Trenerzy przygotowania motorycznego dążą do jak największej optymalizacji treningów, tak by zawodnik był jak najlepiej przygotowany do wymagań jakie stawia przed nim uprawiana dyscyplina. Jednym z aspektów, który będzie bardzo istotny w wielu sportach będzie poprawa fazy przyspieszenia, zarówno w linii prostej, jak i po zmianie kierunku biegu. Zdolność do przyspieszania i osiągania najwyższej możliwej prędkości w najkrótszym czasie opiera się na mechanicznych składnikach układu nerwowo-mięśniowego, sile, prędkości i mocy, a konkretnie pisząc na zależności (wykresie) siła-prędkość [1]. Ponadto zasugerowano, że sprint liniowy, powszechnie oceniany za pomocą fotokomórek, może być dobrym wskaźnikiem indywidualnego przyspieszenia sprintu i maksymalnej prędkości podczas zmiany kierunku biegu, co będzie bardzo istotne przede wszystkim w sportach zespołowych [2]. W kontekście rozwoju zdolności do przyspieszenia sportowca powstało wiele teorii, jednak pomimo tego metody identyfikacji tych elementów mechanicznych podczas przyspieszania były ograniczone, co sprawia, że nie jest jasne, jaki jest najodpowiedniejszy plan treningowy, który należy zastosować, aby poprawić cechy związane z poprawą akceleracji. Dlatego też, jeśli program treningu oporowego ma na celu zwiększenie przyspieszenia sprintu, czy trenerzy siłowi i kondycyjni powinni wybrać ćwiczenia, które koncentrują się na sile, prędkości i mocy, lub nadać priorytet jednej zmiennej nad drugą?
Siła reakcji podłoża
W czasie każdego kroku biegowego, gdy nasza stopa dotyka podłoża będą oczywiście działać pewne siły. Podczas fazy podporu sprintu wytwarzana jest siła reakcji podłoża (GRF), która obejmuje zarówno składowe poziome, jak i pionowe GRF (nazywane mogą być dla uproszczenia siłami poziomymi i pionowymi). Fazę podporu lub kontaktu można podzielić na fazę hamowania i popędu w kierunku przednio-tylnym, po których następuje faza lotu, w której kończyny są ponownie ułożone w powietrzu przed ponownym kontaktem z podłożem [3]. Z powodu tych wszystkich kinematycznych zmian, sprint może zaklasyfikować jako czynność balistyczna. Warto także zaznaczyć, że w sportach zespołowych w odróżnieniu od lekkoatletki, sprinty będą często poprzedzane skokami, co zwiększa wymagania dla sportowca, który musi wykonywać wiele różnych czynności ruchowych by przykładowo ominąć czy zwieść przeciwnika. Choć maksymalna prędkość biegu będzie z pewnością istotna nawet w sportach zespołowych, to jednak wydaje się, że to przede wszystkim przyspieszenie, czy hamowanie (elementy zmiany kierunku biegu) będą nieco ważniejsze i będą mieć większe znaczenie w ogólnym performancie motorycznym zawodnika. Sugeruje to, że trenerzy powinni zwracać dużą uwagę na to by stymulować zdolności akceleracji swoich podopiecznych.
Kreatyna od testosterone.pl – poprawia wydajność fizyczną. Dostępne TUTAJ!
Biomechanika przyspieszenia
Kiedy celem zawodnika jest przyspieszenie w kierunku horyzontalnym, musi on wytworzyć jak najwięcej siły netto, której wektor będzie miał kierunek poziomy. Zdolność jednostki do wykonania tego zadania jest cechą charakterystyczną zarówno układu mechanicznego, jak i nerwowo-mięśniowego, jednak ma na nią również wpływ techniczna zdolność sportowca do zastosowania siły i impulsu napędowego (siła x czas) wytwarzanego przez niego [4]. Ograniczenia stosowania siły w coraz krótszych okresach kontaktu z podłożem, gdy atleta porusza się podczas przyspieszenia sprintu, pokazują, w jaki sposób impuls może wpływać na wydajność. Przyspieszenie będzie ograniczone, jeśli impuls będzie wysoki z powodu wytwarzania siły występującej przez dłuższy czas kontaktu z podłożem. Dlatego zdolność do osiągnięcia dużej siły zewnętrznej netto przyłożonej w kierunku przeciwnym do środka przemieszczenia masy, gdy prędkość biegu wzrasta, a kontakt z podłożem maleje, ma pierwszorzędne znaczenie. W wielu sportach zespołowych kluczowa jest szybka zmiana prędkości i pędu w celu uniknięcia przeciwników; jednakże przyłożenie siły w kierunku bardziej poziomym jest głównym czynnikiem różnicującym prędkości przyspieszenia [5].
