CC BY
50биомеханическое обоснование эффективности применения гребного тренажера (байдарка)
УДК/UDC 796.012
Поступила в редакцию 21.08.2021 г.
Информация для связи с автором: furaev.v.a@vniifk.ru
Доктор биологических наук А.В. Воронов1 Доктор педагогических наук, профессор П.В. Квашук1 Р.В. Малкин1 Н.Б. Котелевская2
Федеральный научный центр физической культуры и спорта, Москва 2Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт физической культуры, Санкт-Петербург
PADDLING MACHINE FOR KAYAKING SPORT: BIOMECHANICAL TESTS AND BENEFIT ANALYSIS
Dr. Biol. A.V. Voronov1
Dr. Hab., Professor P.V. Kvashuk1
R.V. Malkin1
N.B. Kotelevskaya2
1 Federal Scientific Center for Physical Culture and Sports, Moscow
2 Saint Petersburg Research Institute of Physical Culture, Saint Petersburg
□ и
£ г. CL
4—
О OJ и
CL ' -о с
га
^
О (U .с Н
Аннотация
Цель исследования - определить эффективные режимы гребли на тренажере, направленные на развитие специальной силы. Методика и организация исследования. В экспериментах применялся гребной тренажер конструкции Ефремова Г. М. с подвижной платформой и противовесом, моделирующим величину сопротивления водной среды. Электромиографическую (ЭМГ) активность мышц регистрировали в процессе гребли на воде и занятиях на тренажере с помощью программно-аппаратного комплекса (ПАК) «СпортЛаб» (производства России), состоящем из восьмиканальной телеметрической электромиографии, видеокамеры, устройства синхронизации, акселерометра. Регистрировали поверхностную электромиографическую активность мышц с правой половины тела с частотой 1000 Гц: triceps brachii_R, m. latissimus dorsi_R, m. vastus lateralis_R и m. gastrocnemius medialis_R. Индекс «R» означает, что регистрацию осуществляли с правой половины тела. ЭМГ инвертировали и сглаживали методом скользящего среднего с окном 50 мс. Скорость видеозаписи составила 25 кадров/c. Контингент испытуемых: в эксперименте приняли участие три спортсмена-байдарочника высокой квалификации (КМС-МС). Результаты исследования и выводы. Конструктивные особенности тренажера Г.М. Ефремова позволяют управлять величиной силовой нагрузки на основные мышечные группы гребцов, таким образом, чтобы средняя амплитуда ЭМГ при гребле на тренажере соответствовала гребле на воде, «произвольное» изменение сопротивления на тренажере приводит к искажению соревновательного стереотипа. Как показало исследование, темп гребли и противовес, моделирующий сопротивление водной среды, должны соответствовать физическим и техническим кондициям гребца, подбираться индивидуально, используя современное биомеханическое оборудование.
Ключевые слова: активность мышц, современное биомеханическое оборудование, кинематика гребли на тренажере.
Abstract
Objective of the study was to find to most beneficial individual paddling machine settings for the special strength training.
Methods and structure of the study. We used the G.M. Efremov Paddling Machine with a sliding seat and varied counterweights simulating the water resistance; with the muscle electromyographic (EMG) activity fixed by a computerized Sportlab Test System (made in Russia) that includes an eight-channel telemetric electromyography, video camera, synchronizer and accelerometer. We profiled the 1000Hz skin EMG of the following right-side muscles: m. triceps brachii_R, m. latissimus dorsi_R, m. vastus lateralis_R and m. gastrocnemius medialis_R. The EMG curves were inverted and smoothed by a moving average with a 50ms window; with the test process videos shot at 25 frames per second. We sampled for the tests 3 elite (Candidate Masters and Masters of Sport) kayakers. The paddling machine test pace and resistant counterweight were varied in the ranges of 42 to 130 paddles/ min and 5 to 14 kg respectively. The paddling cycle efficiency was rated by the EMG amplitude versus the competitive performance benchmarks.
Results and conclusion. Traditional strength trainings with squats with a barbell, bench presses etc. have proved ineffective or even harmful for the kayaking sports due to differences in the movement biomechanics. The Efremov Paddling Machine offers customizable strength training modes for the key paddling muscle groups, with the workouts managed so as to keep the average EMG amplitudes in the paddling machine workouts as close as possible to the actual water kayaking ones, otherwise arbitrary paddling machine settings may distort the individual competitive water kayaking stereotypes. As demonstrated by our study, the paddling pace and water resistance simulating counterweights of the paddling machine should be customized to the individual physical and technical fitness using the test data and analyses generated by modern biomechanical test systems.
