Valutazione delle performance degli arti inferiori

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1 Valutazione delle performance degli arti inferiori Tratto da: E. Bassani. «Approccio strumentale alla quantificazione dello Squat Jump con le nuove tecnologie». Tesi di laurea magistrale in Scienze e Tecniche dello Sport. Relatore: S. Ramat. Università degli Studi di Pavia, A.A. 2012/2013. P. Zago. «Valutazione delle performance degli arti inferiori con strumentazione dedicata Studio su un gruppo di calciatori dilettanti». Tesi di laurea magistrale in Educazione Motoria Preventiva ed Adattata. Relatore: G. M. Bertolotti. Università degli Studi di Pavia, A.A. 2012/2013.

2 Introduzione Sempre di più l uomo, nelle varie discipline sportive, cerca di sfruttare al massimo tutti i fattori che influenzano la prestazione spostando sempre un po più avanti i propri limiti, in modo da raggiungere e rimanere sul grandino più alto del podio. Dopo il confronto sportivo, atleti sia perdenti che vincenti analizzano i particolari che possono fare la differenza. Ènata così nello sport l esigenza di misurare non solo il risultato finale della prestazione ma anche i parametri a esso connessi.

3 Introduzione Lo sport è sempre più incentrato sul particolare e le nuove tecnologie favoriscono la scoperta di dettagli che un tempo erano invisibili: dall uso della telecamera per visualizzare i movimenti dell atleta in alcuni millisecondi, all utilizzo di dispositivi elettronici durante l allenamento per monitorare performance fisiche e fisiologiche. Accanto a nuovi metodi e strumenti più moderni, restano comunque molto utilizzati alcuni pilastri portanti della valutazione funzionale del corpo umano, come per esempio il test di Bosco per gli arti inferiori (Bosco, Luhtanen, & Komi, 1983).

4 Introduzione Questo test, per la valutazione dei salti, rimane tuttora il più affidabile per stimare la performance massima esprimibile dai muscoli estensori degli arti inferiori dell atleta. Lo studio del salto permette di avere una visione delle abilità dell atleta essendo uno dei movimenti maggiormente impiegati nelle discipline sportive più comuni, come per esempio nella pallavolo per murare la palla, nel calcio per colpire di testa un pallone, nel tennis durante il servizio, nel basket durante un tiro libero e nell atletica nei salti.

5 Introduzione In un recente lavoro svolto presso il CRIAMS dell Università di Pavia (Bassani 2013) sono stati analizzati due tipi di salti verticali, nello specifico lo squat jump e lo squat jump con contro movimento, utilizzando uno strumento molto diffuso come l accelerometro, cioè un sensore di movimento ormai integrato in qualsiasi smartphone. I risultati ottenuti con questo innovativo dispositivo molto piccolo e maneggevole sono stati confrontati con quelli ricavati dalla pedana di forza, un attrezzo ideato negli anni 70 per il calcolo del tempo di volo. Inoltre, entrambi i sistemi sono stati confrontati con una tecnologia ancora più moderna che permette l analisi tridimensionale dei movimenti, il sistema SIMI, che comporta l utilizzo di quattro videocamere sincronizzate.

6 Il salto verticale Il salto verticale èun movimento previsto in molti sport, non solo con l'obiettivo primario di raggiungere la massima altezza, ma anche per colpire un pallone da calcio o una palla da tennis, per intercettarne la traiettoria come nel basket o nella pallavolo. A causa della frequenza e dell'importanza del salto verticale in differenti sport, la capacità di un atleta nel salto verticale non è solo legata alla performance di successo in uno sport, ma èspesso considerata un indicatore delle capacità atletiche dell atleta in generale; il salto verticale è utilizzato, come paradigma di riferimento, per la valutazione della potenza esplosiva nel movimento umano e nello sport. Alcune ricerche, infatti, mostrano come le prestazioni di salto verticale siano collegate alla velocità nello sprint massimo (Kale et al., 2009) e alla capacità di sollevamento pesi (Vizcaya et al., 2009).

