CC BY
10УДК: 796.01:612
ДИНАМИКА
электрической активности мышц стрелков из лука в ходе многократно повторяющихся выстрелов
Кандидат биологических наук И.Н. Бучацкая
Доктор биологических наук профессор Р.М. Городничев
Великолукская государственная академия физической культуры и спорта, Великие Луки
THE DYNAMICS OF MUSCLE ELECTRICAL ACTIVITY OF ARCHERS DURING RECURRENT SHOTS I.N. Buchatskaya, Ph.D. R.M. Gorodnichev, professor, Dr.Biol.
Velikie Luki State Academy of Physical Culture and Sport, Velikie Luki Key words: archers, amplitude and frequency of muscle electrical activity, «leading» muscles, fatigue. It is known that strenuous motor activity leads to a decrease in functional reserves of the body and the development of fatigue. While performing different types of muscle work fatigue is being developed involving central and peripheral mechanisms. The predominance of a particular mechanism depends on the structure of movement, duration and intensity of its execution. Fatigue is accompanied by temporal discoordination of physiological functions, deterioration of quantitative and qualitative characteristics of performance, increase of its physiological value. Competitive activity of an archer is an alternation of prolonged static and dynamic, relatively monotonous work performed for several hours.
The purpose of the present research was to study the electrical activity of the muscles of archers while performing archery exercise which is similar to competitive activity.
On the basis of the estimation of the footage of performed shooting exercises the researchers divided the shot structure into the working phases, indicating the boundary moment of the beginning and end of each of them. The synchronization of time parameters of shots with the registered electrical activity of the examined muscles contributed to the precise electromyographic analysis of the most technically important shot phases. The paper presents the experimental data on the characteristics of the electrical activity of the archers' muscles providing multiple bow shooting. It was the first time the "leading" muscles involved in the implementation of the most technically important phases of shooting were defined.
Ключевые слова: стрелки из лука, амплитуда и частота электроактивности мышц, «ведущие» мышцы, утомление.
Введение. Известно, что напряженная двигательная деятельность приводит к снижению функциональных резервов организма и развитию утомления. При разных видах мышечной работы процесс утомления развивается с участием центральных и периферических механизмов. Преобладание того или иного механизма зависит от структуры движения, длительности и интенсивности его выполнения. Утомление сопровождается временной дискоординацией физиологических функций, ухудшением количественных и качественных показателей работы, повышением её физиологической стоимости [3]. Соревновательная деятельность стрелка из лука представляет собой чередование длительной статической и динамической относительно однообразной работы, выполняемой в течение нескольких часов [5].
Цель исследования - изучение электрической активности мышц лучников в ходе выполнения стрелкового упражнения, моделирующего соревновательную деятельность.
Методы и организация исследования. В эксперименте приняли участие 14 спортсменов-лучников. Испытуемые имели спортивную квалификацию от II разряда до мастера спорта международного класса, возраст - от 16 до 25 лет. Все они получили подробную информацию по проводимым исследованиям и дали письменное согласие на участие в эксперименте в соответствии с Хельсинкской декларацией. Спортсмены выполняли 30 выстрелов из классического лука в условиях, моделирующих соревновательную деятельность - 10 серий по 3 выстрела в каждой, на серию отводилось 3 мин, дистанция - 18 м. Во время стрельбы из лука проводилась видеосъемка с частотой 500 Гц и регистрировалась электрическая активность мышц (ЭМГ). Видеоанализ осуществлялся с помощью системы «Qualisys» (Швеция, 2010) и использовался для анализа техники стрельбы. Биопотенциалы скелетных мышц регистрировали с помощью 16-канального электромиографа «MegaWin МЕ 6000» (Финляндия, 2008), а обработку полученных данных проводили в компьютерной программе «MegaWin». Электромиограф позволял записывать ЭМГ 12 исследуемых мышц на значительном расстоянии от регистрирующего компьютера, данные передавались в режиме on-line на основе беспроводных технологий Bluetooth. Частота дискретизации сигнала составляла 1000 Гц. Для регистрации момента выпуска спортсменом стрелы, а также предшествующего ему момента срабатывания кликера применялся разработанный
нами механо-оптический датчик. Импульсы, генерируемые датчиком, использовались для синхронизации момента выпуска стрелы с ЭМГ и данными 3D-видеоанализа, что позволило точно зафиксировать границы фаз изучаемого технического приема, а также существенно расширить возможности анализа этих фаз.
