KINEZIOLOGICKÝ OBSAH VYBRANÝCH FOREM BĚHU NA LYŽÍCH, UŽÍVANÝCH ŠIROKOU VEŘEJNOSTÍ

Overview

Běh na lyžích je doporučovaná aktivita pro optimální zatěžování pohybové soustavy člověka, zároveň je doporučován jako součást postrehabilitačního pohybového režimu. Užívanými způsoby běhu v rekreační formě jsou střídavý dvoudobý běh a dvoudobé bruslení. Cílem studie bylo objasnit, jak koresponduje pohybový stereotyp běhu na lyžích s volnou bipedální chůzí a případně který ze dvou základních způsobů běhu je pro pohybovou soustavu příznivější, je operováno s termínem přirozenější. Metodou objektivizace byl synchronizovaný videozáznam s povrchovou polyelektromyografií (EMG) v terénu. Interpretace dat proběhla na základě komparativní kroskorelační analýzy nástupů aktivace sledovaných svalů. U běžkyně na lyžích na úrovni reprezentace ČR byla nalezena příbuznost fázových posunů svalů stabilizujících pánev a kolenní kloub při chůzi i při obou formách běhu na lyžích. Odlišnost běhu na lyžích obecně oproti chůzi byla nalezena u fázických svalů, podílejících se na propulzní síle pro lokomoci. Nebylo možno komparativně posoudit míru koordinační příbuznosti dvojic činností: střídavého běhu - chůze a bruslení - chůze.

Klíčová slova:
běh na lyžích, chůze, elektromyografie

TEORETICKÁ VÝCHODISKA

Běh na lyžích je řazen mezi cyklické silově - vytrvalostní sporty s pravidelnou prací dolních a horních končetin i svalstva trupu (7). Dochází ke komplexnímu zatěžování celého těla. Zapojování velkého množství svalových patrií klade při výkonnostním provádění vysoké nároky na nervosvalovou koordinaci a funkční kapacitu organismu. Díky tomu nedochází k nadměrnému přetěžování, namáhání, a tím též trvalému poškození pohybového aparátu. Zvýšené nároky na pohyblivost jsou při běhu na lyžích kladeny na klouby ramenní a kyčelní (5).

Velký vliv na výkon lyžaře běžce hraje technika pohybu. Lyžaři musejí vybrat „správnou“ techniku pro každou část trati tak, aby lokomoce byla co nejekonomičtější. Ukazuje se, že pro vytrvalostní výkon je velmi důležitá schopnost neuromuskulární soustavy zapojit a koordinovat svaly tak, aby podávaly sílu, výkon, ale též odolávaly únavě (10). Podle Gregory a kol. a Viitasalo a kol. (3, 9) jsou zjištěné odlišnosti v kinematice běhu na lyžích mezi více a méně úspěšnými závodníky publikovány jen minimálně. Příčinu vidí ve velkém množství faktorů, které toto ovlivňují: výstroj a výzbroj lyžaře (lyže, vázání, lyžařské boty, hole), trať, počasí, fyziologické změny organismu (únava) a podobně. Pravděpodobně je biomechanika běhu na lyžích vázána na všechny tyto faktory, které jsou velmi těžko kontrolovatelné.

Při běhu na lyžích je vytvářeno punctum fixum i horními končetinami. Lyžař se tedy jakoby vrací ke kvadrupedii. „Na pletenci ramenním předpokládáme svalovou koordinaci, která má svůj ekvivalent v ontogenetických formách lidské lokomoce“ (6, 12). Díky vertikální poloze těla je kvadrupedální charakter lokomoce vnímán se specifiky. Ty jsou dány polohou těla ve vertikále, jež vyvolává funkci stabilizačního systému těla, který nebyl v horizontální poloze těla v raném průběhu lidské pohybové ontogeneze ve fázi kvadrupedální lokomoce ještě nastartován (6). Podobně vysvětluje tento fenomén z hlediska fylogeneze primátů Vančata (11).

Pro lokomoci člověka realizované přes ramenní pletenec (běh na lyžích, nordic walking, plazení, lezení na stěně, plavecká technika kraul) považují Vystrčilová a kol. (13, 14) funkci m. latissimus dorsi za hlavní sval v oblasti trupu a plexus brachialis. Svalové skupiny trupu a břicha se starají o účinné přenášení síly a stabilitu trupu (16).

Lyžař běžec se neobejde bez dovednosti rovnováhy (2). Ta umožňuje provedení odrazu a následný co nejdelší skluz v jednooporovém postavení (4).

