá.

Koleno tak prochází celou řadou změn. Cílem práce je pokusit se teoretickým

výpočtem srovnat působení těchto sil na koleno v dřepu a v mírném podřepu u fotbalistů a stolních tenistů.

2.2 Hypotézy H1: hráči stolního tenisu se během zápasu dostanou o 50 % vícekrát do

polohy podřepu než hráči fotbalu.

H2: hráči stolního tenisu se během zápasu dostanou o 50 % vícekrát do

polohy dřepu než hráči fotbalu

H3: hráči stolního tenisu se během zápasu dostanou do polohy dřepu

vícekrát při zvedání míčků než při hře samotné.

H4: při dřepu je tlakové zatížení v kolenním kloubu asi o 60 – 70% větší

než v mírném podřepu.

2.3 Úkoly práce Stanovily jsme následující úkoly práce: Ú1 – Vytipovat sledované skupiny

Ú2 – Připravit metodiku výzkumných sledování

8 Ú3 – Provést instruktáž vybraných celků před zahájením výzkumného

sledování

9

3. Metodika 3.1 Charakteristika souboru Pro svůj pokus jsem si vytipoval 6 sportovců, seznámil je s testováním a po té zadal instrukce :

Stolní tenisté:

Jan Zechmeister, věk: 20 let, hraje od 10 let, úspěšnost 30 % Antonín Vajbar, věk: 50 let, hraje od 15 let, úspěšnost 95 %

Lukáš Damborský, věk: 25 let, hraje od 8 let, úspěšnost 22 %

Výše uvedení sportovci hrají v oddíle stolního tenisu TJ SOKOL KOBYLÍ, v soutěži s názvem Okresní přebor, trénink mají 2x týdně 2

hodiny ve školní tělocvičně. Fotbalisté:

David Kunč, věk: 23 let, hraje od 7 let

Luboš Otáhal, věk: 38 let, hraje od 9 let Petr Jabůrek, věk 30 let, hraje od 6 let

Jmenovaní sportovci hrají v oddíle TJ SOKOL KOBYLÍ, v soutěži

s názvem Okresní soutěž, trénink mají 2x týdně 1,5 hodiny.

Stolní tenis vyžaduje bleskové reakce a dokonalou koordinaci pohybů. Hráči

musejí zvládnout široký rejstřík úderů a dostávají se do různých pozic. Mít rychlé

nohy , znamená až 70 % úspěchu, přestože se hráč pohybuje jen kolem stolu a do

pohybu běhu se dostává jen vyjímečně. Utkání se hraje na 3 vítězné sety do 11. a není nijak časově omezeno.

Fotbal patří k fyzicky nejnáročnějším sportům. Utkání se hraje na dva

poločasy po 45. minutách.

Hráči při zápase uběhnou až 12 km. Na 10 metrech

běhu daný sportovec ohne každé koleno asi 5x, v tomto případě by

při 12 km to činí 6000 ohnutí

se hráč fotbalu mnohonásobně vícekrát dostal do pozice

podřepu než stolní tenista. Adekvátnějsí by proto bylo srovnávat stolní tenistu s brankářem, který se pohybuje jen ve vymezeném prostoru. Při svém pokusu

10 jsme však běh nezapočítávali, a také jsme nezapočítávali rozvičení a rozehřátí,

které každý hráč před zápasem provedl, mající velký vliv na správnou funkci kolene.

Organizace práce: Harmonogram:

Podzim 2004 – vyhledání a studium odborné literatury Jaro 2005 – sledování pokusu a zpracování výsledků

Metoda zjišťování: Vzhledem k tomu, že jsem neměl k dispozici žádné měřící přístroje, musel

jsem daný úkol řešit jen teoreticky. Pro porovnávání jsem si zvolil 3 stolní tenisty

a 3 fotbalisty. Sledoval jsem tedy celkem 6 utkání. V každém zápase jsem

pozoroval jednoho hráče a s pomocí tužky a papíru jsem zapisoval kolikrát se během utkání dostane do polohy dřepu a kolikrát do polohy podřepu což bylo nutné vědět pro řešení hypotéz 1 a 2.

U 3. hypotézy mi postačilo znát počty dřepů jen u stolních tenistů, musel

jsem však sledovat zda se sportovci do daného postoje dostanou při hře nebo při podávání míčků.

U 4.hypotézy bylo zapotřebí podrobně nastudovat anatomii a biomechanické

vlastnosti kloubu. Dále jsem musel znát výšku a hmotnost sportovce, od nichž

jsem pomocí výpočtu odvodil jednotlivé hmotnosti segmentů těla. Ty mi posloužily pro další výpočty, na jejichž základě jsem zjišťoval chování kolenního kloubu při dřepu a mírném podřepu.

Výsledky byly zpracovány na počítači s pomocí kalkulátoru. Získané

výsledky jsme znázornili v tabulkách číselně.

11

3.2 Popis postojů Pro řešení je nutné stanovit přesně postoje, které budu sledovat a při kterých

budu měřit (viz níže). Je však nutné podotknout že přesně do takového postoje se sportovci téměř nikdy nedostávají, proto jsem se řídil úhlem mezi stehnem a bércem.

Dřep, stehno a bérec svírají úhel 30 - 40 °. Tělo je mírně vpřed, paže jsou v

upažení, váha je rozprostřena rovnoměrně na obou chodidlech, celá plocha chodidla je na podložce.