7 Il salto verticale Un atleta può eseguire diversi tipi di salti verticali che si differenziano per vari fattori, tra cui: posizione iniziale (statica o dopo un run up), decollo (da un piede o entrambi i piedi), movimento delle braccia (con o senza movimento delle braccia) e movimento delle gambe (contro movimento o squat). Nel presente studio sono stati valutati due tipi di salto statico con decollo da entrambi i piedi: un salto con contro movimento (Counter Movement Jump CMJ) e un salto squat (Squat Jump SJ), entrambi con braccia vincolate.

8 Lo Squat Jump (SJ) Nello SJ, partendo dalla posizione di mezzo squat (gambe flesse a circa 90 ), si estendono gli arti inferiori senza eseguire contro movimento, ovvero senza eseguire un ulteriore piegamento sulle gambe; l altezza del salto, differenza tra la massima posizione verticale raggiunta dal baricentro e la sua altezza iniziale, dà indicazioni sulla capacità di esprimere forza esplosiva del soggetto.

9 Il Counter Movement Jump (CMJ) Il CMJ, invece, prevede una posizione di partenza eretta a cui segue un piegamento sulle gambe di circa 90 che consente al soggetto di incrementare la successiva spinta; anche durante l esecuzione di questo tipo di salto, le braccia restano fisse ai fianchi. In questo tipo di salto aumenta l altezza massima raggiunta rispetto al precedente, grazie alle strutture elastiche delle fibre muscolari e ai tendini: per questo motivo èun buon indicatore della forza esplosivo elastica.

10 Biomeccanica dello SJ e del CMJ Durante l esecuzione di un salto vengono sollecitati diversi gruppi muscolari appartenenti agli arti inferiori. In particolare, i muscoli maggiormente implicati in uno SJ o CMJ sono posizionati intorno alle articolazioni delle gambe, ginocchio, caviglia, e vicino al bacino. Nelle figure seguenti è rappresentata la muscolatura adiacente alle articolazioni delle gambe, ginocchio e caviglia: il retto femorale, gastrocnemio, semi membranoso, semi tendinoso e il capo lungo del bicipite femorale; questi ultimi tre vengono anche chiamati muscoli ischiocrurali.

11 Immagine anatomica superficiale della muscolatura superiore della gamba sinistra anteriore e posteriore

12 Immagine anatomica superficiale della muscolatura superiore della gamba sinistra anteriore e posteriore

13 Nella figura seguente sono invece descritti i muscoli presenti vicino al bacino come il grande gluteo, che ha una grande massa muscolare nella parte prossimale con invece una piccola massa muscolare nella parte distale.

14 Immagine anatomica della muscolatura del bacino piano profondo frontale e piano superficiale posteriormente

15 L attivazione di questi muscoli avviene in differenti momenti. Sarà descritta l attivazione dei vari muscoli durante un CMJ che, tra i due salti analizzati, ha il movimento più complesso (Nagano, Komura, Fukashiro, & Himeno, 2005). i muscoli estensori mono articolari delle gambe hanno un attivazione massima durante la fase di spinta (vedi figura seguente); il muscolo retto femorale è attivato in modo sotto massimale durante l inizio della fase di contro movimento, in modo massimale alla fine della fase di stacco; i muscoli ischio crurali sono attivati in modo massimale per quasi tutta la fase di spinta, in seguito sono inibiti prima dello stacco; il gastrocnemio èattivato in modo sotto massimale all inizio della fase di contro movimento e in modo massimale durante la fase di spinta; i muscoli flessori mono articolari delle gambe sono attivati all inizio della fase di contro movimento (vedi figura seguente).

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17 Il profilo dei livelli di eccitazione dei muscoli durante la fase di spinta nel CMJ, dal segnale elettromiografico. La condizione di estensione nulla è rappresentata dallo 0 mentre la massima estensione èrappresentata dal valore 1. La linea verticale rappresenta lo stacco da terra. I muscoli sono ILIOP: muscolo iliopsoas, GMAXI: muscolo grande gluteo, GMEDI: muscolo medio gluteo, GMIN: muscolo piccolo gluteo, ADDLO: muscolo adduttore lungo, ADDMA: muscolo grande adduttore, ADDBR: muscolo adduttore breve, HEXRO: muscoli rotatori esterni dell anca, RECTF: muscolo retto femorale, HAMST: zampa d oca, VASTI: i vasti, BFESH: muscolo bicipite femorale capo breve, GASTR: muscolo gastrocnemio, TIBAN: muscolo tibiale anteriore, SOLEU: muscolo soleo, OPFLE: muscoli mono articolari flessori plantari diversi dal soleo.

18 Per quanto riguarda la forza muscolare sviluppata prima dello stacco, essa èquasi nulla per la maggior parte dei muscoli per una co contrazione quando si ha una coordinazione ottimale durante salto. Il grande gluteo, il vasto mediale, il vasto intermedio, il vasto laterale, il gastrocnemio, il soleo e gli altri muscoli flessori del piede, producono molta potenza e lavoro, essendo i muscoli utilizzati maggiormente durante il salto. Si osserva anche che il grande gluteo, i vasti, il muscolo soleo e gli altri flessori plantari, sono massimamente attivati da quest'ultima fase del contro movimento allo stacco: questo risultato è coerente con l'ipotesi che questi muscoli sono gli attuatori primari nel salto.

19 Durante il CMJ è importante il ruolo della forza di reazione del terreno: essa èminore del peso del corpo durante la fase di contro movimento, ma diventa più importante del peso del corpo durante la fase di stacco. Possiamo considerare il movimento dello SJ come un sottoinsieme del CMJ dato che la differenza tra i due èla fase di caricamento precedente allo stacco. Il raggiungimento della posizione di partenza dello SJ comporta la flessione dell articolazione del bacino e del ginocchio e la flessione dorsale dell articolazione della caviglia.

20 I muscoli vengono attivati in modo eccentrico sotto l influenza della forza di gravità. Nella posizione iniziale dello SJ il centro di massa si trova spostato in avanti rispetto al calcagno del 50% della lunghezza dei piedi. In quel momento entrambe le caviglie sono rivolte in avanti con una flessione plantare dovuta all attivazione del muscolo gastrocnemio laterale che evita una possibile perdita di equilibrio (Dionisio, Almeida, Duarte, & Hirata, 2008).

21 Durante la fase di stacco si ha l estensione contemporanea di bacino e ginocchia, causata dall azione antagonista del retto femorale che si accorcia per uno e si allunga per l altro, dando come risultato un sostanziale non cambiamento della lunghezza del muscolo. Proprio per questo motivo si ha un alta produzione di forza ma un lavoro limitato. La contrazione dei muscoli estensori del bacino, oltre all estensione delle anche, produce anche l estensione delle ginocchia, dovuta alla spinta sul retto femorale in tensione.

22 Una porzione dell energia prodotta viene trasferita attraverso il retto femorale e applicata sotto forma di lavoro sulle ginocchia. Una situazione simile si ha per il gastrocnemio, dove i muscoli estensori delle ginocchia (i vasti) estendono l articolazione e una porzione di energia generata viene trasferita attraverso le tensioni muscolari e applicata sotto forma di lavoro sull articolazione della caviglia.

23 Circa la metà dell energia generata dagli estensori del bacino ètrasferita nelle parti distali per aiutare l estensione di ginocchia e caviglie. Le grandi masse muscolari del bacino compensano la bassa produzione di forza dei muscoli più piccoli presenti vicino a ginocchia e caviglie, producendo l energia meccanica necessaria per un ottimale SJ

24 Durante un salto il lavoro meccanico viene generato principalmente da alcuni muscoli, come il muscolo monoarticolare, il grande gluteo, i vasti, il muscolo soleo e i flessori plantari, mentre risulta meno importante il lavoro prodotto dai muscoli bi articolari, dal retto femorale e dai bicipiti femorali, i quali entrano in funzione per trasferire potenza e energia piuttosto che generarla.

