La biomeccanica clinica nello sport

Redattrice principaleWanda van Niekerk sulla base del corso di Ian Gatt
Contributori principaliWanda van Niekerk, Jess Bell e Kim Jackson

Introduzione(edit | edit source)

La biomeccanica clinica nello sport può essere utilizzata per migliorare la performance sportiva e ridurre gli infortuni. Viene utilizzata un’ampia gamma di tecniche come simulazioni al computer, misurazioni e modellizzazioni matematiche in vari sport ed esercizi.

Definizioni di biomeccanica( modifica | modifica fonte )

La biomeccanica è lo studio della struttura e della funzione dei sistemi biologici tramite i metodi della meccanica.(1) Una definizione più pertinente per i professionisti clinici dello sport è(1):

“L’applicazione dei principi meccanici nello studio degli organismi viventi”

La biomeccanica dello sport e dell’esercizio comprende l’area della scienza che si occupa dell’analisi della meccanica del movimento umano.(1) Si riferisce alla descrizione, all’analisi dettagliata e alla valutazione del movimento umano durante le attività sportive.(2) La meccanica è una branca della fisica che si occupa della descrizione del movimento e di come le forze creano il movimento. In altre parole, la biomeccanica sportiva è la scienza che spiega come e perché il corpo umano si muove nel modo in cui si muove. Nello sport e nell’esercizio, questa definizione viene spesso estesa per considerare anche l’interazione tra l’atleta e la sua attrezzatura e l’ambiente.

La biomeccanica viene tradizionalmente suddivisa nelle aree di(1):

  1. Cinematica – branca della meccanica che si occupa della geometria del movimento degli oggetti, inclusi spostamento, velocità e accelerazione, senza considerare le forze che producono il movimento. È lo studio della descrizione del movimento.
  2. Cinetica – studio delle relazioni tra il sistema di forze che agisce su un corpo e i cambiamenti che esso produce nel movimento del corpo. È lo studio delle forze e dei momenti meccanici (torques) che causano il movimento di un corpo.

Per quanto riguarda queste aree, nel descrivere la biomeccanica si fanno considerazioni di tipo scheletrico, muscolare e neurologico.(2)

Applicazione della biomeccanica( modifica | modifica fonte )

  • Biomeccanica ortopedica(5)
    • Progettazione di arti, articolazioni e ortesi artificiali per migliorare il movimento funzionale
    • Studio dei tessuti biologici naturali e artificiali
  • Biomeccanica occupazionale (6)
    • Ergonomia e fattori umani
    • Riduzione degli infortuni sul lavoro
  • Biomeccanica di altri sistemi biologici(7)
    • Biomeccanica comparativa (ad esempio, locomozione negli animali)
    • Performance delle corse equine
  • Biomeccanica dell’esercizio e dello sport
    • Tradizionalmente la biomeccanica sportiva è finalizzata a(8):
      • Miglioramento della performance
      • Trattamento e prevenzione degli infortuni
    • Alcune delle aree in cui la biomeccanica viene applicata per migliorare la performance o prevenire problemi nello sport sono:
      • Identificazione della tecnica ottimale per migliorare la performance sportiva
      • Analisi del carico corporeo per trovare il modo più sicuro di eseguire una particolare attività sportiva o di esercizio
      • Valutazione del reclutamento e del carico muscolare
      • Analisi delle attrezzature per lo sport e l’esercizio e applicazione del progetto (ad esempio, scarpe, superfici, racchette, bastoni, mazze, caschi, biciclette)

Principi di biomeccanica( modifica | fonte edit )

La conoscenza di diversi termini e principi biomeccanici è utile quando si considera il ruolo della biomeccanica nello sport e nell’esercizio. Per saperne di più su questi principi, come la forza, il momento meccanico (torque), le leggi del moto di Newton, il momentum, il baricentro e l’equilibrio, leggete qui: Principi di biomeccanica.

(9)

Biomeccanica corretta( modifica | modifica fonte )

  • Una biomeccanica corretta garantisce un movimento efficiente e potrebbe ridurre il rischio di infortuni(2)
  • Una biomeccanica anormale o difettosa negli sport potrebbe essere una possibile causa di infortunio
  • Biomeccaniche anormali possono essere il risultato di anormalità anatomiche o funzionali

In biomeccanica spesso si utilizzano diversi piani di movimento e assi di movimento. Date un’occhiata a questo video per rinfrescarvi la memoria.

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Una tecnica errata può portare a una biomeccanica anormale che può portare a infortuni. Alcuni esempi della relazione tra tecnica e infortuni associati sono elencati nella tabella seguente.

Sport Tecnica Infortunio
Cricket(11) Azione mista di bowling Fratture da stress della pars interarticularis (istmo)
Tennis(12) Azione eccessiva del polso con il rovescio Tendinopatia degli estensori del gomito
Nuoto(13) Diminuzione della rotazione esterna della spalla Tendinopatia della cuffia dei rotatori
Corsa(14) Inclinazione pelvica anteriore Lesioni agli ischiocrurali
Canottaggio(15) Passaggio dal lato prua al lato corsa Fratture da stress delle costole
Danza classica(16) Rotazione limitata Lesioni all’anca

Per saperne di più:

Esempi di sport che utilizzano la biomeccanica( modifica | modifica fonte )

Corsa(edit | edit source)

Ciclismo(edit | edit source)

  • L’obiettivo della biomeccanica applicata al ciclismo è quello di migliorare l’interazione del ciclista con la bicicletta, migliorando il comfort della posizione (postura) e l’efficienza (pedalata)
  • Per saperne di più:

Tennis(edit | edit source)

Baseball(edit | edit source)

  • Il gomito e la spalla vengono sottoposti a uno stress maggiore in un giocatore con una biomeccanica di lancio o di tiro scorretta, portando ad un aumento del rischio di infortuni.
  • Le valutazioni biomeccaniche del lancio possono identificare problemi nella performance e infortuni ed è importante che i professionisti clinici comprendano queste biomeccaniche.(21)
  • Per saperne di più:

Golf(edit | edit source)

  • I professionisti clinici che lavorano con i giocatori di golf devono comprendere alcuni importanti fattori legati allo swing nel golf, il che aiuterà a guidare i test, così come la riabilitazione e la prescrizione degli esercizi.(22) Questi fattori possono includere:
    • Il fattore x: la rotazione della colonna vertebrale toracica rispetto al bacino nella fase più alta del backswing
    • L’allungamento del fattore x: fattore x massimo che si verifica all’inizio del downswing, quando il bacino inizia a ruotare verso l’obiettivo
    • La ricerca ha dimostrato che, se l’allungamento del fattore x (lo spazio di rotazione tra il bacino e la parte superiore del corpo) può essere ampliato, ciò può aumentare la distanza trainante
    • L’impatto delle forze di reazione al suolo durante lo swing nel golf

Boxe(edit | edit source)

Colpo a braccio piegato nella boxe

  • I due colpi principali della boxe sono:
    • Colpo a braccio piegato
    • Colpo a braccio dritto
  • Dinu et al.(23) hanno esaminato la biomeccanica del cross (dritto), del gancio e del montante tra due gruppi di pugili d’élite (seniors vs juniors). Gli autori hanno riportato quanto segue(23):
    • Il gomito è quello che ha contribuito di più nel cross, che è un tiro a braccio dritto
    • La spalla ha contribuito maggiormente nel gancio e nel montante, che sono colpi a braccio piegato
    • Nei pugili junior d’elite, il contributo della spalla in tutti e tre i colpi (cross, montante e gancio) era maggiore che nei pugili senior, a indicare che c’è più movimento alla spalla nei pugili inesperti che in quelli esperti
  • Valutazioni biomeccaniche come queste forniscono informazioni preziose a professionisti clinici e atleti per migliorare la performance e perfezionare le pratiche di allenamento e riabilitazione. Inoltre, consente di comprendere meglio il motivo per cui si verificano determinati tipi di infortuni.

