Zdjęcie: Bradden Collum, Unsplash
W pierwszej dekadzie życia chłopcy i dziewczęta wykazują zbliżoną prędkość biegu sprinterskiego, co może być wynikiem podobnego tempa rozwoju układu nerwowego i koordynacji ruchowej. Szczególnie intensywne zmiany w zakresie szybkości biegu obserwuje się w okresie między 5. a 9. rokiem życia. W tym czasie rozwój układu nerwowego i poprawa zdolności koordynacyjnych pozwalają dzieciom na znaczne zwiększenie prędkości.
Jednak od około 12. roku życia tempo wzrostu szybkości biegu u dziewcząt zaczyna wyraźnie zwalniać w porównaniu z chłopcami. Różnica ta jest w dużej mierze związana ze zmianami w wielkości i składzie ciała wynikającymi z procesów dojrzewania. Hormonalne zmiany, takie jak wzrost poziomu estrogenów u dziewcząt i testosteronu u chłopców, mają kluczowy wpływ na te różnice. Testosteron sprzyja rozwojowi masy mięśniowej i poprawie zdolności generowania siły, co daje chłopcom przewagę w zakresie zdolności sprinterskich.
Sprint opiera się w dużym stopniu na mechanizmie cyklu rozciągnięcie-skurcz. W związku z tym, kluczowe determinanty fizjologiczne tego mechanizmu, takie jak rozmiar mięśni, skład włókien mięśniowych oraz sztywność tkanek łącznych i ścięgien, odgrywają istotną rolę w kształtowaniu zdolności sprinterskich. U chłopców rozwój tych cech jest wspierany przez wyższy poziom testosteronu, który promuje hipertrofię mięśni oraz wzrost siły i elastyczności tkanek łącznych. U dziewcząt hormonalne zmiany prowadzą do wzrostu masy tłuszczowej, co może negatywnie wpływać na wydajność sprinterską.
W artykule omówione zostaną różnice w składzie ciała, rozmiarze mięśni, składzie włókien mięśniowych oraz sztywności tkanek łącznych u chłopców i dziewcząt w kontekście zdolności sprinterskich. Analiza obejmie także wpływ wzrostu i dojrzewania na te parametry oraz zmiany w kinematyce i dynamice biegu sprinterskiego w różnych etapach rozwoju młodzieży. Dodatkowo, zostaną przedstawione dwa modele zaproponowane przez wcześniejszych badaczy, mające na celu optymalizację wydajności sprinterskiej u dzieci i młodzieży, z uwzględnieniem różnic płciowych i etapów dojrzewania.
Wpływ dojrzewania hormonalnego i zmian w składzie ciała na zdolności szybkośćiowe
Insulinopodobny czynnik wzrostu 1 (IGF-1), kluczowy hormon wzrostu u dzieci, osiąga swoje maksymalne stężenie w okresie wczesnej adolescencji. U dziewcząt szczyt ten przypada na wiek 12–13 lat, natomiast u chłopców na 15–16 lat. Hormon ten odgrywa istotną rolę anaboliczną, wspierając rozwój tkanki mięśniowej, co wpływa na siłę, szybkość i moc mięśniową w okresie dojrzewania. U dziewcząt jednak okres ten zbiega się z dojrzewaniem płciowym, które prowadzi do wzrostu ilości tkanki tłuszczowej w porównaniu z chłopcami. Taki wzrost masy tłuszczowej może szczególnie wpływać na zdolności ruchowe wymagające podtrzymywania masy ciała, jak bieganie czy skoki. W przeciwieństwie do tego, efekty androgeniczne testosteronu u chłopców w okresie dojrzewania zwiększają beztłuszczową masę ciała, co pozytywnie wpływa na stosunek masy do mocy.
Naturalny wzrost masy ciała i zmiany składu ciała w okresie dojrzewania znacząco wpływają na zdolności motoryczne. U dziewcząt maksymalne tempo przyrostu masy ciała, wynoszące średnio 8,3 kg rocznie, przypada na około 12,5 roku życia. W tym wieku wzrost tkanki tłuszczowej i zmniejszenie produkcji siły mogą negatywnie wpływać na osiągi sprinterskie. Starsze dziewczęta odnotowują zmniejszenie długości kroku i redukcję sił reakcji podłoża, co prowadzi do obniżenia prędkości biegu.
