Biomekaniikka urheilussa

Introduction

Biomekaniikka urheilussa sisältää urheiluliikkeiden yksityiskohtaisen analyysin loukkaantumisriskin minimoimiseksi ja urheilusuorituksen parantamiseksi. Urheilun ja liikunnan biomekaniikka käsittää tieteenalan, joka käsittelee ihmisen liikkeiden mekaniikan analysointia. Sillä tarkoitetaan ihmisen liikkeiden kuvaamista, yksityiskohtaista analysointia ja arviointia urheilutoiminnan aikana. Mekaniikka on fysiikan osa-alue, joka käsittelee liikkeen kuvaamista ja sitä, miten voimat luovat liikettä. Toisin sanoen urheilun biomekaniikka on tiede, jossa selitetään, miten ja miksi ihmiskeho liikkuu niin kuin se liikkuu. Urheilussa ja liikunnassa tätä määritelmää laajennetaan usein siten, että siinä otetaan huomioon myös suorittajan ja hänen varusteidensa ja ympäristönsä välinen vuorovaikutus. Biomekaniikka jaetaan perinteisesti kinematiikkaan, joka on mekaniikan osa-alue, joka käsittelee kappaleiden liikkeen geometriaa, mukaan lukien siirtymät, nopeudet ja kiihtyvyydet, ottamatta huomioon liikkeen synnyttäviä voimia, kun taas kinetiikka tutkii kehoon vaikuttavan voimasysteemin ja sen kehon liikkeessä aiheuttamien muutosten välisiä suhteita. Biomekaniikkaa kuvattaessa on otettava huomioon myös luusto, lihakset ja neurologiset näkökohdat.

Sovellus

Knudsonin mukaan ihmisen liikesuorituskykyä voidaan parantaa monin tavoin, sillä tehokas liike käsittää anatomiset tekijät, neuromuskulaariset taidot, fysiologiset kyvyt ja psykologiset/kognitiiviset kyvyt. Biomekaniikka on pohjimmiltaan liiketekniikan tiedettä, ja siksi sitä hyödynnetään eniten urheilulajeissa, joissa tekniikka on hallitseva tekijä fyysisen rakenteen tai fysiologisten valmiuksien sijaan. Seuraavassa luetellaan joitakin aloja, joilla biomekaniikkaa sovelletaan joko urheilijoiden suorituskyvyn tukemiseen tai urheiluun tai liikuntaan liittyvien ongelmien ratkaisemiseen:

• Optimaalisen tekniikan tunnistaminen urheilusuorituksen parantamiseksi
• Vartalon kuormituksen analysointi, jotta voidaan määrittää turvallisin tapa suorittaa tietty urheilu- tai liikuntatehtävä
• Lihasten rekrytoinnin ja kuormituksen arviointi
• Sportti- ja liikuntavälineiden analysointi, esim, kengät, alustat ja mailat.

Biomekaniikkaa hyödynnetään pyrittäessä joko parantamaan suorituskykyä tai vähentämään loukkaantumisriskiä tutkituissa urheilu- ja harjoitustehtävissä.

Biomekaniikan periaatteet

On tärkeää tuntea useita biomekaanisia termejä ja periaatteita, kun tarkastellaan biomekaniikan roolia urheilussa ja liikunnassa.

Voimat ja vääntömomentit

Voima on yksinkertaisesti työntö tai veto, ja se muuttaa kehon segmentin tai mailan liikettä. Liike syntyy ja muuttuu voimien (useimmiten lihasvoimien, mutta myös ympäristöstä tulevien ulkoisten voimien) vaikutuksesta. Kun voima pyörittää kehon segmenttiä tai mailaa, tätä vaikutusta kutsutaan vääntömomentiksi tai voiman momentiksi. Esimerkki – Lihakset luovat vääntömomentin, joka pyörittää vartalosegmenttejä kaikissa tennislyönneissä. Syöttöliikkeessä yläkäsivarren sisäinen rotaatio, joka on niin tärkeä syötön voiman kannalta, on seurausta olkanivelen sisäisestä rotaatiomomentista, joka aiheutuu lihasten toiminnasta (latissimus dorsi ja ison rintalihaksen ja deltalihaksen osat). Pyörittääkseen segmenttiä suuremmalla voimalla pelaaja yleensä käyttää enemmän lihasvoimaa.

