CC BY
32ЗАКОНОМЕРНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ У ВЫСОКОКВАЛИФИЦИРОВАННЫХ СТРЕЛКОВ ИЗ ЛУКА
УДК/UDC 799.322.2
Информация для связи с автором: [email protected]
Поступила в редакцию 20.02.2015 г.
Кандидат биологических наук А.М. Пухов1 Кандидат биологических наук С.А. Моисеев1 С.М. Иванов1
Доктор биологических наук, профессор Р.М. Городничев1
1 Великолукская государственная академия физической культуры и спорта, г. Великие Луки
LAWS OF MOTION CONTROL IN ELITE ARCHERS
Ph.D. A.M. Pukhov1 Ph.D. S.A. Moiseev1 S.M. Ivanov1
Dr.Biol., Professor R.M. Gorodnichev1
1 Velikie Luki State Academy of Physical Culture and Sport, Velikie Luki
Аннотация
Успех выполнения прицельного движения во многом зависит от упорядоченной работы опорно-двигательного аппарата. В процессе многолетней спортивной подготовки спортсмен в совершенстве овладевает изучаемыми техническими приемами. Тонкая межмышечная координация позволяет спортсмену выполнять движения высокой сложности с визуальной легкостью. Двигательная деятельность стрелков из лука высокого класса превосходно подходит для изучения прицельных движений. Изучение особенностей сокращения задействованных мышц позволит установить параметры мышечной активности при выполнении выстрелов разной результативности. В период проведения учебно-тренировочного сбора молодежной сборной России по стрельбе из лука в г. Орле (май 2014 г.) 8 высококвалифицированных лучников (МСМК, МС) выполняли 10 серий из классического лука, по 3 выстрела в каждой серии, с дистанции 18 м в крытом помещении. Производилась синхронная запись электрической активности «ведущих» мышц с видеорегистрацией технических действий спортсмена и учитывалась результативность каждого выстрела. Цель работы состояла в изучении особенностей управления мышечной активностью высококвалифицированных спортсменов-лучников. В структуре выстрела из лука были выделены 6 рабочих фаз и установлено, что наибольшие мышечные усилия спортсмены проявляли в фазах «дотяга» и «выпуска». В зависимости от фазы выстрела управление «ведущими» мышцами осуществляется программным или коррекционным механизмом. Впервые выявлены особенности электроактивности мышц в зависимости от направления попадания стрел от центра мишени. Выстрелы в противоположных направлениях от центра мишени имеют схожий рисунок мышечной активности.
Ключевые слова: стрельба из лука, результативность, точностные движения, управление движениями, электромиография.
Annotation
Effective performance of a precision motion depends on the properly functioning of the musculoskeletal system. In the course of long-term sports training athlete perfectly masters the techniques studied. Thanks to fine intermuscular coordination the athlete can perform movements of high complexity with ease at first glance.
Motor activity of highly skilled archers is perfect to study precision movements. The study of the features of contraction of active muscles will make it possible to determine the parameters of muscular activity when making shots of different effectiveness. In the training camp of the Russian junior archery team in the town of Orel (May 2014) eight elite archers (Masters of sports of international grade, Masters of sports) performed 10 series using a classic bow, 3 shots in each series, from the 18 m distance in the indoor environment. The electrical activity of the "leading" muscles was recorded synchronously with video recording of athlete's technical actions, taking into account the performance of each shot. The purpose of the present work was to study the characteristics of control of muscular activity of elite archers.
6 working phases were allocated in the structure of a bow shot. Depending on the phase of the shot "leading" the "leading" muscles were managed using preset or corrective mechanisms. It was the first time the peculiarities of the electrical activity of muscles were detected depending on the direction where arrows hit the target relative to the gold. Shots in opposite directions from the gold have a similar pattern of muscular activity.
Keywords: archery, effectiveness, precision motion, motion control, electromyography.
□
и
га у
г.
ч—
. О OJ
■ -О
с
га
^
О (U ■С
Н
Введение. Успех выполнения прицельного движения во многом зависит от упорядоченной работы опорно-двигательного аппарата. В процессе многолетней спортивной подготовки спортсмен в совершенстве овладевает изучаемыми техническими приемами. Тонкая межмышечная координация позволяет спортсмену выполнять движения высокой сложности с визуальной легкостью. Двигательная деятельность стрелков из лука высокого класса превосходно подходит для изучения прицельных движений. Изучение особенностей сокращения задействованных мышц позволит установить параметры мышечной активности при выполнении выстрелов разной результативности.
Цель исследования - изучить особенности управления мышечной активностью высококвалифицированных спортсменов-лучников.
Методика и организация исследования. В период проведения учебно-тренировочного сбора молодежной сборной России по стрельбе из лука в г Орле (май 2014 г) была проведена серия исследований на 8 высококвалифицированных лучниках (МСМК, МС). Стрелки выполняли 10 серий из классического лука, по 3 выстрела в каждой серии, с дистанции 18 м в крытом помещении. Производилась синхронная запись электрической активности «ведущих» мышц с видеорегистрацией технических действий спортсмена, учитывалась
результативность каждого выстрела. Амплитуда биопотенциалов скелетных мышц регистрировалась 16-канальным электромиографом МЕ 6000 и обрабатывалась в компьютерной программе «MegaWin» (Mega Electronics, Финляндия). Для отведения электромиограммы (ЭМГ) использовались одноразовые накожные электроды диаметром 0,9 см. Активный электрод располагался на двигательной точке исследуемой мышцы, а референтный прикреплялся по ходу её волокон. Межэлектродное расстояние составляло 2 см. Видеорегистрация технических действий лучника при выполнении выстрела осуществлялась посредством системы видеоанализа «Qualisys» (Qualisys Track Manager, Швеция), включающей 8 высокоскоростных камер. Светоотражающие маркеры закреплялись на спортсменах и соответствовали центрам осей вращения суставов, на рукоятке и плечах лука.
Результаты исследования и их обсуждение. В структуре спортивных движений, в том числе и в выстреле из лука, целесообразно выделять рабочие фазы с указанием граничных моментов. В проведенных нами ранее исследованиях в структуре выстрела из лука были выделены 6 фаз, имеющих четкие граничные моменты: 1) фаза предварительной изготовки, 2) «расширение», 3) «дотяг», 4) «выпуск», 5) завершение выстрела, 6) расслабление [1, 2]. Фазы предварительной изготовки и расслабления не подвергались обширному анализу, т. к. не стандартизированы техническими действиями спортсмена.
В предварительных исследованиях из 32 билатеральных мышц туловища, верхних и нижних конечностей, предположительно обеспечивающих выполнение выстрела из классического лука [3] с помощью электромиографического анализа, выделены 12 «ведущих» мышц, проявляющих высокую амплитуду и динамику ЭМГ в разные фазы выстрела: лучевой сгибатель и локтевой разгибатель кисти правой и левой руки, трехглавая мышца плеча правой и левой руки, задние пучки правой и передние пучки левой дельтовидной, верхние и нижние пучки трапециевидной (рис. 1).
Суммированная амплитуда ЭМГ всех названных ранее мышц была максимальной в фазах «выпуск» (231,5±39,6 мкВ) и «дотяг» (224,7±40,1 мкВ). Фазы «расширение» и «завершение» характеризовались менее выраженной мышечной активностью - 168,3±24,4 и 123,5±20,7 мкВ. В фазе «расширение» спортсмен выполняет высокоамплитудное быстрое движение преодолевающего характера и мышцы не способны проявить максимальную или близкую к ней силу, а при изометрическом сокращении и медленных движениях усилия достигают максимальных и субмаксимальных величин. После выполнения «расширения» в фазе «дотяга» происходила смена динамической формы сокращения на статическую и спортсмены перераспределяли усилия с одних мышечных групп на другие [4]. В фазе «завершения» пропадала нагрузка от натяжения тетивы, вследствие чего было отмечено снижение амплитуды ЭМГ практически всех мышц.
Исходя из особенностей биоэлектрической активности в разные фазы выстрела, исследуемые мышцы были разделены на несколько групп. К первой группе были отнесены мышцы левой руки (локтевой разгибатель кисти, трехглавая
Рис. 1. Расположение «ведущих» мышц, задействованных в выполнении выстрела из лука
плеча, передние пучки дельтовидной) и верхние трапециевидные, амплитуда электроактивности этих мышц от фазы «расширения» до «дотяга» незначительно возрастала в диапазоне 1-14 %, а при завершении выстрела снижалась на 23 %. Данные мышцы выполняли работу преимущественно изометрического характера, участвуя в удержании вытянутой руки с луком и фиксации плечевого пояса, что позволяло спортсмену сохранять оптимальную изготовку на всем протяжении выстрела.
Вторую группу составляли мышцы правой руки и нижние трапециевидные, величина биопотенциалов которых резко увеличивалась в фазах «дотяга» на 60±10 % и «выпуска» -на 71±10 % по сравнению с «расширением» (р<0,05). Существенное возрастание активности этих мышц свидетельствовало о перераспределении мышечных усилий в момент пикового натяжения тетивы и переходе изотонического типа сокращения в статическое напряжение. Основная нагрузка при этом ложилась на нижние трапециевидные мышцы, позволяя спортсмену выполнить сведение лопаток и раскрытие грудной клетки для финального выхода стрелы из-под кли-кера, и задние пучки правой дельтовидной, выполняющей удержание тетивы в натянутом положении.
Лучевой сгибатель кисти левой руки был относен к мышцам третьей группы. Его активность значительно возрастала в фазе завершения выстрела по сравнению с предшествующими фазами, способствуя удержанию лука после выпуска стрелы.
В фазе «дотяга» отмечалось чередование эпизодически возникающих высокоамплитудных и низкоамплитудных вспышек электроактивности трапециевидных мышц, что характерно для коррекционного механизма управления этими мышцами. Такой механизм управления предполагает возможность внесения корректирующих влияний афферентной импульсацией с проприорецепторов рабочих мышц в реализацию моторной программы в период максимального прицеливания, которое происходит в фазе «дотяга», изменяя амплитудные и временные параметры двигательного навыка. Биопотенциалы лучевого сгибателя кисти левой руки были наиболее сконцентрированы в первые 0,2-0,4 с фазы завершения выстрела и превышали значения амплитуды в предшествующие фазы в 4-5 раз. Такая биоэлектрическая активность свидетельствует о программном механизме управления этой мышцей.
По результативности все выстрелы, произведенные спортсменами, были разделены на «10 центр», «10 очков» и «9 очков и менее». Выстрелы достоинством «10 центр» квалифицировались как точные, а попадания дальше «10 очков» - как неуспешные. Анализ электроактивности мышц при точных и неуспешных выстрелах выявил тенденцию к более высокому напряжению всех мышц во время попаданий «10 центр», за исключением верхней правой трапециевидной мышцы. Амплитуда ЭМГ этой мышцы при неточных выстрелах (193,5±8,1 мкВ) была достоверно больше (р<0,05) по сравнению с попаданиями в центр мишени (172,6±10,2 мкВ).
В некоторых случаях в процессе выполнения выстрела спортсмен допускает техническую ошибку и рефлекторно вносит компенсаторные коррекции для ее устранения. Такие компенсаторные движения не всегда приводят к исправлению ошибки, а в некоторых случаях значительно усугубляют её. В этом случае неточные выстрелы в разноимённых направлениях могут быть результатом одной и той же технической ошибки. В стрелковых видах спорта для обозначения направления попаданий от центра мишень соотносят с циферблатом часов, где строго вверх соответствует «12.00 часов», строго вправо - «3.00 часа» и т. д. При разделении неточных выстрелов по направлениям попаданий выявлено, что наибольшее количество стрел было выпущено на «7.00-8.00 часов» (20 %)
№ 6 • 2015 Июнь | June
http://www.teoriya.ru
□
и
га у
г.
ч—
. о
0J
■ -О С га
О (U ■С
I-
и «9.00 часов» (17 %), а в направлении «2.00 часов» спортсмены не выполнили ни одного выстрела (рис. 2).
Сравнение электроактивности выстрелов в зависимости от направления попадания с «10 центр» позволило выявить сходство ЭМГ при стрелах на «1.00 час» и «7.00-8.00 часов»; «3.00 часа» и «9.00 часов»; «4.00-5.00 часов» и «11 часов»; «6.00 часов», «12.00 часов» и «10.00 часов».
Для выстрелов в направлении «1.00 час» и «7.00-8.00 часов» по сравнению с точными попаданиями была характерна высокая активность локтевого разгибателя кисти левой руки на 22,3 и 13,4 % соответственно (р<0,05). Амплитуда ЭМГ трехглавой мышцы плеча левой руки в направлении «1.00 час» была меньше на 11,8 и 18,00 0% при стрелах на «7.00-8.00 часов» (р<0,05). Электроактивность нижней трапециевидной мышцы слева также была достоверно ниже, чем при выстрелах в центр. Отличительной чертой для стрел на «1.00 час» была значительная активность левой дельтовидной мышцы (на 16 %), низкая активность сгибателя левой кисти (на 31 %), верхней правой (на 8 %) и нижней левой (на 32 %) трапециевидной. Для выстрелов на «7.00-8.00 часов» характерна высокая амплитуда ЭМГ правой дельтовидной (на 20 %) и верхней правой трапециевидной (на 31 %).
Стрелы в направлении «3.00 часа» и «9.00 часов» характеризовались значительной активностью верхней правой трапециевидной мышцы и низкой лучевого сгибателя правой кисти, задних пучков правой дельтовидной, нижней правой и верхней левой трапециевидной мышц. Отклонение стрел в направлении «3.00 часа» регистрировалось при снижении амплитуды ЭМГ нижней левой трапециевидной мышцы на 21 % по сравнению с точными выстрелами (р<0,05). Если происходило статистически значимое уменьшение активности локтевого разгибателя кисти на 26 % и передних пучков дельтовидной мышц левой руки на 28 %, то выстрелы были на «9.00 часов».
Высокая активность практически всех исследуемых мышц по сравнению с точными выстрелами приводила к неуспешным попаданиям на «4.00-5.00 часов», а низкая - на «11.00 часов». Амплитуды лучевого сгибателя кисти левой руки, локтевого разгибателя кисти и трехглавой мышцы плеча правой руки незначительно отличалась от активности этих мышц при точных выстрелах.
При попадании стрел на «6.00 часов» и «10.00 часов» по сравнению с точными выстрелами амплитуда биопотен-
Рис. 2. Количество неточных выстрелов по направлениям попаданий, %
циалов была статистически значимо больше мышц правой руки (локтевого разгибателя кисти - на 12 и 15 %, задних пучков дельтовидной - на 12 и 10 0% соответственно), левой руки (лучевого сгибателя кисти - на 42 и 60 %, трехглавой плеча - на 33 и 46 %) и верхней трапециевидной мышц (справа -на 18 и 33 % и слева - на 64 и 65 %). Достоверно низкую активность проявляли локтевой разгибатель кисти и передние пучки дельтовидной мышцы. Отличительной чертой между этими направлениями было увеличение активности нижней трапециевидной мышцы слева на 1 %, что сопровождалось выстрелами на «6.00 часов», и справа на 6 %, что приводило к отклонению стрел на «10.00 часов».
При выстрелах на «12.00 часов» мышечная активность была схожа со стрелами в направлении «6.00 часов» и «10.00 часов», но различия с попаданиями в «10 центр» были более выражены и достоверно отличались от точных попаданий и в направлении «6.00 часов» и «10.00 часов». Амплитуда ЭМГ задних пучков правой дельтовидной мышцы была меньше на 54 % по сравнению со стрелами, выпущенными в центр мишени.
Точность произвольного двигательного действия во многом зависит от согласованной работы задействованных скелетных мышц, управление которыми осуществляется эфферентной импульсацией головного мозга и афферентными нервными импульсами с проприорецепторов мышц. Точная межмышечная координация и оптимальная амплитуда мышечного напряжения позволяют спортсмену выполнить успешный выстрел. Нарушение такой согласованной работы мышц приводит к отклонению стрел от центра мишени и каждое направление имеет характерный электромиографический рисунок.
Вывод. В структуре выстрела из лука выделены 6 рабочих фаз и установлены временные интервалы, в которые проявляются наибольшие мышечные усилия. Впервые выявлены особенности электроактивности мышц в зависимости от направления попадания стрел по отношению к центру мишени.
Работа выполнена в рамках государственного задания Минспорта России, приказ от 19декабря2013 г., № 1084.
Литература
1. Бучацкая И.Н. Динамика электрической активности мышц стрелков из лука в ходе многократно повторяющихся выстрелов / И.Н. Бучацкая, Р.М. Городничев // Теория и практика физ. культуры.-2015. - № 1. - С. 32-35.
2. Пухов А.М. Биомеханические особенности выстрелов разной результативности стрелков из лука / А.М. Пухов и др. // Матер. XI Всерос. конф. с междунар. участием и школы-семинара для молодых ученых - Пермь: Изд-во Перм.НИПУ, 2014. - С. 195199.
3. Пухов А.М. Электромиографические характеристики результативности прицельных движений человека (на примере стрельбы из лука и пистолета): автореф. дис. ... канд. биол. наук / А.М. Пухов. - Великие Луки, 2013. - 21 с.
References
1. Buchatskaya, I.N. Dinamika elektricheskoy aktivnosti myshts strelkov iz luka v khode mnogokratno povtoryayushchikhsya vystrelov (Dynamics of electrical activity of muscles of archers during repetitive shots) / I.N. Buchatskaya, R.M. Gorodnichev // Teoriya i praktika fizicheskoy kul'tury.- 2015. - № 1. - P. 32-35.
2. Pukhov, A.M. Biomehanicheskie osobennosti vystrelov raznoy rezul'tativnosti strelkov iz luka (Biomechanical features of archers' shots of varying effectiveness) / A.M. Pukhov et al. // Mater. XI Vseros. konf. s mezhdunar. uchastiem i shkoly-seminara dlya molodykh uchenykh (Proc. of the XI All-Russia conf. with int. participation and workshop-seminar for young scientists). - Perm: Publ. h-se of Perm SRPU, 2014. - P. 195-199.
3. Pukhov, A.M. Elektromiograficheskie kharakteristiki rezul'tativnosti pritsel'nyh dvizheniy cheloveka (na primere strel'by iz luka i pistoleta): avtoref. dis. ... kand. biol. nauk (Electromyographic characteristics of performance of man's precision actions (case study of archery and pistol shooting): abstract of Ph.D. thesis) / A.M. Pukhov. - Velikie Luki, 2013. - 21 P.
