Видеокамеа Phantom Miro eX2

Двигательные действия в безопорном положении – одни из самых сложных, с которыми спортсмены определенных видов спорта сталкиваются постоянно, а для многих безопорное положение является основным для выполнения упражнений. С точки зрения теории физической культуры и спорта, техника действий в безопорном положении в разных видах спорта достигается путем тренировок, постепенно подводящих индивидуальную технику выполнения определенного упражнения к эталонной. В таком случае единственным критерием оценки является соответствие этому эталону, а вся задача тренера заключается в устранении отклонений от эталонного исполнения. При этом мало внимания уделяется оценке физиологических процессов, обеспечивающих технику движений. В то же время сегодня в физиологии двигательной активности существует комплекс методик, позволяющих объективно оценивать состояние различных функциональных систем спортсмена. Под влиянием физической нагрузки происходит морфологическая и функциональная перестройка систем внутренних органов, совершенствование их регуляции [1]. «Функциональные системы организма – динамические, саморегулирующиеся центрально-периферические организации, обеспечивающие своей деятельностью полезные для метаболизма организма и его приспособления к окружающей среде результаты» [2]. При выполнении действий в безопорном положении важным психологическим фактором является готовность к безопасному приземлению, исключению возможности потери равновесия и падения. Нередко этот фактор препятствует эффективному выполнению упражнения.

Цель исследования: изучить физиологические и биомеханические особенности фазы приземления при выполнении прыжка в длину с места у спортсменов различной квалификации.

Методы и организация исследования. Для решения поставленной цели было обследовано 30 мужчин в возрасте от 17 до 24 лет. По степени сформированности двигательного навыка они были разделены на две группы. В основную группу вошли легкоатлеты высокой квалификации (16 человек), занимающиеся более четырех лет и специализирующиеся в скоростно-силовых видах легкой атлетики. Контрольную группу составили студенты (14 человек), не имеющие спортивных разрядов в легкой атлетике. Все обследованные выполняли прыжок в длину с места. Данное упражнение не является соревновательным, но постоянно используется в тренировочном процессе легкоатлетов.

Для анализа ориентации звеньев тела, их местоположения в пространстве и отношения к опоре использовался метод отслеживания движения (Motion Tracking) [3], реализованный в отечественном аппаратно-программном комплексе UltraMotion Pro FAST на базе высокоскоростной видеокамеры Vision Research Phantom Miro eX2. Съемка велась со скоростью 100 кадров в секунду.

Рис. 1. Метод отслеживания движения (Motion Tracking)

Результаты и обсуждение. На рис. 2 представлены стоп-кадры момента приземления испытуемых из двух групп.

Кадр приземления испытуемого основной группы
Рис. 2А. Кадр приземления испытуемого основной группы

Видно, что у испытуемого контрольной группы угол в шейном отделе позвоночника составляет примерно 220°, что отражает реакцию моторных центров ствола мозга на афферентацию от рецепторов вестибулярного аппарата. У испытуемого основной группы этот механизм рефлекторной регуляции равновесия также задействован, однако разгибание в шейном отделе уже выражено в меньшей степени и мышцы шеи и голова не так активно сопротивляются ускорению, чтобы не мешать общему вектору направления движения тела. Это отражает высокий уровень квалификации данного спортсмена.

Кадр приземления испытуемого контрольной группы
Рис. 2Б. Кадр приземления испытуемого контрольной группы

На рис. 3 представлена динамика угла положения головы при приземлении. Представлен интервал от начала приземления до начала выхода в вертикальное положение. Весь момент приземления занимает 0,4 с, но необходимо понимать, что это время, потраченное легкоатлетом, а студент приземляется за меньший интервал времени, поэтому на графике по оси X (время, с) для студента представлен интервал в 0,25 с. Таким образом, рис. 2Б соответствует значению на графике по оси X 0,05 с, т.е. когда угол положения головы испытуемого контрольной группы равен 210°. А у легкоатлета момент на рис. 2А соответствует на графике по оси времени 0,24 с и равен 197°.

Динамика изменения угла положения головы испытуемых при выполнении прыжка в длину с места
Рис. 3. Динамика изменения угла положения головы испытуемых при выполнении прыжка в длину с места. Светлая линия – основная группа. Темная линия – контрольная группа

После этого положение головы прыгуна контрольной группы остается неизменным, и график останавливает свой рост на отметке 210–230°, когда у легкоатлета угол положения головы уменьшается до 120° в момент начала выхода в вертикальное положение (0,4 с). Очевидно, такое движение головы легкоатлета помогает компенсировать удар о поверхность пола плавным сгибанием корпуса для группировки и дальнейшего удержания равновесия.

Благодаря статокинетическим рефлексам вестибулярного аппарата организм человека сохраняет равновесие в случае горизонтального, вертикального и углового ускорения [4]. В данном случае ускорение является линейным (горизонтальным) и рефлекс вызывает сокращение мышц шейного отдела для предотвращения действующего на испытуемого ускорения и сохранения вертикального положения тела, а также нормальной ориентации в пространстве [5]. Действие данного рефлекса особенно выражено у испытуемых контрольной группы. В процессе тренировки проявление врождённых рефлексов уменьшается за счет целого комплекса средств воздействия на формирование специальной координации (благодаря которой достигается увеличение дальности прыжка в длину), но сохраняется, так как функции моторных центров ствола мозга не нарушены.

Компенсация удара во время приземления в первую очередь происходит в коленном суставе, график изменения угла которого (рис. 4) у испытуемых из обеих групп имеет одинаковую динамику. Однако амплитуда изменения значения угла, а соответственно и скорость движения сустава у основной группы гораздо больше. Спортсмены-легкоатлеты при приземлении совершают глубокий присед, не опасаясь потери равновесия.

Динамика изменения угла коленного сустава испытуемых при выполнении прыжка в длину с места
Рис. 4. Динамика изменения угла коленного сустава испытуемых при выполнении прыжка в длину с места. Светлая линия – основная группа. Темная линия – контрольная группа

Испытуемые контрольной группы в момент приземления из-за опасения потери равновесия и падения замедляют скорость и степень сгибания в коленном суставе, что приводит к усилению механической нагрузки на опорно-двигательный аппарат и травмированию надкостницы. Такой способ поддержки равновесия является малоэффективным – управление устойчивостью тела осуществляется посредством расположения вертикальной проекции общего центра массы тела (ОЦМТ) в пространственном поле устойчивости или в контуре овала площади приземления. При этом чем ближе проекция ОЦМТ к центру пространственного поля, тем более устойчиво приземление [6].

Тазобедренный сустав, расположенный в непосредственной близости с ОМЦТ, в момент приземления находится уже в согнутом положении, т.е. тело спортсмена согнуто и продолжает сгибаться до момента полного переноса массы тела на стопы. Здесь наблюдаются характерные различия между двумя группами испытуемых (рис. 5):

Динамика изменения угла тазобедренного сустава испытуемых при выполнении прыжка в длину с места
Рис. 5. Динамика изменения угла тазобедренного сустава испытуемых при выполнении прыжка в длину с места. Светлая линия – основная группа. Темная линия – контрольная группа

Прыгуны контрольной группы, обеспечивая себе безопасное приземление, практически не сгибают тазобедренный сустав от момента начала приземления до вертикального выхода, сохраняя величину угла в 140°. Поэтому на графике (рис. 5) видно, как угол тазобедренного сустава начинает резко уменьшаться только в момент контакта с опорой (точка 0 на оси X). Величина угла продолжает уменьшаться до момента выхода в вертикальное положение (для контрольной группы эта точка соответствует 0,25 с).

В группе легкоатлетов тазобедренный сустав в момент соприкосновения с опорой уже согнут до 70–60° за счет одновременно выпрямленных вперед ног и отведенных назад рук для увеличения дальности прыжка. Спортсмены продолжают движение вперед в таком положении до контакта с опорой, т.е. сознательно приближают проекцию ОЦМТ к области приземления за счет сгибания в тазобедренном суставе. Интересным является факт, что динамика скоростей движения тазобедренных суставов у испытуемых из двух групп имеет сходный характер (рис. 6). Самое главное отличие – в амплитуде изменения скоростей, у легкоатлетов она гораздо больше как по вертикали, так и по горизонтали. В момент контакта с опорой горизонтальная скорость движения тазобедренного сустава у легкоатлета равна нулю, изменяется только вертикальная, т.е. ОЦМТ по горизонтали не смещается, двигаясь по вертикали вниз к выбранной точке приземления. В контрольной группе в этот момент совершаются и горизонтальные, и вертикальные перемещения, что приводит к проскальзыванию точки приземления.

Динамика изменения скорости движения тазобедренного сустава у испытуемых основной группы
Рис. 6А. Динамика изменения скорости движения тазобедренного сустава у испытуемых основной группы. Светлая линия – горизонтальная скорость точки. Темная линия – вертикальная скорость точки

Еще более выраженные различия между группами были обнаружены в момент выхода в вертикальное положение. У легкоатлетов графики (см. рис. 6А) вертикальной и горизонтальной скорости пересекаются за счет резкого изменения характера движения – это происходит в точке 0,4 с. В то время как в контрольной группе графики (см. рис. 6Б) в точке начала выхода в вертикальное положение (0,25 с) продолжают совершать незначительные колебания практически уже до окончания двигательного действия.

Динамика изменения скорости движения тазобедренного сустава у испытуемых контрольной группы
Рис. 6Б. Динамика изменения скорости движения тазобедренного сустава у испытуемых контрольной группы. Светлая линия – горизонтальная скорость точки. Темная линия – вертикальная скорость точки

Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что формирование технических навыков приземления при выполнении прыжков в длину происходит за счет перестройки системы статокинетических рефлексов спортсмена. Меняется характер движения в шейном отделе позвоночника, а также в тазобедренном и коленном суставах. У прыгунов контрольной группы голова отводится назад, что отражает реакцию моторных центров ствола мозга на афферентацию от рецепторов вестибулярного аппарата. У испытуемых основной группы этот механизм рефлекторной регуляции равновесия также задействован, однако разгибание в шейном отделе уже выражено в меньшей степени, и мышцы шеи и голова не так активно сопротивляются ускорению, чтобы
не мешать общему вектору направления движения тела.

Амплитуда изменения значения угла, а соответственно и скорость движения в коленном суставе у основной группы гораздо выше. Спортсмены-легкоатлеты при приземлении совершают глубокий присед, не опасаясь потери равновесия, в то время как испытуемые контрольной группы в момент приземления из-за опасения потери равновесия и падения замедляют скорость и степень сгибания в коленном суставе, что приводит к усилению механической нагрузки на опорно-двигательный аппарат и травмировании надкостницы. Такой способ поддержки равновесия является малоэффективным – управление устойчивостью тела осуществляется посредством расположения вертикальной проекции ОЦМТ в пространственном поле устойчивости или в контуре овала площади приземления.

Прыгуны контрольной группы, обеспечивая себе безопасное приземление, практически не сгибают тазобедренный сустав от момента начала приземления до вертикального выхода. В группе легкоатлетов тазобедренный сустав в момент соприкосновения с опорой уже согнут за счет одновременно выпрямленных вперед ног и отведенных назад рук для увеличения дальности прыжка. В момент контакта с опорой горизонтальная скорость движения тазобедренного сустава у легкоатлетов равна нулю, изменяется только вертикальная. В контрольной группе в этот момент совершаются и горизонтальные, и вертикальные перемещения, что приводит к проскальзыванию точки приземления.

Литература

  1. Спортивная медицина (руководство для врачей) / под ред. А.В. Чоговадзе, Л.А. Бутченко. М. : Медицина, 1984. 384 с.
  2. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы. М. : Психология, 1980. 216 с.
  3. Капилевич Л.В. Физиологические механизмы координации движений в безопорном положении у спортсменов // Теория и практика физической культуры. 2012. № 7. С. 45–49.
  4. Солодков А.С., Сологуб Е.Б. Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная : учеб. 2-е изд., испр. и доп. М. : Олимпия Пресс, 528 с., ил.
  5. Магнус Р. Статические и статокинетические рефлексы. URL: http://turboreferat.ru/medicine/staticheskie-i-statokineticheskie-refleksyr/193674-969843-page1.html (дата обращения: 15.03.2014).
  6. Курысь В.Н. Биомеханика приземления в спорте // Вестник Адыгейского государственного университета. Сер. 3: Педагогика и психология. 2011. № 1. С. 194–202.
А.В. Разуванова, Е.В. Кошельская, О.С. Смердова, Л.В. Капилевич
Томский государственный университет