TÁMOP-4.1.2.E-13/1/KONV-2013-0012
"Sporttudományi képzés fejlesztése
a Dunántúlon"
- -> Tananyagfejlesztés
- -> A vázizom...
- -> 7.
7.
7. AZ IZOMERŐ LABORATÓRIUMI MÉRÉSE
7.1. Mérés dinamométerrel
A számítógép vezérlésű izokinetikus dinamométerek már a fent említett eszközöknél jóval nagyobb méretű, nem hordozható berendezések. Az emberi izomerő mérésének csúcstechnológiáját jelentik. Maguk az eszközök a fitnesztermekből ismert erőfejlesztő gépekre hasonlítanak. A karokat, melyekre erőt kell kifejteni, szervomotorok mozgatják különböző irányba és különböző sebességgel. Így előre beprogramozott izomműködési módozatok szimulálhatók az eszközzel, általában egy izomcsoportra alkalmazva. Mivel az izmok valójában a csontokra fejtenek ki erőt, és a csontok által alkotott testszegmensek közötti ízületekben forgatónyomaték keletkezik, a dinamométerek a kifejtett erőkifejtés mértékét forgatónyomatékban adják meg. A legelterjedtebb eszközök közé tartoznak a Cybex, a Biodex és a Kin-Com. Magyarországon a Multicont típusú dinamométert gyártják (7.1. ábra).
7.1. ábra. Multicont II. típusú, számítógép vezérlésű dinamométer a térd extensor izmainak vizsgálatára.
Ha azt szeretnénk vizsgálni, hogy az izomműködési (kontrakció) típusok hogyan hatnak az erőkifejtésre, akkor statikus (izometriás), legyőző (koncentrikus) és fékező (excentrikus) kontrakciókat kell szimulálnunk. Izometriás kontrakciónál az izom eredése és tapadása közötti távolság nem változik, az ízület szegmensei nem mozdulnak el. Ennél a kontrakció típusnál mért erőparamétert maximális akaratlagos izometriás forgatónyomatéknak nevezzük, és a tudományos kutatásokban a leggyakrabban alkalmazott eljárás. Míg azonban a természetes mozgások nagy része más kontrakciótípusokat is tartalmaz, ezért az izometriás forgatónyomaték mérése nem mindig informatív. Ha például egy teljes erejű felugrást végzünk, akkor az ízületeket alkotó testszegmensek elmozdulnak, az ízületek kinyúlnak, és az azokat mozgató izmok pedig rövidülnek (eredés és tapadás távolsága csökken). Leérkezéskor pedig ugyanez ellenkező irányba történik, az ízületek hajlanak, miközben az izmok nyúlnak és fékező munkát végeznek, lecsillapítva a test talajhoz ütközését. Míg az előzőt koncentrikusnak, az utóbbit excentrikus kontrakciónak nevezzük, és mindkét erőkifejtési mód szimulálható a dinamométeren. Ha mindhárom kontrakcióban kifejtett forgatónyomatékot vizsgáljuk, azt tapasztaljuk, hogy általában az excentrikus (fékező) módozatban a legnagyobb az erőkifejtő képesség. Az is kérdéses lehet, hogy egy leérkezésből mekkora erővel képes ismét felugrani egy pl. egy sportoló (lásd: mélybeugrás). Tehát az excentrikus kontrakciót egy koncentrikus kontrakció követi nagyon gyorsan, melyet nyújtásos-rövidüléses kontrakciónak (ciklusnak) nevezünk, és ez szintén szimulálható egy izomcsoportra a dinamométeren.
Az egyes kontrakciótípusok vizsgálata mellett az izom erőkifejtő képessége sebesség-specifikusan is vizsgálható a számítógép vezérlésű dinamométerekkel. Lehetőségünk van ugyanis úgy beprogramozni az eszközt, hogy az kisebb, vagy nagyobb sebességgel mozgassa a karokat. Mindez állandó sebesség mellett, tehát gyorsulás nélkül is lehetséges (innen az „izokinetikus” kifejezés). Ennek segítségével meghatározható, hogy az izom milyen erőkifejtésre képes alacsony és nagy sebességű mozgásoknál, mely informatív lehet pl. lassú és gyors izomrostok működésének vizsgálatában. És mivel egyes sportmozgásokat nagy sebességgel hajtanak végre a sportolók, ezért az ő esetükben inkább a nagy sebességű (legalább 180°/s szögsebességű) kontrakciókat érdemes vizsgálni.
