Ruchy lokomocyjne- kinematyka, dynamika, energetyka.

Zacznijmy o zdefiniowania terminu lokomocja. Jest to autonomiczny ruch form żywych, proces aktywnego przemieszczania się organizmów związany z realizacją określonych potrzeb życiowych, przy pomocy organów ruchu na przykład u człowieka- kończyn, oraz przemieszczanie się za pomocą technicznych środków transportu. W zależności od zakresu szybkości przemieszczania się lokomocję dwunożną można podzielić na kilka form różniących się koordynacją ruchów poszczególnych segmentów ciała : chód, bieg, sprint oraz skoki. Określone zjawiska cechują się dużą powtarzalnością. Głównym elementem wykonawczym systemu lokomocyjnego są kończyny dolne. Ich prace wspomagają tyłów, kończyny górne. Kończyny dolne realizują chód lokomocyjny w sposób określony i naprzemienny.
Rozwój lokomocji jest ściśle związany z rozwojem postawy. Każdy etap rozwoju lokomocji wymaga bowiem uprzedniego osiągnięcia odpowiedniego szczebla rozwoju postawy (umiejętność przyjmowania i utrzymywania odpowiedniej postawy). Rozwijają się zjawiska biomechaniczne, tj:
1.Podporowa funkcja szkieletu (przeciwstawianie się sile ciążenia)
2.Ruchowa funkcja szkieletu (działanie kości jako dźwigni, ruchomość stawów)
3.Czynność mięśni (przekształcanie energii chemicznej w mechaniczną energię skurczu)
4.Nerwowe mechanizmy czynności ruchowych (pobudzanie, koordynacja i sterowanie czynności motorycznych).
Chód
Prawidłowy chód człowieka definiowany jest jako seria cyklicznych , zmiennych ruchów kończyn i tułowia powodujących w rezultacie przesuwanie się do przodu środka ciężkości ciała jako punktu wyznacznikowego. Cykl chodu to czynności i ruchy wykonywane przez idącego pomiędzy kontaktem pięty z podłożem jednej z kończyn i powtórnym jej zetknięciem się z podłożem. Podczas jednego cyklu chodu każda z kończyn dolnych przechodzi przez jedną fazę podporu i przenoszenia kończyny. Prawidłowy chód wymaga spełnienia kilku warunków dotyczących ruchów miednicy i stawów kończyn dolnych. Trzy z nich dotyczą zmian położenia miednicy i stawów biodrowych, dwa zakresu ruchów w stawach kolanowych, a jeden stawów skokowo goleniowych. Są to wyznaczniki kinematyczne.
Na ekonomię chodu człowieka wpływają dwojakiego rodzaju siły. Są to siły zewnętrzne, takie jak siła grawitacji i reakcji podłoża. Wywierają one na poszczególne stawy kończyn dolnych działanie najczęściej zginające, któremu muszą przeciwstawić się siły wewnętrzne, tzn. pracujące mięśnie. Napięcie mięśniowe stabilizuje stawy, zapewniając utrzymanie pionowej postawy w czasie chodu oraz wpływa hamująco lub przyspieszająco na poszczególne części kończyn i tułowia, od czego zależy efektywność chodu. Podczas badania chodu należy zwrócić uwagę na następujące elementy :

-Długość i szerokość podstawy

-Nieprawidłowe ruchy stóp (np. nadmiernie wysokie kroki)

-Niestabilność (niezborność chodu)

-Skojarzone ruchy postawy ( np. ruchy kołysania miednicą)

-Jeśli chód jest prawidłowy, powtarza się próby z chodem tandemowym „pięta do palca”. Może to nasilać ewentualną niestabilność.

Układ nerwowy zapewnia stabilność lokomocji poprzez dostrojenie ruchów kończyn do jakości kończyn, nierówności podłoża i skuteczne unikanie przeszkód.

