W ostatnich latach step aerobik stał się jedną z
Transkrypt
W ostatnich latach step aerobik stał się jedną z
ROZPRAWY NAUKOWE AWF WE WROCŁAWIU 2008, 26, 20–26 Michalina Błażkiewicz1, 2, Piotr Kowalczyk1, Hanna Szkudelska2 1 2 polska akademia nauk w warszawie akademia wychowania fizycznego józefa piłsudskiego w warszawie ANALIZA RUCHU KOŃCZYN DOLNYCH PODCZAS KROKU BASIC STEP W AEROBIKU ABSTRACT Analysis of the lower limb movement during basic step Step aerobics classes are offered at many gyms and fitness centers. It is distinguished from other forms of aerobics exercise by the use of an elevated platform (the step). The height can be tailored to individual taste by inserting risers under the step. The APAS (Ariel Performance Analysis System) was employed to obtain data needed for the analysis of movement. Six instructors’ motion was characterized at two different heights of the step (15 and 20 cm). The main objective of the paper is a description of kinematic parameters of the common moves done by the instructors. The detailed objectives concern description of the basic step technique and analysis of the position of the lower limb and of the body’s centre of gravity. Key words: step aerobics, basic step, kinematographic analysis WPROWADZENIE CEL PRACY W ostatnich latach step aerobik stał się jedną z najpopularniejszych form rekreacji rucho wej. Są to ćwiczenia na stepie, wielokrotnie powtarzane, wykonywane w rytm dosyć szyb kiej muzyki i mające na celu podniesienie ogólnej sprawności organizmu. Ćwiczenia na stepie obciążają kończyny dolne w ich osi dłu giej. Można więc przypuszczać, że wywołują w organizmie pozytywne procesy i, zgodnie z teorią wewnętrznych przeobrażeń, zwięk szają gęstość kości [1, 5]. Wiele osób uprawia jących ten rodzaj gimnastyki odczuwa jednak bóle stawów kolanowych i okolicy odcinka lędźwiowego kręgosłupa. Wzrost obciążeń tych fragmentów układu kostnego może być spowodowany m.in. złą techniką ruchu [3]. W celu przeprowadzenia dokładnej analizy podstawowego kroku wykonywanego zawsze podczas standardowych zajęć zdecydowano się na podjęcie badań. Niniejsza praca jest próbą zrealizowania nas tępujących celów: – opis zmiany położenia kończyn dolnych w czasie wykonywania basic step na dwóch wysokościach stepu (15 i 20 cm), – porównanie zmian przebiegu wartości ką tów ugięcia w poszczególnych stawach na dwóch wysokościach stepu (15 i 20 cm), – analiza i wykazanie różnic w technice wykonywania kroku basic step na pod stawie danych uzyskanych w grupie ba dawczej. MATERIAŁ I METODY badań Badania zostały przeprowadzone w Central nym Laboratorium Badawczym na terenie warszawskiej Akademii Wychowania Fizycz nego Józefa Piłsudskiego. Wzięło w nich udział sześć instruktorek fitness o różnym stażu pracy. M. Błażkiewicz, P. Kowalczyk, H. Szkudelska Ruch kończyn dolnych podczas kroku basic step 2008, 26 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 [m] 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 DY R ankle n, DY L ankle n – droga osi obrotu prawego i lewego stawu skokowo-goleniowego na stepie niskim DY R ankle, DY L ankle – droga osi obrotu prawego i lewego stawu skokowo-goleniowego na stepie wysokim 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1 1,1 0,5 0,4 0,3 0,6 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 0,6 0,5 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0 0 [s] 0,1 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0 0 [s] instruktorka 6 [m] 0,6 0,5 0,1 0,4 0 1,1 instruktorka 5 [m] 0,6 [s] instruktorka 4 0,3 [s] 0 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0 0,1 0 0,2 0 0,6 0,2 instruktorka 3 0 0,1 [s] 0,1 