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Caratterizzazione biomeccanica del gesto
del punch nel karate: indici di performance
A
B
Introduzione
Nella maggior parte delle arti marziali e degli sport, ma soprattutto nel karate, tutte le parti del corpo devono
essere armonizzate al fine di assicurare l’efficacia della tecnica e fornire la stabilità necessaria per eseguire ogni
movimento. Nel karate, questo aspetto è particolarmente importante [1]. Attualmente il karate non è solo un'arte
marziale, ma anche una tecnica efficace di autodifesa e viene praticato in tutto il mondo. Pochi studi sono stati
condotti con lo scopo di caratterizzare il gesto del punch eseguito da atleti professionisti utilizzando differenti
tecniche di karate [1-3].
Gli obiettivi di questo studio sono: 1) caratterizzare, da un punto di vista cinematico, cinetico ed
elettromiografico, la tecnica del punch eseguita da un gruppo di atleti e stabilire la corretta posizione degli arti e
del tronco; 2) identificare uno o più parametri che risultino correlati alla forza del pugno, in modo da determinare
la combinazione più performante di parametri; 3) verificare l’eventuale coattivazione dei muscoli agonistiantagonisti, considerando gli arti superiori, inferiori ed il tronco.
Fig. 3. A: Media e deviazione standard dei valori di flessione delle articolazioni di ginocchio e
gomito nell’istante di HIT. B: Media e deviazione standard dei valori dell’impulso, della forza del
punch e dei range di movimento delle articolazioni di ginocchio e gomito
Risultati
L’ analisi dei dati cinematici, cinetici ed elettromiografici ha permesso una caratterizzazione completa del gesto
del punch e l’ identificazione della combinazione più performante di parametri. In particolare in Fig. 3 vengono
riportate le medie e le deviazioni standard (tra tutti i soggetti considerando tutte le prove) dei valori di flessione
dell’arto superiore e inferiore nell’istante del colpo e durante tutto il gesto del punch, oltre che i valori medi della
forza del punch e dell’ impulso (quantità di moto trasmessa al punching ball).
Emergono correlazioni positive tra forza del punch e flessione delle ginocchia; forza del punch e forza di
reazione delle gambe al terreno e correlazione negativa tra forza del punch e massima accelerazione angolare del
tronco (Fig. 4).
Per quanto riguarda l’analisi elettromiografica, differenze statisticamente significative emergono dal confronto
tra l’indice di coattivazione dell’arto superiore, inferiore e tronco, sia per i muscoli di destra che di sinistra (Fig.
5).
Fig. 1. Esecuzione del gesto del punch Juntsuki con la tecnica Wadoryu
Materiali e Metodi
Nove atleti, provenienti dall’ Accademia Italiana Karate & Arti Marziali (AIKAM), sono stati valutati con un
sistema computerizzato di analisi del movimento (BTS Bioengineering, Milano) che permette di registrare dati
cinematici (con 8 telecamere infrarosso), cinetici (con due piattaforme di forza) ed elettromiografici (con un
sistema di elettromiografia di superficie composto da 16 canali wireless). Agli atleti è stato chiesto di eseguire,
nell’ambito della tecnica del karate Wadoryu, il Juntsuki, ovvero sferrare un pugno al punching ball con il
braccio corrispondente alla gamba in avanti (Fig. 1). Ogni soggetto ha eseguito questo task motorio 10 volte.
Venti marcatori sferici riflettenti, ricoperti da polvere di alluminio, sono stato posizionati su punti di repere
anatomici, secondo un protocollo creato ad hoc (Fig. 2). Sedici elettrodi bipolari sono stati posizionati sul corpo
degli atleti (Fig. 2).
Dopo ogni acquisizione effettuata con il software Smart Capture, le traiettorie 3D dei marcatori sono state
ricostruite usando il Smart Tracker. I dati sono stati poi processati con il software Smart Analyzer e Matlab. Il
ciclo del movimento è stato definito nel seguente modo: l’evento di start corrisponde all’istante di tempo in cui la
traccia relativa alla velocità del marker posto sul polso eccede il valore di soglia, pari al 5% dell’ampiezza della
traccia; l’evento di stop, invece, corrisponde all’istante di tempo in cui la stessa scende al di sotto della stessa
soglia. I dati sono stati poi normalizzati rispetto alla durata del ciclo e interpolati su 101 campioni usando una
procedura polinomiale. Una volta definito l’evento di contatto con il punching ball (HIT), sono stati valutati i
seguenti parametri: centri di massa dei segmenti corporei [4-5]; forza del punch; impulso; energia cinetica
rotazionale del tronco; flesso-estensione del ginocchio destro e sinistro e del gomito destro al momento dell’HIT
e relativi range di movimento; forza di reazione al suolo della gamba destra e sinistra; accelerazione angolare del
tronco al momento dell’HIT.
Il segnale elettromiografico grezzo è stato filtrato passa-banda tra 20-450 Hz, rettificato e filtrato passa-basso a
10 Hz. Le tracce sono state normalizzate rispetto al valore di picco di ogni muscolo considerando tutte le prove
per ogni soggetto. Per caratterizzare l’attività elettromiografica, è stata stimata la coattivazione muscolare [6] tra i
muscoli agonisti-antagonisti di braccia (Biceps Brachii-Triceps Brachii), tronco (Rectus Abdominis SuperiorErectoe Spinae Longissimus) e gambe (Rectus Femoris-Semitendinosus) [10] e ne è stato valutato il valore
massimo (CI). Per valutare la correlazione tra la forza del punch e i parametri precedentemente elencati, al fine di
individuare gli indici di performance, sono stati utilizzati sia il test parametrico, sia il test non parametrico, a
seconda della distribuzione di ogni dato. Per l’analisi elettromiografica, è stato utilizzato un test ANOVA
considerano l’indice di coattivazione calcolato su coppie di muscoli agonisti-antagonisti appartenenti ad arto
superiore, tronco e arto inferiore. Infine, è stato effettuato un confronto tra l’indice di co-attivazione calcolato sui
muscoli di destra e di sinistra per ogni distretto corporeo.
Fig. 2. Modello cinematico (sinistra) ed elettromiografico (destra).
Fig. 4. Correlazioni statisticamente significative (p<0.05) tra la forza del punch e i parametri calcolati.
Fig. 5. Valori (media e deviazione standard) dell’indice di coattivazione muscolare (CI) e delle
curve di coattivazione relative ai muscoli agonisti-antagonisti di braccia, tronco e gambe del lato
destro e sinistro. *Differenze statisticamente significative (p<0.05).
Discussioni e Conclusioni
Nel presente studio è stata effettuata una caratterizzazione biomeccanica del gesto del punch con lo scopo di
migliorare l’efficacia del gesto del punch e fornire indicazioni specifiche riguardanti la corretta postura, intesa
come rapporto spaziale tra i segmenti corporei. Il secondo obiettivo è stato quello di valutare i parametri correlati
alla forza del punch.
Dai risultati emerge che mediamente le posizioni assunte dagli atleti durante l’esecuzione del gesto sono:
• Arto superiore: il gomito assume un valore di flessione nell’istante di HIT pari a 68° ± 15°; complessivamente
esegue un movimento di 85° ± 12°
• Tronco: possiede una accelerazione di 464 °/sec^2 ± 147 °/sec^2.
• Arto inferiore: il ginocchio dell’arto anteriore assume un valore di flessione nell’istante di HIT pari a 46° ± 8°;
esegue complessivamente un movimento di 64° ± 10°; il ginocchio dell’arto posteriore assume un valore di
flessione nell’istante di HIT pari a 51°±13°; esegue complessivamente un movimento di 46° ± 14°.
I risultati ottenuti suggeriscono che il colpo effettuato con l’arto superiore si avvale della forza generata dall’arto
inferiore sul terreno e della forza, uguale e contraria, che il terreno applica agli arti inferiori. In tal senso tutto il
corpo, costituito da arti superiori, tronco e arti inferiori, contribuisce a generare il momento anteriore che termina
nel colpo finale. Tra le variabili analizzate, la forza prodotta dagli arti inferiori e la loro posizione in flessione
rivestono un ruolo fondamentale.
Contrariamente a ciò che accade in altri sport (ad es. nel pugilato), il movimento del tronco, in questo tipo di
tecnica di karate, ha un ruolo limitante nello sviluppo della forza del punch. Evidentemente una eccessiva
rotazione del tronco contrasta, nel complesso, la forza generata durante il colpo.
Un dato interessante è rappresentato dall’attivazione muscolare, in particolare dagli indici di coattivazione
muscolare calcolati sui muscoli agonisti-antagonisti degli arti superiori, inferiori e tronco. Dalla Fig. 5 si può
osservare un gradiente rostro-caudale nei valori dell’indice di coattivazione (CI): arto superiore, tronco e arto
inferiore su entrambi i lati. In generale, una maggiore coattivazione muscolare corrisponde a un maggiore grado
di “rigidezza” di un segmento corporeo necessario per garantire stabilità durante uno specifico task: durante il
punch viene massimamente “irrigidito” l’arto superiore rispetto sia al tronco, sia all’arto inferiore.
Questi risultati confermano l’importanza degli arti inferiori durante l’esecuzione del gesto, la quale si traduce in
una minore “rigidezza” muscolare.
Riferimenti
[1] AM. VencesBrito, M A. Rodrigues Ferreira, N. Cortes , O. Fernandes, P. Pezarat-Correia. Kinematic and electromyographic analyses of a karate punch. J Electromyogr
Kinesiol. 21(6): 1023-1029, 2011.
[2] I. Loturco, GG. Artioli, R. Kobal S. Gil , E. Franchini. Predicting punching acceleration from selected strength and power variables in elite karate athletes: a multiple
regression analysis. J Strength Cond Res. 28(7): 1826-1832, 2014.
[3] C. Sforza, M. Turci, GP. Grassi, N. Fragnito, G. Serrao, VF. Ferrario. Repeatability of choku-tsuki and oi-tsuki in shotokan karate: a 3-dimensional analysis with thirteen
black-belt karateka. Percept Mot Skills. 92(3 Pt 2): 1230-1232, 2001.
[4] VM. Zatsiorsky, VN. Seluyanov, LG. Chugunova. Methods of determining mass-inertial characteristics of human body segments. Contemporary Problems of
Biomechanics. 272-291, 1990.
[5] P. DeLeva. Adjustments to Zatsiorsky-Seluyanov’s segment inertia parameters. J Biomech, 29(9): 1223-1230, 1996.
[6] KS. Rudolph, MJ. Axe, L. Snyder-Mackler. “Dynamic Stability After ACL Injury: Who Can Hop?” Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 8(5): 262–269, 2000.
Ringraziamenti
Si ringrazia l’ Accademia Italiana Karate & Arti Marziali AIKAM per la disponibilità e l’impegno mostrati.