В стрелковом упражнении анализировались две первые (1-6-й выстрелы) и две последние (25-30-й выстрелы) стрелковые серии, соответствующие началу и окончанию упражнения.
Результаты исследования и их обсуждение. Оценка видеоряда выполняемого стрелкового упражнения позволила нам разделить структуру выстрела на рабочие фазы с указанием граничных моментов начала и окончания каждой из них
[1]. Синхронизация временных параметров выстрела с зарегистрированной электрической активностью исследуемых мышц дала произвести точный электромиографический анализ наиболее технически важных для выстрела фаз: фазы принятия основной изготовки - «расширение»; фазы выхода стрелы из-под кликера - «дотяг» и фазы «завершения выстрела». На рис. 1 представлена типичная запись ЭМГ мышц, участвующих в реализации выстрела, у одного из испытуемых с указанием анализируемых фаз. Фазы предварительной изготовки и расслабления - также технически значимы, их электромиографические характеристики значительно варьировались от выстрела к выстрелу. Заметим, что в фазе «дотяг» наблюдается наибольшая электроактивность исследуемых мышц. Вероятно, это объясняется тем, что в данной фазе лучник переходит к статической работе, направленной как на удержание лука в растянутом состоянии, так и на поддержание равновесия системы «лучник-оружие».
На рис. 2 представлена среднегрупповая амплитуда ЭМГ исследуемых мышц лучников в процессе выполнения технически важных фаз. По мнению В.Н. Команцева, В.А. Заболотных
[2], поверхностная ЭМГ мышц менее 300 мкВ свидетельствует о недостаточном развитии мышцей произвольного усилия. С учетом этого нами были определены наиболее активные мышцы, задействованные в выполнении как выстрела в целом, так и отдельных его фаз. Полагаем, что именно на них ложится
Рис. 1. Типичная запись ЭМГ мышц, участвующих в реализации выстрела, у испытуемого А.Д., 17 лет.
Примечания: 1 - м. лучевой сгибатель кисти правой руки; 2 - м. локтевой разгибатель кисти правой руки; 3 - трехглавая м.плеча правой руки; 4- задняя часть правой дельтовидной м.; 5 - м. лучевой сгибатель кисти левой руки; 6-м. локтевой разгибатель кисти левой руки; 7 - трехглавая м. плеча левой руки; 8 - передняя часть левой дельтовидной м.; 9 - верхние пучки правой трапециевидной м.; 10 - верхние пучки левой трапециевидной м.; 11 - нижние пучки правой трапециевидной м.; 12 - нижние пучки левой трапециевидной м. Маркеры 1 и 2 - фаза «расширение», 2 и 3 - фаза «дотяг», 3 и 4 - фаза «завершение выстрела»
550 500 450 05 400 8 350 ^ 300
н
Н 250
В 200
150 100 50 0
10 11 12
МЫШЦЫ
Ф АЗА "РАСШИРЕНИЕ" —Ф АЗА "ДОТЯГ" •! Ф АЗА "ЗАВЕРШЕНИЕ ВЫСТРЕЛА"
Рис. 2. Среднегрупповая амплитуда ЭМГ мышц лучников в ходе выполнения технически важных фаз выстрела.
Примечания: 1 - м. лучевой сгибатель кисти правой руки; 2 - м. локтевой разгибатель кисти правой руки; 3 - трехглавая м. плеча правой руки; 4 - задняя часть правой дельтовидной м.; 5 - м. лучевой сгибатель кисти левой руки; 6 - м. локтевой разгибатель кисти левой руки; 7 - трехглавая м. плеча левой руки; 8 - передняя часть левой дельтовидной м.; 9 -верхние пучки правой трапециевидной м.; 10 - верхние пучки левой трапециевидной м.; 11 - нижние пучки правой трапециевидной м.; 12 - нижние пучки левой трапециевидной м.
основная нагрузка в ходе осуществления выстрела. В дальнейшем мы будем называть эти мыщцы «ведущими».
Согласно данным табл. 1 в начале выполнения стрелкового упражнения (1-2-я серии выстрелов), в фазе «расширение», значительное усилие развивают: передняя часть дельтовидной мышцы левого плеча и верхние пучки левой трапециевидной мышцы спины, в фазе «дотяг» - передняя часть дельтовидной мышцы левого плеча, задняя часть дельтовидной мышцы правого плеча, верхние и нижние пучки левой трапециевидных мышц спины и нижние пучки правой трапециевидной мышцы, лучевой сгибатель правой кисти. Фаза «завершение выстрела» осуществляется усилием передней части дельтовидной мышцы левого плеча, верхних пучков правой и левой трапециевидных мышц спины. В целом на протяжении всего выстрела значительное мышечное усилие развивали передняя часть дельтовидной мышцы левого плеча, верхние пучки левой трапециевидной мышцы спины и задняя часть дельтовидной мышцы правого плеча. Заметим, что в очень важной в техническом плане фазе «дотяг» её «ведущие» мышцы проявляли наибольшую активность, т.е развивали значительное усилие в сравнении с другими фазами. К тому же эта фаза обеспечивается большим количеством мышц по сравнению с остальными фазами.
При анализе полученных параметров ЭМГ рассматриваемых мышц в ходе выполнения всего стрелкового упражнения установлено, что данные мышцы увеличивали свою активность в заключительных стрелковых сериях (25-30 выстрелы) относительно начальных (1-6-й выстрелы) в основном за счет увеличения амплитуды ЭМГ. Как видно из таблицы, в фазе «расширение» достоверно значимо повысилась амплитуда ЭМГ её «ведущих» мышц: у передней части дельтовидной мышцы левого плеча и у верхних пучков левой трапециевидной мышцы спины, при этом частота их биопотенциалов была постоянна на протяжении всего упражнения (84,66±1,48 Гц и 82,92±1,66 Гц соответственно). За счет увеличения амплитуды потенциалов действия достоверно повысилась активность и таких мышц, как локтевой разгибатель правой кисти, трехглавая мышца правого плеча, лучевой сгибатель левой кисти. В рассматриваемой фазе свою активность относительно начала
Среднегрупповая амплитуда интерференционной ЭМГмышц лучников в ходе выполнения стрелкового упражнения (п=14, M±SE, мкВ)
Фазы упр. Фазы выстрела Мышцы
m. Flexor carpi radialis (м. лучевой сгибатель кисти (п) m. Extensor carpi ulnaris (м. локтевой разгибатель кисти (п) m. triceps brachii (трехглавая м. плеча (п) m. Deltoideus (post.) (задняя часть дельтовидной м. (п) m. triceps brachii (трехглавая м. плеча (л) m. Deltoideus (ant.) (передняя часть дельтовидной м. (л) m. Trapezius (sup.) (верхние пучки трапец. м. (п) m. Trapezius (sup.) (верхние пучки трапец. м. (л) m. Trapezius (inf.) (нижние пучки трапец. м. (п) m. Trapezius (inf) (нижние пучки трапец. м. (л)
Начало «расширение» 191,07 ± 10,01 74,06 ± 3,43 46,34 ± 2,09 217,32 ± 12,49 116,48 ± 3,32 355,28 ± 15,31 245,82 ± 12,58 320,49 ± 15,29 185,92 ± 10,35 242,20 ± 12,84
«дотяг» 313,98 ± 14,09 126,59 ± 7,80 78,28 ± 3,32 412,92 ± 19,40 173,86 ± 5,97 480,87 ± 26,16 291,99 ± 16,12 381,25 ± 22,64 317,05 ± 18,01 331,13 ± 17,23
«завершение выстрела» 49,61 ± 2,74 56,63 ± 3,16 38,71 ± 1,19 236,58 ± 18,22 88,43 ± 5,12 359,98 ± 14,09 363,09 ± 21,51 430,75 ± 23,34 245,59 ± 18,73 185,83 ± 10,95
