Suksen pito- ja luisto-ominaisuuksien muutoksen vaikutus voimantuottoon ja lihasaktiivisuuteen maksimaalisessa pitkäkestoisessa hiihtosuorituksessa perinteisellä hiihtotavalla

Abstract

Tutkimuksen tarkoitus oli selvittää erilaisten voiteluiden vaikutusta lihasten voimantuoton ja lihasaktiivisuuden muutoksiin maksimaalisen pitkäkestoisen perinteisen tyylin murtomaahiihtosuorituksen aikana. Samalla pyrittiin löytämään uusia tekniikoita suksen luisto- ja pito-ominaisuuksien mittaamiseen. Tutkimuksessa pyrittiin selvittämään, miten suksen luisto- ja pito-ominaisuuksien heikentyminen pitkäkestoisen hiihtosuorituksen aikana vaikuttaa hiihdon biomekaanisiin ominaisuuksiin. Samalla seurattiin myös fysiologisten muuttujien eli sydämen sykkeen ja veren laktaattipitoisuuden muuttumista suorituksen aikana. Tutkimus suoritettiin Jyväskylän yliopiston Vuokatin toimipisteen biomekaniikan laboratoriossa ja Vuokatin hiihtoputkessa. Tutkimukseen osallistui 9 vapaaehtoista, aktiivisesti murtomaahiihtoa harrastavaa mieshenkilöä, joidenka taso vaihteli kansallisesta huipputasosta aktiiviseen kuntohiihtäjään. Jokainen koehenkilö suoritti kaksi eri 20.7 km:n kilpavauhtista perinteisen tyylin hiihtosuoritusta, joissa käytettiin erilaista suksien voitelua. Toisessa voitelussa pyrittiin siihen, että suksen luisto- ja pito-ominaisuudet säilyvät hyvinä koko hiihtosuorituksen ajan ja toisessa siihen, että luisto- ja pito-ominaisuudet heikkenevät huomattavasti hiihdon kuluessa. Testien väliksi määriteltiin vähintään viikon palautusaika, koska testisuoritus oli kilpavauhtinen pitkäkestoinen hiihto. Koehenkilöt hiihtivät testin Vuokatin hiihtoputken 2.3 km:n ladulla, jonka he kiersivät 9 kertaa. Jokaisella kierroksella hiihdettiin yli 20 m pitkän voimalevyjärjestelmän, parittomilla kierroksilla vuorotahtia ja parillisilla kierroksilla tasatahtia. Hiihdon aikana koehenkilöiltä mitattiin potkun ja sauvan työnnön horisontaalisia ja vertikaalisia voimia voimalevyillä, lihasten aktiivisuutta EMG-laitteella, sydämen sykettä ja veren laktaattipitoisuutta. Lisäksi voimalevyjen ylihiihto kuvattiin mahdollisesti myöhempää liikeanalyysiä varten. Ennen ja jälkeen hiihtosuorituksen koehenkilöt suorittivat maksimaalisen isometrisen voimatestin polven ojentajille ja kyynärvarren ojentajille. Lisäksi koehenkilöiden suksien luisto- ja pito-ominaisuutta mitattiin suksen liikutuslaitteella ennen ja jälkeen hiihtosuorituksen sekä 4 hiihdetyn kierroksen jälkeen. Samalla suksista mitattiin myös voiteiden kulumista kahdella eri mittalaitteella, fluoresenssi-mittarilla ja mittakellolla. Tutkimuksen päätulokset olivat seuraavat: 1) Hiihtoajassa ja maksiminopeudessa ei havaittu tilastollisesti merkitseviä eroja eri voiteluiden välillä 2) Jalan tuottamat voimat pienenivät enemmän paremmin pitävillä suksilla (jalan suhteellinen horisontaalinen huippuvoima (p_HLF_r) laski paremmalla pidolla 21 % (p<0.01) ja huonommalla 4 % (n.s.)), mutta ero voiteluiden välillä ei ollut tilastollisesti merkitsevä, 3) sauvatyönnön horisontaaliset voimat pienenivät huonommin pitävillä suksilla hiihdettäessä enemmän (vuorohiihdossa suhteellinen horisontaalinen huippuvoima (H_rPPF) laski paremmalla pidolla 3.0±0.9 % (p<0.05) ja huonommalla 3.7±1.9 % (p<0.05). Huonommalla pidolla lasku oli tilastollisesti merkitsevästi suurempi. Tasatyönnössä suhteellinen horisontaalinen huippuvoima (H_PPF_r) laski huonommalla pidolla 7 % (p<0.01), mutta paremmalla pidolla havaittiin jopa pieni voimatason nousu 4) lihasten RMS aktiivisuus pieneni paremmin pitävillä suksilla hiihdettäessä tilastollisesti merkitsevästi polven ojentaja lihaksissa (Vastus Medialis: 0.64±0.38 mV -> 0.34±0.20 mV. p<0.05), kun taas huonommin pitävillä suksilla hiihdettäessä RMS aktiivisuuden pieneneminen oli tilastollisesti merkitsevää kaikissa mitatuissa lihaksissa (Vastus Medialis: 0.43±0.22 mV -> 0.23±0.12 mV. p<0.05, Biceps femouris: (0.15±0.13 mV -> 0.06±0.02 mV. p<0.05), Rectus Femoris: (0.24±0.13 mV -> 0.16±0.08 mV. p<0.01), Gastrocnemius: (0.33±0.09 mV -> 018±0.07 mV. p<0.01) ja Triceps Brachii: (0.95±028 mV -> 0.78±0.27 mV. p<0.05, 5) vuorohiihdon potkuaika piteni huonommin pitävillä suksilla hiihdettäessä enemmän, mutta ero voiteluiden välillä ei ollut tilastollisesti merkitsevää, 6) sauvan työntösykliin suhteutettu työntöaika piteni huonommin pitävillä suksilla hiihdettäessä tilastollisesti merkitsevästi (43.1±3.9 % -> 46.5±4.2 %. p<0.01), kun taas paremmalla pidolla muutosta ei havaittu, 7) Uusien voidemäärän mittauslaitteiden (mittakello ja fluoresenssi-mittari) tulokset olivat tilastollisesti merkitsevästi samansuuntaisia kuin liikutuslaitteen kitkanmittaustulokset ja 8) hiihtäjän keskimääräinen syke oli hieman (1.8 %) korkeampi hiihdettäessä huonommin pitävillä suksilla. Tutkimustulosten ja aikaisempien tutkimusten perusteella voidaan olettaa, että hiihdettäessä huonosti pitävillä suksilla voimantuotto siirtyy enemmän käsille, jolloin pitkäkestoisen suorituksen aikana kädet väsyvät suhteessa enemmän. Huonosti pitävä suksi ei kuitenkaan näytä tämän tutkimuksen perusteella vaikuttavan hiihdon loppuaikaan eikä hiihtäjän maksiminopeuteen, ainakaan kohtuullisen helpossa ja loivapiirteisessä maastossa. Pitovoiteiden määrää ja kulumista on kohtuullisen helppo analysoida, mutta luistovoiteen tapauksessa analysointi onkin jo huomattavasti vaativampaa. Tutkimuksessa käytetyt uudet voidemäärän mittausmenetelmät (fluoresenssi ja mittakello) osoittautuivat kehityskelpoisiksi mittausmenetelmiksi varsinkin pitovoiteen mittaamiseen.