Klasická technika

Klasická technika se postupně vyvinula prodlužováním skluzu při prosté chůzi na lyžích a vyznačuje se paralelním vedením obou lyží v průběhu pohybového cyklu. „Lokomoce je realizována střídavým zapojováním horních i dolních končetin, což je třeba řídit nervosvalovou koordinací tak, aby byl vytvářen komplexně ucelený, plynulý pohyb“ (4). Provedení veškerých pohybů by tak mělo být se stejnou frekvencí, maximální uvolněností a plynulostí. Orientačně je průběh pohybu při střídavém dvoudobém běhu znázorněn na obrázku 1.

Pohybový cyklus dvoudobého střídavého běhu, jakožto nejpoužívanějšího způsobu klasické techniky, lze rozdělit na: odraz, přenášení hmotnosti, skluz a práci paží. Tento způsob je využíván především při stoupání, případně po rovinách v případě méně silově vybavených jedinců. Odraz je proveden z plochy skluznice při zastavení odrazové lyže. Je realizován postupnou extenzí kolenního, kyčelního a nakonec i hlezenního kloubu. Fáze odrazu je ukončena oddálením odrazové lyže od podložky.

Fáze skluzu je oproti odrazu časově delší. V této době dochází ke změně polohy těžiště, uplatňuje se dynamická rovnováha. Kvalita skluzu je dána předchozí účinností činnosti - odrazem. Též se jedná o přípravu na další odraz. Lyžařovo tělo se dostává do „přepadu“, je mírně předkloněno. Lyžař se zde dostává do pozice jednooporového postavení, kdy styk s podložkou zajišťuje jen skluzová lyže.

Práce paží je koordinována s dolními končetinami, a to tak, že ve fázi nákroku i odrazu spolu korespondují (5).

Volná technika – bruslení

V porovnání s klasickou technikou je bruslení progresivnější. Odrazová lyže je pokládána na sníh v odvratném postavení a následně je překlápěna na vnitřní hranu. Z té probíhá odraz při skluzu. Impulz síly je větší při relativně malé síle odrazu, což má za následek větší zrychlení a delší skluz. Jízda je proto plynulejší a nejsou kladeny tak vysoké nároky na načasování odrazu vzhledem ke klasické technice. Odraz z vnitřní hrany lyže při bruslení je podpořen soupažným odpichem holí, který je účinnější než střídavý odpich používaný při dvoudobém střídavém běhu klasickou technikou (2). Orientačně je průběh pohybu při dvoudobém bruslení znázorněn na obrázku 2.

Zahájení odrazu vychází z polohy mírného pokrčení postupnou extenzí dolní končetiny. Pro správné nasměrování odrazu a jeho efektivní využití je trup mírně předkloněn. V průběhu odrazu je odlehčená noha aktivním vykývnutím přenesena okolo kotníku odrazové nohy šikmo vpřed tak, aby v okamžiku položení na sníh měla svou počáteční rychlost ve skluzu, čímž dochází ke zrychlení. Trup je neustále udržován v mírném předklonu (5).

Oboustranné bruslení dvoudobé (asymetrické) je z bruslení nejpomalejší, klade nejmenší nároky na sílu. Na krok levé i pravé dolní končetiny připadá jeden odpich paží. Nejčastěji používaným druhem bruslení širokou populací uživatelů je bruslení oboustranné dvoudobé asymetrické. Lyžař provádí jeden odpich pažemi na dva kroky dolními končetinami. Technicky vyspělejší lyžaři dokáží orientovat odpich paží na pravou i levou stranu podle terénních podmínek.

Je nutné konstatovat, že většina populace, provozující běh na lyžích, neovládá soubor dovedností, které vyžaduje výkonnostní forma tohoto sportu. Běh střídavý dvoudobý bývá prováděn ve dvouoporovém postavení, jedná se spíše o chůzi sunem. Při bruslení také neprobíhá dostatečné přenesení váhy těla nad skluznou lyži. Proto bývá upřednostněno oboustranné bruslení dvoudobé, při kterém nejsou kladeny vysoké nároky na udržení dynamické rovnováhy na jedné lyži. Dalším důvodem takovéto formy provedení je nedostatečná funkční připravenost rekreačních běžců na lyžích. Náš výzkum hledal míru koordinační podobnosti obou způsobů běhu na lyžích s pohybovým stereotypem volné bipedální chůze. Komparace byla provedena u závodní lyžařky na úrovni reprezentace ČR. Jednalo se o expertně posouzený nejdokonalejší pohybový stereotyp, který byl dostupný.

METODY

Intraindividuální komparativní analýza byla provedena na probandce, člence juniorského reprezentačního týmu České republiky v běhu na lyžích. Bylo vyhodnoceno 60 pracovních (krokových) cyklů při chůzi, 60 cyklů při klasické technice běhu dvoudobého střídavého a 60 cyklů při oboustranném dvoudobém bruslení. Měření se odehrálo na kvalitním sněhu při teplotě -8 ŻC na upravených běžeckých tratích v Novém Městě na Moravě.

Byla použita povrchová polyelektromyografie (1) se synchronizovaným videozáznamem prostřednictvím mobilního zařízení na bázi EMG, neseného na těle sportovce: vzorkování 200 1.s-1, s fil­trací 29 Hz – 1200 Hz s časovou konstantou τ = 0,04 s (8), se sedmi dvojicemi plochých elektrod o průměru 7 mm se vzdálenostmi středů 25 mm, uzemněním a ukládáním dat do vlastní paměti. Blíže viz Vystrčilová a kol. (14).

DESIGN VÝZKUMU

Případová intraindividuální komparativní analýza se zabývala třemi rozdílnými formami lokomoce. Nesledovanou proměnnou je rychlost lokomoce, manipulovanou proměnnou je pracovní (krokový) cyklus při běhu na lyžích klasickou technikou, při bruslení na lyžích a při volné bipedální chůzi.

Měření každé ze tří sledovaných činností bylo provedeno 6krát ve 20sekundových intervalech měření se 3minutovými přestávkami pro přenos dat ze záznamníku do PC. Z každé činnosti bylo hodnoceno 60 pracovních (krokových) cyklů. Byly měřeny svaly na pravé straně těla v oblasti pánve a dolních končetin, pro doplnění byly lokalizovány elektrody i kontralaterálně na svalu m. gastrocnemius sin, caput medialis. Přehled měřených svalů uvádí tabulka 1.

EMG data byla zpracována programem Matlab do formy matic kroskorelačních hodnot fázových posunů rozhodujících nástupů svalových aktivací průměrného pracovního cyklu (n=60) pro každý zkoumaný druh lokomoce. Studie se nezabývala fenoménem diagonality a laterality ve zkříženém lokomočním vzoru.

VÝSLEDKY

V tabulkách 2, 3, 4 jsou uvedeny matice kroskorelačních hodnot fázových posunů rozhodujících nástupů svalových aktivací průměrného pracovního cyklu (n=60). Jako referenční sval byl stanoven m. tibialis anterior dx.

DISKUSE

V následující diskusi jsme vycházeli především z:

1. Kroskorelačních hodnot nástupů rozhodující svalové aktivace (tabulky 2, 3, 4). Jako referenční sval byl zvolen m. tibialis anterior dx. pro svoji specifickou funkci při chůzi, jakožto dorzálního flexoru nohy. Je popisován timing ostatních sledovaných svalů průměrného pracovního cyklu (n=60) v rozmezí -50 % až +50 %. Poloha nástupu svalové aktivace m. tibialis anterior dx. má hodnotu 0 %. Pro úplnost uvádíme, že nízké procentuální hodnoty znamenají časově podobný nástup rozhodující svalové aktivace dvou uvažovaných svalů.

Jako doplňující kritérium pro popis pohybového stereotypu sledovaných svalů při třech různých druzích lokomoce byly uplatňovány:

2. Timing lokálních maxim svalů (graf 1).

3. Velikost plochy pod EMG křivkou průměrného pracovního (krokového) cyklu, která jako pravděpodobnostní veličina ukazuje dynamiku velikosti odevzdané svalové práce.

Sval m. gluteus maximus dx. ukazuje svými fázovými posuny oproti svalu m. gluteus medius dx (chůze 38 %, běh střídavý -1 % a bruslení 4 %) na významnou příbuznost běhu na lyžích oproti chůzi. Totéž nacházíme u vztahu tohoto svalu k našemu pohybovému markeru m. tibialis anterior dx. (42%, 2%, 0%). Z toho by se dalo s určitou opatrností vyvodit, že při běhu na lyžích se m. tibialis anterior dx. více dostává do role posturální, společně s m. gluteus medius dx. Vypovídá o tom i více sakadovaný charakter EMG křivky oproti chůzi. Ve všech třech druzích lokomoce jsou si v nástupech aktivace svaly m. gluteus medius dx a m. tibialis anterior dx. blízké, u bruslení je nástup aktivace dokonce totožný. Svaly m. tibialis anterior dx. a m. gluteus medius dx. nacházíme u všech sledovaných forem lokomoce s vzájemně velmi blízkým nástupem rozhodující svalové aktivace (5%, 2%, 1%). Zde lze hovořit o velmi podobných koordinačních vztazích. Tyto dva velmi důležité svaly pro chůzi tak ukazují na vzájemně těsný vztah mezi chůzí, střídavým během a bruslením na lyžích. Vyplývá to z bipední formy lokomoce, kdy ve fázi nákroku je udržována stabilita pánve v transverzální rovině.

