CC BY
75
ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ НЕСТАНДАРТНЫХ ТРЕНИРОВОЧНЫХ СРЕДСТВ В СПОРТИВНОЙ ПОДГОТОВКЕ
В.Л. РОСТОВЦЕВ, ВНИИФК
Аннотация
В статье приводятся результаты экспериментального исследования эффективности электростимуляции мышц в движении, системы информирования спортсмена о биомеханических и энергетических показателях во время выполнения физических упражнений. Дается обоснование и технология использования таких внетренировочных средств.
Abstract
The article contains results of experimental investigation efficiency electric stimulation muscles in moving, system of well-informed about biomechanical and energy indexes during physical exercises. It’s shown technology of using such alternative remedy.
Ключевые слова: биомеханические, энергетические показатели, внетренировочные средства, двигательная электростимуляция.
Современный период развития спорта характеризуется активным продвижением эффективных внетрениро-вочных средств в подготовку спортсменов. Причины известны: применение традиционных методов не гарантирует опережающего эффекта; спортивные результаты различаются долями секунд; коммерциализация соревновательной борьбы.
Технологические решения предлагаемого подхода носят облегчающий, а не затрудняющий характер воздействия на лимитирующие звенья в момент выполнения главных фаз физического упражнения. Такие технологии дают возможность отойти от обязательного использования предельных физических нагрузок и, тем самым, сохранить резервный ресурс здоровья, избежать переутомления и тр авм.
Высшие этапы спортивного мастерства характеризуются устойчивой структурой ответных реакций организма на специфическую нагрузку соответствующего вида спорта. В результате применения практически одних и тех же тренировочных средств спортсмен достигает такого уровня адаптации к ним, при котором дальнейшие физиологические сдвиги становятся невозможными. Атлет входит в так называемую зону насыщения. Обеспечение прогресса в этом состоянии и при тех же средствах тренировки возможно лишь при интенсификации тренировочного процесса, увеличении объема нагрузки. Другими словами, требуется применение более «тяжелых» физических нагрузок. Такой путь не является эффективным по причинам углубления адаптации, повышения вероятности переутомления и травм. В результате такого подхода появляются признаки адап-тагенной патологии, когда увеличение объема и интенсивности нагрузки не приводит к желаемым сдвигам. Интенсифицированная и объемная физическая нагрузка заставляет организм адаптироваться к условиям, отличным от соревновательных, которые проходят без применения усложняющих средств. Поэтому у спортсмена
вырабатываются адаптивные изменения не к условиям соревнования, а к усложненным условиям тренировки. Такие изменения не соответствуют ни структуре, ни метаболизму тех состязательных требований, которые предъявляются к атлету в соревновательных условиях.
Предлагаемый подход представляет собой более благоприятную совокупность требований к организму спортсмена. С точки зрения физиологии от атлета не требуется м аксимального напряжения сил к непривычной физической нагрузке. При использовании внетренировочного средства, направленного на повышение эффективности лимитирующего двигательного звена, не происходит роста нагрузки на организм. Совокупное влияние ее не увеличивается, а напротив, снижается. Это можно видеть по показателям потребления кислорода, пульса и др. (см. ниже) на стандартных скоростях бега и по повышению скоростей передвижения на том же уровне энерготрат. При этом у спортсмена происходит благоприятная перестройка физиологических, биомеханических показателей, соответствующих более высоким скоростям и квалификационному уровню. Т акая перестройка свойственна только этому атлету, т.е. индивидуальна и является моделью для него в настоящий период времени. Это позволяет исключить из практики подготовки подгонку параметров движений одного спортсмена под другого, что чаще приносит отрицательные последствия, чем положительные. Эффективность применения предлагаемого подхода зависит от правильной организации двигательного режима тренировки [4] и технологии определения лимитирующих звеньев физического упражнения (рис. 1). Основным критерием правильности определения лимитирующего звена является условие совпадения активной фазы движения с максимумом (экстремумом) проявления динамических показателей. Основной принцип алгоритма определения лимитирующего звена заключается в сравнении биомеханических (кинематических и динамических) акцентов проявления усилий и сопоставлении их с актив-
Цикл движения (ЦД) или
законченное двигательное действие (ЗДД) соревновательного упражнения
Биомеханическая структура Фазовая структура двигательных
двигательных действий действий
Определение лимитирующего звена по совпадению экстремумов биомеханических параметров активных фаз и максимумов основного соревновательного параметра
Рис. 1. Алгоритм определения лимитирующего звена цикла движения или законченного двигательного действия: Б - перемещение общего центра масс тела и отдельных звеньев тела; V - скорость; X - время;
Ж - угловая скорость суставов; Е - сила отдельных звеньев тела; ¥г - импульс силы; а - ускорение общего центра масс тела и отдельных звеньев тела
ными фазами цикла локомоций или законченного двигательного действия. Лимитирующим звеном называется та фаза цикла движения или законченного двигательного действия, в которой максимумы (биомеханические экстремумы) проявления усилий совпадают с активными фазами.