25 Inoltre, i muscoli posteriori della coscia, i vasti, il gastrocnemio, il muscolo soleo e i flessori plantari possono accumulare una maggiore energia elastica grazie alla presenza di una lunga serie di fibre elastiche presenti nel muscolo stesso: la maggior parte dell energia elastica immagazzinata in una serie di elementi elastici può essere riallocata appena prima dello stacco e contribuire al raggiungimento di un altezza nel salto maggiore (Umberger, 1998).

26 Altri muscoli come il medio gluteo, minimus glutei, adduttori e rotatori esterni dell'anca producono un minore contributo in termini di lavoro meccanico e potenza poiché partecipano al movimento di segmenti muscolari con una limitata possibilità di allungamento e accorciamento durante il salto. Nonostante il loro minor contributo, questi muscoli svolgono comunque un ruolo essenziale nella generazione di moto nel salto attraverso la stabilizzazione del movimento dell articolazione dell anca.

27 Differenze biomeccaniche SJ e CMJ Le differenze tra la tipologia di salto CMJ e SJ sono (Bobbert, Gerritsen, Litjens, & Van Soest, 1996; Linthorne, 2001a): la posizione di partenza; la maggiore forza di reazione del terreno durante l inizio della fase di decollo; un attivazione muscolare più alta che non deve solo contrastare la forza peso; l accumulo e il riutilizzo dell energia elastica durante l inizio della fase di spinta; la maggiore velocità verticale per quanto riguarda il CMJ nella fase di decollo; il maggiore lavoro prodotto durante il salto dopo il contromovimento; Tutti questi fattori, collegati fra loro, danno come risultato un aumento dell altezza del salto nel CMJ.

28 Energia elastica nel CMJ Il CMJ si differenzia dallo SJ poiché prevede un ciclo stiramento accorciamento, movimento prima del vero e proprio salto: durante la fase di spinta si può notare un aumento della forza espressa durante la fase concentrica del salto. Questo potenziamento della fase concentrica è imputabile sia al fenomeno di accumulo e conseguente restituzione di energia elastica da parte della componente elastica in serie del muscolo, sia ad una modificazione transitoria delle caratteristiche meccaniche di rigidità dell'unità muscolo tendinea.

29 Energia elastica nel CMJ Tuttavia, queste variabili da un lato sono influenzate dalla velocità alla quale si effettua la fase di prestiramento, dall altro questi fattori influenzano l andamento della produzione di forza durante la prima parte della fase concentrica. Una maggiore velocità di pre stiramento determina il potenziamento dei fattori della fase concentrica nel salto e l aumento della velocità verticale al momento dello stacco e della potenza media registrata nella fase di spinta (Bisciotti, Mognoni, Iodice, & Canclini, 2002).

30 Considerazioni fisiche: Forze, Lavoro e Potenza Lo SJ può essere considerato tra i migliori test indicatori delle capacità esplosive dagli arti inferiori grazie alla sua durata limitata e alla sua alta intensità. La forza esplosiva degli atleti può essere quindi correlata a due diversi parametri fisici: la potenza massima espressa e il lavoro meccanico. In ogni caso, per poter sviluppare nuovi metodi per incrementare la potenza espressa degli arti inferiori, bisogna partire dallo stabilire una tecnica di misura adeguata e ripetibile nonché da un accurata analisi delle relazioni che intercorrono tra i vari parametri fisici implicati nei salti: velocità, accelerazione, massa del corpo, altezza del salto e variazione dall altezza del centro di massa.

