Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorSandbakk, Øyvind B.
dc.contributor.advisorEttema, Gertjan
dc.contributor.authorBolger, Conor Michael
dc.date.accessioned2019-02-06T09:01:07Z
dc.date.available2019-02-06T09:01:07Z
dc.date.issued2018
dc.identifier.isbn978-82-326-3389-0
dc.identifier.issn1503-8181
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/2584046
dc.description.abstractSammendrag Forståelsen av forholdet mellom idrettens arbeidskrav på den ene siden og utøverens kapasitet og utstyr på den andre er helt sentralt for å oppnå optimale idrettsprestasjoner. I langrenn har utvikling av utstyr blitt drevet fram av teknologiske innovasjoner samt endringer i konkurranseformat og bedre løypekvalitet. En gitt utstyrstilpassing kan imidlertid ha ulik betydning i ulike deler av ulike konkurranser. Det er dermed avgjørende å forstå hvilken betydning ulike deler av løpet har for prestasjonen, og hvilke effekter en endring av utstyret har i de ulike delene av løpet. Til nå har utøverens opplevde behov for tilpassing vært en viktig drivkraft for utstyrsendringer, mens forskning har hatt en relativt begrenset rolle. En sentral del av utstyrsevolusjonen kom ved utviklingen av en helt ny bevegelsesform i langrenn, nemlig skøyting (fristil, eller fri teknikk), som vokste frem på slutten av 1980-tallet. Skøyting viste seg å øke hastighetene sammenlignet med klassisk stil, spesielt i flatt terreng og utforkjøringer. I dag består konkurranselangrenn av to stilarter, klassisk stil og skøyting. Hver stil inneholder et arsenal av del-teknikker, hvor bruken av disse avhenger både av teknikkenes effektivitet på en gitt hastighet, stigning og snøforhold. Skøytebevegelsen er avhengig av hardpakket snøunderlag og en bred trasé. Ettersom utøveren skyver i fra vinkelrett mot skien som glir framover med en gitt vinkel i forhold til løypas retning, forflytter utøveren seg sikksakk-aktig, omtrent som i skøyteløp. For å kunne utføre skøyting optimalt har utstyret blitt betraktelig tilpasset sammenlignet med klassisk. For eksempel har skiskoen i fristil økt ankelstabiliteten og man bruker lengre staver. Overordnet skal skiutstyret sørge for at metabolsk energifrigjøring overføres mest mulig effektivt og/eller økonomisk til fremdriftskraft og hastighet i løypa. Dette kan oppnås gjennom implementering av nye mekanismer som optimaliserer kraftoverføringen eller gjennom å skape større kraftutvikling ved å optimalisere muskelfunksjon. Et eksempel på dette var økt effektivitet og hastighet i skøyteløp som ble oppnådd ved å erstatte den konvensjonelle stive forbindelsen mellom skøyteskoen og skøytebladet med en hengselmekanisme under fotkulen. Den nye hengselmekanismen frigjorde ankelrotasjon mens skøytebladet forble flatt på isen, og tillot dermed større arbeidsvei for muskler i hofte, kne og ankel. Det er dermed ikke usannsynlig at en stivere skistøvel og en hengselmekanisme mellom foten og skien vil være en god strategi for å forbedre effektiviteten også i skøyting i langrenn. Samtidig kan lavere vekt eller redusert friksjon fra luft og/eller snø ha betydning for prestasjon gjennom at mindre effekt er nødvendig for å opprettholde eller øke farten. Ofte ønsker man å minimere utstyrets vekt for å oppnå lavere energikostnader, samtidig som en tilpasning av utstyret for å bedre funksjonaliteten kan føre til økt vekt. Det kvantitative forholdet mellom vekt av ski/binding og dens påvirkning på teknikk eller arbeidsøkonomi er lite kjent. Etablering av kunnskap om et slikt forhold er viktig for utviklingen av fremtidens skiutstyr. I denne avhandlingen er disse utfordringene forsøkt svart på gjennom tre hovedstudier og en pilotstudie som adresserer dagens krav til konkurranselangrenn og effekten av endringer i utstyrsdesign på prestasjonsrelaterte mekanismer. Studie I sammenlignet hastighets- og hjertefrekvensprofiler hos verdensklasses mannlige og kvinnelige skiløpere under internasjonale langrennskonkurranser i både klassisk stil og skøyting. Utøverne gjennomførte to konkurranser med individuell start, 15 km for menn og 10 km for kvinner. En GPS- og hjertefrekvensmåler sporet posisjon, tid og hjertefrekvens i oppoverbakke, flatt terreng og nedoverbakke. Den gjennomsnittlige hastigheten var ~10% høyere i skøyting enn i klassisk for begge kjønnene. De tilsvarende hastighetsforskjellene mellom fristil og klassisk i oppoverbakke og flatt terreng skilte seg betydelig (henholdsvis 12% og 8% for menn, og 15% og 13% for kvinner). Det var også prestasjonen i motbakker som var sterkest relatert til sluttprestasjon i begge stilarter og hos begge kjønn. Studie II og pilotstudien undersøkte effekten av ulik posisjonering