TEMAT: POMIAR MOMENTÓW SIŁ MIĘŚNIOWYCH
1.WSTĘP
PRZEDMOWA
Rozwój osiągnięć zawodników uzaleŜniony jest od wielu czynników. Określenie tych czynników pozwala na świadome i celowe planowanie w zakresie sportu wyczynowego oraz na ich pomiar i kontrole w procesie treningu. Rezultat sportowy zaleŜy zarówno od elementów nie podlegających wytrenowaniu- czynniki wrodzone, genetyczne jak i tych podlegających wytrenowaniu. Na te ostatnie składają się m. in.: technika ruchu poszczególnych dyscyplin sportowych, cechy psychiczne (konsekwencja, inicjatywa, zdyscyplinowanie, odwaga), taktyka walki itd. Najbardziej podstawowymi i najwcześniej poznanymi elementami, na które moŜe wpływać trener poprzez odpowiedni trening sportowy są: cechy fizyczne zawodnika. Za główne cechy fizyczne w teorii sportu i wychowaniu fizycznym uwaŜa się: SIŁĘ, SZYBKOŚĆ,WYTRZYMAŁOŚĆ. RównieŜ w naukach ścisłych np.: w biomechanice, cechy te uznawane są za podstawowe wartości fizyczne dotyczące ruchu organizmu. Stąd ten problem rozwijania siły jako elementu przygotowania sprawnościowego zajmuje jedno z centralnych miejsc w teorii i praktyce sportowej.
Poziom cech sprawności fizycznej bezsprzecznie ma istotny wpływ na rezultat sportowy.
Odpowiednia siła decyduje o tym, czy swoista dla określonej dyscypliny technika ruchu moŜe być wykonywana w sposób gwarantujący osiągnięcie wysokiej skuteczności. Optymalny poziom siły warunkuje, więc poprawne wykonanie techniki ruchu.
W dyscyplinach wytrzymałościowo-siłowych, w których występują cykliczne nawyki ruchowe (np.: kajakarstwo, pływanie) wyniki pomiarów siły mięśniowej wiąŜą się najczęściej z rezultatem uzyskiwanym przez zawodnika w danej konkurencji sportowej. Natomiast w dyscyplinach wymagających opanowania wielu umiejętności (np.: sporty walki czy gry zespołowe) ogromne znaczenie mają równieŜ: taktyka indywidualna, współpraca z partnerem, działanie przeciwnika.
Ogólny poziom siły mięśniowej jak i siła poszczególnych zespołów mięśniowych uwarunkowane są specyficznymi wymaganiami motorycznymi danej dyscypliny, bądź konkurencji i powinny znaleźć swoje odzwierciedlenie w treningu (Eliasz 1994).
W kaŜdym ruchu człowieka, w kaŜdym wykonywanym przez niego ćwiczeniu przejawia się swoista dzałalność mięśni-skurz i napięcie. Praca mięśni jest rezultatem współdziałania centralnego układu nerwowego i aparatu ruchowego, jej wyrazem jest rozwijana przez nie siła.
Termin "siła" w odniesieniu do sprawności człowieka jest pojęciem bardzo szerokim, duŜo
szerszym niŜ w fizyce. Przy opisywaniu siły mięśniowej człowieka moŜna posługiwać się wzorami i symbolami fizycznymi, ale naleŜy pamiętać równieŜ o jej podstawach biologicznych oraz uwarunkowaniach psychicznych.
Źródłem siły są skurcze mięśniowe, których wielkość zaleŜy wg H.
Sozańskiego i wsp. 1993 od:
-czynników osobniczych np.: wiek, płeć, budowa itd.
-czynników fizjologicznych np.: powierzchnia przekroju poprzecznego mięśnia, stan pobudzenia, budowa morfologiczna mięśnia, napięcie i prędkość skracania się mięśnia
-czynników biomechanicznych np.: kąt zgięcia stawowego, długość mięśnia, wielkość ramienia siły mięśnia
-innych czynników np.: mobilizacja psychiczna, rytm dobowy, wspomaganie farmakologiczne, odnowa biologiczna
Na niektóre z tych czynników podczas badań nie moŜna mieć wpływu, gdyŜ zaleŜą od warunków wrodzonych (budowa ciała, uwarunkowania genetyczne) lub wcześniej wytrenowanych (masa mięśniowa, prędkość skracania się mięśnia, siła mięśnia przy jego długości spoczynkowej).
