Többirányú terhelés és mechanikai teljesítmény: az irányváltás költségének mérése

---

Hannah Knowles és Codey Moran, Catapult Sports

Főbb tanulságok:

• A hiányzó keresletfele megragadása: Az irányváltások a csapatsportokban a teljes gyorsulási igény nagyjából felét teszik ki, ám a hagyományos, sebességalapú mérőszámok ezt teljesen figyelmen kívül hagyják. A „Multidirectional Load” (többirányú terhelés) elkülöníti a lineáris gyorsulást, a lineáris lassulást és az oldalirányú gyorsulást, így teljes képet ad a mechanikai terhelésről.

• Egy validált biomechanikai modell: a mechanikai munka (kJ/kg) és a mechanikai teljesítmény (W/kg) egy négykomponensű modell segítségével számszerűsíti a mozgás fizikai költségét, amely figyelembe veszi a vízszintes, függőleges, oldalirányú és a végtaglendítés mechanikáját. Ez biztosítja, hogy a gyors egyenes futást és a szűk, kis létszámú gyakorlatokat pontos mércével lehessen összehasonlítani.

• Valós idejű módosítások és objektív visszatérési célok: Ezek a mutatók – amelyek a Vector S8 készüléken élőben, a Vector S7-en pedig az edzés után, új hardver beszerzése nélkül elérhetők – lehetővé teszik a szakemberek számára, hogy az edzés során módosítsák a gyakorlatok intenzitását, és a sérült sportolók felépülését a sérülés előtti saját objektív profiljukhoz viszonyítva kövessék nyomon.

---

A sportolók teljesítményének nyomon követése eddig a pozíción, a sebességen és a lineáris gyorsuláson alapult. Ezek a mutatók jól leírják, milyen gyorsan halad a sportoló az irányában, és ezt jól is teszik. Amit viszont nem vesznek figyelembe, az az irányváltás, amely a csapatsportokban az összes gyorsulási igény nagyjából felét teszi ki.

Ennek a hiányosságnak olyan következményei vannak, amelyekkel a szakemberek hetente szembesülnek. Két edzés azonos eredményt mutat a távolság és a gyorsfutás tekintetében, de nyilvánvalóan nem ugyanarról az edzésről van szó. Egy edzésblokk mennyiségét tekintve jól adagoltnak tűnik, de nem hasonlít a versenyre. Egy sportoló minden futásalapú visszatérési kritériumot teljesít, mégis furcsán mozog kanyarodáskor. Mindegyik esetben a lényeges információkat soha nem mérték meg, így a kérdést csak szemrevételezéssel lehetett eldönteni.

A Catapult több mint 30 új paramétert vezet be a hiányosságok pótlására. A „Többirányú terhelés” (Multidirectional Load) megkülönbözteti a test gyorsulás során végzett két tevékenységét: a sebességváltozást és az irányváltozást. A „Mechanical Work” (mechanikai munka) és a „Mechanical Power” (mechanikai teljesítmény) mindkettő fizikai költségét írja le. Együttesen megmutatják, honnan származott az igény, mekkora volt, és milyen intenzíven dolgozott a sportoló. Ezek a Vector S8-on edzés közben, a Vector S7-en pedig edzés után is elérhetők, és a készülékeid által már gyűjtött pozíciós adatokból kerülnek kiszámításra.

Az alábbiakban bemutatjuk, hogyan származtattuk őket, hogyan ellenőriztük a helyességüket, mit mutatnak, és hogyan kell beállítani őket.

Miért nem veszik észre a kanyarokat a sebességalapú mutatók?

A gyorsulás – ahogyan azt általában mérik – azt jelenti, hogy milyen gyorsan változik egy sportoló sebessége. A sebesség egy irányt nem jelző számérték, ezért az abból számított gyorsulás csak azt mutatja meg, hogy a sportoló gyorsul-e vagy lassul-e.