U srovnání nástupů aktivace svalů m. tibialis anterior dx. a m. gastrocnemius dx., caput medialis nacházíme největší rozdíl u chůze, kdy první jmenovaný sval předchází druhý o 38 % pracovního cyklu, u střídavého běhu následuje o 5 % a u bruslení dokonce o 14 %. Díky těmto velkým rozdílům (mezi chůzí a střídavým během 43 % a chůzí a bruslením 52 %) můžeme spíše usuzovat na specifiku běhu na lyžích obecně. Tento fenomén je ovlivněn pravděpodobně obtížnějším udržováním předozadní rovnováhy ve skluzu na jedoucí lyži (dorzoplantární smysl udržování polohy i pohybu) oproti dynamické rovnováze v jednooborovém postavení při chůzi. Při chůzi se jedná vlastně spíše o pohyb (postupný průchod největšího zatížení chodidlem směrem vpřed s pokračující dorzální flexí), zatímco u běhu na lyžích je zde zřejmý zvyšující se podíl posturální funkce svalu zajišťujícího spíše polohu. Při běhu na lyžích obecně je EMG křivka opět roztřesenější, poukazuje na reciproční vyrovnávání předozadního postavení nohy. O zvýšeném podílu posturální funkce vypovídá rovněž větší podíl „posturálního pozadí“ EMG náboru. Křivky zůstávají na rozdíl od chůze v místech svých lokálních minim na relativně vyšší amplitudě. Z hlediska plochy pod EMG křivkou jsou největší nároky na m. tibialis anterior dx. kladeny při střídavém běhu, nejmenší při bruslení. Na sval m. gastrocnemius dx., caput medialis jsou kladeny nároky v tomto smyslu v pořadí běh střídavý, bruslení, chůze. Tento sval rovněž vykazuje největší hodnoty rozdílů fázových posunů mezi během na lyžích obecně a chůzí. Uvádíme opět v pořadí chůze - střídavý běh - bruslení.

m. gastrocnemius dx., caput medialis
vs m. gluteus maximus dx.: -34%, -4%, 4%,
m. gastrocnemius dx., caput medialis
vs  m. gluteus medius dx.: -29%, -3%, -13%,
m. gastrocnemius dx., caput medialis
vs vastus medialis dx.: 27%, -5%, 0%,
m. gastrocnemius dx., caput medialis
vs  m.tibialis anterior dx.: -38%, 5%, 14%.

Tento fázicky pracující sval, jehož rozhodující funkcí v lidské lokomoci je zajištění a dokončení odrazu nohy od podložky, tak ukazuje na obecnou odlišnost běhu na lyžích jako jedné skupiny (střídavý běh i bruslení) oproti chůzi na straně druhé.

Další obecnou odlišnost chůze a běhu na lyžích ukazuje vzájemný koordinační vztah nástupu svalové aktivace m. gluteus maximus a vastus medialis. U chůze nacházíme fázickou korelaci se 47% zpožděním vastus medialis, u běhu 0% a 1%. Stabilizátor kolene vastus medialis však oproti chůzi vykazuje výrazně větší plochu pod křivkou u střídavého běhu, přibližně 200%, a při bruslení dokonce přibližně 470%. Tato skutečnost ukazuje na běh na lyžích obecně jako na aktivitu, která významně zatěžuje stabilizátor kolene vastus medialis. Doporučení pro postrehabilitační režim pak ještě specificky akcentuje bruslení na lyžích. Velmi zajímavý je timing nástupu rozhodujících svalových aktivací u svalů vastus medialis dx. a m. gluteus medius dx. Při chůzi i obou formách běhu na lyžích tyto dva svaly nastupují do aktivace velice podobně (hodnoty 4%, 2%, 1%). Oba svaly stabilizující sobě odpovídající strukturu (koleno, pánev) tak ve své stabilizační funkci spolupracují u všech tří sledovaných forem lokomoce. Dá se tak říci, že z hlediska stabilizace jsou si běh na lyžích (běh střídavý i bruslení a chůze) velmi podobné. A to i přesto, že při chůzi prochází stojná noha oporovou fází a vlastně stojí na jednom místě pevné opory a při běhu na lyžích se tato noha nachází ve skluzu. Dotýkáme se tak možná podstaty vytvoření dynamické rovnováhy v jednooborovém postavení při běhu na lyžích. Dokonale osvojená technika běhu na lyžích tak v sobě obsahuje takovou kvalitu dynamické rovnováhy, která se blíží rovnováze stojné nohy při chůzi, kdy se vytvořené místo opory (punctum fixum) nepohybuje.

