Kineziologija, Vol. 41 No. 1., 2009.
Pregledni rad
Biomehanički rad i koordinacijska struktura vožnje bicikla: pregled literature
Rodrigo Rico Bini
; Institute of Sport and Recreation Research, Auckland University of Technology, North Shore City, New Zealand
Fernando Diefenthaeler
; Laboratirio de Pesquisa do Exercicio, Escola de Educacao Fisica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil
Sažetak
Uvod
Bicikl je prijevozno sredstvo iznimno korišteno u cijelom svijetu. Kada je riječ o potrošnji energije tijekom vožnje biciklom, može se primijetiti da su mehaničke karakteristike (geometrija) bicikla unapređivane tijekom vremena kako bi se smanjila potrošnja energije, poboljšala brzina prijenosa i, očigledno, povećala ekonomičnost kretanja. Mehanički rad tijekom vožnje biciklom trebalo bi također analizirati u kontekstu poboljšanja ekonomičnosti kretanja, i to analizom koordinacijskog obrasca pokreta. Na taj način, optimizacija mišićne funkcije predstavljena je kao učinkovito rješenje za poboljšanje ravnoteže između mehaničkog rada i metaboličke energije. Mi još uvijek ne razumijemo potpuno kontrolu generiranja mišićne sile iz središnjeg živčanog sustava (koordinacijski obrazac pokreta), no ipak se dosta toga zna. U skladu s navedenim, u ovom radu pokušali smo ukratko predstaviti tri modela izračunavanja mehaničkog rada, koncept generiranja snage u mišićima zglobova koji sudjeluju u okretanju pedala tijekom vožnje standardnom brzinom te neke teorije koje se odnose na transfer energije kroz zglobne sustave i analizu koordinacijskog obrasca promatranjem distribucije mehaničkog rada u zglobovima. Naposljetku, izvijestili smo o učincima opterećenja, ritma okretanja pedala i visine sjedala na mehanički rad zglobova. Da bismo prikupili članke vezane uz glavni problem ovog preglednog članka obavljeno je kompjutersko pretraživanje najkorištenijih baza podataka ili agregatora baza (MEDLINE, SCOPUS, ISI Web of Knowledge, EBSCO i GOOGLE SCHOOLAR), kao i brojnih pojedinačnih časopisa dostupnih u papirnatom obliku. Ključne riječi za pretraživanje relevantnih članaka bile su: mišićni mehanički rad, koordinacijski obrazac, snaga mišića u zglobovima, visina sjedalice, opterećenje i ritam okretanja pedala.
Modeli za izračunavanje mehaničkog rada: Na temelju promjena kinetičkih i potencijalnih energija svakog segmenta (unutarnji rad), model koji je predstavio Fenn (1930a,b) prilagođavao se godinama. Elftman (1939) je predstavio drugačiji pristup za izračunavanje mehaničkog rada u zglobovima koji je koristio rezultante zglobnih momenata i kutne brzine za izračunavanje snage svakog zgloba (kinetički model). Kompleksniji model izračunavanja mehaničkog rada kod okretanja pedala predstavili su Neptune i Van Den Bogert (1998) koji su u kompjutersku simulaciju gibanja uključili 28 mišića i njihove karakteristike sile-dužine-brzine. Ovaj model bio je naveden kao najosjetljiviji za objašnjavanje mišićne koordinacije tijekom okretanja pedala na biciklu, ponajviše stoga što analizira i mišićnu ko-kontrakciju.
Generiranje snage u mišićima zglobova koji sudjeluju u okretanju pedala tijekom vožnje standardnim ritmom: Za razliku od hodanja i trčanja, kod okretanja papučica bicikla veći se dio mehaničke energije, povezane s cikličnim kretnjama, dobiva iz koncentričnih mišićnih akcija donjih ekstremiteta. Rezultati također pokazuju da se u pedaliranju skladišti elastična energija, istina, manja nego u trčanju.
Transfer mehaničke energije kroz zglobne sustave i koordinacijski obrazac gibanja: Biciklizam, kao višezglobni zatvoreni kinetički lanac, razvija silu i prenosi snagu kroz kukove, koljena i gležnjeve. Broker i Gregor (1994) proveli su analizu transfera energije koristeći kinetički model mehaničke energije. Fregly i Zajac (1996) stvorili su simulacijski model koristeći samo kinematičke podatke. Neptune, Kautz i Zajac (2000) također su stvorili simulacijski model za analizu najvažnijih mišićnih grupa povezanih s cikličnim gibanjem u biciklizmu. Rezultati njihovih istraživanja otkrili su nam da mišići zgloba stopala (m. soleus, m. gastrocnemius i m. tibialis anterior) imaju vrlo važnu funkciju u transferu mehaničke energije ekstremiteta na papučicu bicikla, dok se mišići kvadricepsa i m. gluteus maximus povezuju s proizvodnjom mehaničke energije. Bolje razumijevanje funkcioniranje mišićnih grupa u biciklizmu omogućilo je i kvalitetnije objašnjavanje koordinacijskog obrasca kretanja pri samom okretanju pedala.
Učinci opterećenja na mehanički rad zglobova i koordinacijski obrazac kretanja: Prvi rezultat, posljedica upravljanja opterećenjem, jest da dolazi do povećanja pozitivnog mehaničkog rada koji proizvode mišići zglobova uključenih u okretanje papučica bicikla, što je povezano s koncentričnom mišićnom kontrakcijom. Čini se da je doprinos mišića kukova i koljena promjenama opterećenju tijekom vožnje bicikla različit od doprinosa mišića zgloba stopala, budući da mišići zgloba stopala moraju biti prilagođeni za optimizaciju čvrstoće i maksimiziranja učinkovitosti transmisije mehaničke energije na pedalu bicikla.
Učinak ritma okretanja papučica na mehanički rad zglobova i koordinacijski obrazac gibanja: Također je analiziran učinak ritma okretanja pedala na mehanički rad zglobova radi objašnjenja koordinacijskog obrasca gibanja tijekom vožnje biciklom. Pri jednakom izlazu snage, povećani unutarnji rad s povećanjem ritma okretanja pedala povezan je s negativnom snagom ekscentrične kontrakcije mišića koja se proizvodila zbog pokušaja kontroliranja primjene sile na papučice. Izabran je najprihvatljiviji ritam okretanja pedala koji će odgovarati omjeru između proizvodnje sile i brzine skraćivanja mišića. Dok male promjene u ritmu okretanja pedala (od 90 do 100 o/min) ne utječu na distribuciju mehaničkog rada, čini se da velike promjene ritma okretanja pedala ili mijenjaju ili ne utječu na doprinos kuka, koljena i gležnja na ukupni mehanički rad. Autori su se jedino složili oko činjenice da se doprinos mišića gležnja na ukupni mehanički rad ne mijenja s promjenama ritma okretanja pedala.
Učinak visine sjedala na mehanički rad zglobova i koordinacijski obrazac kretanja: Provedena su i istraživanja o upravljanju visinom sjedala bicikla radi utvrđivanja obrasca opterećenja zglobova pri različitim visinama, budući da je dokazano kako je većina ozljeda u biciklizmu povezana s lošim pozicioniranjem vozača na biciklu. Također je objavljen i podatak da distribucija snage zgloba nije pod utjecajem smanjenja visine sjedalice na biciklu. Nažalost, nije pronađeno nijedno istraživanje koje se bavilo ispitivanjem utjecaja visine sjedalice na distribuciju mehaničkog rada zglobova, a isto tako nisu pronađeni ni simulacijski modeli koji analiziraju generiranje mišićne sile pri različitim visinama sjedalice bicikla. Objavljeni su samo EMG podaci kojima su se pokušali objasniti i razumjeti koordinacijski obrasci kretanja tijekom vožnje bicikla na različitim visinama sjedalice.
Prijedlozi budućih istraživanja: U ovom preglednom članku predstavljeni su različiti modeli koji se primjenjuju za mjerenje mehaničkog rada u biciklizmu. Većina rezultata tih istraživanja bazirani su na kinetičkim modelima zbog toga što omogućuju usporedbu doprinosa zgloba kuka, koljena i gležnja ukupnom mehaničkom radu. Predstavljeni su i neki dokazi koji se temelje na proračunskim simulacijskim modelima, a koji predlažu povećanje pouzdanosti analize gibanja u biciklizmu pomoću procjene ko-kontrakcije mišića. Buduća istraživanja trebala bi se orijentirati na upotrebu proračunskih simulacijskih modela za analizu različitih opterećenja vožnje bicikla, ritma okretanja pedala, utjecaja visine sjedalice i sličnih znastvenih problema.
Ključne riječi
Hrčak ID:
38487
URI
Datum izdavanja:
30.6.2009.
Posjeta: 4.620 *