Newtonin liikkeen lait

Newtonin kolme liikkeen lakia selittävät, miten voimat luovat liikettä urheilussa. Näihin lakeihin viitataan yleensä nimellä inertian, kiihtyvyyden ja reaktion lait.

1. Inertialaki – Newtonin ensimmäisen inertialain mukaan kappaleilla on taipumus vastustaa muutoksia liiketilassaan. Liikkeessä olevalla kappaleella on taipumus pysyä liikkeessä ja levossa olevalla kappaleella on taipumus pysyä levossa, ellei siihen kohdistu voimaa. Esimerkki – Kentällä nopeasti spurttaavan pelaajan keho pyrkii säilyttämään tämän liikkeen, elleivät lihasvoimat pysty voittamaan tätä inertiaa, tai jäällä liukuva luistelija jatkaa liukumista samalla nopeudella ja samaan suuntaan, jollei siihen kohdistu ulkoista voimaa.
2. Kiihtyvyyslaki – Newtonin toinen laki selittää tarkasti, kuinka paljon liikettä voima aiheuttaa. Kappaleen kokema kiihtyvyys (kappaleen taipumus muuttaa nopeutta tai suuntaa) on verrannollinen voiman suuruuteen ja kääntäen verrannollinen kappaleen massaan (F = ma). Esimerkki – Kun palloa heitetään, potkitaan tai lyödään työkalulla, se pyrkii kulkemaan kohdistetun voiman vaikutussuunnan suuntaisesti. Vastaavasti mitä suurempi on kohdistettu voima, sitä suurempi on pallon nopeus. Jos pelaaja parantaa jalkojen voimaa harjoittelun avulla säilyttäen saman kehon massan, hänen kykynsä kiihdyttää kehoa jalkojen avulla kasvaa, mikä johtaa parempaan ketteryyteen ja nopeuteen. Tämä liittyy myös kykyyn kiertää segmenttejä, kuten edellä mainittiin.
3. Reaktiolaki – Kolmannen lain mukaan jokaiselle toiminnalle (voimalle) on olemassa yhtä suuri ja vastakkainen reaktiovoima. Tämä tarkoittaa, että voimat eivät vaikuta yksinään, vaan ne esiintyvät yhtä suurina ja vastakkaisina pareina vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden välillä. Esimerkki – Voima, joka syntyy jalkojen ”työntyessä” maata vasten, aiheuttaa maan reaktiovoiman, jossa maa ”työntyy takaisin” ja antaa pelaajan liikkua kentän poikki (koska maa on paljon massiivisempi kuin pelaaja, pelaaja kiihtyy ja liikkuu nopeasti, kun taas maa ei oikeastaan kiihdy tai liiku lainkaan). Tämä toiminta-reaktio tapahtuu myös pallon osuessa palloon, kun palloon kohdistuva voima vastaa mailaan/kehoon kohdistuvaa yhtä suurta ja vastakkaista voimaa.

Momentti

Newtonin toinen laki liittyy myös muuttujaan momentti, joka on kappaleen nopeuden ja massan tulo. Momentti on olennaisesti se liikemäärä, joka esineellä on. Momentti voidaan siirtää kohteesta toiseen. On olemassa erityyppisiä momentteja, joilla kullakin on erilainen vaikutus urheiluun.

Lineaarinen momentti

Lineaarinen momentti on momentti suorassa linjassa esim. lineaarinen momentti syntyy, kun urheilija sprinttaa suorassa linjassa 100 metrin suoraa pitkin juoksuradalla.

Kulmamomentti

Kulmamomentti on kiertomomentti ja syntyy kehon eri osien pyörimisliikkeistä esim. avoimeen asentoon perustuvassa etukäden lyönnissä käytetään merkittävää kulmamomenttia. Kulmavauhdin käytön valtava lisääntyminen maali- ja syöttölyönneissä on vaikuttanut merkittävästi tennispeliin. Yksi tärkeimmistä syistä pelin tehon kasvuun nykyään on kulmavauhdin sisällyttäminen maahyökkäys- ja syöttötekniikoihin. Tenniksessä vartalon osien koordinoidun toiminnan kehittämä kulmavauhti siirtyy mailan lineaariseksi vauhdiksi iskussa.

