Corso di Biomeccanica e Traumatologia dello Sport, Unicusano

Biomeccanica della Corsa

Abbiamo studiato la biomeccanica del nuoto, uno sport decisamente acquatico ... torniamo sulla terra e andiamo a vedere cosa succede quando parliamo di corsa.

Come abbiamo visto nei moduli precedenti, il cammino è un movimento ciclico caratterizzato da una fase di stance (appoggio, 60% del ciclo) ed una fase di swing (oscillazione, 40% del ciclo). Questo movimento abbiamo visto essere ciclico, ma cambia profondamente quando aumentiamo la nostra velocità di progressione. Quando corriamo, ad esempio, cambiamo profondamente i nostri pattern che non sono più riconducibili a quelli del cammino.

Innanzitutto: cos'è la corsa? La corsa è una progressione locomotoria che attuiamo quando abbiamo bisogno di muoverci più velocemente. Nonostante condivida molti dei principi fisiologici del cammino e quindi la sua biomeccanica sia molto simile a quella del cammino, essa presenta anche delle sostanziali differenze. Come nella deambulazione, la corsa è un'azione ciclica che può essere descritta e divisa in cicli, dal contatto di un piede al suolo al successivo contatto dello stesso piede. Andiamo ad analizzare la tecnica di corsa attraverso un'analisi biomeccanica.

La principale differenza è che la corsa, rispetto alla camminata, presenta una fase aerea: in ogni momento del cammino almeno un piede è sempre a contatto con il terreno, ma non è così durante la corsa.

Confronto tra Camminata e Corsa

2La camminata Curva del movimento del bacino 0% 50% 100% Appoggio del tallone Contatto completo con il suolo Propulsione Ritorno della gamba in avanti Appoggio del tallone La corsa Curva del movimento del bacino 50% 0% 100% Sospensione Fase d'appoggio Sospensione Ritorno della gamba in avanti Sospensione

Nell'immagine questa differenza è chiara: vi è una fase, detta appunto fase aerea, in cui entrambi i piedi sono staccati dal suolo. Di conseguenza, la corsa può essere definita come "un'alternanza di passi in cui, a momenti di appoggio singolo dei piedi a terra, si succedono momenti di volo".

A differenza del cammino, in cui può essere descritto un pattern generale dei movimenti e della cinematica articolare (ricordate il ruolo di ammortizzatori di caviglia, ginocchio e anca?), nella corsa questi parametri variano di molto se si considerano varie velocità di corsa, da una lenta corsetta ad una gara di velocità.

Un aumento di velocità richiede infatti una maggior articolarità, una maggior ampiezza del movimento e una maggior forza muscolare: se uno o più di questi aspetti non è presente, si possono manifestare problematiche legate al sovraccarico delle strutture corporee, con un aumentato rischio di infortuni soprattutto nel lungo termine.

Ma andiamo a vedere le due principali fasi della corsa (ricordiamoci, nel cammino erano la fase di stance e la fase di swing):

Fasi della Corsa

3Fase di congiunzione: è una fase definita dal momento del contatto del piede a terra;

Fase di disgiunzione: fase definita dal momento in cui il piede abbandona il suolo;

Queste due fasi, che possiamo anche chiamare MOMENTI, rappresentano l'inizio delle due fasi principali della corsa:

• la fase di appoggio singolo (che ha inizio con il contatto del piede al suolo e termina con il movimento dell'arto in appoggio);
• la fase aerea, o fase di volo (che è caratterizzata dal movimento di recupero degli arti inferiori per garantirne la giusta alternanza);

Ognuna di queste fasi può essere ulteriormente suddivisa in ulteriori momenti.

Fase di Appoggio Singolo

La fase di appoggio singolo può essere distinta in tre momenti:

a) Momento di ammortizzazione, cioè la presa di contatto del piede sul terreno, l'heel strike del cammino. Il tricipite surale gioca un ruolo fondamentale in quanto permette di ammortizzare l'impatto del piede con il terreno.

Durante questa fase inoltre vi sono dei cambiamenti "più piccoli", meno evidenti, ma non per questo meno importanti:

• Si riduce la velocità, e questa riduzione è indispensabile per l'avanzamento lineare del bacino;
• Il piede arriva a terra con una presa metatarsale, si trova quasi sotto la verticale del ginocchio, ed è in flessione dorsale;
• Si pre-attivano i muscoli gastrocnemi, con una riduzione del tempo di contatto;
• Il bacino percorre uno spazio di circa 30-40 cm;

b) momento di sostegno: questa fase è caratterizzata dall'avanzamento lineare ed orizzontale del bacino;

• Si verifica una rotazione dell'arto inferiore sul piede, con sollevamento del tallone che conseguentemente porta a spostare il punto fisso d'appoggio del piede dal metatarso alle dita;

4· Il tempo di contatto (ciclo ammortizzazione-estensione) incide sulla frequenza più o meno elevata;

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c) momento di estensione (o raddrizzamento): Questo momento consiste nel raddrizzamento dell'arto in appoggio, il quale produce l'impulso necessario per il distacco del piede dal terreno;

• Il raddrizzamento dell'arto inferiore si realizza a partire dal ginocchio;
• Durante la fase d'impulso il retto femorale viene stirato insieme a sartorio e tensore della fascia lata, ed una volta completato l'impulso interviene per recuperare rapidamente tutto l'arto inferiore;

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Fase Aerea

Nella fase aerea invece:

• Avviene il recupero degli arti inferiori per creare l'alternanza;
• Il piede posteriore "sale rapido" a causa della flessione della gamba sulla coscia che sta avanzando;
• La gamba flessa avanti si distende in basso ed arretra, tornando verso il bacino per prendere contatto con il piede leggermente avanti ad esso

I movimenti degli arti superiori, invece, sono funzionali al mantenimento dell'equilibrio (compensazione rotazionale) e della progressione.

