MASARYKOVA UNIVERZITA Fakulta sportovních studií Katedra atletiky, plavání a sportů v přírodě
Teoretická analýza chůze bakalářská práce
Vedoucí bakalářské práce:
Vypracoval:
PaedDr. Josef Michálek, CSc
Bc. David Klodner Trenérství
Brno, 2013
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci vypracoval samostatně a na základě literatury a pramenů uvedených v použitých zdrojích.
V Brně dne 20. dubna 2013
podpis
Rád bych poděkoval panu Dr. Michálkovi za odborné vedení nejen při bakalářské práci, ale také během celého bakalářského studia. Znalosti získané pod jeho vedením byly důležitým předpokladem ke zdárnému dokončení této práce.
Obsah Úvod 5 1.
Chůze ..................................................................................................................................... 6 1.1.
Ontogeneze chůze ...................................................................................................... 7
1.2.
Krokový cyklus ........................................................................................................... 9
1.3.
Biomechanika pohybu .......................................................................................... 16
1.3.1.
Hlezenní kloub ................................................................................................ 18
1.3.3.
Kolenní kloub................................................................................................... 19
1.3.5.
Kyčelní kloub ................................................................................................... 21
1.3.7.
Pánev ................................................................................................................... 22
1.4.
2.
Řídící mechanismy ................................................................................................. 23
1.4.1.
Senzomotorika ................................................................................................ 23
1.4.2.
Motorický systém polohy ........................................................................... 24
1.4.3.
Motorický systém úmyslného pohybu ................................................. 25
Chůze ve sportu ..............................................................................................................26 2.1.
Sportovní chůze ....................................................................................................... 26
2.1.1.
Historie ............................................................................................................... 27
2.1.2.
Charakteristika sportovní chůze ............................................................. 27
2.1.3.
Trénink a technika......................................................................................... 28
2.2.
Nordic walking ......................................................................................................... 33
2.2.1. 2.3. 3.
Technika a nácvik .......................................................................................... 34
Fitness – H.E.A.T., běhací pás ............................................................................. 37
Analýza pohybu ..............................................................................................................39 3.1.
Kinematická analýza.............................................................................................. 40
3.1.1.
Goniometrie (elektrogoniometrie) ........................................................ 45
3.1.2.
Akcelerometrie ............................................................................................... 45
3.1.3.
Elektromagnetické a akustické senzory .............................................. 46
3.2.
Kinetická analýza .................................................................................................... 47
4.
Diskuze ...............................................................................................................................51
5.
Závěr ....................................................................................................................................52
Seznam použitých zdrojů .......................................................................................................53 Seznam zkratek ..........................................................................................................................57 Seznam tabulek...........................................................................................................................59 Resumé ...........................................................................................................................................60
Úvod Práce se zabývá teoretickou analýzou chůze a její aplikací ve sportu. Pokusím se popsat jednotlivé fáze kroku a činitele podílející se na lokomoci tohoto pohybu. Chůze je základním pohybem člověka a jako taková má neodmyslitelné uplatnění ve sportu. Proto se také zaměřím se na využití chůze ve sportovních disciplínách a jiných sportovních aktivitách. Závěrem popíši možností kinematické a dynamické analýzy pohybu, abych tak vytvořil teoretické východisko při stanovování hypotéz a vědeckých otázek pro následný empirický výzkum. Ten však není součástí práce, tedy práce je čistě teoretická. Téma jsem si vybral z důvodů ryze osobních. Věnuji se totiž projektu vyvíjející produkt do fitness. Konkrétně se jedná o doprovodná videa před běhací pásy z různých koutů světa, díky kterým se lidé virtuálně na tato místa přenesou a dodává jim to emotivnější a pozitivnější zážitek z běhu či chůze. Z výše uvedeného důvodu bych se rád dozvěděl více o faktorech chůzového cyklu, stejně jako o správném provedení této pohybové aktivity. Zadání
práce
předpokládá
návaznost
na
empirický
výzkum
uskutečněný v blízké době, který by prohloubil moji erudici problematiky a umožnil mi tak potvrdit či vyvrátit stanovené hypotézy. Náplň práce pojímá také tématiku, jež lze aplikovat i mimo zvolené téma a umožní mi použití těchto znalostí v trenérské praxi. Jedná se především o elementární pochopení lokomoční sekvence a zapojení svalových smyček. Dále pak poskytuje přehled možných technik analýzy pohybu používané při edukačním či reedukačním procesu cvičenců. Uvědomění si faktorů podílejících se na vykonání kroku je elementární a nezbytný požadavek na následné stanovení vědeckých otázek a hypotéz, proto je stanovým až závěrem společně s odůvodněním.
5
1. Chůze Chůzi vnímáme jako jednoduchý a základní pohyb vykonávaný už od raného dětství. Stal se automatickou součástí našeho života, který provádíme nevědomě a po většinu času bez obtíží. Jako takový je to však velice komplikovaný proces implikující nespočet pohybových úkonů. Ještě před detailním popisem jednotlivých činitelů by bylo vhodné ustanovení definice chůze. Odborníci se v obecném názorovém spektru shodují, odlišnosti můžeme pak najít podle jejich oborové specializace. Perry (1992) chápe chůzi jako jeden ze základních přirozených pohybových projevů člověka. Lze ji považovat za nejjednodušší způsob, jak se přemisťovat na krátké vzdálenosti; pohybový projev jako metoda lokomoce charakterizována střídavým pohybem dolních končetin (Whittle, 2007). Z pohledu geneze je chůze dle Koláře (2009) základní lokomoční stereotyp vybudovaný v ontogenezi na fylogeneticky fixovaných principech charakteristických pro každého jedince. Jedná se o komplexní pohybovou funkci, ve které se mohou projevit poruchy pohybového aparátu nebo nervové soustavy. K vykonání jakékoliv bipedální lokomoce jsou nezbytné dvě podmínky. Dle Vaughan, Davis a O`Connor (1999) jsou to: 1) neustálé působení reakční síly na chodidlo pro zajištění opory 2) periodický pohyb obou chodidel z jednoho místa opory k dalšímu Jinými slovy nesmí dojít k letové fázi, kdy obě chodidla jsou bez kontaktu se zemí a zároveň musí docházet ke střídavému cyklickému pohybu. Lidská chůze je podle některých výzkumů (Cunado, 1997) stejně unikátní, jako otisk prstu. Tuto biometriku lze definovat pomocí kinematických faktorů jako je pohyb těžiště, kadence a rychlost kroku, lateralita, úhlové a jiné charakteristiky. Určitá typologie lze však agregovat
6
a kategorizovat tak chůzi do několika skupin. Typy chůze nabízí mj. V. Janda (2004): -
proximální (kyčelní): hlavním mechanismem lokomoce je pohyb v kyčelních kloubech, dominantními svalovými skupinami jsou flexory kyčelního kloubu, které bývají zkrácené a přetížené; dochází jen k malému odvinování chodidla;
-
akrální: zde převládá výrazné odvinování chodidla a zvětšená plantární flexe nohy, dominantní svalovou skupinou jsou plantární flexory nohy a prstů; při tomto typu chůze je nápadný vertikální posun těžiště těla;
-
peroneální: pro tento typ chůze je charakteristická zvýrazněná flexe kolenních kloubů, vnitřní rotace v kyčelních kloubech a everze nohy (Valouchová & Kolář, 2010).
1.1. Ontogeneze chůze Chůze se v průběhu života mění. Závisí na inervaci, kosterním a svalovém systému, pohlaví, patologických změnách jako důsledek zranění či nemocí a jiných faktorů. Vývoj chůze je součástí celkového motorického vývoje a úzce souvisí s vývojem postury, která je základem všech cílených pohybů. Je také chápán jako vyzrávání hierarchicky uspořádaného neuronového modelu (Vařeka, Vařeková 2009). Převažuje odborný názor, že při rozvoji motoriky dochází k uzrávání genetických predeterminantů motorických vzorů. Dle Koláře (2005) jsou svalové synergie, uplatňující se během, vývoje uloženy v mozku jako matrice. První pohyby můžeme pozorovat již v devátém týdnu prenatálního vývoje. Jednoduché alternativní pohyby nohou, které mají podobu chůze, pak v šestnáctém týdnu (Prechtl, 1984). Po narození dítěte je typická výrazná fyziologická flekční hypertonie, neboli zmražení. Jedná se o projev postury na výraznou změnu zevních podmínek. V prvním měsíci života, tedy v holokinetickém stadiu, se objevuje
7
tzv. stepping reflex, nazýván také novorozenecká chůze. Ta je dle (Vařeka, Vařeková, 2009) mylně považována za prekurzor bipedální lokomoce. V postnatálním vývoji člověka je důležitý třetí měsíc, kdy svalový tonus přechází až do hypotonie a dítě začíná napřimovat trup a centrovat kořenové klouby končetin. Tzv. vzor třetího měsíce a jeho kvality jsou rozhodující pro následující motorický vývoj a determinují kvalitu lokomoce jedince během celého jeho života. (Vařeka & Dvořák, 1999). Rozhodujícím faktorem je stupeň inervace nutná k řízení pohybu a svalové koordinace. Z toho důvodu je dítě schopno postupné vertikalizace od stoje oporou až po synchronizovaný pohyb bez opory. Chůzí pak označujeme bipedální lokomoci umožňující zajištění základní biologických potřeb. V dromokinetickém
stadiu
mezi
5.
a
12.
měsícem
dochází
k dynamickému vývoji lokomoce dítěte. Odeznívá reflexní úchop ruky, později také nohy. Postupně dítě přechází do lezení, které Forssberg (1999) považuje za první cílenou lokomoci. Již koncem 3. trimenonu je schopno dítě vykonat tzv. kroky s vedením v podpaží Lesný (1980). Mezi 9. a 18. měsícem začínají děti chodit samostatně bez oporného faktoru. Není vhodné urychlovat vertikalizaci, jelikož ta je projevem dostatečného zpevnění postury a předčasným zatěžováním by mohlo dojít k maladaptaci. Známku zralosti chůze lze hodnotit podle různé míry abstrakce. Zralost chůze dělí např. Brenier a Brila (Zounková, 2011) na dva stupně. První fáze je iniciační v délce trvání 3až 6 měsíců po dosažení chůze, kdy se učí především rovnováha a integrace postury do pohybu. Nejvíce zástupným znakem bývá reciproční švih horní končetinou a úder paty do podložky, který se u většiny dětí objevuje do prvních 18 měsíců života. V druhé fázi dochází k vyzrání lokomočního pohybu a tento proces je završen během pěti let chůze. S postupem času jsou změny méně patrné a plné zralosti chůze se dosahuje mezi 7 až 8 rokem (Kermoian, Johanson, Butler, & Skinner, 2006).
8
Zralost chůze lze definovat 5 charakteristikami dle Sutherland, Cooper a Daniel (1980): • trvání stoje na jedné noze (32 % 1 rok, 38 % 7 let, 39 % dospělý) • rychlost chůze • kadence – rytmus • délka kroku • poměr rozpětí pánve k šířce kroku Po dosažení těchto charakteristik můžeme sice mluvit o zralé chůzi, ta se však dále vyvíjí a probíhá nepřetržitým procesem adaptace a anticipace.
1.2. Krokový cyklus Základní determinanty chůze představuje rovnováha a pohyb. Rovnováhu můžeme definovat jako schopnost zaujmout vertikální posturu a udržovat při tom stabilní postavení. Pohyb je pak ve vztahu k chůzi schopnost zahájit a udržovat rytmický krokový mechanismus. Rovnováhu během opory o jednu dolní končetinu zajišťuje: laterální posun těžiště těla nad chodidlo stojné končetiny a lokální stabilizace kyčelního kloubu zajišťující udržení trupu ve vzpřímeném postavení (Perry, 1992). Whittle (2007) definuje krokový cyklus jako interval mezi dvěma stejně se opakujícími jevy během chůze. K dělení samotného krokového cyklu přistupují odborníci diferencovaně, v zásadě ale dochází ke stejnému výsledku. Shodují se v základním rozfázování, a to na dvě části [obr.1] – stojná a švihová fáze, respektive jednooporová a dvouoporová fáze. (Whittle, 2007; Perry 1992; Vaughan, Davis, & O´Connor, 1992).
