دوره 12، شماره 2 - ( 6-1405 )
جلد 12 شماره 2 صفحات 222-210 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Farjad Pezeshk A, Sadeghi H, Mousavi Z, Bijari M. Effects of Sports Surface Stiffness on Time–Frequency Features of Vertical Ground Reaction Forces During Hopping. J Sport Biomech 2026; 12 (2) :210-222
URL: http://biomechanics.iauh.ac.ir/article-1-475-fa.html
URL: http://biomechanics.iauh.ac.ir/article-1-475-fa.html
فرجاد پزشک عباس، صادقی حیدر، موسوی زهرا، بیجاری مهرشید. تأثیر سفتی سطح ورزشی بر ویژگیهای زمان–فرکانس نیروی عکسالعمل عمودی زمین در هنگام هاپینگ. مجله بیومکانیک ورزشی. 1405; 12 (2) :210-222
عباس فرجاد پزشک*1 
، حیدر صادقی2 ، زهرا موسوی1 ، مهرشید بیجاری1
، حیدر صادقی2 ، زهرا موسوی1 ، مهرشید بیجاری1
1- دانشکده تربیتبدنی و علوم ورزشی، گروه علوم ورزشی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران.
2- دانشکده تربیتبدنی و علوم ورزشی، گروه بیومکانیک ورزشی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران.
2- دانشکده تربیتبدنی و علوم ورزشی، گروه بیومکانیک ورزشی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران.
متن کامل [PDF 1778 kb]
(81 دریافت)
| چکیده (HTML) (250 مشاهده)
متن کامل: (38 مشاهده)
مقدمه
سفتی سطح نقش مهمی در تنظیم بیومکانیک اندام تحتانی در فعالیتهای ورزشی پویا دارد. گزارش شده که سفتی سطوح مختلف ورزشی از پیست دومیدانی تا کفپوشهای سالن های ورزشی دامنهای از 250 تا 400 kN/m دارد (1). تعامل بین سفتی پا و انعطافپذیری سطح بهطور گسترده بررسی شده و تأثیر آن بر عملکرد، کارایی انتقال انرژی و سازوکارهای کنترل عصبی-عضلانی مشخص گردیده است (5-1). ورزشکاران با توجه به ویژگیهای مکانیکی سطح، سفتی پا را بهصورت تطبیقی تنظیم میکنند تا پایداری نسبی سیستم را حفظ کرده و دینامیک مرکز جرم بدن را کنترل نمایند (3,4). در همین راستا کرداک و همکاران (4) عنوان کردند که افراد در حرکت روی سطحی با سفتی کم سفتی اندام خود را افزایش می دهند تا دینامیک مرکز جرم در مسیر طبیعی حفظ شود. از سویی در مطالعه مک ماهون و گرین (2) عنوان شد که تغییر در سفتی سطح از طریق تعامل با سفتی اندام می تواند موجب ارتقا عملکرد سرعتی و کاهش ریسک بروز آسیب شود. این راهبرد تطبیقی شامل فرآیندهای پیشبینیکننده و بازخوردی عصبی-عضلانی است که به ذخیره و بازیابی بهینه انرژی و افزایش کارایی عضلانی در حرکات ورزشی کمک میکند (2، 4، 6).
بر اساس این مبانی بیومکانیکی، برخی مطالعات پیشنهاد کردهاند که تغییر در سفتی سطح میتواند عملکرد ورزشی را بهبود بخشیده و خطر آسیب را کاهش دهد (8-6). بااینحال، یافتههای تجربی در محیطهای واقعی ورزشی همواره نتایج یکسانی نداشتهاند. بررسیهایی روی پیستهای دو (9,10)، زمینهای فوتسال (11) و سطوح تنیس (12) نشان دادهاند که تغییرات سفتی سطح تأثیر قابلتوجهی بر مکانیک اندام تحتانی ندارد. مبنای اثر سفتی سطح روی عملکرد انسان در سطوح دارای خاصیت ارتجاعی (مانند پیست دومیدانی) تعامل سفتی سطح و سفتی اندام تحتانی است. بهعبارتیدیگر مطالعات نشان دادند اندام تحتانی به تغییر سفتی سطح بهگونهای معکوس واکنش نشان میدهد، بهطوریکه با کاهش سفتی سطح سفتی اندام افزایش مییابد (4، 3). از این یافته چنین برداشت میشود که هرچه سفتی سطح کاهش یابد و به دنبال آن سفتی اندام افزایش یابد نیروهای بیشتری به فرد وارد و خطر بروز آسیب افزایش مییابد. بااینحال مطالعات نتایج ضدونقیضی را در این خصوص گزارش کردند. یکی از دلایل احتمالی این تناقضها، دامنه سفتی سطوح واقعی ورزشی حدود ۲۰۰ تا ۵۰۰ kN/m است که ممکن است برای ایجاد تغییرات بیومکانیکی کافی نباشد (10,13). در همین راستا نشان داده شد دامنه سفتی 150 تا 550 برای سفتی پیست دویدن تفاوت معنی داری در مکانیک دویدن ایجاد نکرد (9). بااینحال، دامنه بهینه سفتی در سطوح واقعی ورزشی برای ارتقاء عملکرد و کاهش آسیب هنوز بهطور دقیق مشخص نشده است. پژوهش اخیر فرجاد و همکاران (13) نشان داد که هاپینگ روی سطوح با سفتی ۳۰۰ تا ۵۰۰ kN/m موجب تغییراتی در راهبردهای هماهنگی مفصلی میشود، اما رفتار مکانیکی کلی سیستم بهطور کامل مشخص نشده است. همچنین به نظر می رسد عدم استفاده از متغیرهای بیومکانیکی متنوع یکی دیگر از نکاتی باشد که باعث عدم نتیجهگیری کافی در خصوص سفتی بهینه سطح ورزشی مطالعات گذشته شده باشد. بهعنوان نمونه مطالعهای یافت نمی شود که اثر مؤلفه های فرکانسی نیروی عکسالعمل زمین هنگام حرکت روی سطوح با سفتی مختلف را بررسی کرده باشد. با توجه به اینکه مؤلفه های فرکانسی نیروی عکسالعمل زمین در مطالعات گذشته بهعنوان ریسک فاکتور بروز آسیب های اندام تحتانی مورد استفاده قرار گرفتند ممکن است بتوانند در تشخیص جنبه هایی جدید از میزان بهینه سفتی سطح مؤثر باشند (15، 14).