Mírný podřep, kolena jsou volně pokrčena, stehno a bérec svírají úhel 150

– 160 °, váha stejně rozložena na obou chodidlech, paže v prodloužení těla.

3.3 Anatomie Stavba kolenního kloubu: pohled předozadní, pohled boční, arthrogram –

boční pohled, arteriogram – předozadní, meniskus – předozadní, patella – osová viz. Přílohy

(Valenta, J. Biomechanika . Praha : Academie , 1985)

3.3.1 Stavba kolenního kloubu - kosti Kloub kolenní (articulatio genus) je největší a nejsložitější kloub v lidském

těle. Artikulují v něm kost stehenní, kost holenní a čéška. Hlavici kloubní tvoří

kondyly kosti stehenní. Styčné plochy na zevním a vnitřním kondylu femuru jsou

vpředu spojeny prohbím, v němž klouže čéška, vzadu jsou odděleny hlubokou jámou mezihrbolovou. Oba kondyly jsou zakřiveny jak v rovině frontální, tak v sagitální. Jamku kloubní tvoří horní konec kosti holenní. Styčná ploška na

vnitřním kondylu je oválná a lehce konkávní, na zevním kondylu je okrouhlá a plochá. Třetí artikulující kost je čéška - trojúhelníkový tvar, jehož základna a

výška jsou přibližně stejné (4 – 5 cm). Styčná plocha na čéšce je svislou

12 zaoblenou hranou rozdělena v širší plochu zevní a užší plochu vnitřní. Čéška artikuluje s uvedeným prohbím mezi oběma kondyly kosti stehenní. Podle tvaru a velikosti rozlišujeme několik typů čéšky .

3.3.2 Stabilizátory kolenního kloubu Stabilizátory kolenního kloubu lze dělit ze dvou hledisek: pasivní (statické),

tj. především vazy a menisky a dynamické (aktivní), tj. svaly a jejich povázky

(fascie). Významným vazivovým stabilizátorem na zevní straně je zevní postranní vaz.

Nesrovnalost zakřivení mezi silně zakřivenými kondyly femuru a téměř

plochými kondyly kosti holenní vyrovnávají destičky z vazivové chrupavky poloměsíčitého tvaru, zvané menisky. Jsou dva, zevní a vnitřní.

Menisky se výrazně podílejí na stabilitě kloubu. Lze je rozdělit na tři části:

přední a zadní roh a část střední. Na průřezu mají klínovitý tvar. Jsou fixovány k pouzdru a jeho prostřednictvím i k ostatním strukturám, které pouzdro zesilují.

Horní plocha menisku je konkávní a její zakřivení přibližně odpovídá zakřivení příslušného kondylu kosti stehenní. Spodní plocha je téměř rovná.

(Grim, M. Druga, R. Základy anatomie , Praha: Akademie, 2001)

Menisky se skládají z vazivové tkáně, tvořené zejména kolagenními vlákny,

které odpovídají spíše vazivu, v centrální části pak vazivové chrupavce.

Vnitřní meniskus (meniscus medialis) je větší než zevní a jeho oba rohy jsou

od sebe dosti vzdáleny. Tím nabývá tvaru otevřeného písmene „C“. Zevní

meniskus (meniscus lateralis) – jeho úpony obou rohů jsou v těsné blízkosti, takže meniskus má tvar písmene „O“.

3.3.3 Kloubní pouzdro Kloubní pouzdro je velmi rozsáhlé. Na kosti stehenní se upíná asi 0,5 až 2

cm od okrajů chrupavky kloubní, epikondyly leží mimo pouzdro. Na kosti holenní

a čéšce se pouzdro kloubní upíná zhruba při okrajích chrupavky kloubní. Pouzdro

13 kloubní vybíhá pod čtyrhlavým svalem stehenním v rozsáhlou výchlipku, které říkáme burza nadčéšková.

3.3.4 Vazy Zesilující vazy kloubu jsou četné. Vpředu je to vaz čéškový, jdoucí od hrotu

čéšky na drsnatinu kosti holenní. Čéškový vaz je vlastně pokračování úponové

šlachy čtyřhlavého svalu stehenního. Po stranách je pouzdro zesíleno vazy postranními: postranním vazem

vnitřním a postranním vazem zevním.

Zatímco zevní vaz na pouzdro kloubní jen naléhá a je hmatný jako pruh, vnitřní

vaz srůstá s pouzdrem. Postranní vazy jsou napjaty za extenze v kloubu kolenním,

při ohnutí se uvolňují a umožňují rotaci v kloubu kolenním. Zadní strana pouzdra kloubního zesiluje šikmý vaz zákolenní. Je to vlastně součást úponové šlachy jednoho z ohybačů v kloubu kolenním (svalu poloblanitého), která je přímo

zavzata do kloubního pouzdra a brání tak, aby při ohýbání v kloubu nedošlo k uskřípnutí pouzdra mezi kostmi.

Zkřížené vazy tvoří jednu ze zvláštnosti kolenního kloubu, jsou hlavními

stabilizátory a lze říci, že i nejvýznamnějšími vazivovými stabilizátory kloubu vůbec.

Uvnitř kloubu leží vazy zkřížené přední a zadní . Přední zkřížený vaz

(lig.cruciatum anterius) jde od tibiální plochy zevního kondylu kosti stehenní šikmo dopředu dolů do jamky před mezihrbolovou vyvýšeninu na kosti holenní.

Zadní zkřížený vaz (lig. cruciatum posterius), silnější než vaz předešlý, začíná od fibulární plochy vnitřního kondylu kosti stehenní a jde šikmo dozadu dolů do

jamky za vyvýšeninou mezihrbolovou. Oba tyto vazy přispívají podstatně ke zpevnění kloubu a určitá část jejích vláken je vždy napjata, ať jde o flexi či o

extenzi.Omezují také vnitřní rotaci, neboť se při ní navíjejí na sebe a brání tak

jejímu většímu rozsahu. Uložení těchto dvou vazů uvnitř kolenního kloubu je

zdánlivé. Jsou vlastně zezadu vchlípeny mezi synoviální a fibrózní vrstvu pouzdra.

14

3.3.5 Pohyby v kloubu Základní postavení kolenního kloubu je extenze. Při tomto postavení svírá

podélná osa kosti stehenní s podélnou osou kosti holenní tupý úhel, který je zevně otevřený. Hovoříme o fyziologickém abdukčním úhlu, jehož velikost je 170° až

175°. Střední postavení v kloubu kolenním je mírná flexe. U žen stehna více konvergují (širší pánev) než u mužů a tento úhel bývá menší. Patologickým

postavením jsou kolena do X (genu recurvatum). Hlavní pohyb v kloubu kolenním se děje podle osy horizontálně frontální, která prochází oběma kondyly

kosti stehenní. Je to ohnutí (flexe) a natažení (extenze) s rozsahem asi 120° až

150°. Při flexi dochází nejprve k nepatrné zevní rotaci, po ní se kondyly kosti stehenní otáčejí v jamkách tvořených oběma menisky a nakonec kondyly i

s menisky kloužou po kondylech kosti holenní nazad. Za flexe je kolem podélné osy možná i rotace – buď zevní nebo vnitřní.

(Grim, M. Druga, R. Základy anatomie , Praha: Akademie, 2001)

Vnitřní rotace je vcelku malá, asi 10°, a ukončuje ji napětí zkřížených vazů.

Zevní rotace je možná v rozsahu asi 40°, je zabržděna napětím postranních vazů.

Čéška při poloohnutém koleni leží přesně v prohbí spojujícím oba kondyly kosti stehenní. Při extenzi se posunuje proximálně, při flexi distálně.

3.3.6 Inervace kloubu Kloub kolenní je inervován ze stejných míšních úseků (segmentů) jako

kloub kyčelní, a proto při postižení jednoho z nich se může bolest promítat i do druhého.

3.3.7 Svaly kloubu kolenního Svaly stehna je možno označit jako svaly kloubu kolenního, neboť jejich

hlavní působení je v kloubu kolenním, i když se – některé z nich – uplatňují také

15 při pohybech v kloubu kyčelním. Tyto svaly dělíme na dvě skupiny ve shodě

s hlavními pohyby v koleně. Na přední straně stehna je skupina natahovačů kolena, na zadní straně skupiny ohybačů. Skupina přední: K přední skupině patří čtyřhlavý sval stehenní a sval krejčovský (ten však

se vlivem spirálovitého průběhu po přední straně stehna neuplatňuje jako natahovač kolena, nýbrž jako ohybač, protože se upíná za příčnou osu kloubu kolenního).

Čtyřhlavý sval stehenní (musculus quadriceps femoris) je nejmohutnější

sval v lidském těle, neboť vlastně jediný udržuje natažený kloub kolenní proti

váze celého těla. Váží až 2 000 g. Jak název svalu napovídá, skládá se ze čtyř hlav, které se spojují v mohutnou šlachu, a tase upíná na drsnatinu kosti holenní. Ve šlaše je uložena čéška. Jedna hlava, přímý sval stehenní, je dvoukloubová

(přebíhá přes kloub kyčelní a kolenní), ostatní tři působí jen na pohyby v kloubu kolenním.

Přímý sval stehenní (m. rectus femoris) začíná na předním trnu kyčelním

dolním a nad acetabulem. Vřetenovité bříško přechází ve šlachu, která se spojuje

s úpony ostatních hlav a upíná se na drsnatinu kosti holenní. Sval vystoupí zřetelně při pokusu o flexi v kyčli proti odporu při nataženém kolenu.

Prostřední hlava čtyřhlavého svalu stehenního (m. vastus intermedius) je

uložena pod přímým svalem stehenním. Začíná skoro po celé přední ploše těla kosti stehenní a přechází ve šlachu, která se spojuje s přímým svalem stehenním.

Vnitřní hlava čtyřhlavého svalu stehenního (m. vastuts medialis) obaluje

z vnitřní strany tělo kosti stehenní. Začíná na vnitřním okraji její drsné čáry a svalové snopce přecházejí v plochou aponeurózu, která se fixuje na tibiálním okraji čéšky a do šlachy přímého svalu stehenního.

16 Zevní hlava čtyřhlavého svalu stehenního (m. vastus lateralis) obaluje na

zevní straně tělo kosti stehenní. Začíná na zevním okraji drsné čáry této kosti, jeho snopce běží směrem tibiodistálním a šlacha svalu se opět upíná do šlachy přímého svalu stehenního a na horní okraj čéšky.