A fizikában azonban a gyorsulás a mozgás bármilyen változását jelenti, beleértve az irányváltozást is. Képzeljünk el egy autót, amely állandó 40 km/h-s sebességgel halad át egy körforgalmon. A sebességmérő nem mozdul, mégis mindenki az autóban úgy érzi, mintha oldalra löknék. Ez az oldalirányú lökés a gyorsulás, és pontosan ez az, amit egy sebességalapú érték nem tud megmutatni.

Ugyanez vonatkozik a sportolókra is. Aki állandó sebességgel kanyarodik, annak a mérője nullát jelez. Aki fékezve vág be a kanyarba, annak a mérője a fékezést jelzi, de a kanyarodást egyáltalán nem.

Vegyünk egy sportolót, aki egy 10 méteres kört fut egyenletes, 5 m/s-os sebességgel. A sebességalapú mérőeszköz az egész kör során nullát jelez. A valóságban azonban a sportoló a talajba nyomja magát, hogy az egész futás során²,^{5 m/s²-es gyorsulás} sal tartsa a kanyart, és ennek egy része sem kerül rögzítésre. Ha a kanyarodást bármilyen gyorsulással vagy lassulással kombináljuk, akkor megkapjuk a teljes, illetve a vektoros gyorsulást.

A gyorsulás két csatornára való felosztása: lineáris és oldalirányú

Ha a sebességhez hozzáadjuk a mozgás irányát, a gyorsulás természetesen két részre oszlik.

A lineáris (tangenciális) gyorsulás a sportoló haladási irányában történő gyorsulást vagy lassulást jelenti. Gyorsuláskor pozitív, fékezéskor negatív értéket vesz fel, és ezt a jellemzőt a sebességalapú mutatók már figyelembe veszik.

Az oldalirányú (centripetális) gyorsulás irányváltást jelent, azaz az haladási irányra merőleges oldalirányú tolóerőt. Egyenes úton nulla értéket vesz fel, és ez az a tényező, amelyet a sebességalapú mutatók nem vesznek figyelembe.

Ezek együtt adják a teljes (összegző) gyorsulást, vagyis azt, hogy a sportoló éppen milyen erősen gyorsul bármely pillanatban, függetlenül attól, hogy melyik irányba mozog.

Egy állandó sebességgel végzett kanyarban nincs lineáris gyorsulás. A narancssárga nyilak az oldalirányú gyorsulást jelzik: az irányváltoztatásból eredő erőt, amelyet a sebességre alapuló mutatók nem vesznek figyelembe.

Ugyanaz a 45 másodperces, többirányú pálya háromféle ábrázolásban. A lineáris gyorsulás (balra) azt jelzi, ahol a sportoló gyorsul és lassul, az oldalirányú gyorsulás (középen) azt, ahol irányt vált, míg az eredménygyorsulás (jobbra) a kettőt ötvözi. A színek a 2 m·s⁻² feletti értékeket jelölik.

Ha összehasonlítjuk a bal oldali és a középső ábrát, a lényeg magától értetődővé válik. A két csatorna ugyanazon áramkör szinte teljesen különböző részeit világítja meg, és mindaz, amit a középső ábra mutat, olyan igényt jelöl, amelyet a sportoló generált, de amelyet egyetlen létező mérőszám sem rögzített.

Két tényező határozza meg, hogy egy kanyar mekkora oldalirányú gyorsulást eredményez: a sportoló sebessége és a kanyar szűk volta. A sebességnek nagyobb a hatása: ha megduplázódik, az oldalirányú terhelés négyszeresére nő, míg a kanyar szűkítésével csak kétszeresére nő.

Oldalirányú gyorsulás, m/s². A kötőjel azt jelzi, hogy a kanyar túl szűk ahhoz, hogy az adott sebességnél meg lehessen tartani.