9
Obrázek 1 Chůzový cyklus, dostupné z: http://ftk.upol.cz/fileadmin/user_upload/FTKkatedry/biomechanika/APBMF_Chuze.pdf
Na začátku krokového cyklus je potřeba přenés váhu na přední nohu, která se dostává před těžiště. Absorbuje náraz nohy na podložku (heel strike) a adaptuje se na zatížení jako důsledek přenesení váhy těla na jednu nohu (až 70% hmotnosti na jedné noze). K jednooporovému postavení dochází ve fázi mezistoje a poté ve fázi švihu. Při procentuálním vyjádření chůzového cyklu, stojná fáze trvá 60%, ve zbývajících 40% probíhá fáze švihová jednooporová. Na začátku a konci fáze stojné dochází k dvojité opoře, každá trvá 10% času, tedy při chůzi se opíráme o obě dolní končetiny v průměru jen 20% doby. V dalším dělení jednotlivých fází však nacházíme nejednotnost mezi autory. Pro přehlednost stručně bodově rozepíši tři systémy dle (1)Sutherland (1988), (2)Rose & Gamble (2006) a (3)Trew & Everett (1997). Blíže pak rozeberu respektovaný systém dle (4) Whittle (2007), Perry (1992). Sutherland (1998) dělí krokový cyklus do šesti fází: 1. počáteční dvojoporová fáze (initial double support) 2. jednooporová fáze (single limb stance) 3. druhá dvojoporová fáze (second double support)
10
1. počáteční švih (initial swing) 2. mezišvih (mid-swing) 3. konečný švih (terminal swing) Trew a Everett (1997) uvádějí následující dělení: -
úder paty (heel strike)
-
celá noha na podložce (foot flat)
-
mezistoj (midstance)
-
odraz (push-off).
-
zrychlení (acceleration)
-
mezišvih (mid-swing)
-
zpomalení (deceleration)
Procentuální vyjádření krokových fází se zavedlo od autorů Rose a Gamblea (2006) -
Počáteční kontakt
-
Stádium zatěžování (0-10 % krokového cyklu)
-
Mezistoj (10-30 % krokového cyklu)
-
Konečný stoj (30-50 % krokového cyklu)
-
Předšvih (50-60 % krokového cyklu)
-
Mezišvih (73-87 %) krokového cyklu
-
Konečný švih (87-100 % krokového cyklu)
Rozdíly mezi jednotlivými autory jsou nepatrné. Pro detailnější popis jsem si vybral fáze krokového cyklu dle Whittle (2007) z důvodu častých referencí v odborných publikací. 1. Initial contact V počáteční fázi dochází k prvnímu kontaktu a nárazu paty se zemí, tedy přechod z jednooporového postavení do dvouoporového postavení. Na absorpci zatížení se velkou měrou podílí primární zhoupnutí hlezenního kloubu, které vychází z neutrálního postavení ve fázi švihu. Po nárazu se
11
mění rotace v subtalárním kloubu z mírné supinace do pronace. Tato změna rotace nastává ve chvíli kontaktu hrbolu patní kosti a dle Vařeky a Vařeková (2009) má vliv na následnou addukci talu a vnitřní rotaci tibie. M. tibialis anterior je z důvodu udržení dorzální flexe po celou dobu švihu aktivní a hraje významnou roli pří absorpci nárazu paty na podložku Pohyb iniciuje kontrakce m. gluteus maximus a mm. ischiocrurales, která způsobuje extenzi kyčelního kloubu stojné nohy. V kolenním kloubu švihové nohy dochází k flexi díky kontrakci m. quadriceps femoris a hamstringů a zároveň kontrahuje z téměř plné extenze do flexe kyčel až do 35°(m. iliopsoas, m. rectus femoris). Aktivita hamstringů se před dopadem ještě zesílí, aby tak zabránili hyperexptenzi v kolenním kloubu. Po absorpci nárazu paty na zem následuje koncentrická kontrakce extenzorů kyčle švihové
nohy
-
m.
gluteus
maximus,
m.
semitendinosus,
m. semimembranosus a m. biceps femoris a kompenzují tak působení reakční síly podložky (vertikální a s lehkým náklonem dozadu). Produkují tzv. vnitřní extenční moment síly v kyčelním kloubu (Whittle, 2007). 2. Loading response Po zhoupnutí v hlezenním kloubu přechází dorzální flexe do plantární flexe. Zde proti sobě působí dorziflekční a platiflekční moment. Ke zpomalení a plynulejší absorpci přispívá excentrická kontrakce m. tibialis anterior. Jak jsem již zmiňoval, současně je zjevná pronace nohy a vnitřní rotace tibie. V kolenním kloubu se zvyšuje flexe brzděná excentrickou kontrakcí m. quadriceps femoris. Vnitřní momenty sil v kyčelním a kolenním kloubu jsou v této fázi podobné jako ve fázi předchozí. Působení sil se řetězí, proto je důležité v tento moment také stabilizovat pánev a zpomalit flexi hlezenního kloubu. To zajišťuje excentrická kontrakce m. vastus lateralis, medialis a intermedius. Přes iliotibiální trakt přispívá k extenzi kolena m. gluteus maximus. Tím se stabilizuje kolenní kloub. Následuje extenze kyčle, kde 50 % extenzivní síly zajišťují hamstringy (Whittle, 2007).
12
3. Opposite toe off V této fázi cyklus přechází z dvojí opory do jednooporového „mezistoje“. Ploska chodidla dosáhne kontaktu po celé délce, tedy vzniká punctum fixum přibližně v oblasti hlezenního kloubu, kolem kterého vzniká střed otáčení. Plantární flexe (úhel mezi bércem a chodidlem) se zmenšuje a s pohybem tibie přechází do flexe dorzální. Flexe v kolenním kloubu přetrvává během oporové fáze až do fáze mezistoje. Následuje extenze kyčelního kloubu, která je v této fázi 25° flexe, m. gluteus maximus a hamstringů koncentricky kontrahují a akcelerují dopředný pohyb (Whittle, 2007). 4. Mid-stance Během fáze mezistoje je hlezenní kloub v dorzální flexi, která je brzděna excentrickou kontrakcí m. triceps surae. Kolenní kloub švihové nohy dosáhuje maximální flexe (15-20% cyklu)a postupně díky koncentrické kontrakci m. quadriceps femoris začne extenze kolenního kloubu. Velikost flexe je odvislá od rychlosti chůze, pohlaví, velikosti a jiných faktorech, běžně se však pohybuje mezi 10° a 20°. Švihová noha přechází přes frontální rovinu z důvodu pokračující extenze kyčle oporové nohy. Aby nedošlo k inklinaci pánve, je nutné zapojení m. gluteus medius a m. tensor fasciae latae (Whittle, 2007). 5. Heel rise V hlezenním kloubu švihové nohy je dosaženo maximální dorzální flexe. Současně se posouvá těžiště a GFR před kolenní kloub oporné dolní končetiny, u které pokračuje extenze kyčelního kloubu, jenž kulminuje ve fázi „opposite initial contact“. Nadále jsou aktivní abduktory kyčelního kloubu, aby stabilizovaly pánev. Dochází ke třetímu zhoupnutí hlezenního kloubu a pata se zvedá z podložky. Střed otáčení se posouvá na hlavičky metatarzů a zastavuje se postup bérce. Koncentricky kontrahuje m. triceps surae a produkuje přibližně 80 % zrychlující síly nezbytné pro udržení rovnováhy.
13
Zároveň tím fixuje flexi hlezenního kloubu, což umožnuje odvinutí paty nad podložku. Tím také vzniká vnitřní flekční moment v kolenním kloubu, který působí proti extenčnímu momentu způsobeným dopředným pohybem horní poloviny těla a kontrakce m. quadriceps femoris, která však slábne. 6. Opposite initial contact Švihová noha naráží patou na podložku a dochází v hlezenním kloubu k plantární flexi, především z důvodu koncentrické kontrakce m. triceps surae a vnějšího momentu kolem středu otáčení. Supinace a zevní rotace tibie dosahuje maxima. V kolenním kloubu se zvětšuje flexe, která je zpomalována excentrickou kontrakcí m. rectus femoris, tím zamezí příliš rychlé flexi. Po dosažení maximální extenze v kyčelním kloubu stojné nohy (10° až 20°) se začíná kloub flektovat. Primárním flexorem je m. adductor longus (Whittle, 2007). Bylo by vhodné rozebrat, proč v této části se mění krok na švihovou fázi. Je to především z důvodu působení momentů a sil, které na dolní končetiny působí a díky nim dochází k potřebnému zrychlení. Pohybem horní poloviny těla, dvouoporového postavení a kontrakce m. adductor longus vzniká největší flekční moment v kyčelním kloubu. Výslednice reakční síly se posouvá za kolenní kloub, díky čemuž se extenční moment mění na flekční. Dochází k hromadění sil resultující v akceleraci a přechodu do švihové fáze. 7. Toe off Touto fází končí „stance phase“ a začíná „swing phase“. Hlezenní kloub dosáhne maximální plantární flexe oporné nohy až těsně po přechodu z „toe off“ do švihové fáze. Kontrakce m. triceps surae švihové nohy ustupuje a aktivuje se m. tibialis anterior, aby bylo v kloubu dosaženo neutrálního postavení. V momentu odrazu dosahuje kolenní kloub maximální extenze, která se pohybuje kolem 3°. Poté plynule přechází do flexe společně s kyčelním kloubem, a to po aktivaci m. rectus femoris a m. adductor longus.
14
Vzniká tak dvojité kyvadlo – zvětšující flexe jednoho kloubu zvětšuje flexi druhého. Během celého chůzového cyklu je zapotřebí udržení horizontální stability pánve a v této fázi jsou nároky na stabilizační procesy nejvyšší. Na straně švihové nohy má tendenci k poklesu, což má za úkol vyrovnávat zejména abduktory oporné končetiny m. gluteus medius. (Véle, 2006). 8. Feet adjacent Jedná se o přechod z počáteční švihové fáze do „mezišvihu“. Švihová noha míjí oporovou dolní končetinu. Hlezenní kloub flektuje a přechází z plantární flexe do dorzální flexe. To zajišťuje tonus m. tibialis anterior a chodidlo tak zaujímá neutrální polohu s lehkou supinací až do okamžiku počátečního kontaktu paty s podložkou. Díky dvojitému kyvadlu mezi flexí kyčle a kolene je úhel v kolenním kloubu až 60° a 70°. Flexe dosáhne maxima v momentu míjení se DK, poté následuje opět extenze (Whittle, 2007). 9. Tibia vertical Jak už z názvu vyplývá, typické pro tuto fázi je vertikální poloha bérce vůči podložce a zakončuje tak švihovou fázi krokového cyklu. Tonizovaný m. tibialis anterior udržuje chodidlo švihové nohy v neutrální poloze. Kolenní kloub té samé nohy přechází do extenčního postavení, kterému brání v hyperextenzi excentrická kontrakce hamstringů. Flexe kyčelního kloubu stagnuje a připravuje se následující extenzi počátečního kontaktu dalšího krokového cyklu (Whittle, 2007).
15
1.3. Biomechanika pohybu Hlavním pohybovým aparátem při vykonávání chůze jsou dolní končetiny, které zajišťují kontakt se zemí. Na základě Newtonova zákona Akce a reakce musí DK odolávat reakčním silám podložky, tedy stejnou silou opačného směru rovnající se síle svalového působení. Tyto síly umožňuje přenášet kloubní aparát DK, a to hlavně – kloub hlezenní, kolenní a kyčelní – v součinnosti se svalovým aparátem. Medicínská literatura udává až 10 kloubních spojení v DK. Během chůze dochází k vychylování od rovnoměrného pohybu. Typickým znakem je kolísání rychlosti jako důsledek přenášení váhy ze švihové nohy na oporovou a následné navázání. Dále pak elevace těžiště v průběhu chůzového cyklu. Nejvyššího bodu je dosaženo při nejnižší rychlosti a nejnižšího naopak při nejrychlejším pohybu (Inman, Ralston, & Todd, 2006). Zároveň se při nižší rychlosti prodlužuje čas stojné fáze a zkracuje se čas švihové fáze (Janura, 2011). Teoretické těžiště těla je umístěné ventrálně před druhým křížovým obratlem S2, opisuje při pohybu těla bipedální lokomocí křivku tvaru sinusoidy ve vertikální i horizontální rovině a extrémy dosahují rozdílu až 5 cm. Výkyvy těžiště jsou tím větší, čím rychlejší je chůze. (Dungl, 2005). Pro přehlednost přikládám tabulku chůzového cyklu dle Rose & Gamble (2006) a aktivitu svalů v jednotlivých fázích.
