CC BY
28
ПЕДАГОГИКОЛСИХОЛОГИЧЕСКИЕ И МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА
Электронный жлфнял Камской государственной академии физической ку,чылт>ы, с портя и туризма
PerJVa Эл №ФС77-27659 от 26 марта 2007 г.
№2 (2009)
(Выпуск 11)
УДК
ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БЕЗЫНЕРЦИОННЫХ ТРЕНАЖЕРОВ ЛИНИИ «heuvys» В СИСТЕМЕ ПОДГОТОВКИ И РЕАБИЛИТАЦИИ СПОРТСМЕНОВ
Ф.А. Шемуратов - кандидат технических наук, профессор Р.А. Акмалетдинов, М.Р. Салимгареев, И.Ф. Гильмутдинов - аспиранты
С.Г. Боровик - старший преподаватель Камская государственная академия физической культуры, спорта и туризма
Набережные Челны
POTENTIAL POSSIBILITIES OF WITHOUT INERTIA SIMULATORS OF A LINE «heuvys» IN SYSTEM OF TRAINING AND REHABILITATION OF
SPORTSMEN
F.A. Shemuratov - PhD, professor R.A. Akmaletdinov, M.R. Salimgareev, I.F. Gilmutdinov - post-graduate students
S.G. Borovik - senior teacher Kama State Academy of Physical Culture, Sport and Tourism
Naberezhnye Chelny
irek1982@mail. ru
Ключевые слова: травматизм, реабилитация, перенапряжение функциональных систем, безынерционный тренажер, нагружающий механизм, миорелаксация.
Аннотация. Рассмотрены потенциальные возможности безынерционных тренажеров по созданию искусственной управляющей среды. Приведены данные использования этих тренажеров в качестве механотерапевтического средства в системе реабилитации после травм многоборцев.
Keywords: traumatism, rehabilitation, overstrain of functional systems, without inertia simulators, leading mechanism, muscular relaxation.
Abstract. Potential possibilities without inertia simulators on creation of the artificial operating environment are considered. Given uses of these training apparatus in quality mechanical therapy means in system of rehabilitation after traumas of all-rounders are cited.
4707014459010
Введение. В современной системе подготовки спортсменов продолжает наблюдаться увеличение объема и интенсивности тренировочных нагрузок [8]. Этот факт предъявляет высокие требования к адаптационному потенциалу организма спортсмена и уровню его работоспособности. Указанный подход к построению тренировочного процесса повышает риск перенапряжения функциональных систем организма, что часто приводит к травмам опорно-двигательного аппарата [6]. Казалось бы, выход из сложившегося противоречия был найден И.П. Ратовым [10] и его учениками, в частности, Г.И. Поповым [9], создавшими теорию искусственной управляющей среды (ИУС) и теорию предметной среды.
Теория ИУС базируется на том положении, что двигательный навык может быть сформирован не в естественных условиях, а в условиях специально созданной для этого внешней среды, в роли которой чаще всего выступает комплекс технических средств. Отсюда следует, что внешняя по отношению к спортсмену среда может формироваться специально. Примечательная составляющая теории ИУС - организация активных управляющих воздействий на функциональные (в частности, двигательные) системы организма спортсмена с помощью технических средств: биомеханических стендов, тренировочных устройств, тренировочных приспособлений или тренажеров [9].
Подробную классификацию тренажеров дает В.Н. Платонов [8], который предлагает различать 6 основных групп. В указанном автором ряду две группы представляют для нас особый интерес:
1. Силовые тренажеры с изменяющимся сопротивлением, для одновременного проявления силовых качеств и подвижности в суставах, в основе конструкции которых лежит использование рычагов, эксцентрических дисков (кулачков), блоков и наборов грузов (стеков).
2. Тренажеры, позволяющие совмещать процесс развития двигательных качеств с техническим совершенствованием, в частности, гребные тренажеры для специальной подготовки гребцов-академистов и изокинетические тренажеры для специальной силовой подготовки пловцов.
Если о возможностях указанных традиционных тренажеров в плане их использования в системе подготовки спортсменов и реабилитации после травм многое известно тренерам и самим спортсменам, то о параметрах ИУС, создаваемой тренажерами с безынерционным нагружателем [2, 11], мало что известно даже в научных кругах. Речь идет, в первую очередь, о безынерционных тренажерах линии «ЬеиууБ» [1, 2, 4]. Они принципиально отличаются от традиционных грузоблочных. Основное отличие состоит в том, что в них в качестве нагружателя используется упругий элемент, а нагружающий механизм - это технический узел, состоящий из эллиптического барабана, маятникового стабилизатора и рычага.