Inne są elementami, które zaleŜą od przyjętej metody badań (stan pobudzenia, kąt zgięcia stawowego, mobilizacja psychiczna).
Mięśnie szkieletowe, dzięki przymocowaniu do kończyn połączonych ze sobą stawami spełniają zadania mechaniczne. Elementy kostne, na których mięśnie posiadają swoje punkty przyczepu, pełnią role dźwigni.
Prócz zespołu sił zewnętrznych działa na nie siła mięśni wyzwalająca się ze skurczów mięśniowych. KaŜda, więc kość stanowi dźwignię dla mięśni do niej przymocowanych (Borowiec 1965).
PoniewaŜ na Ŝywym organizmie nie ma moŜliwości badania sił poszczególnych mięśni izolowanych, przy analizie sił działających w wybranym stawie mówić moŜna jedynie o sile grup mięśni uczestniczących w danym ruchu.
Przez siłę, zatem, naleŜy rozumieć maksymalny moment sił poszczególnych zespołów mięśniowych lub sumę maksymalnych momentów sił w głównych stawach człowieka, mierzonych w warunkach statycznych.
W laboratoriach lub klubach sportowych istnieje moŜliwość pomiaru maksymalnej siły (momentów sił) pojedynczych zespołów mięśniowych. Zaletą pomiarów laboratoryjnych jest moŜliwość wyizolowania pojedynczych zespołów mięśniowych. Poprzez kombinację uchwytów i podpór moŜna osiągnąć warunki bardzo zbliŜone do warunków statyki w trzech płaszczyznach.
Zachowując te warunki moŜna zastosować wzór na sumę momentów sił. Poza siłą mięśni (Fm) występują siły zewnętrzne odczytane na dynamometrze (Fd) oraz reakcji (R). Dlatego teŜ stąd w warunkach statyki moŜna ułoŜyć następujące równanie:
przyjmując, Ŝe r(m)=0, czyli R=0 dochodzimy do równania (po przekształceniu): F(m)*r(m)=F(d)*r(d) gdzie:
F(d)- siła zew. odczytana na dynamometrze,
r(d)- ramie działania siły zew.(najkrótsza odległość od osi obrotu do kierunku działania siły), R- siła reakcji,
r- ramie działania siły reakcji,
F(m)- siła mięśniowa,
r(m)- ramie działania siły mięśniowej,
CEL BADANIA
Głównym celem przeprowadzonego badania jest zapoznanie się z metodą pomiaru momentów sił mięśniowych zginaczy i prostowników głównych stawów człowieka. Korzystając z otrzymanych wyników postaram się porównać te rezultaty do siebie, biorąc pod uwagę czterech moich kolegów, którzy trenują lub trenowali róŜne dyscypliny sportowe. Na podstawie tego zestawienia i porównania postaram się wyjaśnić przyczynę róŜnic, jakie, wystąpią w maksymalnych momentach sił mięśniowych w poszczególnych stawach.
ZAŁOśENIA
1. na wszystkich pomiarach praca ma charakter izometryczny,
2. pomiar jest krótkotrwały,
badany wykonuje tylko jedną próbę na kaŜdą grupę mięśniową czy to zginaczy, czy prostowników z maksymalnym zaangaŜowaniem fizycznym i emocjonalnym, 3. kąt w badanych stawach w czasie pomiaru ustalono na 90 lub zero stopni, 4. stabilizacja sąsiednich odcinków ciała,
5. warunki wykonania pomiaru są takie same dla wszystkich badanych.
Spełniając powyŜsze załoŜenia, eliminujemy wpływ techniki i wytrzymałości badanych osób na wartość mierzonego momentu siły.
2. METODA I MATERIAŁ BADAŃ
Zastosowana metoda pozwoli na określenie wartości momentów sił mięśniowych dla wybranych ruchów (zginanie, prostowanie) w danych stawach kończyn badanych, oraz stworzenie pewnej topografii sił pracujących grup mięśni. Bezpośrednio badanym parametrem pomiaru była siła F(N) oraz ramię tej siły w danym ruchu r(m).
Pomiar momentów sił zespołów mięśniowych odbywa się na stanowisku do pomiarów momentów sił mięśniowych w statyce znajdującym się w Zakładzie Biomechaniki AWF w Warszawie. Pozycje statyczne wybrano na podstawie pracy: ” Ćwiczenia laboratoryjne z biomechaniki” (Fidelus i wsp. 1996)
Zastosowane urządzenie pomiarowe: rama pomiarowa, leŜanka, pasy stabilizacyjne, opaski, linijka, dynamometr.
Badania przeprowadzono na studentach III roku AWF. W analizie i porównaniu zostaną ujęte wyniki moje i moich czterech kolegów.
Oto ich dane:
Tabela nr 1. MATERIAŁ BADAŃ
DYSCYPLINA
DYSCYPLINA
IMIĘ I
WIEK
MASA(kg)
TRENOWANA
TRENOWANA
NAZWISKO
BADANEGO
DAWNIEJ
OBECNIE
ARTUR
21lat
73
P. SIATKÓWKA
REKREACJA
ZGÓRSKI
RYSZARD
21lat
77
P. KOSZYKOWA
REKREACJA
WALASZCZYK
ŁUKASZ
21lat
83
P. NOśNA
KULTURYSTYKA
MATYSIAK
PRZEMEK
21lat
87
KULTURYSTYKA, KULTURYSTYKA,
MUSZYŃSKI
JUDO
JUDO
21lat
77
ZIÓŁKOWSKI
P. S IATKOWA
REKREACJA
3. WYNIKI BADAŃ
Tabela nr 2. WYNIKI BADAŃ MOMENTÓW MIĘŚNIOWYCH
(ZESTAWIENIE OGÓLNE)
STAW
RUCH
ZGÓRSKI
ZIÓŁKO-
WALA-
MATYSIAK
MUSZYŃSKI
WSKI
SZCZYK
P
L
P
L
P
L
P
L
P
L
(N,m) (N,m) (N,m) (N,m) (N,m) (N,m (N,m (N,m) (N,m (N,m)
ŁOKCIOWY
ZGINANIE
76,59 75,46
76,6
87,5
76,6
82,2
84
86,1
82,9
95,2
8
PROSTOWANIE 51,48 45,9
60,95
58,6
64,68
72,8
63,6
85,5
70,8
73,6
RAMIENNY
ZGINANIE
113,3 114,8
147,84 129,4
151,4
138,
179,
164,1
186,9 168,8
8
5
PROSTOWANIE 129,5 105,6
128,1
120,7
128,1
131,
141,
126,5
186,2 147,4
8
2
KOLANOWY
ZGINANIE
167
150
138,1
123
162
166
128
165
151
162,3
PROSTOWANIE 253
207
233,2
263
244
233
277
283
205,8 242,8
BIODROWY
ZGINANIE
190,4 132,8
176,28 194,7
209
206
183,
215,6
251,2 227,2
5
9
PROSTOWANIE 504,9 490,8
531,7
470,9
490,8
560
622,
668,1
560,7 665,6
5
SKOKOWY
ZGINANIE
208
226
186
190
242
187
172
169
320
242
TUŁÓW
ZGINANIE
209,8
291,3
314,6
336
349,56
PROSTOWANIE
372,1
478,4
495,8
555,1
676,08
DŁOŃ
PRAWA
482
579
601
592
596
LEWA
581
554
619
539
460
Tabela nr 3. WYNIKI POMIARÓW MOMENTÓW MIĘŚNIOWYCH
(SUMA PRAWEJ I LEWEJ KOŃCZYNY)
STAW
RUCH
ZGÓRSKI
ZIÓŁKO-
WALA-
MATYSIAK
MUSZYŃSKI
WSKI
SZCZYK
SUMA P+L
SUMA P+L
SUMA P+L
SUMA P+L
SUMA P+L
ŁOKCIOWY
ZGINANIE
152,05
164,1
158,8
170,0
178,2
PROSTOWANIE 97,3
119,6
137,4
149,1