31 Durante la fase di volo di uno SJ o un CMJ si può considerare il soggetto come un corpo rigido con un centro di massa (CM) definito come punto geometrico in cui èesercitata tutta la massa e su cui agiscono tutte le forze. Nel salto lo spostamento del centro di massa segue le leggi del moto uniformemente accelerato. Partendo quindi dall ipotesi che il corpo si trova in un campo con gravità uniforme ed indipendente dal tempo, l accelerazione che agisce su di esso èla sola accelerazione gravitazionale, 9.81 m/s 2 (g).

32 Il soggetto nella fase di stacco ha una velocità verticale (v y ) che diminuisce fino a diventare nulla nel punto di altezza massima. Durante la caduta verso il basso, se nella fase di volo e in particolare i quella di atterraggio il soggetto mantiene le gambe tese come lo erano allo stacco, la velocità aumenta di nuovo, accelerata dalla gravità, fino a raggiungere lo stesso valore (v 0 ) all atterraggio, ma in verso opposto. Il tempo trascorso in movimento verso l'alto (t a ) e verso il basso (t b ) èuguale e pari a: dove t f èuguale al tempo di volo totale.

33 La velocità v 0 durante la fase di decollo o atterraggio èuguale a: Lo spostamento verticale del centro di massa segue la legge del moto uniformemente accelerato: Che, nel caso che stiamo analizzando, diventa:

34 Nel caso le spinte non sia puramente verticale lo SJ può anche essere visto sotto forma di moto parabolico (Linthorne, 2001b) ossia moto bidimensionale prodotto dalla combinazione di due moti rettilinei simultanei ed indipendenti: moto rettilineo uniforme: s x (t) = v 0x * t; moto rettilineo uniformemente accelerato: s y = v 0y * t 1/2 * g * t 2. Alternativamente il salto verticale può essere studiato considerando il principio di conservazione dell energia, ossia la somma dell energia cinetica iniziale e di quella potenziale è costante durante il salto, per cui: dove m = massa totale del soggetto, h TO = altezza del CM al tempo di stacco, h peak = altezza del CM nel momento in cui il CM è alla massima altezza, v TO = velocità al tempo di stacco, v peak = velocità nel momento in cui il CM è alla massima altezza (vedi figura successiva).

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36 Facendo alcuni calcoli si trova che anche in questo caso lo spostamento verticale del CM èdato da: Il lavoro (W) eseguito durante un salto verticale può essere calcolato usando le seguenti formule: La potenza meccanica (P) ècalcolata nella seguente formula: dove tc rappresenta il tempo di contatto durante la fase di spinta.

37 Stato dell arte: le tecniche proposte in letteratura per la misura del vertical jump Il salto èstato uno dei movimenti più studiati dai biomeccanici e fisiologi poiché costituisce il movimento esplosivo per eccellenza ed è generalmente utilizzato per valutare le caratteristiche di forza degli arti inferiori. Nel 1921 Sargent propose il Sargent test : il protocollo del test prevedeva che l atleta effettuasse il Contro Movimento Jump (CMJ), una tipologia di salto verticale preceduto dal piegamento a 90 delle ginocchia, e toccasse con la punte delle dita di una mano una scala centimetrata affissa alla parete, come mostrato in figura seguente; la differenza tra l altezza raggiunta e quella di partenza forniva l altezza del salto.

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39 Nel 1938 Abalakov fece una revisione del Sargent test : si trattava di una fettuccia centimetrata fissata alla cintura dell atleta, avvolta in un rullo girevole posto a terra che si svolgeva durante il salto misurandone l altezza.

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41 Utilizzo di pedane di forza I primi veri e propri studi però si sono potuti effettuare solo con l avvento delle pedane dinamometriche attorno al 1971 ad opera di Cavagna. Carmelo Bosco nel 1980 sviluppò un apparecchiatura elettronica chiamata Ergojump (Junghans GMBH Schramberg, BRD) che permetteva di misurare il tempo di volo. Questo dispositivo era composto da un timer digitale (+/ 0,001 s) connesso, attraverso un cavo, a una piattaforma resistiva o capacitiva. Il timer veniva attivato quando i piedi del soggetto lasciavano la piattaforma e si fermava nel momento in cui la ritoccavano, ottenendo così il tempo di volo.

