Badanie stopy w ruchu.

Stopa jest pierwszym elementem naszego ciała, który ma kontakt z podłożem w większości sportów. Oznacza to, że siły generowane w trakcie kontaktu ciała z podłożem najpierw będą przechodziły właśnie przez stopę. Jej zadaniem jest zorganizowanie pierwszego etapu amortyzacji i takie ukierunkowanie siły uderzenia o ziemię, aby kolejne stawy (kolana, biodra) mogły przyjąć ją w optymalny sposób.

Jeśli stopa nie wykonuje swojej pracy poprawnie, zamiast ułatwiać zadanie kolejnym strukturom łańcucha, będzie je utrudniać, co może być przyczyną przeciążeń, a w konsekwencji kontuzji.

Idąc tym torem myślenia możemy dojść do wniosku, że dobra praca stopy jest jednym z kluczy do optymalnego wykorzystania naszego ciała. Pogląd ten podzielają badacze zajmujący się zagadnieniami biomechaniki.

  • Np. w tym badaniu zauważono, że gorszy zakres ruchu w kostce przyczynia się do zwiększenia ryzyka zerwania więzadła krzyżowego przedniego w kolanie.
  • W tym z kolei, badacze na podstawie kilkunastu prac analizujących biomechanikę stopy, znajdują szereg czynników zwiększających ryzyko powstania kontuzji. Co ciekawe, większość z nich nie objawia się w samej stopie, a właśnie gdzieś wyżej w łańcuchu (np. w okolicach kolana).

Wiedząc to dobrze byłoby móc oceniać pracę stopy danej osoby, tak aby móc określać na ile pracuje ona poprawnie, a na ile warto zachęcić ją do wydajniejszej pracy. Dodatkowo jeśli dojdziemy do wniosku, że stopa nie pracuje tak dobrze jak mogłaby, to warto, aby samo badanie podpowiadało, w którą stronę iść z ćwiczeniami.

Dotychczas do analiz ruchu (głównie biegu) korzystałem z systemu wizualnej oceny ruchu, który choć w tym do czego został stworzony (ocena wzajemnych zależności pomiędzy elementami ciała) sprawdza się znakomicie, to ma pewien minus, który uniemożliwia zastosowanie go do oceny plastyczności / optymalności pracy stopy. Aby zrozumieć dlaczego spójrzmy na to co widzi kamera:

Kamera może spojrzeć na osobę badaną z boku, z tyłu, z przodu, a nawet z góry, ale nie może zrobić tego od dołu. A z punktu widzenia relacji pomiędzy stopą i ziemią, to właśnie taki widok zdradziłby nam najwięcej informacji o biomechanice stopy. Jak się przetacza? Czy obciążana jest bardziej strona boczna czy przyśrodkowa? Czy któreś elementy stopy nie biorą udziału w pracy? Czy środek ciężkości przenoszony jest optymalnym torem? itd. itd.

Idąc za tą potrzebą, znalazłem rozwiązanie. W ostatnim czasie wzbogaciłem moje laboratorium biomechaniki o system pomiaru rozkładu sił reakcji podłoża. Mówiąc prościej jest to mata, która składa się z tysięcy bardzo małych wag umieszczonych bardzo gęsto. Każda taka waga co chwilę (400 razy na sekundę) sprawdza jak mocno jest w danym momencie naciśnięta, a następnie przesyła tę informację do komputera. Komputer na podstawie tych informacji tworzy obraz tego typu:

Kolory oznaczają jak mocno dane miejsce było w danym momencie naciśnięte. W praktyce komputer nie widzi statycznego obrazka, a raczej ciąg obrazów (400 obrazów na sekundę), który można oglądać jak film:

W ten sposób uzyskujemy coś co możemy nazwać kamerą patrzącą od dołu, czyli dokładnie tym czego nam brakowało.

Jak wygląda dalsza analiza tak zebranych danych? Komputer dzięki specjalnemu algorytmowi rozpoznaje poszczególne regiony stopy:

Stopa jest w ten sposób dzielona na 10 kluczowych regionów. Choć samego podziału można dokonać na kilka różnych sposobów, to ten pokazany wyżej wydaje się być uniwersalny. Zastosowano go np. w tym badaniu sprawdzającym, które parametry pracy stopy mają kluczowe znaczenie dla powstawania kontuzji. Zdjęcie podziału z tamtego badania:

Fakt, że system potrafi rozpoznać regiony stopy pozwala odpowiedzieć na każde pytanie w stylu:

  • Jak mocno uderzam piętą o ziemię?
  • Czy biegam od pięty czy od przodostopia?
  • Jak bardzo zapadnięty jest łuk mojej stopy?
  • Czy moja stopa jest ustawiona w pronacji czy supinacji?
  • Na ile dynamiczne jest „kołysanie mojej kostki”, czyli przejście pomiędzy supinacją i pronacją?
  • Czy mam płaskostopie?
  • Ile czasu zajmuje mi faza amortyzacji, a ile wybicia?
  • Czy obciążenie rozkłada się równomiernie na wszystkie kości śródstopia?
  • itd.

