Войти

Клиническая биомеханика в спорте

24.05.2025
20 просмотров
Вопросы и комментарии

Введение

Клиническая биомеханика в спорте может использоваться для улучшения спортивных показателей и уменьшения травм. Используется широкий спектр методов, таких как компьютерное моделирование, измерения и математическое моделирование в различных видах спорта и упражнений.

Определения биомеханики

Биомеханика — это изучение структуры и функции биологических систем с использованием методов механики.[1] Более актуальное определение для спортивных врачей[1]:

«Применение механических принципов при изучении живых организмов»

Биомеханика спорта и упражнений охватывает область науки, занимающейся анализом механики движений человека.[1] Она связана с описанием, детальным анализом и оценкой движения человека во время спортивных мероприятий.[2] Механика — это отрасль физики, занимающаяся описанием движения и тем, как силы создают это движение. Другими словами, спортивная биомеханика — это наука, объясняющая, как и почему человеческое тело движется так, как оно движется. В спорте и упражнениях это определение часто расширяется для рассмотрения взаимодействия между спортсменом и его оборудованием и окружающей средой.

Биомеханику традиционно делят на области[1]:

  1. Кинематика - отрасль механики, которая занимается геометрией движения объектов, включая перемещение, скорость и ускорение, без учета сил, вызывающих движение. Это изучение описания движения.
  2. Кинетика - изучение отношений между системой сил, действующей на тело, и изменениями, которые она вызывает в движении тела. Это изучение сил и моментов сил, вызывающих движение тела.

В рамках этих областей имеются скелетные, мышечные и неврологические аспекты при описании биомеханики.[2]

[3]
[4]

Применение биомеханики

  • Ортопедическая биомеханика[5]
    • Проектирование искусственных конечностей, суставов и ортезов для улучшения функционального движения
    • Изучение естественных и искусственных биологических тканей
  • Профессиональная биомеханика[6]
    • Эргономика и факторы человеческого организма
    • Снижение производственных травм
  • Биомеханика других биологических систем[7]
    • Сравнительная биомеханика (например, передвижение животных)
    • Выступления на скачках лошадей
  • Биомеханика упражнений и спорта
    • Традиционно спортивная биомеханика направлена на[8]:
      • Улучшение результатов
      • Лечение и предотвращение травм
    • Некоторые области, где применение биомеханики способствует улучшению результатов или предотвращению проблем в спорте:
      • Определение оптимальной техники для улучшения спортивных показателей
      • Анализ нагрузки на тело для определения наиболее безопасного способа выполнения конкретного спортивного или физического задания
      • Оценка вовлечения и нагрузки мышц
      • Анализ спортивного и тренировочного оборудования и внедрение его в дизайн (например, обувь, поверхности, ракетки, клюшки, биты, шлемы, велосипеды)

Принципы биомеханики

Знание нескольких биомеханических терминов и принципов полезно при рассмотрении роли биомеханики в спорте и упражнениях. Читайте подробнее об этих принципах, таких как сила, момент силы, законы движения Ньютона, импульс, центр тяжести и равновесие здесь: Принципы биомеханики.

[9]

Правильная биомеханика

  • Правильная биомеханика обеспечивает эффективное движение и может снизить риск травм[2]
  • Ненормальная или неисправная биомеханика в спорте может быть возможной причиной травм
  • Ненормальная биомеханика может быть следствием анатомических или функциональных аномалий

Часто в биомеханике используются различные плоскости и оси движения. Посмотрите это видео, чтобы освежить знания.

[10]

Неправильная техника может привести к аномальной биомеханике, что, в свою очередь, может стать причиной травмы. Некоторые примеры взаимосвязи между техникой и связанными травмами приведены в таблице ниже.

