ارتباط بین مکانیک فازهای مثبت و منفی هاپینگ؛ بررسی نقش سفتی و چرخة کشش انقباض در اجرای بهینه حرکات چرخه‌ای

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری بیومکانیک ورزشی، دانشگاه خوارزمی تهران

2 استاد، گرایش بیومکانیک ورزشی، دانشگاه خوارزمی تهران

3 استادیار، پژوهشگاه تربیت بدنی و علوم ورزشی

4 استادیار، دانشگاه علوم بهزیستی و توانبخشی

10.22041/ijbme.2017.70345.1251

چکیده

زمینه و هدف: سفتی اندام از طریق تغییر در چرخة کشش و انقباض، می‌تواند تأثیر زیادی در بازده حرکت داشته باشد؛ با این وجود، اطلاعات کمی دربارة نقش متقابل این دو پدیده مشاهده می‌شود. هدف این تحقیق، تعیین ارتباط بین مکانیک مفاصل مچ پا و زانو در فازهای منفی و مثبت هاپینگ است، تا از این طریق، ارتباط بین سینتیک و سینماتیک با سفتی و عملکرد چرخة کشش و انقباض، شناسایی شود. روش تحقیق: سفتی اندام تحتانی، سفتی مفاصل زانو، مچ پا و سرعت زاویه‌ای مفاصل مچ پا و زانوی 30 مرد جوان در بازة سنی 18-30 سال و محدودة وزنی 60 تا 88 کیلوگرم در تکلیف هاپینگ، با استفاده از صفحة نیرو و سیستم تحلیل حرکت، اندازه‌گیری شدند. یافته‌ها: نتایج تحلیل اجزای اصلی نشان داد که تمام پارامترهای مرتبط با مچ پا در طول هاپینگ، به‌عنوان اجزای اصلی اول قرار گرفتند. ضریب همبستگی پیرسون نیز ارتباط مستقیم و قوی بین سفتی مفصل، انرژی مکانیکی منفی و مثبت و سرعت زاویه‌ای نشان داد (01/0P< و 05/0P<). نتیجه‌گیری: با توجه به یافته‌های این تحقیق، مکانیسم رایج استفاده‌شده در فعالیت‌های قدرتی و توانی برای بهره‌برداری بیشینه از چرخة کشش و انقباض در طول اجرای حرکات چرخه‌ای، ‌کاربردی ندارد؛ در حالی‌که کاهش سفتی مفصل مچ پا، روش بهینه‌تری برای کاهش انرژی مورد‌نیاز برای اجرای این قبیل فعالیت‌ها است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Relationship between Mechanics of the Negative and Positive Phases of the Hopping; Identify the Effect of Stiffness and Stretch Shortening Cycle on the Optimal Performance of the Cyclic Movements

نویسندگان [English]

  • Abbass Farjad Pezeshk 1
  • Heydar Sadeghi 2
  • Mohammad Shariatzadeh Joneidy 3
  • Zahra Safaie Pour 4
1 PhD in Sports Biomechanics, Kharazmi University, Tehran, Iran
2 Full professor of Sports Biomechanics, Kharazmi University, Tehran, Iran
3 Assistance professor of sports research science institute
4 Assistance professor of social welfare and rehabilitation sciences
چکیده [English]

Background and Aim: The Stiffness of human could have the substantial effect on motion efficiency by the influence in Stretch-Shortening cycle. The purpose of this study was to investigate the relationship between mechanics of the negative and positive phases of hopping; to identify the effect of stiffness and stretch shortening cycle on the optimal performance of the cyclic movements. Materials and Methods: To calculate the leg stiffness, knee and ankle joint stiffness and also angular velocity of the 30 young male with the age range of 18-33 and weight range of 60-88 kg during hopping, we used motion analysis and force platform system. Results: the results of the Principle component analysis showed that all of the ankles related parameters were classified on the first PC.  Pearson correlation coefficient also showed that there are a significant relationship between joint stiffness, negative and positive mechanical energy and angular velocity (P<0.05, P<0.01). Conclusion: Due to results of this study, it seems that during cyclic motions, the common mechanism for performing strength and power activity is not useful for having the maximum advantage from stretch shortening cycle, though the ankle joint stiffness reduction is an efficient way to decrease required energy for performing these activities. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stiffness
  • Stretch Shortening Cycle
  • Hopping
  • Motion Mechanics

[1]     Arampatzis, A., Brüggemann, G. P., & Metzler, V. (1999). The effect of speed on leg stiffness and joint kinetics in human running. Journal of biomechanics32(12), 1349-1353.