16
Tabulka 1 Aktivita svalů při chůzi. Rose, J., Gamble, J. G. (2006)Human walking [online] .In Dalíková, Z. (2011) Vliv sklonu chodeckého pásu na metabolické a kardiovaskulární zatížení organismu při Nordic Walking. Diplomová práce. Olomouc: Univerzita Palackého
Východiskem pro velký počet výzkumů a analýze chůze se stala práce „The major determinants in normal and pathological gait“ autorů Saunderse, Inmana a Eberharta z roku 1953. Definovali šest základních determinantů (tzv. „six determinants of gait“) ovlivňující lidskou chůzi. Jsou to: 1. rotace pánve - pelvic rotation 2. laterálního naklopení pánve - pelvic tilting 3. flexe v kolenním kloubu během fáze opory - knee flexion in stance phase 4. -5. mechanismus chodidla a kolena - foot and knee mechanism 1. laterální posun těla - lateral displacement of the body
17
Působením šesti vlivů je kolísání těžiště ve vertikální i horizontální rovině omezeno na 5cm. Maxima se ve většině případů objevují ve středu stojné fáze [obr. 2]. K posunu těžiště dochází dvakrát během dvojkroku a opisuje tak 3D sinusoidu, jejíž amplituda závisí na délce kroku a má tendenci se zvyšovat s rychlostí chůze (Janura, 2011).
Obrázek 2Amlituda pohybu kloubních spojení. dostupné z: http://www.footworksorthotics.co.uk/running/dynamic-gait-analysis/
1.3.1. Hlezenní kloub Hlezenní kloub neboli horní zánártní kloub, je složený distální kloub, ve kterém se spojují obě bércové kosti tvořící jamku kloubu s hlavicí reprezentovanou kladkou hlezenní kosti. Je to hlavní kloub kontrolující pohyby v sagitální rovině vzhledem k noze (Valmassy, 1996). Pro pohyb je důležitý určitý stupeň flexe (přibližně 45°), stejně jako pak rigidity, aby mohl přenášet dynamické lokomoční zatížení. Je zajímavostí, že hlezenní kloub má podobně velkou zatěžovací plochu a sílu jako kyčelní kloub, poškozen však bývá velice vzácně. Pokud mluvíme o uhlových referencích v tomto kloubu, pak používáme termíny plantární flexe (propnutí) a dorzální flexe (přitažení). Rozsah flexe se může se lišit v závislosti na degenerativních změnách jako důsledek pokročilého věku nebo vážných zranění. Pokud dojde ke zranění v oblasti hlezenního kloubu, zpravidla to bývá jeden z postranních vazů – častěji zevní postranní vazivový complex, který je slabším protějškem vnitřního postranního vazu, který bývá zřídka poškozen.
18
1.3.2. Kinematika hlezenního kloubu Plantární flexe při počátečním kontaktu se zemí, po které dochází k dorzální flexi ve střední části krokového cyklu. Úhel se však mění na konci stojné fáze a přibližně v 62% cyklu dosahuje plantární flexe maxima. Při vyšší rychlosti klesá dorzální flexe ve střední části a stupeň plantární flexe je ve švihové části mírně vyšší (nastává také dřív).[obr. 3]
Obrázek 3 Kinematika hlezenního kloubu. Dostupné z: http://ftk.upol.cz/fileadmin/user_upload/FTK-katedry/biomechanika/APBMF_Chuze.pdf
1.3.3. Kolenní kloub Kolenní kloub je složený a největší kloub v těle. Spojují se zde tři kosti: femur (stehenní), tibia (holenní) a patella (čéška). V kolenním kloubu je možno provádět flexi a extenzi a malou vnitřní a vnější rotaci. V horní části nasedají kloubní plochy stehenní kosti ve formě dvou výběžků (kondylů) působí jako dvojitá hlavice kloubu. Spodní část pak zastuje kloubní plochy holenní kosti, která tvoří téměř plochou mělkou dvojitou kloubní jamku. Kontaktní plocha obou kloubních elementů je z obou stran vyplněna menisky, jejichž úkolem je redukovat tlak v místě kontaktu (Whittle, 2007). Menisky jsou poloměsíčitý chrupavčitý útvary. Tření při pohybu kloubů snižuje také synoviální tekutina. V přední části kolenního kloubu se nachází čéška, která napomáhá stabilitě kloubního pouzdra. Jedná se o kost vzniklou osifikací části šlachy
19
čtyřhlavého stehenního svalu. Koleno je během stojné fázi základním faktorem stability, ve fázi švihové je flexibilita kolene základní faktor pro posunutí dolní končetiny vpřed (Perry, 1992). Pohyb a stabilita kolene jsou zajištěny pěti vazy – mediální a laterální poboční vaz, přední a zadní zkřížený vaz a zadní kloubní pouzdro. Kolenní kloub je nejsložitějším kloubem v těle a jako takový je vystaven největšímu zatížení. Proto často dochází k poranění, což může vést až k trvalým poškozením omezujícím samotný pohyb. 1.3.4. Kinematika kolenního kloubu Kolenní kloub má za úkol absorbovat nárazy a snižovat zatížení působící na kloubní aparát. Obecně se dá říct, že při přípravě na kontakt se zemí dochází k extenzi kloubu. Naopak ve švihové části kolenní kloub flektuje, výrazněji pak ke konci krokového cyklu. [obr. 4]
Obrázek 4 Kinematika kolenníhé kloubu. Dostupné z: http://ftk.upol.cz/fileadmin/user_upload/FTK-katedry/biomechanika/APBMF_Chuze.pdf
20
1.3.5. Kyčelní kloub Kyčelní kloub je spojení kosti stehenní a pánve, respektive části hybné a části nesené. Jedná se o párový kloub, který je pro každou nohu zvlášť. V lidském těle jde o největší kloub, který umožňuje lokomoci. Kyčelní kloub je jednoduchý synoviální kloub složený pouze ze dvou částí. Je to jeden z mála kloubů opravdu kulovitého tvaru. Hlavicí je hlava kosti stehenní (caput femoris) a kloubní jamkou je acetabulum kosti pánevní. Acetabulum je místem kontaktu tří kosti, které tvoří pánevní kost - stydká, kyčelní a sedací. Hlavice kosti stehenní je s acetabulem spojena tenkým vazem, ligamentum capitis femoris. Kyčelní kloub je udržován silnými vazy lig. pubofemorale, iliofemorale a ischiofemorale, které patří k nejpevnějším v lidském organismu. Co se týče rozsahu, jedná se o nejpohyblivější kloub dolní končetiny (DK). Rozsah kyčelního kloubu je důležitým determinantem pro všechny aktivity denního života (Perry, 1992). V kyčelním kloubu je možno vykonávat flexi, extenzi, abdukci, addukci, vnitřní a vnější rotaci. 1.3.6.
Kinematika kyčelního kloubu
Úhel se měří mezi stehenní kostí a vertikálou. Probíhá podél relativně plynulé konvexní křivce, kdy po většinu doby se nachází ve flexi, jen při přechodu do švihové části dochází k přibližně 10% extenzi, kdy kost stehenní se nachází za vertikální osou. [obr. 5]
Obrázek 5 Kinematika kyčelního kloubu. Dostupné z: http://ftk.upol.cz/fileadmin/user_upload/FTK-katedry/biomechanika/APBMF_Chuze.pdf
21
1.3.7. Pánev Pánev je největší plochá kost v lidském těle a vzniká spojením dvou párových pánevní kostí, kosti křížové a kostrče. Kost pánevní pak vzniká srůstem kosti kyčelní, sedací a kosti stydké. Tím se uzavírá prostor nazývaný pánevní dutina- tu dále dělíme na dutinu velké pánve a malé pánve. Tvarově zde můžeme najít pohlavní rozdíly. Základním znakem u mužů je úzká, strmá a vysoká pánev. Pánevní dutina má kuželovitý tvar a vnitřní rozměry jsou menší. Naopak pánev u žen je širší, plošší a prostornější. Dutina je válcovitá a rozměry větší. 1.3.8. Kinematika pánve Pro potřeby analýzy definujeme pánev třemi body, které tvoří rovnoramenný trojúhelník. Jsou to body levé a pravé SIAS a obratle S2 (Janura, 2011). Sledujeme náklon kolem mediolaterální osy pánve (až 5° dopředu) [obr. 5] nebo úklon pánve, který je umožněn jen při zkrácení končetiny, tedy např. při flexi dolní končetiny, kdy noha může poklesnout o 4° na stranu švihové nohy. Třetí parametr, který nás zajímá je rotace pánve kolem vertikální osy. Ta z velké část závisí na rychlosti chůze – napomáhá k dosažení vyšších rychlostí. Maxima dosahuje na konci stojné fáze chůzového cyklu (10°)(Janura, 2011).
Obrázek 6 Rotace kyčle. Distupné z: http://ftk.upol.cz/fileadmin/user_upload/FTKkatedry/biomechanika/APBMF_Chuze.pdf
22
1.4.Řídící mechanismy Pohyb provází člověka celý život a jako takový je základním předpokladem existence vyšších organismů. Jedná se o vysoce organizovanou činnost. Při pohybech cílených a úmyslných se na řízení motoriky podílí prakticky všechny oddíly CNS v součinnosti jako jeden celek. Předpokladem pro veškerý pohyb je reflexní svalový tonus. Na něm je vybudován systém postojových a vzpřimovacích reflexů (motorický systém polohy, opěrná motorika), při jehož řízení se účastní retikulární formace, statokinetické čidlo a mozeček. Motorický systém polohy je pak základem složité soustavy úmyslných pohybů, řízené činností mozkové kůry, bazálních ganglií a korového mozečku. Přitom všechny nervové vlivy, které způsobují svalovou kontrakci, se uplatňují ve své konečné podobě prostřednictvím motoneuronů uložených v jádrech hlavových nervů a v páteřní míše (Trojan, S. a kol. 2005). Tedy k vykonání úmyslného pohybu je zapotřebí synergie tří systémů, které na sebe navazují a ovlivňují se: -
senzomotorika
-
motorický systém poloh
-
motorický systém úmyslného pohybu 1.4.1. Senzomotorika Každý systém, ať už živý či neživý potřebuje k vykonání určitého
výstupu základní vstupy. Ty přicházejí z vnějšího prostředí a v případě organismus se jedná o neustálé vystavení vlivům a stimulům z okolního prostředí - aferentace. V centrální nervové soustavě (CNS) jsou tyto podněty analyzovány a následně vysílají informace nutné k vykonání adekvátní reakce, tyto impulzy jsou pak vedeny po eferentních drahách k periferním výkonným orgánům (efektorům), kterými jsou především svaly. Celý proces zahrnující vstup informaci, analýzu a reakci CNS resultující ve svalovou činnost nazýváme senzomotorika.
23
K získávání informací nám napomáhají tzv. proprioceptory uložené ve svalech, šlachách a kloubech. Nejvýznamnějšími proprioreceptory jsou svalová vřeténka a šlachová tělíska. Svalová vřeténka jsou uložena v podélné ose svalu a reagují na pasivní protažení svalu. Čím více je sval protažen, tím je ve svalových vřeténkách větší podráždění. Svalová vřeténka informují CNS o rychlých (fázických) změnách délky svalu při pohybu a o dlouhodobých (tonických) změnách při udržování polohy. Šlachová tělíska jsou umístěna na rozhraní svalu a šlachy, reagují jak na pasivní protažení, tak i na svalovou kontrakci. Působí jako bezpečností opatření proti přetížení, protože při podráždění působí útlum alfamotoneuronů příslušného svalu, a protože jsou zapojeny v sérii se svalovými vlákny, chrání i je proti přetížení. (Trojan, S. a kol. 2005). 1.4.2. Motorický systém polohy Zajišťování polohy těla má reflexní charakter (opěrná motorika = reflexní motorika). Primárně je řízeno hybnými centry mozkového kmene, především retikulární formací a vestibulárními jádry, a to prostřednictvím koordinace polohových, postojových a vzpřimovacích reflexů (Trojan, S. a kol. 2005). Stimuly přicházejí především z proprioreceptorů a statokinetického čidla. Při zajišťování polohy těla hrají také významnou roli kmenová centra, která mají vliv na míšní segment přes několik sestupných drah, z nichž nejdůležitější jsou vestibulospinální a retikulospinální. K elementárním polohám reflexního charakteru řadíme postojové reflexy
se
základem
ve
svalovém
tonu
aktivovaném
pomocí
proprioreceptivními spinálními reflexy a γ-systémem. Postojové reflexy můžeme definovat na různých úrovních od lokálních reakcí, přes segmentální, až po celkovou statickou reakci. Dalším reflexem je vzpřimovací, jenž reaguje na gravitační stimul a snaží se regulovat jeho vliv. Úkolem vzpřimovacích reflexů je znovunavrácení těla do vzpřímené polohy, kdy se nejdříve do správné polohy dostane hlava a potom trup. (Trojan, S. a kol. 2005).
24
Rovnováha znamená schopnost udržovat polohu těla a jeho částí v prostoru. Závisí na stálé aferentaci ze somatosensorického, vestibulárního a zrakového aparátu, na zpracování těchto informací v mozkovém kmeni, mozečku, bazálních gangliích a některých částech kortexu (wikiskripta). 1.4.3. Motorický systém úmyslného pohybu Nejdůležitější složkou somatických funkcí vyšších živočichů jsou úmyslné pohyby, které jsou základním požadavkem a předpokladem nejen života – zajištění základních biologických potřeb, ale také plní roli sociokulturní. Komunikace, vykonávání fyzické aktivity v rámci sociálních struktur a jiné činnosti. Mluvíme tedy o volní složce pohybu Definitivní podoba výstupní motorické informace je výsledkem spolupráce celé hybné soustavy. Pro vykonání úmyslného pohybu je třeba sled několika kroků (Trojan, S. a kol. 2005): -
idea pohybu, volní akt s úmyslem vykonat pohyb
-
taktika neboli plán provedení pohybu pochází z asociačních korových oblastí. Odkud se dostává do bazálních ganglií a mozečku. Bazální ganglia se podílejí na iniciaci pohybu a realizují pomalý pohyb. Mozeček pak kontroluje provedení pohybu a rychlou cílenou motoriku
-
start pohybu náleží motorickému kortexu (kůra), který přijal programy cestou talamu a nadále pohyb řídí Tělo zpracovává nezměrné množství informací, ale v průběhu života
se tyto informace shlukují a vytvářejí pohybové vzorce. V momentě, kdy mozek přijímá stimuly z vnějšího prostředí, porovnává je s již naučenými pohyby a neustále anticipuje na základě zpětné vazby.
25
2. Chůze ve sportu Chůze je považována za nejpřirozenější a především nejzdravější pohyb. Ve většině případů nepřetěžuje organismus a lze jej provádět po delší dobu, která je nutná pro fyziologický efekt na tělo člověka. Nedochází k prudkým nárazům na kloubní aparát a při správném provedení udržuje svaly elastické a vazivové spojení pevné. Tedy zmenšuje se pravděpodobnost případných zranění velkých kloubů dolních končetin. Navíc je pohyb vykonáván v exteriérech, což ze zdravotního hlediska je významný faktor, který napomáhá fyzické, ale také psychické regeneraci. Při chůzi se může zvýšit spotřeba kyslíku až 10x. To způsobuje intenzivnější okysličování a prokrvení periférií. Jak bylo již zmíněno, při chůzi je člověk nucen udržovat stabilitu a tím posilujeme posturální a fázické kosterní svalstvo. Chůze také snižuje cholesterol a vysoký krevní tlak. Regenerační schopnosti chůze jsou nepopiratelné, avšak ve sportu je jako doplňkový či regenerační sport opomíjen. Je nutné si uvědomit, že i chůze může být vhodným rozptýlením při sportovní vrcholové přípravě a vycházky do přírody či výlety po horách by měly být zařazovány do tréninku.
2.1.Sportovní chůze Sportovní chůze je atletickou disciplínou, kterou řadíme mezi vytrvalostní a cyklické výkony. Jelikož se jedná o velice náročný a dlouhodobý trénink, patří tento sport k nejnáročnějším disciplínám - jak fyzicky, tak psychicky. K dosažení vrcholových výkonů je zapotřebí dokonalé technické provedení chůzového kroku, stejně jako celková trénovanost. Technika je nejen determinant výsledného času, ale taky součást pravidel, tedy sportovní chůze je specifickou disciplínou v rámci lehké atletiky.
26
2.1.1. Historie Závodní chůze vznikla na britských ostrovech. Soutěže v chůzi se konaly jako sázky a jako důkaz fyzické zdatnosti. Záznamy o těchto sázkách se datují až do roku 1589. Roku 1670 přihlížel anglický královský dvůr pokusu o překonání 5 mil pod 1 hodinu lordem Digbym o sázku 50 liber. Olympijskou disciplínou se sportovní chůze stává v roce 1908 v Londýně. Závodilo se na distancích 3,5 a 10 km. Vítězný čas činil 14:55 a 1:15:40, charakterem se však výkon diametrálně lišil od současné doby. V 20. a 30. letech nastaly problémy se samotnou definicí závodní sportovní chůze, kvůli kterým se chůze objevila na OH až v roce 1932 v Los Angeles, kde se také poprvé pořádal závod na 50 km (4:50:10). V roce 1956 na OH v Melbourne se závodilo na místo tradičních10km na 20km a 50km. Tyto tratě se jako olympijské chodí dodnes. V 1992 v Barceloně se poprvé v historii pořádá závod v chůzi žen na 10km a v roce 2000 se na OH v Sydney mění na dvojnásobnou trať 20km. Chůze se stala nedílnou součástí veškerých vrcholných meetingů od OH, až po MS a ME. Významnou událostí je také soutěž družstev – Světový pohár a Evropský pohár EAA (Vindušková a kol, 2003). Mezi chodecké velmoci ve světovém poháru patří v současnosti týmy Ruska, Itálie, Španělska, Mexika, nově také Čína. Od roku 1996 pořádá EAA Evropský pohár v závodní chůzi, kde kromě olympijských mužských a ženských tratí je v roce 2000 poprvé zařazeno 10 km pro týmy juniorů a juniorek (Lapka a kol., 2001). 2.1.2. Charakteristika sportovní chůze Sportovní chůze je cyklický, při kterém se chodec pohybuje vpřed střídavým odrážením pravé a levé nohy a musí zachovat nepřetržitý kontakt se zemí. Při vysokých rychlostech však dochází k nepatrnému nadnesení, jež je okem nepostřehnutelné. Vedly se dlouhé odborné diskuze o posuzování
27
správného provedení techniky během závodu. Nakonec pravidla počítají a zdůrazňují, že se posuzuje jako porušení pouze ztráta kontaktu viditelná okem rozhodčího. K vyloučení ze závodu pak dochází při shodě 3 nezávislých penalizacích. Sportovní chůze je disciplína vytrvalostního charakteru, kdy podíl aerobní a anaerobní složky závisí na délce výkonu. Obecně se dá říci, že aerobní složka se zvyšuje s délkou výkonu. Procentuálně se oxidativní krytí pohybuje kolem 97-98%. Z hlediska biochemických parametrů lze chůzi charakterizovat (Vindušková a kol., 2003). VO2max
M 70-85 ml/kg/min Ž 60-75 ml/kg/min
ANP
78%-92% VO2max
Tolerance laktátu
12-15 mmol/l
Oproti běhu je letová fáze minimální. Nedochází tedy k takové relaxaci, což činí z chůze svalově velmi náročný výkon. V porovnání s maratonem vykoná chodec dvakrát více kroků (cca 42-46000) (Vindušková a kol., 2003). Typem somatických faktorů nacházíme na vrcholových soutěžích nejčastěji dvě skupiny chodců. Frekvenční typ menší výšky (170cm) o hmotnosti kolem 60kg. Již z názvu vyplývá kratší a rychlejší kadence kroku. Druhým somatotypem je atletický typ s výraznější svalovou složkou a výškou cca 180cm (Vindušková a kol., 2003). 2.1.3. Trénink a technika K nácviku techniky je v ontogenezi člověka nejvhodnější období mezi 8. až 13. rokem, kdy je proces motorického učení nejefektivnější. Z toho důvodu je důležité zvládnutí pohybových vzorů, spíš než samotný výkon. Technika by se měla trénovat na kratších úsecích s důrazem na správné provedení a především na začátku každé tréninkové jednotky, kdy svěřenec není unavený. Neměli bychom zapomínat na správné protažení před a po tréninku. U chodců je pohyblivost a elasticita základním determinantem
28
sportovního výkonu, navíc tím předcházíme možným zraněním. U atletické chůze protahujeme zejména hlezenní, kyčelní a ramenní kloub. Stejně jako běžci, i chodci mají speciální chodeckou abecedu, která napomáhá zvládnutí jednotlivých úkonů chůzového cyklu, zároveň protahuje a posiluje svalový aparát. (Vindušková a kol., 2003): -
chůze dlouhým uvolněným krokem: s rukama v přepažení, v boku, zkříženýma za zády nebo ve vzpažení. Dbáme na dopnutí kolena při došlapu, na uvolnění boků a jejich vytáčení za švihovou nohou.
-
chůze po patách se vzpaženýma rukama.
-
chůze na místě s přenášením hmotnosti z nohy na nohu.
-
chůze s maximálním až přehnaným vytáčením pánve.
-
velký energetický pohyb paží ve stoji na místě: dbáme na to, aby se ruce pohybovaly v ose pohybu a nevyjížděly do stran či neprováděly jiný nesprávný pohyb. K nácviku lze použít ručník či švihadlo držený oběma rukama a přehozeny za krkem.
-
stoj šikmý na špičkách, nohy 1 – 1,5m od stěny, ruce opřeny o stěnu vzpažmo a střídavě protahovat pravou a levou nohu došlapem na patu
-
chůze v předklonu a předpaženými spojenými rukami; při každém kroku směřují špičky chodidel při propnutí k dlaním.
-
chůze s opačným kroužením natažených paží. Chodecká technika musí být efektivní, ekonomická a zároveň správně
provedena v rámci pravidel. To klade nároky na sportovcovu obratnost a koordinaci. Proto je důležité zařazovat do tréninku i jiné atletické disciplíny, díky kterým se svěřenec učí ovládat různé části těla. Významně se na ekonomickém provedení podílí také technika běhu, na které lze natrénovat synchronizaci aktivizace a relaxace svalového tonu. Zařazujeme nácvik sprintů, startů z poloh, přeběh přes překážky, běh na 400m se zdůrazněním relaxace v letové fázi, delší fartlekové výběhy nebo běžeckou atletickou abecedu, která obohacuje pohybový komplex sportovce. Základní cviky jsou:
29
-
klus: pomalý a relaxovaný běh, který slouží k zautomatizování a uvědomění si jednotlivých pohybů. Chodidel ve směru běhu, došlap na vnější hranu chodidla a následné odvinutí ke špičce. Ramena jsou uvolněna; paže se pohybují volně podél boku.
-
liftink: jedná se o nácviku práce kotníků. Začíná se provádět na místě s následným přechodem do klusu. Snažíme se o neustálý kontakt špičky chodidla o podložku a maximální rozsah pohybu v kotníku.
-
skipink: poklus se střídáním flexe v kyčelním kloubu, neboli vysoká kolena. Nezakláníme se, spíše je snah o dopředný náklon, přičemž zdůrazňujeme práci paží. Pohyb by měl být prováděn energicky a impulzivně.
-
předkopávání: poklus s propnutými DK, chodidla v plantární flexi. Snaha o dynamické zahrábnutí střídaný s relaxací.
-
zakopávání: střídavá flexe v kolenním kloubu. Maximální rozsah do doteku paty a hýždí. Zároveň je důležitá práce horních končetin.
-
odpichy: dynamické prodloužené běžecké kroky. Přední noha v ostré flexi, zadní odrazová noha v extenzi. Nutné dokončovat odraz v plném rozsahu a stejně jako u předkopávání je důležitá dynamická fáze při odrazu a relaxace v letové fázi.
-
stupňované běhy: plynulé stupňování rychlosti běhu na rovném úseku (až do maxima). Z klusu postupné prodlužování kroku, stále intenzivnější pohyb paží a odraz; při vystupňování rychlosti zvyšování i frekvence kroku; po přeběhnutí úseku nebrzdit – uvolněný a dlouhý doběh.
-
rozložené běhy: rychlý běh s využitím setrvačnosti, na určených úsecích vypuštění psychického úsilí. Chůze je vytrvalostní sport, u kterého je však důležitá rychlá svalová
síla při současně dobře provedené technice. Proto je nutné zařazovat do tréninku rozvoj jak vytrvalosti, techniky, tak rychlosti. Pro rozvoj rychlé svalové síly používáme metody: Vindrušková a kol. (2003)
30
-
rychlostní: zátěž 30-60% maxima, max. 12 opakování při udržení konstantní rychlosti
-
kontrastní: střídání odporu různých zátěží
-
izokinetickou: cviky na speciálních strojích Trénink svalové síly by se měl provádět na začátku tréninkové
jednotky (TJ) zaměřené na maximální rychlost. Zátěž probíhá v krátkých časových úsecích s delšími intervaly na odpočinek, aby organismus byl schopen zregenerovat a doplnit zásoby ATP-CP. Pro rozvoj vytrvalostní svalové síly používáme metody: Vindrušková a kol. (2003) -
metoda opakovaných úsilí: 10-20 opakování, zlepšení nervové koordinace
-
metoda silově-vytrvalostní: 20-50 opakování, zátěž 30-40% maxima
-
kruhový trénink: provádí se s nízkou zátěží, aby bylo možno provádět větší počet opakování. Cviky mají plyometrický charakter a interval zátěže by neměl převýšit 40s. Snažíme se o střídavé zatěžování segmentů z důvodu vyhnutí se rychlému přetížení a efektivního zapojení kardiovaskulárního systému Doplňkově zařazujeme rozvoj síly posilováním vlastní vahou nebo
činkami v posilovně. Výsledkem by však neměla být svalová excentrická hypertrofie, ale koncetrická zvyšující relativní sílu na jednotku hmotnosti. Dle Vindrušková a kol. (2003) můžeme metody chodeckého tréninku rozdělit na tři základní skupiny metod: souvislé, intervalové a kontrolní. Z hlediska potřeb tréninku je to pak těchto pět metod: kvantitativní metoda: objem tréninků stoupá se současným udržením intenzity. Uplatňuje se především při rozvoji obecné vytrvalosti v přípravném období.
31
kvalitativní metoda: nachází uplatnění při rozvoji rychlosti a síly v přípravně a hlavním období. Je charakteristická menším objemem zatížením při vyšší intenzitě. metoda
střídavého
zatěžování:
jedná
se
kombinaci
kvalitativní
a kvantitativní metody, tedy o aplikaci fartlekového charakteru. metoda střídání maximálních účinků: při tréninku sportovní chůze dochází ke značnému čerpání glykogenových zásob. Smyslem této metody je dosažení volního maxima při vyčerpání energetických zdrojů a následná maximální regenerace. Tedy střídáme maximální zatížení s maximálním odpočinkem. metoda kontrolní a modelovací: slouží ke kontrole efektivity proběhlého tréninku na konci cyklu, když zjišťujeme, jestli došlo k pozitivní adaptaci na zatížení. Především se zaměřujeme na ty faktory, které jsme v proběhlém období trénovali. Zařazování této metody by mělo být co nejméně časté a v opravdu odůvodnitelných případech. Sportovní chůze je jeden z nejnáročnějších atletických olympijských sportů a svým pohybovým charakterem se může stát také zajímavým doplňkem sportovců jiných atletických disciplín. Zejména z důvodů regeneračních, morfologických, fyziologických a psychologických. Rekreační formy sportovní chůze v posledních letech zažívají vzestup popularity, proto bych se v krátkosti zmínil o nordic walkingu a systému H.E.A.T.
32
2.2.Nordic walking Nordic walking neboli severská chůze pochází z Finska a je rekreační outdoorovou formou sportovní chůze, při které se však používají speciální hole. Tím jsou do pohybu výrazněji zapojeny horní končetiny, což má pozitivní účinky na pohybový stereotyp, funkční složku a pomáhá udržovat stabilitu. Bez zvláštních požadavků na sportovní vybavení z chůze stává finančně nenáročná kondiční aktivita, která podporuje rozvoj vytrvalosti, síly, rychlosti a flexibility. Nordic walking řadíme mezi vytrvalostní aktivity, ve fitness terminologii pak hovoříme o tzv. kardiofitness aktivitě – tedy zatížením kardiorespiračního systému je severská chůze podobná běhu, jízdě na kole, bruslení, plavaní nebo ve fitness průmyslu indoor cyclingu a H.E.A.T. . Při správném technickém provedení napomáhá Nordic walking napravit držení těla. Díky podpoře holí odlehčuje kloubnímu aparátu DK a relaxuje oblast ramen a zádových svalů. Tím je vhodný pro lidi s různou úrovní trénovanosti a věku, tedy začátečníky, sportovce, lidi s nadváhou nebo třeba seniory. Navíc intenzivnější aktivitou horní poloviny těla dochází k aktivizaci kardiovaskulárního systému. Po pravidelné zátěži klesá tepová frekvence, zvyšuje se aerobní kapacita a bazální metabolismus jako důsledek posílení svalové složky a ovlivňuje další funkční aspekty. Do pohybu je zapojeno 90% (Švestková, Dýrová, 2010) svalstva celého těla, jedná se proto o komplexní pohybovou aktivitu resultující ve vyšší trénovanost, posílení pohybového aparátu, spalování tuků, zlepšení respirace a kloubní pohyblivosti a je také prostředkem psychické hygieny. Často dochází k laické záměně označení holí pro severskou chůzi a vysokohorskou chůzi. Nordic-walkingové hole se od trekingových holí liší hmotností a robustností. Trekinkové hole jsou určeny k vysokohorské turistice, proto jsou mohutnější a těžší. Hole na Nordic walking jsou vyrobeny
33
z hliníku nebo karbonu a váží přibližně 400g – závisí na provedení a použitém materiálu. Karbonové hole bývají zpravidla lehčí a pružnější. Najdeme i rozdíly i v dalších částech. Madla u trekingových holí jsou podobné madlům sjezdových holí, naopak hole na severskou chůzi mají blíže k holím na běžecké lyžování. Stejné je to u poutka, které u Nordic walkingových holí musí být, na rozdíl od trekingových holí, pevné a zároveň flexibilní, aby zajistilo pohyblivou fixaci ruky s madlem. Při střídavé práci rukou tak hole z ruky nevypadávají a umožňují rychlé znovuuchopení hole. Zakončení této mechanické opory bývá vyrobeno z gumy. Tzv. botičky jsou u holí pro severskou chůzi zkosené, u trekingových holí zakulacené. Vhodnou délku holí lze matematicky vypočítat jako násobek výšky postavy a koeficientu 0,68. Vypočítaná délka se zaokrouhluje na 5 cm. Druhý, méně exaktní způsob, vychází z výšky dolní poloviny břicha, kam má zasahovat rukojeť a zároveň by měl být úhel v paži při sevření hole 90°. 2.2.1. Technika a nácvik Tím, že nordic walking vychází z chůze, která je nejpřirozenějším pohybem pro člověka, se může zdát, že technicky tato aktivita nebude náročná. Často však z důvodu chybných pohybových stereotypů bývá fáze motorického přeučení náročná a časově zdlouhavější. Dle internetové publikace FSpS MUNI o nordic walkingu lze správné techniky dosáhnout v šesti krocích: (Švestková, Dýrová, 2010) 1. krok: Správná práce s holemi Hole na nordic walking mají speciální poutko, které má za úkol zpevňovat zápěstí a přimknout dlaň k madlu pro lepší manipulaci. Při zapíchnutí je hole pevně sevřena v dlani a měla by svírat pravý úhel s předloktím. Konec hole by měl dopadat přibližně na úrovni paty chodidla protilehlé nohy. Hůl zůstává v kontaktu se zemí po celou dobu přenosu váhy na druhou nohu a zapíchnutí švihové hole. Když je ruka zapažena, dochází
34
k propnutí a odpichu hole se současným vypuštěním z dlaně. Paže se pravidelně stříhají v opozici s DK a pohyb je cyklický. 2. krok: Správná práce nohou Krok při severské chůzi je delší než při běžné chůzi. Snižuje se tím těžiště, zrychluje se pohyb a umožňuje lepší absorpci zatížení na pohybový aparát. Jeho délka by měla být taková, aby bylo možné došlápnout na patu a odvinout celé chodidlo až k palci. Špičky chodidel směřují do směru pohybu a nohy jsou přibližně na šířku pánve. Při došlapu je kolenní kloub v mírné flexi, čímž noha snadněji absorbuje náraz na zem a s lehkým zhoupnutím se přenáší váha na stojnou nohu. K akceleraci a dopřednému pohybu je důležitá aktivní práce nohy v poslední fází opory, kdy se odráží z palcové části chodidla. 3. krok: Souhra Stejně jako při běhu nebo normální chůzi dochází při nordic walkingu k cyklickému střídání pravé a levé končetiny, vždy v opozici k DK. Tedy je-li pravá ruka před tělem, pak pravá noha jde vzad. Mnohdy dochází k tzv. passgangu, kdy HK se pohybují ve stejném cyklu jako DK. 4. krok: Držení těla Držení trupu by mělo být vzpřímené, ne však křečovité a zároveň v lehkém předklonu. Z důvodu relaxace ramen a posílení mezilopatkového svalstva jsou ramena stažena dolů, a paže se pohybují v laterální sagitální rovině. Ramena se při odpichu hole mírně vytáčejí, boky, ale trup však zůstávají v jedné rovině. Pánev by měla být stabilní bez výrazných torzních a inklinačních pohybů. Při nácviku správné techniky je dobré provádět pohyb pomalu, abychom měli čas si uvědomit jednotlivé části. Pro některé jedince totiž může být náročné dodržovat veškeré pokyny a motoricky je zpracovat. Vhodný je mírný travnatý protisvah pro snadnější oporu, měkčí dopad a automatický
35
náklon při chůzi do svahu. Dáváme si pozor na délku kroku, vypuštění hole v zapažení, stažení ramen, odpružení v kolenou, střídání paží a nohou a také správné dýchání. Fáze automatizace by se neměla podcenit a přeskakovat. 5. krok: Variabilita dle terénu Jak bylo řečeno, při chůzi do svahu se tělo automaticky naklání, kroky jsou kratší a zapojuje se při aktivním odpichu více horní polovina těla, extenzory kyčelního kloubu a lýtkové svaly. Aktivní odpich zmenší odpor překonávaný DK a umožní prodloužit kroky. Pří chůzi z kopce není nutné dodržování přesné techniky severské chůze. Hůlky při sestupu fungují jako stabilizace pohybu a nepracují natolik aktivně. Kroky se v závislosti na sklonu zkracují, kolem se dostávají do větší flexe, a tím se těžiště těla posouvá níže a dozadu. 6. krok: Protažení Součástí každého tréninku by měl být strečink a u severské chůze tomu není jinak. Zařazujeme ho před zátěží, někdy i během zátěže a především po skončení aktivity. Hole nám mohou posloužit jako vhodné náčiní a obohatit protahovací fázi. Obecně lze říci, že bychom měli protahovat svaly s tendencí ke zkracování, respektive posturální svalstvo. Existují i jiné formy provedení severské chůze. Často se můžeme setkat např. nordic running, což je spojení běhu a použití holí při odrazu. Přistupují k němu trénovaní jedinci s dobrou fyzickou kondicí, ať už z důvodu zpestření či tréninkové zátěže Lze jej provádět na různém povrchu stejně jako severskou chůzi. To neplatí pro nordic blading, spojení kolečkových bruslí a nordic walkingu, který se zpravidla dá provozovat na asfaltovém či jiném pevném povrchu.