Цель исследования: оценить потенциальные возможности, заложенные в конструкции безынерционных скоростно-силовых тренажеров, по созданию ИУС, позволяющей использовать упражнения на их основе как средство в системе реабилитации после травм.
Методы исследования:
- аналитический обзор литературы;
- методы математического и компьютерного моделирования;
- педагогический эксперимент;
- методы математической статистики.
Результаты исследования и их обсуждение. На рис. 1 показана кинематическая схема тренажера «Бегун» из базовой линии «Ьеууш», в котором вращение рычага является следствием изменения суставного угла в коленном суставе за счет сил тяг, «обслуживающих» сустав.
Рис. 1. Кинематическая схема тренажера «Бегун»
Компьютерная модель нагружающего механизма, как основного конструктивного элемента любого тренажера из линии «Ьеууш», рассмотрена в сообщении [3], а динамические характеристики (рис. 2 и 3), построенные по этой модели, приведены в статье [12].
Конструкцией нагружающего механизма изменение местоположения центра эллиптического барабана определяется его сдвигом по планке, расположенной вдоль большой оси эллипса, относительно центра вращения рычага. Это одна из основных регулировок нагружающего механизма. Для простоты изложения рассмотрим только три положения центра эллиптического барабана, хотя их может быть бесконечное множество:
- слева от центра вращения рычага на расстоянии, равном половине длины большой полуоси, т.е. барабан сдвинут влево и при этом х=-а/2;
- совпадающее с центром вращения рычага, когда, х=0 (см. рис. 1);
- справа от центра вращения рычага на ту же величину, что и в первом случае, т.е. при этом х=+а/2.
Анализ динамических характеристик (кривые ^ и Мс на рис.2 и 3) показывает, что при повороте рычага от 0°до180° эти величины имеют принципиально разные тенденции в своём поведении. К сожалению, такое заключение качественное, а не количественное, поэтому ценность его невелика.
В статье [12] предлагается оценивать изменение плеча и момента силы показателем, аналогичным тому, что был введен известными специалистами в области биомеханики [7], -градиентами указанных величин. В этой статье под градиентом момента (плеча) силы сопротивления понимается величина, показывающая, на сколько единиц момента (плеча) изменяется момент (плечо) при повороте рычага на одну единицу угла поворота, то есть на один градус или один радиан. 200 180 160 140 120
-х=-1/2а х=0
х=+1/2а
80 60 40 20 0
6 7 8 а,град
10 11 12 13
Рис. 2. Графики зависимостей плеча силы сопротивления упругого нагружателя от угла
поворота рычага
1
2
3
4
5
9
х=-1/2а х=0
х=+1/2а
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
а,град
Рис. 3. Графики зависимостей момента силы сопротивления упругого нагружателя от угла
поворота рычага
С учетом приведенного определения вычисляем производные характеристик Ис и Мс и строим графики изменения градиентов в зависимости от угла поворота а рычага (рис. 4 и 5). 2 1,5 1
0,5 >5 0
х=-1/2а х=0
х=+1/2а
* -1
-1,5 -2 -2,5
15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165
а, град
Рис. 4. Графики зависимости градиента плеча силы сопротивления упругого нагружателя от
угла поворота рычага
2,5 2 1,5
I
« 0,5
х=-1/2а х=0
х=+1/2а
-0,5
а, град
Рис. 5. Графики зависимости градиента момента силы сопротивления упругого нагружателя
от угла поворота рычага
Непосредственный анализ динамических характеристик (рис.2-5) приводит к ряду заключений:
1. При выдвижении центра эллиптического барабана влево от центра вращения рычага (х=-а/2) достигается максимум момента силы сопротивления упругого нагружателя (рис.5). Этот факт подтверждает принадлежность тренажеров линии «Ьеууш» к группам тренажёров по классификации В.Н. Платонова, отмеченным нами во введении.
Начало выполнения упражнения в этом случае комфортно для пользователя (спортсмена, клиента, пациента), так как градиент момента дМ/да наименьший (рис. 5). С увеличением угла поворота рычага растет и градиент момента силы сопротивления упругого нагружателя, достигая максимума при аmax~105o. При том же значении угла поворота рычага достигает максимума и градиент плеча силы сопротивления (рис. 4).
2. Несколько другая картина будет наблюдаться в поведении кривой момента силы, если учитывать инерционность системы «рычаг-звено». В этом случае момент сопротивления вращательному движению рычага Мср будет определяться следующим выражением:
Мср=Мс±Зрз*е,
где Мс - момент силы сопротивления упругого нагружателя;
*рз
момент инерции системы «рычаг-звено»;
е - угловое ускорение рычага.