Wiemy już co możemy mierzyć. Czas zadać pytanie: Co warto mierzyć?

Tu z pomocą przychodzą nam badania naukowe, w ramach których naukowcy z całego świata testowali swoje hipotezy tego, co może przekładać się na zwiększone ryzyko kontuzji. Takich badań jest sporo i będziemy je, na przestrzeni czasu, po kolei analizować. Dziś jednak skupmy się na jednym przykładowym parametrze z tego badania: [Gait-related intrinsic risk factors for patellofemoral pain in novice recreational runners]

Badanie to miało miejsce w Belgii w 2007 r. Badacze przyjrzeli się w nim grupie 102 osób, które wzięły udział w 10-tygodniowym programie zachęcającym do rozpoczęcia biegania. Jeszcze przed rozpoczęciem programu badacze przetestowali każdego uczestnika na macie naciskowej, działającej na tej samej zasadzie jak nasza. Wtedy jeszcze nikt nie zgłaszał żadnych problemów. Następnie program treningowy ruszył. Jego celem było przygotowanie każdego uczestnika do przebiegnięcia odcinka 5 km w 10 tygodniu.W trakcie programu uczestnicy mieli zapewnioną opiekę medyczną, z którą mogli konsultować ewentualne problemy.

Okazało się, że w trakcie trwania programu 17 (ze 102) uczestników zgłosiło ból w okolicy rzepki (patellofemoral pain PFP), często określany jako: „kolano biegacza”.

Gdy już było wiadomo kto nabawił się kolana biegacza, a kto nie, badacze wrócili do pobranych wcześniej danych o stopach uczestników i sprawdzili czy jest coś co osoby, które skończyły z kontuzją miały wspólnego, co jednocześnie odróżniałoby je od osób zdrowych. Okazało się, że tak.

Osoby, które nabawiły się PFP miały istotnie wyższą maksymalną siłę przechodzącą przez:

  • boczną część pięty (region: lateral heel H2 / HL)
  • 2 i 3 kość śródstopia (region: metatarsal 2-3 M1-2 / F1-2)

niż osoby, które nie nabawiły się kontuzji.

Co to oznacza? Boczna część pięty jest zwykle pierwszym punktem kontaktu z ziemią (a już z pewnością u osób takich jak w badaniu, które dopiero zaczynają przygodę z bieganiem), z kolei 2-3 kość śródstopia to miejsce, w którym wybijamy się do kolejnego kroku. Wyniki te można więc interpretować tak, że kontuzji sprzyja mocne uderzanie piętą o ziemię (mięśnie zbyt słabo amortyzują) oraz zbyt intensywne wybijanie się do kolejnego kroku.

Dobrze działająca stopa powinna być amortyzatorem, który łagodzi siły podczas uderzania o ziemię oraz odbijania się od niej.

Kiedy uderzenie jest zbyt mocne?

Z punktu widzenia zewnętrznego obszaru pięty:

  • Osoby, które w badaniu nie nabawiły się kontuzji średnio uderzały o ziemię z siłą odpowiadającą 59% ciężaru ciała (odchylenie standardowe 32%).
  • Osoby, które złapały PFP w trakcie badania, uderzały o ziemię średnio z siłą 76% masy ciała (odchylenie standardowe 38%).

Z punktu widzenia 2-3 kości śródstopia:

  • Osoby, które w badaniu nie nabawiły się kontuzji średnio wybijały się z ziemi z siłą odpowiadającą 78% ciężaru ciała (odchylenie standardowe 34%).
  • Osoby, które złapały PFP w trakcie badania, wybijały się z ziemi średnio z siłą 99% masy ciała (odchylenie standardowe 28%).

Nie są to arbitralne wartości, których powinniśmy się kurczowo trzymać (chociażby ze względu na różnice w wykorzystanym sprzęcie, różnice w algorytmie wyznaczającym regiony stopy itp.), ale daje nam to obraz tego jak takie porównanie będzie mogło wyglądać w przyszłości, gdy moja baza danych zawierająca obrazy stóp się rozszerzy.

Lepszym sposobem niż konkretne wartości jest obserwowanie trendu danej osoby. Np. jeśli przy pierwszym spotkaniu dana osoba wybijała się z siłą odpowiadającą 100% swojego ciężaru, a po kilku tygodniach treningu robi to z wartością 80%, to będzie to potwierdzenie pro-zdrowotności treningu. Jeśli jednak parametr ten się nie zmieni lub wzrośnie, to najprawdopodobniej do treningu dało się podejść lepiej i wiedzę tę można wdrożyć w kolejnym okresie treningowym.

Z ciekawości sprawdziłem jak omówione wyżej dwa parametry wyglądają u mnie i prezentuje się to następująco:

Na pionowej osi mamy nacisk w stosunku do ciężaru ciała. Na poziomej kolejne klatki nagrania.

  • Maksymalny nacisk LH to 79%
  • Maksymalny nacisk F23 to 113%

Jeśli tego typu tematy Cię interesują i chciałbyś być informowany o moich kolejnych artykułach: obserwuj mój profil na FB: Teoria Ruchu lub dopisz się do listy mailingowej w panelu bocznym.

3 przemyślenia nt. „Badanie stopy w ruchu.”

  1. „(…) siły generowane w trakcie kontaktu ciała z podłożem najpierw będą przechodziły właśnie przez stopę. Jej zadaniem jest zorganizowanie pierwszego etapu amortyzacji i takie ukierunkowanie siły uderzenia o ziemię, aby kolejne stawy (kolana, biodra) mogły przyjąć ją w optymalny sposób.”
    W opisie ruchu i pracy z ruchem biegowym zarówno w celach prozdrowotnych jak i wynikowych odchodzi się od klasycznej kaskadowości zadziałania kolejnych ogniw łańcucha biomechanicznego. Szybkość sygnału pochodzącego od napięcia struktur powięziowych jest równa prędkości dźwięku, czyli przejęcie obciążenia przez całe ciało można traktować jako natychmiastową, globalną reakcję na siłę zewnętrzną. Zgodnie z ideą działania modeli tensegracyjnych, kaskadowość, czyli zwłoka w zadziałaniu, brak timingu pracy napięcia struktur itp. określenia świadczą o nieskoordynowaniu wewnątrztkankowym lub dysfunkcji.
    W mojej ocenie optymalizacja ruchu biegowego nie powinna kończyć się na lądowaniu na zewnętrznej części pięty i wybiciu z palucha. Skupiłbym się na dążeniu do takiej geometrii nogi podporowej, podczas której strzałka reakcji od podłoża trafia wprost w środek masy (sytuacja idealna) lub w jego pobliże. To mogłoby być zarejestrowane przez tensometry jako wzrost maksymalnego obciążenia, ale bez lokalnych przeciążeń. Takie globalne przejmowanie obciążeń stabilizuje dynamicznie sylwetkę w fazie podparcia. Zwiększa potencjał sprężysty. Zamienia siłowe odepchnięcie od podłoża na pasywną reakcją tkanek po ustąpieniu obciążenia i ich samoczynny powrót do długości początkowej, dając w konsekwencji bardziej dynamiczne odbicie przy mniejszym zaangażowaniu mięśniowym. O takiej lub zbliżonej formie pracy mięśniowo-powięziowej pisze w swoich artykułach Robert Schleip, specjalista w dziedzinie funkcjonowania powięzi w sporcie. Przede wszystkim odnosi się do ruchów balistycznych, a sprężyste bieganie można do nich zaliczyć.

  2. Rewelacyjny komentarz. Lepsze zrozumienie tego co dokładniej warto badać i do jakich wartości poszczególnych parametrów chcielibyśmy dążyć, pomoże przy projektowaniu kolejnych narzędzi pomiarowych.

  3. Panie Filipie,
    ma Pan możliwość parametryzacji ruchu, co byłoby bardzo interesującym mnie wsparciem w pracy trenerskiej. Hakowanie biomechaniki to przyszłość biegania i sportu w ogóle. Tam są ogromne możliwości optymalizacji.
    W bieganiu istnieje bardzo wiele stereotypów, które mocno wpływają na postrzeganie ruchu. Wynika to z faktu powszechnego prowadzenia obserwacji i badań na osobach niesprawnych ruchowo. Wszelkie idee powinny płynąć ze świata wyczynowego na najwyższym poziomie. Zrozumienie ruchu wyczynowego pomaga zrozumieć ruch amatorski. W drugą stronę to nie działa dobrze i prowadzi najczęściej w ślepe uliczki.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *