Více směrové zatížení a mechanický výkon: Měření nákladů spojených se změnou směru

---

Hannah Knowlesová a Codey Moran, Catapult Sports

Hlavní body:

• Zachycení chybějící poloviny zátěže: Změna směru představuje zhruba polovinu veškeré zátěže způsobené zrychlením v týmových sportech, avšak tradiční metriky založené na rychlosti ji zcela opomíjejí. Ukazatel „Multidirectional Load“ (víc směrová zátěž) izoluje lineární zrychlení, lineární zpomalení a boční zrychlení, čímž poskytuje ucelený přehled o mechanickém namáhání.

• Ověřený biomechanický model: Mechanická práce (kJ/kg) a mechanický výkon (W/kg) kvantifikují fyzickou náročnost pohybu pomocí čtyřkomponentového modelu, který zohledňuje horizontální, vertikální, laterální mechaniku a mechaniku pohybu končetin. Tím je zajištěno, že se rychlý běh po přímce a cvičení v těsných prostorech s malým počtem hráčů porovnávají v přesném měřítku.

• Úpravy v reálném čase a objektivní návrat do hry: Tyto ukazatele, dostupné v reálném čase na zařízení Vector S8 a po skončení tréninku na zařízení Vector S7 bez nutnosti nového hardwaru, umožňují odborníkům upravovat intenzitu cvičení během tréninku a sledovat pokrok zraněných sportovců ve srovnání s jejich vlastními objektivními profily z doby před zraněním.

---

Sledování sportovců se dosud opíralo o polohu, rychlost a lineární zrychlení. Tyto veličiny popisují, jak rychle se sportovec pohybuje ve směru, kterým se ubírá, a plní tuto úlohu dobře. Co však nezachycují, je změna směru, která v týmových sportech představuje zhruba polovinu všech zrychlovacích požadavků.

Tato mezera má důsledky, s nimiž se odborník setkává každý týden. Dvě cvičení vykazují identické výsledky v běhu na vzdálenost i ve sprintu, ale zjevně se nejednalo o stejnou tréninkovou jednotku. Tréninkový blok vypadá z hlediska objemu dobře vyvážený, ale neodpovídá podmínkám soutěže. Sportovec splňuje všechna kritéria pro návrat do hry založená na běhu, ale při zatáčení stále nevypadá v pořádku. V každém z těchto případů nebyly změřeny informace, na kterých záleželo, a proto bylo možné otázku vyřešit pouze odhadem.

Společnost Catapult uvádí na trh více než 30 nových parametrů, které mají tuto mezeru zaplnit. Parametr „Multidirectional Load“ rozlišuje mezi dvěma aspekty pohybu těla při zrychlení: změnou rychlosti a změnou směru. Mechanická práce a mechanický výkon popisují fyzickou náročnost obou těchto jevů. Společně ukazují, odkud pocházela zátěž, jak velká byla a jak intenzivně sportovec pracoval. Tyto údaje jsou k dispozici v reálném čase během tréninku na Vector S8 a po tréninku na Vector S7, přičemž se vypočítávají z údajů o poloze, které vaše zařízení již shromažďují.

Následuje popis toho, jak se tyto hodnoty odvozují, jak byly ověřeny, co ukazují a jak je nastavit.

Proč ukazatele založené na rychlosti nedokážou zachytit odbočku

Zrychlení, jak se obvykle měří, udává, jak rychle se mění rychlost sportovce. Rychlost je číselná hodnota bez určení směru, takže jakékoli zrychlení odvozené z ní může pouze udávat, zda sportovec zrychluje, nebo zpomaluje.

Ve fyzice se však zrychlením rozumí jakákoli změna pohybu, a to včetně změny směru. Představte si auto, které projíždí kruhovým objezdem konstantní rychlostí 40 km/h. Ručička tachometru se nehýbe, přesto všichni uvnitř cítí, jak je tlačí do strany. Právě tento boční tlak je zrychlením, a to je přesně to, co hodnota založená na rychlosti nedokáže zachytit.

Totéž platí i pro sportovce. Ten, kdo zatáčí konstantní rychlostí, vykazuje hodnotu nula. Ten, kdo při vjezdu do zatáčky zabrzdí, zaznamená brzdění, ale nic z samotné zatáčky.

Vezměme si sportovce, který běží po kruhu o průměru 10 m konstantní rychlostí 5 m/s. Ukazatel založený na rychlosti bude po celou dobu běhu ukazovat nulu. Ve skutečnosti se však sportovec odráží od země, aby po celou dobu udržel zrychlení v zatáčce na^hodnotě 2,^{5 m/s²}, a nic z toho se nezaznamená. Pokud k zatáčce přidáme jakékoli zrychlení nebo zpomalení, dostaneme celkové, neboli výsledné zrychlení.

Rozdělení zrychlení do dvou kanálů: podélného a příčného

Přidáme-li ke rychlosti směr pohybu, zrychlení se přirozeně rozdělí na dvě části.

Lineární (tangenciální) zrychlení představuje zrychlování nebo zpomalování ve směru, kterým se sportovec pohybuje. Je kladné při zrychlování a záporné při brzdění a právě tuto složku již zachycují ukazatele založené na rychlosti.

Boční (centripetální) zrychlení mění směr – jedná se o boční sílu působící napříč směrem jízdy. Při jízdě po rovince je nulové a právě tuto složku ukazatele založené na rychlosti nezohledňují.

Společně určují celkové (výsledné) zrychlení, tedy jak silně sportovec v daném okamžiku zrychluje, bez ohledu na to, jakým směrem se pohybuje.

Při jízdě v zatáčce konstantní rychlostí nedochází k lineárnímu zrychlení. Oranžové šipky znázorňují boční zrychlení: sílu způsobující změnu směru, kterou ukazatele založené na rychlosti nezohledňují.

Stejný 45sekundový okruh s pohybem ve všech směrech znázorněný třemi způsoby. Lineární zrychlení (vlevo) se rozsvítí tam, kde sportovec zrychluje a zpomaluje, boční zrychlení (uprostřed) tam, kde mění směr, a výsledné zrychlení (vpravo) kombinuje obě tyto složky. Barvou jsou označeny hodnoty nad 2 m·s⁻².

Porovnejte si levý a prostřední panel a vše bude jasné. Tyto dva kanály osvětlují téměř zcela odlišné části stejného okruhu a vše, co ukazuje prostřední panel, představuje výkon, který sportovec vyvinul, ale který žádný stávající měřicí systém nezaznamenal.

Velikost bočního zrychlení při zatáčce závisí na dvou faktorech: na rychlosti sportovce a na ostrosti zatáčky. Větší vliv má rychlost – zdvojnásobíte-li ji, boční zrychlení se zvýší čtyřnásobně, zatímco při snížení ostrosti zatáčky na polovinu se zvýší pouze dvojnásobně.

Boční zrychlení, m/s². Čárka označuje zatáčku, která je při dané rychlosti příliš ostrá na to, aby ji bylo možné projet.

Jedná se o nástroj pro sestavování tréninkových plánů. Jelikož boční zrychlení roste s druhou mocninou rychlosti a klesá s rozšiřováním oblouku, má trenér, který chce zvýšit náročnost na změnu směru, k dispozici dvě možnosti s poměrně odlišnými důsledky. Zúžení mřížky zvyšuje náročnost každého oblouku, ale udržuje nižší běžecké rychlosti. Jeho rozšíření a zvýšení vstupní rychlosti zvyšuje náročnost na boční pohyby a zároveň zachovává expozici vysokým rychlostem. Jedná se o odlišné tréninkové jednotky s odlišnými nároky a dosud neexistoval žádný měřicí ukazatel, který by vám mohl sdělit, kterou z nich jste skutečně realizovali.

Co uvádí zpráva o vícesměrném zatížení a jak souvisí se zrychlovacím zatížením

Integrací zrychlení v čase získáme zatížení v libovolných jednotkách, a to ve stejném měřítku jako již používaná metrika „zrychlovací zatížení“. Zrychlovací zatížení dnes představuje jednu absolutní hodnotu, která zahrnuje zrychlování i brzdění dohromady. Vícesměrné zatížení jde ještě dál – jedná se o jediné číslo, které zachycuje zrychlování, zpomalování i změnu směru, přičemž tuto hodnotu lze následně rozložit na jednotlivé složky.

Je dobré si ujasnit, jaký dopad to má na hodnotu, kterou již používáte. Lineární složky se dohromady shodují s vaším stávajícím zrychlovacím zatížením. Způsob měření zrychlování a brzdění se nijak nezměnil. Tyto složky byly rozděleny na samostatné náklady a k nim byla přidána třetí složka.

To, jak se kanály rozdělují, závisí téměř výhradně na tom, co sportovec právě dělá:

Tyto extrémy jsou intuitivní. Sprint na 20 m je téměř výhradně lineární, běh po kruhu je téměř výhradně boční. Užitečná je však právě ta část mezi nimi, protože právě z ní se tréninkové jednotky ve skutečnosti skládají a poměr bočního a lineárního pohybu při běhu po křivce nebo v klikatém směru nelze spolehlivě odhadnout pouhým okem. Ve čtyřech týmových sportech představuje boční zatížení v zápasovém prostředí 42 až 53 procent celkového vícesměrného zatížení.

Od zátěže k práci: fyzická náročnost a biomechanický model, který za ní stojí

„Víceosé zatížení v libovolných jednotkách“ popisuje směr a rozložení zrychlovacího namáhání. „Mechanická práce“ popisuje její fyzikální veličinu, vyjádřenou v kilojoulech na kilogram tělesné hmotnosti (kJ/kg).

Mechanická práce v systému Catapult vychází ze čtyřkomponentního biomechanického modelu, který vychází z recenzovaných výzkumných prací (Gray et al., 2018, 2023). Tento model zohledňuje čtyři odlišné mechanické nároky a kombinuje je do jedné hodnoty mechanické práce:

• Vodorovně: zrychlování a zpomalování ve směru jízdy
• Vertikální: odraz při každém kroku, zvedání a spouštění těla
• Končetiny: při každém kroku mávat rukama a nohama
• Boční pohyb: změna směru: pohyb ze strany na stranu

Jelikož model zohledňuje brzdění a zatáčení odděleně, zachycuje dva požadavky, které přístupy založené na jediném čísle kombinují. Rychlost a zrychlení zařízení byly ověřeny pomocí systému snímání pohybu Vicon v rámci publikované studie (Ellens et al., 2025). Kanály lineárního a bočního zrychlení byly od té doby ověřeny podle stejného kritéria, přičemž úplné výsledky budou zveřejněny v připravované bílé knize.

Zahrnutí končetin je to, co odlišuje biomechanický model od pouhého součinu zrychlení a rychlosti. Mávání rukama a nohama představuje práci, která se v zrychlení celého těla neprojevuje, přesto však při běžeckých rychlostech tvoří podstatnou část celkové práce (Minetti, 1998). Model bez složky pro končetiny to nedokáže zohlednit. To má význam pro interpretaci výsledků, a to nejen z hlediska přesnosti. Bez složky pro končetiny je rychlý běh v přímém směru podhodnocen, takže trénink rychlého běhu může vedle hry v malém počtu hráčů vypadat méně náročný, než ve skutečnosti je. A právě k takovému srovnání se tato čísla obvykle používají. 

Vyjádřeno jako výkon, stejný výpočet udává mechanický výkon ve wattech na kilogram (W/kg). Uvedený soubor údajů zahrnuje celkovou mechanickou práci (kJ/kg) a mechanickou práci za minutu (kJ/kg/min) až po průměrný a maximální mechanický výkon (W/kg), přičemž okamžitý výkon na jeden vzorek je k dispozici po skončení sezení.

Více směrové zatížení v průběhu celého zápasu

Nové ukazatele „Multidirectional Load“ a „Mechanical Power“ doplňují stávající ukazatele, jako jsou vzdálenost a běh ve vysoké rychlosti, takže je lze přidat do stávajících zápasových a tréninkových zpráv, aniž by je nahrazovaly.

V celém zápase poskytuje stejná analýza profil směrového zatížení podle jednotlivých hráčů. U zobrazeného útočníka se celkové vícesměrné zatížení ve výši 5 708 AU rozkládá na 1 312 AU lineárního zrychlení, 1 254 AU lineárního zpomalení a 3 142 AU bočního zatížení, z čehož 1 507 AU připadá na levou stranu a 1 635 AU na pravou. Více než polovina zrychlovacích požadavků tohoto sportovce spadala do oblasti, kterou žádná metrika vzdálenosti ani rychlosti nezachytí.

Mechanický výkon se vykazuje v nastavitelných intenzitních pásmech, takže trenéři mohou nastavit prahové hodnoty tak, aby vyhovovaly danému sportu a skupině sportovců, a následně sledovat vzdálenost a čas strávený v každém z nich. V zobrazené tréninkové jednotce se 59 procent času pohybuje pod hranicí 2,5 W/kg a 5 procent nad hranicí 12,5 W/kg. Právě toto rozložení umožňuje ověřit, zda cvičení dosahuje zamýšlené intenzity, a rozlišit snížení intenzity od snížení objemu.

Živě na Vector S8: změna postupu namísto jeho revize

V každém jiném systému se jedná o hodnoty, které terapeut odečte až po skončení sezení, což je příliš pozdě na to, aby mohl změnit cvičení, které je vygenerovalo. U systému Vector S8 se tyto hodnoty zobrazují na obrazovce již během provádění cvičení. Terapeut tak může v reálném čase sledovat, jak se během minuty zvyšuje špičková hodnota a jak se hromadí zátěžové složky.

V praxi se jedná o kontrolu intenzity s ohledem na zbývající čas na provedení cvičení. Pokud mechanický výkon nedosáhne zamýšleného rozsahu do třetího opakování, cvičení nesplní svůj účel a lze jej prodloužit nebo zkrátit, než se mu bude věnovat zbytek tréninku. Totéž platí pro fázi návratu do hry, kde boční zatížení, které se postupně zvyšuje, ukazuje, zda sportovec splňuje předepsanou zátěž, přičemž danou fázi lze ještě potvrdit nebo pozastavit.

Změna se týká spíše načasování než obsahu. Číslo po sérii určuje další sérii. Číslo v reálném čase mění další opakování.

Čtyři způsoby, jak jej budou odborníci využívat

Navrhování cvičení s ohledem na pohybové nároky soutěže. Zápas má charakteristickou zátěžovou křivku, která udává, jak se vícesměrná zátěž rozděluje mezi zrychlování, brzdění a změnu směru. Stejnou charakteristiku má i tréninkový týden. Porovnáme-li tyto dvě křivky vedle sebe – podle týmu, pozice nebo sportovce –, stává se otázka specifičnosti spíše srovnáním než subjektivním názorem.

Kvantifikace zátěže při změnách směru. Stejné srovnání lze provést i na úrovni jednotlivých cvičení. Vezměme si dvě cvičení se stejnou délkou trvání a vzdáleností, jedno na volném prostoru a druhé v těsné mřížce. Z hlediska vzdálenosti a rychlosti mohou vypadat identicky. Rozdíl mezi nimi odhalí parametry „boční zatížení“, „vysoké boční zatížení“ a „mechanická práce“, přičemž mezičasy jednotlivých cvičení ukazují, v jaké části tréninku se nachází největší zátěž.

Kontrola, zda tréninkový blok přináší očekávané výsledky. Vzdálenost a běh ve vysoké rychlosti mohou zůstat týden od týdne na stejné úrovni, zatímco hodnoty „Lateral Load“ a „High Lateral Load“ stoupají. Jedná se o nácvik změn směru na základě stabilního běžeckého základu, což by ukazatele založené na rychlosti zcela opomíjely. Ukazuje to, zda daný blok přináší plánovaný pokrok.

Postupné návraty do hry na základě objektivních údajů. Návrat do hry obvykle probíhá od běhu po přímce přes postupné změny směru až po situace napodobující zápas. Každý krok se obvykle posuzuje podle plánu postupného návratu a kvality pohybu na základě vizuálního posouzení. Ukazatel „Lateral Load“ (boční zatížení) ukazuje, jak velkou zátěž při změnách směru sportovec v daném kroku zvládá, ukazatel „High Lateral Load“ (vysoké boční zatížení) udává, jak velká část této zátěže připadá na prudké zatáčky, a ukazatel „Mechanical Power“ (mechanický výkon) udává, jak velkou námahu při tom sportovec vynakládá. Ve srovnání s profilem sportovce před zraněním dochází k pokroku na základě těchto metrik, nikoli pouze podle kalendářního času.

Kde se tyto metriky zobrazují: zařízení, platformy a dostupnost

Všechny metriky se vypočítávají na základě údajů ze sledování, které zařízení již shromažďují, takže není třeba pořizovat žádný nový hardware ani provádět žádné změny v nastavení zařízení či pracovním postupu.

Vector S8 (úroveň Pro): živě během relace, v konzoli OpenField a na Vector Live, stejně jako po skončení relace.

Vector S7 (úroveň Pro): po skončení relace, v konzoli OpenField u a v cloudu.

Nastavení výkonových pásem

Mechanický výkon se vyhodnocuje v až osmi konfigurovatelných pásmech rozdělených do dvou sad. Absolutní sada používá pevné prahové hodnoty, které jsou pro všechny sportovce stejné; tím se zachovává jednotná měřítka v rámci celého týmu a hodí se pro srovnávání tréninkových cvičení, profilování hráčů podle pozic i pro popis nároků v zápase. Relativní sada používá prahové hodnoty vyjádřené jako podíl z vlastního maxima každého sportovce, což se hodí pro návrat do hry a individuální tréninkové plány. Stejně jako u maximální rychlosti upozorňuje aplikace „ OpenField “ uživatele, když sportovec zaznamená nový maximální výkon v mechanické síle, a profil lze aktualizovat přímo z tohoto upozornění, takže relativní pásma zůstávají aktuální. Každé pásmo vykazuje dobu trvání a vzdálenost, a to jak v absolutních hodnotách, tak v procentech.

Co model předpokládá a co nezohledňuje

Mechanická práce a mechanický výkon se uvádějí na kilogram tělesné hmotnosti, což umožňuje přímé srovnání sportovců různé tělesné konstituce. Absolutní hodnoty se uvádějí souběžně pro účely porovnání celkového výkonu, nikoli pro porovnání nároků vzhledem k tělesné velikosti.

Jedná se o vnější měřítka, která se vypočítávají na základě toho, jak se sportovec pohybuje po zemi. Nezohledňují srážky ani kontakt, nerozlišují mezi jednotlivými typy svalové činnosti a nepopisují vnitřní fyziologickou náročnost tréninku.

Shrnutí: Vícesměrné zatížení a mechanický výkon

Ukazatel „Multidirectional Load“ udává, jak velkou zrychlovací zátěž tréninková jednotka obsahovala a odkud pocházela – zda šlo o zrychlování, brzdění nebo změnu směru. Ukazatel „Mechanical Work“ udává, jakou fyzickou zátěž to pro sportovce představovalo. Ukazatel „Mechanical Power“ udává, jak intenzivně v daném okamžiku pracoval.

Díky tomu se tři situace uvedené na začátku tohoto článku mění v otázky s odpověďmi. Dvě cvičení, která vykazovala identické výsledky v délce trvání, se liší bočním zatížením a mechanickou prací, a rozdělení cvičení ukazuje, v které části tréninku se tento rozdíl projevil. Blok, který z hlediska objemu vypadal dobře dávkovaný, lze porovnat s charakteristikou zatížení daného zápasu, a to pozici po pozici, nikoli pouze na základě subjektivního názoru. Sportovec, který splňuje všechna kritéria pro běh, ale při zatáčení nevypadá správně, může být nyní zkontrolován podle měřítka, na kterém záleží: bočního zatížení, a to v přímém srovnání s jeho profilem před zraněním.

Změna směru byla vždy polovinou toho, co se od týmových sportů vyžaduje. Nyní je to polovina toho, podle čeho se hodnotí.

Odkazy

Minetti AE. (1998). Modelová rovnice pro předpověď mechanické vnitřní práce při pohybu na souši. J Biomech 31(5):463–468.

Ellens S, Moran C, Varley MC. (2025). Souběžná validita a mezizariadová spolehlivost zařízení GNSS Catapult Vector S8. PLoS One 20(10):e0333792.

Gray AJ, Shorter K, Cummins C, Murphy A, Waldron M. (2018). Modelování energetiky pohybu pomocí zařízení GPS v kontaktních týmových sportech: omezení a řešení. Sports Med 48:1357–1368.

Gray A, Andrews M, Waldron M, Jenkins D. (2023). Model pro výpočet mechanických nároků při běhu na pevném povrchu. Sports Biomech 22(10):1256–1277.