42 Utilizzo di pedane di forza Questo metodo di calcolo ipotizza che la posizione di stacco e di atterraggio siano identiche: è stato calcolato che l errore causato da questa ipotesi èdi +/ 2% (Komi & Bosco, 1978). Bosco e Komi nel 1983 inoltre, misero a punto anche un nuovo jump test che calcolava la potenza meccanica degli arti inferiori valutando una serie di squat jump ripetuti per un periodo di tempo che poteva variare da 15 a 60s a step di 15s. Più recentemente sono analizzate le caratteristiche meccaniche che determinavano le abilità di salto: massima forza espressa, massima velocità espressa e altezza del baricentro all istante di stacco. La variazione del 10% di uno di questi fattori induceva un cambiamento dell altezza del salto dal 6 al 15% (Samozino, Morin, Hintzy, & Belli, 2010)

43 Utilizzo di accelerometri indossati Nel frattempo lo sviluppo tecnologico ha portato a nuovi strumenti che sono stati messi a disposizione della ricerca oltre alla pedana di forza: sistemi video più evoluti e dispositivi miniaturizzati e affidabili come gli accelerometri MEMS (Micro Electro Mechanical Elements). Questi ultimi possono dare informazioni circa il comportamento di ogni segmento corporeo, su cui vengono indossati, durante movimento; è stato dimostrato che riescono a fornire a basso costo, rispetto ad apparecchi di laboratorio, un metodo affidabile per misurare l accelerazione imposta in una (uniassiali) o in più direzioni (bi e tri assiali) e lo shock trasmesso dopo l atterraggio. Inoltre, i più recenti hanno piccole dimensioni e basso peso così da non introdurre artefatti e perturbazioni nel segnale ed evitare la saturazione dello stesso durante la fase d impatto.

44 Considerando il corpo umano come un corpo rigido in letteratura sono stati utilizzati due diversi posizionamenti: sulla caviglia in modo da limitare al massimo l errore causato da oscillazioni sul piano orizzontale o verticale il più vicino possibile al centro di massa tipicamente nell area dorsale a livello di L4 L5 (Hasan et al. 1996;Winter 1990) che permette a un accelerometro triassiale di acquisire informazioni sui movimenti antero posteriori e medio laterali. Già nel 2006 è stata fatta una dettagliata analisi biomeccanica dello SJ utilizzando un accelerometro uniassiale calibrato sul campo gravitazionale terrestre e posizionato anteriormente su un sopporto semi rigido inserito su una cintura. L obbiettivo era di misurare la componente verticale dell accelerazione, trascurando le componenti trasversali e orizzontali ed ottenere dei parametri di performance: lo studio ha interessato due categorie di soggetti, atleti e non, per poter definire le differenze e quindi un riferimento minimo per gli atleti (Innocenti & Facchielli, 2006).

45 Dalla posizione di partenza con angolazione del ginocchio di circa 120 (+/ 5 ) e dorso eretto sono stati definiti 8 punti caratteristici: A B: fase di inizio del salto con abbassamento del centro di massa dovuto al rilassamento muscolare delle gambe per effetto della forza di gravità. B C: fase di spinta; in C l accelerazione è nulla (forza muscolare = forza peso). C D: accelerazione positiva; in D massima accelerazione causata dall espressione della massima forza muscolare. D E: fase di push off dove il soggetto estende le ginocchia; in E la forza muscolare è uguale alla forza peso. E F: fase in cui la forza esercitata dai muscoli diventa inferiore alla forza peso dando luogo ad un accelerazione negativa. G H: fase discendente dove G èil picco del salto e H è l atterraggio. In F H l accelerazione assume un valore costante uguale all accelerazione gravitazionale.