Весь выстрел 208,65 ± 9,34 89,78 ± 4,96 58,12 ± 2,17 302,19 ± 14,04 133,05 ± 4,29 405,40 ± 18,52 290,19 ± 15,03 371,43 ± 19,55 250,50 ± 14,37 259,68 ± 12,28
Окончание «расширение» 189,94 ± 9,23 78,50 ± 3,73* p=0,000000 50,00 ± 2,47* p=0,001 229,98 ± 12,36* p=0.006 122,90 ± 4,58 371,99 ± 17,9* p=0,03 247,28 ± 11,43 337,82 ± 16,70* p=0,003 186,84 ± 9,97 231,76 ± 10,65
«дотяг» 298,75 ± 13,74* p=0,02 127,80 ± 8,02 82,08 ± 3,59* p=0,02 426,94 ± 21,61 170,71 ± 5,95 499,93 ± 28,61* p=0,01 291,46 ± 15,86 400,95 ± 24,24* p=0,0004 312,00 ± 16,29 315,27 ± 14,63
«завершение выстрела» 41,93 ± 2,59* p=0,006 52,19 ± 3,01* p=0,02 35,93 ± 1,17* p=0,02 213,73 ± 17,67* p=0,0005 88,36 ± 5,21 344,33 ± 15,05* p=0,01 321,44 ± 18,07* p=0,01 408,95 ± 23,42* p=0,004 234,90 ± 17,35* p=0,04 161,80 ± 7,22* p=0,0004
Весь выстрел 206,53 ± 9,16 92,50 ± 4,93* p=0,009 61,26 ± 2,54* p=0,02 310,70 ± 14,53 135,83 ± 4,71 417,20 ± 20,53 276,48 ± 13,34* p=0,01 379,26 ± 20,68 247,74 ± 13,30 251,88 ± 10,63
Примечание. * - достоверность различий относительно начала (Wilcoxon Matched Pairs Test).
£ л a
■о с ra
íí О (U ■С
H
упражнения, но уже за счет достоверного повышения частоты биопотенциалов на завершающих сериях увеличили трехглавая мышца левого плеча (с 99,82±3,24 до 106,89±3,91 Гц, р=0,02) и верхние пучки правой трапециевидной мышцы спины (с 81,32±1,52 до 92,86±1,73 Гц, р=0,05).
Достоверное увеличение амплитуды биопотенциалов «ведущих» мышц: передней части дельтовидной мышцы левого плеча и верхних пучков левой трапециевидной мышцы спины наблюдалось и в фазе «дотяг» (см. таблицу). При этом частота их электроактивности также была постоянна на всём протяжении выполнения упражнения. У задней части дельтовидной мышцы правого плеча отмечалась тенденция к повышению амплитуды ЭМГ, при достоверно значимом нарастании частоты импульсации (р=0,2). Амплитуда ЭМГ других «ведущих» мышц в рассматриваемой фазе, наоборот, снижалась. Так, у лучевого сгибателя правой кисти с постоянной частотой импульсации амплитуда в конце выполнения стрелкового упражнения достоверно снизилась по сравнению с началом. Тенденция к изменению амплитуды ЭМГ в сторону ее снижения в последних сериях реализации упражнения была отмечена и у нижних пучков правой и левой трапециевидных мышц, при этом статистически значимо у нижних левых пучков несколько возросла частота импульсации (с 70,54±1,98 в начале до 75,55±1,27 Гц в конце, р=0,004).
П.Г. Сыманович [4] отмечает, что фаза «дотяг» осуществляется в основном за счет работы мышц правого плеча и спины. Усилие «ведущих» в фазе «расширение» мышц должно быть перераспределено в фазн «дотяг» на мышцы нижнего отдела спины. Анализ ЭМГ исследуемых мышц показал, что в фазу «дотяг» наряду с увеличением активности «ведущих» мышц в последних сериях выполнения стрелкового упражнения достоверно повышается и активность «вспомогательных», например трехглавой мышцы правого плеча при одновременной тенденции к снижению амплитуды ЭМГ одной из «ведущих» мышц -нижних пучков трапециевидной мышцы спины (см. таблицу).
Данный факт указывает на развивающееся утомление в процессе многократного выполнения выстрела от серии к серии, что и ведет к потере правильного распределения мышечных усилий в фазе «дотяг». В свою очередь, возрастание электроактивности «ведущих» мышц на последних сериях упражнения относительно начальных может быть связано, с одной стороны, с тем, что контрактильные свойства каждой двигательной единицы (ДЕ) этих мышц в связи с утомлением снижаются, поэтому для поддержания напряжения мышцы на прежнем уровне в работу начинают вовлекаться дополнительные мотонейроны, которые ранее не участвовали в реализации выстрела. С другой стороны, под влиянием многократного выполнения выстрела в течение длительного времени, возможно, изменился порог активации отдельных ДЕ.
В фазе «завершение выстрела» её «ведущие» мышцы достоверно значимо снижали свою активность в последних сериях упражнения. Причем у некоторых снизилась не только амплитуда, но и частота ЭМГ. Так, понизилась амплитуда ЭМГ передней части дельтовидной мышцы левого плеча, хотя частота оставалась неизменной. Достоверно уменьшилась активность верхних пучков левой трапециевидной мышцы спины, верхних пучков правой трапециевидной мышцы (при этом отмечалось достоверное увеличение частоты её ЭМГ (р=0,02). Возможно, снижение активности рассматриваемых в этой фазе мышц связано со статистически значимым сокращением продолжительности самой фазы к концу выполнения стрелкового упражнения с 1,47±0,04 до 1,39±0,04 с (р=0,02).
При оценке параметров ЭМГ мышц, реализующих выстрел в целом, выявлено, что амплитуда электроактивности «ведущих» мышц в завершающих сериях имела лишь тенденцию к увеличению при неизменной частоте их ЭМГ. Только у трехглавой мышцы левого плеча эта величина достоверно повысилась с 112,66±1,84 до 118,6±2,42 Гц (р=0,003) при неизменной амплитуде её активности.
Выводы. Впервые определены «ведущие» мышцы, участвующие в реализации наиболее важных в техническом отношении фаз выстрела. Электроактивность «ведущих» мышц увеличивается в завершающих сериях выстрелов, что может быть связано с двумя центральными процессами - увеличением количества рекрутированных мотонейронов и синхронизацией их разрядов. В фазе «дотяг» к концу выполнения стрелкового упражнения активность нижних пучков трапециевидной мышцы спины снижается, а амплитуда ЭМГ трехглавой мышцы правого плеча достоверно увеличивается, что указывает на технически неправильное перераспределение мышечных усилий в исследуемой фазе, вероятно, связанных с развитием утомления в ходе многократно повторяющихся выстрелов.
Литература
1. Бучацкая, И.Н. Особенности кинематических и электромиографических параметров стрельбы из лука /И.Н. Бучацкая, А.М. Пухов, Р.М. Городничев // Биомеханика спортивных двигательных действий и современные инструментальные методы их контроля. Матер. Всерос. науч.-практ. конф. МГАФК. - Малаховка, 2013. - С. 104-109.
2. Команцев, В.Н. Методические основы клинической электро-нейромиографии / В.Н. Команцев, В.А. Заболотных. - СПб., 2006. - 350 с.
3. Моисеев, С.А. Особенности регуляции биоэлектрической активности мышц при выполнении двигательного действия на фоне утомления, вызванного различными видами нагрузок /С.А. Моисеев / Системные и клеточные механизмы в физиологии двигательной системы. V Всероссийская с меж-
дународным участием Школа-конференция по физиологии мышц и мышечной деятельности. - М., 2009. - С. 125.
4. Сыманович, П.Г. Стрельба из лука - основы техники: учеб. пособие / /П.Г. Сыманович; МгПи им Н.К. Крупской. - Мо-зырь, 2002. - 63 с.
5. Шилин Ю.Н. Спортивная стрельба из лука. Теория и методика обучения: учеб. пособие / Ю.Н. Шилин. - М., 2011. - 280 с.
