CC BY
9
ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ ПЕДАЛИРОВАНИЯ НА МОЩНОСТЬ АНАЭРОБНОГО ПОРОГА
Часть 2
Ю.И. НЕДОЦУК, А.И. ЛАПТЕВ, РГУФКСМиТ, г. Москва
Аннотация
Данная часть статьи является общим исследованием по оценке влияния каденса на анаэробный порог и взаимосвязана с первой частью. В статье выявлено, что эффективность педалирования определяется степенью скоординированности работы групп мышц, осуществляющих двигательный акт педалирования, зависящий от силы раздражителя, величина которой с увеличением частоты педалирования снижается. Установлено, что каждой энергетической зоне, в зависимости от силового компонента, содержащегося в соотношении «сила - скорость» (РУ), характерны свои частоты педалирования, которые способны создать силу, необходимую для достижения
максимальной эффективности педалирования.
Ключевые слова: частота педалирования, порог анаэробного обмена, велосипедисты, спортсмены, функциональная диагностика, каденс, реальная мощность, полезная мощность, тангенциальная сила, коэффициент полезного действия педалирования, эффективность педалирования, эргометрия, газометрия.
EFFECT OF PEDALING FREQUENCY ON THE POWER OF THE ANAEROBIC THRESHOLD
Part 2
Yu.I. NEDOTSUK, A.I. LAPTEV, RSUPCSY&T, Moscow city
Abstract
This part of the article is a general study to assess the effect of cadence on the anaerobic threshold and is interrelated with the first part. The article reveals that the effectiveness of pedaling is determined by the degree of coordination of the work of muscle groups performing the motor act of pedaling, depending on the strength of the stimulus, the value of which decreases with increasing frequency of pedaling. It is established that each energy zone, depending on the power component contained in the force-velocity ratio (FV), is characterized by its own pedaling frequencies, which are able to create the force
necessary to achieve maximum pedaling efficiency.
Keywords: pedaling frequency, anaerobic exchange threshold, cyclists, athletes, functional diagnostics, cadence, real power, net power, tangential force, pedaling efficiency, pedaling efficiency, ergometry, gasometry.
Данная часть статьи является общим исследованием по оценке влияния частоты педалирования на анаэробный порог и взаимосвязана с первой частью [2]. Цель этой части - экспериментально доказать и теоретически обосновать зависимость величины развиваемой мощности на АнП от частоты (сократительной скорости мышц) и эффективности педалирования в процессе проведения процедуры функциональной диагностики.
По нашему мнению, в аспекте физиологии причиной снижения развиваемой полезной мощности является низкая величина внешнего механического воздействия, энергии которого недостаточно для преодоления пороговых величин проприоцептивной сенсорной системы, необходимой для запуска сигнала действия.
Дополнительную роль в снижении эффективности педалирования играет временной фактор воздействия
внешнего раздражителя, который с увеличением частоты педалирования существенно снижается. В аспекте механики его можно выразить понятием «импульс силы», что соответствует формуле, где сила умножена на время ее действия (Р*€).
После соответствующих вычислений были найдены количественные значения величин импульса силы на всех используемых в тестах скоростных режимах сокращения, при которых внешней энергии раздражителя достаточно для запуска сигнала действия сенсорным системам проприоцепторов. Полученные данные занесены в табл. 1.
Из полученных значений стало очевидным, что величина внешнего раздражителя, его энергетический потенциал, необходимый для запуска сигнала действия про-приоцепторами для всех скоростных режимов, сущест-
Таблица 1
Расчетные физические величины, полноценно характеризующие действия сил, необходимых для запуска сигнала действия проприоцептивной сенсорной системы
Частота педалирования (об/мин) 40 60 80 90 100 120 140
Время t одного полного оборота шатуна (с) 1,45 1 0,75 0,67 0,6 0,5 0,43
Величина углового сектора действия силы F раздражителя (град.) 180 180 180 180 180 180 180
Скорость V вращения педалей (м/с) 0,76 1,1 1,46 1,65 1,83 2,2 2,56
А времени t действия сигнала раздражителя (с) 0,73 0,5 0,38 0,34 0,3 0,25 0,22
Пороговые значения импульса силы формирующие сигнал действия, необходимый для 90% эффективности педалирования (Н*с) 34 35 34 37 36 33 31
Пороговые значения тангенциальных сил F, вызывающих сигналы действия на соответствующих каденсах величиной, необходимой для 90%-й эффективности педалирования (Н) 47 70 90 110 120 130 140
Величина пороговой мощности N, развиваемая тестируемыми при 90%-й эффективности педалирования на соответствующих каденсах (Вт) 36 77 131 182 220 286 360
венным образом не меняется. Его количественные значения варьируют в пределах: 31-37 Н*с, средняя величина равна: 34 Н*с. При этом надо учесть, что от 40100 об/мин в сократительной работе при пороговых значениях участвуют ММВ, что относится к зоне аэробной работы, имеющие наименьший порог возбуждения. Тогда как при частотах свыше 140 об/мин координированная сократительная работа мышц ног при педалировании выходит за пределы развиваемой мощности МПК и лишь достигается при тестах МАМ, где в сократительной работе принимает участие весь спектр мышечных волокон, но максимальное приращение силы обеспечивают БМВ, пороговые величины которых требуют большей энергии от раздражителя.
Пороговая величина возбуждения, как мы выявили в процессе экспериментальной работы, зависит от индивидуального качества (эффективности) педалирования, которое в процессе специальной тренировки повышает ее пределы чувствительности [1]. Для наглядности представлен график (рис. 1), где отражены кривая величины импульса силы, являющаяся пороговой для запуска сигнала действия, и кривая силы, непосредственно формирующая этот сигнал в зависимости от частоты педалирования.
Из рисунка видно, что вариабельность кривой пороговой величины импульса силы во всех рассматриваемых энергетических зонах незначительна, что в физиологическом аспекте означает ее неизменность пороговых
F (Нс)
F (Н)
о а о с
оз ^
s
О
40
60
80
Зоны действия пороговой величины силы, обеспечивающей 90%-ю эффективность педалирования: АБЕЗ - аэробная ВГДЕ - аэробно-анаэробная КЛСД - анаэробная
100 120 140 160
Частота педалирования (об/мин)
—о— Кривая силы пороговой величины
......о..... Кривая пороговой величины
импульса силы
Рис. 1. Графики зависимости импульса силы, являющейся пороговой для запуска сигнала действия, и силы, формирующей этот сигнал, от частоты педалирования
значений импульса силы и способность к совершению координированной сократительной работы мышц в изучаемых нами скоростных режимах от 40 до 140 об/мин. Оперируя табличными значениями физических величин и графическими данными, понятно, что ЦНС с ее периферийной сенсорной системой способна к организации координированного двигательного акта педалирования на высоких каденсах. Но лишь с одним уточнением, что рубеж координированной (90%-й эффективности педалирования) сократительной работы мышц зависит от пороговой величины силы, которая после превышения частоты педалирования 100 об/мин, выходит за границы аэробной рабочей зоны (АБЕЗ), перемещаясь в смешанную аэробно-анаэробную зону (ВГДЕ). Данная энергетическая зона располагается между АнП и МПК.
Таким образом, при достижении АнП на частотах свыше 100 об/мин тестируемый вынужден осуществлять педалирование с низкой эффективностью, затрачивая дополнительную энергию на работу по преодолению отрицательно действующих сил, что не позволяет достичь высокой полезной мощности на АнП. При частоте свыше 140 об/мин высокая эффективность педалирования достигается исключительно в анаэробной энергетической зоне (КЛСД), где только при максимальной мощности достигается необходимая сила, обеспечивающая координированную сократительную работу мышц при педалировании. Отметим тот факт, что развиваемая мощность при МАМ существенно выходит за рамки предельных аэробных возможностей тестируемых, что не позволяет их использовать для достижения максимальных значений АнП по физиологическим причинам, несмотря на высокую эффективность педалирования.
Уточним еще раз, что под 90%-й эффективностью педалирования подразумевается положение, когда мышцы ног, периодически находящиеся в зоне подтягивания в угловом секторе 190-350°, полностью расслаблены и не противодействуют основному направлению движению КШМ.
Таким образом, при использовании высоких каденсов для достижения полезной мощности на АнП необходимо не выходить за обозначенные на рисунке значения величин аэробной зоны (АБЕЗ) силовых показателей чувствительности проприоцепторов ММВ во избежание преждевременного подключения к работе БМВ.
В аспекте законов механики эффективность педалирования с увеличением каденса снижается. В то же время увеличение силы пороговой величины при каденсах свыше 90 об/мин происходит не столь интенсивно, как падение эффективности педалирования.
Следовательно, продуцируемая мышцами сила в формировании нагрузки в соотношении БУ недостаточна для преодоления порога возбуждения проприоцепторов, запускающих процесс реципрокной иннервации, который необходим для включения в работу мышц-сгибателей в зоне подтягивания для их концентрического типа сократительной работы.
При этом границы силы пороговых величин чувствительности тестируемых индивидуальны и меняются в процессе воспитания технического совершенствования на-
выка двигательного акта педалирования. Вследствие чего граница аэробной зоны смещается в сторону анаэробной зоны, при этом объем ранее затраченной энергии на противодействие основному движению системы используется на совершение положительной работы, что повышает суммарную величину полезной аэробной мощности.
Данный вывод не противоречит современным знаниям в аспекте физиологии и на практике доказан работой [1], где сообщается, что эффективность педалирования в процессе специальной подготовки при использовании тренажерного устройства Тандем-Н повышается в течение месяца при ежедневной 20-минутной тренировке в среднем на 9%, а у отдельных испытуемых - на 15-18%. Это свидетельствует о том, что пороговая величина возбуждения проприоцептивной сенсорной системы претерпела изменения и стала более чувствительной к внешнему источнику раздражения.