U chłopców maksymalny przyrost masy ciała następuje później, około 14. roku życia, co zbiega się z okresem maksymalnego tempa wzrostu wysokości ciała. Chłopcy w tym okresie odnotowują średni przyrost wzrostu o 7–12 cm rocznie. Wzrost długości nóg i wysokości ciała pozytywnie wpływa na prędkość sprinterską, ponieważ zwiększa długość kroku i przesunięcie środka masy ciała.
Skład ciała zmienia się znacząco w okresie dojrzewania. Zarówno masa tłuszczowa, jak i beztłuszczowa rośnie u chłopców i dziewcząt w wieku 9–15 lat. Jednakże dziewczęta doświadczają większego przyrostu tkanki tłuszczowej, szczególnie w dolnych partiach ciała, co może ograniczać produkcję siły względnej podczas sprintu. Wzrost masy ciała wymaga większego przyspieszenia, co zgodnie z drugą zasadą dynamiki Newtona może negatywnie wpływać na osiągi w biegach sprinterskich.
U chłopców masa tłuszczowa rośnie w mniejszym stopniu, co sprzyja lepszemu stosunkowi siły do masy ciała. Badania wykazują, że poziom siły i mocy generowanej poziomo jest najlepszym predyktorem prędkości sprinterskiej wśród chłopców w okresie dojrzewania. W przypadku dziewcząt wyższy poziom estrogenu i związany z tym wzrost masy tłuszczowej może negatywnie wpływać na kinematykę i dynamikę biegu, takie jak długość kroku czy reakcje na siły podłoża.
Zmiany wysokości i masy ciała odgrywają kluczową rolę w osiągach sprinterskich młodzieży. U chłopców przed dojrzewaniem długość nóg i wzrost mają pozytywny wpływ na prędkość biegu, podczas gdy u dziewcząt dłuższe nogi mogą prowadzić do zmniejszenia maksymalnej prędkości sprinterskiej. Wzrost masy tłuszczowej u dziewcząt wpływa na zmniejszenie długości kroku i częstotliwości kroków, co pogarsza osiągi biegowe.
Kreatyna od testosterone.pl – suplement, który świetnie sprawdzi się w sprintach – KUP TUTAJ
Cykl rozciągnięcie-skurcz i jego rola w zdolnościach sprinterskich oraz znaczenie rozmiaru mięśni
Cykl rozciągnięcie-skurcz (SSC) jest mechanizmem, w którym przed szybkim skurczem koncentrycznym mięśnie ulegają ekscentrycznemu „rozciągnięciu”. Jest to kluczowe dla takich ruchów jak bieganie, skakanie i rzucanie. Raporty wskazują, że ta sekwencja ruchów (ekscentryczne rozciąganie przed koncentrycznym skurczem) bardziej poprawia wydajność końcowej fazy koncentrycznej niż działania oparte wyłącznie na skurczu koncentrycznym. Na przykład u młodych mężczyzn wysokość skoku wzrasta o 1-5%, gdy poprzedza ją ruch przeciwny, taki jak przysiad przed wyskokiem.
SSC można sklasyfikować jako szybki lub wolny w zależności od czasu kontaktu z podłożem. Jeśli czas kontaktu jest krótszy niż 250 ms, jest to szybki SSC, a jeśli dłuższy – wolny SSC. Sprinty są uważane za aktywności wykorzystujące szybki SSC, ponieważ czas kontaktu z podłożem wynosi poniżej 250 ms. U dziewcząt po osiągnięciu szczytowego tempa wzrostu czas ten wynosi średnio 170 ms (0,17 s). Funkcjonalność SSC zależy od kilku zmiennych fizjologicznych, takich jak wielkość mięśni, skład włókien mięśniowych oraz sztywność tkanek łącznych i ścięgien, które mogą różnić się w zależności od płci.