В качестве внетренировочных средств могут быть использованы дополнительные информативные обратные связи [5], системы облегчающего лидирования [3], рекуператоры энергии [1], электростимуляция мышц в движении [2] и т.п.
В настоящей статье кратко представлены результаты экспериментов по применению в лыжных гонках и беге электростимуляции мышц и дополнительных информационных обратных связей.
Впервые в спортивной практике применение электростимуляции в ходе выполнения спортивных упражнений было предложено И.П. Ратовым [3]. Им был использован термин «динамическая» электростимуляция.
В настоящее время этот термин часто употребляется для характеристики формы электрических импульсов при применении в статических позах. Для того чтобы отличить прием электростимуляции, применяемый в движении, назовем его «двигательной» электростимуляцией (ДЭС).
Организация и методы исследования
Эксперименты проведены в лабораторных и естественных условиях тренировки. Участниками экспериментов были бегуны, многоборцы и лыжники-гонщики высокой квалификации: от кандидатов в мастера спорта до заслуженных мастеров спорта. Всего в исследованиях приняли участие 45 спортсменов.
При определении эффективности применения информационных обратных связей был использован тренажерно-исследовательский комплекс, состоящий из тредбана, датчиков ускорения, времени опоры и полета, пульсометров и вертикальных аналоговых индикаторов,
Рис. 2. Изменение ЧСС у 17 бегунов на средние и длинные дистанции в зависимости от разных вариантов бега: Уг - уравнение повышения (тренда) ЧСС во время эксперимента в связи с утомлением
Изменение биомеханических параметров у 17 высококвалифицированных бегунов на средние и длинные дистанции в зависимости от разных вариантов бега
№ п/п ^^^Параметры Шаг и номер алгоритма ЧСС, уд./мин Время опоры, мс Время полета, мс Горизонтальное ускорение, Аг, q Вертикальное ускорение, Ав, q Частота шагов, Гц Длина шага, см
1 Естественный бег 134,5±6,6 220,3±12,4 110,7±6,2 2,10±0,21 3,45±0,56 3,02±0,06 132,4±6,9
2 Бег с удлиненным шагом 137,2*±6,3 236,2**±16,1 128,1**±7,4 2,18±0,22 3,42±0,58 2,75**±0,04 145,3**±6,7
3 Естественный бег 135,7±6,7 219,4±12,8 112,8±7,2 2,14±0,20 3,39±0,58 3,01±0,06 132,8±6,9
4 Бег с укороченным шагом 137,3±6,7 207,0**±14,0 110,4±6,8 1,99**±0,22 3,42±0,59 3,15*±0,06 126,9*±6,5
5 Естественный бег 135,5±6,5 218,7±3,6 113,0±7,2 2,12±0,21 3,39±0,56 3,01±0,07 132,8±6,9
6 Бег с уменьшением ускорения в фазе амортизации 135,9±6,9 213,1±13,8 117,6±7,1 2,02±0,23 3,16±0,61 3,02±0,06 132,4±6,8
7 Естественный бег 137,0±6,8 219,8±12,7 112,8±7,8 2,08±0,22 3,42±0,58 3,01±0,06 132,8±6,9
8 Бег с вниманием на расслабление 134,8**±6,6 224,7*±16,9 112,2±6,9 2,18±0,22 3,65±0,61 2,97±0,07 134,7±6,7
9 Естественный бег 136,6±6,9 215,2±11,9 119,9±7,0 2,06±0,22 3,36±0,56 3,03±0,06 132,0±6,7
10 Среднее для пяти режимов естественного бега 136,8±6,81 218,7±12,7 113,4±7,1 2,10±0,21 3,40±0,57 3,01±0,08 132,8±6,8
* - достоверность различий на уровне значимости Р < 0,05; ** - достоверность различий на уровне значимости P < 0,01.
линейно отражающих величины горизонтальной и вертикальной составляющих ускорений тела, темпо-рит-мовую структуру бегового шага и ЧСС. Спортсмены при беге на тредбане чередовали естественный беговой шаг с акцентами на расслабление, уменьшение тормозящего ускорения при постановке ноги на опору и с разной длиной и частотой шагов. Показатели отражались на табло в виде вертикальных столбиков, спортсмены могли произвольно изменять их величины. Критерием оптимальности структуры движений являлось минимальное значение пульса на стандартной скорости бега.
В экспериментах с электростимуляцией использовался модернизированный инженером ВА. Apтамоновым в лаборатории ВНИИФК портативный электростимулятор весом І20 г и габаритами: длина - І40 мм; ширина -б5 мм; толщина - І5 мм. Импульсы подавались с частотой І20 Гц. Aмплитyда сигнала регулировалась в диапазоне от 0 до І00 В. Была предусмотрена регулировка задержки подачи сигнала от 0 до 300 мс. Питание прибора - 9 В. Электрический сигнал с помощью специальной контактной группы, установленной на каждой лыже, поступал на четырехглавую мышцу бедра точно в момент отталкивания от опоры независимо от воли спортсмена.
Эксперименты проводились перекрестным методом в лабораторных условиях на лыжероллерном тредбане на специально смоделированной трассе, включающей четыре подъема 4, б, В и І0°. Спортсмены чередовали применение электростимуляции мышц с обычным передвижением. Расчет достоверности изменений между средними значениями передвижений обычным способом и с электростимуляцией проводился по методу попарно связанных вариантов индивидуально для каждого спортсмена. В расчет бралось не менее б пар значений для каждого способа, угла наклона и испытуемого.
Электроактивность мышц регистрировалась в последующих после применения ДЭС проходах уже при передвижении без использования ДЭС. Это связано с тем, что при подаче электрического сигнала невозможно зарегистрировать электромиограмму. Электроактивность рассчитывалась как интеграл [Axdt, где
o
Ajt - амплитуда электроактивности, t - продолжительность электроактивности (3A). Фактически измерялась площадь огибающей электрического потенциала.
В качестве мышцы, которая подвергалась электростимуляции, была выбрана самая мощная мышца человеческого организма - четырехглавая мышца бедра, главной функцией котор ой является р азгиб ание голени (extensio cruris). Это движение является определяющим результативность в передвижении на лыжах и лыжероллерах. Электростимуляция осуществлялась с помощью электродов, накладываемых на верхнюю и нижнюю части четырехглавой мышцы бедра, что оказывало влияние на все четыре головки этой группы мышц. В том числе ДЭС подвергалась прямая мышца бедра (m. rectus
femoris), являющаяся самой длинной из четырех головок четырехглавой мышцы, принимающая участие в сгибании бедра (йехю femoris) и в наклоне таза вперед.
В расчет принимались не менее 6-ти напряжений мыши. Изучению последствий ДЭС четырехглавой мышцы бедра были подвергнуты изменения ЭА четырехглавой мышцы бедра в фазах отталкивания (Чо) и скольжения (Чс), двуглавой мышцы бедра (До), широчайшей мышцы спины (Шо) и трехглавой мышцы плеча (То) в фазе отталкивания.
Результаты исследования использования информационных обратных связей (ИОС)
Оказалось, что применение ИОС оказывает существенное влияние на способность спортсмена выбирать наиболее оптимальную структуру бега. Как видно на рис. 2 и в таблице, достоверное снижение пульса на стандартной скорости бега было обнаружено при расслаблении во время бега. Бег с непривычной длиной и частотой шага вызывал повышение пульса. При уменьшении отрицательного (тормозящего) ускорения общего центра массы тела (ОЦМТ) пульс также снижался. Спортсмен наблюдал перед собой значения вертикального и горизонтального ускорений ОЦМТ, продолжительность опорной и полетной фаз и, сопоставляя их со значением пульса, минимизировал энерготраты. Снижение пульса было зарегистрировано в 2-х случаях: при рациональной перестройке структуры биомеханических параметров (уменьшении времени полета, уменьшении горизонтальной составляющей ускорения тела при постановке ноги на опору, уменьшении вертикальной составляющей ускорений тела при отталкивании) и при акцентированном расслаблении тела.
Влияние ДЭС на энергообеспечение передвижений на лыжероллерах
Обнаружено, что применение ДЭС существенно снижало потребление кислорода и ЧСС (рис. 3). На стандартной скорости передвижения выявлены существенные различия в значениях пульса и пульсовой стоимости 1 метра пути на подъемах от 4 до 8°. После применения ДЭС потребление кислорода, пульс, кислородная и пульсовая стоимость 1 метра пути были меньше. На крутых подъемах и при высокой интенсивности нагрузки эти различия уменьшались. Кислородная и пульсовая стоимость 1 метра пути была меньше при менее интенсивной нагрузке во второй зоне.
Влияние ДЭС на электроактивность мышц
Обнаружено повышение ЭА 4-главой мышцы бедра при отталкивании на 24,6% (Р<0,01) после проведения стимуляции (рис. 4). Время отталкивания ногой после стимуляции уменьшилось на 16,7%, длина шага возросла на 8,8%, а частота шагов уменьшилась на 9% (все Р<0,05).
Рис. 3. Различие в потреблении кислорода и ЧСС при использовании ДЭС и обычном передвижении со стандартной скоростью на лыжероллерах в подъемы
Рис. 4. Средние значения ЭА 4-главой м. бедра (Чо), трехглавой м. плеча (То), времени отталкивания ногой (і), длины (Ь) и частоты (/) шагов в момент отталкивания при передвижении на лыжероллерах в подъемы до и после ЭС 4-главой м. бедра в движении. Светлые столбцы - до ЭС, темные - после
Рис. 5. ЭА мышц до и после ЭС 4-главой м. бедра в движении на лыжероллерах в подъемы. Светлые столбцы - обычный режим передвижения, темные - после ЭС
Рис. 6. Электроактивность мышц при передвижении классическим попеременным двухшажным ходом на лыжероллерах в подъемы на уровне ПАНО до и после применения ДЭС
Установлено, что ЭС только 4-главой мышцы бедра изменяла ЭА и 3-главой мышцы плеча, которая также активно участвует в фазе отталкивания. ЭА последней повысилась на 9,2%. Такие различия зафиксированы на всех электромиограммах при передвижении в подъемы 2, 4 и 6°.
Оказалось (рис. 5, 6), что электроактивности Чо после электростимуляции повышалась, Чс, так же, как и До, - уменьшались, наблюдалось незначительное увеличение электроактивности Шо. Это происходило
на всех подъемах. Увеличение электроактивности Чо в среднем составило на подъемах 4, 6, 8, 10°, соответственно, 36,7; 34,5; 33,1; 31,9 мкв (Р < 0,01). В процентном отношении эти изменения составили от 10,5 до 14,3%. Уменьшение электроактивности Чс в фазе скольжения составило, соответственно, 6,4; 6,8; 6,7; 6,6% (Р<0,05). Уменьшение электроактивности двуглавой мышцы бедра в момент отталкивания на подъемах 4, 6, 8 и 10°, соответственно, составило 6,6; 6,4; 6,0 и 6,3% (Р<0,05).
Таким образом, при применении ДЭС мышц обнаружено положительное, с точки зрения эффективности передвижения, влияние не только в фазах напряжения мышц, но и уменьшение ЭА пассивных мышц в период их расслабления. Причем к последниим электростимуляция не применялась, они подвергались косвенному влиянию от электростимуляции главных мышечных групп. Такая перестройка работы мышц свидетельствует о более эффективном функционировании организма спортсменов, соответствующем более высокому квалификационному уровню.
Заключение
Обнаруженные явления существенной произвольной экономизации двигательных действий спортсменов при использовании информации о структуре биомеханических и энергетических параметров во время бега указывают на недостаточную эффективность субъективной оценки качества собственных локомоций в условиях
обычной тренировки. Занятия по предлагаемому методу показали возможность контроля и управления композиционной структурой движений и энергообеспечения за счет повышения разрешающей способности организма спортсменов с помощью системы дополнительных информационных обратных связей и представления их в виде вертикальных аналоговых столбиков.
При регистрации ЭА после применении ДЭС к активной четырехглавой м. бедра в момент отталкивания обнаружено увеличение электроактивности не только этой мышцы, но и других синергетических групп, активно участвующих в отталкивании. К ним относятся трехглавая мышца плеча и широчайшая мышца спины. Эти явления сопровождались уменьшением ЭА пассивных в этот момент мышечных групп, что способствовало их лучшему восстановлению. Такая перестройка работы мышц сопровождалась общим снижением энергообеспечения организма и экономизацией функционирования на стандартных скоростях передвижения, что свидетельствует о лучшей переносимости нагрузки.
Литература
1. Попов Г.И. Биомеханические основы создания предметной среды для формирования и совершенствования спортивных движений: Автореф. дис. ... докт. пед. наук. - М., 1992. - 48 с.
2. Ратов И.П. Двигательные возможности человека (нетрадиционные методики их развития и восстановления). - Минск, 1994. - 190 с.
3. Ратов И. П. Исследование спортивных движений и возможностей управления изменениями их характери-
стик с использованием технических средств: Автореф. дис. ... докт. пед. наук. - М., 1972. - 45 с.
4. Ростовцев В.Л. Методология организации эффективных двигательных режимов комплексного контроля и тренировки // Вестник спортивной науки. - 2007. - № 1.
5. Ростовцев В.Л. Повышение экономичности бегового шага на основе использования системы обратных связей: Автореф. дис. ... канд. пед. наук. - М., 1981. - 24 с.
