Особенности выполнения циклических упражнений в естественных и лабораторных условиях

Проведен биомеханический анализ  бега в естественных условиях и на тредбане (электрической бегущей дорожке). Зарегистрирована электрическая активность мышц нижних конечностей: прямой мышцы бедра, двуглавой мышцы бедра и икроножной мышцы. Установлено, что по характеру работы мышц и биомеханическим характеристикам бег в естественных условиях и бег на тредбане различаются несущественно.

 

Ципин, Л.Л. Особенности выполнения циклических упражнений в естественных и лабораторных условиях / Л.Л.Ципин // Культура физическая и здоровье, 2015.- Т.55.-№ 4.- С. 68- 72

 

 

Ципин Леонид Львович

ОСОБЕННОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ЦИКЛИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ В ЕСТЕСТВЕННЫХ И ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Национальный государственный университет физической культуры, спорта и здоровья имени П.Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург, Россия

 

Аннотация

В статье представлены результаты сравнения характеристик движений и мышечной активности при выполнении циклических упражнений в естественных условиях и на электрической бегущей дорожке.

Ключевые слова

бег, специальные упражнения, бегущая дорожка, характеристики движений, электрическая активность мышц.

 

FEATURES OF CYCLIC EXERCISE IN NATURAL AND LABORATORY CONDITIONS

Tsipin Leonid Lvovich, the candidate of pedagogical sciences, professor,

The Lesgaft National State University of Physical Education, Sport and Health, St.-Petersburg

Abstract

The article presents the results of a comparison of characteristics of the movements and muscle activity when performing cyclic exercises in natural conditions and on the treadmill.

Key words

running, special exercises, treadmill, characteristics of the movements, muscle electrical activity.

 

ВВЕДЕНИЕ

Необходимость в выполнении различных физических упражнений в лабораторных условиях возникает как в случае их исследования, так и проведения тренировки и осуществления комплексного контроля за подготовленностью спортсменов [2]. Особенно актуально изучение в лабораторных условиях циклических упражнений. Этому способствует распространение разнообразных тренажерных устройств и комплексов, применяемых для решения учебно-тренировочных и научных задач. В частности, использование бегущей дорожки позволяет за счет фиксированной скорости движения приводной ленты и угла ее подъема обеспечить строго заданную нагрузку и произвести с высокой точностью измерения опорных взаимодействий и перемещений звеньев тела спортсмена [3, 4]. Таким образом, могут быть изучены циклические локомоции: спортивная ходьба, бег, а также специальные беговые и прыжковые упражнения. Преимущества бегущей дорожки в полной мере проявляются при видеоанализе движений, так как отсутствие продольного перемещения спортсмена относительно видеокамеры приводит к существенному снижению пространственно-временных искажений и повышению точности измерений [6]. Вместе с тем, необходимо знать, не приводит ли выполнение упражнений в лабораторных условиях к изменению структуры движений, то есть имеются ли отличия по сравнению с естественными условиями.

Основное внимание при сравнительном анализе выполнения циклических упражнений в естественных условиях и на бегущей дорожке специалисты уделяют затратам метаболической энергии. Приводятся данные как о существовании различий [9, 11, 12], так и об их отсутствии [10]. Меньше внимания уделяется сравнению кинематических характеристик движений. По этому вопросу также нет единого мнения [1, 5, 8]. И практически не встречаются работы, в которых приводятся сведения о показателях мышечной активности при выполнении упражнений в естественных и лабораторных условиях, в частности показателей электрической активности мышц, несущих информацию об особенностях организации движений [7]. Кроме того, подавляющее число работ  посвящено изучению ходьбы и бега и не касается специальных упражнений.

Цель исследования заключается в сравнении характеристик движений и активности мышц при беге и выполнении специальных упражнений в естественных и лабораторных условиях.

МЕТОДЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

В эксперименте участвовали три спортсмена, два кандидата в мастера и один мастер спорта, специализирующиеся в беге на средние дистанции. На первом этапе спортсмены получали задание пробежать в естественных условиях (по стадиону) отрезок 100 м со скоростью бега на средние дистанции и выполнить на этом же отрезке специальные упражнения: прыжки с ноги на ногу (в шаге) и на одной ноге (многоскоки) в обычном для себя темпе. Была зафиксирована средняя скорость бега 6,5 м/с, прыжков – 4,7 и 2,5 м/с. На втором этапе спортсмены выполняли те же упражнения на электрической бегущей дорожке, скорость ленты которой устанавливалась соответственно зафиксированным ранее значениям. Мощность двигателя бегущей дорожки составляла 3,5 кВт, длина приводной ленты – 2,5 м, ширина ленты – 0,5 м, скорость движения ленты – 0-7 м/с. Перед выполнением упражнений в лабораторных условиях спортсмены проходили предварительное обучение в течение четырех занятий. У спортсменов регистрировались: длительность цикла движения (шага) и фазы опоры, длительность периодов активности мышц нижней конечности и промежутков от начала активности до начала фазы опоры. Временные характеристики движений определялись с помощью контактного датчика. Регистрация электрической активности мышц осуществлялась посредством аппаратно-программного комплекса «Миотон» (ОКБ «РИТМ» г. Таганрог). Обрабатывались 10 циклов движений.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В таблице 1 представлены характеристики бега в естественных и лабораторных условиях. При передвижении на бегущей дорожке наблюдаются следующие достоверные различия по сравнению с естественными условиями: бóльшая на 4,3% длительность фазы опоры; меньшая на 9,9% длительность первого периода активности m. rectus femoris и периода между первым включением этой мышцы и началом фазы опоры (относительно продолжительности периода активности мышцы); бóльшая на 7,0% длительность периода между вторым включением m. biceps femoris и началом фазы опоры. Отсутствие разницы длительности цикла движения при одной и той же скорости бега на стадионе и скорости движения ленты бегущей дорожки указывает на то, что длина бегового шага также не должна отличаться. Найденные различия связаны в основном с активностью мышц в опорной фазе, что естественно, так как именно опорное взаимодействие влияет на характер выполнение упражнений в разных условиях.