Rozmiar mięśni i jego wpływ na SSC
Wzrost rozmiaru mięśni przyczynia się do zwiększenia zdolności generowania siły, co poprawia wyniki w aktywnościach opartych na SSC. Wraz z rozwojem i dojrzewaniem biologicznym mięśnie stają się większe, co umożliwia generowanie większej siły zarówno w fazie koncentrycznej, jak i ekscentrycznej. W badaniach wykazano, że rozmiar mięśni jest istotnie związany z siłą koncentryczną mięśni czworogłowych uda i kulszowo-goleniowych oraz z siłą ekscentryczną mięśni kulszowo-goleniowych.
Wyższa siła koncentryczna w działaniach SSC przyczynia się do większego impulsu i szybszego tempa rozwoju siły, co prowadzi do lepszych wyników w takich zadaniach jak biegi sprinterskie i skoki. Ponadto większe siły generowane w fazie ekscentrycznej SSC mogą zwiększać magazynowanie energii elastycznej w mięśniach i ścięgnach. U chłopców, którzy w okresie dojrzewania doświadczają znaczącego wzrostu masy mięśniowej, korzyści wynikające z większej siły i efektywności SSC są bardziej widoczne niż u dziewcząt.
Przewaga chłopców w działaniach opartych na SSC
Wzrost masy mięśniowej u chłopców, napędzany przez efekty androgeniczne testosteronu, sprzyja lepszej funkcji SSC. Większa masa mięśniowa pozwala na skuteczniejsze magazynowanie i wykorzystanie energii elastycznej, co przekłada się na wyższą wydajność w biegach sprinterskich i innych zadaniach wymagających siły i szybkości. W przypadku dziewcząt wzrost masy tłuszczowej związany z dojrzewaniem może ograniczać zdolność do skutecznego wykorzystania SSC, co wpływa na ich wyniki w porównaniu z chłopcami.
Smart intra od testosterone.pl – zastrzyk energii dla młodych sportowców – KUP TUTAJ
Wpływ kompozycji włókien mięśniowych na zdolności sprinterskie
Oprócz wielkości mięśni, istotną rolę w zdolnościach sprinterskich odgrywa także skład włókien mięśniowych. Włókna mięśniowe typu 2 są szczególnie ważne, ponieważ umożliwiają szybkie generowanie siły, co przekłada się na lepsze wykorzystanie cyklu rozciągnięcie-skurcz (SSC) w porównaniu z włóknami typu 1. Włókna typu 2 charakteryzują się większą szybkością skurczu i zdolnością do produkcji mocy, co czyni je kluczowymi w aktywnościach wymagających dużej szybkości, takich jak sprinty.
Badania wskazują, że udział włókien mięśniowych typu 1 zmniejsza się z około 65% w wieku 5 lat do 50% w wieku 20 lat. Jednak dane podłużne sugerują, że różnice w składzie włókien mięśniowych między płciami stają się widoczne w okresie przejścia z adolescencji do dorosłości. U kobiet udział włókien typu 1 wykazuje tendencję wzrostową, zwiększając się z 51% ± 9% do 55% ± 12% w wieku od 16 do 27 lat. U mężczyzn natomiast udział włókien typu 1 maleje, zmniejszając się z 55% ± 12% do 48% ± 13% w tym samym przedziale wiekowym.
Wzrost udziału włókien typu 1 u kobiet może ograniczać ich zdolność do szybkiego generowania siły, co wpływa na efektywność SSC i zdolności sprinterskie. Zmniejszenie udziału włókien typu 2, które odpowiadają za szybkie i dynamiczne ruchy, może prowadzić do pogorszenia wyników w aktywnościach wymagających szybkości i mocy, takich jak biegi sprinterskie. U mężczyzn zmniejszenie udziału włókien typu 1 i większa dominacja włókien typu 2 sprzyjają lepszym zdolnościom do generowania siły i mocy, co daje im przewagę w sportach opartych na szybkość.
Wpływ sztywności ścięgien na zdolności sprinterskie w okresie dojrzewania
Oprócz wielkości mięśni i składu włókien mięśniowych, sztywność ścięgien odgrywa istotną rolę w poprawie wydajności sprinterskiej u dzieci. Większa sztywność ścięgien prowadzi do skrócenia sił hamujących, zmniejszenia czasu kontaktu z podłożem oraz zwiększenia aktywności elektromiograficznej, co jest korzystne podczas sprintu.