با توجه به مطالب عنوان شده سفتی سطح یکی از عوامل کلیدی در تنظیم بیومکانیک اندام تحتانی در فعالیتهای ورزشی چرخه-ای است، اما دامنه بهینه آن در محیطهای واقعی ورزشی هنوز بهطور دقیق مشخص نشده است. مطالعات پیشین یا اثرات ناچیز محدوده سفتی رایج سطوح ورزشی روی مکانیک حرکت گزارش کردهاند یا تغییرات چشمگیر تنها در شرایط حرکت روی سطوح بسیار نرمتر از سطوح ورزشی مشاهده شده است. این تناقضها نشاندهنده شکاف دانشی در درک راهبردهای بیومکانیکی ورزشکاران در برابر سطوح واقعی است. علاوه بر این، پژوهشهای گذشته کمتر به شاخصهای فرکانسی نیروی عکسالعمل زمین پرداختهاند، درحالیکه این شاخصها بهعنوان عوامل خطر آسیبهای اندام تحتانی شناخته شدهاند. بررسی همزمان متغیرهای کلاسیک و مؤلفههای فرکانسی در محدوده سفتی واقعی میتواند دیدگاه تازهای درباره نقش سفتی سطح در بهبود عملکرد، کارایی انتقال انرژی و کاهش ریسک آسیب فراهم کند. در این راستا، هدف این مطالعه بررسی ویژگیهای زمانی- فرکانسی نیروهای عکسالعمل زمین در حین اجرای حرکت هاپینگ روی سطح با سفتیهای مختلف، با تأکید بر اصول ارگونومی عملکردی بدن است.
روش شناسی
پیش از آغاز مطالعه، توان آزمون با استفاده از نرمافزار GPower (نسخه 1/3) برای تعیین حجم نمونه مورد نیاز در آزمون ANOVA با اندازهگیریهای مکرر انجام شد. با فرض اندازه اثر متوسط (25/0) سطح معناداری 05/0 و توان آماری 80/0، نتایج نشان داد که با 24 شرکتکننده، توان آماری 82/0 حاصل میشود که برای شناسایی اثرات معنادار کافی است. در این مطالعه، ۳۰ ورزشکار مرد در بازه سنی ۲۰ تا ۳۰ سال با حداقل پنج سال سابقه تمرین منظم به روش نمونهگیری هدفمند انتخاب شدند. معیارهای ورود آزمودنیها به این صورت بود: تمامی شرکتکنندگان سالم و دانشجوی رشته تربیتبدنی بوده و حداقل سه جلسه تمرین در هفته داشتند. عدم وجود ناهنجاری، آسیب و جراحی تأثیرگذار روی عملکرد آزمودنی ها بررسی شد. کنترل لازم در خصوص عدم مشارکت حرفه ای آزمودنی ها در رشته ورزشی خاص انجام شد. معیارهای خروج شامل احساس درد یا عدم تمایل به ادامه آزمون بود. پیش از آغاز مطالعه، تمامی آزمودنیها اطلاعات لازم درباره اهداف، روشها و حقوق خود دریافت کرده و مشارکت آنها کاملاً داوطلبانه بود. محرمانگی دادهها تضمین شد و همه شرکتکنندگان پس از آگاهی کامل، فرم رضایتنامه کتبی را امضا کردند. تمامی ملاحظات اخلاقی در این پژوهش رعایت شده و مطابق با اصول اعلامیه هلسینکی انجام شده است.
سطح ورزشی مورد آزمون از دو لایه تشکیل شده بود: لایه بالایی شامل پارکت چوبی به ضخامت ۵ میلیمتر (ابعاد ۵۰×۵۰ سانتیمتر) و لایه زیرین از تخته چوب فشرده به ضخامت ۲۰ میلیمتر بود. برای شبیهسازی کفپوشهای ارتجاعی سالنهای ورزشی، ۴ تا ۶ فنر فلزی در گوشههای تخته چوب با پیچ نصب شد تا امکان تنظیم سفتی فراهم گردد. پیکربندی سطح در شکل ۱ نشان داده شده است: پارکت نصبشده بر پایه چوبی با یاتاقانهای خطی که امکان حرکت عمودی را فراهم میکرد. سفتی سطح با تغییر تعداد و آرایش فنرهای قرارگرفته بین صفحه نیرو و لایه بالایی تنظیم شد. فنرهای مورد استفاده در این مطالعه دارای سفتی ۵۰ و ۱۰۰ kN/m هستند که بر اساس ویژگی فیزیکی فنر نظیر در قطر مفتول، قطر داخلی و فاصله بین حلقههاست. هر دو نوع فنر از فولاد A313 17-7 ساخته شدهاند (جدول 1). آرایش فنرها در کف سطح مشخصکننده سفتی سطح بود.
سفتی سطح نقش مهمی در تنظیم بیومکانیک اندام تحتانی در فعالیتهای ورزشی پویا دارد. گزارش شده که سفتی سطوح مختلف ورزشی از پیست دومیدانی تا کفپوشهای سالن های ورزشی دامنهای از 250 تا 400 kN/m دارد (1). تعامل بین سفتی پا و انعطافپذیری سطح بهطور گسترده بررسی شده و تأثیر آن بر عملکرد، کارایی انتقال انرژی و سازوکارهای کنترل عصبی-عضلانی مشخص گردیده است (5-1). ورزشکاران با توجه به ویژگیهای مکانیکی سطح، سفتی پا را بهصورت تطبیقی تنظیم میکنند تا پایداری نسبی سیستم را حفظ کرده و دینامیک مرکز جرم بدن را کنترل نمایند (3,4). در همین راستا کرداک و همکاران (4) عنوان کردند که افراد در حرکت روی سطحی با سفتی کم سفتی اندام خود را افزایش می دهند تا دینامیک مرکز جرم در مسیر طبیعی حفظ شود. از سویی در مطالعه مک ماهون و گرین (2) عنوان شد که تغییر در سفتی سطح از طریق تعامل با سفتی اندام می تواند موجب ارتقا عملکرد سرعتی و کاهش ریسک بروز آسیب شود. این راهبرد تطبیقی شامل فرآیندهای پیشبینیکننده و بازخوردی عصبی-عضلانی است که به ذخیره و بازیابی بهینه انرژی و افزایش کارایی عضلانی در حرکات ورزشی کمک میکند (2، 4، 6).
بر اساس این مبانی بیومکانیکی، برخی مطالعات پیشنهاد کردهاند که تغییر در سفتی سطح میتواند عملکرد ورزشی را بهبود بخشیده و خطر آسیب را کاهش دهد (8-6). بااینحال، یافتههای تجربی در محیطهای واقعی ورزشی همواره نتایج یکسانی نداشتهاند. بررسیهایی روی پیستهای دو (9,10)، زمینهای فوتسال (11) و سطوح تنیس (12) نشان دادهاند که تغییرات سفتی سطح تأثیر قابلتوجهی بر مکانیک اندام تحتانی ندارد. مبنای اثر سفتی سطح روی عملکرد انسان در سطوح دارای خاصیت ارتجاعی (مانند پیست دومیدانی) تعامل سفتی سطح و سفتی اندام تحتانی است. بهعبارتیدیگر مطالعات نشان دادند اندام تحتانی به تغییر سفتی سطح بهگونهای معکوس واکنش نشان میدهد، بهطوریکه با کاهش سفتی سطح سفتی اندام افزایش مییابد (4، 3). از این یافته چنین برداشت میشود که هرچه سفتی سطح کاهش یابد و به دنبال آن سفتی اندام افزایش یابد نیروهای بیشتری به فرد وارد و خطر بروز آسیب افزایش مییابد. بااینحال مطالعات نتایج ضدونقیضی را در این خصوص گزارش کردند. یکی از دلایل احتمالی این تناقضها، دامنه سفتی سطوح واقعی ورزشی حدود ۲۰۰ تا ۵۰۰ kN/m است که ممکن است برای ایجاد تغییرات بیومکانیکی کافی نباشد (10,13). در همین راستا نشان داده شد دامنه سفتی 150 تا 550 برای سفتی پیست دویدن تفاوت معنی داری در مکانیک دویدن ایجاد نکرد (9). بااینحال، دامنه بهینه سفتی در سطوح واقعی ورزشی برای ارتقاء عملکرد و کاهش آسیب هنوز بهطور دقیق مشخص نشده است. پژوهش اخیر فرجاد و همکاران (13) نشان داد که هاپینگ روی سطوح با سفتی ۳۰۰ تا ۵۰۰ kN/m موجب تغییراتی در راهبردهای هماهنگی مفصلی میشود، اما رفتار مکانیکی کلی سیستم بهطور کامل مشخص نشده است. همچنین به نظر می رسد عدم استفاده از متغیرهای بیومکانیکی متنوع یکی دیگر از نکاتی باشد که باعث عدم نتیجهگیری کافی در خصوص سفتی بهینه سطح ورزشی مطالعات گذشته شده باشد. بهعنوان نمونه مطالعهای یافت نمی شود که اثر مؤلفه های فرکانسی نیروی عکسالعمل زمین هنگام حرکت روی سطوح با سفتی مختلف را بررسی کرده باشد. با توجه به اینکه مؤلفه های فرکانسی نیروی عکسالعمل زمین در مطالعات گذشته بهعنوان ریسک فاکتور بروز آسیب های اندام تحتانی مورد استفاده قرار گرفتند ممکن است بتوانند در تشخیص جنبه هایی جدید از میزان بهینه سفتی سطح مؤثر باشند (15، 14).
با توجه به مطالب عنوان شده سفتی سطح یکی از عوامل کلیدی در تنظیم بیومکانیک اندام تحتانی در فعالیتهای ورزشی چرخه-ای است، اما دامنه بهینه آن در محیطهای واقعی ورزشی هنوز بهطور دقیق مشخص نشده است. مطالعات پیشین یا اثرات ناچیز محدوده سفتی رایج سطوح ورزشی روی مکانیک حرکت گزارش کردهاند یا تغییرات چشمگیر تنها در شرایط حرکت روی سطوح بسیار نرمتر از سطوح ورزشی مشاهده شده است. این تناقضها نشاندهنده شکاف دانشی در درک راهبردهای بیومکانیکی ورزشکاران در برابر سطوح واقعی است. علاوه بر این، پژوهشهای گذشته کمتر به شاخصهای فرکانسی نیروی عکسالعمل زمین پرداختهاند، درحالیکه این شاخصها بهعنوان عوامل خطر آسیبهای اندام تحتانی شناخته شدهاند. بررسی همزمان متغیرهای کلاسیک و مؤلفههای فرکانسی در محدوده سفتی واقعی میتواند دیدگاه تازهای درباره نقش سفتی سطح در بهبود عملکرد، کارایی انتقال انرژی و کاهش ریسک آسیب فراهم کند. در این راستا، هدف این مطالعه بررسی ویژگیهای زمانی- فرکانسی نیروهای عکسالعمل زمین در حین اجرای حرکت هاپینگ روی سطح با سفتیهای مختلف، با تأکید بر اصول ارگونومی عملکردی بدن است.
روش شناسی
پیش از آغاز مطالعه، توان آزمون با استفاده از نرمافزار GPower (نسخه 1/3) برای تعیین حجم نمونه مورد نیاز در آزمون ANOVA با اندازهگیریهای مکرر انجام شد. با فرض اندازه اثر متوسط (25/0) سطح معناداری 05/0 و توان آماری 80/0، نتایج نشان داد که با 24 شرکتکننده، توان آماری 82/0 حاصل میشود که برای شناسایی اثرات معنادار کافی است. در این مطالعه، ۳۰ ورزشکار مرد در بازه سنی ۲۰ تا ۳۰ سال با حداقل پنج سال سابقه تمرین منظم به روش نمونهگیری هدفمند انتخاب شدند. معیارهای ورود آزمودنیها به این صورت بود: تمامی شرکتکنندگان سالم و دانشجوی رشته تربیتبدنی بوده و حداقل سه جلسه تمرین در هفته داشتند. عدم وجود ناهنجاری، آسیب و جراحی تأثیرگذار روی عملکرد آزمودنی ها بررسی شد. کنترل لازم در خصوص عدم مشارکت حرفه ای آزمودنی ها در رشته ورزشی خاص انجام شد. معیارهای خروج شامل احساس درد یا عدم تمایل به ادامه آزمون بود. پیش از آغاز مطالعه، تمامی آزمودنیها اطلاعات لازم درباره اهداف، روشها و حقوق خود دریافت کرده و مشارکت آنها کاملاً داوطلبانه بود. محرمانگی دادهها تضمین شد و همه شرکتکنندگان پس از آگاهی کامل، فرم رضایتنامه کتبی را امضا کردند. تمامی ملاحظات اخلاقی در این پژوهش رعایت شده و مطابق با اصول اعلامیه هلسینکی انجام شده است.
سطح ورزشی مورد آزمون از دو لایه تشکیل شده بود: لایه بالایی شامل پارکت چوبی به ضخامت ۵ میلیمتر (ابعاد ۵۰×۵۰ سانتیمتر) و لایه زیرین از تخته چوب فشرده به ضخامت ۲۰ میلیمتر بود. برای شبیهسازی کفپوشهای ارتجاعی سالنهای ورزشی، ۴ تا ۶ فنر فلزی در گوشههای تخته چوب با پیچ نصب شد تا امکان تنظیم سفتی فراهم گردد. پیکربندی سطح در شکل ۱ نشان داده شده است: پارکت نصبشده بر پایه چوبی با یاتاقانهای خطی که امکان حرکت عمودی را فراهم میکرد. سفتی سطح با تغییر تعداد و آرایش فنرهای قرارگرفته بین صفحه نیرو و لایه بالایی تنظیم شد. فنرهای مورد استفاده در این مطالعه دارای سفتی ۵۰ و ۱۰۰ kN/m هستند که بر اساس ویژگی فیزیکی فنر نظیر در قطر مفتول، قطر داخلی و فاصله بین حلقههاست. هر دو نوع فنر از فولاد A313 17-7 ساخته شدهاند (جدول 1). آرایش فنرها در کف سطح مشخصکننده سفتی سطح بود.
اندازهگیریهای کینتیکی و کینماتیکی در آزمایشگاه بیومکانیک ورزشی پژوهشگاه تربیتبدنی و علوم ورزشی انجام شد. نیروهای عکسالعمل عمودی زمین از طریق صفحه نیرو AMTI تعبیهشده در مرکز مسیر ثبت گردید. شرایط محیطی شامل دمای محیط، بافت سطح (بهجز پیکربندی فنرها) و زمان اجرا (صبح) در تمام آزمونها یکسانسازی شد. فرکانس اجرای هاپینگ با مترونوم دیجیتال روی 2/2 هرتز تنظیم شد که با فرکانس ترجیحی هماهنگ بود (3). آزمونها زمانی پذیرفته میشدند که فرکانس اجرا در محدوده 2٪ ± از مقدار هدف باقی بماند تا پاسخهای مکانیکی به تغییرات سفتی سطح نسبت داده شود نه تغییرات فرکانس. سرعت حرکت با استفاده از کنترل فرکانس حرکت کنترل شد ولی بهمنظور جلوگیری از اثر آموزش کلامی بر تغییر سفتی افراد به فرد گفته شد با الگوی حرکت زاویهای دلخواه در مفاصل هاپینگ را انجام دهد. ترتیب آزمون سطوح بهصورت تصادفی تعیین شد تا اثر ترتیب کاهش یابد. شرکتکنندگان دو مرحله آشنایی شامل ۳۰ هاپینگ روی هر سطح انجام دادند و سپس ۱۸۰ ثانیه استراحت کردند. آزمون اصلی شامل ۱۵ هاپینگ روی هر سطح (سه سطح فنری و صفحه نیرو) با فاصله استراحت سهدقیقهای بین شرایط بود.
