LIIKUNTAPALVELUT Juhani Vuorela

Biomekaniikka

Voimaharjoittelussa on käytössä suuri määrä erilaisia harjoitteita. Vartalon ja raajojen lihasryhmiä voidaan kuormittaa sadoilla erilaisilla harjoitteilla käyttäen vastuksena omaa kehoa, vapaita painoja tai erilaisia useaan-, tai yhteen lihakseen kohdistuvia koneita ja laitteita. Kaikille harjoitteille on kuitenkin yhteistä se että parhaan tuloksen saaminen edellyttää biomekaniikan lakien mukaan suoritettuja harjoitteita joissa liike tehdään voimantuoton kannalta edullisimmilla nivelkulmilla.

Biomekaniikka tarkastelee ihmiskehon liikettä ja liikkumisen mekanismeja, auttaa ymmärtämään tuki- ja liikuntaelin vammojen syntymekanismeja ja ennaltaehkäisemään vammojen uusiutumista. Määrittää tasapainon ja yhdistetyn painopisteen sijainnin (YPP).

Tasapaino on oleellinen asia biomekaanisia liikkeitä tarkasteltaessa ja sen merkitys kasvaa kun kyseessä on kaksi painopistettä eli ihmisen ja esineen. Esinettä liikutettaessa muodostuu yhteinen painopiste (YPP) ja se on aina esineen ja ihmisen välissä tasapainoalueella joka on yleensä jalkapohjan suuruinen. (katso tasapaino)

Biomekaniikka perustuu mekaniikan lakeihin ja eroaa koneiden suorittamasta mekaanisesta liikkeestä siinä että liikkeen suorittaa niveltä liikuttaviin luihin kohdistuva lihasvoima. Sana BIO tarkoittaa elävää eli tässä tapauksessa tuki- ja liikuntaelimistön osia.

Kehon osat pyörivät nivelten ympäri eri liikelaajuuksilla

Niveleen kohdistuvaa kuormitusta ja lihasten tuottamaa voimaa (F) sekä pyörimiseen tarvittavaa vääntömomenttia (M) tarkastellaan biomekaniikan avulla. Pyörimisliikkeen keskipiste (T) sijaitsee nivelen sisällä. Lihas sijaitsee nivelen keskipisteestä etäisyydellä (L). Nämä tuottavat pyörimisliikkeeseen tarvittavan vääntömomentin (M=FL).

Nostaminen

Voimaharjoittelu tai raskaiden esineiden toistuva nostaminen kuormittaa selkärankaa aiheuttaen välilevyjä kokoon puristavan voiman. Selkärankaa ojentavat lihakset kiristyvät ja lyhenevät toistuvan kuormituksen seurauksena ja pyrkivät kroonisesti ojentamaan selkärankaa lanne- ja rintarangan alueella ja sen seurauksena rintarangan kaari (kyfoosi) oikenee ja lannerangan notko (lordoosi) lisääntyy. Samantyyppinen oireyhtymä syntyy istumatyössä.

Liikuntapalvelut Juhani Vuorela

Valsalvan manööveri

Vatsaontelon seinämät muodostaa suljetun sylinterin. Ylhäällä pallealihas ja keskusjänne, takana lanneranka, lanneselkäkalvo, sivulla ja edessä vatsalihakset sekä alhaalla lantionpohjan lihakset. Pallealihas jännittyy sisään hengitettäessä ja vetää keskusjännettä alaspäin pienentäen vatsaontelon pystysuuntaista tilavuutta. Vatsaontelon painetta nostetaan kun sisään hengityksen jälkeen suljetaan kurkunpää, lantion pohjan aukot, jännitetään vatsalihakset ja poikittainen vatsalihas vetämällä napaa hieman kohti selkärankaa. Poikittaisen vatsalihaksen (abdominal transversus) hyvä toimintakyky on edellytys vatsaontelon tehokkaalle paineensäädölle. Lihas pienentää jännittyessään vatsaontelon vaakasuuntaista tilavuutta. Nämä toimenpiteet yhdessä saavat aikaan vatsa- ja rintaontelon paineennousun (IAP), joka tukee lannerankaa.