Chód jest kombinacją wielu złożonych procesów tj.:

-Wytwarzanie i przekazywanie energii

-Równowaga

-Koordynacja ruchów

Cechy, czyli atrybutami chodu są:

-Stabilność podparcia

-prawidłowy prześwit pod stopą w fazie wymachu kończyny

-Odpowiednie ustawienie stopy poprzedzające jaj kontakt z podłożem

-Prawidłowa długość kroku

-Minimalny wydatek energetyczny

Przeciętny rytm naturalnego chodu 101-122 kroków na minutę (122 kobiety 116 mężczyźni)

Chód o kulach
W przypadku schorzeń ortopedyczno- urazowych stosuje się często pomoce medyczne, jakimi
są kule. Wyróżniamy kule pachowe i łokciowe. Ich stosowanie ma na celu odciążenie kończyny górnej, zapewnienie komfortu psychicznego i zniwelowanie lęku przy chodzeniu u pacjentów, poprawę stabilizacji, oraz zastąpienie funkcji podporowej kończyny dolnej. Odciążenie kończyny dolnej może się wachać od 0% (pełne obciążenie) do 100% (pełne odciążenie) i jest zależne m.in. od liczby kul stosowanych do lokomocji. (1 kula odciąża kończynę w zakresie 0-50%-kula trzymana po str. kończyny zdrowej). W nauce lokomocji z kulami stosowana jest zasada gradiacji trudności, czyli stopniowania trudności. Rodzaje błędów popełnianych, w tym sposobie lokomocji to: błędy dotyczące ustawienia kul, błędy dotyczące ustawienia ciała i błędy dotyczące ustawienia kończyn dolnych.

Bieg
Bieg jest to forma lokomocji człowieka obserwowana w zakresie średnich prędkości. Bieg charakteryzuje naprzemienne stawianie nóg rozpoczynające się uderzeniem pięty. Faza podparcia pojedynczej kończyny jest krótsza od 50% cyklu kroku co oznacza że w czasie biegu nie występują (charakterystyczne dla chodu) fazy podwójnego podparcia, a pojawiają się natomiast krótkie fazy lotu.
Poruszanie się na wózku inwalidzkim
Osoby niepełnosprawne, które nie potrafią samodzielnie przemieszczać się w przestrzeni korzystają z wózków inwalidzkich. Najczęstszymi powodami braku możliwości samodzielnego poruszania się w przestrzeni są: schorzenia lub uszkodzenia neurologiczne u dzieci które osiągnęły zdolność samodzielnego chodzenia lub utrata możliwości samodzielnego chodzenia na skutek porażeń związanych z uszkodzeniem rdzenia kręgowego w wyniku złamanie kręgosłupa. W technice jazdy na wózkach wyróżniamy etapy tj: nauka podstawowych elementów jazdy, nauka właściwej jazdy aktywnej i doskonalenie jazdy / rekreacja ( jazda w terenie, taniec na wózkach, rekreacyjne formy sportowe). Bardzo ważny jest odpowiedni dobór wózka do użytkownika. Zwracamy uwagę na:

-budowę i masę ciała (wymiary danej osoby) -> szerokość siedzenia

-długość ramy, wysokość oparcia oraz tzw. Ciągi

- „wywarzenie” – ustawienie chwytu na ciągach w przypadku wózków elektrycznych

-rodzaje sterowania – kończynami górnymi , brodą lub głosem.

Pływanie
Organizmy posiadające zdolność pływania charakteryzują się szerokim zakresem kształtów, rozmiarów, mocy, szybkości i form ruchu. Większość organizmów, na drodze ewolucji lub treningu, rozwinęła wzorce ruchowe najlepiej dostosowane do swoich potrzeb, siły i układu ciała. Główną funkcjonalnością w pływaniu jest wytwarzanie sił napędowych, poprzez aktywności ciała w wodzie i równoważenie sił oporu działających na ciało jako całość. Ruch którejkolwiek części ciała w płynie wywołuje oddziaływanie zwrotne tego płynu na ciało powodując, że zmienia ono swoją pozycję równowago oraz wielkość i kierunek ruchu. Większość obiektów pływających wytwarza swoje siły napędowe poprzez wprawianie w drgania części swojego ciała. Różne czynniki wpływające na ludzkie pływanie były przedmiotem badań, których lista jest zbyt liczna do podania. Poniżej podano krótki przegląd niektórych z tych badań. Alley analizował eksperymentalnie opór i napęd w pływaniu kraulem. Poprzez pomiary sił napędowych w stylach z wyprostowanymi i rękoma dla kliku prędkości, doszedł do wniosku, że nadmiarowa siła dla każdej prędkości była większa w stylu z wyprostowanymi rękoma. Wnioski Alley'a są potwiedzone w poz. 37. [36] Alley LE. An analysis of resistance and propulsion in swimming the crawl stroke. Doctoral Dissertation, State Univ Iowa, 1944. [37] Rajki B. The technique of Competitive Swimming. University Printing House, Budapest, Hungary, 1956. Benston i Butler [38] oraz Welch [39] sugerowali, że wydajni pływacy nie pływają z wyprostowaną ręką. Badania elektrogoniometryczne łokcia podczas kraulu, opublikowane przez Ringera i Adriana

[40], pokazały, że pływacy uniwersyteccy wykazują większe rozstawienie stawu łokciowego w fazie początkowej, w pierwszym odcinku podwodnej części uderzenia, i w fazie końcowej, aniżeli pływacy niewytrenowani. Czas trwania części podwodnej uderzenia była większa u pływaków osiągających większą prędkości średnie. [38] Bengston E, Butler A. An analysis of the back crawl and the crawl arm strokes. Master's Thesis, Springfield Collage, Springfield, MA, 1956. [39] Welch JH. A study of the hand-foot concept in swimming. Master's Thesis, Springfield Collage, 1959. [40] Ringer KB, Adrian MT. An electromagnetic study of the wrist and elbow in the crawl arm stroke. Res Quart, Vol 40, No. 2, May 1969. Siły ciągu napędowego wytwarzane przez stopy i nogi podczas pływania podwodnego były badane eksperymentalnie przez Christiansona i innych [41]. Poprzez wykorzystanie zanurzonej platformy mierzyli oni ciąg wytwarzany przez prawie wyprostowane nogi w ruchu naśladującym nożyce. Ich wyniki dały związek między siłami ciągu i pozycjami nóg podczas cyklu kopnięcia i pokazały wpływ szybkości kopnięć na wynikowy ciąg. W pracy o wydajności napędu ludzkiego, Taggart [42] podali wykres wydatkowanej mocy w koniach mechanicznych (odpowiadającą konsumpcji tlenu) w zależności od prędkości dla pływaków powierzchniowych dobrze wytrenowanych i w dobrej formie podczas kraulu. Jego wykres, który został pokazany na rys. 10.3 przedstawia niemal maksymalne osiągnięcia u sportowców w doskonałej kondycji fizycznej. [41] Christianson R, Weltman G, Egstrom G, Thrust forces in underwater swimming, Human Factors, December 1965, pp. 561-568. [42] Taggart. Man's propulsive efficiency. Naval Eng J. February 1966, pp. 18-24. Rysunek 10.3: Równoważna tlenowo moc doskonałych pływaków (z poz. [42]) Taggart [42] podał także dane o całkowitej wydajności w oparciu o stosunek mocy wymaganej dla holowania człowieka w wodzie do mocy równoważnej zużyciu tlenu przy tej samej prędkości. Wynikające stąd wydajności są rzędu 2%, co wskazuje, że ludzie są ekstremalnie niewydajni w konwersji energii paliwa na energię napędu w środowisku wodnym. Związek empiryczny na opór ciągnięcia ludzkiego ciała przy znanych prędkościach, mierzony poprzez siły holowania, jest podany przez Taggarta [42]. Związek można zapisać jako D=CV 2 gdzie D – siła ciągnięcia [funty], C – 0,007 i V – średnia prędkość płynięcia [cale/s] Model matematyczny dla sił bezwładności i sił ciągnięcia wynikających z obrotu ramion przy różnych prędkościach w środowiskach powietrznym i wodnym były uzyskane przez Seirega i in. (10.1)

[43] i omówione w części 9.3. Model w równym stopniu ma zastosowanie w analizie sił wytwarzanych w związku z ruchem nóg. [43] Seireg A, Baz A, Patel D. Supportive forces on the human body during underwater activities. ASME,

Skakanie
Jak sama nazwa wskazuje noga odbijająca służy do wybicia, jednak to wybicie musi mieć jakiś kierunek. Tym kierunkiem jest pion, czyli wybijamy się w górę. Wieloskoki jednonóż na nodze odbijającej wykonujemy bardziej w górę na niezbyt dużej odległości. Ćwiczenie to znakomicie uwydatnia wybicie na rozbiegu.

Noga wymachowa

Bardzo często uważa się, że noga odbijająca jest tą najważniejszą, przez to zaniedbuje się pracę nogi wymachowej, która jest dużo istotniejsza. Aby efektywnie oddać skok nie wystarczy tylko się wybić. Według mnie lepiej brzmi zdanie „aby efektywnie oddać skok należy dobrze przebiec przez nogę wymachową”. Określenie „dobrze pobiec” znaczy szybko, pod siebie i wysoko. W konsekwencji, to jak dobrze pobiegniemy przez nogę wymachową, tak będzie wyglądał masz skok. Dlatego też wykonując wieloskoki jednonóż na nodze wymachowej należy się skupić na tym, aby wybijać się bardziej do przodu niż w górę (oczywiście zachowując takie dobre nawyki jak obszerna praca rąk i kolano do kąta prostego).

Dzięki takiej świadomości możesz mądrze kierować poprawą nie tylko swojej skoczności, ale nawet techniki na rozbiegu.

W obu powyższych przypadkach ważne jest to, aby nie wybijać się z palców tylko z całej stopy. Wszystko to w celu uwydatnienia treningu oraz uniknięcia kontuzji stawu skokowego.

Jazda rowerem
Jest to fragment prztłumaczony książki Lance Amstronga:
czynnikiem wpływającym na pozycje kolarza w czasie jazdy jest biomechanika, czyli odpowiednie rozłożenie sił. Każdy robi to na swój sposób. Na przykład David Phinney - kolega Chrisa z drużyny 7-Eleven, który w 1986 roku był pierwszym amerykańskim zwycięzcą etapu Tour de France - jeździ z palcami nóg skierowanymi ku dołowi. Odbiega to od standardowego ułożenia stóp równolegle do podłoża. Phinney pedałuje z opuszczonymi palcami, ponieważ jego mięśnie czworogłowe są większe niż przeciętnie. Działają one jak wielkie tłoki popychające pedały. Taki sposób jazdy, korzystny dla Phinneya, innym zawodnikom nie przyniósłby dobrych rezultatów.

Biomechanika Lance’a opiera się na silnych mięśniach czworogłowych uda, rozwiniętych w trakcie kariery triatlonowej. W rezultacie szybciej podjeżdża on pod górę stając na pedałach niż zachowując pozycje siedzącą, zużywa jednak przy tym więcej energii. Lance poświęcił sporo pracy na poprawienie jazdy w górach, ale dzięki temu mógł nawiązać walkę na górskich etapach Tour de France w 1999 roku.

Biomechanika tłumaczy również, dlaczego podczas czasówek Lance jeździ z zaokrąglonymi plecami trzymając dłonie na dolnych częściach kierownicy. Z powodu kręgozmyku nie może się pochylić, więc kompensuje to przesuwając tułów do przodu, co skutkuje zaokrąglonymi plecami.