(Grim, M. Druga, R. Základy anatomie , Praha: Akademie, 2001)

Funkce: Celý sval působí na extenzi v kloubu kolenním. Přímá hlava se

navíc uplatňuje při flexi v kloubu kyčelním. Celý sval lze demonstrovat při

usilovné extenzi v kloubu kolenním. Inervace: nerv stehenní

Sval krejčovský (m. sartorius) začíná od předního trnu kyčelního horního,

jeho dlouhé, štíhlé bříško se spirálovitě přetáčí přes zadní stranu stehna na vnitřní kondyl femuru, kde přechází ve šlachu, upínající se na tibiální kondyl kosti

holenní spolu se štíhlým svalem stehenním a pološlašitým. Tento útvar má podobu husí nožky.

Funkce: spirálovitý průběh svalu způsobuje, že sval může ohýbat

abdukovat, zevně rotovat v kloubu kyčelním a rovněž může flektovat v kloubu

kolenním. Tato flexe je spojena s vnitřní rotací bérce. Při pokusu o dřep proti odporu lze pak vidět sval spirálovitě probíhat pod kůží. Inervace: nerv stehenní.

Skupina zadní: - dvojhlavý sval stehenní - sval pološlašitý

- sval poloblanitý - sval zákolenní

Dvojhlavý sval stehenní (m. biceps femoris) má dvě hlavy. Dlouhá hlava

začíná na hrbolu kosti sedací, krátká hlava od zevního okraje drsné čáry kosti stehenní v dolní polovině. Obě hlavy se spojují a upínají na hlavici kosti lýtkové.

17 Funkce: flexe a zevní rotace v kloubu kolenním. Dlouhá hlava se uplatňuje

při extenzi v kyčli.

Inervace: dlouhou hlavu inervuje nerv holenní, krátkou hlavu nerv lýtkový. Sval pološlašitý (m. semitendinosus) se nazývá tak proto, že v jeho

svalovém bříšku je šlašitá vložka. Začíná na hrbolu sedacím, upíná se na vnitřní kondyl kosti holenní do „husí nožky“.

Funkce: flexe a vnitřní rotace v kloubu kolenním. V kloubu kyčelním se

uplatňuje při extenzi.

Inervace: nerv holenní. Sval poloblanitý (m. semimembranosus) je nazýván tak proto, že má

dlouhou plochou šlachu aponeurotického vzhledu. Začíná na hrbolu sedacím a

upíná se na proximální konec kosti holenní třemi šlašitými pruhy, z nichž dva

zůstávají na tibiálním kondylu tibie, třetí se obrací vzhůru a zpevňuje zadní stěnu pouzdra kloubu kolenního jako šikmý vaz zákolenní.

Funkce: flexe a vnitřní rotace v kloubu kolenním, extenze v kyčli. Inervace: nerv holenní.

Sval zákolenní (m. popliteus) je uložen na spodině jamky zákolenní, kterou

shora ohraničuje dvojhlavý sval stehenní na straně zevní a sval pološlašitý na

straně vnitřní. Zdola jamku ohraničuje okraj obou hlav dvojhlavého svalu

lýtkového. Zákolenní sval začíná pod fibulárním epikondylem kosti stehenní a upíná se na zadní plochu horní části kosti holenní, nad čáru šikmého svalu lýtkového.

Funkce: flexe v kloubu kolenním a zejména vnitřní rotace bérce při

flektovaném kolenu.

Inervace: nerv holenní.

(Grim, M. Druga, R. Základy anatomie , Praha: Akademie, 2001)

18

3.4 Biomechanické vlastnosti v kolenním kloubu Kolenní kloub je značně složitý systém a v současné době není ještě význam

a mechanické funkce některých anatomických struktur docela známa. Zejména se to týká vnitřních struktur, např. křížových vazů.

3.4.1 Stabilita Stabilita v sagitální rovině je převážně zajištěna křížovými vazy a antagonní

činností felxorů a extenzorů kolenního kloubu. Stabilita v pravolevé rovině je

hlavně zajištěna aktivním a pasivními elementy na mediální a laterální straně

kolenního kloubu, jako jsou podélné vazy, dolní konec m. sartorius, m. gracilis,

m. semitendionosus a dolní zakončení m. biceps femoris a m. tenzor fasciae latae. Rovněž ve směru rotace bérce je kolenní kloub diky funkci těchto elementů téměř antitorzním systémem.

Kloubní reaktivní elastická složka pasivní impedance je vyvolána zejména

vazy, především v krajích polohách flexe a extenze. Míru jejich napnutí lze těžko posoudit. Obdobně je těžké stanovit účinky napnutého kloubního pouzdra, synoviálních tekutin aj. Velikost napnutí vazů se uvádí obvykle jen rámcově jako

napnutí lehké, značné nebo žádné. Např. v kolenním kloubu je lig. collaterale tibiale napnut v extenzi. Od posteriorní vaz má úlohu stabilizátoru. Při extenzi

nastává často u kolenního kloubu tvarová shoda laterálních a mediálních kondylů, která zvyšuje stabilitu kloubu.Funkce zkřížených vazů v limitních pozicích slouží jako mechanické zarážky.

3.4.2 Zatížení chrupavky Kloubní chrupavka tvoří tenký elastický povrch osteoartikulárních

stykových kolagenových vláken obklopenou porézním mediem, kterým může volně prostupovat synoviální tekutina. Synoviální tekutina je viskózní. Kloubní

chrupavka je při činnosti v pohybovém systému cyklicky namáhána tlakem.

V průběhu odlehčovací fáze, kdy tlakové zatížení klesá, chrupavka expanduje a

19 vstřebává tekutinu volně rozloženou v intraartikulární dutině. Vytlačování tekutiny póry indukuje tlumící proces za spolupůsobení elastických vlastností kolagenové substance.

Deformace kloubních chrupavek a dále deformace dalších vložených

komponent (jako jsou např. menisky v kolenním kloubu) jako důsledek působení

zátěžných sil v normálních pohybových situacích jistě vede rovněž k jisté modifikaci kinomatických a geometrických vlastností kloubů, zejména dolních končetin. Deformace chrupavky může rovněž ovlivnit změny ve velikosti kontaktní plochy a tím měnit rozložení okamžitých středů otáčení.

Biomechanické studie v tomto směru jsou však zcela sporadické. Podobným

způsobem se mohou mechanicky projevovat degenerativní procesy v kloubních chrupavkách.

(Valenta, J. Biomechanika . Praha : Academie , 1985)

3.4.3 Svaly Pohyblivost v kloubu je běžně ovládána větším počtem samostatně řízených

skupin svalů. V kolenním kloubu je 15 svalů pro čtyři funkce – flexe, extenze, zevní a vnitřní rotace.

3.4.4 Třecí síly Z řady experimentů vyplývá, že koeficient tření v kloubu se pohybuje

v rozmezí 0,001-0,025, přičemž se ve statických podmínkách třecí síla zvětšuje se

zvětšováním zátěže. Vněkloubní elastická složka „pasivní“ impedance, např. u kolenního kloubu, je vyvolána zejména mechanickým působením flexorů,

hlubokou fascií a kůží pod fossa poplitea. Např. prodloužení kůže přibližně o 7 mm vyvolá tahovou sílu asi 10 N. Hodnota se ale mění podle pohlaví, stáří a místa vzorku.

20

3.4.5 Skloubení v kolenním kloubu Vlastní femorotibiální skloubení je prostorové, v kterém dále hrají roli

menisky a ostatní komponenty. Kolenní kloub rovněž obsahuje femoropatellární skloubení, které svým tvarem a dále odlehlostí od okamžitých středů otáčení a umístění úponu lig. patellae (tuberositas tibiae) predisponuje silový přenos m.

quadriceps femoris na tibii. Síla, kterou působí čtyřhlavý stehenní sval na patellu, roste se stoupajícím úhlem ohnutí kolenního kloubu a pro úhel 90° je dle G. L. Smidt (1973) rovna Q=2800 N. Stejnou silou je napínán i patellární vaz, který je upnut na tibii.

V těchto směrech je poznání kolenního kloubu z biomechanického hlediska

značně útržkovité a nedostatečující ani pro potřeby současné praktické ortopedie ( např. přesná predikce důsledků operativního předsunutí tuberositas tibiae nejen na

silový přenos ve femoropatellárním skloubení, ale rovněž na změnu funkčních vlastností celého m. quadriceps femoris, silový přenos ve femorotibiálním skloubení apod.)

3.4.6 Kontaktní plochy mezi stehenní a holenní kostí Na obrázku 1 jsou uvedeny kontaktní plochy na kondylech tibie a femuru,

jak je zjistili Walker a Hajek. Tyto kontaktní plochy jsou téměř eliptické s hlavní

osou v pravolevém směru. Jejich poloha se v jamkách tibie posunuje dorzálně s rostoucím úhlem ohnutí. V laterální jamce se v rozsahu ohnutí od 0°do 120°

posouvá kontaktní plocha jen o několik milimetrů. V mediální jamce se posouvá o

2-3 mm na každých 15° ohnutí. V průměru je mediální kontaktní plocha větší o 30 % než plocha laterální. Velikosti kontaktních ploch se zmenšovaly s rostoucím

úhlem ohnutí průměrně o 4 % na každých 30 %. Při dlouhotrvajícím zatížení vzrostla kontaktní plocha téměř o 50 %.

(Valenta, J. Biomechanika . Praha : Academie , 1985)

21

3.4.7 Tlakové napětí mezi stehenní a holenní kostí V průběhu napětí lze pozorovat, že kolenní kloub je stavěn tak, že gradienty

napětí se vyrovnávají v epifýze a diafýza je již namáhána rovnoměrně.

(Valenta, J. Biomechanika . Praha : Academie , 1985)

22

4. Zpracování výsledků Po řádném nastudování anatomie a biomechaniky jsem se pustil do řešení

problému. Sledoval jsem 6 zápasů a dospěl k těmto výsledkům ( viz. tab. č.I.a tab.

č.II. ), které mi postačily pro řešení hypotéz H1, H2, H3. H4 jsem

zpracovával samostatně. Tab. č.I.

Stolní tenisté Podřepy Dřepy při hře Dřepy pří podávání míčků 1. hráč J. Z.

432

14

32

3. hráč L. D.

483

9

36

2. hráč T. V.

397

16

27

Tab. č.II.

Fotbalisté

1. hráč D. K. 2. hráč L. O. 3. hráč P. J.

