CC BY
40
КРИТЕРИИ, ОЦЕНКА И КОРРЕКЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО МАСТЕРСТВА СПОРТСМЕНОВ В СОВРЕМЕННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЯХ И ТЕХНОЛОГИЯХ
В.Л. РОСТОВЦЕВ, ФГБУ ФНЦ ВНИИФК; А.А. ГРУШИН, ОКР, г. Москва
Аннотация
В статье приводятся обоснование и основные положения методики оценки и коррекции техники передвижения в циклических видах спорта (на примере бега, лыжных гонок и велоспорта) с использованием технических средств и цифровых технологий - программного обеспечения (ПО) с элементами искусственного интеллекта. Объективная оценка уровня техники движений в циклических видах спорта возможна при организации срочной передачи спортсмену информативных показателей механической эффективности и экономичности передвижения в специальной структуре локомоций. Методика основана на определении главного функционального (лимитирующего) звена (ГФЗ), синхронного наглядного информирования спортсмена о показателях уровней этого звена, экономичности специальной структуры передвижения и своевременной подачи стимулирующего импульса. В беге ГФЗ - это момент приземления, в лыжных гонках - момент отталкивания, в велоспорте - равномерность давления на педали в цикле. В каждом из видов спорта для исправления техники передвижения необходимы элементы эффективного воздействия вспомогательных средств, позволяющих повысить разрешающую способность управления параметрами своего движения, и/или дополнительная
стимуляция в момент ГФЗ.
Ключевые слова: техническое мастерство, бег, лыжные гонки, велоспорт, экономичность, обратные связи, программируемая электромиостимуляция (pEMS), цифровые технологии.
CRITERIA, EVALUATION AND CORRECTION OF TECHNICAL EXCELLENCE OF ATHLETES IN MODERN PERFORMANCE AND TECHNOLOGIES
V.L. ROSTOVTSEV, FSBIFSC VNIIFK; A.A. GRUSHIN, ROC, Moscow
Abstract
The article provides the substantiation and basic provisions of the methodology for assessing and correcting the technique of movement in cyclic sports (for example, running, skiing and cycling) using technical means and digital technologies -software (software) with elements of artificial intelligence. An objective assessment of the level of technique of movements in cyclic sports is possible when organizing an urgent transfer to an athlete of informative indicators of mechanical efficiency and economy of movement in a special structure of locomotions. The methodology is based on the determination of the main functional (limiting) link (GFZ), synchronous visual informing the athlete about the indicators of the levels of this link, the efficiency of the special structure of movement and the timely delivery of a stimulating impulse. In running, the GFZ is the moment of landing. In cross-country skiing, the take-off moment. In cycling, the pressure on the pedals is uniform throughout the cycle. In each of the sports, in order to correct the technique of movement, elements of the effective influence of auxiliary means are necessary, which make it possible to increase the resolution of controlling the parameters of one's movement and / or additional stimulation at the moment of the GFG.
Keywords: technical prowess, running, cross-country skiing, cycling, economy, feedback loops, programmable
electromyostimulation (pEMS), digital technology.
Введение
Первое впечатление от выступления спортсмена наблюдатель получает зрительно. Далее часто делается вывод о возможности, а бывает и о необходимости копирования двигательных действий, особенно, когда это касается рекордных выступлений. На основе видимой структуры физического упражнения чемпионов создаются модельные характеристики, выдвигаются теории эффективных построений технических действий спортсмена. Такой подход несет в себе неправомерный принцип слепого копирования видимых проявлений рекордных локомоций, не подкрепленных индивидуальными особенностями человека, которому они предлагаются.
Сложность оценки эффективности техники выполнения физических упражнений объясняется несколькими причинами: 1) отсутствием объективной информации и инструментальных методик измерения показателей технического мастерства; 2) трудностями раздельной оценки влияния собственно умений и навыков и степени развития физических качеств на техническое мастерство; 3) недостаточной терминологической определенностью.
Целью исследования является обоснование принципов и разработка методики оценки и коррекции технического мастерства на примерах бега, лыжных гонок и велоспорта.