36
2.3.Fitness – H.E.A.T., běhací pás Program H.E.A.T. fitness systém kombinující prvky běžné chůze, strukturu aerobních fitness hodin, a to vše prováděné na stroji vycházející z běžícího pásu. Tento produkt pochází z Itálie a poprvé byl uveden na Festivalu del Fitness v Rimini v roce 2004. Primární úmysl tvůrců bylo napodobení vysokohorské pěší turistiky a běhu do kopce. Byl však nastaven natolik nereálně pro běžnou populaci, že museli produkt předělat a hodiny vystavět jiným způsobem. Pro zajímavost, sklon pásu byl v počátcích kolem 40°. Hlavní zátěží tak v dnešních dnech již není běh, ale chůze umožňující cvičencům lépe regulovat zatížení. Běh využívají v dnešní době spíše zkušení a trénovaní jedinci. Zachována
teda
byla
původní
myšlenka
simulace
lokomoce
v kopcovitém terénu, avšak byl změněn radikálně náklon pásu a způsob pohybu. V dnešní době je H.E.A.T. považován za chodecký trénink. Vzhledem k tomu, že se jedná o novinku na trhu s fitness nářadí, není rozšířenost zatím významná, avšak v Evropě si již našla své příznivce a nahrazuje tak jiné indoorové aktivity, jako je spinning a další. H.E.A.T. je akronym anglického názvu High Energy Aerobic Training, volně přeloženo do češtiny jako Vysoce intenzivní aerobní trénink. Lze usuzovat, že název implikuje záměr autorů tohoto produktu; co největší impakt na tělo cvičících vycházející z aerobní zátěže organizmu. Program se snaží nabourávat stereotypnost a neatraktivitu běžné chůze a společně ve skupinové energicky vedené lekci nadchnout lidi pro pohyb. H.E.A.T je určen pro veškeré skupiny populace různé trénovanosti a trvá běžně 45min. Z dlouhodobého měření na osobách různé charakteristiky byl zjištěn průměrný energetický výdej pohybující v rozmezí 500-700 kcal na jednu lekci. Stejně jako běžná dynamická chůze, tak i H.E.A.T má pozitivní účinky na organizmus. S tím rozdílem, že podněcuje a motivuje člověka více k pohybu. Filozofie tohoto programu nenutí člověka k překonávání volních bariér, spíše podává pomocnou ruku a ukazuje pozitiva samotného pohybu. 37
Jak bylo již zmíněno, chůze je prováděna na speciálním pásu Maxerrunner [obr. 7], který vyvinul Max Grossi a Marika Moretti. Jedná se o mechanický běžící pás bez motorového pohonu, u kterého lze jednoduše nastavovat sklon roviny pásu. Za jednu lekci programu H.E.A.T. se vystřídá několik technik chůze a jak je hodina vystavěna záleží na instruktorovi a skupině cvičenců. Program nabízí dvě úrovně chodeckých technik; BASIC pro začátečníky a rozehřátí, LEVEL II pro pokročilejší a trénovanější. Pro představu přikládám technické parametr Maxerrunner a jeho možnosti náklonu. výška složeného stroje je
175 cm
šířka stroje je
82,5 cm
délka rozloženého stroje je
175 cm
váha stroje je
104 kg
max. sklon:
40°
Obrázek 7 Maxerrrunner. Dostupné z: http://www.heat-tabor.cz/maxerrunner/
38
3. Analýza pohybu Moderní technologie umožnily akceleraci sportovních výkonů a posouvají rok od roku efektivitu tréninku a technického provedení. Technologie zasahují do sportu v několika odvětvích a ve všech můžeme pozorovat neuvěřitelný pokrok. Nejedná se jen o sportovní vybavení jak např. atletické tretry nebo plavecké oblečení. Vývoj zaznamenala také výživa a fabrikace umělých doplňků stravy. Použití techniky však také můžeme najít také u analýzy pohybu, jenž nám pomáhá při prohlubování biomechanických znalostí. V době, kdy vrcholový sport je natolik vyrovnaný, že rozhodují mnohdy setiny sekund či milimetry, jsme nuceni hledat přesné metody pro rozbor a následnou úpravu pohybového stereotypu. Metody analýzy prošly v posledních desítkách let několika fázemi. Veškeré měření vychází z fyzikálních zákonů a pro sportovní potřebu nejvíce vyhovuje obor mechaniky tuhých těles, která se dále dělí na statiku a dynamiku. Statika studuje tělesa buď v klidu, nebo tělesa pohybující se konstantní rychlostí. Nás spíše zajímá dynamika, jakožto podobor zabývající se studiem těles ve zrychleném či nekonstantním pohybu. Ten se dále dělí na kinematiku a kinetiku. Kinematika popisuje pohyb tělesa jako takový, bez zájmu v příčinných souvislostech. Ty naopak zkoumá kinetika, která hledá silové příčinnosti. Pro přehlednost přikládám kategorizaci pohybů. Tyto kritéria pomáhají při prvotním nastavení a přístupu k analýze lokomoce: Podle charakteru pohybu: -
cyklický
-
acyklický
Podle definovaného omezení: -
s přesně definovaným začátkem a koncem
-
bez přesně definovaného začátku a konce (např. chůze, běh)
39
Podle komplexnosti provedení: -
jednoduché – v jednom kloubu (jednoosé klouby, víceosé klouby)
-
složité – komplexní pohyby se zapojením více kloubů (segmentů)
Podle rozsahu pohybu: -
v malém rozsahu – jemná koordinace (např. pohyb ruky při psaní)
-
ve velkém rozsahu (např. vzpažování a připažování)
Podle rychlosti provedení: -
pomalé
-
rychlé
Podle laterality končetiny: -
dominantní končetinou
-
submisivní končetinou
3.1. Kinematická analýza Kinematika nám odpovídá na základní otázky o pohybu těles, definuje a popisuje veličiny, které umožňují vidět objekty nejen jako předmět, ale také jako kombinaci souřadnic pozice, relativních posunů v čase, rychlosti, statistických souvislostí a jiných charakteristik. Ve sportovní analýze nám komplex těchto znalostí dává silnou výchozí pozici při posouvání lidských možností a zefektivňování tréninkové přípravy. Kinematická analýza nemá ambice stát se běžnou součástí tréninku, avšak může se stát silným spojencem při přípravě či odstraňování špatných pohybových stereotypů. Byla vyvinuta spousta experimentálních metod s různými výsledky a přesností.
Všechny
využívají
fyzikální
zákony
od
optiky,
elektromagnetismu, až po termodynamiku. Elementární a nejvíce využívanou metodou se stala metoda fotogrammetrická, která využívá bezkontaktní zobrazení objektu a určování jeho souřadnic. V praxi rozlišujeme zobrazení rovinné ve dvojrozměrném systému a prostorové ve trojrozměrném systému. Sběr dat může být sekvenční, neboli video, nebo individuální, pak hovoříme o fotografii. Tato zobrazovací metoda poskytuje relativně přesný
40
materiál k následné analýze a rozboru. Přesnost však předpokládá exaktní přístup k analýze a co nejpřesnější nastavení experimentu a přístrojů. O výstupu z analýzy pohybu při použití fotoaparátu nejčastěji mluvíme o kinogramu. To je série snímků exponovaných v krátkém mezičase. Jedná se tedy o jakousi formu videoanalýzy o malém počtu snímků. Proto je zapotřebí použití fotoaparátu s rychlou uzávěrkou a dobrou světelností. Kinogramy lze udělat i z 2D a 3D analýzy. Ať už během videoanalýzy, či zachycování kinogramu, je nutné nejdříve zkalibrovat měřící prostor a samotné snímací kamery. V této fázi dochází k největší chybám a bývají rozhodující pro výstup měření. [obr. 8] Jedná se především o definici prostoru, jeho metrických a úhlových charakteristik. Obecně platí, čím přesnější, tím lepší a v tomto případě tomu není jinak. Odchylku můžeme také částečně eliminovat počtem kalibračních bodů. Mezi další faktory mající vliv na výsledné měření patří měřící zařízení (optické vady, sférická vada, astigmatismus, atd.), identifikace referenčních markerů, kalibrace kamery, identifikace markerů a při prostorové analýze je to 3D transformace. Existuje několik pravidel, které je nutné dodržet: (Soumar, 2011) 1. všechny kamery musí zaznamenat pohyb současně 2. kamery musí být důsledně stacionární a nesmí dojít k jejich posunutí 3. pohybující se objekt (marker na objektu) musí být zřetelně viditelný 4. musí být přesně známa frekvence snímání kamery 5. kamery musí být synchronizovány
41
Pro přehlednost přikládám graf relativních velikostí chybových příspěvků jednotlivých faktorů:
Obrázek 8 Okolnosti ovlivňující chybu rekonstrukce bodu v prostoru. Dostupné z: http://pokrok.ujep.cz/elektronicka_knihovna/Kinematicka_analyza.pdf
Ve 3D analýze, neboli trojdimenzionální analýze používáme nejčastěji kartézský souřadný systém [obr. 9] určen metricky ve třech navzájem kolmých osách. Během pokusu je zapotřebí, aby obě kamery zabíraly všechny body referenčního prostoru, jedná se tedy o vrcholy tohoto prostoru.
