Analisi biomeccanica del movimento attraverso i grafici angolo-angolo

Di:   LucaRusso  |  15 Ottobre 2021

La biomeccanica è la disciplina che studia il movimento umano, descrivendolo in termini sia qualitativi che quantitativi. Nelle analisi biomeccaniche e più in genere nella misurazione del movimento umano si è soliti trasporre in forma grafica e in funzione del tempo alcune variabili come ad esempio la distanza, gli angoli etc (Enoka, 2008).

Questo tipo di descrizione del movimento è solitamente utilizzato quando si prende in considerazione il corpo intero come un singolo punto nello spazio oppure quando si analizza una coppia di segmenti corporei che si muove formando un angolo.

Una seconda forma di descrizione grafica del movimento umano è quella offerta dai così detti diagrammi angolo-angolo (Cavanagh et al., 1973): ovvero un grafico che generalmente riporta esamina la relazione durante il movimento tra due angoli formati da segmenti corporei diversi. Questa scelta metodologica deriva dal concetto che il movimento umano è generalmente creato e compiuto attraverso la rotazione dei segmenti del corpo, gli uni rispetto ad altri.
Generalmente un diagramma angolo-angolo mette in relazione l’andamento di un angolo relativo rispetto ad un angolo assoluto (Enoka, 2008), nulla vieta però la possibilità di mettere in relazione anche due angoli relativi. Da un punto di vista terminologico viene definito relativo quell’angolo che si crea tra due segmenti adiacenti e assoluto quell’angolo che crea un segmento corporeo rispetto ad un sistema di riferimento esterno al corpo (Figura 1).

Figura 1 – Esempio di angolo relativo (ginocchio) e angolo assoluto (braccio).

 

I diagrammi angolo-angolo permettono di valutare i cambiamenti sia quantitativi che qualitativi dei parametri studiati. Quando si studiano questi diagrammi si deve prestare attenzione a due aspetti chiave:

  1. La forma del diagramma e del grafico che viene a crearsi dall’interazione nel tempo dei due angoli.
  2. la collocazione di questa forma relativamente agli angoli di riferimento (es: posizioni anatomiche fisse come verticali o orizzontali).

In attività cicliche il grafico indica la posizione angolare durante un singolo ciclo e può si può leggere in senso orario o antiorario a seconda delle fasi del gesto e per questo motivo è utile aiutarsi con indicatori grafici a supporto del diagramma.

Per attività non cicliche (es: lanci) la direzione di lettura del grafico è determinata dalla posizione di partenza del soggetto, anche in questo caso è opportuno indicare l’inizio e la fine del gesto per facilitare la lettura del diagramma.

Lo scopo di tale analisi è quello di valutare il comportamento di un segmento corporeo in relazione ad un altro all’interno dello stesso movimento nello stesso istante temporale.

Costruzione di un grafico angolo-angolo

Il primo passaggio per una corretta costruzione di un grafico angolo-angolo che possa essere di aiuto nella comprensione del movimento è la selezione dei due angoli da riportare in forma grafica, appare scontato e chiaro che questo tipo di analisi non si presta allo studio di movimenti monoarticolari.

Il secondo passaggio da compiere è reperire la strumentazione che sia in grado di misurare un angolo tra i segmenti corporei. Il mezzo più semplice per questo tipo di misurazione è l’utilizzo del video e la gestione dello stesso attraverso software specifici di video analisi che permettono di misurare gli angoli in maniera rapida e con un discreto grado di affidabilità e precisione. Ci sono due modalità di misurazione: una misurazione continua nel tempo dell’angolo ed una misurazione discreta che prevede l’individuazione di momenti chiave del gesto nei quali quest’ultimo può essere scomposto ed analizzato. La modalità di analisi discreta e per momenti chiave del gesto da analizzare è la più semplice da svolgere, dal momento che non tutte le strumentazioni base di analisi dei video e delle immagini consentono di effettuare misurazioni continue degli angoli di lavoro. Di seguito un esempio di analisi angolare per momenti chiave del gesto di tiro libero nella pallacanestro svolta ogni 100ms, dall’istante del primo movimento del soggetto fino al rilascio della palla (Figura 2).

In questa sede è importante sottolineare che i momenti chiave scelti devono essere sempre gli stessi quando si analizzano più soggetti altrimenti i tempi di analisi sono errati e i comportamenti motori possono essere molto differenti; in caso infatti di gesti identici ma che vengono realizzati con tempi e durate differenti è opportuno svolgere delle procedure di normalizzazione del tempo, in modo tale da sapere esattamente cosa sia successo ad esempio al 30%, al 50%, al 75% etc. del tempo di movimento.

Figura 2 – Esempio di analisi angolare per momenti chiave.

 

Il terzo passaggio è l’inserimento dei dati analizzati in fogli di calcolo elettronici per produrre dei grafici (Figura 3).

Figura 3 – Esempio di dati di due angoli (relativi) durante tre cicli di pedalata in bicicletta, l’arto inferiore analizzato è il destro. Si evidenzia che i singoli dati dei tre cicli vengono poi mediati e resi come valori unici per generare il grafico, è possibile anche generare un grafico per ogni ciclo con lo scopo di valutare la variabilità del movimento.

 

Il quarto ed ultimo passaggio è la creazione del grafico tenendo presente che ogni singola fase va evidenziata e inoltre va suggerito il senso di lettura del grafico che identifica la direzione del movimento (Figura 4).

Figura 4 – Esempio di grafico angolo-angolo (relativi) di un ciclo medio di pedalata in bicicletta, l’arto inferiore analizzato è il destro. Nel grafico sono riportati i momenti chiave della pedalata in cui sono state svolte le misurazioni angolari e la direzione da seguire per leggere correttamente il grafico.

Interpretazione di un grafico angolo-angolo

Per interpretare correttamente un diagramma angolo-angolo si deve innanzitutto conoscere il gesto che si sta analizzando. Nell’esempio che segue viene proposta l’analisi di due gruppi di giocatori di pallacanestro che eseguono un tiro dalla linea del tiro libero ricevendo il pallone attraverso un passaggio fatto da un compagno sotto canestro.

I dati che vengono presentati sono estrapolati dal lavoro di Tesi di Laurea Magistrale in Scienze e Tecnica dello Sport presso l’Università degli Studi dell’Aquila del Dott. Emiliano D’Ortenzio. La tesi, seguita dal prof. Luca Russo, ha studiato due gruppi di giocatori di pallacanestro Under 20: un gruppo ELITE (Stella Azzurra Roma) e un gruppo NON ELITE (G.S. Dil. Torre Spes). Valutando dall’istante di ricezione del pallone l’evoluzione dell’angolo assoluto del braccio e dell’angolo relativo al ginocchio (Figura 1). Poiché la durata del gesto tra i singoli atleti e i due gruppi era differente, si è proceduto a normalizzare nel tempo l’evoluzione del valore dei due angoli (Figura 5).

Nel grafico è chiaro come il movimento degli arti inferiori sia simile nei due gruppi (seppur migliore nel gruppo ELITE perché si piegano di più e si distendono con maggiore velocità), mentre il movimento delle braccia è l’elemento fortemente differenziante i due gruppi in quando i giocatori ELITE distribuiscono il movimento del braccio su tutta la durata del movimento in maniera ben coordinata con le gambe, al contrario i NON ELITE tendono a portare troppo presto la palla in alto sopra la testa riducendo così l’effetto della successiva spinta delle gambe.

Figura 5 – Andamento nel tempo degli angoli assoluto-braccio e relativo-ginocchio durante un gesto di ricezione e tiro in due gruppo di cestisti Under 20.

 

Trasformando i valori presenti nel grafico precedente in un grafico angolo-angolo (Figura 6) si ha una visione più chiara di quanto affermato precedentemente. Il gruppo ELITE riceve la palla con un maggiore piegamento sulle gambe che consente di abbassare la palla e “prendere il ritmo” del gesto durante il contromovimento del caricamento delle gambe, tenendo la palla bassa fino al momento di inizio della spinta delle gambe il che consente di accelerare successivamente la palla verso l’alto sommando la spinta della distensione degli arti inferiori e il sollevamento dell’arto superiore; migliorando così la coordinazione del gesto.

Il gruppo NON ELITE al contrario riceve la palla con le gambe più distese e arriva alla stessa profondità di piegamento degli arti inferiori del gruppo ELITE, questo implica quindi un maggior dispendio di energie per ogni tiro da effettuare; in aggiunta a ciò il braccio anticipa la salita verso l’altro riducendo così la possibilità si sommare la forza di spinta degli arti inferiori a quella degli arti superiori, aspetto questo peggiorato anche dalla ridotta distensione degli arti inferiori al momento del rilascio della palla.

Figura 6 – Realizzazione del diagramma angolo-angolo degli angoli assoluto-braccio e relativo-ginocchio durante un gesto di ricezione e tiro in due gruppo di cestisti Under 20.

 

Secondo quanto riportato il gruppo ELITE appare più coordinato e più economico nell’esecuzione del gesto rispetto al gruppo NON ELITE.

Conclusioni

La principale applicazione pratica dei diagrammi angolo-angolo è riferita allo studio della coordinazione del gesto comparando più tipologie di soggetti e valutando in quali fasi del ciclo del movimento studiato ci sono delle anticipazioni o dei ritardi di attivazioni di determinate porzioni corporee (McKenzie et al., 2010).

Questa caratteristica consente all’operatore di utilizzare questo tipo di analisi in diversi contesti operativi: da quello clinico-patologico (di competenza esclusivamente sanitaria) a quello preventivo (Wattananon et al., 2017), compensativo e prestativo (di competenza del Laureato in Scienze Motorie): attraverso l’analisi di un movimento target l’operatore può discriminare lo stato di riatletizzazione, monitorare il rientro in campo di un atleta o ancora può valutare gli squilibri motori presenti e stimare il rischio di infortunio, successivamente impostare un protocollo di lavoro e utilizzare nuovamente la stessa analisi per valutare gli effetti del lavoro svolto.

Bibliografia

  1. Cavanagh PR, Grieve DW. The graphical display of angular movement of the body. Br J Sports Med, 1973; 7:129-133.
  2. Enoka RM. Neuromechanics of human movement. Fourth Edition. Human Kinetics, Champaign, IL; 2008.
  3. McKenzie K, Galea V, Wessel J, Pierrynowski M. Lower extremity kinematics of females with patellofemoral pain syndrome while stair stepping. J Orthop Sports Phys Ther, 2010; 40(10):625-32.
  4. Wattananon P, Ebaugh D, Biely SA, Smith SS, Hicks GE, Silfies SP. Kinematic characterization of clinically observed aberrant movement patterns in patients with non-specific low back pain: a cross-sectional study. BMC Musculoskelet Disord, 2017; 18(1):455.