av en nyutviklet hengselsmekanisme mellom fotblad og binding på effektivitet, sykluskarakteristikker og synergistiske komponenter av muskelaktivering i underkroppsmuskulatur i skøyting i oppoverbakke. Skiløpere brukte et skreddersydd skisko- og bindingssystem med et justerbart hengselposisjoneringssystem. Tre hengselplasseringer ble testet mens de utførte submaksimale rulleskiintervaller i oppoverbakke på en tredemølle. Hengselplasseringene påvirket ikke metabolsk energifrigjøring, effektivitet eller syklusrate, til tross for at utøverne vurderte den midterste hengselen til å fungere best. Det ble imidlertid vist systematiske endringer i muskelaktiveringsmønstre som følge av endringer i hengselposisjonering. Studie III undersøkte effekten av økt utstyrsvekt på effektivitet og tekniske løsninger i moderat og bratt oppoverbakke i skøyting. Skiløpere brukte rulleski hvor vekten kunne justeres for å forstå effekten av distal vektbelastning på fysiologiske og kinematiske faktorer, under fire forskjellige distale belastningsforhold. Den gjennomsnittlige økningen i metabolsk energifrigjøring og reduksjon i effektivitet var signifikant i bratt oppoverbakke. De største prestasjonsforskjellene både mellom klassisk og fristil, og mellom kvinner og menn, ble funnet i motbakke. Dette er også terrengpartiet der hjertefrekvensen indikerer høyest intensitet og der relasjonene til totalprestasjon er sterkest. Ved implementering av en hengselsmekanisme i bindingen under skøyting i motbakke var det ingen effekt av hengselposisjonering på fysiologiske responser eller kinematikk under submaksimale belastninger, til tross for at utøverne opplevde store forskjeller mellom hengsleposisjonene og at muskelaktiveringen indikerte ulike aktiveringsmønster og kraftutviklingsmønster. Prestasjon på snø indikerer også individuelle og generelle preferanser. Effekten av økt distal vekt på metabolsk energifrigjøring og effektivitet var imidlertid avhengig av helning på motbakken og teknikk, og høyere vekt førte til økt energikostnad i motbakker til tross for at utøvernes kinematikk var tilnærmet uendret.nb_NO
dc.description.abstractSummary Understanding the relationship between the demands of a sport, on the one hand, and an athlete's capacity and equipment, on the other hand, is vital for achieving optimal performance in sports. In cross-country skiing, equipment development has been driven by technological innovations as well as by changes in the competitive forms of the sport and improved course quality. However, given that the effects of equipment modifications may vary between specific parts of the competition, it is crucial to understand the importance of each aspect of the competition with respect to overall performance and the effects of changes in the equipment. Until now, the athlete’s perceived need for equipment adaptation has been an important driver of its evolution, while research has thus far had a somewhat limited role. A key part of equipment evolution in cross-country skiing came about when the new movement and skiing style of skating, known as the skating style, appeared toward the end of the 1980s. The skating style offered an increase in skiing speeds compared to the classical style, especially on flat and downhill terrain. Today, competitive cross-country skiing consists of both the classical style and the skating style. Each style contains an arsenal of subtechniques, the use of which depends on the efficiency of the technique at a given speed, incline, and snow conditions. The skating movement is dependent on hard-packed snow and a wide track. Since the athlete performs push-offs perpendicular to the ski, which remains gliding during the pushoff at a certain angle relative to the track, the skier moves forward in a zigzag-like fashion comparable to speed skating. In order for a skier to perform the skating technique optimally, the equipment has evolved considerably compared to the classic style. For example, the ankle stability of the boot has increased and longer poles are used. In general, the ski equipment must ensure that metabolic energy delivery is transmitted as efficiently and economically as possible into propulsion and speed along the track. This can be achieved through the implementation of new mechanisms that optimize power transmission or allow for greater power development through optimized muscle function. As an example, the increased efficiency and speed in speed-skating was achieved by replacing the conventional rigid connection between the boot and the skate blade with a hinge mechanism under the ball of the foot. The new hinge unconstrained ankle rotation while the skate blade remained flat on the ice, allowing for more work to be done by the muscles spanning the hip, knee and ankle. It is therefore not unlikely that a rigid ski boot and a hinge mechanism under the foot will be a good strategy for improving efficiency in cross-country skating-style skiing as well. At the same time, lower equipment weight and/or the ability to reduce air or snow friction may have an impact on performance because less power is required to maintain or increase speed. Often one wishes to minimize equipment weight in order to reduce metabolic cost, while any adaptation of the equipment meant to improve functionality may lead to increased weight. The quantitative relationship between the weight of ski and binding and its effect on technical aspects and metabolic cost is not well understood. Establishing knowledge of such a relationship is important for the development of future ski equipment. In this dissertation, these challenges have been addressed through three main studies and a pilot study by taking into account today's demands for competition and the effect of changes in equipment design on performance-related mechanisms. Study I compared speed and heart-rate profiles of world-class male and female skiers during international cross-country skiing competitions in both classical style and freestyle. The athletes performed two competitions in an individual start format, 15 km for men and 10 km for women. A GPS and heart-rate monitor tracked position, time and heart rate in uphill, flat, and downhill terrain. The average speed was ~10% higher during skating than classical style for both genders. The corresponding speed differences between freestyle and classical uphill and flat terrain differed significantly (12% and 8% for men, and 15% and 13% for women, respectively). The performance on uphill terrain had the strongest correlation to overall performance in both techniques and in both genders. Study II and the pilot study examined the effect of hinge positioning, with a newly developed skate binding with a mechanical hinge mechanism between the boot and the ski binding, and the effect on efficiency, cycle characteristics, and synergistic components of muscle activation in lower-limb muscles in uphill skating. Skiers used a custom-made boot and binding system that included an adjustable hinge-positioning system. Three hinge locations were tested while performing submaximal roller skating intervals in uphill on a treadmill. The hinge positioning did not affect metabolic cost, efficiency, or cycle rate, despite the fact that athletes preferred the middle hinge. However, systematic changes in muscle activation patterns associated with changes in hinge positioning were found. Study III examined the cost of increased weight of the equipment on efficiency and kinematics in moderate and steep uphill skating. Skiers used roller skis where the weight could be adjusted in order to understand the effect of distal loading on physiological and kinematic factors at four different distal loads. The distal loading was responsible for an average increase in metabolic rate and reduction in efficiency which was significant only in steep uphill skating. The biggest differences in performance between classical and skating, and between women and men were found in the uphill sections. This is also the terrain in which heart rate indicates the highest intensity and where the correlation to overall performance is strongest. By implementing a hinge mechanism in a skate-ski binding while uphill skating, there was no effect of hinge positioning on physiological responses or kinematics under submaximal loads, despite the fact that athletes experienced large differences between hinge positioning and that muscle activation patterns indicated different muscle activation patterns and force development patterns. Performance on snow also indicates individual and general preferences. The effect of increased distal load on metabolic rate and efficiency, however, was dependent on the steepness of the incline and technique, and increased distal load led to higher energy cost despite the fact that the kinematic patterns of the skiers remained approximately unchanged.nb_NO
dc.language.isoengnb_NO
dc.publisherNTNUnb_NO
dc.relation.ispartofseriesDoctoral theses at NTNU;2018:299
dc.titleThe demands of competitive cross-country ski racing and the effects of equipment design on performance-related factorsnb_NO
dc.typeDoctoral thesisnb_NO
dc.subject.nsiVDP::Medical disciplines: 700::Sports medicine: 850nb_NO
dc.description.localcodedigital fulltext not avialablenb_NO


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel