3D kinematická analýza kopu mae-geri dvou elitních karatistů

Cílem této studie bylo determinovat kinematický profil přímého kopu  mae-geri dvou elitních instruktorů tradičního karate, držitelů 6. a 5. danu, přímých studentů senseie Nishyamy, a determinovat hlavní kinematické prvky ovlivňující průběh kopu.  Pro studii jsme zvolili Simi Motion 3D analylis system. Kop byl rozdělen do 3 kardinálních fází a každá fáze do 3 mikrofází. Byly charakterizovány hlavní kinematické veličiny a provedena komparace. Fenomén pákového efektu související s intersegmentální synchronizací byl pozorován v iniciační a akcelerační fázi. Flexe kyčelního kloubu byla hlavním činitelem v akcelerační fázi. Usuzujeme, že  míra flexe kolena může mít vliv na akceleraci a následnou  absolutní rychlost provedeného kopu.

 

Tradiční karate je staré bojové umění beze zbraně. Techniky byly z hlediska biomechaniky zdokonaleny senseiem Hidetakou Nishiyamou (10. dan). Hidetaka Nishiyama byl jako jediný učitel bojových umění oceněn japonským císařem v roce 2000 za svůj dlouhodobý přínos a propagaci japonské kultury. Cvičení karate vyžaduje vynikající kontrolu pohybu související se schopností vykonat hlavní technické akce co nejrychleji (Zehr et al., 1997; Mori et al., 2002). Preciznost pohybu a souhra segmentů těla hraje velkou roli v plynulosti pohybu (Zvonař et al., 2011). Sensei Nishiyama vyvinul precizní empirický systém učení pohybu těla. Zdůrazňoval práci všech segmentů těla jako jednoho celku, což shrnul slovy „tělo jako bič”. Literatura označuje tento fenomén jako dynamické spojování (Zajac et al., 2002; Siegel et al. 2004) nebo šíření pohybu z jednoho celku na druhý (Zvonař et al., 2011). Tento jev byl pozorován také v dalších studiích (Robertson & Mosher, 1985; Lemaire & Robertson, 1989; Jöris et al., 1985), kdy pohyb v kyčelním kloubu dosáhne maximální rychlosti při své flexi a moment síly se stane extenzorem (pravděpodobně díky excentrické kontrakci m. gluteus) způsobujícím zpomalení flexe kyčlí a iniciaci extenze kolene – šlehnutí biče (Gordon et al., 2001).  Techniky jsou užívány v rozdílných vzdálenostech závisejících na pozici protivníka a poskytují vyšší destrukční sílu než údery. Síla nárazu kopu do soupeře může způsobit vážná zranění, zvláště pokud jsou techniky kopů vykonány na podobném principu jako je šlehnutí biče (Smith et al., 1993). V literatuře se objevuje široké spektrum výzkumů zabývajících se biomechanikou kopu. Spousta výzkumů se zabývá technikou kopů v taekwondu (Kim et al., 2000, Kim & Shin, 2010; Kang, 1998; Landeo & McInthos, 2008). Méně výzkumů se zabývalo problematikou kopů v karate (Sforza, 2002; Smith et al., 1993; Doke, 2005). Většina výzkumů byla zaměřena spíše na kvantitativní ukazatele techniky kopu, než na kvalitativní investigaci mezisegmentálních vztahů, která poskytuje detailní informace o provedeném kopu. Kyčle nebo rameno mají tři stupně volnosti, každý v trojrozměrném prostoru, takže je možné definovat společný relativní úhel s kolenem nebo loktem a následný směr výsledné úhlové rychlosti.  Proto je nový přistup tří stupňů volnosti nezbytný k zachycení mezikloubní koordinace proximálních a distálních segmentů v 3D prostoru (Kim et al., 2011; Landeo & McInthos, 2008). Rozhodli jsme se využít 3D Simi Motion analysis v naší studii. Simi Motion bylo použito již ve studii Aikida, a to v modelování pádu vpřed se zaražením (Reguli, 2007).

Cíl studie

Za pomocí kinematické analýzy vytvořit komplexní a zároveň detailní náhled na kinematiku kopu a pozorovat intersegmentální závislosti. Determinovat rozdílnost techniky dvou elitních karatistů a vyvodit poznatky pro praxi.

Metody

Pro kinematickou analýzu byl zvolen přímý kop mae-geri (obr.15). Mae-geri je první kop, který se v karate učí začátečníci.  Mae-geri je přímý kop dolní končetiny začínající flexí kolena a flexí v kyčelním kloubu v momentu, kdy koleno dosáhne svého maxima v dopředné ose, a dochází k postupné extenzi končetiny. Dráha kopu je ukončena v momentu zpětného pohybu segmentu kotníku. Mae-geri bylo vykonáno ze základního postoje, kolena mírně pokrčena, chodidla mírně od sebe. Probandi provedli 3× kop mae-geri v řadě za sebou.

Probandy byli dva elitní karatisté, stoupenci tradičního karate, držitelé 5. a 6. danu, přímí žáci senseie Hidetaky Nishiyamy: TO1 (38 let, 189 cm, 87 kg) a TO2 (48 let, 184 cm, 80 kg). Probandi jsou instruktory tradičního karate, aktivně praktikující karate 23 a 33 let. Jsou trenéry a mají 4–6 aktivních tréninkových lekcí týdně.  Testované osoby byly požádány, aby si oblékly černý dres s připevněnými 13 reflektivními markery o průměru 2 mm. Markery byly umístěny na hlavních segmentech těla (hlava, ramena, kyčle, kolena a kotníky). Probandi provedli každý 3 kopy v řadě za sebou.

Kinematická analýza byla provedena s poloautomatickou digitalizací v Simi Motion 3D software (verze 5.5, Simi Reality Motion Systems GmbH, Germany). 3D diagnostika za pomocí Simi motion 3D software byla aplikována v atletice (Sebera, Joukal & Zvonař, 2007) a v bojových uměních, kde prokázal vhodnost této metody Reguli (2007). Záznam byl pořízen dvěma vysokorychlostními kamerami. Markery byly manuálně detekovány v Simi Motion software a trojrozměrný model byl automaticky kalkulován Simi Motion 3D softwarem. Začátek kopu byl definován pohybem kteréhokoliv segmentu těla. Tím jsme docílili zpřesněného údaje o počátku pohybu, který je doprovázen přípravou jiných segmentů těla (hlavy, rukou, pánve). Kinematika kopu byla rozdělena do 3 hlavních fází (iniciační, akcelerační, finální) a každá hlavní fáze byla rozdělena do 3 mikrofází.

Obr. 15 Kinematický profil TO 1

Obr. 16 Kinematický profil TO 2

Výsledky a diskuze

Prostřednictvím kinematické analýzy jsme provedený kop mae-geri rozdělili na 3 hlavní fáze (Iniciační, akcelerační, finální) a každá hlavní fáze byla segmentována na 3 mikrofáze, abychom docílili komplexního a zároveň detailního náhledu provedení techniky. V každé z fází jsme detailně popsali pohyb segmentů. Svou pozornost jsme zaměřili na intersegmentální koordinaci. Naše studie byla zaměřena na kvalitativní provedení vykonané techniky, avšak pro stručný náhled uvádíme zároveň dosažené maximální hodnoty segmentů kolena a kotníku v jednotlivých fázích (obr. 18). Kinematický profil kopu mae-geri u obou TO je takřka identický, a to u všech 6 pokusů. Pouze křivky nárůstu rychlostí a přechod v akcelerační fázi byl u TO1 razantnější. Domníváme se, že tento jev byl pravděpodobně způsoben výraznější flexí v kolenním kloubu (obr. 19). Pro detailní přehled kinematiky mae-geri předkládáme podrobný popis techniky v jednotlivých fázích.

První mikrofáze

Tato fáze je determinována počátkem pohybu kteréhokoli segmentu těla (pánve, ramen, kolen, kotníků) po ose Y. Změny v pohybu segmentu těla po ose Y nebyly významné, ale pohyb byl pozorován po ose Z a zpětný pohyb segmentů ramen po ose Y.

Druhá mikrofáze

Je charakterizována začínající výraznou flexí kolena. Pánev se pohybuje podél osy Y a celé tělo se připravuje na akcelerační fázi. Zaznamenali jsme intersegmentální koordinaci svalů. Koleno urazilo skoro 50 % své dráhy, ramena se rapidně pohybují vzad a flexe kolena je těsně před svým maximem. TO1 v této fázi ve všech třech pokusech provedla razantní koordinaci segmentů těla. Přechod do akcelerační fáze byl synchronní za pomoci zpětného pohybu ramen a byla zaznamenána rapidní změna segmentu kotníku po ose Y. Tento fenomén popisujeme jako pákový-kyvadlový efekt. Akcelerační rychlosti kotníku a zpětný pohyb v ose Z a Y potvrzují naši domněnku. Pákový efekt byl proveden oběma testovanými osobami.