144,4
RAMIENNY
ZGINANIE
228,1
227,3
290,2
343,65
355,7
PROSTOWANIE 235,0
248,8
259,9
267,7
333,6
KOLANOWY
ZGINANIE
317,0
261,0
328,0
293,0
313,0
PROSTOWANIE 460,0
496,2
477,1
560,0
448,6
BIODROWY
ZGINANIE
323,2
371,1
415,0
398,9
478,4
PROSTOWANIE 990,9
1002,6
1050,8
1173,0
1225,6
SKOKOWY
ZGINANIE
434,0
376,1
429,0
341,0
562,0
TUŁÓW
ZGINANIE
209,8
291,8
314,0
336,0
349,5
PROSTOWANIE 372,1
478,4
495,8
555,1
676,0
DŁOŃ
942,0
1160,0
1155,0
1135,0
ZGINANIE I PROSTOWANIE W STAWIE ŁOKCIOWYM
200
164.1
152
158.8
170
178.2
150
119.6
100
50
0
ZGÓRSKI
WALASZCZYK
MUSZYSKI
ZGINANIE
PROSTOWANIE
Rysunek 1
Z G IN A N IE I P R O S T O W A N IE W S T A W IE R A M IE N N Y M
4 0 0
3 4 3 .6
3 5 5 .7
3 3 3 .6
2 9 0 .2
3 0 0
2 4 8 .8
2 5 9 .9
2 6 7 .7
2 2 8 .12 3 5
2 2 7 .3
(N .m ) 2 0 0
1 0 0
0
Z G Ó R S K I
W A L A S Z C Z Y K
M U S Z Y S K I
Z G IN A N IE
P R O S T O W A N IE
Ry
sunek 2
ZGINANIE I PROSTOWANIE W STAWIE KOLANOWYM
ZGINANIE
PROSTOWANIE
600
560
496.2
460
477
448
400
317
328
313
(N,m)
261
293
200
0
ZGÓRSKI
ZIÓŁKOWSKI
WALASZCZYK
MATYSIAK
MUSZYSKI
Rysunek 3
1000
500
0
ZGÓRSKI
ZIÓŁKOWSKI
WALASZCZYK
MATYSIAK
MUSZYŃSKI
ZGINANIE W ST. KOLANOWYM
PROSTOWANIE
ZGINANIE W STAWIE BIODROWYM
PROSTOWANIE W STAWIE BIODROWYM
Rysunek 4
Tabela nr 4. PROCENTOWA ZAWARTOŚĆ DANEJ CECHY PRZYPADAJĄCA NA POSZCZEGÓLNE
RUCHY W STAWIE.
STAW
RUCH
ZGÓRSKI
ZIÓŁKO-
WALA-
MATYSIAK
MUSZYŃSKI
WSKI
SZCZYK
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
P
L
P
L
P
L
P
L
P
L
ŁOKCIOWY
ZGINANIE
1,9
1,9
1,9
2,2
1,8
2,0
2,4
2,3
1,7
1,9
PROSTOWANIE 1,5
1,9
1,5
1,5
1,6
1,8
1,4
1,4
1,4
1,5
RAMIENNY
ZGINANIE
4,0
3,7
3,7
3,3
3,5
3,2
3,3
3,3
3,8
3,5
PROSTOWANIE 3,2
2,8
3,2
3,1
3,0
3,1
3,8
3,1
3,8
3,1
KOLANOWY
ZGINANIE
2,9
3,7
3,5
3,1
3,7
3,8
4,8
4,3
3,1
3,3
PROSTOWANIE 6,2
6,2
5,9
6,7
5,5
5,3
7,4
5,9
4,2
5,0
BIODROWY
ZGINANIE
4,1
4,8
4,5
4,9
4,8
4,7
5,4
3,8
5,1
4,7
PROSTOWANIE 13,8
14,8
13,7
12,1
11,7
12,6
14,4
13,9
11,6
13,6
SKOKOWY
ZGINANIE
3,8
3,8
4,7
4,8
5,5
4,1
5,9
6,4
6,4
4,8
TUŁÓW
ZGINANIE
7,5
7,4
7,1
5,9
7,2
PROSTOWANIE 12,3
11,8
11,5
10,6
13,8
PROCENTOWA ZAWARTOŚĆ MOM. MIĘŚNIOWYCH W
STAWACH (A.ZGÓRSKI)
3.8 3.4
7.5
12.3
7.7 7
7.6
6.6
12.4
ŁOKCIOWY ZGI 2
N 8
A .6
NIE
ŁO8.