W czasie przyspieszenia umiejętność aplikacji siły zorientowanej horyzontalnie wydaje się być kluczowym aspektem. Dla ułatwienia spróbuje to wytłumaczyć na prostym przykładzie. Gdy chcemy rzucić kamieniem jak najdalej, nie będziemy rzucać w górę. Gdybyśmy tak zrobili to kamień nie przemieściłby się poziomo, a jedynie pionowo – nie ma w tym nic dziwnego, zaaplikowana siła była tylko pionowa, więc kamień zgodnie z prawami fizyki mógł polecieć jedynie w górę. To samo tyczy się przyspieszenia, dopiero poziomo zorientowana siła (wektor) sprawi, że zaczniemy poruszać się szybciej. Kontrastuje to z bieganiem z maksymalną prędkością, gdzie Weyand i in. [6] wykazali, że wielkość produkcji sił podłoża zorientowana pionowo w fazie kontaktu była czynnikiem ograniczającym wydajność tej fazy sprintu. W czasie biegania z maksymalną prędkością mówimy o efektywności biomechanicznej. I tak ten opis mechaniczny opiera się na sile przykładanej przez atletę podczas przyspieszenia i opisuje stosunek składowej poziomej netto i wypadkowego sił reakcji podłoża przyspieszenia [6].
Kształtowanie akceleracji
Chociaż sprint jest najbardziej specyficzną metodą treningu szybkościowego stosowaną do poprawy prędkości liniowej atlety, trenerzy siłowi i kondycyjni często szukają innych metod treningu oporowego jako uzupełnienia treningu szybkościowego. Metody te są wykorzystywane do dalszego uzyskiwania adaptacji do charakterystyk zależności siła-prędkość oraz do zajmowania się różnymi właściwościami mechanicznymi przyczyniającymi się do wydajności. Logiczne wydaje się by szukać takich rozwiązań treningowych by były jak najbardziej specyficzne dla zdolności, którą chcemy kształtować i żeby było to w jak największym stopniu przekładane do poprawy naszej wydajności w danej dyscyplinie sportu. Ponieważ składowe poziome i pionowe sił reakcji podłoża są wytwarzane podczas przyspieszania, ale w różnych wielkościach, często istnieje przypuszczenie, gdzie należy się skupić z punktu widzenia wyboru ćwiczenia podczas wytwarzania siły: w kierunku poziomym czy pionowym? Powszechnie występują dwie koncepcje w odniesieniu do doboru ćwiczeń. Jest to korespondencja dynamiczna i teoria wektorów [7]. Koncepcje te opisują, że biomechanika, wytwarzanie siły i orientacja oraz prędkość ruchów, które będą występować w procesach treningowych powinny być podobne do tych, które występują w sporcie danego zawodnika. Obie koncepcje zapewniają ramy doboru ćwiczeń. Jednak wybierając ćwiczenia oporowe w celu poprawy wydajności przyspieszania, czy trenerzy siłowi i kondycyjni powinni wybierać ćwiczenia w oparciu o specyfikę czynności sprinterskiej lub utrzymywać szerokie podejście, próbując zmienić charakterystykę zależności siły-prędkości.
WPC80 od Testosteorne.pl – uzupełnienie diety w białko dla każdego sportowca. Kup teraz!
Czynniki wpływające na siłę i prędkość
Biorąc pod uwagę zmienne mechaniczne, to przede wszystkim siła i prędkość będą odgrywać kluczową rolę w czynnościach balistycznych włączając w to sprinty, ale także będą swego rodzaju wyznacznikiem wydajności nerwowo-mięśniowej. Jednak te zmienne są w pewnym sensie ograniczające, biorąc pod uwagę, że wytwarzana siła i prędkość skracania mięśnia szkieletowego są ograniczone przez czynniki morfologiczne, takie jak rodzaj włókna, długość pęczka, kąt pierzastości i mechanizmy neuronalne, takie jak rekrutacja jednostek motorycznych i koordynacja międzymięśniowa. Każda z tych zmiennych ma bezpośredni wpływ na zdolność mięśni szkieletowych do produkcji maksymalnej mocy [8]. To właśnie ono będzie miało ostatecznie bardzo duże znaczenie w aktywnościach w zawodach sportowca. Ciężko określić jakie obciążenie będzie w najlepszym stopniu stymulować progresję zdolności do produkcji mocy. Pamiętajmy, że zrozumienie mocnych i słabych stron sportowca pod względem jego wydajności mechanicznej pomaga trenerowi [przygotowania motorycznego w opracowaniu odpowiedniego programu treningowego w oparciu o specyficzne potrzeby profilu siła-prędkość sportowca.
Czynniki wpływające na przyspieszenie
Fizyka to nieodłączny element sportu. Izaak Newton zrobił świetną robotę opracowując swoje zasady dynamiki. I choć może nie do końca się sprawdzą przy prędkościach o których mowa w teoriach Einsteina to jednak, Prawa Newtona pokazują, że przyspieszenie sprintu w kierunku przednim jest określone przez poziomą i pionową składową wypadkowej siły reakcji podłoża, impuls poziomy i pionowy oraz przemieszczenie środka masy ciała [9]. Siła i impuls są wielkościami wektorowymi, które obejmują kierunek i wielkość, i zależą od fazy akcji sprinterskiej oraz pozycji ciała sportowca. Wektory te są zorientowane poziomo (głównie przednio-tylny) lub pionowo. Gdy startuje się z prędkości zerowej, impuls będzie kombinacją siły przyłożonej przez dłuższy kontakt z podłożem, a wraz ze wzrostem prędkości czas, w którym można przyłożyć siłę zmniejsza się, dlatego przyłożenie wysokiej jakości siły przy kontakcie z podłożem ma kluczowe znaczenie. Chociaż wypadkowa siła pozioma określa szybkość przyspieszenia, zależność impuls-pęd reguluje czas, w którym przykładana jest siła; wykazano, że czynnik ten odpowiada za wolne lub szybkie tempo przyspieszenia, gdzie krótsze czasy kontaktu powodują potrzebę zwiększonej ekspresji siły [10,11,12].
Podejście praktyczne
Czynniki mechanicznie, a właściwie ich zmienne jak siła, prędkość czy moc, to bardzo ważne czynniki, które będą przekładały się na wydajność sportowca, a także będą stanowić główny objaw adaptacji treningowych szeroko pojętego przygotowania motorycznego, w którym to będziemy używać specyficznych ćwiczeń do rozwoju tych zdolności. Zapewnia to trenerowi możliwość poprawy wyników w zakresie przyspieszania poprzez dobór ćwiczeń i obciążeń, które są ukierunkowane głównie na określone obszary teoretycznego wykresu siła-prędkość i praktycznego spektrum obciążenie-prędkość: siła, prędkość lub moc [13]. W treningu oporowym wykorzystujemy właśnie te zależności i trenujemy w ten sposób by dochodziło do swego rodzaju transferu, co w konsekwencji ma sprawić, że sportowiec stanie się szybszy. Opór, taki jak ciężar ciała sportowca, w stosunku do grawitacji lub obciążenia zewnętrzne, są sposobem na ustawienie prędkości, przy której wystąpi maksymalny wysiłek i wskazanie możliwej produkcji siły (zależność prędkości i siły). I tak możemy trenować z dużym obciążeniem, co spowoduje produkcję wysokiej wartości siły, a niskiej prędkości. Przykładem może być przysiad z oporem, który jesteśmy w stanie pokonać 3 razy. Oczywiście możemy dobrać obciążenie także tak, że produkcja siły będzie stosunkowo niska, natomiast prędkość wysoka. Optymalizacja tego wszystkiego będzie potrzebna w czasie treningu mocy mięśniowej. Kategoryzacja ćwiczeń treningu oporowego jest przydatna do zrozumienia, w jaki sposób dostosowanie profilu wpłynie na wydolność fizyczną. Ćwiczenia z dominującą siłą mają na celu poprawę siły przykładanej przy bardzo małych prędkościach. W przypadku sprintu ćwiczenia te skupiają się na zdolności atlety do przezwyciężenia bezwładności na początku przyspieszania sprintu i skutecznego przyłożenia siły w kierunku tylnym, czy to poprzez poprawę wydolności wytwarzanej siły kończyn dolnych, czy szczytową siłę mechaniczną. Z drugiej strony ćwiczenia ukierunkowane na prędkość, będą uczyć wytwarzania siły gdy kontakt z podłożem jest krótki, czyli innymi słowy będą usprawniać naszą zdolność do utrzymania wysokiej prędkości biegu. Można to osiągnąć poprzez poprawę wytwarzania siły kończyn dolnych przy dużych prędkościach i/lub poprawę ukierunkowania siły i utrzymanie jak najwyższej sprawności mechanicznej pomimo wzrostu prędkości. Ćwiczenia ukierunkowane na moc mają na celu poprawę siły przyłożonej przy umiarkowanych prędkościach, czyli blisko połowy teoretycznej prędkości maksymalnej [14,15]. Podczas projektowania i programowania sesji treningowych mających na celu poprawę profilu poziomego sportowca, trenerzy motoryczni muszą odpowiednio periodyzować sesje skoncentrowane na treningu oporowym w cotygodniowym programie treningu sportowego. Struktura tygodnia treningowego w sporcie zespołowym musi przede wszystkim koncentrować się na taktycznych i technicznych elementach tego sportu, a następnie nadać priorytet innym sposobom, takim jak zapobieganie kontuzjom, sposoby regeneracji i trening oporowy. Niestety skomplikowanie dyscypliny sprawia, że trening przygotowania motorycznego w sportach zespołowych z pewnością nie będzie tak wydajny i efektywny.