46 Lo studio (Innocenti & Facchielli, 2006) individua un valore K come rapporto tra le aree MCP (area della fase di contrazione muscolare) e UWP (area della fase al rilassamento muscolare).

47 Dall analisi del fattore K èstato dimostrato che per gli atleti d elite la probabilità di avere un valore maggiore di 2 èdel 90% mentre per i non atleti tale probabilità è solo il 10%. Lo studio riconosce K e MCP come parametri utili per definire la prestazione nello squat jump ed indicatori usati per l allenamento degli atleti (vedi Tabella 3.1). Sempre nel 2006 fu presentato un altro lavoro basato su un accelerometro triassiale che analizzava, attraverso un algoritmo dedicato, il tempo di volo usando come riferimento una pedana di forza e un sistema stereofotogrammetrico (Quagliarella & Sasanelli, 2006)

48 Il protocollo del test prevedeva cinque salti con contro movimento a mani libere considerando come inizio della fase di volo il massimo relativo precedente a una fase di freefall, dove i valori erano vicini allo zero e come fine il massimo successivo. E stata dimostrata un ottima correlazione (0,96) e un errore del 4.6% tra la forza di reazione al suolo (Ground Reaction Force, GRF) e il tempo di volo misurato dall accelerometro. Questo ha permesso di discriminare la performance tra i 124 soggetti atleti e non.

49 Studi più recenti sono stati realizzati sempre utilizzando accelerometri triassiali e facendo riferimento alla pedana di forza per verificare le validità di risultati ottenuti con le tecniche accelerometriche proposte. Nel 2008 dopo un analisi della curva accelerazione tempo, come per la curva di forza, sono state identificate sei regioni di interesse: riposo, preparazione, stacco (take off), volo, atterraggio, recupero e riposo (Palma, Silva, Gamboa, & Mil Homens, 2008).

50 La metodologia per determinare il tempo di volo a partire dal segnale dell accelerometro posizionato nella parte bassa della schiena era basata sull analisi morfologica delle curve di accelerazione di una serie di 60 salti. Dal confronto della curva di accelerazione con la rispettiva curva di forza si sono notate correlazioni con il tempo di volo che hanno portato allo sviluppo di 2 differenti algoritmi.

51 Entrambi gli algoritmi basano le misure di tempo e ampiezza sulla curva di accelerazione media determinata dai segnali e filtrata usando una finestra di 250 punti. Il primo algoritmo usa l ampiezza della curva nella fase di atterraggio che è caratterizzata da nette variazioni del segnale di accelerazione dovute alla vibrazione dell accelerometro quando i piedi toccano la pedana (v a1 ).

52 Il secondo algoritmo determina l intervallo di tempo tra il minimo del segnale filtrato relativo alla fase di volo e il picco relativo all impatto. L analisi delle correlazioni tra questi parametri ed i tempi determinati dal segnale della piattaforma mostra che il secondo algoritmo offre risultati comparabili (r=0,933) con la pedana e la misura ottenuta può considerarsi un predittore del tempo di volo avendo un coefficiente di errore del 2,9%.

53 Uno studio del 2010 ha applicato, invece, due accelerometri triassiali alle caviglie per l acquisizione del segnale ed elaborare un algoritmo per confrontare i risultati con una piattaforma piezoelettrica, oltre a valutare la coordinazione delle caviglie e la loro rotazione durante il movimento. I 51 soggetti a cui èstato applicato il test erano persone sane o soggetti con pregressi problemi a un tendine d Achille (Quagliarella & Sasanelli, 2010)

54 In questo studio venivano valutati il salto SJ e quello CMJ (cinque salti per persona). Il tempo di volo ottenuto era correlato a quello della pedana (coefficiente di Spearman >0,95) con un massimo errore medio su cinque salti per soggetto di 4,8%. Gli indici relativi alla coordinazione del movimento rispecchiavano la situazione clinica dei soggetti.