Badania wskazują, że mężczyźni wykazują większą sztywność ścięgna rzepki i ścięgna Achillesa w porównaniu z kobietami. U młodzieży sztywność nóg wzrasta w okresie dojrzewania, ale różnice między płciami są znaczące. U chłopców sztywność nóg wzrasta z 24,7 ± 10,6 kN/m w wieku 11–12 lat do 44,1 ± 14 kN/m w wieku 19–20 lat. Największy przyrost obserwuje się między 17. a 20. rokiem życia, kiedy sztywność wzrasta aż o 32,7%.
U dziewcząt sztywność nóg zwiększa się z 26,6 ± 9 kN/m w wieku 11–12 lat do 39,4 ± 10,9 kN/m w wieku 19–20 lat. Jednak w wieku 17–18 lat dochodzi do spadku sztywności nóg, co może być związane ze wzrostem procentowego udziału tkanki tłuszczowej, który wynosi w tym okresie około 25%.
Większa sztywność ścięgien sprzyja efektywnemu wykorzystaniu cyklu rozciągnięcie-skurcz, co prowadzi do krótszego czasu kontaktu z podłożem i większego impulsu generowanego podczas biegu. U chłopców zwiększona sztywność ścięgien w okresie dojrzewania jest dodatkowym atutem, który poprawia ich wyniki sprinterskie. U dziewcząt, mimo wzrostu sztywności ścięgien w młodszym wieku, późniejsze zmiany hormonalne i wzrost masy tłuszczowej mogą ograniczać ten potencjał.
Różnice w kinematyce
Prędkość sprinterska jest wynikiem długości kroku i częstotliwości kroku. Jednak relacja między tymi dwoma zmiennymi nie zawsze jest liniowa. Badania wykazały, że u dorosłych sprinterów wydłużenie kroku często prowadzi do obniżenia częstotliwości kroku. W przypadku młodzieży określenie tej zależności jest trudniejsze z powodu zmian związanych z naturalnym rozwojem, w tym wzrostu i dojrzewania.
Długość kroku zwiększa się w trakcie dzieciństwa i adolescencji, co wynika głównie z wydłużenia nóg związanego z procesem wzrostu. Badania wykazały stały wzrost długości kroku u chłopców, którzy pozostali przed osiągnięciem szczytowego tempa wzrostu (PHV), jak i u tych, którzy przeszli z fazy pre-PHV do post-PHV. Różnice te były znaczące w obu grupach, wskazując na kluczową rolę wzrostu w poprawie długości kroku.
W przeciwieństwie do długości kroku, częstotliwość kroku oraz czas lotu pozostają stosunkowo niezmienne u chłopców w różnych fazach dojrzewania. Chłopcy przed PHV są bardziej zależni od częstotliwości kroku podczas sprintu, ale mogą mieć ograniczoną koordynację ruchową i siłę, aby skutecznie stabilizować i generować siłę w dolnych partiach ciała. W rezultacie, choć długość kroku wzrasta wraz z dojrzewaniem, częstotliwość kroku i czas lotu pozostają bez większych zmian.
Badania nad kinematyką sprintu u dziewcząt są ograniczone w porównaniu z badaniami dotyczącymi chłopców. Niedawne badania wykazały, że długość kroku jest większa u dziewcząt po PHV w porównaniu z dziewczętami w trakcie PHV, przy czym nie odnotowano różnic w czasie kontaktu z podłożem, czasie lotu ani częstotliwości kroku. Z kolei inne badania sugerują, że u starszych dziewcząt (powyżej 12,7 lat) długość kroku stabilizuje się, a tempo wzrostu długości kroku jest znacznie mniejsze niż u młodszych dziewcząt.
Różnice w kinetyce
Badania nad kinematyką sprintu u dorosłych wskazują, że szczytowe i średnie siły wzrastają proporcjonalnie do prędkości biegu aż do około 60% maksymalnej prędkości, po czym pozostają względnie stałe do osiągnięcia prędkości maksymalnej. Podczas fazy przyspieszenia siły poziome znacznie wzrastają, zarówno w fazie hamowania (ekscentrycznej), jak i w fazie napędowej (koncentrycznej). Siły pionowe są bardziej stabilne i nie różnią się istotnie w zakresie od 70 do 100% maksymalnej prędkości. Wyniki te wskazują na kluczową rolę sił poziomych, szczególnie w początkowych fazach przyspieszenia, gdzie konieczne jest pokonanie bezwładności ciała.