K 9
CIOWY PROSTOWANIE
RAMIENNY ZGINANIE
RAMIENNY PROSTOWANIE
KOL.ZGIN.
KOL. PROST
BIODR. ZGIN
BIOD. PROST
SKOK. ZGIN
TUŁ. ZGIN.
TUŁ. PROST.
Rysunek 5
PROCENTOWA ZAWARTOŚĆ MOM. MIĘŚNIOWYCH W
STAWACH (P.ZIÓŁKOWSKI)
4.1 3
7.4
11.8
7
6.3
9.5
6.6
12.6
ŁOKCIOWY ZGIN 25
A .
N 8
IE
ŁO9.
K 4
CIOWY PROSTOWANIE
RAMIENNY ZGINANIE
RAMIENNY PROSTOWANIE
KOL.ZGIN.
KOL. PROST
BIODR. ZGIN
BIOD. PROST
SKOK. ZGIN
TUŁ. ZGIN.
TUŁ. PROST.
Rysunek 6
PROCENTOWA ZAWARTOŚĆ MOM. MIĘŚNIOWYCH W
STAWACH (R.WALASZCZYK)
3.8 3.4
7.1
11.5
7.76.1
9.6
7.5
10.8
ŁOKCIOWY ZGIN24
A .
N6
IE
Ł 9
O .
K5
CIOWY PROSTOWANIE
RAMIENNY ZGINANIE
RAMIENNY PROSTOWANIE
KOL.ZGIN.
KOL. PROST
BIODR. ZGIN
BIOD. PROST
SKOK. ZGIN
TUŁ. ZGIN.
TUŁ. PROST.
Rysunek 7
PROCENTOWA ZAWARTOŚĆ MOM. MIĘŚNIOWYCH W
STAWACH (P. MUSZYŃSKI)
13.8
4.7 2.87.3
7.2
6.9
6.4
11.2
9
ŁOKCIOWY ZGINA 2
N 5
I .
E2
ŁOK9.
C 8
IOWY PROSTOWANIE
RAMIENNY ZGINANIE
RAMIENNY PROSTOWANIE
KOL.ZGIN.
KOL. PROST
BIODR. ZGIN
BIOD. PROST
SKOK. ZGIN
TUŁ. ZGIN.
TUŁ. PROST.
Rysunek 8
PROCENTOWA ZAWARTOŚĆ MOM. MIĘŚNIOWYCH W
STAWACH (Ł. MATYSIAK)
5.9 10.6
4.7 2.86.66.9
11.3
9.1
13.3
28.3
ŁOKCIOWY ZGINANIE
Ł 9
O .2
KCIOWY PROSTOWANIE
RAMIENNY ZGINANIE
RAMIENNY PROSTOWANIE
KOL.ZGIN.
KOL. PROST
BIODR. ZGIN
BIOD. PROST
SKOK. ZGIN
TUŁ. ZGIN.
TUŁ. PROST.
Rysunek 9
Tabela nr. 5 WARTOŚĆ MOMENTÓW MIĘŚNIOWYCH NA KILOGRAM MASY CIAŁA.
WARTOŚĆ
SUMA
MOMENTÓW
IMIĘ I
MASA CIAŁA(kg)
MOMENTÓW
MIĘŚNIOWYCH
NAZWISKO
MIĘŚNIOWYCH
NA KILOGRAM
(N,m)
MASY CIAŁA
(N,m/kg)
MUSZYŃSKI
87
4824,0
55,45
ZIÓŁKOWSKI
77
3896,6
50,1
MATYSIAK
83
4536,4
54,6
ZGÓRSKI
73
3593,6
49,2
WALASZCZYK
77
4543,7
59,1
Porównując momenty sił mięśniowych badanych osób moŜemy ocenić siłę mięśniową w poszczególnych stawach i przyporządkować do uprawianej dyscypliny sportowej.