References
1. Buchatskaya, I.N. Thefeaturesofkinematicand electromyographic parameters of archery / I.N. Buchatskaya, A.M. Pukhov, R.M. Gorodnichev // Biomechanics of sports motor actions and modern instrumental methods of their control. Proceedings of the All-Rus. theor.-pract. conf. of MSAPC. - Malakhovka, 2013. -P. 104-109. (In Russian)
2. Komantsev, V.N. Methodical grounds of clinical electromyography / V.N. Komantsev, V.A. Zabolotnykh. - St. Petersburg, 2006. -350 P. (In Russian)
3. Moiseev, S.A. The features of regulation of bioelectric muscular activity in the performance of motor actions against the background of fatigue caused by various types of loads /S.A. Moiseev / System and cellular mechanisms in the physiology of the motor system. The V All-Russian School conference with International Participation on the physiology of muscles and muscular activity. - Moscow, 2009. - P. 125. (In Russian)
4. Symanovich, P.G. Archery - basic techniques: study guide / P.G. Symanovich; Moscow State Pedagogical Institute named after N.K. Krupskaya. - Mazyr, 2002. - 63 P. (In Russian)
5. Shilin, Yu.N. Sports archery. Theory and methods of learning: study guide / Yu.N. Shilin. - Moscow, 2011. - 280 P. (In Russian)
Информация для связи с автором: [email protected]
Поступила в редакцию 02.07.2014 г.
ИЗ ПОРТФЕЛЯ РЕДАКЦИИ
УДК: 797.14
ИГРОВОИ МЕТОД КАК ОСНОВА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕОРЕТИЧЕСКОМ ПОДГОТОВКИ ЮНЫХ ЯХТСМЕНОВ
Соискатель М.М. Калинин
Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма (ШОЛИФК), Москва
Ключевые слова: юные яхтсмены, теоретическая подготовка, подготовленность, игровой метод, годичный тренировочный цикл.
Цель исследования - выявить эффективность теоретической подготовки юных яхтсменов в годичном тренировочном цикле.
Методика и организация исследования. Исследование проводилось на базе яхт-клуба «Дельфин» г. Цимлянска и яхтенного центра им. Ф. Ушакова г. Волгодонска в течение 2013/2014 г. В нем участвовали две группы яхтсменов 10-14 лет. Контрольная группа юношей (КГ) занималась по традиционной программе, а в экспериментальной группе (ЭГ) был применен игровой метод с элементами анимационной деятельности.
Результаты исследования и их обсуждение. Для оценки эффективности теоретической подготовки юных яхтсменов были проведены предварительное и заключительное тестирования до начала эксперимента и после его завершения. Результаты тестирования показали, что яхтсмены (ЭГ) усвоили большее количество понятий, связанных как с правилами соревнований, так и со специальной технико-тактической подготовленностью, чем спортсмены КГ. Опрос и экспертная оценка квалифицированных тренеров (п=20 человек) свидетельствуют, что экипаж спортсменов из ЭГ лучше ориентируются на яхте во время выхода на воду, быстро и четко выполняют команды рулевого.
Таким образом, к окончанию эксперимента уровень теоретической подготовленности испытуемых в КГ вырос в среднем на 17,21 % (р>0,05), а в ЭГ на 24,47 % (р<0,05), четкость выполнения команд улучшилась в КГ на 35 0% (р>0,05), в ЭГ -на 65 00 (р<0,05), быстрота выполнения команд в КГ - на 30 0% (р>0,05), в ЭГ - на 61 00 (р<0,05).
Заключение. В результате проведенного исследования следует заключить, что применение игрового метода в группе спортсменов ЭГ позволило существенно повысить уровень их теоретической подготовленности, тем самым обеспечив эффективное овладение основами парусного спорта и применение полученных знаний на практике.
Литература
1. Зыбин, А.С. Содержание и направленность физической подготовки яхтсменов высшей квалификации в годичном цикле спортивной тренировки: автореф. дис. ... канд. пед. наук / А.С. Зыбин. - СПб., 2005. - 24 с.
Ларин, Ю.А. Спортивная подготовка яхтсмена / Ю.А. Ларин. - М.: Терра-спорт, 1999. - 167 с.
Томилин, Т.Г. Подготовка высококвалифицированных яхтсменов / Т.Г. Томилин. - Краснодар, 2005. - 254 с. Фролов, И.И. Подготовка яхтсменов-гонщиков в классе «Лазер»: автореф. дис. ... канд. пед. наук / И.И. Фролов. - Майкоп, 2008. - 27 с.
2.
3.
4.
Информация для связи с автором: [email protected]
Поступила в редакцию 05.11.2014 г.
