La BIOMECCANICA nel pattinaggio di figura

La Biomeccanica è lo studio del movimento degli esseri viventi, può quindi essere di grande aiuto nello sport, e in particolare nel pattinaggio artistico sul ghiaccio.

Motion Capture (BiosynSystems)

Premessa

La complessità di questa scienza deriva dal fatto di dover applicare le leggi meccaniche, che definiscono il moto, a un sistema così articolato com’è l’essere umano.

I sistemi corporei coinvolti nel movimento sono :

  • Il Sistema Nervoso centrale

  • Il sistema Nervoso periferico

  • L’apparato Muscolo-Scheletrico

 

Le ossa sono messe in collegamento tra loro tramite le articolazioni, sulle quali agiscono i muscoli grazie ai tendini, che penetrano la membrana ossea esterna . La contrazione muscolare permette di muovere queste articolazioni, che fungono da vere e proprie leve meccaniche permettendo al corpo di spostarsi.

Per semplificare lo studio del movimento il corpo umano può essere rappresentato come un insieme di segmenti articolati .

Ovviamente il moto dell’uomo sarà costantemente monitorato dal cervello. Infatti nei muscoli e nei tendini sono presenti dei recettori che inviano continui segnali al cervello attraverso una via preferenziale del midollo spinale, detta spino-cerebellare.

Queste informazioni vengono recepite dal cervello che in ogni istante sa per certo come sia posizionato il corpo, in che modo siano rapportate le articolazioni e che intensità di contrazione ed elongazione abbiano i muscoli.

Il movimento, con il suo sistema di esecuzione e controllo, è un’attività che l’essere umano può apprendere, migliorare oppure dimenticare. Questa caratteristica dell’uomo è detta “motricità”: attraverso il miglioramento della coordinazione neuromuscolare, un bambino impara a camminare, un ragazzo apprende i rudimenti della tecnica di corsa, un atleta d’elite migliora il suo gesto rendendolo ancora più efficiente. Ogni movimento che compiamo è uno “schema motorio” che il nostro cervello ha immagazzinato.

Nell’uomo inoltre si hanno reazioni diverse, vi è la capacità di apprendere o dimenticare i movimenti e l’adattamento dell’organismo all’attività fisica ripetitiva (la base della teoria dell’allenamento), tutti aspetti che complicano il tema.

All’interno del nostro sito analizzeremo le principali leggi fisiche che regolano il movimento dei corpi negli articoli tecnici del settore FISICA mentre le problematiche relative all’apprendimento motorio verranno sviscerate nel settore PSICOLOGIA/ PSICOMOTRICITÀ.

Nella sezione dedicata alla BIOMECCANICA cercheremo di chiarire quali sono principi e le terminologie della Biomeccanica in modo da agevolare la comprensione delle procedure necessarie ad eseguire gli elementi.

Cosa è lo studio biomeccanico del movimento ?

E’ l’analisi della relazione che intercorre tra l’azione dei muscoli e le forze da essi generati (causa) – ed il movimento nello spazio tridimensionale (effetto).

Lo studio del movimento dei segmenti anatomici umani si divide in:

  • Analisi cinematica : determinazione di parametri fisici di punti predefiniti del corpo nello spazio ( ad esempio posizione, velocità e accelerazione del busto , del braccio e della gamba di appoggio durante una trottola)

  • Analisi dinamica : ottenuta indirettamente tramite la misura di forze e momenti esterni agenti sui segmenti corporei

    Effettuare un’analisi biomeccanica su un pattinatore significa ricercare informazioni riguardanti sia la cinematica sia la dinamica del movimento sul ghiaccio.

    Nello specifico:

    • il movimento del centro di massa dell’intero corpo o di una sua porzione;

    • il movimento di segmenti corporei;

    • la cinematica articolare, il movimento relativo tra ossa o segmenti corporei adiacenti;

    • le forze e le coppie scambiate con l’ambiente;

    • le forze e le coppie trasmesse da strutture interne (legamenti, tendini, muscoli);

    • le variazioni di energia di segmenti corporei;

    • il lavoro e la potenza muscolare.

    Tra le grandezze misurabili utilizzando metodologie sperimentali non invasive troviamo:

    • posizione istantanea di punti sulla superficie corporea (stereofotogrammetria);

    • forze esterne (dinamometri);

    • attività elettrica dei muscoli (elettromiografia);

    • grandezze antropometriche;

    • attività metabolica e gli scambi gassosi con l’ambiente (calorimetria indiretta);

    • morfologia dei segmenti corporei (mediante bio-immagini).