Obrázek 9 Souřadný systém. Dostupné z: http://is.muni.cz/do/1451/elearning/kineziologie/elportal/pages/kinematika_dynamika.html
42
Po správném a co nejpřesnějším nastavení měřícího prostoru můžeme přistoupit k samotnému měření. Abychom však věděli jak měřit, je nutné pochopit teorii hmotného bodu. Tímto termínem označujeme teoretický bod, který nahrazuje a reprezentuje určitý objekt v prostoru. Nepřebírá rozměrové vlastnosti, jen hmotnost a pozici těžiště idealizovaného objektu. Tento bod je pak lépe uchopitelný a snadněji se zkoumá jeho pohyb v souřadném prostoru. V analýze pohybu probanda používáme nejčastěji hmotné body k zastoupení velkých kloubní spojení, těžiště těla a hlavy. Existuje mnoho modelů a přístupu k segmentaci a označení, do této problematiky však zasahovat nebudu. Po zralé úvaze a uvážení možností segmentačních modelů, následuje samotné značení. Terminologicky tyto značky nazýváme markery, které mohou být aktivní či pasivní. Liší se ve způsobu emitace světla. Aktivní marker funguje jako určitý druh kontrastní žárovky, negativum shledáváme v nutnosti přívodu elektrické energie, ať už kabelově či přes baterii. Naproti tomu pasivní markery nevyzařují světlo, bývají ale zpravidla reflexní pro lepší viditelnost. Podle uskupení a připevnění k probandovi lze kategorizovat markery do čtyř skupin: - markery na čepu připevněném do kosti - marker připevněný na kůži v určitém anatomicky definovaném místě - pole markerů připevněných na tuhé desce - kombinace markerů v anatomických místech s polem markerů Volba typu závisí na analyzovaném pohybu. Velké rozdíly se objevují např. při extenzi a flexi kyčelního kloubu či axiálních rotacích. V úvahu by se mělo také brát relativní posun markerů vůči kosti či mezi sebou. Proto je při použití clusterů volit markery na tuhé desce spíš než na kůži. Vyhledáváme také místa, která jsou nejblíže skeletu, tedy kloubní spojení a kosti bez výrazné vrstvy kožní řasy a svalstva. Také velikost markeru determinuje směrodatnou odchylku 3D reziduálu. Menší marker znamená přesnější
43
měření, ale také větší náročnost na kvalitní technické vybavení, které je schopno zobrazit detailní obraz při rychlém snímání pohybu. Kinematická
analýza
může
výrazně
napomoci
k pochopení
a porozumění pohybu jako takového, je však zapotřebí k ní přistupovat velmi obezřetně a vědecky. V opačném případě by mohlo dojít ke špatné interpretaci a zabrzdění sportovního vývoje svěřence. A jaké můžeme sledovat veličiny? - trajektorie: geometrická čára, po které se hmotný bod pohybuje - dráha: délka trajektorie - rychlost: vektorová veličina určující jakým způsobem se mění poloha tělesa v čase - zrychlení: vektorová veličina určující, jakým způsobem se mění rychlost tělesa v čase - úhly: relativní změna či uhlové souvislosti mezi segmenty či segmentů k základním rovinám Ve vztahu k chůzi pak můžeme dedukovat i ostatní časoprostorové veličiny jako je rytmus (frekvence), neboli počet kroků za jednotku času. Běžně jednotkou je počet kroků za minutu. Frekvenci často nahrazuje výrazem kadence. Je nutné si však neplést počet kroků a počet cyklů, který se skládá ze dvou kroků. Rytmus čili frekvence je závislá na délce DK, pohlaví, věku nebo temperamentu. Z kadence lze také odhadovat nálada a aktuální rozpoložení člověka. Pro zajímavost, děti mají kadenci až 180 kroků/min. Rychlost v chůzi se nejčastěji vztahuje k dráze těžiště za jednotku času. Běžná jednotka metry za sekundu nebo kilometry za hodinu. Whittle (2007) uvádí, že průměrnou rychlost lze vypočítat z frekvence a délky dvojkroku podle vzorce: rychlost (m/s) = délka dvojkroku (m) x frekvence (kroky/min)/120
44
Časové parametry na různých stupních abstrakce mohou poskytovat důležité informace. Mezi základní časové údaje řadíme dobu chůzového cyklu, který je nepřímo úměrný frekvenci: doba cyklu (s) = 120/frekvence (kroky/min) Z délkových údajů nás zajímá délka kroku a délka dvojkroku. Délka kroku udává vzdálenost mezi počátečními kontakty kolaterální DK. Krok se rozlišuje na pravý a levý, podle toho jaká končetina je vpředu. Jeden z mnoha dalších parametrů je šířka kroku mezi vnitřními liniemi chodidel či kolen. Existují i další sledované parametry, které volíme na základě prováděného testu a samotného záměru analýzy. 3.1.1. Goniometrie (elektrogoniometrie) Jak již z názvu vyplývá, jedná se o metodu měřící úhly. Goniometrie je přesněji řečeno metoda, která měří relativní rotací tělních segmentů v daných kloubech. Podle počtu sledovaných rovin posuzujeme komplexnost a případnou chybu měření. Nejjednodušší postup se provádí v jedné rovině, nejčastěji ve směru pohybu. Goniometry mohou být buď mechanické, nebo elektronické, které umožňují měřit na základě změny potenciálu úhlové charakteristiky v čase(Soumar, 2011). Avšak i při složitějším a detailnějším provedení zůstává diskutabilní odchylka, která se může pohybovat kolem 1mm v pohybu a méně než 1°v rotaci (Suntay a kol., 1983). Diskutabilní je především z důvodu několika praktických omezení při průběhu analýzy. Jde o připojení goniometru ke kloubu, které brání v přirozeném pohybu probanda a navíc jakékoliv připevnění na měkkou tkáň způsobuje relativní posun vůči kloubnímu aparátu. 3.1.2. Akcelerometrie Akcelerometrie je analytická metoda měřící zrychlení jednotlivý segmentů pomocí malých zařízení nazývaných akcelerometry. Princip metody spočívá pozorování elektrických změn, které vychází ze zrychleného pohybu analyzovaných segmentů a tyto změny jsou měřeny sadou
45
tenzometrů. Podle způsobu zapojení a typu akcelerometru jsme schopni analyzovat pohyb ve 3D prostoru. Modernější přístroje pak mají zabudovaný goniometr, kterým lze určit inklinační charakteristiky. Hlavní výhodou akcelerometrů je vysoká frekvence snímání. Jejich nevýhody jsou: (Soumar, 2011) - nelze oddělit kinematické zrychlení od gravitačního - nelze určit výchozí polohu segmentu - efekt gravitačního zrychlení - nutnost identifikace rotačního stupně volnosti 3.1.3. Elektromagnetické a akustické senzory Pro zajímavost uvádím analýzu pomocí elektromagnetismu popsanou poprvé v roce 1988, avšak pro svoji nepoužitelnost při komplexních pohybech se v praxi nevyužívá. Zařízení se tehdy skládalo z emitoru elektromagnetického pole a čidla. Relevantnost prokázala tato metoda při analýze pohybu segmentu kolem jednoho kloubu. Jak již bylo zmíněno, při složitějších měření vykazoval nízkou spolehlivost. Hlavní problémy elektromagnetických zařízení spočívají v:(Soumar, 2011) - elektromagnetické interferenci s kovovými objekty - relativně nízké vzorkovací frekvenci - rozsahu úhlových charakteristik, který je omezen na 180° Na podobném principu funguje i akustický systém, opět na základě emitoru a přijímače. V tomto případě se jedná o zvukové vlny, které snímají nekolineární směrové mikrofony. Protože známe rychlost zvuku ve vzduchu, lze dopočítat relativní pozici zvukových senzorů umístěných na těle probanda a směrových mikrofonů. Při dobře zkalibrovaném a nastaveném experimentu lze dosáhnout chybovosti menší než 0,5 mm v pohybu a 0,5° v rotaci (Quinn a Mote, 1990). V praxi však je tato metoda velice náročná a komplikovaná na správné provedení, už kvůli nebezpečí akustického echa, interference, kalibrace mikrofonů a jiné faktory, které brání běžnému použití.
46
3.2. Kinetická analýza Kinematika popisuje pohyb hmotného bodu v čase a prostoru, avšak nezkoumá příčiny. Každá lokomoce je výsledek silového působení, ať vnějšího, či vnitřního a tyto síly zkoumá kinetika. Jelikož na pohybu se podílí velké množství různých druhů sil, je nasnadě jistá kategorizace pro lepší pochopení celého systému. Základním dělením reálných sil je hledisko, které sleduje vztah mezi pohybem a existencí síly. Primárními silami označujete ty, které existují bez přímé souvislosti s pohybem. Mezi ně patří např. tíhová síla F , jenž neustále G
působí na jakoukoliv hmotu, tedy i na segmenty těla. Při analýze pohybu nás zajímá především součinnost s prováděným pohybem. Jde-li o pohyb se směrem souhlasným s gravitací, pak mluvíme o účincích akceleračních. V opačném případě působí tíhová síla brzdivě. V případě, že silové působení vzniká jako důsledek konaného pohybu, pak se jedná o sekundární síly. Ty můžeme dále dělit na vnější a vnitřní, podle místa působiště. Typickým příkladem vnější sekundární síly je síla třecí F
T
vznikající jako kontaktní odpor hmoty proti pohybu. Patří sem také např. odstředivá či dostředivá síla a mnohé jiné. Z vnitřních sil nás pak nejvíce zajímá svalová síla F a pevnostSV
pružnost tkání. Není však snadné měřit vnitřní prostředí a jeho vlastnosti, proto se v biomechanice tyto síly často zobecňují. Mimo reálné síly působí na hmotu v pohybu také setrvačné síly, které nemají původ ve vzájemném působení sil. Setrvačné síly vznikají jako důsledek zrychleného pohybu a mají tendenci udržet těleso v původním pohybovém stavu.(Bernacíková a kol., 2010) Studium silového působení vychází ze tří Newtonových pohybových zákonů: -
zákon setrvačnosti: jestliže na těleso nepůsobí žádné vnější síly nebo výslednice sil je nulová, pak těleso setrvává v klidu nebo v rovnoměrném přímočarém pohybu
47
-
zákon síly: jestliže na těleso působí síla, pak se těleso pohybuje se zrychlením, které je přímo úměrné působící síle a nepřímo úměrné hmotnosti tělesa
-
zákon akce a reakce: proti každé akci vždy působí stejná reakce; jinak: vzájemná působení dvou těles jsou vždy stejně velká a míří na opačné strany Kombinací tří Newtonových zákonů se formuluje také čtvrtý zákon
založený na principu superpozice. Využití nachází právě při analýze silových soustav. Jestliže na těleso působí současně více sil, rovnají se silové účinky působení jediné síly, tzv. výslednice sil, která je rovna vektorovému součtu těchto sil. Pokud je výslednice rovna nule, pak je hmota v klidu vzhledem ke vztažné soustavě – statická rovnováha.
F = F1 + F2 + F3 + ... + Fn = 0 Tu lze vyjádřit také pomocí momentové věty, do které vstupuje vzdálenost mezí působištěm síly a osou otáčení a vyjadřuje otáčivý účinek působící síly. Moment síly je veličina, vzhledem k charakteru pohybového aparátu, důležitá v biomechanice. M = M1 + M2 + M3 + ... + Mn = 0 Proč pro pochopení dynamiky potřebujeme znát statickou rovnováhu? Analogii nacházíme u videa a fotografie. Video zobrazuje pohyb neboli dynamiku, naopak fotografie je statická. Video je však sled statických fotografií, které následují v krátkém intervalu za sebou a stejně tak je tomu při analýze pohybu. Ten je složen z mikrofází, ve kterých musí být dosaženo rovnováhy. Mluvíme tedy o dynamické rovnováze, kde působí navíc setrvačná síla, která definuje pohyb jako takový. Pro dynamickou rovnováhu platí d´Alembertův princip. Ten říká, že součet rozdílů mezi silami působícími na systém a časovými změnami hybnosti systému při virtuálním posunutí systému (při započetí vazeb) je nulový. (Bernacíková a kol., 2010)
48
Výslednice sil dynamické rovnováhy je rovna nule. Oproti statické rovnováze započítáváme také sílu setrvačnou vznikající při zrychleném nebo zpomaleném pohybu. F + F + F + ... + F = 0 1
2
3
n
Analogicky pak momentová rovnováha započítává moment setrvačných sil: M + M + M + ... + M = 0 1
2
3
n
K pochopení vnitřních sil je nutné znát pákový systém. Svaly, kosti a klouby slouží jako biologický mechanismus. Systém kloubů kostí a svalů funguje jako pákový mechanismus, kdy osa otáčení prochází kloubem a kosti jsou konzole, na které působí svalové síly. Podle vzájemné polohy působící síly (svalové), břemene (tíhová síla) a osy otáčení rozeznáváme páky prvního, druhého a třetího stupně. (Bernacíková a kol., 2010) Páka prvního stupně (dvojzvratná) má osu otáčení mezi vektorem svalové
síly a vektorem tíhové síly. Příkladem může být spojení lebky s páteří. Páka druhého stupně ( jednozvratná) má vektor břemena mezi opěrným
bodem a vektorem působící svalové sily. Rameno síly je delší než rameno břemena. Příkladem je pohyb v hlezenním kloubu ve výponu. Páka třetího stupně (jednozvratná) má rameno síly kratší než rameno
břemena. Síla na této páce působí mezi opěrným bodem a břemenem. Většina kloubů patří právě mezi páky třetího stupně. Příkladem je flexe předloktí. V praxi se síly, ať už vnější či vnitřní, měří pomocí dynamometrů. Při zjišťování
reakční
síly
na
podložce
se
nejčastěji
využívá
dvou
dynamometrických plošin zabudovaný do testovacího chodníku. Pro určení sil podle laterality je plošina rozdělena na dvě poloviny, které díky přítomnosti tenzometrů či piezometrů určit působení sil v horizontální a vertikální
rovině.
Díky
elektronickému
zpracování
specializovaný software zjistit následujících devět veličin:
49
můžeme
přes
-
centre of pressure (CoP), neboli působiště síly určení třemi souřadnicemi x, y a z
-
trojdimenzionální rozklad vektoru GRF, označené jako Fx, Fy a Fz
-
tři složky momentu síly Mx, My a Mz K lepšímu pochopení zapojení svalové síly používáme také EMG, které
nám umožňuje zjistit sekvenční aktivizaci svalů, intenzitu kontrakce a najít případné dysfunkce. Jedná se o neinvazivní metodu sledující elektrickou aktivitu muskulatury analyzovaného tělního segmentu během pohybu. Název EMG vychází z anglického surface eletrmyography (SEMG). V kombinaci optickými záznamovými zařízeními lze poté analyzovat pohyb v komparaci s elektrickým svalovým potenciálem.
50
4. Diskuze Sedavý způsob života moderní doby a s tím související změny v pohybových stereotypech vedou ke zdravotním problémům dnešní populace. To klade větší nároky na osvětu mezi trenéry, fitness instruktory a zdravotníky o správném provedení chůzového cyklu. Čím dál více lidí bude přicházet za těmito odborníky s prosbou o radu, a ti by měli poskytnout erudované a zdravotně bezpečné řešení vycházející z kvalitně provedené analýzy chůze. Celý lokomoční pohyb je komplex biomechanických pák, na kterém se podílí klouby, svaly a jiné složky. Aby bylo řešení efektivní, je bezpodmínečně nutné znát biomechanické souvislosti. V trenérské praxi se pak setkáváme s vysoce kvalifikovanými trenéry, kteří staví tréninkové metody na základě svých zkušeností. Není to však jediný předpoklad dobrého trenéra. Ten by měl být schopen propojit unikátním způsobem teorii a empirii a poskytnout tak svým svěřencům nejen praktické, ale také odborné vedení. Mám za to, že zatím nebyla doceněna chůze jako projev zdravého životního stylu v rekreačním sportu a ve vrcholovém sportu jako hodnocený prostředek regenerace a tréninkové zátěže. O to méně ve spojení s moderními fitness pomůckami jako jsou nordic walkingové hole nebo stroje H.E.A.T. Proto by bylo vhodné provést více komparačních studií zabývajících se různými aplikacemi chůze ve sportu.
51
5. Závěr Jak bylo již zmíněno na začátku, smyslem této bakalářské práce bylo vytvořit teoretické východisko při stanovení hypotéz empirického výzkumu, který bude vzápětí následovat. Zaměřen by měl být především na komparativní analýzu běžné chůze a sportovní chůze ve dvou aplikacích – na atletickém oválu a běhací pásu. I přes zdánlivě identický pohyb předpokládám
biomechanické
odlišnosti.
Stanovuji
tedy
následující
hypotézy: H1: Běhací pás mechanicky urychluje a usnadňuje bipedální lokomoci. Metoda měření: při zachování kadence, délky kroku, resp. rychlosti chůze měřena tepová frekvence. Zátěž stupňována po dobu 15 min. Výsledky ze sport-testeru doplněny o subjektivní hodnocení zátěže probandů. H2: Není statisticky významný rozdíl mezi kloubním zatížením při pohybu na tartanu a na běžícím pásu. Metoda měření: komparativní metoda datového výstupu z tlakových vložek pedar od společnosti emed®; doplněno o subjektivní hodnocení zátěže probandů.
Výsledky měření by měly vyvrátit mýtus o negativním vlivu běhacích pásů na organizmus člověka a také by měl výstup sloužit jako případová studie pro soukromé účely spojené s projektem Spoteee.
52
Seznam použitých zdrojů Dungl, P. et al. (2005). Ortopedie. Praha: Grada. Gamble (2006). Human Walking (pp. 1-22). Baltimore, Maryland: Williams & Wilkins. Inman, V. T., Ralston, H. J., & Todd, F. (1994). Human locomotion. In J. Rose, & J. G. Janda, V. (2004). Svalové funkční testy. Praha: Grada. Janura, M. (1997). Biomechanika chůze. Ostrava: Ostravská univerzita, Lékařská fakulta. Kermoian, R., Johanson, M. E., Butler, E. E., & Skinner, S. (2006). Development of gait (pp. 119-130). In J. Rosse & J. G. Gamble (Eds.), Human walking (3rd ed.). Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins. Kolář, P. et al. (2009). Rehabilitace v klinické praxi. Praha:Galén. Lesný, I.( 1980). Dětská neurologie. 1. vyd. Praha: Avicenum Perry, J. (1992). Gait analysis: normal and pathological function. USA: SLACK Incorporated. Prechtl, H.F.R. (1984). Continuity of neural functions from prenatal to postnatal life. Clinics in Developmental Medicine, Oxford, UK: Blackwell Scientific Publications. Rose, J., & Gamble, J. G. (2006). Human walking. Philadelphia: Williams & Wilkins. Sutherland, D. H., Olshen, R. A., Biden, E. N., & Wyatt, M. P. (1988). The development of nature walking. London: Mac Keith Press. Trew, M., & Everett, T. (1997). Human movement. New York: Churchill Livingstone. 53
Trojan, S., Druga, R., Pfeiffer, J. & Votava, J. (2005). Fyziologie a léčebná rehabilitace motoriky člověka.(3rd ed.). Praha:Grada. Valmassy, R. L. (1996). Clinical biomechanics of the lower extremities. St.Louis Valouchová,P., Kolář, P. (2010). In Kolář et al. Rehabilitace v klinické praxi, Praha: Galén, Vařeka, I., & Dvořák, R. (1999). Ontogeneze lidské motoriky jako schopnosti řídit polohu těžiště. Rehabilitace a fyzikální lékařství. Vařeka, I., Vařeková, R. (2009). Kineziologie nohy. Olomouc: Vydavatelství UP. Vaughan, C. L., Davis, B. L., & O´Connor, J. C. (1999). Dynamics of human gait, 2nd ed. Cape Town: Kiboho Publishers. Véle, F. (2006). Kineziologie: přehled klinické kineziologie a patokineziologie pro diagnostiku a terapii poruch pohybové soustavy. (2nd ed.). Praha: Triton. Vindušková, J. (2003). Abeceda atletického trenéra. (1. vyd., 283 s.) Praha: Olympia. Whittle, M. W. (2007). Gait analysis: an introduction (4th ed.). Edinburgh: Elsevier Butterworth-Heinemann. Cunado, D., Nixon, M., & Carter, J. (1997). Using gait as a biometric, via phaseweighted magnitude spectra. (Computer Science). Vol. 1206, p 93-102 Dostupné z: http://link.springer.com/chapter/10.1007/BFb0015984# Forssberg, H. (1999). Neural control of human motor development. [online] Current Opinion in Neurobiology , vol. 9, no. 6, p. 676–682 Dostupné z: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=MImg&_imagekey=B6VS33YGT7CJ-63&_cdi=6251&_user=990403&_pii=S0959438899000379&_orig=search&_co verDate=12%2F01%2F1999&_sk=999909993&view=c&wchp=dGLzVtbzSkz S&md5=d42bf491d85eb050f3bb4a88eaab09af&ie=/sdarticle.pdf
54
Janura, M. (2011). Biomechanika chůze [online] Dostupné z: http://ftk.upol.cz/fileadmin/user_upload/FTKkatedry/biomechanika/APBMF_Chuze.pdf Quinn, T., & Mote, C. (1990). A six-degree-of-freedom acoustic transducer for rotation and translation measurements across the knee. [online] Journal of biomechanical engineering 112(4):371-8.. Dostupné z: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2273862 Saunders, M., Inman, V. T., Eberhart, H. D. (1953) The major determinants in normal and pathological gait. [online] The Journal of Bone & Joint Surgery. 35(3):543-558. Dostupné z: http://jbjs.org/article.aspx?articleid=11708 Soumar, L. (2011). Kinematická analýza. [online] Univerzita J.E. Purkyně, Ústí nad Labem. Dostupné z: http://pokrok.ujep.cz/elektronicka_knihovna/Kinematicka_analyza.pdf Suntay, W. J., Grood, E. S. (1983). Error analysis of a system for measurement three-dimensional joint motion. [online] Journal of Biomechanical Engineering. 105(2):127-35. Dostupné z: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6865354 Sutherland, D. H., Olshen, R., Cooper, L. ,Woo, .J (2007). The development of mature gait Bone Joint Surg Am., The Journal of Bone and Joint Surgery Dostupné na: http://analisedemarcha.com/papers/historia/The%20development%20of% 20mature%20gait%20-%201980.pdf Zounková, I. (2011). Chůze - dětský věk, výukový materiál. [online] Základy fyzioterapie a vyšetřovací metody, Dostupné z: http://mefanetmotol.cuni.cz/clanky.php?aid=1658 Bernacíková, M., Beránková, L., & Kalichová, M. (2010). Kinematika a dynamika lidského pohybu. [online] FSpS MUNI. Brno. Dostupné z:
55
http://is.muni.cz/do/1451/elearning/kineziologie/elportal/pages/kinematika_dynamika.html Lapka, M., Brandejský, P., Kratochvíl P., Piták, I. (2001). Základy specializace sportovní chůze: Materiál pro školení trenérů. [online] Dostupné z: http://www.chodec.wz.cz/metlapka.htm Poruchy rovnováhy/PGS (2001). Wikiskripta [online]. Dostupné z: http://www.wikiskripta.eu/index.php/Poruchy_rovnov%C3%A1hy/PGS Švestková, A., Dýrová, J. (2010). Nordic walking. [online] FSpS MUNI, Brno, Dostupné z: https://is.muni.cz/do/fsps/elearning/pesi_turistika/t_nordic.htm
56
Seznam zkratek
DK
dolní kočetiny
CNS
centrální nervový systém
TJ
tréninková jednotka
GFR
ground force reaction
CoP
center of pressure
Fx,Fy,Fz
síly v osách x, y, z
Mx,My,Mz
momenty v osách x, y, z
FT
třecí síla
EMG
elektromyografie
57
Seznam obrázků Obrázek
1
Chůzový
cyklus,
dostupné
z:
http://ftk.upol.cz/fileadmin/user_upload/FTKkatedry/biomechanika/APBMF_Chuze.pdf .................................................................. 10 Obrázek
2Amlituda
pohybu
kloubních
spojení.
dostupné
z:
http://www.footworksorthotics.co.uk/running/dynamic-gait-analysis/ ...... 18 Obrázek
3
Kinematika
hlezenního
kloubu.
Dostupné
z:
http://ftk.upol.cz/fileadmin/user_upload/FTKkatedry/biomechanika/APBMF_Chuze.pdf .................................................................. 19 Obrázek
4
Kinematika
kolenníhé
kloubu.
Dostupné
z:
http://ftk.upol.cz/fileadmin/user_upload/FTKkatedry/biomechanika/APBMF_Chuze.pdf .................................................................. 20 Obrázek
5
Kinematika
kyčelního
kloubu.
Dostupné
z:
http://ftk.upol.cz/fileadmin/user_upload/FTKkatedry/biomechanika/APBMF_Chuze.pdf .................................................................. 21 Obrázek
6
Rotace
kyčle.
Distupné
z:
http://ftk.upol.cz/fileadmin/user_upload/FTKkatedry/biomechanika/APBMF_Chuze.pdf .................................................................. 22 Obrázek
7
Maxerrrunner.
Dostupné
z:
http://www.heat-
tabor.cz/maxerrunner/ ......................................................................................................... 38 Obrázek 8 Okolnosti ovlivňující chybu rekonstrukce bodu v prostoru. Dostupné
z:
http://pokrok.ujep.cz/elektronicka_knihovna/Kinematicka_analyza.pdf ..... 42 Obrázek 9 Souřadný systém. Dostupné z: http://is.muni.cz/do/1451/elearning/kineziologie/elportal/pages/kinematika_dynamika.html ................. 42
58
Seznam tabulek Tabulka 1 Aktivita svalů při chůzi. Rose, J., Gamble, J. G. (2006)Human walking [online] .In Dalíková, Z. (2011) Vliv sklonu chodeckého pásu na metabolické a kardiovaskulární zatížení organismu při Nordic Walking. Diplomová práce. Olomouc: Univerzita Palackého .................................................... 17
59
Resumé Teoretická analýza chůze Práce se zabývá teoretickou analýzou chůze a její aplikací ve sportu. Autor popíše jednotlivé fáze kroku a činitele podílející se na lokomoci. Zaměuje se na využití chůze ve sportovních disciplínách a jiných sportovních aktivitách. Součástí bude také rozbor možností kinematické a dynamické analýzy pohybu, aby tak vytvořil teoretické východisko při stanovování hypotéz pro následný empirický výzkum (není náplní BP).
Summary Theoretical gait analysis The thesis deals with theoretical gait analysis and its application in sports disciplines. The author will describe phases of gait cycle and aspects of locomotion. He will also focus on application of gait in sport disciplines and other sport activities. Part of the bachelor thesis will analyze possibilities of kinematic and dynamic motion analysis resulting in theoretical framework for setting hypothesis of the following empirical research (not included)
60