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1 1,1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0 0,1 0 [m] instruktorka 2 [m] 0,6 0,9 instruktorka 1 [m] 0,6 1 Każda z badanych umiała wykonywać podsta wowe kroki na stepie. Zadanie polegało na 10-krotnym powtórzeniu bez przerw kroku podstawowego (basic step) z lekcji step aero bik. Tempo wchodzenia i schodzenia ze stepu było narzucone przez muzykę o częstotliwości 120–127 BPM. Po wykonaniu serii kroków zmieniono wysokość stepu z 15 na 20 cm 1 170 159 158,5 169 166,5 165 0,8 52 57,8 47,4 64,2 62,5 53,2 0,9 25,3 30,7 23,8 22,9 27,3 22,9 0,9 1 2 3 4 5 6 0,7 Wysokość ciała [cm] 0,8 Masa ciała [kg] 0,8 Wiek [lata] 0,7 Badana instruktorka i przeprowadzono kolejną próbę. Do analizy został wybrany piąty krok z każdej serii. Krok był jednak liczony od chwili oderwania pięty prawej stopy od podłoża do tego samego mo mentu w kolejnym kroku. Wszystkie dane do tyczące grupy badawczej zostały zamieszczo ne w tabeli 1. Do rejestracji wybranych parametrów ru chu zastosowano metodę kinematograficzną. W tym celu wykorzystano dwie kamery GRDVL 9800 o częstotliwości rejestracji 60 Hz i migawce 120. Kamery były ustawione pod kątem prostym do siebie i pod kątem 45° do osi długiej stepu, co pozwoliło na uzyska nie obrazu trójwymiarowego i objęcie całego ruchu. Wielkości kinematyczne ruchu okreś lono dzięki przetworzeniu obrazów uzyska nych cyfrowo w programie do analizy ruchu APAS. 0,7 Tab. 1. Podstawowe dane grupy badawczej 21 ROZPRAWY NAUKOWE AWF WE WROCŁAWIU [s] DY R ankle n DY L ankle n DY R ankle DY L ankle Ryc. 1. Pionowa zmiana położenia osi obrotu stawów skokowo-goleniowych podczas wykonywania basic step 22 ROZPRAWY NAUKOWE AWF WE WROCŁAWIU M. Błażkiewicz, P. Kowalczyk, H. Szkudelska Ruch kończyn dolnych podczas kroku basic step 2008, 26 WYNIKI Na rycinie 1 zestawiono zmiany położeń osi obrotów w stawach skokowo-goleniowych, wyróżniających się najbardziej charakterys tyczną trajektorią dla sześciu instruktorek podczas wykonywania przez nie basic step na stepie o wysokości 15 i 20 cm. Większość przedstawionyh trajektorii jest prawie jedna kowa, co wiąże się ze zbliżoną techniką wyko nania ruchu. Dokonując bardziej szczegółowej analizy, można zauważyć indywidualne różni ce dotyczące drogi poszczególnych osi obrotów w stawach w zależności od wysokości stepu, np. wcześniejsze uniesienie kończyny dolnej w momencie wchodzenia na wyższy step. Obraz ogólnego kształtu drogi ruchu można uzyskać przez zestawienie wykresów trajek torii ruchu osi obrotu analizowanych stawów dla jednej z instruktorek. Podobne wykresy uzyskano dla innych instruktorek. Szczegółowa analiza zmian położenia po szczególnych osi obrotów w stawach kończyn dolnych wskazuje na istotne różnice ich drogi pionowej. Największa amplituda występuje w przypadku stawów dystalnych, co jest zgod ne z prawami mechaniki ruchu. O ile dla stawu skokowo-goleniowego i kolanowego zaznacza [cm] 0,6 (a) się wyraźna fazowość przeciwstawna, o tyle stawy biodrowe już jej nie wykazują. Ich prze bieg pokrywa się ze zmianami położenia ogól nego środka ciężkości ciała badanych. Na podstawie rycin 1 i 2 można wyróżnić cztery przedziały czasowe (ryc. 3), charakte ryzujące poszczególne fazy kroku basic step: – I przedział czasowy – osie obrotu w sta wie skokowo-goleniowym i kolanowym pra wej kończyny dolnej uzyskują wartości maksy malne, co jest związane z rozpoczynaniem ruchu przez każdą instruktorkę od prawej nogi. W tym samym czasie analogicznie stawy lewej kończyny dolnej mają wartości minimalne, po nieważ instruktorka stoi na niej. – II przedział czasowy – następuje moment, w którym osoba wykonująca ćwiczenie stoi na stepie tylko na prawej kończynie dolnej. Stawy skokowo-goleniowy i kolanowy tej kończyny uzyskują wartości minimalne, natomiast ana logiczne stawy kończyny lewej uzyskują war tości maksymalne. – III przedział czasowy – następuje po stawienie lewej kończyny na stepie, co wiąże się z osiągnięciem dla badanych stawów war tości minimalnych, a schodzenie ze stepu pra wą kończyną wartości maksymalnych. – IV przedział czasowy – prawa kończyna [cm] (b) 0,9 0,8 0,5 0,7 0,4 0,6 0,5 0,3 0,4 0,2 0,3 0,2 [cm] DY L knee n DY L knee 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1 1,1 0,9 0,8 0,7 0,5 0,6 0,4 0,3 [s] 0,2 0 0 (c) 1,4 DY R knee n DY R knee 0,1 0,1 1,8 1,7 1,6 DY L ankle n DY L ankle 1,5 1,4 1,3 1,2 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0 0,1 0 1,1 DY R ankle n DY R ankle 0,1 [cm] 1,4 [s] (d) 1,2 1,2 1 1 0,8 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 DY c g n 0,2 DY c g 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 [s] 0 0 0,1 1,8 1,7 DY L hip n DY L hip 1,6 1,5 1,4 1,3 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0 0,1 0 1,2 DY R hip n DY R hip 0,2 Ryc. 2. Pionowe zmiany położeń osi obrotu w stawach skokowo-goleniowych (a), kolanowych (b), biodrowych (c) i środka ciężkości (d) podczas wykonywania basic step przez jedną z instruktorek (6) na niskim i wysokim stepie (oznaczenia jak na ryc. 1) [s] M. Błażkiewicz, P. Kowalczyk, H. Szkudelska Ruch kończyn dolnych podczas kroku basic step ROZPRAWY NAUKOWE AWF WE WROCŁAWIU 2008, 26 23 Oznaczenia jak na rycinie 1. Ryc. 3. Podział kroku basic-step na przedziały czasowe i fazy jego wykonania Tab. 2. Minimalne i maksymalne wartości uniesienia osi obrotu stawu skokowo-goleniowego ponad poziom stepu (ps.) przy wejściu na niski i wysoki step i zejściu z niego HI – ps. (wejście) HIII – ps. (zejście) DY R ankle n [cm] DY R ankle [cm] min. 5,3 (V) 4,5 (III) maks. 11 (VI) 8,6 (VI) min. 6,1 (II) 5,9 (II) maks. 12,9(VI) 11,5 (V) HII – ps. (wejście) HIV – ps. (zejście) DY L ankle n [cm] DY L ankle [cm] 6,2 (II) 7,4 (II) maks. 11 (VI) 11,9 (VI) min. 2,2 (IV) 3 (V) maks. 4,5 (VI) 9,6 (I) min. HI , HII , HIII ,HIV – uniesienie osi obrotu stawu skokowo-goleniowego odpowiednio w I, II, III i IV przedziale czasowym DY R ankle n, DY L ankle n – droga osi obrotu prawego i lewego stawu skokowo-goleniowego na stepie niskim DY R ankle, DY L ankle – droga osi obrotu prawego i lewego stawu skokowo-goleniowego na stepie wysokim stoi na podłożu (wartości minimalne), nato miast lewa schodzi ze stepu (wartości maksy malne). Oscylacje występujące w poszcze gólnych przedziałach czasowych są związane z cyklicznością kroku basic step. Ponieważ wszystkie badane zaczynały krok prawą kończyną, z wartości podanych w tabeli 2 można wnioskować, że uniesienie lewej kończyny dolnej jest wyższe w momen cie wchodzenia na step. Podczas zejścia ze stepu wyżej jest unoszona prawa kończyna dolna, czyli ta, która pierwsza wykonuje ruch w dół. Duże różnice między wartością maksy malną a minimalną uniesienia osi obrotu sta wów skokowo-goleniowych nad poziom stepu w danym przedziale czasowym wskazują na istotne różnice w indywidualnej technice wy konywania ćwiczenia. Należy zaznaczyć, że wzrost instruktorek nie wpłynął w żaden spo sób na wysokość uniesienia kończyny dolnej ponad poziom stepu. Różnice w technice pokazuje również ana liza przebiegów wartości kąta rozwarcia w po szczególnych stawach (wartość 180° odpowiada pełnemu wyprostowi w stawie). Z rycin 4 i 5 wynika, że największe różnice w wartościach kątowych dla niskiego i wyso kiego stepu występują zawsze podczas wejścia na step i zejścia z niego. Ich zobrazowanie umożliwia zestawienie minimalnych wartości ugięcia w poszczególnych stawach (tab. 3). DYSKUSJA Powszechnie uważa się, że podniesienie wy sokości stepu zwiększa poziom trudności i in 24 ROZPRAWY NAUKOWE AWF WE WROCŁAWIU M. Błażkiewicz, P. Kowalczyk, H. Szkudelska Ruch kończyn dolnych podczas kroku basic step 2008, 26 zmiany położeń kątowych lewego stawu kolanowego (niski step) 180 150 150 120 120 wejście 90 [stopnie] zejście 90 60 60 30 30 180 180 150 150 120 120 90 60 30 30 zmiany położeń kątowych prawego stawu kolanowego (niski step) 120 [stopnie] 150 120 90 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1 1,1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,4 0,3 0,5 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 90 60 60 30 30 zmiany położeń kątowych prawego stawu biodrowego (niski step) 180 120 [stopnie] 150 120 90 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 [s] zmiany położeń kątowych prawego stawu biodrowego (wysoki step) 180 150 0,2 0 [s] 0,1 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0 0 0,1 0 [s] zmiany położeń kątowych prawego stawu kolanowego (wysoki step) 180 150 0,2 0 [s] 0,1 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0 0,1 0 180 90 60 60 30 30 1 2 3 4 5 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0 0,1 Instruktorki: [s] 0,3 0 0 0,2 [stopnie] 90 60 0 [stopnie] [s] zmiany położeń kątowych lewego stawu biodrowego (wysoki step) [stopnie] [stopnie] zmiany położeń kątowych lewego stawu biodrowego (niski step) 0,2 0 [s] 0,1 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1 1,1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,4 0,5 0,3 0,2 0 0 0,1 0 0,1 [stopnie] zmiany położeń kątowych lewego stawu kolanowego (wysoki step) 180 [s] 6 Ryc. 4. Przebieg wartości kątów dla lewych i prawych stawów kolanowych i biodrowych w kroku basic step tensywność zajęć, a w konsekwencji bardziej obciąża układ ruchu [2, 3]. Dotychczas prze prowadzono jednak niewiele badań w zakresie biomechanicznej analizy kroków w step aero bik, a większość rozważań dotyczyła jedynie przebiegu sił reakcji podłoża [2, 4]. W litera turze traktującej o step aerobik nie znaleziono żadnych badań na temat oscylacji środka cięż kości, przemieszczeń poszczególnych sta- wów, oraz opisu oscylacji kątów ugięcia w stawach. Analizując wyniki, można stwier dzić, że wszystkich badanych charakteryzują duże zmiany oscylacyjne pionowych wysokoś ci uniesienia osi obrotów stawów skokowo-goleniowych i kolanowych, które nie przeno szą się na stawy biodrowe i na ogólny środek ciężkości ciała. Maksymalne uniesienia osi obrotów stawów skokowo-goleniowych pod M. Błażkiewicz, P. Kowalczyk, H. Szkudelska Ruch kończyn dolnych podczas kroku basic step zmiany przebiegów kątów dla przykładowej instruktorki (niski step) 180 180 150 150 120 120 [stopnie] 90 25 ROZPRAWY NAUKOWE AWF WE WROCŁAWIU zmiany przebiegów kątów dla przykładowej instruktorki (wysoki step) 90 60 60 30 30 R hip L hip R knee 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1 1,1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,4 0,5 0,3 [s] 0,2 0 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1 1,1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,4 0,5 0,3 0,2 0 0 0,1 0 0,1 [stopnie] 2008, 26 [s] L knee Ryc. 5. Przebieg wartości kątów dla jednej z instruktorek podczas wykonywania basic step na niskim i wysokim stepie Tab. 3. Minimalne i maksymalne wartości kątowe dla minimalnych wartości uzyskiwanych przez instruktorki podczas wejścia na niski i wysoki step i zejścia z niego Min Niski step Wysoki step Wejście P biodro L biodro P kolano L kolano P biodro L biodro P kolano L kolano Min. 95,9(VI) 135,7(VI) 84,5(VI) 