L’interesse nei confronti di questa scienza, non solo all’estero ma anche qui in Italia, è testimoniata dal fatto che la Federazione Italiana Sport del Ghiaccio (FISG) già nel 2004 mise a disposizione dei propri allenatori una dispensa sull’introduzione ai concetti di Biomeccanica dei movimenti sul ghiaccio. Sempre sui concetti introduttivi alla Biomeccanica e sull’importanza dell’applicazione delle varie scienze al pattinaggio di figura, l’allenatore Massimo Colombi, medaglia d’oro dell’International Skating Union, Technical Specialist e Ufficiale di Gara, ha discusso la propria tesina per il conseguimento del terzo livello Fisg.

Analizziamo quindi in che modo la Biomeccanica può aiutare il lavoro degli allenatori e in che modo gli atleti possono applicare i suoi principi.

Nuovi occhi per gli allenatori

Gli elementi che portano al raggiungimento dei massimi risultati agonistici ( ad esempio i salti tripli e quadrupli) sono oggi arrivati a livelli tanto elevati che l’occhio dell’allenatore più esperto non riesce a cogliere e discriminare tutti i complessi fenomeni che caratterizzano gli elementi durante l’esecuzione e quindi ad impartire le necessarie correzioni nel corpo dell’atleta.

La tecnologia ci viene in aiuto con telecamere ad alta risoluzione e alte velocità di campionamento che in abbinamento a programmi al computer che scompongono e analizzano l’elemento istante per istante permettono l’analisi approfondita dell’elemento stesso.

Oggi è disponibile un numero elevatissimo di dispositivi per l’analisi del movimento, per la modellazione del movimento umano e la simulazione, per la stima delle sollecitazioni e lo scambio di forze con il mondo esterno, per il monitoraggio (anche in tempo reale) dei parametri biometrici.

Per il pattinaggio artistico possono essere impiegati vari sistemi di misura e mappatura, uno più interessanti per la mappatura dinamica della pressione sul pattino è il sistema DJNAFOOT 2 della TECHNO CONCEPT un sistema wireless per la misura delle pressioni plantari e l’analisi dei parametri spazio-temporali il quale in modo discreto e non invasivo permette la misurazione dinamica durante gli elementi.

Miglioramento delle prestazioni

Mediante l’analisi e la comprensione dei dati misurati durante la prestazione è possibile studiare i movimenti tecnici permettendo di migliorare la prestazione stessa.

Accorgersi, ad esempio, che l’atleta non incrementa adeguatamente la sua velocità di rotazione, sia durante un salto che durante una trottola, permette all’allenatore di correggere il pattinatore più adeguatamente . Solitamente eseguono questo tipo di analisi atleti le cui prestazioni sono già di alto livello e desiderano migliorarle ulteriormente. L’ eventuale correzione verrà effettuata dall’allenatore in base alla propria esperienza, in base all’ errore commesso dall’ atleta. Ad esempio all’università di Delaware, Jim Richards, eminente professore di kinesiologia e fisiologia applicata presso il College of Health Sciences conduce l’analisi biomeccanica su pattinatori che ambiscono a perfezionare le loro performance in salti tripli . Il professore analizza in particolare la fase di volo del salto. Attraverso la tecnologia di “motion capture” ha mappato i movimenti sul computer, quindi usando un programma che spiega la distribuzione delle masse degli atleti ha creato un modello virtuale di quello che serve all’atleta per eseguire il “suo” salto nella maniera migliore diminuendo il suo momento di inerzia, aumentando così la propria velocità angolare permettendogli di eseguire, ad esempio un salto quadruplo. Ma analizzare solo la fase di volo non è sufficiente. Bisognerebbe spingersi oltre nelle considerazioni riguardanti il salto e analizzarlo , scomponendolo in fasi, in modo da aumentare il momento angolare in fase di stacco, poiché in questo modo il pattinatore variando il momento di inerzia potrà aumentare ulteriormente la sua velocità angolare in fase di volo. Sempre negli Stati Uniti una docente di scienza dello sport, Deborah King, dell’ Itacha College di NY ha “smontato” il salto di una pattinatrice nelle sue componenti fondamentali.

 

L’analisi della prestazione non è però che il primo passo per poter migliorare la tecnica del pattinaggio artistico, cerchiamo di capire perchè!

Dall’ analisi del movimento alla creazione di una tecnica

Immaginiamo di aver preso in considerazione gli errori più frequenti, di averli osservati e analizzati, e di aver cercato la soluzione mediante modelli matematici che ci permettono di visualizzare il risultato cambiando questo o quel parametro, e di aver applicato un elettromiografo ad un’atleta durante l’esecuzione dell’elemento per rilevare la sua attività muscolare e la coordinazione motoria. Ovviamente il miglioramento dell’elemento studiato sarebbe continuo.