Przeglądając wszystkie ryciny (wykresy) od razu zauwaŜymy, iŜ wszystkie wartości uzyskane przez Przemka Muszyńskiego są bardzo wysokie (tabela nr 2 i 3). Przyglądając się innym procentowym porównaniom (tabela nr 4) zawaŜymy, iŜ wszystkie wyniki Przemka są ponad przeciętne liczbowo i procentowo. Wynika to z tego, iŜ Przemek jest częstym gościem siłowni na Akademii Wychowania Fizycznego. MoŜna by pomyśleć, iŜ Przemek ma duŜą masę i dlatego osiąga takie wyniki, ale tabela numer 5 temu zaprzecza. Porównując siłę do masy Przemka i tak jest on bardzo wysoko sklasyfikowany wśród badanych. Nawet wykres 1 pokazuje nam, iŜ
Przemek zaczyna z wysokiego pułapu liczbowego prostowników stawu łokciowego i cały czas na tym poziomie pozostaje.. Do tego trzeba dodać, iŜ jego momenty mięśniowe, w kaŜdym z badanych stawów są wysokie (liczbowo) co znaczyłoby, iŜ Przemek jest bardzo wszechstronnie rozwiniętym i ma równomiernie rozbudowaną siłę mięśniową.
Zupełnie inaczej sytuacja przedstawia się u mnie, Artura Zgórskiego. Biorąc pod uwagę 100% jako średnią badanych ( uzyskane wyniki) znajduję się mniej więcej około granicy 85%.
JednakŜe zginacze i prostowniki stawu biodrowego i kolanowego mam powyŜej średniej. Słabsze natomiast prostowniki stawu łokciowego i ramiennego (tabela nr2 i 3).Prawdopodobnie jest tak dlatego, Ŝe dyscyplina, którą trenowałem (tabela nr 1) charakteryzuje się małym rozwojem właśnie tych grup mięśniowych.
Analizując dalsze wyniki wydawało by się, iŜ kolega Ryszard Walaszczyk trenujący niedawno jeszcze koszykówkę ( tab. 1) ma bardzo słabe wartości momentów mięśniowych. Aby to zbadać dokładniej zerknijmy do tabeli nr5 i porównajmy osiągnięte przez niego wyniki do jego masy ciała. Okazuje się po porównaniu wartości wyliczonych, iŜ Ryszard ma bardzo wysokie momenty sił przypadające na 1 kg masy ciała. Uzyskał najlepszy wynik w porównanej grupie.
Następną osobą analizowaną będzie judoka- Łukasz Matysiak. Po wynikach od razu widzimy bardzo duŜe momenty mięśniowe w obrębie obręczy kończyny górnej oraz samej kończyny. . Wynika to ze specyfiki uprawianej dyscypliny sportowej. Jego wyniki powyŜej średniej są imponujące. Nawet przeliczając je na masę ciała (tabela nr 5), i tak widzimy jakim judokom jest Łukasz.. Natomiast słabszym elementem siłowego wyszkolenia Łukasza są jego nogi (tabela nr 2 i rysunek numer 3). Procentowo są to wyniki około 80% średniej grupy. MoŜemy więc stwierdzić, iŜ Łukasz Matysiak nie jest wszechstronnie rozwinięty fizycznie (siłowo) a raczej ukierunkowany bardzo mocno ma swoją dyscyplinę.
Ostatnią osobą, którą poddam analizie i porównaniu będzie Paweł Ziółkowski. Z tabeli nr 1
odczytuję jaką to dyscyplinę trenuje Paweł. Analizując wykresy i tabele stwierdzam, iŜ Paweł ma bardzo duŜe wartości w obrębie kończyny dolnej np.: zginanie kolanowe, natomiast średnie w obrębie kończyny górnej. Prawdopodobnie przyczyną tego jest ogromny wpływ znaczenia techniki ( opanowanie zapewnia wysoki poziom zawodnika) ruchu w Pawła dyscyplinie.
Na zakończenie moŜna powiedzieć, iŜ dzięki wykonanym badaniom udało się odkryć przyczynę róŜnic w wartościach momentów mięśniowych naszej grupy i przyporządkować te róŜnice do konkretnej dyscypliny.
Takie badania moim zdaniem są bardzo wartościowym materiałem do analizy zawodnika.
Dzięki nim moŜna sterować treningiem, porównać do modelu mistrzowskiego oraz moŜna trening odpowiednio modyfikować.. Myślę, iŜ moŜna wykorzystać je do selekcji kandydatów do róŜnych dyscyplin sportowych, do optymalizacji techniki, mają takŜe zastosowanie w rehabilitacji oraz korektywie dysproporcji kończyn.