Autorzy: Robert U. Newton, Brendan J. Humphries, & I. Barry Ward Centrum Nauk Stosowanych I Sportu Uniwersytet Southern Cross, Lismore, Australia. Przedmiot Buty ze sprężynami Data wydania 30 października 1995
Streszczenie Kangoo Jumps to rewolucja w dziedzinie butów ze sprężyną przy podeszwie. Celem badań było sprawdzenie efektów noszenia Kangoo Jumps na poziomej nawierzchni i działania siły powstającej w joggingu podczas fazy podparcia. W badaniach uczestniczyło 17 kobiet i 17 mężczyzn. Każdy z nich uczestniczył w trzech próbach joggingu - nosząc buty do treningu i w trzech próbach nosząc Kangoo Jumps. Oddziaływanie siły na pionową powierzchnię zostało zmierzone przy 750 Hz i przystosowane do wagi ciała uczestnika. Metoda MANOVA z powtarzanym pomiarem następującym po jednowariantowych testach ANOVA były użyte do określenia działania poszczególnych typów butów. Użyto kryterium błędu alfa przy p ? 0,01. Otrzymano odmienne wyniki w przypadku różnych rodzajów butów i w przypadku dalszych jednowariantowych analiz dowodzących, że średnia siła i 50 ms mocy wzrasta 5,4 9,3% i 46,9 14,8% odpowiednio. Całkowita siła napędowa, czas potrzebny do osiągnięcia maksymalnej siły i czas kontaktu z podłożem wzrasta 16,5 ? 7,5%, 24,2 12,5% i 49,9 24,8% odpowiednio. Była nieznaczna różnica między kondycją a maksymalną siłą. Kangoo Jumps znacznie zmniejszyły oddziaływanie siły odczuwanej podczas joggingu. Noszenie tych butów może mieć zastosowanie dla rekreacyjnych biegaczy, treningów terenowych dla lekkoatletów wyczynowych lub jako rehabilitacja dla pacjentów z niesprawnymi kończynami dolnymi.Wprowadzenie Powszechnie stosowana technika dopasowana do konstrukcji butów sportowych ma na celu ograniczenie oddziaływania podłoża na uderzenia związane z powtarzającym się lądowaniem (McNeill-Alexander, 1987; Nigg & Segesser, 1992) i optymalny zwrot energii (Nigg & Segesser, 1992). Podczas biegania, skakania i podskakiwania, elastyczne połączenie butów sportowych z wewnętrzną strukturą nogi, jak podbicie i ścięgna, zmniejsza siły nacisku dostarczając tylko 40 do 60% energii zwrotnej (McNeill-Alexander, 1987). Zazwyczaj siła nacisku na podłoże przeciętnego biegacza przewyższa od 2 do 4 razy jego wagę i początkowy nacisk ma zły wpływ na wewnętrzne tkanki i szkielet (Nigg, Denoth & Neukomm, 1981). Badania pokazały, że od 27% do 70% początkujących biegaczy odnosi obrażenia ciała w I roku treningu w wyniku działania zewnętrznych sił (Clement et al., 1981). Inne badania pokazały, że pomiędzy 21 i 30% tenisistów odnosi obrażenia w sezonie (Kuhlund et al., 1979) z powodu nadmiernego oddziaływania siły. Z badań prowadzonych w wojsku wynika, że wzrasta częstotliwość obrażeń u żołnierzy w stosunku do niskiej absorpcji siły przez podeszwę standardowych butów (Joergensen & Hansen, 1989). Zazwyczaj podczas biegania, skakania, podskoków mięśnie i stawy pracujące podczas lądowania amortyzują działanie siły nacisku rozkładając ją po całym ciele. Jednakże zanotowano, że system unerwienia mięśni ma ograniczony czas reakcji od 50 do 75 ms na siłę działającej na ciało (Nigg, Denoth & Neukomm, 1981; Devita & Skelly, 1992). Gdy siła działa na umięśnienie przed reakcją systemu unerwienia mięśni, pracujące mięśnie są niezdolne do absorpcji szoku lądowania. Ten początkowy ostry impuls siły uderzenia o ziemię może spowodować uszkodzenia kończyn dolnych (Munro, Miller & Fuglevand, 1987; Ricard & Veatch, 1990). W wyniku lądowania mogą powstać zwyrodnienia chrzęstne (Radiu et al., 1973), uszkodzenia kości strzałkowej (Andreasson & Peterson, 1986) i ścięgna Achillesa (Joergensen, 1985). Początkowe oddziaływanie siły, która ujawnia się w ciągu 50 ms od lądowania jest traktowana jako bierny wpływ siły (Ricard & Veatch, 1990), która powoduje obrażenia systemu mięśniowego i szkieletowego (Ricard & Veatch, 1990). Działanie nacisku, którego ciało doznaje podczas lądowania jest wpływem wielu związków między kilkoma mechanicznymi parametrami. Wysokość kroku, skoku lub podskoku (Stacoff, Kaelin & Stuessi, 1988; Dufek & Bates, 1990) determinuje szybkość przy uderzeniu (Valiant & Cavanagh, 1983; Munro, Miller & Fuglevand, 1987; McNitt-Gray, 1991; Devita & Skelly, 1992) i dlatego obciążenie działa na ciało (Frederick & Hagy, 1986; Scott & Winter, 1990). Jest to moment osiągany przed kontaktem z ziemią, który wpływa na obciążenia uderzeniowe po lądowaniu (McNitt-Gray, 1991). Technika (Frederick & Hagy, 1986; Scott & Winter, 1990; Steel.1990) i powierzchnia lądowania (McNeill-Alexander, 1987) wpływa na siły uderzenia określając okres czasu, w którym ujemna praca absorbowania momentu skierowanego w dół jest odwracana na dodatnią pracę odginającą palce nóg. Każdy środek osłabiający działanie siły związanej z uderzeniem stopy o podłoże należy zbadać, by ocenić przydatność jego zastosowania w celu zmniejszenia ryzyka obrażeń podczas rekreacji i rehabilitacji.
Obecnie mamy Kangoo Jumps (rys. l) - buty do zabawy i utrzymywania kondycji fizycznej , które osłabiają szkodliwy wpływ zbyt silnego oddziaływania siły. Buty te są podobnie skonstruowane jak łyżworolki z wyjątkiem kółek i płóz. Pod podeszwami znajduje się eliptyczny łuk z ruchomym paskiem. Siła każdego ugięcia łuku jest pochłaniana przez pasek i zmieniana w pozytywne oddziaływanie. Projekt butów jest tak nowoczesny jak połączenie treningu oraz rehabilitacji, wymaga więc badań. Obrażenia kończyn i pleców stanowią problem w sporcie i rekreacji. Rehabilitacja pourazowa polepsza funkcjonowanie mięśni, koordynację i pracę układu krążenia, bez groźby pogłębienia obrażeń. Problem polega na tym, by zapewnić właściwe podłoże do ćwiczeń minimalizując negatywne siły zderzenia. Celem badań było zbadanie efektów noszenia Kangoo Jumps i oddziaływania siły powstającej podczas kontaktu stopy z podłożem w czasie joggingu. Szczególną uwagę zwrócono na wstępne oddziaływanie impulsu związanego z urazami ciała.
Metody, uczestnicy: W badaniach wzięło udział 17 zdrowych kobiet i 17 mężczyzn. Nie byli oni szkoleni i nie wykryto u nich wad systemu szkieletowo-mięśniowego. Średnie: wieku, wzrostu i wagi mężczyzn (=1= odchylenie standardowe) były następujące: 22,6 =1= 6,6 lat, 1,73 =1= 0,10 m wzrostu i 70,7 ? 9,2 kg. Badania zostały zatwierdzone przez Etyczny Komitet Uniwersytetu Southern Cross, a wszyscy uczestnicy podpisali zgodę i zostali poinformowani przed rozpoczęciem testów.
Procedura sprawdzająca: Zanotowano wiek, wzrost, wagę i rozmiar buta każdego uczestnika. Badany biegł w swoim normalnym tempie przez płytę siłową/po ruchomej bieżni próbując ignorować jej opór. Wszyscy rozpoczęli chód od minimum 10 m od płyty siłowej/ruchomej bieżni, kończąc go minimum 10 m za nią. To gwarantowało równy chód podczas przekraczania bieżni. Jeśli ktoś spadł z płyty siłowej/bieżni lub dotknął jej krawędzi nogą, pozycja startowa była przesuwana o taką długość o jaką noga oddaliła się od środka bieżni, a próba była ponawiana. Każdy odbył 3 próby w Kangoo Jumps i 3 w sportowych butach. Ponieważ nikt wcześniej nie nosił Kangoo Jumps, każdy mógł dowolną ilość razy spróbować joggingu w Kangoo Jumps. Próbę rozpoczynano niekoniecznie wtedy, gdy każdy czuł się dobrze w Kangoo Jumps. Porządek ćwiczeń był dostosowany do ćwiczących w celu zmniejszenia możliwości mylącego wpływu efektów zmęczenia, znudzenia lub poznania właściwości testowanych butów. Podczas każdej próby, dane o pionowej sile zostały zebrane i poddane dalszej analizie.