55 L accuratezza è stata testata con un algoritmo che teneva conto dell errore medio e dell errore massimo di ogni soggetto. Il metodo ha preso in considerazione la sequenza dei picchi; gli istanti del picco massimo della fase di takeoff e di atterraggio furono considerati come i centri di due intervalli all interno dei quali venivano selezionati il punto di takeoff e di atterraggio. Questi sono stati individuati come il minimo tra due massimi locali per fase di takeoff e il minimo prima del massimo per fase d atterraggio (vedi figura seguente).

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57 Questo studio ha permesso di ottenere informazioni sul comportamento di ogni piede durante l esecuzione del salto attraverso tre parametri: 1. Grado di correlazione del segnale dell accelerometro su ciascuna caviglia: ogni differenza derivante da un movimento asimmetrico può perciò essere sottolineata. 2. Coefficiente di correlazione di Pearson che fornisce informazioni sulla correttezza del movimento. 3. L integrale dell accelerazione durante la fase di volo, connesso all efficacia della fase di spinta come conseguenza della rotazione delle caviglie. In conclusione, il metodo offre un sistema facile e poco costoso per valutare la performance del salto sia per scopi clinici che sportivi.

58 Un recente studio del 2012 ha determinato la validità, affidabilità e portabilità di un sistema microelettromeccanico (MEMS) Keimove nella misurazione del tempo di volo e velocità di stacco durante uno squat jump con contromovimento (CMJ). Si è preso come riferimento una telecamera ad alta velocità (HSC) e una pedana di forza (FP) sincronizzata con un trasduttore lineare di posizione (LPT). I soggetti del test erano 30 giocatori di calcio che avevano familiarità con la pedana di forza ed a cui venivano richiesti tre CMJ (Requena & Requena, 2012). L accelerometro era posizionato nella regione lombare con una cintura specificatamente progettata, il più vicino possibile al centro di massa.

59 I dati del sistema Keimove, composto da un accelerometro inerziale 3D, un giroscopio 3D e un magnetometro, erano trasmessi via Bluetooth a un computer portatile. La fase di volo era considerata come intervallo di tempo in cui l accelerazione verticale era uguale o più bassa di quella gravitazionale; lo stacco era determinato come l istante prima della fase di volo. Velocità e stacco erano ricavate dall integrazione delle registrazioni dell accelerazione.

60 Il sistema Keimove ha permesso di misurare in maniera affidabile la velocità allo stacco e il tempo di volo durante test di vertical jump. La velocità nello stacco misurata tipicamente in laboratorio è considerata, da questo studio, la principale variabile descrittiva di un vertical jump (Musayev 2006; Reiser e altri 2006) ed il suo valore è indipendente dal movimento del corpo durante il tempo di volo.

61 Approccio strumentale alla quantificazione dello Squat Jump con le nuove tecnologie E. Bassani, 2013

62 Soggetti I test sullo SJ e CMJ sono stati eseguiti da soggetti sani con un età compresa tra i 17 e i 26 anni che praticavano attività fisica regolare e praticavano sport differenti (tennis, calcio, pallavolo, basket o palestra) a livello amatoriale o agonistico.

63 Strumentazione impiegata Per l acquisizione dei dati dei salti sono stati utilizzati la pedana di forza QuattroJump (di Kistler) e l accelerometro MEMS triassiale (di STMicroelectronics) connesso al PC tramite il sistema di comunicazione senza fili ZigBee. Oltre a questi due sistemi èstato impiegato anche un sistema di video analisi 3D (Simi System) composto da quattro fotocamere e gestito da un apposito computer. I dati ottenuti da queste strumentazioni sono stati prima visualizzati e successivamente analizzati attraverso il programma software MATLAB dove èstato creato un codice ad hoc per l analisi e il confronto dei dati.