Czym są łańcuchy kinematyczne i jakie znaczenie mają dla treningu sportowców? Pojęcie to zostało wprowadzone w 1875 roku przez Franza Reuleaux. Opisał je jako mechaniczny system ogniw w inżynierii maszyn. Według niego była to kombinacja kilku segmentów połączonych ze sobą w taki sposób, że ruch jednego ogniwa przy ustabilizowanym innym powoduje ruch pozostałych ogniw w przewidywalny sposób. Arthur Steindler w 1955 roku jako pierwszy wykorzystał to pojęcie w kinezjologii człowieka i dokonał podziału na łańcuchy otwarte i zamknięte. Łańcuch kinematyczny definiował jako kombinację kilku kolejno rozmieszczonych stawów stanowiących złożony układ ruchowy.
Otwarty łańcuch kinematyczny to taki, w którym końcowe ogniwo – stopa czy dłoń – porusza się swobodnie w przestrzeni. Ruchy poszczególnych ogniw mogą być wtedy w dużej mierze niezależne od siebie. Przykładem ćwiczenia w otwartym łańcuchu będzie kopnięcie w powietrze, wymach ręki czy prostowanie nóg na maszynie. Takie ćwiczenia angażują zwykle mniejszą liczbę stawów i grup mięśniowych, dzięki czemu łatwiej nimi wyizolować konkretny mięsień. Kopnięcie w powietrze obciąża staw biodrowy i kolanowy przede wszystkim w końcowej fazie ruchu, kiedy mięśnie muszą gwałtownie wyhamować rozpędzoną nogę.
Zamknięty łańcuch kinematyczny to łańcuch, w którym końcowe ogniwo nie jest swobodne – stopa czy dłoń ma stałe oparcie (podłoga, drążek), więc ruch w jednym stawie wymusza ruch w pozostałych. Przykładem tego typu ćwiczeń będą pompki, przysiady, podciąganie czy inne ćwiczenia z podparciem na podłodze. Taki rodzaj ćwiczeń angażuje zwykle większą liczbę grup mięśniowych naraz. Wielu ćwiczeń nie da się jednoznacznie zakwalifikować do którejś grupy, ponieważ nasz ruch jest kombinacją tych dwóch typów łańcucha. W chodzie, dla przykładu, ok. 60% cyklu to faza podporu (stopa na ziemi), a resztę stanowi faza przenoszenia nogi. W biegu udział fazy podporu maleje (dłuższa faza lotu).
Jakie znaczenie ma praca w otwartym, a jakie w zamkniętym łańcuchu kinematycznym?
Ćwiczenia w łańcuchu otwartym charakteryzują się większą komponentą sił ścinających w stosunku do kompresujących. Tak jest np. w kolanie przy prostowaniu nogi na maszynie w końcowym zakresie wyprostu, kiedy naprężenie więzadła krzyżowego przedniego (ACL) jest największe (Escamilla i wsp. 1998) – to jednak reguła dla kolana, a nie dla każdego stawu. Oba typy ćwiczeń angażują czucie głębokie (propriocepcję), tylko w inny sposób. Ćwiczenia w otwartym łańcuchu przede wszystkim pozwalają wyizolować i zmierzyć słabe ogniwo. Co więcej, bieg (faza lotu), rzut, kopnięcie czy uderzenie to ruchy w otwartym łańcuchu, więc w sporcie trudno się bez nich obejść.
Ćwiczenia w łańcuchu zamkniętym angażują duże zespoły dynamiczne, odtwarzają bardziej funkcjonalne wzorce ruchowe i charakteryzują się większą komponentą sił kompresujących w stosunku do ścinających (w kolanie – przysiad czy wypychanie nóg na suwnicy). Część z nich zapewnia lepszą stabilizację stawów, bo aktywuje jednocześnie mięśnie agonistyczne, synergistyczne i antagonistyczne.
Nie oznacza to jednak, że jeden typ jest „bezpieczniejszy” od drugiego. To, czy ćwiczenie jest bezpieczne, zależy od stawu, kąta i obciążenia, a nie od typu łańcucha. Każdy typ ma swoje zastosowanie: ćwiczenia w łańcuchu otwartym pozwalają izolować i mierzyć słabe ogniwo, w zamkniętym – uczyć koordynacji całego ciała.
Dobrym przykładem jest rehabilitacja po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego (ACL). Przez lata ćwiczeń w otwartym łańcuchu, takich jak prostowanie nogi na maszynie, unikano jak ognia, bo miały nadmiernie obciążać przeszczep. Dziś wiadomo, że wprowadzone w kontrolowanym zakresie nie zwiększają wiotkości kolana bardziej niż ćwiczenia w zamkniętym łańcuchu (Perriman i wsp. 2018), a są potrzebne do odbudowy siły mięśnia czworogłowego (Noehren i Snyder-Mackler 2020). Jak i kiedy je wprowadzić, decyduje po urazie fizjoterapeuta prowadzący.
Innym przykładem będą kopnięcia. Kopnięcie w powietrze z dodatkowym ciężarem dość mocno obciąży poszczególne stawy w końcowej fazie ruchu. Kopiąc w worek, nie tylko zwiększysz siłę kopnięcia, ale uzyskasz lepsze spięcie tułowia i kontrolę końca ruchu, bo to worek, a nie same mięśnie, zatrzymuje nogę. Nie jest to klasyczny zamknięty łańcuch kinematyczny, ale kontakt z workiem daje podobną korzyść: opór na końcu ruchu. W zamkniętym łańcuchu pracujesz też w wielu ćwiczeniach z systemem TRX, np. przy wiosłowaniu czy pompkach na taśmach.
Jednakże (!) stosując jedynie zamknięte łańcuchy, trzeba zakładać, że dużo ciężej będzie dostrzec słabe ogniwo w danym łańcuchu, bo będzie ono kompensowane pracą innych, lepszych ogniw. Dlatego dobry trening, jak i dobra rehabilitacja sportowa, powinny obejmować kombinację tych dwóch komponentów tak, aby świadomie zmniejszać ryzyko kontuzji na treningach, a tym samym zwiększać efektywność swojej pracy.
Źródła
- Reuleaux F., Theoretische Kinematik, 1875 (przywołane w oryginale)
- Steindler A., Kinesiology of the Human Body under Normal and Pathological Conditions, 1955 (przywołane w oryginale)
- Escamilla RF i wsp., Biomechanics of the knee during closed kinetic chain and open kinetic chain exercises, Med Sci Sports Exerc 1998 (DOI: 10.1097/00005768-199804000-00014)
- Perriman A, Leahy E, Semciw AI, The Effect of Open- Versus Closed-Kinetic-Chain Exercises on Anterior Tibial Laxity, Strength, and Function Following Anterior Cruciate Ligament Reconstruction: A Systematic Review and Meta-analysis, J Orthop Sports Phys Ther 2018 (DOI: 10.2519/jospt.2018.7656)
- Noehren B, Snyder-Mackler L, Who’s Afraid of the Big Bad Wolf? Open-Chain Exercises After Anterior Cruciate Ligament Reconstruction, J Orthop Sports Phys Ther 2020 (DOI: 10.2519/jospt.2020.0609)
