Kinetika, kinematika

Biomechanicky je pohyb dolních končetin při chůzi podobný podvojné kyvadlové soustavě, která má podobu mechanického oscilátoru. Bipedální lokomoce člověka je složitý pohyb, který je složený ze základních pohybů v definovaném biokinematickém řetězci. Chůze musí mít tedy svalový timing a kyvadlový charakter.

Zároveň na nás působí okolní síly. Kinematika chůze popisuje dráhu, rychlost a zrychlení. Když aplikujeme na bipedální lokomoci, pak posuzujeme délku a frekvenci kroku, trvání švihové a oporné fáze či dvojkrok a jeho symetričnost (Bočková, 2014).

Každé těleso má určitou hmotnost a každé těleso má v závislosti na své hmotnosti schopnost setrvat ve svém původním stavu. Působením síly se ale změní rychlost a následovně i hybnost tělesa. Tíhová síla působí svisle a tedy, pokud zatlačíme na podložku určitou silou, potom podložka působí na nás zcela stejnou silou opačného směru. Reakční síla uvede naše tělo do pohybu, a pokud tuto činnost opakujeme, dochází k pohybu, v našem případě k chůzi. Nutno podotknout, že působením sil se tělesa navzájem deformují.

Kinetika a kinematika jsou moderní vědní obory, které jsou složkou mechaniky tuhých těles a pomáhají nám analyzovat lidský pohyb, zároveň berou v potaz gravitační působení. Kinematika popisuje pohyb tělesa jako takový, bez příčin a souvislostí.

57

Je založená na záznamu pohybu a jeho vyhodnocení. Záznam bývá většinou ve formě videoanalýzy či kinogramu. Kinetika naopak zkoumá tyto silové souvislosti. Jelikož budeme zkoumat veškeré změny při chůzi na různě vysokých podpatcích, bude nás zajímat spíše kinetika (Klodner, 2013).

1.6.1.1 Kinetická analýza

Každá lokomoce je výsledkem působení vnitřních či vnějších sil. Pohyb je vlastně změna polohy vyvolaná nějakou určitou silou a síla je vždy vázána na hmotu.

Silou na sebe působí dvě tělesa, která jsou vzájemně v kontaktu či na sebe působí silovým polem. Silové pole může být magnetického, gravitačního či elektrického rázu.

Lidské tělo je neskutečný vynález, který má proměnlivě členěný povrch se vzájemně pohyblivými částmi. Pokud chceme analyzovat pohyb těla, musíme analyzovat především působení sil na tělo jako celek a zároveň i působení všech sil na jednotlivé části těla.

Na naše tělo působí několik sil a jsou jimi gravitace, síla kosterního svalstva, nárazy, deformační síly či pevnost a pružnost tkání. Při všech pohybech se kromě síly svalů projevuje i gravitační síla. Tato síla brzdí či napomáhá určitému pohybovému modelu. Dále ovlivňuje postavení těla a nutí nás k zaujetí co nejstabilnější polohy a minimalizuje působení na člověka, který právě uskutečňuje pohyb v horizontální rovině. Výchozí pozice pro většinu lidských aktivit je stoj či sed. Obě tyto základní pozice si proto nárokují vysokou aktivitu antigravitačních svalů, které zajišťují zaujmout stabilní polohu. Práce svalů v součinnosti s reakční silou podložky předává těžišti určitou kinetickou energii. Těžiště má už však určitou potenciální energii, která se mění zároveň s posunem těžiště a dosahuje nejvyšší polohy ve fázi střední opory a nejnižší ve fázi dvojí opory. Kinetická energie se během chůze mění a platí pravidlo, že maximum kinetické energie odpovídá minimu potenciální energie.

V případě, že působení sil vzniká jako důsledek vykonaného pohybu, jedná se o sekundární síly, které se můžou dělit na vnitřní a vnější podle místa působení.

Klasickým příkladem vnější sekundární síly je třecí síla, která vzniká jako odpor hmoty proti pohybu při vzájemném kontaktu. Další podobné síly můžou být odstředivá či dostředivá síla a mnohé další. Mimo reálné síly působí na hmotu také setrvačné síly, které nevyplývají ze vzájemného působení sil, naopak vznikají jako důsledek zrychleného pohybu, který má sklon setrvat v daném stavu. Jestliže působí na tělo současně více sil, rovnají se všechny sily výslednici sil, která je složená

58

ze součtu vektorů těchto sil. Pokud je výslednice rovna nule, pak je hmota (tělo) v klidu vzhledem ke vztažné soustavě a nazýváme tento stav statická rovnováha.

Dynamická rovnováha je rovnováha těla během určitého pohybu, který je složen z mikrofází a právě během těchto mikrofází musí být dosaženo rovnováhy. Uplatňuje se zde již zmíněná setrvačná síla, která vzniká při zrychleném nebo zpomaleném pohybu. Výslednice dynamické rovnováhy musí být opět rovna nule.

Pro pochopení vnitřních sil v těle je nutné zmínit pákový systém. Kosti, svaly či kloubní spojení jsou pro nás určitý biologický mechanismus a fungují zároveň jako takzvaný pákový mechanismus, kdy osy otáčení vedou skrze klouby a kosti jsou nosníky, na které působí svalové síly. Podle vzájemné polohy svalové síly, tíhové síly břemene a osy otáčení rozeznáváme páky prvního, druhého a třetího stupně (Vařeka, než rameno břemena. Příkladem je plantární flexe v hlezenním kloubu.

Jedná se o velmi podobnou situaci jako při chůzi na podpatku, kdy je zřetelně vidět plantární flexe kotníku. Síla je umožněna kontrakcí m. triceps surae, směr vektoru síly je potom určen směrem Achillovy šlachy. Rameno tíhové síly je menší než rameno síly svalové.

Působící tíhovou sílu musíme překonat svalovou silou, která je menší.

Pomocí této páky lze přemístit po kratší dráze daleko větší hmotnost. V tomto případě dochází k takzvané izometrické svalové kontrakci.

 Páka třetího stupně – rameno síly má kratší než břemena. Vektor svalové síly se nachází mezi bodem otáčení a vektorem tíhové síly.

Sem patří většina kloubů v těle, například flexe v loketním kloubu

(Vařeka, Vařeková, 2019; Klodner, 2013)

59

Obrázek 19: Příklad páky druhého stupně Zdroj: Janura, 2011