Badania nad wpływem kinematyki na prędkość sprintu u młodzieży są ograniczone w porównaniu z badaniami dorosłych. Eksperymenty z wykorzystaniem bieżni niemotorowych sugerują, że maksymalna siła i moc mogą być ważnymi predyktorami wydajności sprinterskiej u chłopców w różnych etapach dojrzewania. U chłopców przed i w trakcie szczytowego tempa wzrostu (PHV) moc pionowa ma duży wpływ na wydajność sprinterską. Dane przekrojowe i podłużne wskazują również, że pionowa sztywność nóg, względna maksymalna siła oraz względna sztywność nóg przyczyniają się do lepszych wyników sprinterskich.
Różnice w kinematyce sprintu między chłopcami a dziewczętami wynikają głównie z procesów dojrzewania i wzrostu. U chłopców wyższe poziomy androgenów i hormonów wzrostu prowadzą do większej produkcji siły. Natomiast u dziewcząt ograniczony anaboliczny wpływ estrogenów może ograniczać wzrost masy mięśniowej i zdolności do generowania siły. Zmniejszona sztywność tkanek łącznych u dziewcząt dodatkowo negatywnie wpływa na kinematykę sprintu.
Badania wykazały, że dziewczęta po PHV mają większe siły poziome, maksymalną moc i prędkość maksymalną w porównaniu z dziewczętami w trakcie PHV. Kluczowymi predyktorami maksymalnej prędkości sprinterskiej u dziewcząt były czas kontaktu z podłożem, maksymalna moc, częstotliwość kroku i długość kroku, przy czym czas kontaktu był najważniejszym czynnikiem. W jednym z badań japońskie dziewczęta w wieku poniżej 12,7 lat wykazywały większe siły napędowe podczas przyspieszania w porównaniu ze starszymi dziewczętami, co prawdopodobnie było związane z większym tempem wzrostu wysokości ciała u młodszych dziewcząt oraz większą masą tłuszczową u starszych dziewcząt, co negatywnie wpływało na produkcję siły względnej.
Badania nad siłami reakcji podłoża (GRF) u dzieci przed PHV wykazały, że u chłopców większe prędkości były związane z wyższymi siłami przednio-tylnymi oraz krótszym czasem kontaktu z podłożem. U dziewcząt zwiększenie prędkości maksymalnej było związane z dłuższym czasem kontaktu z podłożem, a nie z większymi siłami reakcji podłoża. Wyniki sugerują, że chłopcy wykazują przyspieszony rozwój zdolności sprinterskich około 4,5–5 lat przed PHV, podczas gdy u dziewcząt gwałtowny rozwój następuje 1,5–2 lata przed PHV.
WPC80 od testosterone.pl – smaczne uzupelnienie białka młodego sportowca – KUP TUTAJ
Podsumowanie
Rozwój zdolności sprinterskich u chłopców i dziewcząt znacząco różni się w zależności od etapu dojrzewania, co wynika głównie z różnic hormonalnych, zmian w składzie ciała oraz fizjologicznych adaptacji. W pierwszej dekadzie życia zarówno chłopcy, jak i dziewczęta wykazują zbliżone zdolności sprinterskie, co można przypisać podobnemu rozwojowi układu nerwowego i koordynacji ruchowej. Jednak po 12. roku życia dziewczęta odnotowują spowolnienie tempa wzrostu prędkości biegu w porównaniu z chłopcami. Jest to spowodowane wzrostem masy tłuszczowej u dziewcząt, która negatywnie wpływa na produkcję siły względnej i kinematykę sprintu, podczas gdy u chłopców zwiększa się masa mięśniowa i zdolność generowania siły, wspierane przez wyższy poziom testosteronu.
SSC odgrywa kluczową rolę w generowaniu siły i mocy podczas sprintu. U chłopców większa masa mięśniowa i sztywność ścięgien pozwalają na efektywniejsze wykorzystanie SSC, co przekłada się na lepsze wyniki w biegach sprinterskich. U dziewcząt zmniejszona sztywność tkanek łącznych i większy udział tkanki tłuszczowej ograniczają efektywność SSC, co może negatywnie wpływać na wydajność sprinterską.
Prędkość sprinterska jest wynikiem interakcji między długością kroku a częstotliwością kroku. W okresie dojrzewania chłopcy wykazują większy wzrost długości kroku dzięki wydłużeniu nóg i zwiększonej zdolności generowania siły. U dziewcząt długość kroku stabilizuje się w późniejszych etapach dojrzewania, a wzrost masy tłuszczowej ogranicza efektywność biegu. Badania nad siłami poziomymi i pionowymi wskazują, że chłopcy lepiej wykorzystują siły napędowe w początkowych fazach sprintu, co wspomaga ich zdolności do przyspieszania i osiągania wyższych prędkości maksymalnych.
Rozwój zdolności sprinterskich jest złożonym procesem, na który wpływają zarówno czynniki fizjologiczne, jak i biomechaniczne. Chłopcy zyskują przewagę dzięki większej masie mięśniowej, efektywności SSC i korzystniejszemu stosunkowi siły do masy ciała. Dziewczęta natomiast mogą doświadczać ograniczeń wynikających z wyższego udziału tkanki tłuszczowej i mniejszej sztywności tkanek łącznych. Dalsze badania powinny skupić się na dokładniejszym zrozumieniu wpływu dojrzewania na kinematykę i kinetykę sprintu u dziewcząt oraz na opracowaniu spersonalizowanych strategii treningowych wspierających rozwój zdolności sprinterskich w obu płciach.
Bibliografia
- Barnes, H. V. (1975). Physical growth and development during puberty. Medical Clinics of North America, 59, 1305–1317.
- Beunen, G., & Malina, R. M. (1988). Growth and physical performance relative to the timing of the adolescent spurt. Exercise and Sport Sciences Reviews, 16(1), 503–540.
- Butterfield, S. A., Lehnhard, R., Lee, J., & Coladarci, T. (2004). Growth rates in running speed and vertical jumping by boys and girls ages 11–13. Perceptual and Motor Skills, 99(1), 225–234.
- Chidi-Ogbolu, N., & Baar, K. (2019). Effect of oestrogen on musculoskeletal performance and injury risk. Frontiers in Physiology, 9, 1834.
- Colyer, S. L., Nagahara, R., Takai, Y., & Salo, A. I. T. (2020). The effect of biological maturity status on ground reaction force production during sprinting. Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports, 30(8), 1387–1397.
- Flanagan, E. P., & Comyns, T. (2008). The use of contact time and the reactive index to optimize fast stretch shortening cycle training. Strength and Conditioning Journal, 30(5), 32–38.
- Hicks, K. M., Onambele-Pearson, G. L., Winwood, K., & Morse, C. I. (2013). Gender differences in fascicular lengthening during eccentric contractions: The role of the patella tendon stiffness. Acta Physiologica, 209(3), 235–244.
- Komi, P. V. (2000). Stretch-shortening cycle: A powerful model to study normal and fatigued muscle. Journal of Biomechanics, 33(10), 1197–1206.
- Lloyd, R. S., Oliver, J. L., Faigenbaum, A. D., Howard, R., De Ste Croix, M. B. A., Williams, C. A., Best, T. M., Alvar, B. A., Micheli, L. J., Thomas, D. P., Hatfield, D. L., Cronin, J. B., & Myer, G. D. (2015). Long-term athletic development- Part 1: A pathway for all youth. Journal of Strength and Conditioning Research, 29(5), 1439–1450.
- Malina, R. M., Bouchard, C., & Bar-Or, O. (2004). Growth, maturation, and physical activity. Human kinetics.
- Nagahara, R., Haramura, M., Takai, Y., Oliver, J. L., Wichitaksorn, N., Sommerfield, L. M., & Cronin, J. B. (2019). Age-related differences in kinematics and kinetics of sprinting in young female. Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports, 29, 800–807.
- Talukdar, K., Harrison, C., McGuigan, M., & Borotkanics, R. (2021). Kinetics and kinematics of sprinting in mid-and-post peak height velocity female athletes. International Journal of Strength and Conditioning, 1(1).
