CC BY
31
УДК 796.894:616.7 ББК 75.712 К 63
И.Н. Федорова
Преподаватель училища олимпийского резерва Кубанского государственного университета физической культуры, спорта и туризма; E-mail: fedoro-va327@gmail.com
A.Б. Трембач
Доктор биологических наук, профессор кафедры адаптивной физической культуры Кубанского государственного университета физической культуры, спорта и туризма; E-mail: alex_trem@mail.ru
B.В. Лысенко
Кандидат биологических наук, профессор кафедры естественно-научных дисциплин Кубанского государственного университета физической культуры, спорта и туризма; E-mail: V-V-Lysenko@yandex.ru
B.В. Кривуля
Заслуженный мастер спорта по пауэрлифтингу, бронзовый призер ХП^Паралимпийских игр, магистрант Кубанского государственного университета физической культуры, спорта и туризма; E-mail: Vladimirkrivyly@ mail.ru
C.П. Лавриченко
Кандидат биологических наук, доцент, заведующая кафедрой адаптивной физической культуры Кубанского государственного университета физической культуры, спорта и туризма; E-mail: slavrichenko@mail.ru
КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОРЕВНОВАТЕЛЬНОГО УПРАЖНЕНИЯ «ЖИМ ЛЁЖА» У СПОРТСМЕНОВ РАЗЛИЧНОЙ КВАЛИФИКАЦИИ С ПОРАЖЕНИЕМ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
( Рецензирована )
Аннотация. В предыдущих исследованиях разработан алгоритм комплексного анализа биомеханических показателей в пауэрлифтинге у спортсменов с поражением опорно-двигательного аппарата (ОДА). Целью исследования явился комплексный анализ динамики биомеханических параметров соревновательного упражнения «жим лежа» у спортсменов различных квалификаций с поражением ОДА. В эксперименте принимали участие 24 спортсмена. Синхронно регистрировались кинематические (вертикальная составляющая перемещения штанги относительно тела спортсмена, ее скорость и ускорение), динамические (сила, развиваемая спортсменом в области плечевого пояса и таза) показатели при разгоне и торможении штанги, и рассчитывалась механическая работа и ее мощность. У низкоквалифицированных спортсменов при разгоне штанги сила, ускорение и скорость увеличивались, а при ее торможении становились отрицательными и возвращались к исходному уровню. У высококвалифицированных спортсменов аналогичные показатели существенно повышались, а временные интервалы снижались, что обеспечивало повышение работы и ее мощности в среднем в 2 раза. Повышение силы, ускорения и скорости при преодолении силы
земного притяжения происходит за счет механизмов внутримышечной, межмышечной координации и спортивной техники. Временные интервалы позволяют количественно оценивать исследуемые показатели при разгоне и торможении штанги и корректировать тренировочный процесс.
Ключевые слова: пауэрлифтинг, спортсмены с поражением опорно-двигательного аппарата, аппаратно-программный комплекс для жима лежа в пауэр-лифтинге, биомеханические параметры.