Величина составляющей момента силы сопротивления Мср, обусловленная инерционными элементами системы «тренажер-пользователь», для тренажеров «Ьеууш» мала по сравнению с моментом силы сопротивления упругого нагружателя Мс, особенно при максимальных значениях Мс.
Учитывая вышесказанное, делаем вывод: в небольшой по величине окрестности угла поворота рычага, соответствующего максимальному градиенту момента силы сопротивления упругого нагружателя, имеет место локализация максимального мышечного напряжения.
3. Приближая центр эллиптического барабана к центру вращения рычага (например, полагая х=0, что отображено на рис. 4 и 5), мы имеем возможность добиться смещения локализации максимального мышечного напряжения в сторону уменьшения соответствующего угла поворота рычага (при х=0 этот угол атах~90°). В то же время начало упражнения затруднено по сравнению со случаем при х=-а/2.
4. При изменении местоположения центра эллиптического барабана от х=-а/2 через х=0 до х=+а/2 имеется потенциальная возможность смещения локализации максимального мышечного напряжения в сторону уменьшения угла поворота рычага.
5. Пользуясь разработанным нами алгоритмом моделирования нагружающего механизма, легко показать, что при изменении местоположения точки прикрепления приводного ремня к образующей эллиптического барабана соответствующим образом изменяется дислокация максимума зависимости плеча силы сопротивления (что, как было показано в п.4, равносильно максимуму градиента момента силы). Иными словами, локализации максимального мышечного напряжения можно добиться не только изменением местоположения центра эллипса, но и изменением местоположения точки прикрепления ремня. Заметим тут, что аналогичное смещение профиля сопротивления силовых тренажеров (например, фирмы «СуЬех») достигается вмонтированием в эксцентрический кулачок специального устройства [8].
6. Наконец, учитывая характерное начало кривых момента силы сопротивления (рис. 5,) - отсутствие момента силы, как в начале, так и в конце цикла любого упражнения, подчеркнем, возможно, главную особенность работы на тренажерах линии «ЬеууиБ» - ее абсолютную безопасность для связок суставов и сухожилий, обусловленную всегда «мягким», щадящим натяжением связок суставов, сухожилий мышц и удлинением мышц, участвующих в данном упражнении. Отсюда следует, что тренажеры линии «ЬеууиБ» имеет преимущество перед традиционными грузоблочными, принципиально не допускающими работу в режиме миорелаксации.
Указанное преимущество получило подтверждение в констатирующем педагогическом эксперименте с участием травмированных многоборцев.
Эксперимент был организован с целью выявления влияния упражнений с применением безынерционных тренажёров «ЬеууиБ» на состояние опорно-двигательного аппарата (ОДА) травмированных многоборцев и их спортивные результаты. В нем приняло участие 5 спортсменов, специализирующихся в легкоатлетическом многоборье (двое юношей и три
девушки), имеющих травмы ОДА различного генеза. Задачи ускоренной реабилитации ОДА после травм, полученных на занятиях по специализации, решались параллельно с тренировочным процессом.
Экспериментальная методика реабилитации травмированных спортсменов предполагала использование тренажёров в течение 1,5 месяцев в 4 этапа:
1. Втягивающий (обучение навыкам релаксации) продолжительностью 2 недели. Тренажёры использовались 4 раза в неделю после тренировочного занятия по 2 подхода в каждом упражнении: первый - для разогрева суставов (30-40 сек квазистатической работы), второй - в режиме миорелаксации, 30-40 повторений.
2. Релаксационный (миорелаксация после нагрузок) продолжительностью 2 недели. Упражнения на тренажёрах 4 раза в неделю после основного занятия по 3 подхода в каждом упражнении: первый - для разогрева суставов, второй и третий - в режиме миорелаксации, 3040 повторений.
3. Развивающий (повышение уровня скоростно-силовой выносливости) продолжительностью 1 неделя. Упражнения на тренажёрах 4 раза в неделю после основного занятия по 3 подхода в каждом упражнении: первый - для разогрева суставов, второй и третий - сдвоенные, 30-40 повторений с перерывом в 10 сек.
4. Интенсивный (работа только на тренажёрах) продолжительностью 1 неделя. Упражнения на тренажёрах 5 раз в неделю по 3 подхода в каждом упражнении: первый - для разогрева суставов, второй и третий - строенные, 20-25 повторений с перерывом в 10 сек.
