MODELOWANIE INŻYNIERSKIE ISSN 1896-771X 44, s. 217-222, Gliwice 2012 BIOMECHANICZNA OCENA ZDOLNOŚCI SIŁOWYCH SIATKAREK ROBERT MICHNIK 1, JACEK JURKOJĆ 1, KRZYSZTOF CZAPLA 2 1 Katedra Biomechatroniki, Wydział Inżynierii Biomedycznej, Politechnika Śląska 2 Ośrodek Sportu, Politechnika Śląska e-mail: Robert.Michnik@polsl.pl, Jacek.Jurkojć@polsl.pl, Krzysztof.Czapla@polsl.pl Streszczenie.W ramach pracy przedstawiono metodykę badań umożliwiającą wyznaczenie izokinetycznych charakterystyk zespołów mięśniowych stawu kolanowego, pozwalających na ocenę stopnia wytrenowania sportowców oraz weryfikację metod treningowych. W ramach badań dokonano pomiarów momentów sił mięśniowych w warunkach pracy izokinetycznej na stanowisku pomiarowym Biodex System Pro 4. Badania przeprowadzono na grupie zawodniczek drużyny AZS Politechnika Śląska. 1. WSTĘP W piłce siatkowej podobnie jak w wielu innych grach zespołowych o wyniku sportowym decyduje złożony układ czynników takich jak sprawność fizyczna, koordynacja ruchowa, technika wykonywania ruchów lub umiejętność współpracy pomiędzy członkami zespołu [5, 6, 12]. Trafne wskazanie parametrów decydujących o sukcesie sportowym oraz określenie ich wartości optymalnych umożliwia podjęcie skutecznych działań treningowych [5]. Odpowiedni dobór metod treningowych powinien zapewnić podniesienie poziomu sportowego i osiąganie lepszych rezultatów. Efekty treningu sportowego można ocenić, wykorzystując metody pomiarowe wywodzące się z biomechaniki i kinezjologii [2, 3, 8, 9, 10, 11, 13, 14, 15]. Sukces w wielu konkurencjach sportowych zależy od zdolności do rozwijania maksymalnej siły, mocy iszybkości rozumianych jako cechy sprawności fizycznej człowieka [2, 11]. Oceniając siłę mięśniową danego zawodnika w stosunku do przyjętej normy, uzyskuje się informację, czy osiągnięte przez zawodnika wartości są wyższe lub niższe od uzyskanych przez pozostałych sportowców o podobnych parametrach somatycznych [2, 8, 15]. Pomiary momentów sił mięśniowych pozwalają również na określenie deficytów siły mięśniowej kończyn względem siebie [16]. Do oceny zdolności siłowych oraz siłowo-szybkościowych zawodników różnych dyscyplin sportowych najczęściej wykorzystywane są pomiary maksymalnych momentów sił mięśniowych rozwijanych przez zespoły mięśni działających w obrębie stawów kończyn dolnych lub górnych. Pomiary tego typu przeprowadza się w warunkach izometrycznych [2, 11, 15] lub pracy izokinetycznej [1, 16, 17]. Wyniki takich pomiarów mogą dostarczyć obiektywnych, ilościowych informacji na temat stopnia wytrenowania zawodników oraz skuteczności zastosowanych metod treningowych.