Sval m. tibialis anterior dx. se nachází v souhře s oběma výše zmíněnými stabilizačními svaly – vastus medialis dx. (hodnota fázového posunu při střídavém běhu -1%, při bruslení 0%) při běhu na lyžích obecně, zatímco u chůze předbíhá (-11%). Tato situace souvisí s dynamikou kroku. U chůze aktivace m. tibialis anterior dx. předchází před dokrokem, aby se poté po dokroku aktivovaly sledované stabilizační svaly (vastus medialis dx. a m. gluteus medius dx.). M. tibialis anterior dx. při srovnání s dalším stabilizačním svalem m. gluteus medius dx. vykazuje hodnoty fázového posunu 2% a 1% u běhu na lyžích, u chůze nacházíme hodnotu 5%. Tato změna fázového posunu při chůzi oproti dvojici  m. tibialis anterior dx. a vastus medialis dx. (5% oproti -11%) souvisí logicky s udržováním předozadního postavení na skluzové lyži.

Námi zvolený „chůzový marker“, sval m. tibialis anterior dx. ve vztahu k bočnímu stabilizátoru pánve, svalu m. gluteus medius dx., vykazuje podobné fázové posuny s málo podstatnými rozdíly v timingu. Chůze 5%, střídavý běh 2%, bruslení 1%. Tento fenomén opět ukazuje na kineziologickou příbuznost všech tří zkoumaných forem lokomoce. V průběhu EMG křivky v grafu 1 u svalu m. tibialis anterior dx. vidíme výrazná lokální maxima u chůze, fázicky charakterizovaná. U obou forem běhu na lyžích je charakter křivky více sakadovaný, amplituda neklesá k nule (tonické pozadí), sval odpovídá na požadavek udržování postury v režimu dynamické rovnováhy při skluzu.

V tabulkách 2, 3, 4 jsou uvedeny i fázové posuny kontralaterálního svalu m. gastrocnemius sin, caput medialis. Zapojení svalu při dvoudobém bruslení není podpořeno prací ramenního pletence a není dále diskutováno. Polemika s podobným výzkumem kineziologického obsahu sportovního pohybu v běhu na lyžích není možná pro absenci podobného tématu v domácích i zahraničních zdrojích.

ZÁVĚR

Běh na lyžích se obecně od chůze odlišuje v timingu nástupů rozhodující svalové aktivace především u fázických svalů m. gluteus maximus dx., m. gastrocnemius dx., caput medialis vs vastus medialis dx., m. tibialis anterior dx. Svaly působící pro stabilizaci, jako m. gluteus medius dx. a vastus medialis dx., pracují ve velice podobném timingu při chůzi i při běhu na lyžích obecně. U námi zvoleného chůzového markeru (zdůvodnění viz výše), svalu m. tibialis anterior dx., bylo nalezeno setrvávání svalu v určitém tonickém napětí i v oblastech lokálních minim při běhu na lyžích; při chůzi ukazuje EMG nábor na více fázický průběh. Při běhu na lyžích nacházíme podstatně větší hodnoty plochy pod EMG křivkou u svalu vastus medialis dx.

Pro využití v postrehabilitačním pohybovém režimu nacházíme tak uplatnění více při insuficienci stabilizace pánve a po operacích kolenního kloubu. Časová charakteristika aktivace zkoumaných stabilizačních svalů se blíží charakteristice při volné bipedální chůzi jako základní, a tedy přirozené formě lidské lokomoce. Na základě měření námi vybraných svalů nelze stanovit, která ze sledovaných forem běhu na lyžích vykazuje vyšší míru příbuznosti s volnou bipedální chůzí.

Uvedené závěry platí s ohledem na formu výzkumu - případové studie sportovkyně na velmi vysoké výkonnostní úrovní s vysokou expertně posouzenou mírou koordinace.

Výzkum je podpořen grantem Grantové agentury České republiky pod označením GAČR 406/08/1449 a Výzkumným záměrem UK v Praze, FTVS, podporovaným MŠMT pod označením MSM 0021620864. Autoři děkují katedře anatomie a biomechaniky UK v Praze, FTVS za zpracování dat v programu Matlab.

Doc. PaedDr.. Bronislav Kračmar, CSc.
FTVS UK
J. Martího 31
162 52 Praha 6
e-mail: kracmar@ftvs.cuni.cz