دادههای کینتیکی با فیلتر باترورث مرتبه چهارم بدون تأخیر و با فرکانس قطع ۵۰ هرتز فیلتر شدند. پرشهای شماره ۶ تا ۱۰ هر آزمون برای تحلیل انتخاب شدند (16). حداکثر نیروی عکسالعمل عمودی زمین مورد محاسبه و بر اساس جرم فرد نرمال شد. تبدیل فوریه (FFT) روی سیگنالهای نیروی عمودی با استفاده از نرمافزار MATLAB (نسخه 0/16) اعمال شد تا متغیرهای حوزه فرکانسی استخراج شوند. شاخصهای انتخابشده شامل 5/99% F فرکانسی که 5/%99 از توان کل سیگنال را در بر دارد (15) و فرکانس میانه فرکانسی که توان سیگنال را به دو بخش مساوی تقسیم میکند (15) بودند.
آمار توصیفی (میانگین، انحراف معیار) برای تمامی متغیرهای وابسته محاسبه شد. برای مقایسه نتایج در چهار سطح سفتی، آزمون ANOVA با اندازهگیریهای مکرر اجرا شد (سطح معناداری 0.05). در صورت مشاهده اثرات معنادار، مقایسههای زوجی با اصلاح بونفرونی انجام گرفت. تمامی تحلیلهای آماری با استفاده از نرمافزار SPSS (نسخه 25) انجام شد.
نتایج
متغیرهای بیومکانیکی در چهار سطح مختلف از سفتی سطح با استفاده از آزمون ANOVA با اندازهگیریهای مکرر مورد مقایسه قرار گرفتند. جدول 2 میانگین ± انحراف معیار هر متغیر را به همراه آماره F و سطح معناداری مربوطه خلاصه میکند. فرکانس میانه در شرایط صفحه نیرو بهطور معناداری بالاتر از سایر سطوح بود (p<0.001) که نشاندهنده اعمال نیروی سریعتر و تندتر است. مقدار 5/99% F در سطح با سفتی ۵۰۰ kN/m به بیشینه خود رسید که بیانگر محتوای فرکانسی بالاتر در سیگنال نیروی اعمالشده میباشد. بیشینه نیروی عکسالعمل عمودی زمین (vGRF) در شرایط ۵۰۰ kN/m کمترین مقدار را داشت و بهطور معناداری از مقادیر ثبتشده در سطوح دیگر کمتر بود (p<0.001). نتایج آزمون تعقیبی در شکل 2 ارائه شده است.
دادههای کینتیکی با فیلتر باترورث مرتبه چهارم بدون تأخیر و با فرکانس قطع ۵۰ هرتز فیلتر شدند. پرشهای شماره ۶ تا ۱۰ هر آزمون برای تحلیل انتخاب شدند (16). حداکثر نیروی عکسالعمل عمودی زمین مورد محاسبه و بر اساس جرم فرد نرمال شد. تبدیل فوریه (FFT) روی سیگنالهای نیروی عمودی با استفاده از نرمافزار MATLAB (نسخه 0/16) اعمال شد تا متغیرهای حوزه فرکانسی استخراج شوند. شاخصهای انتخابشده شامل 5/99% F فرکانسی که 5/%99 از توان کل سیگنال را در بر دارد (15) و فرکانس میانه فرکانسی که توان سیگنال را به دو بخش مساوی تقسیم میکند (15) بودند.
آمار توصیفی (میانگین، انحراف معیار) برای تمامی متغیرهای وابسته محاسبه شد. برای مقایسه نتایج در چهار سطح سفتی، آزمون ANOVA با اندازهگیریهای مکرر اجرا شد (سطح معناداری 0.05). در صورت مشاهده اثرات معنادار، مقایسههای زوجی با اصلاح بونفرونی انجام گرفت. تمامی تحلیلهای آماری با استفاده از نرمافزار SPSS (نسخه 25) انجام شد.
نتایج
متغیرهای بیومکانیکی در چهار سطح مختلف از سفتی سطح با استفاده از آزمون ANOVA با اندازهگیریهای مکرر مورد مقایسه قرار گرفتند. جدول 2 میانگین ± انحراف معیار هر متغیر را به همراه آماره F و سطح معناداری مربوطه خلاصه میکند. فرکانس میانه در شرایط صفحه نیرو بهطور معناداری بالاتر از سایر سطوح بود (p<0.001) که نشاندهنده اعمال نیروی سریعتر و تندتر است. مقدار 5/99% F در سطح با سفتی ۵۰۰ kN/m به بیشینه خود رسید که بیانگر محتوای فرکانسی بالاتر در سیگنال نیروی اعمالشده میباشد. بیشینه نیروی عکسالعمل عمودی زمین (vGRF) در شرایط ۵۰۰ kN/m کمترین مقدار را داشت و بهطور معناداری از مقادیر ثبتشده در سطوح دیگر کمتر بود (p<0.001). نتایج آزمون تعقیبی در شکل 2 ارائه شده است.
هدف اصلی این مطالعه بررسی تأثیر تغییرات سفتی سطح در محدوده رایج محیطهای ورزشی سرپوشیده ۳۰۰ تا ۵۰۰ kN/m بر نیروهای اعمالی بر اندام تحتانی در حین هاپینگ بود. در این مطالعه از هاپینگ استفاده که هم رفتار فنری مفاصل اندام تحتانی را بهخوبی شبیهسازی می کند (3) و هم رابطه خوبی با تکالیف عملکردی رایج نظیر پرش عمودی دارد (16). برخلاف پژوهشهای پیشین که بر سازگاریهای مفصلی یا شرایط با انعطافپذیری بسیار بالا تمرکز داشتند، این تحقیق به پاسخهای سطح سیستم، بهویژه ویژگیهای حوزه فرکانسی نیروی عکسالعمل عمودی زمین پرداخته است. تحلیل حوزه فرکانسی نشان داد که فرکانس میانه و 5/99%F بهطور معناداری تحت تأثیر نوع سطح قرار دارند. بیشترین فرکانس میانه در صفحه نیرو مشاهده شد، درحالیکه مقدار 5/99% F در سطح با سفتی ۵۰۰ kN/m به اوج رسید. تحلیل فرکانسی نیروهای عکسالعمل زمین پیشتر برای بررسی مؤلفههای بالقوه آسیبزا در افراد با اختلالات عصبی-عضلانی بهکار رفته است (15).
یافتههای حاضر نشان میدهند که سطوح سختتر سیگنالهای نیرویی با فرکانس بالاتر تولید میکنند که نشاندهنده اعمال نیروی سریع و ناگهانی است. در مقابل، کاهش محتوای فرکانسی عمودی در سطوح نرمتر ممکن است بیانگر کاهش کنترل پیشخور و تولید نیروی حمایتی باشد. این سازگاریها احتمالاً ناشی از راهبردهای عصبی-عضلانی پیشبینیکننده برای حفظ دینامیک بهینه مرکز جرم و بهینهسازی انتقال انرژی در زمان تماس کوتاه با زمین هستند (4، 3).
سطح ۳۰۰ kN/m الگوی اعمال نیروی نرمتر و توزیعشدهتری را نشان داد که بیانگر پاسخهای کنترلشدهتر عصبی-مکانیکی است. چنین الگویی میتواند در طراحی محیطهایی که نیازمند پایداری حرکتی و کاهش فشار تجمعی هستند، مؤثر باشد. در مقایسه با سطوح سختتر که سیگنالهای نیرویی تند و با فرکانس بالا تولید میکنند، سطوح با سفتی متوسط بهنظر میرسد پایداری دینامیک بدن را حفظ کرده و از اعمال بار ناگهانی جلوگیری میکنند، یافته ای که در مطالعات گذشته مورد تأیید قرار گرفته بود (13). این تطابق به نظر میرسد در درجه اول ناشی از عمل مفصل مچ پا باشد (19 18). در همین راستا بهطورکلی، تحلیل حوزه فرکانسی تأیید میکند که سفتی سطح بهطور معناداری الگوی تولید نیرو را تحت تأثیر قرار میدهد و سطح ۳۰۰ kN/m تعادل مطلوبی بین کارایی عملکرد و پیشگیری از آسیب در فعالیتهای تکرارشونده فراهم میسازد.
همچنین یافتههای این مطالعه نشان داد که حداکثر نیروی عکسالعمل عمودی زمین در سطوح فنردار در سطح ۵۰۰ kN/m پایینتر از بقیه سطوح است. این نتایج با مطالعات پیشین همراستا نیستند که نشان دادهاند سطوح رایج ورزشی مانند پیستهای دو، زمینهای تنیس و چمن طبیعی تأثیر قابلتوجهی بر vGRF یا سفتی پا در فعالیتهای پویا ندارند (8,10,11). همچنین، فرجاد و همکاران (13) سفتی بالای پا و vGRF بیشینه را در صفحه نیرو سخت گزارش کردند که با یافتههای این مطالعه همخوانی ندارد. بر اساس مدل تعامل پا-سطح، سفتی کل سیستم (پا بهعلاوه سطح) برای حفظ دینامیک COM و کاهش هزینه انرژی تنظیم میشود (4-1). فیرلی و همکاران (3) نشان دادند که در نبود سازگاریهای جبرانی، هاپینگ روی سطوح بسیار نرم منجر به افزایش زمان تماس با زمین و جابهجایی COM میشود. این تفاوتها ممکن است ناشی از دامنه محدود سفتی بررسیشده در این مطالعه باشد که با محیطهای ورزشی واقعی همخوانی دارد و در نتیجه دینامیک COM را پایدار نگه میدارد. یافتهای که در مطالعه قبلی در خصوص نیروی عکسالعمل زمین مشاهده شده بود (21، 20).
استافیلیدیس و آرامپاتزیس (9) گزارش کردند که پیستهای دو با سفتی ۲۰۰ تا ۴۰۰ kN/m در حین دویدن حدود 4/2 تا 3/6 میلیمتر تغییر شکل میدهند، درحالیکه محققین دیگر تغییر شکلهایی نزدیک به ۳۰ میلیمتر را در سطوح بسیار نرم مشاهده کردند (4، 3). در مطالعه حاضر، شرکتکنندگان ۸۰ کیلوگرمی در حین هاپینگ روی سطوح ۳۰۰ تا ۵۰۰ kN/m جابهجایی COM حدود ۳ تا ۴ میلیمتر داشتند که با تغییر شکل پیستهای مصنوعی تحت بار رباتیک قابلمقایسه است. این جابهجاییهای اندک نشان میدهد که در سطوح با سفتی بالا، بار مکانیکی وارده بر اندام تحتانی بهاندازهای پایدار است که نیاز به تنظیم سفتی کاهش مییابد. این یافتهها نشان میدهند که انعطافپذیری سطح ممکن است بسته به ساختار و ویژگیهای دینامیکی زیرلایه، پاسخهای عصبی-مکانیکی متفاوتی ایجاد کند. برخلاف کفش ورزشی که عمدتاً بر مکانیک مفاصل انتهایی تأثیر میگذارد (8)، سکوهای فنردار باعث اختلالات کل بدنی میشوند که ممکن است راهبردهای فرود تطبیقی را برای کاهش نیروهای ضربهای تحریک کنند. کاهش بیشینه نیروی عکسالعمل زمین در سختترین سطح فنری میتواند نشاندهنده واکنش محافظتی اندام تحتانی در تطابق با سفتی سطح باشد که به کاهش این نیرو منجر میشود.
نتیجه گیری نهایی
جمعبندی و کاربردهای عملی مجموع یافتهها نقش چندوجهی سفتی سطح را در شکلدهی به مکانیک اندام تحتانی در حین هاپینگ برجسته میسازد. درحالیکه سطح ۳۰۰ kN/m از نظر فرکانس نیرو در بهترین وضعیت قرار دارد، سطح ۵۰۰ kN/m کمترین نیروی عکسالعمل زمین را به دنبال داشت. این تناقض باید در ساخت سطوح ورزشی مدنظر قرار گیرد، بهطوریکه سطح بینابینی در محدوده ۴۰۰ kN/m شاید بتواند در محدوده بهینه از نظر دامنه و فرکانس نیرو عمل کند. از منظر طراحی محیطهای ورزشی، چنین سطحی میتواند تعادلی بین پایداری دینامیک بدن، کاهش بار مکانیکی و حفظ پاسخهای کنترلشده فراهم آورد. این یافتهها میتوانند در توسعه زیرساختهای ورزشی و انتخاب کفپوشهای باشگاهی از دید ارگونومی مورد استفاده قرار گیرند.
سپاسگزاری
بدینوسیله از دانشگاه بیرجند بهمنظور حمایت از اجرای این طرح تشکر و قدردانی به عمل می آید.
ملاحظات اخلاقی
پیروی از اصول اخلاق پژوهش
تمامی ملاحظات اخلاقی در این پژوهش رعایت شده و مطابق با اصول اعلامیه هلسینکی انجام شده است.
حامی مالی
حمایت مالی این پژوهش توسط دانشگاه بیرجند در قالب طرح داخلی صورت گرفته است.
مشارکت نویسندگان
تمام نویسندگان بهطور مساوی در طراحی و تدوین مطالعه، گردآوری دادهها، تحلیل و تفسیر نتایج، نگارش مقاله و تأیید نسخه نهایی مشارکت داشتند.
تعارض
نویسندگان اظهار میدارند که هیچگونه تعارض منافع علمی، مالی یا شخصی در ارتباط با انجام این پژوهش وجود ندارد.
جمعبندی و کاربردهای عملی مجموع یافتهها نقش چندوجهی سفتی سطح را در شکلدهی به مکانیک اندام تحتانی در حین هاپینگ برجسته میسازد. درحالیکه سطح ۳۰۰ kN/m از نظر فرکانس نیرو در بهترین وضعیت قرار دارد، سطح ۵۰۰ kN/m کمترین نیروی عکسالعمل زمین را به دنبال داشت. این تناقض باید در ساخت سطوح ورزشی مدنظر قرار گیرد، بهطوریکه سطح بینابینی در محدوده ۴۰۰ kN/m شاید بتواند در محدوده بهینه از نظر دامنه و فرکانس نیرو عمل کند. از منظر طراحی محیطهای ورزشی، چنین سطحی میتواند تعادلی بین پایداری دینامیک بدن، کاهش بار مکانیکی و حفظ پاسخهای کنترلشده فراهم آورد. این یافتهها میتوانند در توسعه زیرساختهای ورزشی و انتخاب کفپوشهای باشگاهی از دید ارگونومی مورد استفاده قرار گیرند.
سپاسگزاری
بدینوسیله از دانشگاه بیرجند بهمنظور حمایت از اجرای این طرح تشکر و قدردانی به عمل می آید.
ملاحظات اخلاقی
پیروی از اصول اخلاق پژوهش
تمامی ملاحظات اخلاقی در این پژوهش رعایت شده و مطابق با اصول اعلامیه هلسینکی انجام شده است.
حامی مالی
حمایت مالی این پژوهش توسط دانشگاه بیرجند در قالب طرح داخلی صورت گرفته است.
مشارکت نویسندگان
تمام نویسندگان بهطور مساوی در طراحی و تدوین مطالعه، گردآوری دادهها، تحلیل و تفسیر نتایج، نگارش مقاله و تأیید نسخه نهایی مشارکت داشتند.
تعارض
نویسندگان اظهار میدارند که هیچگونه تعارض منافع علمی، مالی یا شخصی در ارتباط با انجام این پژوهش وجود ندارد.