Методы и организация исследования
Исследования проводились в течение длительного периода, начиная с 80-х годов прошлого века сотрудниками лаборатории биомеханики ВНИИФК под руководством профессора И.П. Ратова с дальнейшим развитием его учениками по настоящее время. За это время были апробированы и проверены на практике результаты теорий функциональных систем академика П.К. Анохина [1], создания искусственной среды профессора И.П. Ратова [3], метода биологического моделирования [4]. Исследования проведены как в лабораторных, так и в полевых условиях тренировки. Использовались методы определения кинематических и динамических параметров: перемещений, углов, скоростей, ускорений суставов; газоанализ выдыхаемого воздуха, электромиография, пульсометрия, биологические обратные связи, рассчитывались показатели интенсивности нагрузки, выполняемой работы, мощности и экономичности движений.
Краткое теоретическое обоснование
Техническое мастерство спортсмена - это умение реализовать потенциал развития своих физических качеств при выполнении локомоций конкретного вида спорта и способность минимизировать внешние и производимые самим спортсменом тормозящие силы. Исходя из такого определения, для того, чтобы наиболее точно оценить уровень техники, сначала должны быть изолированно измерены физические качества групп мышц отдельных суставов, играющих существенную роль в достижениях данного вида спорта. Затем - уровень этих же качеств в специальной структуре выполнения физического упражнения с регистрацией наиболее информативных
и воспроизводимых показателей соревновательной структуры локомоций. Реализация такого подхода требует применения сложного тренажерно-исследовательского оборудования для регистрации показателей физических качеств изолированных суставов. Мы предлагаем методику, в которой в основе определения технического мастерства лежит экономичность движений.
Экономичность - то есть способность тратить меньше энергии при физической работе - в значительной степени связана с умением исключить лишние (тормозящие) силы. Понятие экономичности включает в себя проявление двух основных факторов спортивного мастерства: метаболического, т.е. способности выполнять физическую работу с минимумом потребления кислорода (это в большей степени относится к видам спорта с преимущественным проявлением выносливости) и механического (биомеханического). Поэтому при разработке методики определения технического мастерства было уделено особое внимание созданию условий для синхронного определения этих двух факторов. Можно утверждать, что только биомеханический анализ с одновременным определением экономичности выполнения специального упражнения в стандартных условиях может дать объективную характеристику технического мастерства спортсмена. При передвижении спортсмена на одной и той же скорости метаболический фактор остается неизменным, тогда как механической эффективностью своих локомоций спортсмен может управлять, изменяя биомеханические показатели - показатели своего технического мастерства. Оптимизация этих показателей ведет к повышению экономичности (т.е. к уменьшению количества ударов пульса, приходящихся на метр пути - уменьшению дистанционного пульса). Это означает, что спортсмен исправил погрешности в техническом мастерстве.
В более ранних работах показано, что дистанционный пульс (количество метров пути за один удар пульса) является информативным и воспроизводимым показателем экономичности [6]. В настоящее время измерить этот показатель с достаточной точностью не представляет большого труда. Таким образом, для того чтобы оценить техническое мастерство спортсмена, была создана методика синхронного определения наиболее информативных биомеханических и физиологических показателей, позволяющая сопоставлять механическую эффективность техники передвижения и уровень экономичности функционирования организма.
Такая методика позволяет не только оценить текущий уровень технического мастерства спортсмена, но и за счет произвольного изменения элементов техники и использования вспомогательных средств производить коррекцию техники передвижения, сопоставляя показатели биомеханической эффективности с энерготратами на постоянной скорости передвижения.
Бег является одним из наиболее естественных для человека физическим упражнением. Однако это, возможно, создает сложность определения наиболее информативных показателей уровня технического мастерства. Разные
авторы используют различные направления своего анализа при определении лимитирующих звеньев, фаз и групп мышц при беге. Главными техническими элементами могут считаться: положение тела относительно опорной поверхности, угол сгибания в тазобедренном суставе [8], положение ног в начале и конце отталкивания, высота полетной фазы и т.п. Такие заключения, как правило, основаны на эмпирическом опыте или на гипотетических предположениях. На рисунке 1 видно, что главным элементом (другими словами: главным функциональным лимитирующим звеном) технического мастерства в беге является способность уменьшения сил торможения в момент постановки ноги на опору.