Несмотря на негативные последствия полученных травм, по окончании эксперимента его участники не только восстановили утраченные физические кондиции, но и достигли прогресса в соревновательной деятельности. Наибольшее улучшение спортивных результатов отмечен в видах многоборья, требующих высокой межмышечной координации, проявления скоростно-силовых качеств, а также скоростно-силовой выносливости. По окончании эксперимента спортсменами субъективно отмечена комфортность работы на тренажёрах, ускоренное восстановление после основных нагрузок, чувство повышенной мощности при выполнении соревновательных упражнений, улучшение координации движений, усиление мотивации к занятиям по специализации. Кроме того, попутно отмечено снижение утренней ЧСС, что свидетельствует о наметившейся экономизации реакции сердечно-сосудистой системы в ответ на тренировочную нагрузку. Более подробная информация об описанном эксперименте приведена нами в сообщении [5].
Выводы:
1. Учитывая безопасность работы на тренажерах линии «Ьеууш» для связок суставов и сухожилий мышц, их можно использовать в системе подготовки юных спортсменов с целью формирования правильного двигательного навыка буквально с первых шагов в спорте. Таким образом, в этих тренажерах заложена потенциальная возможность решения известной проблемы раннего ухода из большого спорта молодых перспективных спортсменов по причине травматизма.
2. Применение тренажеров линии «ЬеууиБ» в тренировочном процессе травмированных многоборцев позволяет ускорить процессы восстановлении ОДА, интенсифицировать тренировочный процесс без опасения усугубить последствия типичных для них спортивных травм.
3. Отмеченное выше преимущество тренажеров линии «ЬеууиБ» перед грузоблочными тренажерами гарантирует их безопастное использование в качестве механотерапевтического средства при реабилитации спортсменов после перенесенных травм суставов, связок, мышц и их сухожилий.
Литература
1. Акмалетдинов, Р.А. Многофункциональные тренажеры линии «Иеууш»: практические аспекты использования / Р.А. Акмалетдинов, В.А. Демидов, Е.В. Островский, Ф.А. Шемуратов // Потребность мотивации интереса населения к занятиям физической культуры и спортом, формированию здорового образа жизни / материалы Всероссийской научно-практической конференции - Казань: РЦИМ. - 2004. - Т.2. - С. 101-102.
2. Акмалелитдинов, Р.А. Особенности многофункциональных тренажеров линии «Иеууш» и их место в тренировочном процессе спортсменов высокой квалификации / Р.А. Акмалетдинов, Е.В. Островский, Ф.А. Шемуратов // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании / материалы научно-практической конференции.- Одесса: Черноморье.-2005.-Т.10.-С. 44-48.
4. Акмалетдинов, Р.А. Модель нагружающего механизма безынерционного тренажера / Р.А. Акмалетдинов, А.С. Кузнецов, Ф.А. Шемуратов // XII Международный научный конгресс «Современный Олимпийский и Паралимпийский спорт и спорт для всех»: материалы кокференций. - М.: Физическая культура. -2008. - Т.2. - 348 с.
5. Акмалетдинов, Р.А. Безынерционные скоростно-силовые тренажеры как средство профилактики и реабилитации опорно-двигательного аппарата человека / Р.А. Акмалетдинов, А.С. Кузнецов, Д.Ф. Шемуратов, Ф.А. Шемуратов // Проблемы двигательного аппарата у спортсменов: сборник материалов Международной научно-практической конференции. - Волгоград: ФГОУ ВПО «ВГАФК», 2008. - С. 4-6.
6. Акмалетдинов Р.А. Влияние релаксационных упражнений на спортивные достижения и состояния опорно-ддигательного аппарата легкоатлетов-многоборцев / Р.А. Акмалетдинов, С.Г. Боровик, Ф.А. Шемуратов // Современные проблемы теории и практики спортивной медицины и физической реабилитации / Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Набережные Челны: КамГАФКСиТ. - С. 9-10.
7. Высочин Ю.В. Физиологические механизмы повреждений мышц у спринтеров / Ю.В. Высочин // Современные проблемы теории и практики спортивной медицины и физической реабилитации / Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Набережные Челны: КамГАФКСиТ. - С. 38-40.
8. Донской Д. Д. Биомеханика: учебник для ин-тов. физ. культ./ Д. Д. Донской, В. А. Зациорский. - М.: Физкультура и спорт, 1979. - 264 с.
9. Платонов, В.Н. Система подготовки спортсменов в олимпийском спорте / В.Н. Платонов. - М.: Советский спорт, 2005. - 820 с.