I.N. Fedorova
Teacher of School of the Olympic Reserve, Kuban State University of Physical Culture, Sport and Tourism; E-mail: fedorova327@gmail.com
A.B. Trembach
Dr.Sci.Biol., Professor of Department of Adaptive Physical Culture, Kuban State University of Physical Culture, Sport and Tourism; E-mail: alex_trem@mail.ru
V.V. Lysenko
Candidate of Biology, Professor of Department of Natural-Science Disciplines, Kuban State University of Physical Culture, Sport and Tourism; E-mail: V-V-Lysenko@yandex.ru
V.V. Krivulya
Honoured Master of Sports in Powerlifting, Bronze Prize-Winner of the XIV Paralympic Games, Master's Degree Student of the Kuban State University of Physical Culture, Sport and Tourism; E-mail: Vladimirkrivyly@mail.ru
S.P. Lavrichenko
Candidate of Biology, Associate Professor, Head of Department of Adaptive Physical Culture, Kuban State University of Physical Culture, Sport and Tourism; E-mail: slavrichenko@mail.ru
THE COMPLEX ANALYSIS OF BIOMECHANICAL INDICATORS OF CHEST PRESS COMPETITIVE EXERCISE AT ATHLETES OF VARIOUS
QUALIFICATIONS WITH DAMAGE OF THE MUSCULOSKELETAL DEVICE
Abstract. In the previous researches, the algorithm of the complex analysis of biomechanical indicators in powerlifting at athletes with damage of the musculoskeletal device (MD) was developed. Research objective now is the complex analysis of dynamics of biomechanical parameters of chest press competitive exercise at athletes of various qualifications with MD. Twenty-four athletes participated in an experiment. Kinematic (a vertical component of movement of a bar concerning the athlete's body, its speed and acceleration), and dynamic (force developed by the athlete in the field of a humeral belt and a basin) indicators at dispersal and braking of a bar were synchronously recorded, and mechanical work and its power were evaluated. Low-skilled athletes at bar dispersal have force, acceleration and speed increased, and at its braking these indicators became negative and came back to initial level. At highly skilled athletes, similar indicators were significantly higher, and time intervals decreased that provided increase in work and its power on average twice. Increase in force, acceleration and speed when overcoming force of terrestrial gravitation happens at the expense of mechanisms of intramuscular and intermuscular coordination and the sports technique. Time intervals allow quantitative estimation of studied indicators at dispersal and braking of a bar and correction of training process.
Keywords: powerlifting, athletes with damage of the musculoskeletal device, the hardware and software complex for chest press in powerlifting, biomechanical parameters.
Пауэр лифтинг является спортом, включенным в Паралимпий-ские игры для спортсменов с поражением опорно-двигательного аппарата (ОДА). Рост спортивного результата обусловлен не только профессиональным мастерством тренера, но и анализом объективных показателей соревновательного упражнения «жим лежа». Наибольшее количество работ рассматривают перемещения штанги в пространстве, в меньшей степени скорость [1], [2] и ускорение [3], [4]. Сила, обеспечивающая жим штанги, изучена в единичных работах [5], [6]. В предыдущих исследованиях разработан алгоритм комплексного анализа биомеханических показателей на основе созданного аппаратно-программного комплекса для жима лёжа в пауэрлифтинге [7]. Синхронная регистрация движения штанги, ее ускорение, скорость и сила позволили выделить основные этапы, периоды, фазы соревновательного упражнения, имеющие различный вклад в достижение спортивного результата [8].
В связи с вышеизложенным целью исследования явился комплексный анализ динамики биомеханических параметров соревновательного упражнения «жим лежа» у спортсменов различных квалификаций с поражением ОДА.
Материалы и методы. В эксперименте принимали участие 24 спортсмена: 12 мастеров спорта и кандидатов в мастера спорта и 12 первого разряда в возрасте 18-25 лет. Анализ спортивной техники соревновательного упражнения осуществлялся на аппаратно-программном комплексе, разработанном совместно с «ОКБ «РИТМ», г. Таганрог, с дополненным модулем видеоанализа. Такой подход позволял синхронно регистрировать исследуемые параметры посредством двух модулей. Модуль видеоанализа обеспечивал регистрацию вертикальных составляющих перемещения штанги относительно тела спортсмена, ее скорость
(м/с) и ускорение (м/с2). Посредством динамического модуля регистрировалась сила (Н), развиваемая спортсменом в области плечевого пояса и таза. Упражнение выполнялось лежа на скамье с тензометрически-ми датчиками. Ноги спортсмена фиксировались к скамье для исключения их участия во время выполнения соревновательного упражнения. Спортсмен по команде выполнял жим лежа с весом 40%, 80% и 90% от максимального [6]. Упражнение выполнялось трижды с одним весом штанги.
Динамика исследуемых параметров анализировалась в 5 этапе, который состоял из периодов разгона штанги и ее торможения. По величине веса штанги (40%, 80% и 90% от максимального) и высоты ее перемещения рассчитывалась механическая работа спортсмена в системе СИ по формуле А=п^*8, где А - работа (Дж), т-масса штанги (кг), g - сила земного притяжения (9,8 м/с2), в - величина перемещения штанги в пространстве (м). По показателям работы и времени периодов разгона и торможения штанги рассчитывалась ее мощность по формуле W=A/t, где - мощность (Вт), А - работа (Дж), Ь - время (с). Статистический анализ полученных данных проводился посредством непараметрического метода Вилкоксо-на Манна-Уитни.
Результаты и их обсуждение. Динамика силы (Н), ускорения (м/с2) и скорости (м/с) в различные фазы разгона и торможения штанги у низкоквалифицированных спортсменов при выполнении соревновательного упражнения 40% от максимального веса представлены на рисунке 1 (1а). Исследуемые показатели сравнивались с их нулевыми значениями без учета силы земного притяжения в исходном состоянии (штанга на груди) с последующими фазами 1 и 2 периодов. В 1 фазу 1 периода разгона штанги сила и ускорение увеличивались до максимальных значений, скорость не
достигала такого уровня. Во 2 фазу значение силы и ускорения незначительно уменьшались по сравнению с предыдущей фазой, скорость была максимальной. Во 2 периоде
Л Л
fl.î p. »
O l rt.-t %
■CfJ o«
■11Л
MS
t.ÄES-о.з
+1.3 VJ 1МИ '."., t
о
4.Ï 5-
торможение штанги в 1 фазу сила существенно снижалась и приобретала отрицательное значение, ускорение проявляло аналогичную динамику. Скорость снижалась.
О.А 0,3 О,2 ОД -О
о. s
О,б
О, А
0,2 r>j
О
S
-0,4
на,s
-100 оо
ОО -400
фазы 16
За 36
Рисунок 1. Динамика силы, ускорения, скорости у низкоквалифицированных (а) и высококвалифицированных (б) спортсменов при весе штанги 40% (1), 80% (2)
и 90% (3) от максимального.
_____сила, Н;______скорость, м/с;_ускорение, м/с2
Л. а Ü.J1 i.t.i
П.1
1fy^
-a, J -u.j -ö.i
î» 4CW Jffl)
О фаза-исходное состояние перед поднятием штанги лежа на груди;
1 период - разгон штанги: 1 фаза-от момента начала движения штанги вверх до момента развития максимального ускорения; 2 фаза-от момента развития максимального ускорения штанги до момента развития максимальной скорости; 2 период - торможение штанги: 1 фаза-от момента развития максимальной скорости штанги до момента развития минимального ускорения;
2 фаза-от момента развития минимального ускорения штанги до момента фиксации штанги на вытянутых руках
*р<0,05; #р<0,01.
Во 2 фазу при поднятии штанги на вытянутых руках сила, ускорение и скорость возвращались к исходному уровню. Направленность изменений динамики биомеханических показателей при жиме 80% (рисунок 1 (2а) была аналогичной 40% от максимального веса. Однако количественно они изменились. В 1 фазе 1 периода сила увеличивалась, а ускорение снижалось (р<0,05) по сравнению с выше описанным графиком. Во 2 фазе оба показателя снижались. Скорость увеличивалась. Во 2 периоде торможения штанги в 1 фазу сила и ускорение приобретали отрицательный характер, и их соотношение по величине сохранялись соответственно 1 периоду. Скорость падала. Во 2 фазе они также возвращались к исходному уровню.
При жиме штанги 90% от максимального веса по сравнению с описанной выше динамикой кинематических и динамических параметров жима штанги (рисунок 1 (За) в 1 фазу 1 периода сила приобретала максимальное значение, а ускорение минимальное, скорость увеличивалась (р<0,05) по сравнению с рисунком 1 (1а). Во 2 фазу 1 периода сила, ускорение снижались, скорость увеличивалась. В 1 фазу 2 периода сила и ускорение приобретали отрицательный характер, а скорость снижалась, и во 2 фазу все
показатели возвращались к нулевым значениям.
У высококвалифицированных спортсменов динамика силы, ускорения и скорости в различные фазы разгона и торможения штанги сохраняла свою направленность с аналогичными изменениями у низкоквалифицированных спортсменов, а их величины существенно повышались. Динамика исследуемых показателей при выполнении соревновательного упражнения 40% от максимального веса сравнивались с исходным состоянием, которые представлены на рисунке 1 (16). В 1 фазе 1 периода сила и ускорение увеличивались и достигали максимальных величин, скорость была несколько ниже. Во 2 фазу значение силы и ускорения незначительно снижались, а скорость становилась максимальной. В 1 фазу 2 периода сила и ускорение приобретали отрицательные значения. Скорость снижалась. Во 2 фазу при поднятии штанги на вытянутых руках сила, ускорение и скорость возвращались к исходному уровню.
При жиме штанги 80% от максимального веса направленность изменений биомеханических показателей была аналогичной графику, представленному на рисунке 1 (26), за исключением их количественных значений. В 1 фазе 1 периода сила повышалась, а ускорение снижалось (р<0,05) по сравнению с графиком на рисунке 1 (16). Во 2 фазе сила и ускорение снижались, а скорость увеличивалась. Во 2 периоде торможения штанги в 1 фазу сила и ускорение приобретали отрицательный характер, и их соотношение по величине сохранялись соответственно
1 периоду. Скорость снижалась. Во
2 фазе они также возвращались к исходному уровню.
При жиме штанги 90% от максимального веса в 1 фазу 1 периода (рисунок 1 (36) сила имела максимальное значение, а ускорение наименьшую величину (р<0,05) по сравнению с аналогичными
показателями при весе штанги 40% от максимального. Скорость увеличивалась. Во 2 фазе сила и ускорение незначительно уменьшались, а скорость достигала максимума. В 1 фазе 2 периода сила и ускорение также приобретали отрицательный характер, а скорость уменьшалась. Во 2 фазе они возвращались к исходному состоянию.
Биомеханические показатели у высококвалифицированных спортсменов при жиме штанги 80% и 90% от максимального достоверно увеличивались во всех
исследуемых фазах и периодах по сравнению с аналогичными временными интервалами с весом штанги 40%.
Существенными характеристиками данного соревновательного упражнения у спортсменов различных квалификаций также является длительность периода разгона и торможения штанги, что позволяет рассчитать механическую работу и ее мощность. На таблице 1 представлена динамика продолжительности периодов в зависимости от величины веса штанги.
Таблица 1
Динамика длительности периодов при выполнении соревновательного упражнения «жим лёжа» с весом штанги 40%, 80% и 90% от максимального у низкоквалифицированных и высококвалифицированных спортсменов
низкоквалифицированные спортсмены высококвалифицированные спортсмены
длительность 1 периода (разгон штанги) (с) длительность 2 периода (торможение штанги) (с) длительность 1 периода (разгон штанги) (с) длительность 2 периода (торможение штанги) (с)
40% от максимального веса 0,31±0,01# 0,52±0,04# 0,21±0,01# 0,42±0,03#
80% от максимального веса 0,43±0,03* 0,64±0,05* 0,36±0,02* 0,54±0,04*
90% от максимального веса 0,55±0,03* 0,88±0,07* 0,41±0,03* 0,59±0,05*
Примечание: *р<0,05; #р<0,01.
У низкоквалифицированных спортсменов длительность 1 периода при 40% от максимального составляла 0,31±0,01 е., во 2 периоде она существенно возрастала. Длительность периодов при жиме штанги 80% и 90% от максимального веса увеличивалась на 5-10% соответственно. У высококвалифицированных спортсменов длительность 1 периода при 40% от максимального веса составляла 0,21±0,01 е., во 2 периоде она также увеличивалась. Динамика продолжительности периодов при 80%, 90% от максимального была аналогичной так же, как у низкоквалифицированных спортсменов.
В таблице 2 представлена динамика работы и мощности при жиме штанги с весом 40%, 80% и 90% от максимального у низко- и высококвалифицированных спортсменов.
У низкоквалифицированных спортсменов энергия, затраченная на механическую работу, повышалась в 1,9-2,1 раза соответственно при жиме штанги 80% и 90% от максимального по сравнению с ее минимальным весом. Достоверных различий в изменении работы при жиме штанги 80%, 90% от максимального не выявлялось. Мощность работы при увеличении веса штанги была аналогичной. Однако она
Таблица 2
Динамика работы и мощности при жиме штанги 40%, 80% и 90% от максимального у низкоквалифицированных и высококвалифицированных спортсменов
низкоквалифицированные спортсмены высококвалифицированные спортсмены
Работа (Дж) Мощность (Вт) Работа (Дж) Мощность (Вт)
40% от максимального веса 140,92 169,78 264,89 420,46
80% от максимального веса 270,13* 252,45* 539,63* 599,58*
90% от максимального веса 297,08* 207,74* 593,58* 593,58*
Примечание: *р<0,05 достоверных различий работы и мощности при весе штанги 80% и 90% по сравнению с ее минимальным весом (40% от максимального)
существенно снижалась при жиме штанги 90% по сравнению с 80% от максимального веса (р<0,05). У высококвалифицированных спортсменов работа и ее мощность при жиме штанги различного веса также повышалась. Мощность работы при жиме штанги 80%, 90% от максимального достоверно не изменялась.
Сравнительный анализ биомеханических параметров у низко- и высококвалифицированных спортсменов показал, что они изменялись однонаправленно и увеличивались с весом штанги. При жиме штанги 40% от максимального веса сила, ускорение и скорость у высококвалифицированных больше, чем у низкоквалифицированных спортсменов (р<0,01). При жиме штанги 80% и 90% от максимального веса выявленные достоверные различия сохранялись (р<0,05).
Длительность периодов при выполнении жима штанги короче у высококвалифицированных спортсменов за счет более высокой скорости и ускорения. Механическая работа и мощность у высококвалифицированных спортсменов была выше по сравнению с низкоквалифицированными, в связи с большим весом штанги и меньшим затраченным временем на выполнение данного упражнения.
Чтобы поднять штангу на вытянутых руках, необходимо преодолеть силу земного притяжения, которое определяется ее весом. По второму закону Ньютона [10], если штанга имеет постоянный вес, сила и ускорение находятся в прямой зависимости. Сила, преодолевающая земное притяжение, обеспечивает развитие ускорения и скорости для достижения подъема штанги на вытянутых руках. Увеличение веса штанги приводит к повышению силы, преодолевающей земное притяжение, прилагаемой спортсменом, и снижению ускорения. При предельном весе штанги скорость и ускорение ее становятся минимальными, что может привести к развитию мертвой точки, преодоление которой позволяет поднять штангу на вытянутых руках.
Исходя из полученных данных, можно заключить, что спортивный результат у высококвалифицированных по сравнению с низкоквалифицированными спортсменами обусловлен оптимальной силой, преодолевающей земное притяжение, и максимальным ускорением независимо от веса штанги. Возможность развития большей силы, ускорения и скорости обусловлено внутримышечной, межмышечной координацией и скоростью мышечного
сокращения. Внутримышечная координация обеспечивается количеством активных быстрых двигательных единиц и способностью их синхронно активироваться в минимальный отрезок времени. Данный механизм лежит в основе организации скоростно-силовых упражнений, что преимущественно связано с их генетической запрограммированностью. Межмышечная координация, определяющая силу подъема штанги, в основном связана с формированием оптимального двигательного навыка, который лежит в основе спортивной техники.
Вывод. Развертывание кинематических и динамических показателей при преодолении силы земного притяжения происходит согласно второму закону Ньютона за счет сформированного двигательного навыка посредством механизмов внутримышечной, межмышечной координации. Временные интервалы комплексного анализа биомеханических показателей соревновательного упражнения «жим лёжа» позволяют контролировать качество спортивной техники и вносить коррекцию в тренировочный процесс.
Примечания:
1. Волков Н.П. О технике жима штанги лёжа двумя руками в пауэрлифтинге // Теория и практика физической культуры. 2012. № 6. С. 80-84.
2. One repetition maximum bench press performance: a new approach for its evaluation in inexperienced males and females: a pilot study / A. Bianco, D. Filingeri, A. Paoli [et all.] // J Bodyw Mov Ther. 2015. № 19 (2). P. 11-19.