Questo è l’obiettivo di una tecnica scientifica pilotata, ovvero cercare in ciascun elemento tecnico il massimo rendimento con il minimo sforzo.

L’integrazione del lavoro del nostro team di esperti di varie discipline porta allo sviluppo di una tecnica che mira a :

  • migliorare il gesto atletico

  • prevenire gli infortuni

  • prevenire le patologie legate alla pratica continuativa negli anni (lombalgie, pubalgie, patologie del piede)

  • mantenimento dell’efficienza

Prevenzione degli infortuni e delle patologie

Se consideriamo l’esempio del salto, dopo aver analizzato la fase di volo e aver capito che è necessario aumentare il momento di inerzia in fase di stacco, considerazioni proprie di un fisico, bisogna applicare queste considerazioni al corpo umano .

Come facciamo dunque ad aumentare il momento angolare in fase di stacco? Dobbiamo aumentare in quell’istante il momento di inerzia allargando braccia e gambe. Ma è importante capire come allargarle, così come è importante mettere a punto l’azione sinergica di braccia e gambe insieme.

Bisognerà quindi chiedere la consulenza di un fisiatra e di ortopedico.

Questo perchè ciascun movimento deve essere non solo dinamicamente corretto, ma anche ottimizzato dal punto di vista della sicurezza ( per evitare traumi a breve e lungo termine).

Per evitare traumi si lavora quindi su due fronti:

  • la messa a punto di una tecnica adeguata

  • la creazione della giusta massa muscolare che permetterà il movimento

Per questo motivo è di importanza fondamentale il lavoro svolto fuori pista che avrà il duplice scopo di spiegare il movimento da eseguire sul ghiaccio ma anche quello di creare la muscolatura che permetterà il movimento senza usurare il corpo .

In sintesi,

la comprensione dei meccanismi che stanno alla base degli eventi lesivi (infortuni) permette la definizione di uno schema motorio ottimale, funzionale anche alla prevenzione degli infortuni. Scoprire quale sia il modo migliore per effettuare un movimento atletico consente di poter realizzare un protocollo d’insegnamento e portare alla scrittura di procedure da parte dei tecnici qualificati, riducendo così le possibilità d’infortunio legate a errate esecuzioni;

Mantenimento dell’efficienza

Comprendere se un movimento sia efficiente in termini energetici permette di ridurre l’insorgenza della fatica . Analizzando il singolo movimento atletico è possibile sfruttare l’elasticità e l’inerzia dei muscoli al fine di realizzare gli elementi con il minor dispendio di energie. Tutto questo è molto importante in uno sport come il pattinaggio artistico che deve mostrare un atleta che oltre che essere un ottimo realizzatore di elementi deve mostrare un aspetto artistico che poco si confà con la fatica della prestazione di un programma di gara.

In tutti quei movimenti in cui il nostro corpo, o una parte di esso, compie un’oscillazione attorno a un asse, è possibile ottimizzare il movimento dal punto si vista energetico semplicemente non disperdendo l’energia potenziale acquisita nella prima parte dell’oscillazione e rilasciandola nella seconda parte del movimento stesso.

Analogamente l’energia poteziale accumulata durante un sollevamento del corpo verrà utilizzata senza essere dispersa nella seconda parte del movimento stesso.

Quindi l’energia acquisita mediante i movimenti (oscillazioni, sollevamenti, ecc..) del nostro corpo, o parte di esso, devono essere ottimizzate e trasformate in movimenti successivi al fine di risparmiare energie e rendere più fluida l’esecuzione del programma, non disperdendo l’energia del movimento .

Insomma, ormai da anni la scienza è entrata a far parte del mondo del pattinaggio artistico e tutti gli allenatori (volente o nolente) dovranno saperne interpretare (mediante studi e continui aggiornamenti) i principi, filtrandoli attraverso la propria esperienza. La biomeccanica non è però una medicina miracolosa, e non esistono METODI rivoluzionari. Bisogna quindi fare molta attenzione, vista la complessità della materia, a fregiarsi di aver compreso e interpretato i principi della biomeccanica senza aver interapreso gli studi adeguati . Altrimenti si possono fornire indicazioni addirittura lesive per il corpo dell’atleta.

Le ricerche dei componenti del nostro team mirano a mettere “nero su bianco” le procedure che porteranno alla realizzazione di ciascun elemento tecnico tenendo conto dei paramentri sopra citati, nella piena consapevolezza che lo studio non finisce mai e la scienza è patrimonio di tutti.