218 R. MICHNIK, J. JURKOJĆ, K. CZAPLA W ramach niniejszej pracyprzeprowadzono badania pozwalające na analizę charakterystyk izokinetycznych zespołów mięśniowych stawu kolanowego siatkarek drużyny AZS Politechnika Śląska. Prezentowana w pracy metodyka pomiarów jest częścią projektu mającego na celu opracowanie i aplikacyjne zweryfikowanie programu badań pozwalającego na obiektywną ocenę układu ruchu, cech motorycznych oraz efektów treningu sportowego siatkarzy. W realizację projektu zaangażowany jest interdyscyplinarny zespół, w którego skład wchodzą pracownicy Katedry Biomechatroniki Politechniki Śląskiej oraz Ośrodka Sportu Politechniki Śląskiej. 2. METODYKA BADAŃ Zastosowana przez autorów metodyka badań pozwala na ocenę zdolności siłowych oraz zdolności siłowo-szybkościowych za pomocą pomiarów momentów sił mięśniowych działających w obrębie stawu kolanowego w warunkach skurczu izokinetycznego. Do pomiarów momentów sił mięśniowych działających na staw kolanowy wykorzystano stanowisko pomiarowe Biodex System 4Pro (rys. 1). W trakcie badań wyznaczano przebiegi momentów sił mięśniowych prostowników i zginaczy stawu kolanowego w warunkach pracy koncentrycznej (rys. 2), w zakresie ruchu odpowiadającym zgięciu kolana od 10 do 90, przy trzech różnych prędkościach wykonywania ćwiczeń wynoszących: 60, 180, 300 [ /s]. Uzyskane w trakcie badań wyniki pozwalają na wyznaczenie szeregu parametrów pozwalających na ocenę zdolności siłowych i siłowo-szybkościowych takich jak: maksymalne momenty sił mięśniowych, praca oraz moc generowana przez poszczególne zespoły mięśniowe, deficyty momentów siły mięśniowej pomiędzy kończynami, wskaźnika siły mięśni zginaczy i prostowników. Rys. 1. Stanowisko pomiarowe Biodex System 4 Pro Rys. 2. Przykładowy przebieg momentów sił mięśniowych stawu kolanowego podczas wykonywania ćwiczeń z prędkością 120 [ /s] 3. WYNIKI BADAŃ Badania przeprowadzono na grupie dziewięciu zawodniczek drużyny siatkarskiej AZS Politechnika Śląska o średniej masie 66,11±2,37 kg i wzroście 175±5 cm.na podstawie uzyskanych wyników wyznaczono maksymalne momenty sił generowanych przez grupę
BIOMECHANICZNA OCENA ZDOLNOŚCI SIŁOWYCH SIATKAREK 219 zginaczy (PT Flex) i prostowników (PT Ext) stawu kolanowego (rys.3 i rys. 4), wskaźnik Flex/Ext będący stosunkiem maksymalnego momentu zginaczy odniesionym do maksymalnego momentu prostowników (rys. 5) oraz wskaźnik R/L będący stosunkiem maksymalnego momentu zginaczy (lub prostowników) kończyny prawej odniesiony do maksymalnego momentu kończyny lewej (rys. 6). Prezentowane wyniki wyznaczono dla prędkości 60 /s. Wartości maksymalnych momentów PT Flex oraz PT Ext wyrażono w procentach masy badanych zawodniczek. W celu ułatwienia analizy przeprowadzonych pomiarów wprowadzono skale pozwalające stwierdzić, czy wynik osiągnięty przez badaną zawodniczkę był dobry czy zły. Zakresy poszczególnych skal opracowano na podstawie normy firmy Biodex [4] i zestawiono w tabelach 1 i 2. Na wykresach liniami poziomymi przedstawiono wartości graniczne użytych skal. Tabela 1. Skala do oceny zdolności siłowych Ocena Prostowniki Zginacze PT Ext [Nm/BW] PT Flex [Nm/BW] słaby <238 <145 przeciętny 238-261 145-158 dobry 262-283 159-173 bardzo dobry >283 >173 Tabela 2. Skala do oceny do oceny symetrii i wskaźnika Flex/Ext Ocena wskaźnik R/L [%] wskaźnik Flex/Ext [] zły <238 <145 dobry 262-283 159-173 bardzo dobry >283 >173 4. ANALIZA WYNIKÓW Oceny zdolności siłowych dokonano na podstawie wyznaczonych wartości szczytowych momentów sił mięśniowych prostowników (PT Ext) i zginaczy (PT Flex) w teście izokinetycznym przy prędkości ruchu 60 /s. Według normy firmy Biodex [4] wartość PT Ext kobiet powinna zawierać się w granicach 238 283 Nm/BW. Średnia wartość PT Ext grupy badanych zawodniczekdla kończyny prawej wynosi 279±42 Nm/BW, co pozwala ocenić ten wynik jako dobry. Wartość średnia PT Ext kończyny lewej wynosi 251,5±35 Nm/BW wynik przeciętny. Wartość wskaźnika PT Ext, sześciu z badanych (S1, S2, S4, S5, S6, S8) zawodniczek można ocenić jako dobry lub bardzo dobry. Pozostałe zawodniczki uzyskały wynik przeciętny (S3, S7, S9). Większe od normatywnych wartości PT Ext dotyczące zawodników różnych dyscyplin sportowych w swoich badaniach