Л4
н\ 171
II II и
Рис. 1. Главной тормозящей силой I является сила, прямо пропорциональная отрицательному горизонтальному ускорению, возникающему в момент приземления на опору; II - сила, перпендикулярная к опоре, ее называют силой нормального давления (Рн.д.). Когда человек просто стоит, она равна весу человека; когда, например, бежит - равна проекции результирующей силы на перпендикуляр к опоре. Задача данного рисунка - показать силу, тормозящую при беге и являющуюся главным предметом внимания при совершенствовании технического мастерства
Была выдвинута следующая гипотеза: возможность управления снижением торможения, вызванного собственными техническими действиями бегуна в момент приземления, даст возможность оптимизации техники бегового цикла. Такая возможность может быть представлена спортсмену передачей ему наглядной информации о возникающих отрицательных (тормозящих) ускорениях при постановке ноги на опору и об уровне экономичности его техники. При передвижении с постоянной скоростью таким показателем является ЧСС.
Результаты исследования
В режиме специально изготовленного комплекса (тредбан, регистраторы ускорения тела и пульса) спортсмены (6 чел.: 5 - кмс, 1 - I разряд, вес 67,3 ± 2,7 кг, рост 177 ± 3,1 см) бежали с постоянной скоростью 4 м/с.
На спине каждого спортсмена, в точке, приближенной к точке центра массы тела, на поясе закреплялся акселерометр в составе электронного блока связи с датчиками и смартфоном (мобильным приложением). На груди спортсмена находился пульсометр CooSpo. Спортсмены передвигались в «умных» шортах [5], позволяющих передавать корригирующий электрический импульс в момент ГФЗ. Показатели датчиков передавались по Bluetooth на экран, расположенный перед спортсменом. Спортсмен мог видеть уровни горизонтального тормозящего ускорения при постановке ноги на опору и ЧСС (рис. 2, справа). Каждый спортсмен бежал 4 раза по 10 мин с разными вариациями постановки ноги на опору. Естественный бег чередовался с бегом, при котором спортсмен видел реальные значения своего пульса и отрицательного ускорения, возникающего при постановке ноги на опору, в виде вертикальных столбиков переменной высоты. Перед спортсменом стояла задача уменьшения тормозящих сил во время приземления. Все значения по каждому из параметров для естественного бега и бега с обратной связью и стимуляцией усреднялись и сравнивались по критерию Стьюдента для определения различий между естественным бегом и бегом в специальных условиях.
Оказалось (рис. 2, слева), что при беге в специально созданных условиях, энерготраты уменьшились в среднем на 1,9 уд./мин (Р < 0,01). При этом отрицательное горизонтальное ускорение также уменьшилось на 0,23 g (Р < 0,05). При этом уменьшились результирующая ускорения тела и длина шага и повысилась частота движений.
В лыжных гонках такая методика приводит к еще более внушительным результатам [5]. В велоспорте на уровне спортивного совершенствования лимитирующим фактором является равномерность давления на педаль во всем цикле педалирования [7]. Поэтому одним из показателей обратной связи, передаваемых спортсмену при коррекции техники велосипедиста, должно быть отклонение силы давления на педаль от оптимальной средней величины в определенный момент цикла.
Обсуждение результатов исследования
В тренировочном процессе спортсменов все шире используются информационные обратные связи. Так, в работе Fery Y.A., Ponserre S. (2001) применялись специализированные компьютерные тренажеры. Исследовалось влияние видеоигры в гольф на контроль силы подачи мяча. Авторы отмечают, что «хотя видеосимуляция (имитация, моделирование) не обеспечивает улучшение про-приорецепции в реальном техническом действии, она дает игроку визуальное представление о выполнении данного действия». В нашем случае существенное повышение качества ГФЗ указывает на повышение разрешающей способности проприорецептивной системы. Это связано с возможностью оценить параметры движений с большей разрешающей способностью.
Естественный бег Бег с применением
обратных связей и рЕМБ
Рис. 2. Слева - средние значения ЧСС и отрицательной горизонтальной составляющей ускорения тела во время бега с постоянной скоростью и разными вариантами техники. Справа - состав тренажерного исследовательского комплекса для оценки уровня экономичности и коррекции технического мастерства спортсменов
Эффект разработанной методики стал также возможен благодаря следованию результатам теорий наших ученых, академика П.К. Анохина и профессора И.П. Ратова, которые, практически одновременно, доказали определяющую роль главных функциональных (лимитирующих) звеньев тела в построении рекордных попыток. Облегчающее воздействие на ГФЗ, обеспечивающее дополнительную энергию этим лимитирующим группам мышц в главный момент физического упражнения обеспечивает солидарное повышение всех других систем энергообразования и групп мышц, а также и восстановление их в других фазах движения.