[2]     Arampatzis, A., Bruggemann, G. P., & Klapsing, G. M. (2001). Leg stiffness and mechanical energetic processes during jumping on a sprung surface. Medicine and science in sports and exercise33(6), 923-931.

[3]     Bobbert, M. F., Gerritsen, K. G., Litjens, M. C., & Van Soest, A. J. (1996). Why is countermovement jump height greater than squat jump height?. Medicine and science in sports and exercise28(11), 1402-1412.

[4]     Cavagna, G. A., Dusman, B., & Margaria, R. (1968). Positive work done by a previously stretched muscle. Journal of applied physiology24(1), 21-32.

[5]     Derrick, T. R., Caldwell, G. E., & Hamill, J. (2000). Modeling the stiffness characteristics of the human body while running with various stride lengths. Journal of Applied Biomechanics16(1), 36-51.

[6]     Granata, K. P., Padua, D. A., & Wilson, S. E. (2002). Gender differences in active musculoskeletal stiffness. Part II. Quantification of leg stiffness during functional hopping tasks. Journal of Electromyography and Kinesiology12(2), 127-135.

[7]     Farley, C. T., & Gonzalez, O. (1996). Leg stiffness and stride frequency in human running. Journal of biomechanics29(2), 181-186.

[8]     Farley, C. T., Blickhan, R., Saito, J., & Taylor, C. R. (1991). Hopping frequency in humans: a test of how springs set stride frequency in bouncing gaits. Journal of applied physiology71(6), 2127-2132.

[9]     Ferris, D. P., Louie, M., & Farley, C. T. (1998). Running in the real world: adjusting leg stiffness for different surfaces. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences265(1400), 989-994.

[10] Ferris, D. P., & Farley, C. T. (1997). Interaction of leg stiffness and surface stiffness during human hopping. Journal of applied physiology82(1), 15-22.

[11] Fukunaga, T., Kawakami, Y., Kubo, K., & Kanehisa, H. (2002). Muscle and tendon interaction during human movements. Exercise and sport sciences reviews30(3), 106-110.

[12] Hobara, H., Inoue, K., Muraoka, T., Omuro, K., Sakamoto, M., & Kanosue, K. (2010). Leg stiffness adjustment for a range of hopping frequencies in humans. Journal of biomechanics43(3), 506-511.

[13] Komi, P. V. (Ed.). (1992). Strength and power in sport (pp. 169-179). Oxford: Blackwell scientific publications.

[14] Komi, P. V.(1984). Physiological and biomechanical correlates of muscle function: effects of muscle structure and stretch-shortening cycle on force and speed. Exercise and sport sciences reviews12(1), 81-122.

[15] Komi, P. V. (2000). Stretch-shortening cycle: a powerful model to study normal and fatigued muscle. Journal of biomechanics33(10), 1197-1206.

[16] Komi, P. V. (1973). Measurement of the force-velocity relationship in human muscle under concentric and eccentric contractions. In Biomechanics III (pp. 224-229). Karger Publishers.

[17] Komi, P. V. (2008). Stretch-shortening cycle. Strength Power Sport. Oxford: Balckwell Science, 184-201.

[18] Kuitunen, S., Komi, P. V., & Kyröläinen, H. (2002). Knee and ankle joint stiffness in sprint running. Medicine and science in sports and exercise34(1), 166-173.

[19] Latash, M. L., & Zatsiorsky, V. M. (1993). Joint stiffness: Myth or reality?. Human movement science12(6), 653-692.

[20] McMahon, T. A., & Cheng, G. C. (1990). The mechanics of running: how does stiffness couple with speed?. Journal of biomechanics23, 65-78.

[21] Norman, R. W., & Komi, P. V. (1979). Electromechanical delay in skeletal muscle under normal movement conditions. Acta Physiologica106(3), 241-248.

[22] Stefanyshyn, D. J., & Nigg, B. M. (1998). Dynamic angular stiffness of the ankle joint during running and sprinting. Journal of applied biomechanics14(3), 292-299.

[23] Seyfarth, Andre, et al. "A movement criterion for running." Journal of biomechanics, 35.5 (2002): 649-655.

[24] Voigt, Michael, P. Dyhre-Poulsen, and E. B. Simonsen. "Modulation of short latency stretch reflexes during human hopping." Acta Physiologica Scandinavica, 163.2 (1998): 181-194.

[25] Zatsiorsky, V. M., & Kraemer, W. J. (2006). Science and practice of strength training. Human Kinetics.