Освещение данной темы, связанной с функциональной диагностикой, которая в равной степени востребована как в научной, так и практической сфере деятельности, требует более глубокого и многоаспектного подхода в изучении процессов мышечной сократительной работы при различных сочетаниях силы и скорости РУ, являющейся фундаментальным принципом физиологии скелетных мышц, открытым нобелевским лауреатом Хиллом. Научные открытия в области биофизики существенно изменили представления о процессах мышечного сокращения. В данной работе мы лишь фрагментарно коснулись влияния физиологической надстройки ее сенсорной системы, влияющей на двигательную организацию локомоций, приоткрывающих завесу нового понимания процессов мышечной энергетики [3-7].
Несомненно, данная тематика требует дополнительных, более углубленных исследований для выявления причин возникновения энергетических флуктуаций, способствующих увеличению развиваемой мощности при увеличении сократительной скорости мышц.
Выводы
1. Эффективность педалирования в аспекте физиологии определяется степенью скоординированности работы групп мышц ОДА, осуществляющих двигательный акт педалирования, управляемый реципрокными иннервациями под непосредственным контролем про-приоцептивной сенсорной системы, имеющей свой порог возбуждения. При этом сила, прикладываемая к педали, должна преодолеть барьер ее пороговой величины, несмотря на то, что с увеличением частоты педалирования она существенно снижается.
2. Установлено, что каждой энергетической зоне, в зависимости от силового компонента, содержащегося в соотношении РУ, характерны свои частоты педалирования, создающие силу, достаточную для преодоления порога возбуждения сенсорных систем проприоцепто-ров, позволяющих достичь максимальной эффективности педалирования, при которой достигаются максимальные показатели мощности на АнП, МПК или МАМ.
Литература
1. Недоцук, Ю.И., Лаптев, А.И., Левушкин, С.П. Методика формирования навыка кругового педалирования у высококвалифицированных велосипедистов на основе применения специального тренажерного устройства // Экстремальная деятельность человека. - 2017. - № 3 (44). - С. 51-54.
2. Недоцук, Ю.И., Лаптев, А.И. Влияние частоты педалирования на мощность анаэробного порога (часть 1) // Вестник спортивной науки. - 2021. - № 5. - С. 18-24.
3. Reed, R., Scarf, P., Jobson, S.A., Passfield, L. Determining optimal cadence for an individual road cyclist from field data // Sport Sci. - 2016. - Vol. 16 (8). - Pp. 903- 911.
4. Formenti, F., Minetti, A.E., Borrani, F. Pedaling rate is an important determinant of human oxygen uptake during exercise on the cycle ergometer // Physiological Reports. -2015. - Vol. 3 (9). - P.e12500.
5. Классина, С.Я. Системная организация функций как резерв повышения выносливости велосипедиста на треке // Ученые записки университета имени П.Ф. Лес-гафта. - 2019. - № 3 (169). - С. 146-152.
6. Beneke, R., Alkhatib, A. High cycling cadence reduces carbohydrate oxidation at given low intensity metabolic rate // Biology of Sport. - 2015. - Vol. 32 (1). - Pp. 27- 33.
7. Nathalie, A., Strutzenberger, G., Jenny, H. et al. Static and dynamic evaluation of a pedal system for measuring three-dimensional forces in cycling // Journal of Sports Engineering and Technology. - 2015. - Pp. 222-230.
References
1. Nedotsuk, Yu.I., Laptev, A.I. and Levushkin, S.P. (2017), Methodology of forming the skill of circular pedaling in elite cyclists based on the use of a special training device, Extremal'naya deyatel'nost cheloveka, no. 3 (44), pp. 51-54.
2. Nedotsuk, Yu.I. and Laptev, A.I. (2021), Influence of cadence on the power of the anaerobic threshold (part 1), Vestnik sportivnoy nauki, no. 5, pp. 18-24.
3. Reed, R., Scarf, P., Jobson, S.A. and Passfield, L. (2016), Determining optimal cadence for an individual road cyclist from field data, Sport Sci., vol. 16 (8), pp. 903911.
4. Formenti, F., Minetti, A.E. and Borrani, F. (2015), Pedaling rate is an important determinant of human oxygen uptake during exercise on the cycle ergometer, Physiological Reports, vol. 3 (9), p.e12500.
5. Klassina, S.Ya. (2019), System organization functions as a reserve of endurance cyclist on the track, Uchyo-nye Zapiski universiteta imeni P.F. Lesgafta, vol. 3 (169), pp. 146-152.
6. Beneke, R. and Alkhatib, A. (2015), High cycling cadence reduces carbohydrate oxidation at given low intensity metabolic rate, Biology of Sport, vol. 32 (1), pp. 27-33.
7. Nathalie, A., Strutzenberger, G., Jenny, H. et al. (2015), Static and dynamic evaluation of a pedal system for measuring three-dimensional forces in cycling, Journal of Sports Engineering and Technology, pp. 222-230.