A dinamométeren végzett kontrakciók során a szoftver azonnal rendelkezésünkre bocsájt néhány paramétert, mint például a forgatónyomaték maximum és átlagértékét, vagy a kontrakció alatti munkavégzést. A dinamometria igazi előnye azonban az, hogy akár ezer adatot is képes rögzíteni másodpercenként, tehát hasonlóan az erőplatókhoz, magas mintavételi frekvenciával rendelkezik. Így például egy izometriás erőkifejtés során a kapott adatsorból egy idő-forgatónyomaték görbét vagyunk képesek megszerkeszteni (7.2. ábra), amely azt mutatja, hogy melyik időpontban mekkora volt az aktuális nyomatékkifejtés. Egy ilyen görbe segítségével meghatározható a nyomaték kifejlődésének meredeksége („rate of torque development”, RTD), illetve a relaxáció meredeksége (7.2.B. ábra). Míg az előbbi az izom explozív, tehát robbanékony erőkifejtő képességét tükrözi, a másik az izom ellazulási képességét mutatja. Az RTD értékét a forgatónyomaték változásának (DM) és az eltelt időnek (Dt) a hányadosával kapjuk meg, és azt jelenti, hogy egységnyi idő alatt mekkora forgatónyomatékot vagyunk képesek kifejteni (Tihanyi, 1998). Az RTD-t számos kutató vizsgálja különböző edzésprogramok akut és krónikus hatásának megismerésére (Malisoux és mtsai, 2006, Váczi és mtsai, 2013).
7.2. ábra. Térdextensio közben regisztrált forgatónyomaték-idő görbe maximális akaratlagos izometriás erőkifejtés alatt Multicont II típusú dinamométeren (1000 Hz mintavételi frekvencia). A vizsgált személy a lehető legnagyobb sebességgel fejtette ki a forgatónyomatékot és a maximum elérése után a lehető legrövidebb időn belül ellazította a quadriceps izmot. A görbéről meghatározható a forgatónyomaték csúcsa (A), illetve a forgatónyomaték kifejtésének (RTD) és relaxációjának (RTDr) meredeksége (B).
A dinamometriai adatsorokból forgatónyomaték-szöghelyzet grafikont is szerkeszthetünk, mely segítségével meghatározható, hogy milyen szöghelyzetben képes a vizsgált izom a legnagyobb forgatónyomatékot képezni (optimális szöghelyzet meghatározása).
A dinamometriai mérések fontos diagnosztikai eljárások. A pontos adatszolgáltatás fontos olyan esetekben, amikor sérülési rizikófaktorokat kell feltárnunk. Ilyen rizikófaktorok például két végtag ereje közötti jelentős különbség (aszimmetria), vagy agonista-antagonista (pl. térd flexor és extensor) izmok erejének aránytalansága. Továbbá műtétek utáni rehabilitáció mellett pontosan nyomon követhető a sérült végtag funkciójának felzárkóztatása, mely segíthet eldönteni, hogy a sportoló mikor térjen vissza a versenyzéshez. A dinamometriával végzett diagnosztika olyan esetekben is hasznos, amikor nagyon alacsony fittségi állapotú, például izomdisztrofiás, vagy idősödő személyek izomműködését vizsgáljuk.
7.2. Mérés kontaktszőnyeggel és erőplatóval
A kontaktszőnyegek olyan talajra helyezhető lapos eszközök, amelyek érzékelik, ha erőt fejtünk ki rá. A kontaktszőnyegen állva a vizsgált személy súlya nyomást gyakorol az eszközre, és az eszközbe beépített érintkezők így zárják az áramkört. Felugrástesztek során, ahogyan a lábak elhagyják az eszközt, az érintkező szétválnak, elindítva egy digitális stopperórát. A leérkezéskor ismét záródik az áramkör és az óra megáll. Az eszköz tehát egyetlen változót képes mérni, a levegőben tartózkodás idejét. Márpedig ha ismert ez a változó, akkor a szabadesés törvényeit felhasználva könnyen kiszámolhatjuk a súlypont emelkedésének útját az s = t2·g/2 képlettel, ahol „s” a súlypont által megtett út méterben kifejezve, „t” az emelkedés ideje másodpercben kifejezve, és „g” a gravitációs gyorsulás értéke (9,81m/s2). Mivel a kontaktszőnyeg a teljes levegőben tartózkodás idejét méri, ezért a t érték a levegőben tartózkodás idejének éppen a fele lesz, mivel az emelkedés és esés ideje megegyezik. A gyártóktól beszerzett kontaktszőnyegek (7.3. ábra) (pl. Chronojump) szoftverjei ezeket automatikusan kiszámolják, ráadásul a testtömeg megadásával még a mechanikai teljesítményt is megkapjuk. A levegőben tartózkodás idejéből számolt súlypont emelkedés útja az egyik leggyakrabban felhasznált változó a felugrásokkal kapcsolatos tudományos kutatásokban (Malisoux és mtsai 2006, Sáez Sáez de Villareal, 2010). A kontaktszőnyegek olyan funkcióban is működnek, hogy nem a levegőben tartózkodás idejét, hanem a talajkontakt idejét mérik. Ennek az értéknek akkor van jelentősége, ha pl. mélybeugrást végeztetünk, vagy akár nekifutásból egy lábbal elugrást. A talajkontakt idő összefügg az ugrások magasságával, távolságával, tehát fontos paraméter.