10. Попов, Г.И. Биомеханика: учебник для студ. высш. учеб. заведений /Г.И.Попов.-М.: Издательский центр «Академия», 2005.-256 с.
11. Ратов, И.П. Двигательные возможности человека: нетрадиционные методы их развития и восстановления / И.П. Ратов.-Минск: Минсктиппроект, 1994. - 116 с.
12. Черкесов, Ю.Т. Проблемы и методические возможности детерминации режимов силового взаимодействия спортсменов с объектами управляемой предметной среды: Дисс...док. пед. наук в виде научного доклада. - М., 1993. - 62 с.
13. Шемуратов Ф.А. Динамические характеристики безынерционных тренажеров «heyvus» / Ф.А. Шемуратов, Д.Ф. Шемуратов, М.Р. Салимгареев // Педагогико-психологические и медико-биологические проблемы физической культуры и спорта. - 2009. - № 2. - [электронный ресурс]. - Режим доступа: http: // www.kamgifk.ru/magazine/iournal.htm.
Bibliography
1. Akmaletdinov, R.A. Multipurpose training apparatus of a line «heyvus»: practical aspects of use / R.A. Akmaletdinov, V.A. Dimidov, E.V. Ostrovsky, F.A. Shemuratov // Requirement of motivation of interest of the population to employment of physical training and sports, to formation of a healthy way of life / materials of the All-Russia scientifically-practical conference - Kazan: RCEM. - 2004.-V.2.-P. 101-102.
2. Akmaletdinov, R.A. Features of multipurpose training apparatus of a line «heyvus» and their place in training process of sportsmen of high qualification / R.A.Akmaletdinov, E.V. Ostrovsky, F.A. Shemuratov //Modern problems and ways of their decision in a science, transport, manufacture and formation / materials of scientifically-practical conference. -Odessa: Chernomorie.-2005.- V.10.-P. 44-48.
3. Akmaletdinov, R.A. Model of the loading mechanism without inertia simulators / R.A.Akmaletdinov, A.S. Kuznetsov, F.A. Shemuratov // XII International scientific congress «Modern Olympic and Paralimpijsky sports and sports for all»: materials of conference.: Physical training. - 2008.- V.2.-348 p.
4. Akmaletdinov, R.A. Without inertia speed-power simulators as means of preventive maintenance and rehabilitation of the basic-impellent device of the person - / R.A.Akmaletdinov, А.С. Smiths, D.F. Shemuratov, F.A. Shemuratov // Problems of the impellent device at sportsmen: the collection of materials of the International scientifically-practical conference. - Volgograd: FGOU VPO «VGAFK», 2008.-P. 4-6.
5. Akmaletdinov, R.A. Influence of relaxation exercises on achievements in sport and conditions basic -impellent the device of athletes-all-rounders / R.A. Akmaletdinov, S.G. Borovik, F.A. Shemuratov // Modern problems of the theory and practice of sports medicine and physical rehabilitation / Materials of the All-Russia scientifically-practical conference. - Naberezhnye Chelny: KamGAFKSiT. - P. 9-10.
6. Vysochin, J.V. Physiological mechanisms of damages of muscles at sprinters / J.V. Vysochin // Modern problems of the theory and practice of sports medicine and physical rehabilitation / Materials of the All-Russia scientifically-practical conference. - Naberezhnye Chelny: KamGAFKSiT. - P. 38-40.
7. Donskoi D.D. Biomechanics: the textbook for institutes physical cultures /D.D. Donskoi, V.A. Zatsiorsky. -М: Physical culture and sports, 1979. - 264 p.
8. Platonov, V.N. System of preparation of sportsmen in Olympic sports / V.N. Platonov. - M: the Soviet sports, 2005.-820 p.
9. Popov, G.I. Biomehanika: the textbook for students of higher educational institutions/ G.I. Popov. M.: Publishing centre "Academy", 2005.-256 p.
10. Ratov, I.P. Impellent possibilities of the person: nonconventional methods of their development and restoration / I.P.Ratov.-Minsk: Minsktypeproject, 1994. - 116 p.
11. Cherkesov, J.T. Problems and methodical possibilities of determination of modes of power interaction of sportsmen with objects of the operated subject environment: Diss... doc. ped. sciences in the form of scientific report.- M., 1993.- 62 p.
12. Shemuratov, F.A. Dynamic characteristic without inertia simulators «heyvus» / F.A. Shemuratov, D.F. Shemuratov, M.R. Salimgareev // Pedagogic-psychological and medical and biologic problems of physical training and sports. - 2009. - № 2. - [An electronic resource]. - An access Mode: http://www.kamgifk.ru/magazine/journal.htm.