3. Биомеханический анализ спортивной техники жима лежа / В.И. Жуков, А.Р. Мамий, И.Н. Манько [и др.] // Вестник Адыгейского государственного университета. Сер. 3, Педагогика и психология. 2014. № 4 (146). С. 136-139.
4. Krol Н., Golas A., Sobota G. Complex analysis of movement in evaluation of flat bench press performance. // Acta Bioengineering and Biomechanics. 2010. № 12(2). P. 93-98.
5. Перов П.В. Содержание физической подготовки на начальном этапе занятий пауэрлифтингом: автореф. дис. ... канд. пед. наук. СПб., 2009. 24 с.
6. Пауэрлифтинг. От новичка до мастера / Б.И. Шейко, П.С. Горулев, Э.Р. Румянцева [и др.]; под общ. ред. Б.И. Шейко. М.: Актиформула, 2013. 560 с.
7. Аппаратно-программный комплекс очувствления скамьи для жима в пауэрлифтинге / А.О. Писаренко, А.Н.Тюленев, А.Б. Трембач [и др.] // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2012. Т. 134, № 9. С. 240-243.
8. Метод комплексного анализа соревновательного упражнения «жим лежа» спортсменов с поражением опорно-двигательного аппарата / А.Б. Трембач, Д.А. Левченко, И.Н. Федорова [и др.] // Теория и практика физической культуры. 2016. № 2. С. 72-74.
9. Свод правил пауэрлифтинга МПК 2013-2016 г.
10. Элементарный учебник физики: в 3 т. Т. 1. Механика. Теплота. Молекулярная физика / под ред. Г.С. Ланберга. 10-е изд., перераб. М.: Наука, 1985. 608 с.
11. Зациорский В.М. Физические качества спортсмена. М.: Физкультура и спорт, 1986. 201 с.
References:
1. Volkov N.P. On the technique of bench press lying with both hands in powerlift-ing // Theory and practice of physical culture. 2012. No. 6. P. 80-84.
2. One repetition of the benchmark benchmark: a new approach for its evaluation in inexperienced males and females: a pilot study / A. Bianco, D. Filingeri, A. Paoli [et all.] // J Bodyw Mov Ther. 2015. No. 19 (2). P. 11-19.
3. Biomechanical analysis of sports technique of bench press when lying down / V.I. Zhukov, A.R. Mamiy, I.N. Manko [etc.] // Bulletin of the Adyghe State University. Ser. 3, Pedagogy and psychology. 2014. No. 4 (146). P. 136-139.
4. Krol H., Golas A., Sobota G. Complex analysis of movement in the evaluation of a flat bench press performance. // Acta Bioengineering and Biomechanics. 2010. № 12 (2). R. 93-98.
5. Perov P.V. The content of physical training at the initial stage of powerlifting: Diss, abstract for the Cand. of Pedagogy degree. SPb., 2009. 24 pp.
6. Powerlifting. From beginner to master / B.I. Sheiko, P.S. Gorulev, E.R. Rumyantseva [etc.]; general ed. by B.I. Sheiko. M.: Aktiformula, 2013. 560 pp.
7. Hardware and software complex for sensing the bench for bench press in power-lifting / A.O. Pisarenko, A.N. Tyulenev, A.B. Trembach [etc.] // News of the Southern Federal University. Technical sciences. 2012. Vol. 134, No. 9. P. 240-243.
8. The method of complex analysis of the competitive exercise "bench press" of athletes with musculoskeletal injuries / A.B. Trembach, D. A. Levchenko, I.N. Fyodor-ova [etc.] // Theory and practice of physical culture. 2016. No. 2. P. 72-74.
9. Code of Powerlifting Rules for the MPK 2013-2016.
10. Elementary textbook of physics: in 3 volumes. Vol. 1. Mechanics. Heat. Molecular physics / ed. by G.S. Lanberg. 10th ed., rev. M.: Nauka, 1985. 608 pp.
11. Zatsiorsky V.M. Physical qualities of an athlete. M.: Physical culture and sports, 1986. 201 pp.
