Studio dei parametri cinematici in funzione della fatica durante uno sprint di 500 metri nel Kayak

The purpose of this work is to examine the evolution of three-dimensional kinematic variables related to the upper limbs (trunk, shoulder and arms) and lower limbs (hip, knee and ankle) in kayaking athletes during a 500-meter sprint, simulated in a laboratory with the use of an ergometer. This study was attended by 10 athletes (7 male athletes with an average age of 16.9 ± 2.11 years and 3 female athletes with an average age of 16 ± 1.73 years). The data collection was performed at the Department of Biomedical Sciences for Health of the University of Milan, in the Laboratory of Physiopathology of the Exercise “Rodolfo Margaria” of the CNR (Istituto di Bioimmagini e Fisiologia Molecolare). During the test, which had an average duration of 123.9 seconds, the three-dimensional coordinates of 40 passive reflective markers were placed on the subject’s skin and clothing, in specific anatomic landmarks, using an optoelectronic system of movement analysis SMART-E (BTS spa, Milan). At the same time, data of oxygen consumption (V ̇O2) and heart rate (HR) were also collected. At the end of the test the peak value of the blood lactate concentration was measured. After recreating the test using the Smart Tracker software, an analysis protocol was created with the Smart Analyzer software in order to extract the discrete parameters that are being studied, such as the range of motion (RoM) of the trunk, pelvis joints, lower limbs and upper limbs. For each of these a symmetry index was also calculated, the Symmetry Angle (SA). The intensity of the exercise is resulted at high level, with values of % V ̇O2max and % HRmax higher than 90%. The lactate peak measured after the test was 10.64 mmol/L. The high values found are above the aerobic threshold. This shows the subject's entry into a state of fatigue due to the activation of an anaerobic mechanism lactate. To analyze the kinematic variables, the paddle cycle was divided into three phases: a) the entry phase, paddle entry phase on the right side (0-20%); b) pull phase, thrust phase with which the subject moves a given volume of water (20-80%); c) exit phase, paddle exit phase from the right side (80-100%). By making an overall assessment of the movement of the analyzed subject throughout the paddling phase, it’s evident how in the entry and exit phases the right side presents an accentuated hip flexion with values reaching about 110°; it’s also clear a rotation of the trunk of more than 40 ° and a wide flexion movement of the right elbow in the initial part of the test with values that are between 125° and 130°. On the left side, however, in the entry phase the abduction and rotation are evident with values of 35° and 50°. Instead, in the central phase of the cycle (pull) we find a large rotation movement of the trunk and flexion of the left hip that, in the final phase of the test almost reaches 120°. At a later time, the kinematic parameters of RoM and symmetry in the entire population were analyzed. During the final phase of the test, a reversal trend the initial phase is evident, as a statistically significant, by using Wilcoxon signed – rank test, increase has been noted in RoM in the lower limbs and a decrease in RoM in the upper limbs. It has been hypothesized that the increase of the RoM in the movements of the hip, knee and ankle in the final part of the test is due to a compensation mechanism that the latter implement to cope with the loss of movement in the upper limbs in the final phase under conditions of high fatigue. Furthermore, the values of asymmetry related to the upper limbs and the trunk were higher than those of the lower limbs and the pelvis. This result is coherent with the ability of the subjects to move the trunk, shoulders and arms in complete freedom. In fact, since the distal segments are limited in movement by a significant resistance exercised by the footrest and the seat, otherwise in closed kinematic chain, the kayak athletes tend to use more the upper part of the body. These results can lead to individualized training optimization based on the characteristics and quantitative improvement points found by the athlete’s study. Considering that a good performance in kayaking is the consequence of a gesture that is as symmetrical as possible, especially in the upper limbs, it is possible to facilitate the work of the coach and improve the athlete’s performance by working on the trunk and elbow and shoulder joints on both sides.

Obiettivo di questo lavoro è esaminare l’evoluzione di variabili tridimensionali cinematiche relative agli arti superiori (tronco, spalla e braccia) e agli arti inferiori (anca, ginocchio e caviglia) in atleti di kayak durante uno sprint di 500 metri, simulato in laboratorio con l’utilizzo di un pagaiergometro. A questo studio hanno partecipato 10 atleti (7 atleti di sesso maschile con età media di 16.9 ± 2.11 anni e 3 atleti di sesso femminile con età media di 16 ± 1.73 anni). La raccolta dei dati è stata eseguita presso il Dipartimento di Scienze Biomediche per la Salute dell’Università degli Studi di Milano, nel Laboratorio di Analisi e Movimento (LAM) con la collaborazione del Laboratorio di Fisiopatologia dell’Esercizio “Rodolfo Margaria” del CNR (Istituto di Bioimmagini e Fisiologia Molecolare). L’argomento trattato è in linea con le attività previste dal Laboratorio interdipartimentale E4 Sport (diretto dal dipartimento di Meccanica) di cui il “lab Divieti” è partner. Durante la prova, della durata media di 123.9 secondi, sono state registrate le coordinate tridimensionali di 40 marcatori passivi catarifrangenti posizionati sulla pelle e sugli indumenti del soggetto in specifici punti di repere anatomici, utilizzando un sistema optoelettronico di analisi del movimento SMART-E (BTS spa, Milano). Contemporaneamente, sono stati acquisiti dati relativi al consumo d’ossigeno (V ̇O2) e alla frequenza cardiaca (HR). Infine, al termine della prova è stata misurato il valore di picco della concentrazione ematica di lattato. Dopo aver ricostruito la prova con l’utilizzo del software Smart Tracker, è stato creato un protocollo d’analisi con il software Smart Analyzer allo scopo di estrarre i parametri discreti oggetto di studio, quali il range of motion (RoM) delle articolazioni di tronco, bacino, arti inferiori e arti superiori. Per ciascuna di queste è stato inoltre calcolato un indice di simmetria, il Symmetry Angle (SA). L’intensità dell’esercizio è risultata elevata, con valori di %VO2max e %HR max superiori al 90%. Il lattato di picco misurato dopo la prova è stato di 10.64 mmol/L. I valori elevati riscontrati si collocano al di sopra della soglia aerobica. Questo mostra l’entrata del soggetto in uno stato di affaticamento, dovuto all’attivazione di un meccanismo anaerobico lattacido. Per analizzare le variabili cinematiche, il ciclo di pagaiata è stato suddiviso in tre fasi: a) fase di entry, fase di entrata della pagaia sul lato destro (0-20%); b) fase di pull, fase di spinta con cui il soggetto sposta un determinato volume di acqua (20-80%); c) fase di exit, fase di uscita della pagaiata dal lato destro (80-100%). Effettuando una valutazione d’insieme del movimento del soggetto analizzato durante tutta la fase di pagaiata, è possibile notare come nella fase di entry e nella fase di exit, il lato destro presenta una accentuata flessione dell’anca con valori che raggiungono circa i 110°; notiamo inoltre una rotazione del tronco di oltre 40° ed un ampio movimento di flessione del gomito destro nella parte iniziale della prova con valori che si aggirano tra i 125° e i 130°. Sul lato sinistro invece, nella fase di entry è evidente l’adduzione e la rotazione dell’anca rispettivamente con valori di 35° e 50°. Nella fase centrale del ciclo (pull) troviamo un ampio movimento di rotazione del tronco e flessione dell’anca sinistra che nella fase finale della prova raggiunge quasi i 120°. Successivamente sono stati analizzati i parametri cinematici di RoM e simmetria nell’intera popolazione. Durante la fase finale della prova si evince un’inversione di tendenza rispetto alla fase iniziale, in quanto si è notato un aumento statisticamente significativo, utilizzando il test dei ranghi di Wilcoxon, del RoM negli arti inferiori e una diminuzione del RoM negli arti superiori. Si è ipotizzato che l’aumento del RoM nei movimenti di anca, ginocchio e caviglia nella parte finale della prova sia dovuto ad un meccanismo di compensazione che quest’ultimi attuano per far fronte alla perdita di movimento negli arti superiori nella fase finale in condizioni di elevato affaticamento. Inoltre, i valori di asimmetria relativi agli arti superiori e al tronco sono risultati maggiori rispetto agli arti inferiori e al bacino. Questo risultato è coerente con la possibilità dei soggetti di muovere in totale libertà il tronco, le spalle e le braccia. Infatti, essendo i segmenti distali limitati nel movimento da una significativa resistenza esercitata dal poggiapiedi e dal sedile, ovvero a catena cinematica chiusa, gli atleti di kayak tendono ad utilizzare maggiormente la parte superiore del corpo. Questi risultati possono portare all’ottimizzazione individualizzata dell’allenamento sulla base delle caratteristiche e dei punti di miglioramento quantitativi riscontrati analizzando l’atleta. Considerato che una buona performance nel kayak è conseguenza di un gesto il più simmetrico possibile, soprattutto a livello degli arti superiori, si può facilitare il lavoro dell’allenatore e migliorare le prestazioni sportive degli atleti andando a lavorare sul tronco e sulle articolazioni di gomito e spalla di entrambi i lati.