Keskipiste

Keskipiste (Center of Gravity, COG) on kuvitteellinen piste, jonka ympärille kehon paino jakautuu tasaisesti. Ihmiskehon painopiste voi muuttua huomattavasti, koska kehon segmentit voivat liikuttaa massojaan nivelkierrosten avulla. Tämä käsite on ratkaisevan tärkeä tasapainon ja vakauden ymmärtämisen kannalta sekä sen kannalta, miten painovoima vaikuttaa urheilutekniikoihin.

Kehon läpi kulkevan painovoiman suunta on alaspäin, kohti maan keskipistettä ja COG:n kautta. Tämä painovoiman linja on tärkeää ymmärtää ja visualisoida, kun määritetään henkilön kykyä säilyttää tasapaino onnistuneesti. Kun painovoimalinja osuu tukipisteen (BOS) ulkopuolelle, tarvitaan reaktiota tasapainon säilyttämiseksi.

Squash-mailan painopiste on paljon yksinkertaisempi prosessi, ja se voidaan yleensä löytää tunnistamalla kohta, jossa maila tasapainottuu sormen tai muun kapean esineen päällä.

Tasapaino

Tasapaino on pelaajan kyky hallita tasapainoaan tai vakauttaan. Sinun on ymmärrettävä sekä staattinen että dynaaminen tasapaino:

Staattinen tasapaino

Kyky hallita kehoa kehon ollessa paikallaan. Se on kykyä pitää keho jossakin kiinteässä asennossa. Staattinen tasapaino on kyky ylläpitää asennon vakautta ja orientaatiota siten, että massakeskipiste on tukipisteen yläpuolella ja keho on levossa.

Dynaaminen tasapaino

Kyky hallita kehoa liikkeen aikana. Dynaamisen asentovakauden määrittely on haastavampaa, Dynaaminen tasapaino on kyky siirtää painopisteen vertikaalinen projektio tukipohjan ympärille. Dynaaminen tasapaino on kyky ylläpitää asentovakautta ja orientaatiota painopisteen ollessa tukipohjan yläpuolella kehon osien ollessa liikkeessä.

Korrekti biomekaniikka

Kuten edellä mainittiin, oikea biomekaniikka mahdollistaa tehokkaan liikkumisen ja voi vähentää loukkaantumisriskiä. Urheilussa on aina hyvä ottaa huomioon epänormaali tai virheellinen biomekaniikka mahdollisena loukkaantumisen syynä. Epänormaali biomekaniikka voi johtua anatomisista tai toiminnallisista poikkeavuuksista. Anatomisia poikkeavuuksia, kuten säären pituuseroja, ei voida muuttaa, mutta niiden sivuvaikutuksia voidaan käsitellä, esimerkiksi kenkien tai ortoosien avulla. Toiminnallisia poikkeavuuksia voivat olla esimerkiksi lihasten epätasapaino pitkän immobilisaation jälkeen.

Biomekaniikassa puhutaan usein eri liiketasoista ja akseleista. Katso tämä video muistin virkistämiseksi.

Vääränlainen tekniikka voi aiheuttaa epänormaalia biomekaniikkaa, joka voi johtaa vammoihin. Alla on joitakin esimerkkejä virheellisen tekniikan ja siihen liittyvien vammojen välisestä yhteydestä.

Liikunta	Tekniikka	Vammat
Kriketti	Sekaantunut keilailu	Pars interarticulariksen rasitusmurtumat
Tennis	Ylimääräinen ranteen toiminta rystylyönnillä	Kyynärpään extensor tendinopatia
Uinti	Olkapään alentunut ulkokierto	Rotator cuffin tendinopatia
Juoksu	Lantion etuosan kallistus	Kyynärsauvojen vammat
Soutu	Vaihde keulan puolelta iskuun puolelle	Kannattimen rasitusmurtumat
Baletti	Huono kääntyminen	Lonkkavammat