Sprzęt: Buty sportowe: Uczestnicy nosili takie obuwie,w którym zazwyczaj uprawiali jogging i inne sporty.
Kangoo Jumps (Kangoo Jumps, Szwajcaria)(rys l) składają się z butów podobnych do łyżworolek z wyjątkiem kółek i płóz. Pod podeszwami znajduje się eliptyczny łuk z ruchomym paskiem napiętym między zawiasami. Paski te mają zapewnić dodatkową sztywność i elastyczność odbić. Dostępne są różne grubości pasków. Zostały one wyselekcjonowane na podstawie badań. Grubość stosowanego paska zależy od wagi użytkownika.
System pomiaru siły: Oddziaływanie pionowej siły rekcji ziemi zostało zmierzone na środku platformy (typ 9287)(Kistle, Szwajcaria), zamontowanej na poziomie sztucznego toru biegu. Amplituda sygnałów z głównego wzmacniacza przeszła przez analogowy DT01EZ do karty cyfrowej (translacja danych, Marlboro, MA, USA) w komputerze z procesorem 80486DX z systemem operacyjnym Windows 3.11. Wyniki pomiarów zapisano na dysku komputera dla dalszych analiz. System pomiaru siły został wy skalowany do każdej sesji testowej. Pionowe oddziaływanie siły na powierzchnię było mierzone przy częstotliwości 750 Hz.
[-------]
Analiza danych: Dane dotyczące siły oddziaływania zostały znormalizowane przez podzielenie ich przez wagę uczestnika w Newtonach. Obliczono zmienne by oszacować siłę charakteryzującą moment zetknięcia nogi z podłożem. Maksymalna siła została zmierzona jako najwyższa zanotowana siła. Średnia siła została obliczona jako przeciętna siła w całej fazie kontaktu. Całkowity impuls został obliczony przez całkowanie wykresu wartości siły w czasie, w fazie kontaktu. Impuls przy początkowych 50 ms został zmierzony przez całkowanie wykresu wartości siły w czasie po 50 ms po rozpoczęciu kontaktu. Czas do osiągnięcia maksymalnej siły zmierzono od rozpoczęcia kontaktu do momentu zanotowania najwyższej siły. Czas kontaktu - to moment, w którym noga styka się z powierzchnią. Średnia dla 3 prób została zsumowana i użyta w statystykach.
Analiza statystyczna: Rezultaty dla wartości maksymalnej siły, średniej siły, całkowitej siły, impulsu całkowitego efektu uderzeniowego 50 ms, czasu potrzebnego do osiągnięcia maksymalnej siły i czasu kontaktu zostały porównane przy użyciu metody MANOVA z powtarzanym pomiarem i jednowariantową metodą ANOVA dla tych zestawień. Użyto kryterium błędu alfa przy p = 0,01.
Rezultaty: Metoda MANOVA wykazała nieznaczne różnice zmiennych zależnych, więc dane zostały zsumowane do następnych analiz. Otrzymano różne wyniki w zależności od rodzaju butów i późniejsza jednowariantowa analiza wykazała, że średnia siła i 50 ms zderzenie wzrosły 5,4 ? 9,3% i 46,9 ? 14,8% odpowiednio (tabela l). Całkowita siła, czas potrzebny do osiągnięcia maksymalnej siły i czas kontaktu wzrosły 16,5 ? 7,5%, 24,2 ? 12,5% i 49,9 ? 24,8% odpowiednio (tabela l). Nie było znacznych różnic w maksymalnej sile (tabela l). Rysunek 2 zawiera wykres zależności siły od czasu dla uczestników. Wykres pokazuje, że siła oddziałująca podczas fazy kontaktu wzrasta stopniowo i działa przez dłuższy czas w Kangoo Jumps niż w zwykłych sportowych butach treningowych.