СпортТехникаТравма
Крикет[11]Смешанный стиль броскаСтресс-переломы pars interarticularis
Теннис[12]Избыточные движения запястьем при бекхендеТендинопатия экстензоров локтя
Плавание[13]Снижение внешнего вращения плечаТендинопатия вращательной манжеты плеча
Бег[14]Передний наклон тазаТравмы подколенных сухожилий
Гребля[15]Перемена с стороны на сторонуСтресс-переломы ребер
Балет[16]Плохой разворотТравмы бедра

Читать далее:

  • Биомеханика
  • Введение в человеческую биомеханику - внешние силы
  • Введение в человеческую биомеханику - внутренние силы
  • Биомеханика в спорте

Бег

  • Техника бега и биомеханика влияют на производительность бегуна[17]
  • Силы, воздействующие на бегуна, а также их последствия могут быть определены путем оценки биомеханики бега[18]
  • Узнать больше:
    • Механика бега для клиницистов
    • Биомеханика бега
    • Оценка биомеханики бега
    • Реабилитация биомеханики бега

Велоспорт

  • Цель биомеханики, применяемой к велоспорту, состоит в улучшении взаимодействия велосипедиста с велосипедом путем повышения комфорта положения (осанки) и эффективности (вращения педалей).
  • Узнать больше:
    • Биомеханика велоспорта
    • Настройка велосипеда

Теннис

Бейсбол

  • Увеличение нагрузки на локоть и плечо происходит у игрока с неправильной биомеханикой броска или подачи, что приводит к повышенному риску травмы.
  • Биомеханические оценки броска могут выявить проблемы в производительности и травмах, и очень важно, чтобы клиницисты понимали эту биомеханику.[21]
  • Узнать больше:
    • Биомеханика броска

Гольф

  • Клиницистам, работающим с гольфистами, необходимо понимать некоторые важные факторы, связанные с махом в гольфе, это поможет в проведении тестирования, а также в реабилитации и назначении упражнений.[22] Эти факторы могут включать:
    • Х-фактор – вращение грудного отдела позвоночника относительно таза в верхней точке замаха
    • Растяжка х-фактора – максимальный х-фактор, который случается в начале нижней части замаха, когда таз начинает вращаться обратно в сторону цели
    • Исследования показывают, что если растяжка х-фактора (разрыв вращения между тазом и верхней частью тела) может быть увеличена, это может увеличить дистанцию удара
    • Воздействие сил реакции земли в течение удара в гольфе

Бокс

  • Удар с согнутой рукой в боксе
    Два основных удара в боксе:
    • Удар с согнутой рукой
    • Удар с прямой рукой
  • Дину и др.[23] изучили биомеханику креста, крюка и апперкота между двумя элитными боксерскими группами (старшие против юниоров). Авторы сообщили следующее[23]:
    • Локоть вносит наибольший вклад в крест, который является ударом с прямой рукой
    • Плечо вносит наибольший вклад в крюк и апперкот, которые являются ударами с согнутой рукой
    • У юниоров-элитарных боксеров вклад плеча во все три удара (крест, апперкот и крюк) был выше, чем у старших боксеров, что указывает на то, что у неопытных боксеров больше движения в плече по сравнению с опытными боксерами.
  • Биомеханические оценки, подобные этой, предоставляют ценную информацию для клиницистов и спортсменов с целью улучшения производительности и усовершенствования практик тренировки и реабилитации. Кроме того, это дает лучшее понимание, почему определенные травмы происходят.

Перспектива клинициста и путь использования биомеханики в боксе

Силы, действующие на запястно-пястные суставы

Другим примером полезности биомеханики для клиницистов являются травмы руки и запястья в боксе. Травмы кисти и запястья составляют от 6 до 35% всех боксерских травм в тренировках и соревнованиях. Наиболее распространенная травма - нестабильность запястно-пястного сустава кисти. Эта травма также приводит к наиболее значительной потере времени с тренировок.[24][25] 

Механизм травмы запястно-пястного сустава

На изображениях справа объясняется механизм травмы запястно-пястного сустава в руке боксера. Желтая линия представляет собой пястную кость, синяя линия - запястные кости. Темно-синий дуга представляет собой тыльные связки. Красные стрелки обозначают приложенные силы, а золотые стрелки - остаточные силы. Если боксер наносит удар с пястной костью в плохом положении, силы вызовут травму, такую как нестабильность.

