Inleiding
Biomechanica in de sport omvat een gedetailleerde analyse van sportbewegingen om het risico van blessures tot een minimum te beperken en de sportprestaties te verbeteren. De biomechanica van sport en lichaamsbeweging omvat het gebied van de wetenschap dat zich bezighoudt met de analyse van de mechanica van de menselijke beweging. Het gaat om de beschrijving, gedetailleerde analyse en beoordeling van menselijke bewegingen tijdens sportactiviteiten. Mechanica is een tak van de fysica die zich bezighoudt met de beschrijving van beweging en hoe krachten beweging tot stand brengen. Met andere woorden, sportbiomechanica is de wetenschap die verklaart hoe en waarom het menselijk lichaam beweegt op de manier waarop het beweegt. In de sport- en bewegingswetenschappen wordt die definitie vaak uitgebreid tot de interactie tussen de uitvoerder en zijn uitrusting en omgeving. Biomechanica wordt traditioneel onderverdeeld in de kinematica, een tak van de mechanica die zich bezighoudt met de geometrie van de beweging van voorwerpen, met inbegrip van verplaatsing, snelheid en versnelling, zonder rekening te houden met de krachten die de beweging voortbrengen, terwijl de kinetica de studie is van de relaties tussen het krachtsysteem dat op een lichaam werkt en de veranderingen die dat teweegbrengt in de beweging van het lichaam. In dit verband moeten we bij de beschrijving van de biomechanica ook rekening houden met skeletale, musculaire en neurologische overwegingen.
Toepassing
Volgens Knudson kunnen menselijke bewegingsprestaties op vele manieren worden verbeterd, omdat effectief bewegen anatomische factoren, neuromusculaire vaardigheden, fysiologische capaciteiten en psychologische/cognitieve vermogens omvat. Biomechanica is in wezen de wetenschap van de bewegingstechniek en wordt als zodanig het meest gebruikt in sporten waar techniek een dominante factor is in plaats van fysieke structuur of fysiologische capaciteiten. Hieronder volgen enkele van de gebieden waar biomechanica wordt toegepast, hetzij om de prestaties van atleten te ondersteunen, hetzij om problemen in sport of lichaamsbeweging op te lossen:
- Het bepalen van de optimale techniek voor het verbeteren van sportprestaties
- De analyse van de belasting van het lichaam om de veiligste methode te bepalen voor het uitvoeren van een bepaalde sport- of inspanningstaak
- De beoordeling van spierrekrutering en belasting
- De analyse van sport- en bewegingsuitrusting, bijv, schoenen, oppervlakken en rackets.
Biomechanica wordt gebruikt om te proberen ofwel de prestaties te verbeteren ofwel het risico op blessures te verminderen bij de onderzochte sport- en bewegingstaken.
Beginselen van de biomechanica
Het is belangrijk verschillende biomechanische termen en beginselen te kennen wanneer men de rol van de biomechanica in sport en lichaamsbeweging onderzoekt.
Krachten en Koppels
Een kracht is eenvoudigweg een duw of trek en verandert de beweging van een lichaamsdeel of het racket. Beweging wordt gecreëerd en gewijzigd door de werking van krachten (meestal spierkrachten, maar ook door externe krachten uit de omgeving). Wanneer een kracht een lichaamsdeel of het racket roteert, wordt dit effect een torsie of krachtmoment genoemd. Voorbeeld – Spieren creëren een torsie om de lichaamssegmenten in alle tennisslagen te roteren. In de servicebeweging is de interne rotatie van de bovenarm, die zo belangrijk is voor de kracht van de service, het resultaat van een intern rotatiekoppel aan het schoudergewricht, veroorzaakt door spieracties (latissimus dorsi en delen van de pectoralis major en deltoideus). Om een segment met meer kracht te roteren zou een speler over het algemeen meer spierkracht uitoefenen.
De bewegingswetten van Newton
De drie bewegingswetten van Newton verklaren hoe krachten beweging in de sport tot stand brengen. Deze wetten worden meestal aangeduid als de Wetten van Traagheid, Versnelling, en Reactie.
- Traagheidswet – Newton’s Eerste Traagheidswet stelt dat voorwerpen de neiging hebben zich te verzetten tegen veranderingen in hun bewegingstoestand. Een voorwerp in beweging zal de neiging hebben in beweging te blijven en een voorwerp in rust zal de neiging hebben in rust te blijven tenzij er een kracht op wordt uitgeoefend. Voorbeeld – Het lichaam van een speler die snel over het veld sprint zal de neiging hebben die beweging te willen behouden tenzij spierkrachten deze traagheid kunnen overwinnen of een schaatser die over het ijs glijdt zal met dezelfde snelheid en in dezelfde richting blijven glijden, behoudens de inwerking van een externe kracht.
- Versnellingswet – De tweede wet van Newton legt nauwkeurig uit hoeveel beweging een kracht teweegbrengt. De versnelling (de neiging van een voorwerp om van snelheid of richting te veranderen) die een voorwerp ondervindt, is evenredig met de grootte van de kracht en omgekeerd evenredig met de massa van het voorwerp (F = ma). Voorbeeld – Wanneer een bal wordt gegooid, geschopt of met een werktuig wordt geslagen, heeft hij de neiging zich te verplaatsen in de richting van de richting waarin de uitgeoefende kracht werkt. Evenzo geldt dat hoe groter de uitgeoefende kracht is, hoe groter de snelheid van de bal is. Als een speler door training de kracht in de benen verbetert terwijl hij dezelfde lichaamsmassa behoudt, zal hij een groter vermogen hebben om het lichaam met de benen te versnellen, wat resulteert in een betere behendigheid en snelheid. Dit heeft ook betrekking op het vermogen om segmenten te draaien, zoals hierboven vermeld.
- Wet van Reactie – De Derde Wet stelt dat voor elke actie (kracht) er een gelijke en tegengestelde reactiekracht is. Dit betekent dat krachten niet alleen werken, maar in gelijke en tegengestelde paren tussen op elkaar inwerkende lichamen optreden. Voorbeeld – De kracht die ontstaat door het “duwen” van de benen tegen de grond resulteert in grondreactiekrachten waarbij de grond “terugduwt” en de speler over de baan laat bewegen (Aangezien de aarde veel massiever is dan de speler, versnelt en beweegt de speler snel, terwijl de aarde niet echt versnelt of helemaal niet beweegt). Deze actie-reactie vindt ook plaats bij de inslag met de bal, aangezien de kracht die op de bal wordt uitgeoefend gepaard gaat met een gelijke en tegengestelde kracht op het racket/lichaam.
Momentum
De tweede wet van Newton houdt ook verband met de variabele momentum, die het product is van de snelheid en de massa van een voorwerp. Het momentum is in wezen de hoeveelheid beweging die een voorwerp bezit. Het momentum kan van het ene voorwerp op het andere worden overgedragen. Er zijn verschillende soorten momentum die elk een andere invloed hebben op de sport. Angulair momentum Angulair momentum is rotatiemomentum en ontstaat door de rotaties van de verschillende lichaamssegmenten.e. De open stance forehand gebruikt een aanzienlijk impulsmoment. De enorme toename van het gebruik van impulsmoment bij groundstrokes en serves heeft een aanzienlijke invloed gehad op het tennisspel. Een van de belangrijkste redenen voor de toename van de kracht van het spel vandaag de dag is de integratie van impulsmoment in de grondslag en serveertechnieken. Bij tennis wordt het door de gecoördineerde actie van de lichaamssegmenten ontwikkelde impulsmoment overgedragen op het lineaire impulsmoment van het racket bij de slag. Het zwaartepunt (COG) is een denkbeeldig punt waaromheen het lichaamsgewicht gelijkmatig is verdeeld. Het zwaartepunt van het menselijk lichaam kan aanzienlijk veranderen omdat de segmenten van het lichaam hun massa’s kunnen verplaatsen met gewrichtsrotaties. Dit concept is van cruciaal belang voor het begrijpen van evenwicht en stabiliteit en hoe de zwaartekracht sporttechnieken beïnvloedt. De richting van de zwaartekracht door het lichaam is naar beneden, naar het middelpunt van de aarde en door het COG. Deze lijn van de zwaartekracht is belangrijk om te begrijpen en te visualiseren bij het bepalen van iemands vermogen om succesvol evenwicht te bewaren. Wanneer de lijn van de zwaartekracht buiten de Base of Support (BOS) valt, dan is een reactie nodig om in evenwicht te blijven. Het zwaartepunt van een squashracket is een veel eenvoudiger proces en kan meestal worden gevonden door het punt te identificeren waar het racket balanceert op uw vinger of een ander smal voorwerp. Balans is het vermogen van een speler om zijn evenwicht of stabiliteit te beheersen. Je moet een goed begrip hebben van zowel statisch als dynamisch evenwicht: Statisch evenwicht Het vermogen om het lichaam te controleren terwijl het lichaam stilstaat. Het is het vermogen om het lichaam in een vaste houding te houden. Statisch evenwicht is het vermogen om houdingsstabiliteit en oriëntatie te handhaven met het massamiddelpunt boven de steunbasis en het lichaam in rust. Dynamisch evenwicht Het vermogen om het lichaam tijdens beweging te controleren. Het definiëren van dynamische houdingsstabiliteit is een grotere uitdaging, Dynamisch evenwicht is het vermogen om de verticale projectie van het zwaartepunt rond de ondersteunende steunbasis te verplaatsen. Dynamisch evenwicht is het vermogen om de posturale stabiliteit en oriëntatie te handhaven met het zwaartepunt boven de steunbasis terwijl de lichaamsdelen in beweging zijn. Zoals hierboven vermeld, zorgt een correcte biomechanica voor een efficiënte beweging en kan het risico op blessures verminderen. In de sport is het altijd goed om abnormale of foutieve biomechanica te beschouwen als een mogelijke oorzaak van blessures. Deze abnormale biomechanica kan het gevolg zijn van anatomische of functionele afwijkingen. Anatomische afwijkingen, zoals een beenlengteverschil, kunnen niet worden veranderd, maar de secundaire effecten kunnen wel worden aangepakt, zoals een schoenconstructie of steunzolen bijvoorbeeld. Functionele afwijkingen die kunnen optreden zijn bijvoorbeeld spiersymmetrieën na een lange periode van immobilisatie. In de biomechanica wordt vaak verwezen naar de verschillende bewegingsvlakken en assen. Bekijk deze video eens, om uw geheugen op te frissen. Een onjuiste techniek kan een abnormale biomechanica veroorzaken die tot blessures kan leiden. Hieronder volgen enkele voorbeelden van het verband tussen een onjuiste techniek en daarmee gepaard gaande blessures. Als mens, is lopen onze belangrijkste vorm van beweging, dat wil zeggen dat we rechtop lopen en erg afhankelijk zijn van onze benen om ons voort te bewegen. De manier waarop de voet de grond raakt en het effect dat dit heeft op de onderste ledematen naar de knie, heupen, bekken en lage rug in het bijzonder is een onderwerp van veel debat en controverse geworden in de afgelopen jaren. Biomechanica van de onderste ledematen verwijst naar een complexe wisselwerking tussen de gewrichten, de spieren en het zenuwstelsel, die resulteert in een bepaald bewegingspatroon, dat vaak wordt aangeduid als “uitlijning”. Een groot deel van het debat gaat over wat als “normaal” en wat als “abnormaal” wordt beschouwd in biomechanische termen en over de mate waarin we moeten ingrijpen als bij de beoordeling abnormale bevindingen worden aangetroffen. In dit hoofdstuk wordt ingegaan op de biomechanica van de onderste extremiteit, in het bijzonder de anatomie en biomechanica van de voet en de enkel, de invloed van de Q-hoek op de mechanica van de heup en de knie en tenslotte de implicaties hiervan op het lopen. De voet en de enkel vormen een complex systeem dat bestaat uit 26 botten, 33 gewrichten en meer dan 100 spieren, pezen en ligamenten. Het functioneert als een stijve structuur voor het dragen van gewicht en het kan ook functioneren als een flexibele structuur om zich aan te passen aan oneffen terrein. De voet en de enkel hebben verschillende belangrijke functies, zoals het ondersteunen van het lichaamsgewicht, het bieden van evenwicht, schokabsorptie, het overbrengen van grondreactiekrachten, het compenseren van proximale malalignment, en het vervangen van de handfunctie bij personen met amputatie/verlamming van de bovenste extremiteit, allemaal belangrijke functies bij oefeningen of sporten waarbij de onderste ledematen betrokken zijn. Deze pagina gaat in detail in op de biomechanica van de voet en enkel en de rol daarvan in de voortbeweging. Ga naar pagina Inzicht in de normale anatomische en biomechanische kenmerken van het patellofemorale gewricht is essentieel voor elke evaluatie van de kniefunctie. De Q-hoek gevormd door de vector voor de gecombineerde trek van de m. quadriceps femoris en de patellapees, is belangrijk vanwege de laterale trek die deze uitoefent op de patella. De richting en de grootte van de kracht die door de quadricepsspier wordt geproduceerd, hebben grote invloed op de biomechanica van het patellofemorale gewricht. De krachtlijn die door de quadriceps wordt uitgeoefend ligt lateraal ten opzichte van de gewrichtslijn, voornamelijk als gevolg van de grote dwarsdoorsnede