La prospettiva e il percorso di un professionista clinico nell’uso clinico della biomeccanica nella boxe( modifica | fonte edit )

Forze che agiscono sull’articolazione carpometacarpale

Un altro esempio dell’utilità della biomeccanica per i professionisti clinici è con gli infortuni alla mano e al polso nella boxe. Gli infortuni alla mano e al polso rappresentano il 6-35% di tutti gli infortuni della boxe in allenamento e in gara. La lesione più comune è l’instabilità carpometacarpale della mano. Questa lesione è anche quella che comporta la maggiore perdita di tempo senza allenamento.(24)(25)

Meccanismo di lesione dell’articolazione carpometacarpale

Nelle immagini a destra viene spiegato il meccanismo di lesione dell’articolazione carpometacarpale nella mano di un pugile. La linea gialla rappresenta l’osso metacarpale, quella blu le ossa del carpo. L’arco blu scuro rappresenta i legamenti dorsali. Le frecce rosse rappresentano le forze applicate e quelle dorate le forze residue. Se il pugile tira un colpo con l’osso metacarpale in una posizione scorretta o non ideale, le forze causeranno lesioni come l’instabilità.

La ricerca di un fisioterapista sportivo per comprendere le tecniche di bendaggio della mano nella boxe e il legame con gli infortuni( modifica | modifica fonte )

Metodologia di misurazione della cinematica del polso

Esiste un’unicità nello studio della cinematica del polso nella boxe. Questo perché non è possibile utilizzare le varie tecnologie di ripresa tipicamente impiegate nella biomeccanica, in quanto la mano è avvolta da bende e da un guanto da boxe. Utilizzare un approccio con una telecamera non fornisce misurazioni accurate dei movimenti specifici che avvengono.

Una considerazione fondamentale nelle valutazioni biomeccaniche è l’attrezzatura. Cosa c’è a disposizione e funzionerà per lo scopo prefissato? L’attrezzatura è valida e affidabile? Un nuovo metodo per determinare gli angoli articolari del polso nella boxe utilizzando un sistema di tracciamento elettromagnetico è stato utilizzato da Gatt et al.(26) e si è rivelato un metodo affidabile e valido.

Leggete qui l’articolo completo: Accuratezza e ripetibilità degli angoli articolari del polso nella boxe utilizzando un sistema di tracciamento elettromagnetico.(26)

Questo metodo affidabile e valido è stato poi applicato per studiare la cinematica del polso al momento dell’impatto nel gancio e nel jab nella boxe. È stato rilevato che, quando i pugili d’élite colpiscono un sacco da boxe, si verifica una flessione ulnare sia nel jab (> 30% del movimento totale del polso) che nel gancio (> 20% del movimento totale del polso).(27) Con questa scoperta, è evidente che al momento dell’impatto non c’è solo una flessione del polso, ma anche una deviazione ulnare. Questo è noto come movimento di lancio delle freccette (dart-throwing motion, DTM), che è un movimento biassiale normativo. Ciò consente di comprendere perché alcune lesioni al polso si verificano sul lato ulnare per una compressione e sul lato radiale per un meccanismo di trazione.(27)

Leggete qui l’articolo completo: Quantificare l’escursione angolare del polso al momento dell’impatto del jab e del gancio nella boxe.(27)

La biomeccanica nello sport fornisce a clinici, allenatori e ricercatori informazioni e approfondimenti. Ad esempio, quantificare l’escursione angolare del polso al momento dell’impatto può fornire indicazioni sui diversi tipi di tecniche di bendaggio che possono essere applicate nella boxe per prevenire gli infortuni o ridurne il rischio.

Metodi di misurazione in biomeccanica( modifica | modifica fonte )

I test biomeccanici possono essere eseguiti in laboratorio o sul campo, durante l’allenamento o la gara. Il tipo di sport e le abilità dello sport determinano le procedure di valutazione necessarie. L’allenatore, il professionista clinico e/o l’atleta devono essere coinvolti nel processo di risoluzione del problema per fornire informazioni preziose e pertinenti sul problema che deve essere affrontato.

  • Cattura del movimento(28)
    • Analisi tridimensionale del movimento
    • Adatta a molti sport che comportano movimenti complessi
    • Cattura i complessi processi del movimento umano che non sono osservabili dall’occhio umano e quantifica le caratteristiche del movimento
  • Accelerometri, giroscopi e laser(29)(30)
    • Utilizzati per determinare le caratteristiche tecniche del movimento di un atleta
  • Piattaforme di forza(31)
    • Analisi tramite pedane di forza
    • Utilizzate per attività di camminata, corsa e atterraggio
    • Utili per determinare le forze d’impatto, di frenata e di propulsione
    • Utili per determinare il trasferimento del peso nelle attività dinamiche
    • Utili nel calcolo della cinetica articolare
  • Elettromiografia(32)
    • Utilizzata per misurare l’attività muscolare
  • Analisi video ad alta velocità(33)
    • Utilizzo di telecamere ad alta velocità per analizzare i movimenti e gli impatti ad alta velocità
  • Analisi della gara(34)
    • Vengono misurate le variabili di performance di un atleta, come gli intertempi, la lunghezza o la velocità della falcata, la lunghezza o la velocità della bracciata

Considerazioni finali( modifica | modifica fonte )

  • Biomeccanica – considerare la cinetica e la cinematica
  • Utilizzare la biomeccanica per influenzare e valutare gli infortuni e la performance
  • Importanza per lo sport – deve essere rilevante per lo sport e fattibile da indagare o valutare
  • Possibilità di analisi in tempo reale e retrospettiva a seconda della tecnologia e delle risorse umane

Risorse(edit | edit source)

Citazioni(edit | edit source)

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 Hall SJ. Basic Biomechanics, 8e. McGraw-Hill; 2019.
  2. 2.0 2.1 2.2 Brukner P. Clinical sports medicine: Injuries. McGraw-Hill Education (Australia) Pty Limited; 2017.
  3. CREATe at Vanderbilt University. Biomechanics: When Sports Meets Science. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=vglcn72rfEM&t=76s (last accessed 11/5/2022)
  4. STEM Learning. Understanding the biomechanics of sport. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=Aqo0w0PwZgk (last accessed 11/5/2022)
  5. Putame G, Aldieri A, Audenino A, Terzini M. Orthopedic biomechanics: multibody analysis. InHuman Orthopaedic Biomechanics 2022 Jan 1 (pp. 39-69). Academic Press.
  6. Lim S, D’Souza C. A narrative review on contemporary and emerging uses of inertial sensing in occupational ergonomics. International journal of industrial ergonomics. 2020 Mar 1;76:102937.
  7. Mouloodi S, Rahmanpanah H, Gohari S, Burvill C, Tse KM, Davies HM. What can artificial intelligence and machine learning tell us? A review of applications to equine biomechanical research. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2021 Nov 1;123:104728.
  8. Knudson D. Applying Biomechanics in Exercise and Rehabilitation. InFundamentals of Biomechanics 2021 (pp. 177-186). Springer, Cham.
  9. Flip Teach.Basic biomechanics part 1. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=XMzh37kwnV4&t=10s(last accessed 11/5/2022)
  10. ParklandCSIT. Axis Of Movement animation 2012. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=iP7fpHuVaiA&t=8s(last accessed 11/5/2022)
  11. Forrest MR, Hebert JJ, Scott BR, Brini S, Dempsey AR. Risk factors for non-contact injury in adolescent cricket pace bowlers: a systematic review. Sports medicine. 2017 Dec;47(12):2603-19.
  12. Stuelcken M, Mellifont D, Gorman A, Sayers M. Wrist injuries in tennis players: a narrative review. Sports medicine. 2017 May;47(5):857-68.
  13. Johnston T.R., Abrams G.D. Shoulder Injuries and Conditions in Swimmers. In: Miller T. (eds) Endurance Sports Medicine. Springer, Cham. 2016:127-138.
  14. Goom TS, Malliaras P, Reiman MP, Purdam CR. Proximal Hamstring Tendinopathy: Clinical Aspects of Assessment and Management. J Orthop Sports Phys Ther. 2016 Jun;46(6):483-93
  15. D’Ailly PN, Sluiter JK, Kuijer PP. Rib stress fractures among rowers: a systematic review on return to sports, risk factors and prevention. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness. 2015;56(6):744-753.
  16. Bowerman EA, Whatman C, Harris N, Bradshaw E. Review of the Risk Factors for Lower Extremity Overuse Injuries in Young Elite Female Ballet Dancers. Journal of Dance Medicine & Science. 2015; 19:51-56
  17. Folland JP, Allen SJ, Black MI, Handsaker JC, Forrester SE. Running technique is an important component of running economy and performance. Medicine and science in sports and exercise. 2017 Jul;49(7):1412.
  18. Souza RB. An evidence-based videotaped running biomechanics analysis. Physical Medicine and Rehabilitation Clinics. 2016 Feb 1;27(1):217-36.
  19. Allen T, Dixon S, Dunn M, Knudson D. Tennis equipment and technique interactions on risk of overuse injuries. InTennis medicine 2018 (pp. 61-79). Springer, Cham.
  20. Martin C. Tennis serve biomechanics in relation to ball velocity and upper limb joint injuries. Journal of Medicine and Science in Tennis. 2014;19(2).
  21. Diffendaffer AZ, Bagwell MS, Fleisig GS, Yanagita Y, Stewart M, Cain Jr EL, Dugas JR, Wilk KE. The Clinician’s Guide to Baseball Pitching Biomechanics. Sports Health. 2022 Apr 23:19417381221078537.
  22. Bishop C, Ehlert A, Wells J, Brearley S, Brennan A, Coughlan D, Belfry UK. Strength and conditioning for golf athletes: biomechanics, injury risk, physical requirements, and recommendations for testing and training. Professional Strength & Conditioning. 2022 Feb 18.
  23. 23.0 23.1 Dinu D, Millot B, Slawinski J, Louis J. An examination of the biomechanics of the cross, Hook and uppercut between two elite boxing groups. Multidisciplinary Digital Publishing Institute Proceedings. 2020;49(1):61.
  24. Loosemore M, Lightfoot J, Gatt I, Hayton M, Beardsley C. Hand and wrist injuries in elite boxing: a longitudinal prospective study (2005-2012) of the Great Britain Olympic Boxing Squad. Hand. 2017 Mar;12(2):181-7.
  25. Loosemore M, Lightfoot J, Palmer-Green D, Gatt I, Bilzon J, Beardsley C. Boxing injury epidemiology in the Great Britain team: a 5-year surveillance study of medically diagnosed injury incidence and outcome. British journal of sports medicine. 2015 Sep 1;49(17):1100-7.
  26. 26.0 26.1 Gatt IT, Allen T, Wheat J. Accuracy and repeatability of wrist joint angles in boxing using an electromagnetic tracking system. Sports Engineering. 2020 Dec;23(1):1-0.
  27. 27.0 27.1 27.2 Gatt I, Allen T, Wheat J. Quantifying wrist angular excursion on impact for Jab and Hook lead arm shots in boxing. Sports Biomechanics. 2021 Dec 8:1-3.
  28. van der Kruk E, Reijne MM. Accuracy of human motion capture systems for sport applications; state-of-the-art review. European journal of sports science. 2018 Jul 3;18(6):806-19.
  29. Fridolfsson J, Börjesson M, Arvidsson D. A biomechanical re-examination of physical activity measurement with accelerometers. Sensors. 2018 Oct;18(10):3399.
  30. Tierney G. Concussion biomechanics, head acceleration exposure and brain injury criteria in sport: A review. Sports biomechanics. 2022 Jan 1:1-29.
  31. Parry GN, Herrington LC, Horsley IG, Gatt I. The test–retest reliability of bilateral and unilateral force plate–derived parameters of the countermovement push-up in elite boxers. Journal of Sport Rehabilitation. 2021 Feb 24;1(aop):1-5.
  32. Taborri J, Keogh J, Kos A, Santuz A, Umek A, Urbanczyk C, van der Kruk E, Rossi S. Sport biomechanics applications using inertial, force, and EMG sensors: A literature overview. Applied bionics and biomechanics. 2020 Jun 23;2020.
  33. Della Villa F, Tosarelli F, Ferrari R, Grassi A, Ciampone L, Nanni G, Zaffagnini S, Buckthorpe M. Systematic video analysis of anterior cruciate ligament injuries in professional male rugby players: pattern, injury mechanism, and biomechanics in 57 consecutive cases. Orthopaedic journal of sports medicine. 2021 Nov 2;9(11):23259671211048182.
  34. Barbosa TM, Barbosa AC, Simbaña Escobar D, Mullen GJ, Cossor JM, Hodierne R, Arellano R, Mason BR. The role of the biomechanics analyst in swimming training and competition analysis. Sports Biomechanics. 2021 Aug 26:1-8.
  35. McErlain-Naylor S. Sports Biomechanics Lecture Series. Available from https://www.youtube.com/watch?v=3qyoVGkPQF4&list=PLI7VLEjUJidBpOCEyXIfHVHfLa5AhSqUm (last accessed 11/5/2022)


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