The aim of this study was to investigate the influence of different kind of waxing for force production and electrical activity (EMG) of muscles in maximal long distance classic style XC-skiing. Also new technics for measuring glide- and grip features of skies were explored. The study attempted to determine, how decline of glide- and grip features in maximal long distance skiing exercise influence biomechanics features of XC-skiing as well as changes of some physiological features; blood lactate and heart rate. The study was conducted at Vuokatti ski-tunnel and biomechanics laboratory of University of Jyväskylä, Vuokatti campus. The study involved 9 active male skiers, from national top-level to active fitness skier. Each volunteer performed two different 20.7 km's maximal classic style skiing performance, using two different types of ski waxing. In one attempt the waxing was made so that the glide and grip properties would remain good throughout the execution of the ski and in the other one so that the glide and grip properties would deteriorate considerably during skiing. There was at least one week recovery time between test sessions, because the test performance was maximal (=competition speed) long-term cross-country skiing. Ski track in ski-tunnel is 2.3 km long and skiers toured it nine times. In each round they skied over 20 m long force platform system. During the skiing test subjects was measured horizontal and vertical forces of kick and poling in the force plates, EMG activity in six different muscles, heart rate and blood lactate (before, after, and halfway). Before and after the skiing, the subjects performed maximal isometric strength test of the knee extensors and forearm extensors. Furthermore, the subjects' skis glide and grip properties (coefficient of friction) were measured with ski moving machine before, after and during the skiing test. At the same time skis were also measured with two different wax wear measuring device, a fluorescence indicator and a dial gauge. Main results of the study were as follows: 1) there were no statistically significant differences in skiing time and maximum speed between different types of waxing, 2) the leg forces decreased more with better grip skis (relative horizontal peak force (p_HLF_r) decreased with better grip by 21% (p <0.01) and a worse 4% (n.s.) but this difference between grips was not statistically significant), 3) horizontal forces of poling decreased more with worse grip (in diagonal stride relative horizontal peak force (H_rPPF) decreased with better grip 3.0 ± 0.9% (p <0.05) and with worse 3.7 ± 1.9% (p <0.05). With worse grip the decline was statistically significantly higher. In double poling relative horizontal peak force (H_PPF_r) decreased with worse grip by 7% (p <0.01), but with a better grip even a small power increase was observed (n.s.), 4) muscle RMS activity decreased statistically significantly in knee extensor muscles with better grip while RMS activity reduction was significant in all measured muscles with worse grip skis, 5) In diagonal stride the kick time prolonged more with worse grip, but difference between waxes was not statistically significant, 6) the relative poling time prolonged with worse grip (43.1±3.9 % -> 46.5±4.2 %. p<0.01), while a change with better grip was not observed, 7) the results of new measuring methods of waxing wear (dial gauge and fluorescence indicator) were statistically significantly in the same direction as the friction measurements of the ski moving machine and 8) the average heart rate of skier´s was slightly (1.8 %) higher with worse grip. Research and previous studies suggest that when skiing with bad grip, power generation moves more to hands and cause relative more fatigue in long-term performance. Poor grip did not seem to affect skiing time or maximum speed, at least in an easy and relatively gently sloping terrain. It is relatively easy to analyze the amount and wearing of kick waxes, but not so easy to analyze glide waxes. The study used new methods of measurement of the amount of ski-wax (fluorescence indicator (UV-meter) and dial gauge) proved to be an evolutionary measuring system, particularly the measurement of grip wax.