Keywords: kayaking techniques, paddling machine, biomechanics, EMG, benefit analysis, special strength, paddling cycle, paddling pace, water kayaking.
Введение. В связи с сезонностью гребли, тренажерная подготовка является неотъемлемой частью тренировки
гребцов [4-6]. Кинематика гребли на тренажере почти соответствует гребле в байдарке. Внешнее подобие гребли
на тренажере создается силами мышц верхних/нижних конечностей и туловища. Силы, развиваемые мышцами, зависят от величины нагрузки, имитирующей сопротивление водной среды, и темпа гребли. Индивидуальный подбор величины усилий при выполнении гребка и темпо-мощност-ных параметров гребли на тренажере будет способствовать оптимизации специальной силовой тренировки байдарочников.
Цель исследования - определить эффективные режимы гребли на тренажере, направленные на развитие специальной силы.
Методика и организация исследования. В экспериментах применялся гребной тренажер конструкции Ефремова Г. М. с подвижной платформой и противовесом, моделирующим величину сопротивления водной среды [3]. Электромиографическую (ЭМГ) активность мышц регистрировали в процессе гребли на воде и занятиях на тренажере с помощью программно-аппаратного комплекса (ПАК) «СпортЛаб» (производства России), состоящем из восьми-канальной телеметрической электромиографии, видеокамеры, устройства синхронизации, акселерометра [1]. Регистрировали поверхностную электромиографическую активность мышц с правой половины тела с частотой 1000 Гц: triceps brachiiR, m. latissimus dorsiR, m. vastus lateralisR и m. gastrocnemius medialisR. Индекс «R» означает, что регистрацию осуществляли с правой половины тела. ЭМГ инвертировали и сглаживали методом скользящего среднего с окном 50 мс. Скорость видеозаписи составила 25 кадров/с. Контингент испытуемых: в эксперименте приняли участие три спортсмена-байдарочника высокой квалификации (КМС-МС).
Для оценки мышечных усилий на тренажере изменяли темп (42-130 гребков/мин) и вес сопротивления (от 5 до 14 кг). Изменение темпа гребли рассчитывали по формуле:
= ^Темщ-Темп(Л
/Псмп¡
" ^ Tempo J
'100%
нимальный темп. По оси ординат откладывали среднее значение амплитуды миограммы в гребковом цикле, рассчитанной по формуле 2.
Результаты исследования и их обсуждение. Эффективность тренажерной подготовки повышается, если амплитуда ЭМГ-сигнала мышц на тренажере будет соответство-
СрЭМГ m. triceps brachiLR-темп гребли
0 50 100 150
Изменение темпа гребли относительно минимального (%) А гребля на байдарке ■ Вас. (тренажер) • Кот. (тренажер) ж Лял. (тренажер)
СрЭМГ т. ^^зтш dorsi_R-темп гребли
(1)
50 100 150 200
Изменение темпа гребли относительно минимального (%) А гребля на байдарке ■ Вас. (тренажер) • Кот. (тренажер) ж Лял. (тренажер)
Рис. 1. Электрическая активность мышц правой половины тела (верхняя конечность и туловище) в зависимости от изменения темпа гребли на байдарке и тренажере
СрЭМГ m. vastus lateralis_R-TeMn гребли
где АТемп, - изменение темпа в % от минимального; Темп, -темп гребли; Темп0 - минимальный темп гребли, индивидуальный для каждого спортсмена.
Приведем пример: если спортсмен увеличивал темп с 66 до 132 гребков в минуту, то прирост темпа гребли (АТема) составил 100 %%
Оценивали миоэлектрическую работу каждой мышцы и нормировали на время гребка, таким образом, получали среднюю амплитуду ЭМГ (суэмг,14) мышцы в гребковом цикле:
(2)
Ж R2=
ж ^^^^
Ж
-» R 2 = 0,91 А -- R2 = 0 Я2 é 1
" 2 = 0,62
) 50 100 150
Изменение темпа гребли относительно минимального (%) к гребля на байдарке ■ Вас. (тренажер) • Кот. (тренажер) ж Лял. (тренажер)
СрЭМГ m. gastrocnemius medialis_R-темп гребли
где Сглэмг^'к - сглаженное значение амплитуды ЭМГ в гребковом цикле, мкВ; I - мышца; К - вид гребли (байдарка, тренажер); j - гребковый цикл; N - число гребков; Т] - время гребка, с; N - число гребных циклов.
Эффективность гребли на тренажере оценивали по показателю амплитуды ЭМГ на соответствие соревновательному упражнению. Для этого сравнили амплитуды срэмг^ в гребковом цикле на тренажере и при гребле на байдарке (рис. 1, 2). На воде за показатели ЭМГ мышц принимали значения, зарегистрированные у байдарочника (квалификация МС). За начало по оси абсцисс приняли индивидуальный ми-
Ж 2 = --
ж
R 2 = 0,45 • "Rr=0,92
V____ A
IT A , , ■ — i" 1 ■ R 2 = 0,74
0 50 100 150 200
Изменение темпа гребли относительно минимального (%)
А гребля на байдарке ■ Вас. (тренажер) • Кот. (тренажер) ж Лял. (тренажер)
Рис. 2. Электрическая активность мышц правой нижней конечности нижней в зависимости от изменения темпа гребли на байдарке и тренажере
№12 • 2021 Декабрь | December
http://www.teoriya.ru
80
40
0
200
75
50
25
0
□ и
£ г. CL
ч—
О 0J и
CL ' -о с
га
^
о
(U .с Н
вать значениям при гребле. Например, для спортсмена Вас. (минимальный темп 65 гребков/мин) с целью тренировки специальной силы m. triceps brachiiR на тренажере оптимальным является темп в пределах 86-96 гребков/мин, что соответствовало увеличению темпа по сравнению с минимальным темпом к до 50 %, с отягощением не больше 10 кг (рис. 1 верхний). При такой тренировке СрЭМГ m. triceps brachiiR в гребковом цикле почти не отличается от гребли на байдарке.
При увеличении темпа до 133 гребков (на 104 0% относительно с минимального) и веса на тренажере до 12 кг амплитуда ЭМГ разгибателя локтевого сустава увеличивается в 2,5 раза, и тренировка теряла свою направленность - специальная силовая работа переходила в силовую тренировку с нарушением специфического двигательного стереотипа. При гребле на тренажере у спортсмена Вас. отмечено неадекватное напряжение m. latissimus dorsi_R.
Так, при гребле с околосоревновательным темпом (100-120 гребков/мин - 100 % от минимального) было выявлено более чем троекратное увеличение амплитуды ЭМГ сигнала по сравнению с греблей на воде, что свидетельствовало о существенном изменении профиля мышечного усилия при выполнении гребка. При низких показателях темпа гребли, не более 75 гребков (увеличение темпа по сравнению с минимальным до 15 %), и отягощении 8 кг (рис. 1, нижний) усилие, развиваемое m. latissimus dorsiR, у спортсмена Вас. приближалось к необходимым для гребли на воде показателям. Однако работа с очень низким темпом не способствует формированию двигательного стереотипа, соответствующего соревновательной деятельности.
Для спортсмена Лял. (минимальный темп 43 гребка/мин) при одинаковом темпе 90 гребков на воде и тренажере (вес отягощения - 10-14 кг) зарегистрировано увеличение амплитуды СрЭМГ m. triceps brachiiR с 250 мкВ до 360 мкВ (рис. 1 верхний). Что, по-видимому, является границей перехода от рационального приложения усилия m. triceps brachii R к избыточному силовому напряжению. Эффективным для Лял., по развиваемым усилиям, является более низкий темп (75-80 гребков в мин, до 86 00 увеличение темпа по сравнению с минимальным) с весом сопротивления не более 10 кг.
Особенность техники спортсмена Лял. заключается в том, что он активно включает при силовой части гребка широчайшую мышцу спины, что существенно отличается от техники гребли на воде (рис. 1 нижний). Для тренировки специальной силы m. latissimus dorsi у Лял. гребля на тренажере не может быть признана эффективным упражнением.
Для спортсменки Кот. (минимальный темп 48 гребков/мин) темп при тренировке на тренажере соответствует соревновательному, а выбранные дополнительные веса 8-14 кг являются завышенными, что вызывает активацию комплексов Гольджи в сухожилии мышцы [6], вследствие чего амплитуда ЭМГ m. triceps brachii R меньше в два раза, чем при гребле на воде (рис. 1 верхний). Для поддержания темпа гребли спортсменка «включает» m. latissimus dorsi R для совершения гребка в заданном темпе (рис. 1 нижний).
Профиль активности мышц нижних конечностей спортсменов Вас. и Кот. при гребле на тренажере соответствует гребле на байдарке (рис. 2). Спортсмен Лял. при тренировке в темпе 72-120 гребков/мин (70-180 00 от минимального) прикладывает такие усилия, что амплитуда ЭМГ m. vastus
lateralisR и m. gastrocnemius medialis_R существенно отличаются от показателей при гребле (на рис. 2). Для этого спортсмена оптимальными параметрами для тренировки специальной силы мышц нижних конечностей на тренажере являются: вес сопротивления не более 6 кг при низком темпе гребли. Можно также предположить, что спортсмен не обладает достаточным навыком гребли на тренажере.
Выводы. Силовые упражнения, используемые для тренировки силы гребцов, такие как приседания со штангой, подъем/жимы руками штанги и другие силовые упражнения, не соответствуют биомеханическим параметрам гребли на байдарке. Конструктивные особенности тренажера Г. М. Ефремова позволяют управлять величиной силовой нагрузки на основные мышечные группы гребцов, таким образом, чтобы средняя амплитуда ЭМГ при гребле на тренажере соответствовала гребле на воде, «произвольное» изменение сопротивления на тренажере приводит к искажению соревновательного стереотипа.
Как показало наше исследование, темп гребли и противовес, моделирующий сопротивление водной среды, должны соответствовать физическим и техническим кондициям гребца, подбираться индивидуально, используя современное биомеханическое оборудование. Литература
1. Воронова А.А. Определение методами электромиографии мышечных групп, влияющих на результат в скоростном спортивном скалолазании / А.А. Воронова, А.В. Воронов, П.В. Квашук // Теория и практика физ. культуры. - № 8. - 2019. - С. 24-26.
2. Воронов А.В. Методика применения измерительных устройств с элементами обратной связи при скоростно-силовой тренировке конькобежцев / А.В. Воронов. - M.: Социально-политическая мысль, 2010. -110 с.
3. Ефремов Г.М. Рекомендации по использованию тренажера Г. Ефремова для подготовки спортсменов высокой квалификации / Г.М. Ефремов // Мир гребли. - 2007. - Сентябрь. - С. 17-21.
4. Очерки по теории и методике гребли на байдарках и каноэ / Составители: С.В. Верлин, В.Ф. Каверин, П.В. Квашук, Г.Н. Семае-ва. - Воронеж: Изд-во ОАО «Центрально-черноземное книжное издательство», 2007. - 173 с.
References
1. Voronova A.A., Voronov A.V., Kvashuk P.V. Opredelenie metodami elektromiografii myshechnykh grupp, vliyayushchikh na rezultat v skorostnom sportivnom skalolazanii [Electromyographic methods to determine muscle groups to affect sports results in speed climbing]. Teoriya i praktika fiz. kultury. No. 8. 2019. pp. 24-26.
2. Voronov A.V. Metodika primeneniya izmeritelnykh ustroystv s elementami obratnoy svyazi pri skorostno-silovoy trenirovke konko-bezhtsev [Measuring devices with feedback: application in speed-strength training of skaters]. Moscow: Sotsialno-politicheskaya mysl publ., 2010. 110 p.
3. Efremov G.M. Rekomendatsii po ispolzovaniyu trenazhera G. Efre-mova dlya podgotovki sportsmenov vysokoy kvalifikatsii [Recommendations for the use of G. Efremov's simulator for training of elite athletes]. Mir grebli. 2007. Sentyabr. pp. 17-21.
4. Verlin S.V., Kaverin V.F., Kvashuk P.V., Semaeva G.N. Ocherki po teo-rii i metodike grebli na baydarkakh i kanoe [Theory and methodology of kayaking and canoeing: analytical review]. Voronezh: Tsentralno-chernozemnoe knizhnoe izdatelstvo publ., 2007. 173 p.
5. Fleming N., Done B., Mahony N. Electromiographic and kinesiological analysis of the Kayk Stroke: comparison of on-water and on-ergonomic data across exercise intensity //12-th Annual Congress or the ECSS, 11-14 July 2007, Jyvaskale Finland.
6. Fleming N., Done B., Mahony N., Fletcher D. A biomechanical assessment of ergometer task specificity in elite flatwater kayakers// Journal of Sports Science and Medicine. 2012. - Vol. 11. P. 16-25.