بحث
فهرست منابع
1. Stefanyshyn DJ, Nigg BM. Energy and performance aspects in sports surfaces. Sports Biomechanics. 2003;2(1):31-46.
2. McMahon TA, Greene PR. The influence of track compliance on running. Journal of Biomechanics. 1979;12(12):893-904. [DOI:10.1016/0021-9290(79)90057-5] [PMID]
3. Farley CT, Houdijk HH, Van Strien C, Louie M. Mechanism of leg stiffness adjustment for hopping on surfaces of different stiffnesses. Journal of Applied Physiology. 1998;85(3):1044-55. [DOI:10.1152/jappl.1998.85.3.1044] [PMID]
4. Kerdok AE, Biewener AA, McMahon TA, Weyand PG, Herr HM. Energetics and mechanics of human running on surfaces of different stiffnesses. Journal of Applied Physiology. 2002;92(2):469-78. [DOI:10.1152/japplphysiol.01164.2000] [PMID]
5. Arampatzis A, Stafilidis S, Morey-Klapsing G, Brüggemann GP. Interaction of the human body and surfaces of different stiffness during drop jumps. Medicine & Science in Sports & Exercise. 2004;36(3):451-9. [DOI:10.1249/01.MSS.0000117166.87736.0A] [PMID]
6. Birch JV, Kelly LA, Cresswell AG, Dixon SJ, Farris DJ. Neuromechanical adaptations of foot function to changes in surface stiffness during hopping. Journal of Applied Physiology. 2021;130(4):1196-204. [DOI:10.1152/japplphysiol.00401.2020] [PMID]
7. Moritz CT, Farley CT. Passive dynamics change leg mechanics for an unexpected surface during human hopping. Journal of Applied Physiology. 2004;97(4):1313-22. [DOI:10.1152/japplphysiol.00393.2004] [PMID]
8. Willwacher S, Fischer KM, Rohr E, Trudeau MB, Hamill J, Brüggemann GP. Surface stiffness and footwear affect the loading stimulus for lower extremity muscles when running. Journal of Strength and Conditioning Research. 2022;36(1):82-9. [DOI:10.1519/JSC.0000000000003410] [PMID]
9. Stafilidis S, Arampatzis A. Track compliance does not affect sprinting performance. Journal of Sports Sciences. 2007;25(13):1479-90. [DOI:10.1080/02640410601150462] [PMID]
10. Wróblewska Z, Kowalczyk P, Przednowek K. Leg stiffness and energy minimisation in human running gaits. Sports Engineering. 2024;27(2):1-10. [DOI:10.1007/s12283-024-00462-8]
11. Ismail SI, Nunome H, Lysdal FG, Kersting UG, Tamura Y. Futsal playing surface characteristics significantly affect perceived traction and change of direction performance among experienced futsal players. Journal of Sports Biomechanics. 2022;11(1):1-12. [DOI:10.1080/14763141.2022.2143415] [PMID]
12. Maquirriain J. The interaction between the tennis court and the player: How does surface affect leg stiffness? Sports Biomechanics. 2013;12(1):48-53. [DOI:10.1080/14763141.2012.725088] [PMID]
13. Farjad Pezeshk A, Sadeghi H, Shariatzadeh M, Ilbeigi S. Shifting joint regulation: The influence of hard spring surfaces on lower limb mechanics during hopping. Journal of Sports Engineering and Technology. 2025;1(1):1-12. [DOI:10.1177/17543371251353664]
14. Piri E, Jafarnezhadgero A, Stålman A, Alihosseini S, Panahighaffarkandi Y. Comparison of the ground reaction force frequency spectrum during walking with and without anti-pronation insoles in individuals with pronated feet. Journal of Sports Biomechanics. 2025;11(1):20-33. [DOI:10.61186/JSportBiomech.11.1.20]
15. Wurdeman SR, Huisinga JM, Filipi M, Stergiou N. Multiple sclerosis affects the frequency content in the vertical ground reaction forces during walking. Clinical Biomechanics. 2011;26(2):207-12. [DOI:10.1016/j.clinbiomech.2010.09.021] [PMID]
16. Hobara H, Inoue K, Muraoka T, Omuro K, Sakamoto M, Kanosue K. Leg stiffness adjustment for a range of hopping frequencies in humans. Journal of Biomechanics. 2010;43(3):506-11. [DOI:10.1016/j.jbiomech.2009.09.040]
17. Mohamadian MA, Sadeghi H, Khaleghi Tazji M. The relationship between lower extremity stiffness with selected biomechanical variables during vertical jumps in healthy active men. Journal of Sports Biomechanics. 2018;4(2):29-38.
18. Ashrostaghi M, Pezeshk AF, Sadeghi H, Shirzad E. Comparison of prediction ability between preferred, controlled, and maximal hopping. Series on Biomechanics. 2022;37(1):1-12. [DOI:10.7546/SB.36.2022.02.11]
19. Pezeshk AF, Yousefi M, Ilbeigi S, Shanbehzadeh S. The assessment of primary joint in 2.2 Hz hopping using factor analysis. Series on Biomechanics. 2023;37(2):1-12. [DOI:10.7546/SB.09.04.2023]
20. Farjad Pezeshk SA, Sadeghi H, Shariatzadeh M, Safaie Pour Z. Effect of surface stiffness on the risk factors related to ground reaction force during two-leg landing. The Scientific Journal of Rehabilitation Medicine. 2020;9(2):318-25.
21. Farjad Pezeshk A, Sadeghi H, Safaeepour Z, Shariat Zadeh M. The effect of a custom area elastic surface with different stiffness on hopping performance and safety with an emphasis on familiarity to the surface. Journal of Advanced Sport Technology. 2017;1(1):5-14.
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
تماس با ما
فصلنامه بیومکانیک ورزشی
همدان،شهرک مدنی، بلوار امام خمینی(ره)، بلوار پروفسور موسیوند، مجتمع دانشگاه آزاد اسلامی واحد همدان، معاونت پژوهش و فناوری، دفتر مجلات علمی
صندوق پستی: 734
تلفن دفتر نشریه: 08134494042
وبسایت: http://biomechanics.iauh.ac.ir
ایمیل: sportbiomechanics@iauh.ac.ir