odnotowali między innymi Bittencourt i wsp. (siatkarze młodzieżowej kadry Brazylii) [1], Wilkosz (I ligowa drużyna siatkarzy) [16], Zabka i wsp. (profesjonalni piłkarze) [17]. Zdecydowanie gorzej wypada ocena PT Flex badanych zawodniczek. Zgodnie z normą Biodex [4], wartość ta powinna mieścić się w granicach 145 173 Nm/BW. Średnia wartość PT Flex badanej grupy siatkarek dla kończyny prawej wynosiła 125±28 Nm/BW, a dla kończyny lewej 124 ±23 Nm/BW, co odpowiada wynikowi słabemu. Tylko jedna zawodniczka (S5) osiągnęła wartość wskaźnika PT Flex pozwalającą ocenić go jako wynik bardzo dobry. Wartość tego wskaźnika pozostałych zawodniczek plasuje się w obszarze wyniku słabego. Wyznaczone w badaniach wartości wskaźników R/L i Flex/Ext, pozwalają na oszacowanie możliwości ewentualnego wystąpienia urazów i kontuzji. Średnia wartość wskaźnika Flex/Ext dla grupy badanych zawodniczek wyniosła dla kończyny prawej 44,5±6,2 oraz dla kończyny lewej 49,2±,3., co kwalifikuje ten wynik jako słaby. Świadczy to o znacznej przewadze grupy
220 R. MICHNIK, J. JURKOJĆ, K. CZAPLA prostowników stawu kolanowego i deficycie siły zginaczy tego stawu. Deficyt po stronie zginaczy stawu kolanowego u siatkarzy w swoich badaniach odnotowali również Bittencourt i współpracownicy [1] oraz Wilkosz [16]. Wartość wskaźnika Flex/Ext w badaniach Bittencourta [1] wyniosła 51%, natomiast w badaniach Wilkosza [16] wynosiła 52%. U pięciu badanych zawodniczek odnotowano przekroczenie wskaźnika symetrii siły mięśniowej R/L ponad bezpieczną granicę zawierającą się w przedziale od -10 do 10%. U zawodniczek S1 i S3 występuje asymetria zginaczy stawu kolanowego, a u siatkarek S6, S7 i S9 prostowników. Rys. 3. Wartości maksymalnych momentów prostowników stawu kolanowegouzyskane przez poszczególne zawodniczki przy prędkości 60 /s Rys. 4. Wartości maksymalnych momentów zginaczy stawu kolanowegouzyskane przez poszczególne zawodniczki przy prędkości 60 /s Rys. 5. Wartości wskaźnika Flex/Ext dla stawu kolanowego uzyskane przez poszczególne zawodniczki przy prędkości 60 /s
BIOMECHANICZNA OCENA ZDOLNOŚCI SIŁOWYCH SIATKAREK 221 Rys. 6. Wartości wskaźnika R/L dla stawu kolanowego uzyskane przez poszczególne zawodniczki przy prędkości 60 /s 5. PODSUMOWANIE Przedstawiona w pracy metodyka badań pozwala na obiektywną ocenę zdolności siłowych badanych zawodników. Uzyskane w pracy wyniki pozwoliły stwierdzić występowanie asymetrii w mierzonych wartościach kończyny prawej i lewej u niektórych zawodniczek oraz niekorzystną zwiększoną siłę prostowników w stosunku do zginaczy stawu kolanowego u wszystkich zawodniczek. Obydwa czynniki mogą w konsekwencji prowadzić do zwiększenia prawdopodobieństwa urazów w obrębie stawu kolanowego. Aczkolwiek bazując na pracach innych autorów, można się pokusić o stwierdzenie, że w przypadku zawodników uprawiających wyczynowo siatkówkę dominacja grupy prostowników stawu kolanowego nad zginaczami może wynikać również ze specyfiki tej dyscypliny. Wyniki uzyskane w pracy wskazują na potrzebę prowadzenia zindywidualizowanego treningu dla każdej z zawodniczek. Autorzy pracy przewidują opracowanie i wdrożenie programu badań pozwalających na okresową ocenę zdolności siłowych, dzięki czemu możliwe będzie weryfikowanie i modyfikowanie metod treningowych dostosowanych indywidualnie do poszczególnych zawodników. Praca została zrealizowana w ramach projektu N N501 043940 finansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki LITERATURA 1. Bittencourt N.F.N., Amaral G.M., Saldanha dos Anjos M.T., D Alessandro R., Silva A.A., Fonseca S.T.: Isokinetic muscle evaluation of the knee joint in athletes of the Under-19 and Under-21 Male Brazilian National Volleyball Team. Revista Brasileira de Medicina do Esporte 2005, Vol. 11, No.6, p. 302-306. 2. Buśko K.: Analiza wpływu programów treningu o różnej strukturze intensywności na siłę i moc maksymalną mięśni kończyn dolnych człowieka. Warszawa: Wyd. AWF, 2006. Studia I Monografie nr 109. 3. Chenfu Huang, Lin-Huan Hu.: Kinematic analysis of volleyball jump topspin and float serve. In: XXV ISBS Symposium 2007, OuroPreto Brazil, p. 333-336. 4. Isokinetic testing and data interpretation - normative database, BIODEX medical systems.