7.3. ábra. Kontakt platform/szőnyeg a súlypontemelkedés mértékének meghatározására.
Az ugróteszteknél használatos kontaktszőnyegek előnye a hagyományos érintős ugrótesztekhez képest az, hogy a vizsgált személynek csak az ugrásra kell koncentrálnia, nem pedig a megérintendő eszközre, tehát megbízhatóbb. Ha a kezeket a csípőre helyezzük, akkor pedig a karlendítés hatását is kiküszöbölhetjük (7.4. ábra). Az eszköz maga mobilis, olcsón beszerezhető, vagy építhető, és gyorsan lehet vele méréseket végezni. Hátránya az, hogy a leérkezés technikája befolyásolhatja a repülési időt, pl. túlságosan hajlított végtagokkal való leérkezés késlelteti az eszközzel való kontaktot, növelve a repülési időt. Továbbá aszimmetrikus ugrások esetén ha a lábak nem azonos időben hagyják el mérőeszközt, vagy nem egyszerre érintik a talajt a leérkezéskor, hibás adatot kapunk.
Az erőplató (7.4. ábra) olyan talajra helyezhető eszköz, mely a talajra kifejtett erőt méri. Hasonló elven működik, mint a digitális mérleg, vagyis minél nagyobb erőt fejtünk ki rá, annál nagyobb értéket mutat. Ezt az értéket talaj-reakcióerőnek nevezzük és Newtonban jelzi ki az eszköz. Bár valójában a talaj-reakcióerő nem is a vizsgált személy platóra kifejtett ereje, hanem annak ellentétes irányú ellenereje, de Newton III. törvényéből adódóan ezek azonos nagyságú erők.
Az alsó végtagok erejének meghatározására általában felugrásteszteket végeznek a kutatók. A leggyakrabban alkalmazott felugrásteszt az előzetes súlypontsüllyesztésből végrehajtott, úgynevezett CMJ típusú ugrás (rövidítés az angol elnevezésből: countermovement jump), mely a reaktív erő mérésére szolgál (7.4. ábra). A lendületszerzés nélkül, guggolásból végzett, úgynevezett SJ típusú ugrást (squat jump) az explozív/robbanékonyerő mérésére végezzük (7.5. ábra). Végül a mélybeugrásokat, vagy DJ típusú ugrásokat (drop jump) szintén reaktív erő mérésére alkalmazzuk, itt viszont a leugrás magasságával a terhelést variálhatjuk (7.6. ábra).
Az erőplatóval végzett felugrás-vizsgálatoknál minden olyan tényező kizárható, melyet a pályateszteknél és a kontaktszőnyeges méréseknél felsoroltunk, és amelyek megbízhatatlanná teszik a mérést. Az erőplatóról végzett felugrásoknál ugyanis az elrugaszkodás erejét vesszük elsősorban figyelembe, és ez az érték megbízhatóan kifejezi a vizsgált személy reaktív vagy explozív erejét, attól függően, hogy melyik felugrás típust hajtja végre. Mint minden más módszernél, itt is arra kérjük a vizsgált személyt, hogy a lehető legmagasabbra próbáljon felugrani, mely során nyilván a lehető legnagyobb erőt fogja a platóra kifejteni. A talajtól való elszakadás után pedig már nem fontos, hogy milyen módon érkezik vissza, hiszen az elrugaszkodáskor mért csúcserő (7.4. ábra) számunkra elég információ. Az erőplató nemcsak abban szolgáltat több információt, hogy a talajra kifejtett erőt méri, hanem abban is, hogy nagy mintavételi frekvencia mellett képes ezt az idő függvényében kifejezni. Ez azt jelenti, hogy az eszköz képes másodpercenként akár 1000 (1kHz) adatot is rögzíteni a mozdulat során az adott pillanatban kifejtett talaj-reakcióerőről. Ilyen magas mintavételi frekvencia mellett talaj-reakcióerő görbét tudunk rajzolni az idő függvényében (7.4. ábra). Így akár az is meghatározható, hogy a vizsgált személy milyen gyorsan képes erőt kifejteni a talajra. Ez egy fontos paraméter, ugyanis minél nagyobb a talajra kifejtett erő és annak kifejtési sebessége, annál nagyobb lesz a súlypont emelkedése. Ha csupán a súlypont emelkedésének útját szeretnénk meghatározni, ugyanazzal az eljárással tudjuk ezt megtenni, amellyel a kontaktszőnyegek leírásakor találkoztunk: a levegőben tartózkodás idejéből számoljuk ki. A 7.5. ábrán ennek meghatározását látjuk SJ típusú felugrás teszt alatt.