|
Zwykłe buty treningowe średnia (odchyl.stand.) |
Kangoo Jumps średnia (odchyl.stand.) |
Różnica średnia (odchyl.stand.) |
|
|
Siła maksymalna (BW) |
2,62(0,21) |
2,58(0,37) |
1,07(14) |
|
Średnia siła (BW) |
1,47(0,14) |
1,38(0,12) |
-5,4(9,3)* |
|
Impuls 50ms (BW sek) |
0,060(0,012) |
0,031(0,008) |
-46,9(14,8)* |
|
Całkowity impuls (BW sek) |
0,385(0,022) |
0,448(0,032) |
-16,5(7,5)* |
|
Czas osiągnięcia siły maksymalnej (sek) |
0,130(0,013) |
0,152(0,019) |
-24,2(12,5)* |
|
Czas kontaktu (sek) |
0,2630(0,012) |
0,327(0,032) |
-49,9(24,8)* |
Tabela 1: Charakterystyki sił i czasu działania sił podczas noszenia Kangoo Jumps i normalnych butów treningowych.
* wskażniki pokazują różnice między normalnymi butami treningowymi a Kangoo Jumps przy poziomie błędu alfa p/0,01.
Rysunek 1. Siła reakcji gruntu podczas zetknięcia stopy z podłożem w fazie kontaktu podczas joggingu dla reprezentatywnej osoby noszącej normalne buty treningowe i Kangoo Jumps.
[-------]
Dyskusja Celem badań było sprawdzenie siły oddziaływania podłoża w czasie biegania w Kangoo Jumps i sportowych butach treningowych. Wyniki jasno pokazały, że Kangoo Jumps przenoszą znacznie mniej siły uderzeniowej do dolnych kończyn w porównaniu ze sportowymi butami treningowymi. Siła działająca po pierwszych 50 ms początkowej fazy kontaktu została zredukowana w 48%, co powinno spowodować zmniejszenie ryzyka powstania obrażeń.
Rysunek 2 pokazuje, że faza kontaktu jest dłuższa i siła oddziałuje przez dłuższy okres czasu. Siła rośnie stopniowo po uderzeniu i jest niezauważalna w Kangoo Jumps. Czas do osiągnięcia maksymalnej siły wydłuża się. Siła uderzeniowa nogi jest łagodniejsza niż w sportowych butach treningowych.
Maksymalna siła różniła się nieznacznie między dwoma butami, co okazało się niespodzianką. Czas kontaktu wydłużał się, co sugerowało, że mniejsza całkowita siła została wytworzona w ciągu dłuższego czasu wymagając mniejszego wysiłku. Ogólna siła była mniejsza niż sugerowana przez min. przeciętną siłę, jednak całkowity pionowy impuls był większy dla Kangoo Jumps. To dowodzi, że użytkownik może poruszać się bardziej skocznie ze zwiększoną amplitudą pionową między krokami. Większy nacisk na pionowe ruchy może pomóc wyjaśnić fakt, że max. siła różni się nieznacznie. Zwykłe skoki w Kangoo Jumps wymagają dalszych badań.
Wstępne badania sugerują, że użycie Kangoo Jumps zmniejszy siłę uderzenia podczas rekreacyjnego joggingu i treningów dla sportowców. Osoby bez obrażeń mogą kontynuować ćwiczenia bez obawy o swoje zdrowie. Buty mogą mieć zastosowanie w rehabilitacji pacjentów z urazami kończyn. Pacjent może wykonywać ćwiczenia podobne do normalnego biegu, wzmacniać siłę mięśni, utrzymywać sprawność układu krążenia, ale w warunkach zmniejszonego oddziaływania siły uderzeniowej. Jogging z Kangoo Jumps może być krokiem naprzód w rehabilitacji między bezczynnością a normalnym bieganiem. Taki trening ma zalety podobne do zwykłego chodu.
Wnioski: Noszenie Kangoo Jumps znacznie redukuje charakterystyczną siłę uderzeniową działającą podczas kontaktu nogi z podłożem może powodować obrażenia kończyn. Dlatego Kangoo Jumps mogą mieć zastosowanie w rekreacyjnym joggingu, jak również zapewniać bezpieczeństwo pacjentom podczas rehabilitacji. Powinny być przeprowadzone dalsze badania, by oszacować różnice w chodzie w Kangoo Jumps, wydajność energii podczas joggingu i skuteczność użycia ich w rehabilitacji.
Rysunek 2. Kangoo Jumps składają się z butów podobnych do łyżworolek z wyjątkiem kółek i płóz. Pod podeszwami znajduje się eliptyczny łuk z ruchomym paskiem napiętym między zawiasami. Paski te mają zapewnić dodatkową sztywność i elastyczność odbić.