Поиск спортивного физиотерапевта понимания техники бинтования кисти в боксе и ее связь с травмами
Методология измерения кинематики запястья

Есть уникальность в исследовании кинематики запястья в боксе. Это связано с тем, что использование технологий камеры, обычно используемых в биомеханике, нецелесообразно, так как рука обернута бинтами и боксерской перчаткой. Использование камерного подхода не предоставит точных измерений конкретных движений.

Ключевым вопросом в биомеханических оценках является оборудование. Что доступно и будет ли это работать для предполагаемой цели? Является ли оборудование действительным и надежным? Новый метод определения углов суставов запястья в боксе с использованием электромагнитной системы отслеживания был использован Гаттом и др.[26] и было обнаружено, что он является надежным и действительным методом.

Прочитайте полную статью здесь: Точность и повторяемость углов суставов запястья в боксе с использованием электромагнитной системы отслеживания.[26]

Этот надежный и действительный метод затем был применен для исследования кинематики запястья при ударе для ударов передней руки и джеба в боксе. Было обнаружено, что когда элитные боксеры ударяют по мешку, возникает ульнофлекция в обоих ударах джеб и крюк (> 30% от общего движения запястья) и крюк (> 20% от общего движения запястья).[27] С этим результатом очевидно, что при ударе происходит не только сгибание запястья, но и ульнарное отклонение. Это известно как бросательное движение, которое является нормативным двоосным движением. Это дает представление о том, почему определенные травмы запястья происходят на ульнарной стороне через сжатие, а на радиальной стороне через механизм тяги.[27]

Прочитайте полную статью здесь: Квантование угловой экскурсии запястья при ударе для ударов передней руки и крюка в боксе.[27]

Биомеханика в спорте предоставляет клиницистам, тренерам и исследователям значимость и понимание. Например, квантование угловой экскурсии запястья при ударе может дать представление о различных техниках бинтования, которые могут быть применены в боксе для предотвращения травм или снижения риска их возникновению.

Методы измерения в биомеханике

Биомеханические испытания могут проводиться в лаборатории или в поле, в процессе тренировки или соревнований. Тип спорта и навыки в спорте будут определять необходимые процедуры тестирования. Тренер, клиницист и/или спортсмен должны участвовать в процессе решения проблем, чтобы предоставить ценную и актуальную информацию по вопросу, который требуется решить.

  • Захват движения[28]
    • Трехмерный анализ движений
    • Подходит для многих видов спорта, связанных со сложными движениями
    • Фиксирует сложные процессы движения человека, которые не видны невооруженным глазом, и количественно оценивает характеристики движения
  • Акселерометры, гироскопы и лазеры[29][30]
    • Используются для определения технических характеристик движений спортсмена
  • Платформы силы[31]
    • Анализ на силовой платформе
    • Используется для хождения, бега и приземления
    • Полезно для определения ударных, тормозных и толкающих сил
    • Полезно для определения переноса веса в динамических действиях
    • Полезно в расчетах кинетики суставов
  • Электромиография[32]
    • Используется для измерения активности мышц
  • Анализ видео с высокой скоростью[33]
    • Использование камер с высокой скоростью для анализа быстрых движений и ударов
  • Анализ соревнований[34]
    • Измеряются переменные производительности спортсмена, такие как время разбивки, длина шага или частота шага, длина гребка или частота гребка

Заключительные мысли

  • Биомеханика – учитываем кинетику и кинематику
  • Используем биомеханику для влияния и оценки травм и производительности
  • Значимость в спорте – это должно иметь отношение к виду спорта и быть жизнеспособным для исследования или оценки
  • Возможность для текущего и ретроспективного анализа в зависимости от технологий и человеческих ресурсов