Podřepy Dřepy 168

29

195

56

213

41

4.1 Srovnávání naměřených hodnot Z naměřených hodnot vyplývá že všichni hráči stolního tenisu udělají během

zápasu více podřepů než hráči fotbalu. A to:

U 1. hráče 432 - 168 = 264, což je o 157 % více,

U 2. hráče 397 - 213 = 184, což je o 86 % více,

U 3. hráče 483 - 115 = 368, což je o 320 % více,

23 Z toho plyne závěr 1. hypotézy, že všichni stolní tenisté se dostanou do

polohy podřepu vícekrát než o 50% a to v 1. případě o 157%, v 2. případě o 86% a ve třetím případě dokonce o 320%.

Při srovnávání počtu dřepů plyne že: 1. hráč udělá 46 – 29 = o 17 dřepů více, což je o 58 % více

2. hráč udělá 43 – 21 = o 22 dřepů více, což je o 104 % více

3. hráč udělá 56 – 45 = o 11 dřepů méně, což je o 24 % méně Závěr 2. hypotézy zní, že dva stolní tenisté udělají více dřepů jak fotbalisté a

to první z nich o 58% a druhý o 104%.

V jednom případě však udělal stolní tenista méně dřepů a to o 24% než

fotbalista.

Srovnávání počtu dřepů u stolních tenistů při hře a při podávání míčků: 1. hráč udělá při hře 14 dřepů

a při podávání míčků 32 dřepů

3. hráč udělá při hře 9 dřepů

a při podávání míčků 36 dřepů

2. hráč udělá při hře 16 dřepů

a při podávání míčků 27 dřepů

Daná hypotéza se potvrdila, protože ve všech třech případech udělal daný

hráč více dřepů při podávání míčků jak při hře samotné.

4.2 Hmotnosti jednotlivých segmentů těla V posledních desetiletí bylo v některých biomechanických laboratořích

použito ke stanovaní hmotnosti segmentu těla radioizotopické metody. Z prací aplikujících ve výzkumu radioizotopickou metodou autoři Knihy Biomechanika

těl. Cvičení uvádí pro zjištění hmotnosti jednotlivých segmentů výsledky práce

Zaciorského a Selujanova (1979). Publikované údaje jsou zpracovány na souboru 100 osob.

24 Pro vyjádření hmotnosti libovolného segmentu (mi) platí vztah: m i = B0 + B1 . x 1 + B2 . x 2

(kg)

Výklad ke vzorci:

Mi – hmotnost libovolného segmentu těla,

X1 – celková hmotnost pokusné osoby (kg), X2 – výška pokusné osoby (cm), B0 (kg), B1 (1), B2 (kg.cm

tabulka níže)

–1

) - koeficienty rovnic množinové regrese ( viz

Tabulka koeficientu rovnic množinové regrese pro výpočet hmotnosti segmentů těla

Segment

Hlava Trup

B0 (kg)

B1

B2 (kg . cm –1) r

σ

8,2134

0,1862

-0,0584

1,142

1,296

0,0171

0,0143

0,591

0,798

0,322

střední část 7,182

0,2234

-0,0563

0,828

1,238

Stehno

-2,649

0,1463

0,0137

0,891

0,721

Noha

-0,829

0,0067

0,0073

0,702

0,101

Předloktí

0,3175

0,01445 -0,00114

0,786

0,101

Dolní část Bérec

Nadloktí Ruka

-7,498

-1,592

0,25

-0,1165

0,0976

0,04896

0,03616 0,0121

0,03012 -0,0022

0,0036

0,00175

0,743

0,872

0,834

0,516

( r – koeficient korelace, σ – standardní odchylka regresních rovnic)

1,02

0,219

0,178

0,0629

Příklad:

Pokusná osoba má hmotnost m = x1 = 84 Kg a výšku h = 1,86 m; x2 = 186 cm. Např. hmotnost stehna pak vyjádříme:

ms = -2,649 kg + 0,1463 . 84 kg + 0,0137 . 186 cm = 12,2 kg (Otahal , S . Sušanka , P . Karas , V. Biomechanika tělesných cvičení . Státní pedagogické nakladatelství Praha, 1990)

25

4.3 Výpočty váhy segmentů těla Radioizotopickou metodou Pohlaví: muž Věk: 25 let

Váha: 75 kg

Výška: 188cm Ukázka výpočtu váhy hlavy mh = B0 + B1 . x1 + B2 . x2 (kg)

mh = 1,296 + 0,0171 . 75 + 0,0143 . 188 mh = 1,296 + 1,2825 + 2,6884

mh = 5,2669 kg

Dle výpočtu váha hlavy pokusné osoby, činí 5,3 kg. Dále uvádím již jen zaokrouhlené výsledky kg.

Segment Hlava Trup

střední část dolní část

Váha v kg 5,3

11,2

11,9 9

Stehno

10,9

Noha

1,1

předloktí

1,2

Bérec

nadloktí Ruka

3,4 2

0,5

26

4.4 Popis zatížení kolenního kloubu u postojů 4.4.1 Postoj mírný podřep Mírný podřep vzhledem k tomu, že tento postoj je v běžném životě více

využívaný, považuji postoj vůči kolennímu kloubu za vyrovnaný (těžiště je v rovnováze) a nečinící kloubu příliš velkou námahu. Obecně se dá říci, že odpadá tlakové zatížení v femoropatelárním spojení a síly vyvolané svaly a vazy v koleni.