Tecniche di Appoggio nella Corsa

Rispetto al cammino la corsa presenta quindi notevoli differenze. Un corridore non esperto si approccerà al terreno impattando con il tallone, e sono chiamati in inglese "rearfoot stricker"; a differenza dei "midfoot stricker", che impattano con tutta la pianta del piede, i "forefoot stricker" impattano il terreno con l'avampiede. Con l'aumento della velocità di corsa molti corridori passano da un appoggio con tutta la pianta del piede ad un appoggio di avampiede, sicuramente più efficace e anche meno forte a livello di impatto e sovraccarico delle articolazioni.

5Un runner alle prime armi, invece, preferirà un appoggio di retropiede, quindi di tallone perchè più economico dal punto di vista energetico. E anche se l'abbiamo già detto, è fondamentale scegliere una calzatura adeguata quando corriamo perché a velocità sostenute il cushioning gioca un ruolo fondamentale nell'ammortizzare gli impatti al suolo !!!

Ground Reaction Force Rear-foul stiker APPOGGIO VOLO APPOGGIO

6(Parte del materiale è stata rielaborata da https://www.lascienzainpalestra.it/la-biomeccanica-della-corsa/)

Impatti ed Aerodinamica

7Impatti ed aerodinamica Nella maggior parte degli sport si parla di "impatto": cos'è un impatto? E' il contatto tra un oggetto (per esempio una pallina da tennis) e un attrezzo (la racchetta) o tra un oggetto (una palla) e il suolo ... Dopo ogni impatto c'è sempre uno scambio di energia tra i due corpi che sono entrati in collisione, ed è fondamentale conoscere "dove finisce questa energia" e come possiamo utilizzare questa conoscenza per migliorare la performance del nostro atleta.

Un elemento fondamentale da tenere in considerazione quando si parla di impatti è il coefficiente di restituzione (COR), un coefficiente che indica quanta della velocità prima dell'impatto viene restituita dopo l'impatto.

Pre-collision Post-collision 2.0 m/s 1.0 m/s Penny: Penny: Nickel: mp = 2.5 g Up = 2 m/s Nickel: my = 5.0 g UN = 0 m/s m. = 2.5 g my = 5.0 g V = 0 m/s Vy = 1 m/s mpUp + mymy = mpVp + MNVN (2.5 g)(2 m/s) + (5.0 g)(0 m/s) = (2.5 g)(0 m/s) + (5.0 g)vy 5 g-m/s = (5.0 g)vy VN = 1 m/s Pre-collision Post-collision 5 U2 V2 + m1 m2 m2 mju, + m2U2 = m,V1 + m2V2 m,U1 = m2V2 m2U2 = m,V1

8Pensiamo all'impatto di una mazza da baseball con una pallina, di una palla al suolo ... Durante ogni impatto un po' di energia elastica viene assorbita dal terreno, ma una certa quantità viene restituita: il COR ci permette di quantificare quanta di questa energia viene restituita.

Nelle slide delle lezioni si trovano le varie formule che permettono di calcolare il COR: non è ovviamente fondamentale ricordare tutta la formula, ma allo studente deve essere chiaro come è possibile calcolare il COR avendo a disposizione alcuni dati come la pressione del pallone o l'altezza da cui lasciamo cadere il nostro pallone. In tabella ci sono alcuni esempi di COR quando diversi tipi di palloni (da pallavolo, da basket, ecc ... ) vengono fatti cadere a terra da un'altezza di 1.83 m.

Table 4. The Coefficient of Restitution for Balls Dropped from a Height of 6 ft (1.83m) onto a Hardwood Floor Type of Ball Height Bounced (m) Coefficient of Restitution * "Super ball" 1.44 0.89 Basketball 1.06 0.76 Soccer 1.05 0.76 Volleyball 1.01 0.74 Tennis-well-worn 0.91 0.71 -new 0.81 0.67 Lacrosse 0.70 0.62 Field hockey 0.46 0.50 Softball 0.18 0.31 Cricket 0.18 0.31

Parlando di impatti, è inoltre importante introdurre il concetto di impatto diretto ed obliquo. L'impatto diretto è così chiamato perché la palla torna nella stessa direzione

9da cui è arrivata; nell'impatto obliquo la palla viene allontanata dalla direzione da cui arriva.

Per quel che riguarda l'aerodinamica, sappiamo che essa è un concetto fondamentale e che ovviamente non la troviamo solo nella pratica sportiva ma dobbiamo tenerne conto in diversi contesti.

Nel settore che ci interessa, l'interazione tra un'atleta e l'atmosfera che lo circonda è governata di diverse forze (es. attrito e forza di gravità), tra le quali le forze aerodinamiche:

• Forza portante
• Forza frenante

I fenomeni di portanza sono instabili poiché si basano sull'interazione con un fluido che non è omogeneo. Un esempio di azione portante è l'effetto Magnus: prende il nome da Heinrich Gustav Magnus (1802-1870), ed è la responsabile della variazione della traiettoria di un corpo rotante in un fluido in movimento. Data una rotazione iniziale, l'aria induce i corpi a deviare da una traiettoria parabolica seguendo una particolare curva.

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