Ресурсы

Ссылки

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 Hall SJ. Основная биомеханика, 8-e изд. McGraw-Hill; 2019.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 Brukner P. Клиническая спортивная медицина: Травмы. McGraw-Hill Education (Австралия) Pty Limited; 2017.
  3. ↑ CREATe в Университете Вандербильта. Биомеханика: когда спорт встречается с наукой. Доступно по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=vglcn72rfEM&t=76s [дата последнего доступа 11/5/2022]
  4. ↑ STEM Learning. Понимание биомеханики спорта. Доступно по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=Aqo0w0PwZgk [дата последнего доступа 11/5/2022]
  5. ↑ Putame G, Aldieri A, Audenino A, Terzini M. Ортопедическая биомеханика: многотелевой анализ. В книге Human Orthopaedic Biomechanics 2022 Jan 1 (стр. 39-69). Academic Press.
  6. ↑ Lim S, D'Souza C. Нарративный обзор современных и новых применений датчиков инерции в профессиональной эргономике. Международный журнал промышленной эргономики. 2020 Mar 1;76:102937.
  7. ↑ Mouloodi S, Rahmanpanah H, Gohari S, Burvill C, Tse KM, Davies HM. Что могут рассказать нам искусственный интеллект и машинное обучение? Обзор приложений к исследованиям в области биомеханики лошадей. Журнал механического поведения биомедицинских материалов. 2021 Nov 1;123:104728.
  8. ↑
  9. Кнудсон Д. Применение биомеханики в упражнениях и реабилитации. В Основах биомеханики 2021 (стр. 177-186). Springer, Cham.
  10. ↑ Flip Teach. Основы биомеханики часть 1. Доступно по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=XMzh37kwnV4&t=10s[последний доступ 11/5/2022]
  11. ↑ ParklandCSIT. Анимация оси движения 2012. Доступно по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=iP7fpHuVaiA&t=8s[последний доступ 11/5/2022]
  12. ↑ Форрест МР, Эбер Дж. Дж., Скотт БР, Брини С, Демпси АР. Факторы риска безконтактных травм у подростков-боулингистов в крикете: систематический обзор. Спортивная медицина. 2017 Декабрь;47(12):2603-19.
  13. ↑ Штуэлькен М, Меллифонт Д, Горман А, Сайерс М. Травмы запястья у теннисистов: нарративный обзор. Спортивная медицина. 2017 Май;47(5):857-68.
  14. ↑ Джонстон Т.Р., Абрамс Г.Д. Травмы и состояния плеч у пловцов. В: Миллер Т. (ред.) Выносливость в спортивной медицине. Springer, Cham. 2016:127-138.
  15. ↑ Гум ТС, Маллиарас П, Рейман МП, Пурдам КР. Проксимальный тендинопат пограничных мышц: клинические аспекты оценки и управления. J Orthop Sports Phys Ther. 2016 Июнь;46(6):483-93
  16. D'Ailly PN, Sluiter JK, Kuijer PP. Нагрузочные переломы ребер у гребцов: систематический обзор о возврате в спорт, факторах риска и профилактике. Журнал спортивной медицины и физической подготовленности. 2015;56(6):744-753.
  17. ↑ Bowerman EA, Whatman C, Harris N, Bradshaw E.  Обзор факторов риска травм от перегрузок нижних конечностей у молодых элитных балерин. Журнал танцевальной медицины и науки. 2015; 19:51-56.
  18. ↑ Folland JP, Allen SJ, Black MI, Handsaker JC, Forrester SE. Техника бега как важная составляющая экономичности бега и производительности. Медицина и наука в спорте и упражнениях. 2017 Июль;49(7):1412.
  19. ↑ Souza RB. Анализ биомеханики бега на основе доказательств, записанный на видео. Клиники физической медицины и реабилитации. 2016 Фев 1;27(1):217-36.
  20. ↑ Allen T, Dixon S, Dunn M, Knudson D. Взаимодействие теннисного оборудования и техники на риск перегрузочных травм. ВТеннисная медицина 2018 (стр. 61-79). Springer, Cham.
  21. ↑ Martin C. Биомеханика подачи в теннисе в отношении скорости мяча и травм суставов верхних конечностей. Журнал медицины и науки в теннисе. 2014;19(2).
  22. ↑ Diffendaffer AZ, Bagwell MS, Fleisig GS, Yanagita Y, Stewart M, Cain Jr EL, Dugas JR, Wilk KE. Руководство клинициста по биомеханике подачи в бейсболе. Здоровье в спорте. 2022 Апр 23:19417381221078537.
  23. ↑ Бишоп С, Элерт А, Уэллс Дж, Бреарли С, Бреннан А, Коулэн Д, Белфри УК. Силовая и кондиционная подготовка для спортсменов по гольфу: биомеханика, риск травм, физические требования и рекомендации по тестированию и тренировкам. Professional Strength & Conditioning. 2022 Feb 18.
  24. ↑ 23.0 23.1 Дину Д, Миллот Б, Славински Дж, Луис Дж. Исследование биомеханики прямого удара, хука и апперкота между двумя элитными боксерскими группами. Multidisciplinary Digital Publishing Institute Proceedings. 2020;49(1):61.
  25. ↑ Лусмор М, Лайтфут Дж, Гатт И, Хэйтон М, Бирдсли С. Травмы рук и запястий у элитных боксеров: продольное перспективное исследование (2005-2012) олимпийской боксерской сборной Великобритании. Hand. 2017 Мар;12(2):181-7.
  26. ↑ Лусмор М, Лайтфут Дж, Палмер-Грин Д, Гатт И, Билзон Дж, Бирдсли С. Эпидемиология травм в боксерской сборной Великобритании: 5-летнее исследование по наблюдению за медицински диагностированными случаями травм и их исходами. British journal of sports medicine. 2015 сентября 1;49(17):1100-7.
  27. ↑ 26.0 26.1 Гатт ИТ, Аллен Т, Уит Дж. Точность и повторяемость углов суставов запястья в боксе с использованием электромагнитной системы слежения. Sports Engineering. 2020 Дек;23(1):1-0.
  28. ↑ 27.0 27.1 27.2 Гатт I, Аллен Т, Уит Дж. Квантование амплитуды углов запястья при ударе для джеба и хука ведущей рукой в боксе. Sports Biomechanics. 2021 Дек 8:1-3.
  29. ↑ ван дер Крук Э, Рейне ММ. Точность систем захвата движений человека для спортивных приложений; обзор современного состояния. European journal of sports science. 2018 Июл 3;18(6):806-19.
  30. ↑ Фридольфссон Дж, Борьесон М, Арвидссон Д. Биомеханическое переоценка измерения физической активности с помощью акселерометров. Sensors. 2018 Окт;18(10):3399.
  31. ↑ Тирни Г. Биомеханика сотрясения мозга, воздействие ускорения головы и критерии травм мозга в спорте: обзор. Sports biomechanics. 2022 Янв 1:1-29.
  32. ↑ Парри ГН, Херрингтон ЛК, Хорсли ИГ, Гатт И. Надежность измерения параметров контрударного отжима на двух и одной платформе у элитных боксеров (тест-ретест). Journal of Sport Rehabilitation. 2021 Фев 24;1(aop):1-5.
  33. ↑ Таборри Дж, Киог Дж, Кос А, Сантуз А, Умек А, Урбанчик К, ван дер Крук Е, Росси С. Приложения спортивной биомеханики с использованием инерционных, силовых и ЭМГ датчиков: обзор литературы. Applied bionics and biomechanics. 2020 Июн 23;2020.
  34. ↑ Делла Вилла Ф, Тозарелли Ф, Феррари Р, Грасси А, Чиампоне Л, Нанни Г, Заффанини С, Бакторп М. Систематический видеоанализ травм передней крестообразной связки у профессиональных игроков в регби: паттерн, механизм травм и биомеханика в 57 последовательных случаях. Orthopaedic journal of sports medicine. 2021 Ноя 2;9(11):23259671211048182.
  35. ↑ Барбоза ТМ, Барбоза АК, Симбана Эскобар Д, Муллен ГЖ, Косор ДжМ, Ходьерн Р, Арельяно Р, Мэйсон БР. Роль аналитика биомеханики в тренировках и анализе соревнований по плаванию. Sports Biomechanics. 2021 Авг 26:1-8.
  36. ↑ МакЭрлин-Нейлор С. Цикл лекций по спортивной биомеханике. Доступно на https://www.youtube.com/watch?v=3qyoVGkPQF4&list=PLI7VLEjUJidBpOCEyXIfHVHfLa5AhSqUm (последнее обращение 11/5/2022)

Вопросы и комментарии