Akcelerační fáze

Je determinována prudkými změnami v pohybu segmentů (obr. 17). V akcelerační fázi je evidentní kolaborace segmentů těla, které se podílejí na pákovém efektu zmiňovaném v druhé mikrofázi. Koleno téměř dosáhlo svého maxima po ose Y, ramena inklinují stále ke zpětnému pohybu po ose Y a Z, pohyb pánve po ose Y a Z je významný. Pákový efekt v této fázi se nám potvrdil.  Flexe kolena dosahuje svého maxima. 

Obr. 17 Mae-geri, akcelerační fáze

V první mikrofázi dosahují segmenty svých maximálních rychlostí. Pozorujeme i negativní maxima úhlových rychlostí kolena. Domníváme se, že tento jev byl způsoben finalizací flexe kolena a pákovým efektem společně s flexí v kyčelním kloubu. Negativní hodnoty v (Y,Z) naše spekulace potvrzují. V této fázi dochází k dynamickým změnám v úhlovém zrychlení kotníku a (X)max. Obě TO dosahují u všech 3 pokusů shodné maximální hodnoty pozorovaných rychlostí. Domníváme se, že tento fenomén je způsoben prudkou změnou pohybu ramen proti ose Y a Z.

V druhé mikrofázi segment koleno dokončuje pohyb v ose Y i Z. Dynamika pákového efektu je stále viditelná. Dochází k prudkým změnám v pohybu kotníku a pánve, dochází k extenzi kolen, distální segment (kotník) je ve významnější dynamické změně oproti segmentu proximálnímu (stehnu). Tento jev se shoduje s poznatky Gordona et al. (2001) o začínající extenzi a následné finální fázi. Zároveň pozorujeme počínající ukončení zpětného pohybu ramen. Usuzujeme, že je tento jev před přípravou těla na finální fázi, při níž dochází ke kontaktu s cílem.

Finální fáze

Finální fáze je první mikrofází spojena s doznívajícími dynamickými změnami na konci druhé akcelerační mikrofáze. Jinak je tato mikrofáze charakteristická jako postupné klesání rychlostí segmentů těla, pákový efekt již není významný, naopak pozorujeme dopředný pohyb ramen i segmentu pánve. Usuzujeme, že se segmenty těla připravují na nadcházející náraz do cíle.

Obr. 18 Finální fáze

Tab. 4 Maximální rychlosti v jednotlivých fázích

Obr. 19 Úhel v koleně a absolutní rychlost, úhlové zrychlení (TO1)

Obr. 19a Úhel v koleně a absolutní rychlost, úhlové zrychlení (TO1)

Shrnutí

Kinematický profil obou elitních karatistů je skoro identický. Testované osoby provedly třikrát kop mae-geri, kinematický profil se shodoval z hlediska kvalitativního. Díky detailní kinematické analýze jsme mohli pozorovat automatizovanou intersegmentální souhru zmiňovanou v literatuře (Robertson & Mosher, 1985; Lemaire & Robertson 1989; Jöris et al., 1985; Zvonař et al., 2011). Identifikovali jsme fenomén „pákového efektu” v iniciační a akcelerační fázi, způsobený synchronizací zpětného pohybu ramen a dopředného pohybu pánve. Z naší studie usuzujeme na možnost vlivu míry flexe kolena na absolutní rychlost kopu. Křivky absolutní rychlosti v(abs), úhlového zrychlení v(x), úhlového zrychlení v(ax) a flexe v kolenním kloubu vykazují velkou míru závislosti. S narůstající mírou flexe kolena narůstají rychlosti segmentu kotníku (obr. 19). Podobně kopy provedené s flexí kolena vykazovaly ve studii Chena et al. (1998) větší hodnoty úhlových rychlostí. Jelikož flexe kolena dosahuje téměř svého maxima na konci druhé mikrofáze iniciační fáze, domníváme se, že je výhodné zaměřit tréninkovou praxi na flexi kolena v iniciační fázi. Intersegmentální souhra flexe kolena a fenoménu „pákového efektu“ hrají velkou roli při generaci rychlosti. Z hlediska takticko-bojového je rychlá generace rychlosti významným činitelem momentu překvapení, a tedy technika provedená tímto způsobem může být výhodou v reálném boji.

(brož. vaz., s. 61 - 72)