en het krachtpotentieel van de vastus lateralis. Aangezien er een associatie bestaat tussen patellofemorale pathologie en overmatig lateraal volgen van de patella, is het beoordelen van de totale laterale treklijn van de quadriceps ten opzichte van de patella een zinvolle klinische maat. Een dergelijke maat wordt de Quadriceps-hoek of Q-hoek genoemd. Deze werd aanvankelijk beschreven door Brattstrom. Ga naar Pagina Sandra J. Shultz beschrijft het lopen als: “…iemands manier van lopen of voortbewegen, omvat het totale lichaam. De loopsnelheid bepaalt de bijdrage van elk lichaamsdeel. Bij een normale loopsnelheid zijn vooral de onderste ledematen betrokken, terwijl de armen en de romp voor stabiliteit en evenwicht zorgen. Hoe hoger de snelheid, hoe meer het lichaam afhankelijk is van de bovenste ledematen en de romp voor de voortbeweging, het evenwicht en de stabiliteit. De benen blijven het meeste werk doen omdat de gewrichten een groter bewegingsbereik produceren door grotere spierreacties. In het tweevoetige systeem werken de drie belangrijkste gewrichten van het onderlichaam en het bekken met elkaar samen terwijl spieren en momentum het lichaam voortbewegen. De mate waarin het zwaartepunt van het lichaam beweegt tijdens de voorwaartse verplaatsing bepaalt de efficiëntie. Het lichaamszwaartepunt beweegt zowel zijwaarts als op en neer tijdens het lopen.” Lopen met twee voeten is een belangrijk kenmerk van de mens. Deze pagina geeft informatie over de verschillende fasen van de loopcyclus en belangrijke functies van de voet tijdens het lopen. Ga naar pagina Correcte biomechanica is even belangrijk bij activiteiten van de bovenste ledematen als bij activiteiten van de onderste ledematen. De mogelijkheden van de bovenste ledematen zijn gevarieerd en indrukwekkend. Met dezelfde anatomische basisstructuur van de arm, onderarm, hand en vingers, werpen major league Baseball Pitchers fastballs met 40 m/s, steken zwemmers het Kanaal over, voeren turners het ijzeren kruis uit, en vertonen olympische boksers in gewichtsklassen variërend van vlieggewicht tot superzwaargewicht een bereik van 447 tot 1.066 pond aan piekstootkracht. De structuur van de bovenste extremiteit bestaat uit de schoudergordel en het bovenste lidmaat. De schoudergordel bestaat uit het schouderblad en het sleutelbeen, en het bovenste lidmaat bestaat uit de arm, de onderarm, de pols, de hand en de vingers. Een kinematische keten strekt zich echter uit van de halswervelkolom en de bovenste borstwervelkolom tot de vingertoppen. Alleen wanneer bepaalde meervoudige segmenten volledig gefixeerd zijn, kunnen deze delen mogelijk onafhankelijk functioneren in mechanische rollen. Dit hoofdstuk behandelt de anatomische structuren die deze verschillende soorten bewegingen mogelijk maken en onderzoekt de biomechanica of manieren waarop de spieren samenwerken om de diversiteit aan bewegingen te bereiken waartoe de bovenste extremiteit in staat is. Scapulohumeraal ritme (ook wel glenohumeraal ritme genoemd) is de kinematische interactie tussen de scapula en de humerus, voor het eerst gepubliceerd door Codman in de jaren dertig van de vorige eeuw. Deze interactie is belangrijk voor de optimale functie van de schouder. Wanneer er een verandering optreedt van de normale positie van het schouderblad ten opzichte van het opperarmbeen, kan dit een disfunctie van het scapulohumerale ritme veroorzaken. De verandering van de normale positie wordt ook wel scapulaire dyskinesie genoemd. Verschillende studies van het mechanisme van het schoudergewricht die getracht hebben de globale bewegingscapaciteit van de schouder te beschrijven, verwijzen naar die beschrijving, Kunt u de schouder evalueren om te zien of de functie juist is en de complexe interacties verklaren tussen componenten die betrokken zijn bij het plaatsen van de hand in de ruimte? Ga naar Pagina Lopen is vergelijkbaar met lopen in termen van locomotieve activiteit. Er zijn echter belangrijke verschillen. Het vermogen om te lopen betekent niet dat iemand ook kan lopen. Er zijn enkele verschillen tussen de loop- en de rencyclus – de loopcyclus is een derde langer in tijd, de grondreactiekracht is kleiner in de loopcyclus (dus de belasting is lager), en de snelheid is veel hoger. Bij het lopen is er ook maar één standfase, terwijl er bij het stappen twee zijn. De schokabsorptie is ook veel groter in vergelijking met lopen. Dit verklaart waarom hardlopers meer overbelastingsblessures hebben. Lopen vereist: Cycling werd aanvankelijk uitgevonden door Baron Carl von Drais in 1817, maar niet zoals wij het kennen. Het was een machine die aanvankelijk twee wielen had die verbonden waren door een houten plank met een roer om te sturen. Het hield in dat mensen zittend over de grond renden; vandaar de naam “loopmachine” (in alle betekenissen) of “velocipede”. Deze werd ten tijde van de uitvinding uitsluitend door de mannelijke bevolking gebruikt. De velocipède maakte vervolgens in de jaren 1860 een enorme ontwikkeling door in de Michaux-fabriek in Parijs. Zij voegden aan het voorwiel hefarmen toe die werden aangedreven door pedalen aan de voeten. Dit was de eerste conventionele fiets, en sindsdien en tot op de dag van vandaag heeft de fiets grote vooruitgang geboekt in ontwerp en technologie. Baseball pitching is een van de meest intensief bestudeerde atletische bewegingen. Hoewel de aandacht meer op de schouderbeweging is gericht, is voor het werpen een beweging van het gehele lichaam nodig. Werpen wordt ook beschouwd als een van de snelst uitgevoerde menselijke bewegingen, en de maximale humerus interne rotatiesnelheid bereikt ongeveer 7000 tot 7500o/seconde. Ga naar pagina Tennisbiomechanica is een zeer complexe aangelegenheid. Denk maar aan het slaan van een tennisbal. Eerst moet de atleet de bal van het racket van zijn tegenstander zien komen. Vervolgens moet hij de snelheid, de spin, de baan en, het belangrijkste, de richting van de tennisbal beoordelen. De speler moet dan snel zijn lichaamshouding aanpassen om rond de bal te bewegen. Terwijl de speler zich voorbereidt om de bal te slaan, is het lichaam in beweging, de bal beweegt zowel in een lineaire als in een rotatierichting als er spin op de bal zit, en het racket is ook in beweging. De speler moet al deze bewegingen in ongeveer een halve seconde coördineren, zodat hij de bal zo dicht mogelijk bij het midden van het racket slaat om de gewenste spin, snelheid en richting voor de terugslag van de bal te produceren. Een fout in één van deze bewegingen kan een fout veroorzaken. De International Tennis Federation (ITF) biedt gedetailleerde bronnen over tennisbiomechanica, waaronder een aantal presentaties hieronder. Biomechanica van tennis: een inleiding Biomechanische principes voor de Serve in tennis Biomechanica van de Forehandslag Deze artikelen geven meer gedetailleerde informatie over de biomechanica van de Serve en de groundstroke en gaan ook in op de implicaties voor krachttraining en revalidatie. Tennis Serve Biomechanics in Relation to Ball Velocity and Upper Limb Joint Injuries Biomechanics of the Tennis Ground Strokes: Implications for Strength Training
Zwaartepunt
Balans
Correcte biomechanica
Sport
Techniek
blessures
Cricket
Gemengde bowlingactie
Pars interarticularis stressfracturen
Tennis
Excessieve polsbeweging met backhand
Extensor tendinopathie van de elleboog
Zwemmen
Verminderde externe rotatie van de schouder
Rotator cuff tendinopathie
Lopen
Anterieure bekkenkanteling
Hamstringblessures
Roeien
Verandering van boegzijde naar slag kant
Rib stress fracturen
Ballet
Slechte turn
Heupblessures
Lage ledematen biomechanica
Biomechanica van voet en enkel
Q-hoek
Biomechanica van het Lopen
Biomechanica van de bovenste ledematen
Scapulohumeraal ritme
Sportspecifieke Biomechanica
Loopbiomechanica
Cycling Biomechanica
Een onderzoek in 2014 schatte dat meer dan 43% van de bevolking van het Verenigd Koninkrijk een fiets heeft of toegang heeft tot een fiets en 8% van de bevolking van 5 jaar en ouder 3 of meer keer per week fietste. Met zo’n grote hoeveelheid mensen die fietsen, of het nu professioneel, recreatief of voor woon-werkverkeer is, verhoogt dit de kans op het ontwikkelen van een blessure, dus het is tijd dat we de biomechanica van het fietsen begrijpen. Ga naar pagina Baseball Pitching Biomechanics
Tennisbiomechanica