Nejvíce je zde zatíženo femorotibiální skloubení, kde na chrupavku, disky,

menisky a kosti působí celá váha lidského organismu. Odpadá jen váha bérce a noh, což je z pohledu celého těla málo významné. Kontaktní plochy mezi

femurem a tibií (viz. kapitola 3 odstavec 3.4.6 stupeň ohnutí 0°) jsou téměř eliptické a v průměru mediální kontaktní plocha je větší o 30% než plocha laterální. Rozdíl je vyrovnáván disky a menisky. Při flexi se kontaktní plochy

zmenšují. Tlakové rozložení sil ve femuru a tibii je znázorněno v kapitole 3 odstavci 3.4.7.

4.4.2 Postoj dřep Dřep při tomto postoji se začíná výrazně zvětšovat tlak v celém kolenním

kloubu, posouvají se těžiště jednotlivých segmentů těla, což musí vyrovnávat stabilizátory v kolenním kloubu, dochází k velkému přetížení. Napínají se vazy a svaly. Váha již nepůsobí kolmo dolů, ale dopředu. Zmenšují se kontaktní plochy

mezi femurem a tibií, narůstá tlak v femoropatelárním spojení (v úlu 90° = 2800N

, viz. kapitola 3 odstavec 3.4.5). Dochází k velké deformaci chrupavky. Napíná se

kůže a její prodloužení o 7 mm vyvolává tahovou sílu 10 N ( viz. kapitola 3 odstavec 3.4.4).

4.5 Teoretické výpočty zatížení kolenního kloubu Vezmu-li v úvahu shrnuté dosavadní číselné údaje jak vyplývají z kapitoly 5

Biomechanické vlastnosti v kolenním kloubu (kapitoly: 3.4.4 a 3.4.5) a

27 v praktické části kapitolu 4.3 Výpočty segmentů těla pokusné osoby, docházím k následujícím závěrům:

1. v mírném podřepu na kolenní kloub relativně působí jen tlaková síla

vycházející z celkové váhy těla pokusné osoby, u které navíc musíme odečíst váhu bérce a chodidel.

Výpočty ( dle kapitoly 4.3) mt (hmotnost těla) - x

celková hmotnost pokusné osoby – 75 kg ( 750 N) hmotnost bérců a chodidel celkem – 9 kg ( 90 N) mt = 75 – 9 = 66 kg (660 N) Relativní váha působící na kolenní kloub v mírném podřepu činí 66 kg (660 N). 2. při dřepu nejenže působí tíha těla 660 N, ale napíná se kůže ( každých 7

mm = tahová síla 10 N) a při extenzi 90° působí na patelu ( patela tlačí na femur – femoropatelární spojení) síla čtyřhlavého svalu stehenního až Q = 2800 N ( údaje z kapitoly 5.4). Výpočty

Celkové síly uplatňující se v koleni při extenzi (Sk) = ? mt = 660 N

Kůže (k) = 10 N

Extenze 90° (E) = 2800 N Sk = mt + k+ E

Sk = 660 + 10 + 2800

Sk = 3470 N (347 kg)

Relativní váha působící na kolenní kloub při dřepu činí 3470 N.

28 3. odečtu-li výsledky bodů 2 a 1 dostávám rozdíl zátěže v N 3470 – 660 = 2810 N

Hodnota 2800 N je rozdíl sil působících v koleni mezi mírným podřepem a

dřepem. Vyjádřím li výsledek v %, dostávám přibližnou hodnotu 70%. Tímto zjištěním jsem potvrdil stanovenou hypotézu, tj. že při dřepu je tlakové zatížení v kolenním kloubu o 60 – 70% větší než v mírném podřepu.

29

Závěr V současné době se velmi často hovoří o zdravém životním stylu ke kterému

patří i péče o fyzickou stránku člověka. V této souvislosti často slýcháváme o různých problémech spojených se stavbou a držením těla. Velké procento lidí nad

50 let, trpí bolestmi v kolenou. Vyjímky nejsou ani mládež a dorostenci. Proto jsem se zaměřil na nejvíce namáhanou oblast tj. Kolenní kloub.

Hlavním cílem této seminární práce bylo potvrdit nebo vyvrátit hypotézy,

které se můžou na první pohled jevit jako zcela jasné. Podrobným studiem vybrané literatury a vybraných experimentálních prací s fotbalisty a stolními

tenisty jsem tyto hypotézy řešil. Jako dalším krokem bylo nastudování literatury s biomechanickou tématikou, provádění testování – sledováním a zaznamenáním a v poslední řadě zpracování výsledků.

Stolní tenis je sport všeobecně považovaný, jako fyzicky méně náročný.

Sám tento sport provozuji po řadu let a mám na jeho náročnost odlišný názor. Na

základě pokusu jsem chtěl dokázat zatím nikým neverifikovanou skutečnost. Jako srovnávací skupinu jsem si vzal fotbalisty.

Pro svou bakalářskou práci jsem stanovil tyto hypotézy:

H1, hráči stolního tenisu se během zápasu dostanou o 50 % vícekrát do

polohy podřepu než hráči fotbalu. Daná hypotéza byla potvrzena a to ve všech

třech případech.

H2, hráči stolního tenisu se během zápasu dostanou o 50 % vícekrát do

polohy dřepu než hráči fotbalu. Hypotéza byla potvrzena ve dvou případech, ve

třetím případě se hypotéza nepotvrdila ba naopak se prokázal úplný opak, kdy

stolní tenista udělal o 24 % dřepů méně než hráč fotbalu

Mé tvrzení se potvrdilo v první i druhé hypotéze, z čehož plyne závěr, že

kolenní kloub stolních tenistů je více zatěžován jak u hráčů fotbalu a to jak počtem udělaných dřepů tak i podřepů.

30 H3, hráči stolního tenisu se během zápasu dostanou do polohy dřepu

vícekrát při zvedání míčků než při hře samotné. Toto tvrzení bylo také zcela prokázáno a to ve všech případech.

Prokázání hypotézy H4 bylo mnohem složitější. Na základě výše zmíněných

studií příslušné literatury jsem docházel k závěrům, jak se chová kolenní kloub ve

zvolených pozicích. Bylo patrné, že koleno v mírném podřepu v žádném případě není tak extrémně namáháno tlakem jako při dřepu samotném. Při dřepu na kloub

působí síly způsobené hmotností trupu a horních končetin, ale i napínáním kůže, napínáním

čtyřhlavého

svalu

stehenního

(následek:

zvýšení

tlaku

ve

femoropatelárním skloubení). Přitom neuvažujeme setrvační kladné a záporné

síly. Také chrupavka a dotykové plochy ve femorotibiálním spojení doznávají

významných změn. V již zmíněném femorotibiálním skloubení se dotyková plocha v jamkách tibie posunuje dorzálně s rostoucím úhlem ohnutí. Při

dlouhotrvající zátěži vzrůstá kontaktní plocha téměř o 50%. Chrupavka prochází deformací a v odlehčovací fázi nasává synoviální tekutinu obsaženou v kloubním pouzdře a tím se regeneruje.

Také velkou roli při tlakovém zatížení kloubu hraje rozložení váhy lidského

těla. Při mírném podřepu můžeme říci, že je kolenní kloub méně zatěžovaný hmotností těla a setrvačními silami. Při dřepu se tělo a horní končetiny pohybují

po relativně delší dráze a proto je zatížení kolene nesrovnatelně větší. Hmotnost nepůsobí jako u mírného podřepu kolmo dolů, ale dopředu, napínají se šlachy,

svaly, mění se postavení femuru a tibie. Tyto všechny popsané jevy kloub

přetěžují a nesprávně prováděnými pohyby může dojít k poraněním kolenního kloubu.

Práce byla pokusem hlouběji se zabývat srovnáním kolenního kloubu při

dřepu a podřepu u fotbalistů a stolních tenistů. Práce si vyžádala osvěžit znalosti z anatomie, ale i z biomechaniky kolenního kloubu. Zamýšleli jsme jak kolenní kloub pracuje z biomechanického hlediska a jaké zde působí síly.

Neměli jsme k dispozici pro přesnější výzkum potřebnou techniku ( digitální

fotoaparát, videokameru apod.) a širší soubor stolních tenistů a fotbalistů.

31

6. Literatura [1] Grim, M. Druga, R. Základy anatomie , 1. vyd. Praha: Akademie,

2001.159 s. ISBN 80-7262-112-2

[2] Hay, J.G. The Biomechanics of sports techniques , 2. vyd. London : The national publicion, 1962. 137 s.

[3] Karas, V. Otáhal, S. Biomechanika tělesných cvičení , 1. vyd. Praha : Státní pedagogické nakladatelství, 1990. 180 s. ISBN 80-04-20554-2

[4] Karas, V. Biomechanika pohybového systému člověka , 1. vyd. Praha : Univerzita Karlova, 1978. 129 s. ISBN 60-004-78

[5] Karas, V. Biomechanika sportovní gymnastiky , 2. vyd. Praha : Univerzita Karlova, 1980. 228 s. ISBN 62-2366-154-2

[6] Kovařík, V. Biomechanika tělesného cvičení I. , 2. vyd. Brno :

Masarykova Univerzita, 1994. 79 s. ISBN 80-210-0838-5

[7] Novák, A. Základy obecné biomechaniky , 2. vyd. Praha : Státní pedagogické

nakladatelství, 1970. 250 s. ISBN 63-254-221-03

[8] Seliger, V., Novák, A. Biomechanika sportovního pohybu , 1.vyd. Praha: Sportovní a turistické nakladatelství, 1960. 377 s. ISBN 56-814-458-3 [9] Valenta, J., Klimeš, F. Mechanika velkých kloubů , 2. vyd. Praha : Olympia, 1992. 347 s. ISBN 0-444-98764-9

[10] Valenta, J. Biomechanika , 1.vyd. Praha : Academie , 1985. 236 s. ISBN 80-246-0306-

32

7. Přílohy

Příloha č. 1

pohled předozadní + popis (Valenta, J. Biomechanika . Praha : Academie , 1985)

Příloha č. 2

pohled boční + popis (Valenta, J. Biomechanika . Praha : Academie , 1985)

Příloha č. 3

arthrogram – boční pohled + popis (Valenta, J. Biomechanika . Praha : Academie , 1985)

Příloha č. 4

arteriogram – předozadní + popis (Valenta, J. Biomechanika . Praha : Academie , 1985)

Příloha č. 5

meniskus – předozadní + popis (Valenta, J. Biomechanika . Praha : Academie , 1985)

Příloha č. 6

patella – osová + popis (Valenta, J. Biomechanika . Praha : Academie , 1985)