Analiza elementów skończonych rozkładów naprężeń w więzadłach i łąkotkach kolana podczas kopnięcia okrężnego w taekwondo

Dlaczego popularne kopnięcie może obciążać kolano

Kopnięcie okrężne jest jednym z najbardziej efektownych i najczęściej stosowanych technik w taekwondo. Dla widzów wygląda to płynnie i bezwysiłkowo, ale dla kolana zawodnika może stanowić wymagające i powtarzalne obciążenie. W tym badaniu autorzy zajrzeli do wnętrza stawu za pomocą symulacji komputerowych, by określić, które elementy kolana pracują najciężej podczas kopnięcia okrężnego i dlaczego ma to znaczenie dla zapobiegania bolesnym uszkodzeniom więzadeł i chrząstki.

Zajrzeć do wnętrza kolana sportowca

Zamiast opierać się wyłącznie na statystykach urazów, badacze połączyli rzeczywiste dane ruchu uzyskane od elity męskich zawodników taekwondo z szczegółowym, trójwymiarowym modelem komputerowym kolana. Dwunastu wysokopoziomowych zawodników wykonywało standaryzowane kopnięcia okrężne, podczas gdy kamery śledziły ich ruchy, płytki siłowe mierzyły siłę od podłoża, a aktywność mięśni rejestrowano za pomocą czujników na skórze. Te pomiary zostały wprowadzone do modelu mięśniowo-szkieletowego, który oszacował całkowite siły przechodzące przez kolano w czterech kluczowych momentach kopnięcia: oderwanie stopy, uniesienie kolana, moment uderzenia i lądowanie. Obciążenia stawu zastosowano następnie do szczegółowego cyfrowego modelu kolana stworzonego na podstawie skanów medycznych, co pozwoliło zespołowi zmapować miejsca koncentracji naprężeń w więzadłach i amortyzujących łąkotkach.

Noga podporowa dźwiga największe obciążenie

Jednym z najjaśniejszych odkryć było to, że noga pozostająca na ziemi, a nie noga wykonująca kopnięcie, przejmowała największe wymagania mechaniczne. W nodze kopiącej naprężenia w głównych więzadłach stabilizujących były umiarkowane i silnie zlokalizowane, a łąkotki doznawały jedynie niskiego ciśnienia. Dla porównania, kolano podporowe wykazywało znacznie wyższe naprężenia zarówno w przednim, jak i tylnym więzadle krzyżowym, które kontrolują przesuwanie się uda względem piszczeli. Szczyty te pojawiały się szczególnie podczas fazy przygotowania i uderzenia, gdy ciężar ciała, rotacja tułowia i szybkie wyprostowanie nogi łączą się, by skręcić i skompresować kolano podporowe. Ten wzorzec odpowiada szerszym dowodom, że zginanie do wewnątrz i obciążenia skrętne są kluczowymi składnikami w urazach więzadeł bez kontaktu w wielu dyscyplinach sportów boiskowych i halowych.

Ukryte ogniska naprężeń w amortyzatorach kolana

Mapy naprężeń uwidoczniły też, jak nierównomiernie obciążenie dzieli się wewnątrz poduszek amortyzujących kolana, czyli łąkotek przyśrodkowej i bocznej. W nodze podporowej obie łąkotki przenosiły znacząco wyższe naprężenia niż w nodze atakującej, ze szczególnym obciążeniem zewnętrznej (bocznej) łąkotki. Ogniska o dużym naprężeniu skupiały się wokół obwodowego brzegu i tylnego rogu — tych samych regionów, gdzie często obserwuje się pęknięcia u pacjentów i w badaniach sekcyjnych. Te obszary są kluczowe dla przenoszenia obciążenia ściskającego w formie pierścieniowej, chroniącej powierzchnie stawowe. W połączeniu z siłami skrętnymi, jak podczas kopnięcia okrężnego, powtarzane wysokie naprężenia w tych strefach mogą pomóc wyjaśnić, dlaczego urazy łąkotki często towarzyszą uszkodzeniom więzadeł w sportach walki.

Jak zbudowano model i co on może — oraz czego nie może — powiedzieć

Aby zbudować wirtualne kolano, badacze wykorzystali skany CT i MRI jednego zawodnika o wymiarach zbliżonych do średniej grupy. Kości, chrząstki, łąkotki i główne więzadła zrekonstruowano jako kształty trójwymiarowe i podzielono na drobne elementy, którym przypisano właściwości materiałowe i obciążono w analizie elementów skończonych. Model zakładał uproszczone, jednorodne zachowanie tkanek i badał jedynie cztery „zamrożone” momenty ruchu, zamiast ciągłego przebiegu kopnięcia, skupiając się na względnych wzorcach, a nie na dokładnych wartościach naprężeń w rzeczywistości. Chociaż takie wybory czynią obliczenia praktycznymi i stabilnymi, oznaczają też, że wyniki nie powinny być interpretowane jako precyzyjne progi urazowe, lecz jako mapa miejsc i chwil, w których kolano jest najbardziej obciążone mechanicznie podczas kopnięcia.

Co to oznacza dla treningu i zapobiegania urazom

Dla zawodników, trenerów i klinicystów kluczowy wniosek jest taki, że cicha noga stojąca na ziemi może być bardziej narażona niż noga, która widocznie uderza cel. Kolano podporowe wielokrotnie pochłania wysokie obciążenia skrętne i ściskające, koncentrując naprężenia w pobliżu punktów przyczepu kluczowych więzadeł oraz w tylnej i zewnętrznej części łąkotek. Sugeruje to, że prace nad wzmocnieniem i techniką powinny zwracać szczególną uwagę na sposób plantowania, rotacji i prostowania przez nogę podporową, a programy regeneracji i zarządzania obciążeniem powinny uwzględniać kumulatywne naprężenia w tym stawie. Pokazując, gdzie kopnięcie okrężne najbardziej obciąża kolano, badanie to dostarcza biomechanicznej mapy do projektowania bezpieczniejszych rutyn treningowych i ukierunkowanych strategii profilaktycznych.

Cytowanie: Jia, M., Li, D., Ma, Y. et al. Finite element analysis of stress distributions in knee ligaments and menisci during the Taekwondo Roundhouse Kick. Sci Rep 16, 13334 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43031-8

Słowa kluczowe: Taekwondo, uraz kolana, więzadła, łąkotka, biomechanika sportu