Ez egy edzéstervező eszköz. Mivel az oldalirányú gyorsulás a sebesség négyzetével arányosan növekszik, és a kanyar szélességének növekedésével csökken, a nagyobb irányváltási igényt célzó edző két, egymástól jelentősen eltérő hatással bíró eszköz közül választhat. A rács szűkítése növeli az egyes kanyarok igényességét, de alacsony szinten tartja a futási sebességet. A rács kiszélesítése és a bevezető sebesség növelése viszont fokozza az oldalirányú igénybevételt, miközben megőrzi a nagy sebességű edzést. Ezek különböző edzések, különböző költségekkel járnak, és eddig nem létezett olyan mérőszám, amelyből kiderült volna, hogy valójában melyiket valósítottad meg.

Mit mutat a többirányú terhelés, és hogyan kapcsolódik a gyorsulási terheléshez?

Az idő függvényében történő gyorsulás integrálásával tetszőleges mértékegységekben kifejezett terhelés adódik, amely ugyanazon a skálán van, mint a már használatban lévő „Gyorsulási terhelés” mutató. A „Gyorsulási terhelés” jelenleg a gyorsulás és a fékezés együttes értékét jelző abszolút érték. A „Többirányú terhelés” ennél tovább megy: egyetlen számmal fejezi ki a gyorsulást, a lassulást és az irányváltoztatást, amely érték később ezekre az egyes összetevőkre bontható.

Érdemes tisztázni, hogy ez milyen hatással van a már használt értékre. A lineáris komponensek együttesen egyeznek meg a meglévő gyorsulási terheléssel. A gyorsulás és a fékezés mérésének módjában semmi sem változott. Ezeket különálló költségekre bontották, és egy harmadik komponenst is bevezettek melléjük.

A csatornák felosztása szinte teljes mértékben attól függ, hogy mit csinál éppen a sportoló:

A szélsőséges esetek intuitívak. A 20 méteres sprint szinte teljes egészében lineáris, a körfutás pedig szinte teljes egészében oldalirányú. A hasznos rész az ezek közötti teljes tartomány, mert valójában ebből épülnek fel az edzések, és a kanyargós futás vagy a cikk-cakk futás során fellépő terhelés arányát senki sem tudja megbízhatóan szemre megbecsülni. Négy csapatsportág esetében az oldalirányú terhelés a mérkőzés során a teljes többirányú terhelés 42–53 százalékát teszi ki.

A terheléstől a munkavégzésig: a fizikai terhelés és az azt magyarázó biomechanikai modell

A „Többirányú terhelés tetszőleges mértékegységekben” a gyorsulási igény irányát és eloszlását írja le. A „Mechanikai munka” a fizikai nagyságrendet fejezi ki, kilojoule/kilogramm testtömegben (kJ/kg).

A Catapult mechanikai munkája egy négyelemű biomechanikai modellből származik, amelyet szakértői értékelésen átesett kutatások alapján fejlesztettek ki (Gray et al., 2018, 2023). A modell négy különböző mechanikai igényt vesz figyelembe, és ezeket egyetlen mechanikai munkaértékbe egyesíti:

• Vízszintes: gyorsulás és lassulás az haladási irány mentén
• Függőleges: az egyes lépések során a test felemelkedése és leereszkedése
• Végtagok: a karok és a lábak lengetése minden lépésnél
• Oldalirányú: irányváltás: az oldalról oldalra történő mozgás

Mivel a modell a fékezést és a kanyarodást külön-külön veszi figyelembe, két olyan igényt is figyelembe vesz, amelyeket az egyszámjegyű megközelítések összevonják. A készülék sebességét és gyorsulását egy már megjelent tanulmányban (Ellens et al., 2025) a Vicon mozgásrögzítő rendszerrel összehasonlítva validálták. Azóta a lineáris és az oldalirányú gyorsulási csatornákat is ugyanazon kritérium alapján ellenőrizték; a teljes eredményeket egy hamarosan megjelenő fehér könyvben fogják közzétenni.

A végtagok figyelembevétele az, ami megkülönbözteti a biomechanikai modellt a gyorsulás és a sebesség egyszerű szorzatától. A karok és a lábak lengetése olyan munka, amely nem jelenik meg a teljes test gyorsulásában, mégis jelentős részét képezi a teljes értéknek futási sebességeknél (Minetti, 1998). Egy olyan modell, amely nem tartalmaz végtag-tagot, ezt nem tudja figyelembe venni. Ez nem csupán a pontosság, hanem az értelmezés szempontjából is fontos. Végtag-tag nélkül a gyors, egyenes vonalú futás alulbecsültnek tűnik, így egy nagy sebességű futóedzés egy kis létszámú játék mellett könnyebbnek tűnhet, mint amilyen valójában. Pontosan erre a összehasonlításra használják ezeket a számokat. 

Ha ezt arányként fejezzük ki, ugyanaz a számítás a mechanikai teljesítményt watt/kilogramm (W/kg) egységben adja meg. A jelentett adatok a teljes mechanikai munkától (kJ/kg) és a percenkénti mechanikai munkától (kJ/kg/min) az átlagos és maximális mechanikai teljesítményig (W/kg) terjednek, a mintánkénti pillanatnyi teljesítmény pedig a vizsgálat után érhető el.

Többirányú terhelés egy teljes mérkőzés során

Az új, többirányú terhelési és mechanikai teljesítmény mutatók a már meglévő mutatók – például a megtett távolság és a nagy sebességű futás – mellé kerülnek, így a jelenlegi mérkőzés- és edzésjelentésekbe beépíthetők, anélkül, hogy azokat felváltanák.

Egy teljes mérkőzés során ugyanez a bontás sportolónkénti irányprofilokat ad. Az ábrán látható csatár esetében az 5 708 AU-s teljes többirányú terhelés 1 312 AU lineáris gyorsulásra, 1 254 AU lineáris lassulásra és 3 142 AU oldalirányú terhelésre oszlik, amelyből 1 507 AU a bal, 1 635 AU pedig a jobb oldalon jelentkezik. Ennek a sportolónak a gyorsulási igényének több mint fele olyan tartományba esett, amelyet sem a távolság, sem a sebesség mutatói nem jelentenek.

A mechanikai teljesítményt konfigurálható intenzitási sávokban jeleníti meg a rendszer, így az edzők a sportágukhoz és a sportolóik jellemzőihez igazodó küszöbértékeket állíthatnak be, majd nyomon követhetik az egyes sávokban felhalmozódott távolságot és időt. A bemutatott edzésen az idő 59 százaléka 2,5 W/kg alatt, 5 százaléka pedig 12,5 W/kg felett telt el. Ez az eloszlás teszi lehetővé annak megerősítését, hogy egy gyakorlat eléri-e a kívánt intenzitást, valamint megkülönböztetni az intenzitás csökkenését a volumen csökkenésétől.

Élőben a Vector S8-on: a gyakorlat megváltoztatása ahelyett, hogy áttekintjük

Minden más rendszerben ezeket az értékeket a kezelő csak a kezelés befejezése után olvassa le, ami már túl késő ahhoz, hogy módosítsa az azokat eredményező gyakorlatot. A Vector S8 esetében ezek a gyakorlat végrehajtása közben is láthatók a képernyőn. A kezelő valós időben láthatja a csúcsértéket és a felhalmozódó terhelési komponenseket.

A gyakorlati alkalmazás az intenzitás ellenőrzése a rendelkezésre álló időn belül. Ha a mechanikai erő a harmadik ismétlésig nem éri el a tervezett tartományt, a gyakorlat nem fogja teljesíteni a számára előírt célt, és meghosszabbítható vagy rövidíthető, mielőtt az edzés fennmaradó részét rá fordítanák. Ugyanez vonatkozik a játékba való visszatérésre is, ahol az oldalról felhalmozódó oldalirányú terhelés jelzi, hogy a sportoló teljesíti-e az előírt terhelést, miközben a lépés még megerősíthető vagy fenntartható.

Inkább az időzítés változik, nem pedig a tartalom. Az edzés utáni szám határozza meg a következő edzést. Az élő szám pedig a következő ismétlést változtatja meg.

Négy mód, ahogyan a szakemberek felhasználni fogják

A gyakorlatok megtervezése a verseny mozgásigényei alapján. Egy mérkőzésnek megvan a maga terhelési jellemzője, azaz az, hogy a többirányú terhelés hogyan oszlik meg a gyorsulás, a fékezés és az irányváltás között. Az edzéshetnek is megvan a maga jellemzője. Ha ezt a kettőt egymás mellé tesszük – csapatonként, pozíciónként vagy sportolónként –, akkor a specifikusság kérdése már nem véleménykérdés, hanem összehasonlítás tárgyává válik.

Az irányváltással járó terhelés számszerűsítése. Ugyanez az összehasonlítás gyakorlatok szintjén is érvényes. Vegyünk két, azonos időtartamú és távolságú gyakorlatot: az egyiket nyílt terepen, a másikat szűk rácsban. A megtett távolság és a sebesség tekintetében azonosnak tűnhetnek. Az oldalirányú terhelés, a nagy oldalirányú terhelés és a mechanikai munka segít megkülönböztetni őket, a gyakorlatok közötti időkülönbségek pedig megmutatják, hogy az edzés mely szakaszában jelentkezik a legnagyobb igénybevétel.

Annak ellenőrzése, hogy egy edzésblokk eredményes-e. A megtett távolság és a nagy sebességű futás hétről hétre változatlan maradhat, miközben az oldalirányú terhelés és a magas oldalirányú terhelés értéke emelkedik. Ez azt jelenti, hogy a stabil futási alapra épülő irányváltási terhelés növekszik, amit a sebességalapú mutatók egyáltalán nem vennének figyelembe. Ez mutatja meg, hogy az edzésblokk hozza-e a tervezett fejlődést.

A játékba való visszatérés fokozatos, objektív mutatók alapján történik. A visszatérés általában az egyenes vonalú futástól indul, majd a fokozatos irányváltásokon át a játékhoz hasonló helyzetekig halad. Minden egyes lépést általában a fejlődési terv és a mozgás minősége alapján vizuálisan értékelnek. A „Lateral Load” (oldalirányú terhelés) azt mutatja, hogy az atléta az egyes lépések során mennyire képes kezelni az irányváltásokat, a „High Lateral Load” (magas oldalirányú terhelés) azt, hogy ezek közül mennyi kemény kanyarodás, a „Mechanical Power” (mechanikai teljesítmény) pedig azt, hogy milyen erőfeszítéssel végzi ezeket. A sérülés előtti profiljához viszonyítva az atléta nem csupán a naptár szerint, hanem a mérőszámok alapján is halad előre.

Hol jelennek meg a mutatók: eszközök, platformok és elérhetőség

Minden mutató az eszközök által már gyűjtött nyomonkövetési adatokból kerül kiszámításra, így nincs szükség új hardverre, és az eszközök beállításában vagy a munkafolyamatban sem kell változtatni.

Vector S8 (Pro szint): élőben a munkamenet során, a OpenField Console és a Vector Live felületeken, valamint a munkamenet után is.

Vector S7 (Pro szint): a munkamenet után, a OpenField -konzolban és a felhőben.

Teljesítménytartományok beállítása

A mechanikai teljesítmény két csoportban, legfeljebb nyolc konfigurálható sávban kerül jelentésre. Az abszolút csoport minden sportoló számára azonos, rögzített küszöbértékeket alkalmaz, ami az egész csapaton belül állandó skálát biztosít, és alkalmas a gyakorlatok összehasonlítására, a pozíciók jellemzésére, valamint a mérkőzésigények leírására. A relatív csoport az egyes sportolók saját maximális értékének arányaként kifejezett küszöbértékeket alkalmaz, ami alkalmas a játékba való visszatérésre és az egyéni edzésprogramok összeállítására. A maximális sebességhez hasonlóan a „ OpenField ” funkció értesíti a felhasználókat, amikor egy sportoló új maximális mechanikai teljesítményt ér el, és a profil az értesítésből frissíthető, így a relatív sávok mindig naprakészek maradnak. Minden sáv jelentést készít az időtartamról és a távolságról, mind nyers értékben, mind százalékban kifejezve.

Mit feltételez a modell, és mit nem vesz figyelembe

A mechanikai munkát és a mechanikai teljesítményt testtömeg-kilogrammonként adják meg, ami lehetővé teszi a különböző testméretű sportolók közvetlen összehasonlítását. Az abszolút értékeket is feltüntetik azoknak a kérdéseknek a megválaszolásához, amelyek a teljes teljesítményre vonatkoznak, nem pedig a testmérethez viszonyított igényre.

Ezek külső mérőszámok, amelyeket a sportoló talajon való mozgása alapján számítanak ki. Nem veszik figyelembe az ütközéseket vagy az érintkezéseket, nem tesznek különbséget az izommozgások típusai között, és nem írják le az edzés belső fiziológiai terhelését.

A többirányú terhelés és a mechanikai teljesítmény összefoglalása

A „Többirányú terhelés” azt mutatja meg, hogy egy edzés során mekkora gyorsulási igény merült fel, és honnan származott – gyorsulásból, fékezésből vagy irányváltásból. A „Mechanikai munka” azt jelzi, hogy ez fizikailag mennyibe került a sportolónak. A „Mechanikai teljesítmény” pedig azt mutatja, hogy az adott pillanatban milyen intenzíven dolgozott a sportoló.

Így a cikk elején említett három helyzet válaszokkal ellátott kérdéssé válik. A két, távolság tekintetében azonos eredményt mutató edzésgyakorlatot az oldalirányú terhelés és a mechanikai munka különbözteti meg egymástól, és a gyakorlatok közötti eltérésekből kiderül, hogy az edzés mely szakaszában jelentkezett a különbség. A mennyiség tekintetében jól adagoltnak tűnő blokkot nem pusztán egy vélemény alapján, hanem a mérkőzés saját terhelési jellemzőihez viszonyítva lehet értékelni, pozíciónként. Az a sportoló, aki minden futási kritériumot teljesít, de a kanyarodásnál nem tűnik rendben lévőnek, mostantól a lényeges mutató alapján ellenőrizhető: az oldalirányú terhelés alapján, a sérülés előtti profiljával egymás mellett összehasonlítva.

Az irányváltás mindig is a csapatsportok követelményeinek felét jelentette. Ma már a teljesítmény értékelésének is a felét teszi ki.

Hivatkozások

Minetti AE. (1998). Egy modellegyenlet a szárazföldi mozgás mechanikai belső munkájának előrejelzésére. J Biomech 31(5):463–468.

Ellens S, Moran C, Varley MC. (2025). A „ Catapult Vector ” S8 GNSS-készülék párhuzamos érvényessége és készülékek közötti megbízhatósága. PLoS One 20(10):e0333792.

Gray AJ, Shorter K, Cummins C, Murphy A, Waldron M. (2018). A mozgás energetikájának modellezése GPS-eszközök segítségével az ütközéses csapatsportokban: korlátok és megoldások. Sports Med 48:1357–1368.

Gray A, Andrews M, Waldron M, Jenkins D. (2023). A föld feletti futás mechanikai igénybevételének kiszámítására szolgáló modell. Sports Biomech 22(10):1256–1277.