102,1(VI) 98,1(VI) 131(I) 78,7(VI) 101,1(I) Maks. 112,8(V) 150,5(IV) 100,4(V) 118,4(II) 107(V) 156,1(III) 95,9(V) 110,5(V) Min Niski step Wysoki step Zejście P biodro L biodro P kolano L kolano P biodro L biodro P kolano L kolano Min. 128,2(I) 95,3(II) 98,3(VI) 88(III) 125,9(I) 92,4(VI) 103,1(I) 79,9(III) 150,5(III) 114,1(IV) 118,4(IV) 107,1(II) 157,2(III) 104,8(III) 123,9(II) 101(V) Maks. czas wejścia na niski lub wysoki step i zejś cia z niego nie pokrywają się i zostają znacznie uniesione ponad jego wysokość. Jest to zwią zane z tym, że żadna z instruktorek nie wsuwa kończyny dolnej na step i nie zsuwa jej z niego. Zmiana wysokości stepu z 15 na 20 cm ma bardzo niewielki wpływ na kąty ugięcia w ba danych stawach (ryc. 4). Przeprowadzając ana lizę porównawczą instruktorek, można jednak zauważyć pewne różnice między parametrami, na które nie wpływa wysokość ciała badanych. Z ryciny 5 wynika, że badane podczas wejścia na step czy też zejścia z niego osiągały mini malne wartości ugięcia w stawach biodrowych i kolanowych w różnym czasie. Dla niektórych były charakterystyczne gładkie i płaskie tra jektorie ruchu, u innych natomiast przed dojś ciem do wartości ekstremalnych można było dostrzec znaczną nieregularność, spowodowaną najprawdopodobniej indywidualnymi różni cami w technice (tab. 3). Największe różnice kątowe (31,3°) w badanej grupie są typowe dla minimalnych wartości ugięcia prawych stawów biodrowych podczas zejścia ze stepu. Stosun kowo małe różnice (9,4°) można natomiast za obserwować dla minimalnych wartości ugięcia w lewym stawie kolanowym podczas wejścia na step. Z powodu braku literatury na ten temat autorzy pracy nie mogli dokonać porównań. WNIOSKI Z danych otrzymanych z analizy kinemato graficznej basic step wynika, że podniesienie wysokości stepu wpływa na wzrost wartości uniesienia wymienionych w niniejszej pracy punktów stawowych i jest zgodne z podsta wowymi prawami mechaniki. Jak pokazują ryciny, najbardziej płaskie trajektorie są typo we dla drogi środka ciężkości i bioder. Duże wahania występują w przypadku stawów kola nowych i skokowo-goleniowych. 26 ROZPRAWY NAUKOWE AWF WE WROCŁAWIU 2008, 26 Pojawienie się różnic w technice ruchu w tak wąskiej grupie instruktorek każe przy puszczać, że w grupie osób ćwiczących rekrea cyjnie różnice nie tylko na pewno wystąpią, ale będą dużo większe i bardziej widoczne. W niniejszej pracy została przedstawiona analiza kroku podstawowego jako najprost szego i teoretycznie najmniej obciążającego układ ruchu. Opisane wyniki badań wskazują na konieczność wyznaczenia norm popraw ności wykonania kroku basic step oraz na dokonanie analizy obciążeń aparatu ruchowego podczas tego rodzaju ruchu, a także innych ruchów charakterystycznych dla zajęć step aerobik. M. Błażkiewicz, P. Kowalczyk, H. Szkudelska Ruch kończyn dolnych podczas kroku basic step BIBLIOGRAFIA [1] R. Będziński, Biomechanika inżynierska. Poli technika Wrocławska, Wrocław 1997. [2] M.C. May bury, J. Waterfield, An investigation into relation between step height and ground reaction forces in step exercise: a pilot study. Br J Sports Med, 1997, 31, 109–113. [3] D. Olex-Mierzejewska, Fitness – Teoretyczne i metodyczne podstawy prowadzenia zajęć. Podręcznik dla studentów wychowania fi zycznego i instruktorów fitness. AWF, Katowice 2002. [4] M.D. Ricard, S. Veatch, Effect of running speed and aerobic dance jump height on vertical ground reaction forces. J Appl Biomech, 1994, 10, 14–27. [5] A. Santos Rocha, C. Oliveira, A. Veloso, Osteogenic index of step exercise depending on cho reographic movements, session duration, and step ping rate. Br J Sports Med, 2006, 40(10), 860–866.