POIKITTAINEN VATSALIHAS

Lihas lähtee alimpien kylkiluurustojen etu-sisäreunasta, lannerangan lanneselkäkalvosta ja suoliluiden etuosan sisäreunasta. Lihas kiertää vaakasuunnassa vartalon eteen ja kiinnittyy suoria vatsalihaksia ympäröivän kalvon reunaan.

Poikittainen vatsalihas on tärkeä vatsaontelon paineensäädössa ja samalla se tukee SI-niveltä edestä. SI-nivel on vahvojen nivelsiteiden ympäröimä. Takaosan siteet tukevat niveltä kun etuosa puristuu poikittaisen vatsalihaksen supistuessa. Jännittyessään lihas saa aikaan "pihtimäisen" puristusliikkeen joka painaa SI-nivelen pintoja toisiaan vastaan ja tukee nivelliitosta nostojen ja raskaiden esineiden kantamisen aikana.

Toimenpiteen aikana verenpaine voi nousta huomattavasti, joten se on syytä huomioida raskaiden harjoitteiden aikana mikäli on taipumusta verenpaineen nousuun. Paineen säätömekanismia käytetään noston tai kyykyn aikana hyvin lyhyt aika 3-5 sekuntia noston vaikeimmassa vaiheessa eli noston alussa tai kyykyn ylösnousuvaiheen alkaessa. Liikkeen jatkuessa ja ponnistuksen keventyessä hengitetään tasaisesti ulos.

Liikuntapalvelut Juhani Vuorela

Jalkakyykky (Full Squat)

Jalkakyykky, pitäen tanko hartioilla niskan takana on monipuolisin koko vartalon voimaa ja lihasmassaa kehittävä harjoite. Paras tulos saadaan suorittamalla täyskyykky eli laskeutumalla niin alas että reiden takaosat ja pohjelihakset ovat vastakkain. Oikean kuormituksen valinta on tärkeää liikkeen turvallisen suorituksen kannalta. Täyskyykyn suorittaminen edellyttää hyvää liikkuvuutta lonkka- polvi- ja nilkkanivelissä sekä keskivartalon hallintaa. Hyvän asennon saamiseksi Käytä painonnostokenkiä tai tuuman paksuista lautaa kantapäiden alla (katso liikkuvuussivu)

Lihaksia tulee aina harjoittaa nivelen koko liikelaajuudella. Kuormitus on ala-asennossa pienin ja kasvaa liikelaajuuden ja kyykyn syvyyden pienentyessä. Urheiluvalmennuksessa kyykkyharjoitteita tehdään usein pelkästään lajinomaisilla nivelkulmilla ja suurilla painoilla. Tämä johtaa usein lihasten lyhenemiseen ja loukkaantumisriski kasvaa. On tärkeää että kyykkyharjoitteita tehdään myös täydellä liikeradalla. Väitteet siitä että täyskyykky aiheuttaisi polvivaurioita ei ole osoitettu todeksi. Samoin ohjeet siitä että polvinivel ei saisi ylittää varvaslinjaa ei perustu biomekaniikan lakeihin. Kyykyn aiheuttamat polvivauriot johtuvat pääosin virheellisestä suoritustavasta ja liian suuresta kuormituksesta.

Jalkakyykyn suoritukseen osallistuu ensisjaisesti lonkkanivelen ojentajalihaksista iso pakaralihas (gluteus maximus), lonkkanivelen lähentäjälihakset (adductor ryhmä). Kaksipäiset lonkkaniveltä ojentavat ja polviniveltä koukistavat reiden takaosan pintalihakset (hamstrings ryhmä). Polviniveltä ojentava nelipäinen reisilihas (quadriceps) ja nilkkaniveltä ojentavat kaksoiskantalihas (gastrocnemicus) ja etenkin leveä kantalihas (soleus) joka kuormittuu voimakkaasti täyskyykyssä.

Lanne-, rinta- ja kaularangan alueella kuormitus kohdistuu voimakkaasti selkärankaa ojentavaan (erector spinae) ryhmään. Syvistä lannerangan lihaksista kuormittuu multifidus, longissumus thoracis pars lumborum, iliocostalis lumborum pars lumborum ja quadratus lumborum. Syvät lihakset ohjaavat ja tukevat nikamaparin liikettä. Pinnallisista selkälihaksista kuormittuu leveä selkälihas (latissimus dorsi), epäkäslihas (trapezius) ja koko hartiaseutu. Keskivartalon alueella kuormittuvat vatsalihakset ja erityisesti poikittainen vatsalihas (transversus abdominis) joka saa aikaan VALSALVAN manööverin yhdessä pallealihaksen kanssa.

Liikkuvuuden ollessa riittävä, päästään syvään kyykkyasentoon niin että lantio kääntyy hieman taaksepäin ja lanneranka suoristuu ala-asennossa mutta ei pyöristy.Tämä pieni lannerangan oikeneminen on tärkeä osa liikettä koska se aktivoi selkärangan ojentajalihasten (erector spinae) lisäksi lannerangan syvät lihakset ja avaa lannerangan lihaskireyksien yhteydessä lukkiutuneita fasettiniveliä jotka kontrolloivat lannerangan nikamien kierto-, sivutaivutus-, fleksio- ja ekstensioliikettä. Lannerangan oikenemisen liikelaajuus vaihtelee huomattavasti johtuen lannerangan kaaren yksilöllisistä eroista. Lannerangan oikeneminen on helposti havaittavissa kun katsoo harjoitteen suoritusta takaa tai sivulta. Aloita harjoite aina tyhjällä tangolla tai kepin avulla. Lisää painoa oman kehityksen mukaan. Sopiva toistomäärä on 10-20.

Kuntosaleilla jalkakyykyt suoritetaan yleensä täyskyykkyä selvästi lyhyemmillä liikeradoilla (reidet vaakatasossa tai ylempänä). Lannerangan liikettä ei tapahdu ja syvät lihakset ovat lähes passiivisia vaikka selkärangan ojentajalihakset (erector spinae) kuormittuvat voimakkaasti. Tämä voi olla yksi lannerangan alueen kipeytymisen ja kuormituskestävyyden alenemisen syy. Lantion kääntyminen- ja lannerangan oikeneminen ala-asennossa johtuu reiden takaosien lihasten (hamstrings- ja lähentäjälihakset) eksentrisestä (lihaksen pituus kasvaa) supistumisesta ja lonkkanivelen nivelsiteiden liikerajoitteista. Jalkakyykkyä suoritettaessa vartalon kallistuessa eteenpäin ja ala-asennossa lantion kääntyessä taaksepäin SI-nivelen itselukitus korostuu tukien SI-niveltä kuormituksen ollessa suurimmillaan ala-asennossa. (katso biomekaniikka/valsalvan manööveri)

Liikuntapalvelut Juhani Vuorela

Penkkipunnerrus

Penkkipunnerrus on monipuolinen ylävartaloa kehtittävä harjoite. Liike voidaan suorittaa levytangolla tai käsipainoilla. Penkki voi olla normaali vaakatasossa oleva, tai ylä- sekä alakalteva. Penkin kaltevuussäädöt vaikuttavat lihasten kuormitukseen ja voimantuottokykyyn.

Suurin voima pystytään tuottamaan alakaltevalla penkillä kulman ollessa noin 20-30 astetta. Kuntosaleilla näkee usein vaakapenkillä liikettä suoritettaessa että suuremmilla painoilla tehtäessä pyrkii lantio nousemaan irti penkistä. Kyse on luonnollisesta edullisempien nivelkulmien hakemisesta ja etenkin rintakehän asennosta, jossa rintalihasten toiminta on tehokkainta. Lantion nostoon irti penkistä liittyy lannerangan vammautumisriski joten sitä ei suositella. Edullisemman asennon saamiseksi punnerrus voidaan suorittaa alakaltevalla penkillä tai hartiasillassa lattialla nostamalla lantio irti lattiasta jolloin asento tulee voimantuoton kannalta parhaaksi ja lannerangan asento on normaali eli pieni lordoosi. Monipuolisen harjoitusvaikutuksen saamiseksi tee harjoite myös yläkaltevalla- ja vaakapenkillä käyttäen levytankoa ja käsipainoja.

Voimanostajat asettuvat vaakatasossa olevalle penkille lannerankaa koukistaen niin että edellä mainittu asento toteutuu. Liian voimakas lannerangan koukistus aiheuttaa puristusta lannerangan nikamiin ja voi aiheuttaa vammoja nikamien takaosiin. Penkkipunnerruksen voimantuottoon vaikuttaa huomattavasti yksilölliset ominaisuudet kuten rintakehän kaari, käsivarsien pituus, lannerangan liikkuvuus ja penkkipaidat. Kilpailuissa penkkipunnerrus tehdään tiettyjen sääntöjen mukaan käyttäen erityistä penkkipaitaa. Penkkipaidan käyttö muuttaa punnerruksen biomekaniikkaa niin että tangon lähtö rinnalta on helpompi, samoin juuttumisvaiheen ohitus 10-15 cm rinnan yläpuolella punnerrusvaiheen alussa. Tämän jälkeen punnerruksen onnistuminen riippuu kyynärnivelten ojentajalihasten voimantuoton tasosta.

Kuntoilussa, eri urheilulajien voimaharjoittelussa ja kehonrakennuksessa harjoite tehdään ilman penkkipaitaa ja nostotyyli on vapaa huomioiden kuitenkin edellä mainitut asiat lannerangan suhteen. Penkkipunnerruksen suorittamistapa määräytyy tavoitteiden mukaan. Voimanostaja hakee lyhyintä omille vartalon mittasuhteille parasta liikerataa josa lihasten venymis- ja lyhentymispituus ja nivelen liikelaajuus on mahdollisimman pieni. Kehonrakennuksessa, urheiluvalmennuksessa ja kuntoilussa penkkipunnerruksen tavoitteena on kehittää punnerrukseen osallistuvien lihasten suorituskykyä ja kokoa käyttäen suurinta nivelen liikelaajuutta ja lihaksen venymis- lyhentymispituutta. Lihaksia tulee aina harjoittaa myös nivelen koko liikelaajuudella vaikka lajiharjoite ja suoritus tehdään pienemmällä nivelen liikelaajuudella.

Rintalihasten tehtäviin kuuluu mm. sivulle, ylös loitonnetun tai taakse ojennetun olkavarren tuominen vartalon eteen ja olkavarren sisäkierto Penkkipunnerruksen suorittamiseen osallistuu mm. iso rintalihas (pectoralis major), hartialihaksen etu- ja sivuosat (deltoid), kyynärnivelen ojentajalihas (triceps brachii), kyynärnivelen koukistajalihas (biceps brachii), leveä selkälihas (latissimus dorsi) ja epäkäslihas (trapezius). Lisäksi erittäin tärkeä olkaniveltä tukeva kiertäjäkalvosin ryhmä (rotator cuff) jonka vammat ovat yleisiä erityisesti heittolajeissa ja penkkipunnerruksessa.

Punnerrus hartiasillassa

Punnerrus alakaltevalla penkillä

Liikuntapalvelut Juhani Vuorela

Kävelyn biomekaniikka

Käveleminen on nostamisen ja kantamisen ohella yleisin ja luonnollisin liikkumismuoto. Juokseminen on kävelyä nopeampi tapa liikkua ja se on biomekaniikaltaan kävelyn kaltainen.

Kävely perustuu ihmisen tasapainopisteen eteenpäin siirtymiseen ohi tukialueen joka on jalkapohjan mittainen. Tämän seurauksena ihminen kaatuisi vatsalleen ellei siirtäisi toista jalkaa eteenpäin toisen jalan tukivaiheen aikana. Kävellessä vartalo on hieman eteenpäin kallistuneena ja tasapainopiste on koko ajan tukialueen etuosassa.

Vartalon pystyasentoon kävelyn aikana vaikuttaa kannettava taakka. Raskaan repun pitäminen selässä aiheuttaa yhteisen painopisteen (YPP) siirtymiseen taaksepäin (reppu ja ihminen). Käveleminen reppu selässä aiheuttaa suuremman vartalon eteenpäin kallistamisen kuin ilman reppua käveltäessä. Raskaana olevan naisen vartalon asento on eteenpäin siirtyneen yhteisen painopisteen (lapsi ja äiti) vuoksi hieman taaksenojaava varsinkin 8-9:nen raskauskuukauden aikana. Kannettaessa toisella kädellä raskasta laukkua tai vesisankoa, YPP siirtyy kuorman puolelle ja tasapaino saadaan kallistamalla vartaloa vastakkaiselle sivulle. Laukun kantaminen kuormittaa vartaloa yksipuolisesti.

Liikuntapalvelut Juhani Vuorela

Pakara-takareisi-pohjelihasharjoite

Tämä harjoite kohdistuu tehokkaasti selkärankaa- ja lonkkaniveltä ojentaviin lihaksiin sekä polviniveltä koukistaviin takareisi- ja pohjelihaksiin. Pohjelihaksista aktivoituu kaksoiskantalihas (gastrocnemicus) koska sen kiinnityskohdat ovat reisiluun alaosan ulko- ja sisänastat. Harjoitteen liikeketju on lähes samanlainen kuin alaraajan työntövaihe pikajuoksussa. Se kehittää- ja vahvistaa lonkkaniveltä ojentavia- ja polvineltä koukistavia lihaksia. Se on erinomainen harjoite takareisivammojen hoidossa ja vammojen ennaltaehkäisyssä. Harjoitteen suorittamiseen tarvitaan esim. kuvan mukainen penkki.

Aloita harjoite asennosta jossa ylävartalo on lonkkanivelistä koukistuneena alaspäin samalla tavalla kuin selkäpenkissä. Hengitä sisään liikkeen ensimmäisen vaiheen alussa tai sen aikana ja ojenna vartalo suoraksi. Pidä vartalo ojentuneena ja jatka liikettä koukistamalla polviniveliä ja hengittämällä liikkeen tässä vaiheessa ulos kunnes olet loppuasennossa ja vartalo on lähes pystyasennossa. Palaa alkuasentoon laskeutumalla ensin vaakatasoon hengittäen tämän vaihen aikana sisään ja välittömästi aloitusasentoon hengittäen tämän vaiheen aikana ulos ja valmistautuen seuraavaan toistoon. Hengitystekniikka on tärkeä koska sen avulla voidaan säädellä vatsa- ja rintaontelon painetta (VALSALVA) liikkeen kuormittavimmissa kohdissa. Hengitystekniikkana voidaan käyttää myös yksinkertaisempaa tapaa eli hengitetään liikkeen ojennusvaiheen alussa tai sen aikana sisään loppuasentoon mennessä ja ulos palatessa alkuasentoon.

Harjoite on kuormittaa takareisien hamstrigs-ryhmää huomattavasti tehokkaammin kuin perinteinen takareisilaitteessa tehty polvinivelien koukistus koska vartalon ojennusvaiheessa liike tapahtuu ensin lihaksen lantionpuoleisessa päässä ja seuraavassa vaiheessa liike tapatuu polvinivelien alueella. Polvinivelien koukistusliikeeseen osallistuu myös kaksoiskantalihas.

Harjoite parantaa polviniveltä- ojentavan nelipäisen lihasryhmän (quadriceps) ja koukistavan takareiden lihasryhmän (hamstrings) lihastasapainoa. Tämä on tärkeä asia polvinivelen etummaisen ristisiteen, ACL (anterior cruciate ligament) kannalta. Mikäli harjoittelu kohdistuu ensisijaisesti polviniveltä ojentaviin lihaksiin voi hamstrings-ryhmä jäädä heikoksi. Tämä aiheuttaa polvinivelen biomekaaniseen toimintaan nivelen sääriluun päätä eteenpäin vetävän voiman kasvun, jonka seurauksena etummainen ristiside altistuu toistuvaan vetokuormitukseen. Eturistiside voi riittävän voimakkaan ja pitkään jatkuvan kuormituksen johdosta tulehtua tai pahimmassa tapauksessa repeytyä. Samankaltainen etummaisen ristisiteen vetokuormitus syntyy etureiden lihaksia harjoitettaessa istuen polviniveliä ojentavassa laitteessa.

On hyvä myös huomioida se että runsas takareisien harjoittelu erilaisilla laitteilla ja maastaveto- rinnallevetoharjoitteilla voi aiheuttaa polvinivelen takimmaisen ristisiteen PCL (posterior cruciate ligament) ylikuormittumisen jos ohjelmassa ei ole riittävästi polviniveltä ojentavia harjoitteita. Lihastasapaino saadaan kun harjoitteluun sisältyy esim. tämän harjoitteen lisäksi täyskyykyn- ja lajisuorituksen nivelkulmilla suoritettuja kyykkyharjoitteita.

Liikuntapalvelut Juhani Vuorela

Olka- kyynärnivelen ojennusliike

Tämä harjoite kohdistuu tehokkaasti kyynärniveltä ojentavaan kolmipäiseen lihakseen. Lihaksen kiinnityskohdat ovat olkaluun takaosa (sisempi pää, medial head) ja -ulkoreuna (lateraalinen pää, lateral head). Olkalihaksen pitkäpää (long head), joka on lihasmassaltaan suurin kiinnittyy lapaluuhun olkanivelen nivelkuopan alakyhmyyn. Lihas kiinnitty toisesta päästään yhteisellä jänteellä kyynärlisäkkeeseen. Kolmipäinen ojentajalihas on voimakkaimmillaan kun olka- ja kyynärnivel ojentuvat yhtäaikaa liikkeen alkaessa olkanivelen 45-90 asteen koukistusasennosta esim. halkoja hakatessa tai hiihdon vuoro- ja tasatyönnöissä. Olkalihaksen pitkäpää on myös tärkeä olkaniveltä tukeva lihas joka toimii leveän selkälihaksen (latissimus dorsi) olkaluuta alaspäin vetävän voiman vastavaikuttajana. Lihas tukee olkaniveltä myös kannettaessa raskaita esineitä estäen olkaluuta alaspäin vetävän voiman vaikutuksen.

Ojentajalihaksen maksivoiman- ja tehokkaan harjoitusvaikutuksen tuottaminen edellyttää lihaksen pitkänpään esivenytystä, jota ei saada kunnolla aikaan jos harjoite suoritetaan seisten ja ojentaen vain kyynärniveliä olkavarsien ollessa vartalon sivuilla ja kyynärpäiden koskettaessa kylkiluita kuten se yleensä tehdään ylätaljassa. Harjoite voidaan suorittaa tehokkaasti seisten ylätaljan avulla kun liike alkaa olkanivelten noin 90 asteen koukistuksesta ojentamalla ensin vain olkanivelet kunnes kyynärpäät ovet alhaalla vartalon sivuilla ja sen jälkeen jatkuen kyynärnivelien ojennuksella.Harjoite voidaan tehdä myös levytangolla penkillä selällään maaten liikkeen alkaessa koukistetuin kyynärnivelin pään takaa lattialta ojentaen ensin olkaniveliä eli vetämällä tanko koukistetuin käsivarsin otsatasolle ja tangon ohittaessa päälaen jatkuen kyynärnivelten ojennuksella. Harjoite voidaan tehdä useilla eri tavoilla edellyttäen että tricepsin pitkänpään esivenytys toteutuu.

Liikuntapalvelut Juhani Vuorela