Можно предположить, что выводы еще одной теории отечественного ученого, члена-корреспондента РАО В.К. Бальсевича [2] о необходимости учета гетерохронно-сти развития физических качеств человека в онтогенезе в сочетании с указанными теориями даст еще больший эффект.
Трудность технической реализации такой методики в настоящее время главным образом состоит в создании программного обеспечения обработки цифровых показателей - цифровой технологии таких комплексов, что является актуальной проблемой и стратегией развития
физкультуры и спорта. Такая методика может быть использована как в полевых условиях, так и в условиях тренажерного зала и дома, что представляется особенно актуальным в условиях самоизоляции. Комплекс может применяться для имитации условий предстоящих соревнований и прохождения трасс разного уровня с реальной объективной информацией об особенностях специальной подготовленности спортсмена.
Выводы
1. Оценка и коррекция специальной технической подготовленности может быть осуществлена при синхронном определении показателей механической эффективности и экономичности функционирования организма в режиме реального времени в специальной структуре локомо-ций. Измерение механической эффективности должно быть основано на информативных показателях качества главного функционального (лимитирующего) звена движения.
2. Коррекция техники должна быть реализована за счет облегчающего, а не утяжеляющего воздействия на ГФЗ, обеспечивающего ему дополнительную энергию, и средств повышения разрешающей способности оценки спортсмена уровня технического мастерства.
Литература
1. Анохин, П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. - М.: Медицина, 1975. - 447 с.
2. Бальсевич, В.К. Очерки по возрастной кинезиоло-гии человека. - М.: Советский спорт, 2009. - 220 с.
3. Ратов, И.П. Исследование спортивных движений и возможностей управления изменения их характеристик с использованием технических средств: автореф. дис. ... докт. пед. наук / И.П. Ратов. - М., 1972.
4. Ростовцев, В.Л. Биологическое обоснование технологии применения внетренировочных средств для повышения работоспособности спортсменов высокой квалификации: автореф. дис. ... докт. биол. наук / В.Л. Ростовцев. - М., 2009. - 45 с.
5. Ростовцев, ВЛ, Грушин, А.А. Динамическая электростимуляция для конкурентного повышения производи-
тельности: технология применения и преимущества // Теория и методика физической культуры. - 2017. - № 3. -С.69-72.
6. Ростовцев, В.Л., Кряжев, В.Д. Экономичность лыжника-гонщика в условиях применения программируемой динамической электромиостимуляции // Теория и практика физической культуры. - 2020. - № 8. -С. 17.
7. Шмонин, Б.В. Методические приемы реализации целевых двигательных заданий с использованием вело-тренажера адаптивного типа: автореф. дис. ... канд. пед. наук. - 1986. - 22 с.
8. Gutmann. A.K. et al. Constrained optimization in human running // J. Exp. Biol. - 2006. - No. 209. - Pp. 622632.
References
1. Anokhin, P.K. (1975), Essays on the physiology of functional systems, Moscow: Medicine, 447 p.
2. Balsevich, V.K. (2009), Essays on age-related human kinesiology, Moscow: Sovetskiy sport, 220 p.
3. Ratov, I.P. (1972), Investigation of sports movements and the possibilities of managing changes in their characteristics using technical means: abstract of Dis. ... Doct. of Ped., Moscow.
4. Rostovtsev, V.L. (2009), Biological substantiation of the technology for the use of extra-training means to improve the performance of highly qualified athletes: author. Dis. ... Doct. of Biol., Moscow, 45 p.
5. Rostovtsev, V.L. and Grushin, A.A. (2017), Dynamic electrical stimulation for competitive performance enhancement: application technology and advantages, Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury, no. 3, pp. 69-72.
6. Rostovtsev, V.L. and Kryazhev, V.D. (2020), Efficiency of a skier-racer in the conditions of application of programmable dynamic electromyostimulation, Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury, no. 8, p. 17.
7. Shmonin, B.V. (1986), Methodological techniques for the implementation of target motor tasks using an adaptive exercise bike: Author. dis. ... Ph.D. (Pedagogics), 22 p.
8. Gutmann, A.K. et al. (2006), Constrained optimization in human running, J. Exp. Biol., 209, pp. 622-632.
É*)