Poprawa produkcji siły przy niskich prędkościach
Poprawa produkcji siły przy niskich prędkościach w odniesieniu do sprintu będzie bardzo istotna pod kątem fazy przyspieszenia. Będzie się to objawiać przede wszystkim tym, że sportowiec nie będzie w stanie aplikować wystarczająco dużo siły horyzontalnej na początku sprintu co oczywiście będzie obniżać jego wydajność sportową. Aby poprawić siłę wytwarzaną przy niskich prędkościach, zalecany trening sprinterski i oporowy musi obejmować ruchy skupiające się na prawej stronie wykresu siła-prędkość, gdzie siła jest przykładana do dużego oporu zewnętrznego tj. 85% 1 powtórzenia maksymalnego (1RM) i celuje w cechy wytwarzania maksymalnej siły. Co do ćwiczeń wykorzystać tu można te zorientowane horyzontalnie np. sprinty z oporem zewnętrznym, hip thrusty, czy tak zwane sledym ale także te zorientowane pionowo jak przysiad.
Poprawa produkcji siły przy wysokich prędkościach
Zawodnicy mogą mieć duże zdolności do produkcji siły w początkowej fazie sprintu, jednak nie są w stanie tego utrzymać gdy prędkość wzrasta, a czas kontaktu z podłożem maleje. Z biomechanicznego punktu widzenia, atleta zbyt szybko traci zdolność do produkcji siły horyzontalnej, co w konsekwencji sprawia, że nie jest w stanie dalej przyspieszać co podczas akceleracji odpowiada wczesnym zmianom pozycji ciała z poziomej (pochylonej) do pionowej. Chociaż wytwarzanie dużej (głównie skierowanej pionowo) siły jest niezbędne przy maksymalnej prędkości, osiągnięta prędkość będzie ograniczona z powodu szybkiego spadku produkcji siły [16,17]. Oczywiście będzie to istotne np. w lekkoatletyce (100 i 200m). wydwać by się mogło, że nie za bardzo będzie się to tyczyć sportów zespołowych, gdzie z reguły aktywności sprinterskie są krótkie. Pamiętajmy jednak, że np. piłkarze nożni często wykorzystują start lotny i wtedy dużo łatwiej jest osiągnąć im top speed. Co do wyboru ćwiczeń, wykorzystać można np. wspomagane pionowe skoki z wykorzystaniem elastycznych taśm – to jedna z metod stosowanych w celu odciążenia lub obciążenia ujemnego masy ciała sportowca poprzez zmniejszenie wpływu grawitacji na ciało [18]. Ciekawym rozwiązaniem mogą być także wspomagane sprinty (tutaj używa się specjalnych taśm, czy biegnie z wiatrem). Ćwiczenia plyometryczne, takie jak skoki, drop jumpy i skoki reaktywne, są również zalecane sportowcom, którzy chcą poprawić siłę wytwarzaną przy dużej prędkości ze względu na poleganie na cyklu rozciągniecie-skurcz.
Podsumowanie
Przyspieszenie to bardzo ważny element w asortymencie większości sportowców. Skomplikowanie tej czynności jest bardzo duże, co sprawia że samo zrozumienie jak trenować akcelerację czy top speed wymaga od nas dużego nabycia wiedzy zarówno w zakresie biomechaniki jak samej teorii i praktyki treningu. Trzeba także dodać, że sama nauka w tym aspekcie z pewnością wymaga dalszego rozwoju, często piszę się jedynie o teoriach, które co prawda mają duże poparcie dowodowe, jednak samik naukowcy nie wiedzą jakie mają dokładne przełożenie na praktykę. Opisane wyżej informację i wskazówki mają jedynie stanowić pewną bazę wiedzy, która jednak powinna być dostosowywana do danych przypadków i odpowiednio regulowana, tak by osiągać jak największe benefity z realizacji danego treningu.
[1] Samozino P. Optimal force-velocity profile in ballistic push-off: Measurement and relationship with performance. In: Biomechanics of Training and Testing Innovative Concepts and Simple Field Methods. Morin JB and Samozino P, eds. Switzerland: Springer, 2018, pp. 95–119.
[2] Salaj, S.; Markovic, G. Specificity of Jumping, Sprinting, and Quick Change-of-Direction Motor Abilities. J. Strength Cond. Res. 2011, 25, 1249–1255.
[3] Moir GL. Biomechanics of fundamental movements: Sprint running. In: Strength and Conditioning A Biomechanical Approach. Burlington, MA: Jones & Bartlett Learning, 2015. pp. 523–574.
[4] Jime´ nez-Reyes P, Samozino P, and Morin JB. Optimized training for jumping performance using the force-velocity imbalance: Individual adaptation kinetics. PLoS One 14: e0216681, 2019.
[5] Goodwin J and Cleather D. The biomechanical principles underpinning strength and conditioning. In: Strength and Conditioning for Sports Performance. Jeffreys I and Moody J, eds. New York, NY: Routledge, 2016, pp. 100–101.
[6] Weyand PG, Sternlight DB, Bellizzi MJ, and Wright S. Faster top running speeds are achieved with greater ground forces not more rapid leg movements. J Appl Physiol 89: 1991–1999, 2000.
[7] Verkhoshansky Y and Siff M. Supertraining. Rome, Italy: Ultimate Athlete Concepts, 2009.
[8] Cormie P, McGuigan MR, and Newton RU. Developing maximal neuromuscular power: Part 1—Biological basis of maximal power production. Sports Med 41: 17–38, 2011.
[9] Morin JB, Slawinski J, Dorel S, de Villareal ES, Couturier A, Samozino P, Brughelli M, and Rabita G. Acceleration capability in elite sprinters and ground impulse: Push more, brake less? J Biomech 48: 3149– 3154, 2015.
[10] Samozino P, Rabita G, Dorel S, Slawinski J, Peyrot N, Saez de Villarreal E, and Morin JB. A simple method for measuring power, force, velocity properties, and mechanical effectiveness in sprint running. Scand J Med Sci Sports 26: 648–658, 2016.
[11] Rabita G, Dorel S, Slawinski J, Saez-de- Villarreal E, Couturier A, Samozino P, and Morin JB. Sprint mechanics in world-class athletes: A new insight into the limits of human locomotion. Scand J Med Sci Sports 25: 583–594, 2015.
[12] Hunter JP, Marshall RN, and McNair PJ. Relationships between ground reaction force impulse and kinematics of sprint- running acceleration. J Appl Biomech 21: 31–43, 2005.
[13] Suchomel TJ, Nimphius S, and Stone MH. The importance of muscular strength in athletic performance. Sports Med 46: 1419–1449, 2016.
[14] Cross M, Samozino P, Brown SR, and Morin JB. A comparison between the force- velocity relationships of unloaded and sled- resisted sprinting: Single vs. multiple trial methods. Euro J Appl Physiol 118: 563– 571, 2018.
[15] Cross MR, Brughelli M, Samozino P, Brown SR, and Morin JB. Optimal loading for maximizing power during sled-resisted sprinting. Int J Sports Physiol Perform 12: 1069–1077, 2017.
[16] Clark KP and Weyand PG. Are running speeds maximized with simple-spring stance mechanics? J Appl Physiol 117: 604–615, 2014.
[17] ClarkK Pand Weyand PG.Sprint running research speeds up: A first look at the mechanics of elite acceleration. Scand J Med Sci Sports 25: 581–582, 2015.
[18] Markovic G and Jaric S. Positive and negative loading and mechanical output in maximum vertical jumping. Med Sci Sports Exerc 39: 1757–1764, 2007.