7.4. ábra. Tenzi típusú erőplatóról végzett CMJ típusú felugrás kiinduló helyzete (A), súlypontsüllyesztés (B) és felugrás (C) (bal oldali ábra). A felugráshoz tartozó talaj-reakcióerő-idő görbe 540 Hz mintavételi frekvencia mellett (jobb oldali ábra).
7.5. ábra. Tenzi típusú erőplatóról végzett SJ típusú felugrás kiinduló helyzete (A) és felugrás (B) (bal oldali ábra). A felugráshoz tartozó talaj-reakcióerő-idő görbéből 540 Hz mintavételi frekvencia mellett (jobb oldali ábra) meghatározható a levegőben tartózkodás ideje, melyből a súlypontemelkedés útja számolható ki.
A mélybeugrásoknál, és minden más olyan ugrásnál (pl. nekifutásból el- és felugrás), ahol a kiinduló helyzet nem az erőplatón van, hanem a vizsgált személy a levegőből érkezik rá, olyan fontos paramétert tudunk meghatározni, mint a talajkontakt idejét (7.6. ábra). Rövidebb talajkontakt-idő gyorsabb erőkifejtésre enged következtetni.
7.6. ábra. Tenzi típusú erőplatóról végzett mélybeugrás-felugrás teszt (DJ típusú ugrás) kiinduló helyzete (A), leérkezés (B) és felugrás (C) (bal oldali ábra). A felugráshoz tartozó talaj-reakcióerő-idő görbe 540 Hz mintavételi frekvencia mellett (jobb oldali ábra) lehetőséget ad a talajkontakt időtartamának meghatározására.
Azoknál a teszteknél, ahol erőplatót alkalmazunk, az erő és idő paramétereken kívül goniométerrel mérhetjük az ízületekben bekövetkező szögváltozásokat. A goniométer gyakran szinkronizálható az erőplatóval, így az erőkifejtés közben nemcsak az időt vagyunk képesek figyelembe venni, hanem azt is, hogy mekkora szögelfordulások és szöggyorsulások következnek be a különböző ugrások során.
Az erőplatóval végzett méréseknél fontos, hogy a vizsgált személy talajra kifejtett erejét a testtömegéhez normalizáljuk. Egy alacsony tömegű emberrel szemben egy nagyobb tömegű ember ugyanis tömegéből adódóan nagyobb erőt fejthet ki a platóra, de mégis azt tapasztalhatjuk, hogy a súlypont emelkedése kisebb.
ÖSSZEFOGLALÁS
- A dinamométer az izom erejének mérésére szolgáló eszköz. Előnye az, hogy az erőkifejtést az idő függvényében méri.
- A nyomaték kifejlődési meredekség (RTD) a robbanékonyerő mutatója. Az egységnyi idő alatt bekövetkező nyomatéknövekedést értjük alatta.
- A CMJ (countermovement jump) típusú felugrásteszt során a felugrást előzetes súlypontsüllyesztéssel hajtják végre. A CMJ ugrás eredménye a reaktív erő mutatója.
- Az SJ (squat jump) típusú felugrástesztnél a felugrást guggolásból kell végrehajtani, súlypontsüllyesztés nélkül. Az SJ ugrás eredménye a robbanékonyerő mutatója.
- A DJ (drop jump, depth jump) típusú felugrástesztnél emelvényről való leugrást/lelépést követően, a talajra érkezéskor azonnali felugrást végzünk. A DJ ugrás eredménye a reaktív erő mutatója.
Irodalomjegyzék
Malisoux L, Francaux M, Nielens H, Theisen D (2006) Stretch-shortening cycle exercises: an effective training paradigm to enhance power output of human single muscle fibers. Journal of Applied Physiology, 100, 771-779.
Sáez Sáez de Villarreal E, Requena B, Arampatzi F, Salonikidis K (2010) Effects of plyometric training on chair-rise, jumping and sprinting performance in three age groups of women. Journal of Sports Medicine and Physical Fitness, 50,166-173.
Tihanyi J (1998) Az edzésadaptáció élettani és biomechanikai alapelvei a gyors- és robbanékonyerő fejlesztésében. In: Ángyán L (szerk.): Sporttudományos füzetek II/1, 32-75. Motio, Pécs.
Vaczi M, Tekus E, Kaj M, Koszegi T, Ambrus M, Tollar J, Atlasz T, Szabadfi K, Karsai I (2013) Changes in metabolic and muscle damage indicators following a single bout of jump training on stair versus at level. Acta Physiologica Hungarica 7, 1-12.
| « Előző fejezet | Tartalomjegyzék |
Események
Jelenleg nincs aktuális esemény.