222 R. MICHNIK, J. JURKOJĆ, K. CZAPLA 5. Klocek T., Szczepanik M.: Ocena taktyki ataku w piłce siatkowej mężczyzn analiza skuteczności gry drużyn uczestniczących w rozgrywkach Ligi Światowej 2001, 2002, 2003 oraz Mistrzostw Świata 2002. W: Obserwacja i ocena działań zawodników w zespołowych grach sportowych red. Józef Bergier, Paweł Przybylski. Wrocław: Międzynarodowe Towarzystwo Naukowe Gier Sportowych, Wrocław 2004. 6. Klocek T., Żak S.: Kompensacja cech ujętych w modelu mistrza w piłce siatkowej. Sport Wyczynowy 1999, nr 9-10, s. 19-26. 7. Kosmol M., Kosmol A., Kuder A.: Skuteczność i efektywność ataku w grze w piłkę siatkową. Sport Wyczynowy 2007, nr 7-9, s. 36-47. 8. Król H.: Poziom przygotowania siłowo-szybkościowego skoczków narciarskich. W: Biomechanika ruchu: wybrane zagadnienia - pod red. Czesława Urbanika. Warszawa: Wyd. AWF, 2007. 9. Kuhlmann C., Roemer K., Milani T.L.: Aspects of a three dimensional motion analysis of the volleyball spike in high level competition. In: XXV ISBS Symposium 2007, OuroPreto Brazil, p.47-50. 10. Lin-Huan Hu, Yug-Hslang Chen, Chenfu Huang.: A 3D analysis at the volleyball spike. Beijing 2005,. 11. Mastalerz A.: Reakcja układu mięśniowego na wysiłki o maksymalnej intensywności. Warszawa: Wyd. AWF, 2008. Studia i Monografie nr 124. 12. Naglak Z.: Zespołowa gra sportowa. Studia i Monografie AWF.Wyd. AWF Wrocław, Warszawa, 1994 13. Tabor P., Mastalerz A., Iwańska D.: Biomechaniczne kryteria skuteczności techniki ataku w siatkówce. Sport Wyczynowy 2004, nr 1-2, s. 70-79. 14. Tejszerska D., Świtoński E., Gzik M.: Biomechanika narządu ruchu człowieka. Radom: Wyd. Nauk. Inst. Technologii i Eksploatacji - PIB, 2011. 15. Trzaskoma Z.: Maksymalna siła mięśniowa i moc maksymalna kobiet i mężczyzn uprawiających sport wyczynowo. Warszawa: Wyd. AWF, 2003. Studia i Monografie nr 94. 16. Wilkosz P.: Izokinetyczna ocena prostowników i zginaczy stawów kolanowych u zawodników grających wyczynowo w piłkę siatkową. Praca doktorska. Poznań, 2009. 17. Zabka F.F, Valente H.G., Pacheco A.M.: Isokinetic evaluation of knee extensor and flexor muscles in professional soccer players. Revista Brasileira de Medicina do Esporte 2011, Vol.17, No.3, p. 189-192. BIOMECHANICAL EVALUATION OF STRENGTH ABILITIES OF VOLLEYBALL PLAYERS Summary.A research methodology enabling determination of isokinetic characteristics of knee flexors and extensors muscles is presented in the paper. The methodology can be used in estimation of volleyball players fitness and evaluation of training methods. Within the frame of conducted research measurements of muscle forces torques of knee flexors and extensors were carried out. All measurements were performed by means of the Biodex System Pro 4. The group of professional volleyball players from the AZS Silesian University of Technology team was examined.