Таблица 1 Временные характеристики движений и активности мышц при беге в естественных и лабораторных условиях, мс (M±m, n=10)

ХарактеристикиЕстественные условияЛабораторные условияДостоверность различий
Длительность цикла движения605,2±1,6595±5p > 0,05
Длительность фазы опоры134,4±1,3140,4±1,3p ≤ 0,01
Длительность активности (TА)
и промежутков от начала активности
до начала фазы опоры (TО)
Мышцаm. rectus

femoris

I период

активности

TА79,0±1,671,9±1,9p ≤ 0,01
TО29,2±1,622,1±1,3p ≤ 0,01
II период

активности

TА63±370±4p > 0,05
TО233,3±2233±3p > 0,05
m. biceps

femoris

I период

активности

TА129,2±1,6130,3±2p > 0,05
TО166±3159±3p > 0,05
II период

активности

TА95±3103±7p > 0,05
TО9,4±0,916,6±1,3p ≤ 0,001
m. gastro-cnemiusI период

активности

TА220±4206±12p > 0,05
TО110,7±1,3110±4p > 0,05

В таблице 2 приведены характеристики прыжков с ноги на ногу в естественных и лабораторных условиях. Достоверные различия касаются следующего: при использовании бегущей дорожки отмечается бóльшая на 5,0% длительность фазы опоры; меньшая на 9,0% длительность первого периода активности m. rectus femoris и меньшая на 10,6% длительность периода между первым включением этой мышцы и началом фазы опоры; меньшая на 8,1% длительность первого периода активности m. gastrocnemius. То есть прослеживаются те же тенденции в разнице выполнения упражнения, что и при беге.

Таблица 2 Временные характеристики движений и активности мышц при выполнении прыжков с ноги на ногу в естественных и лабораторных условиях, мс (M±m, n=10)

ХарактеристикиЕстественные условияЛабораторные условияДостоверность различий
Длительность цикла движения1036±91024±10p > 0,05
Длительность фазы опоры170,4±0,9179,3±0,3p ≤ 0,001
Длительность активности (TА) и промежутков

от начала активности до начала фазы опоры (TО)

Мышцаm. rectus femorisI период

активности

TА102,9±294,4±1,9p ≤ 0,01
TО325±3315±3p ≤ 0,05
II период

активности

TА141,2±1,9137,1±2p > 0,05
TО37,0±0,930±3p > 0,05
m. biceps femorisI период

активности

TА162±5162±7p > 0,05
TО542±13508±10p > 0,05
II период

активности

TА126,2±1,3131±3p > 0,05
TО152±3144±3p > 0,05
III период

активности

TА112±6103,1±0,3p > 0,05
TО30±322,1±1,3p > 0,05
m. gastrocnemiusI период

активности

TА174±5161,0±1,6p ≤ 0,05
TО549±15514±8p > 0,05
II период

активности

TА278±4283,9±1,9p > 0,05
TО132±3141±3p > 0,05

В таблице 3 показаны характеристики прыжков на одной ноге в естественных и лабораторных условиях. Как и в двух предыдущих случаях, на бегущей дорожке оказалась достоверно большей длительность фазы опоры – на 3,3%, меньшей на 6,1% длительность первого периода активности m. rectus femoris и меньшей на 5,1% длительность периода между первым включением этой мышцы и началом фазы опоры. Для этого упражнения зафиксирована меньшая длительность периодов между вторым включением m. rectus femoris и началом фазы опоры – на 11,6%, и между первым включением m. biceps femoris и началом фазы опоры – на 9,3%.

Таблица 3 Временные характеристики движений и активности мышц при выполнении прыжков на одной ноге в естественных и лабораторных условиях, мс (M±m, n=10)

ХарактеристикиЕстественные условияЛабораторные условияДостоверность различий
Длительность цикла движения613±5599±11p > 0,05
Длительность фазы опоры178,1±1,6184,1±1,6p ≤ 0,05
Длительность активности (TА)
и промежутков от начала активности
до начала фазы опоры (TО)
Мышцаm. rectus

femoris

I период

активности

TА163,9±2154,5±2p ≤ 0,01
TО60,9±253,0±1,9p ≤ 0,01
II период

активности

TА127,7±1,9131±4p > 0,05
TО281,2±2266±4p ≤ 0,01
m. biceps

femoris

I период

активности

TА100±6103±6p > 0,05
TО149,6±2140±3p ≤ 0,05
II период

активности

TА149±3154±4p > 0,05
TО118±3111±4p > 0,05
m. gastro-cnemiusI период

активности

TА305±5295±13p > 0,05
TО159±4160±4p > 0,05

То, что в проведенных экспериментах длительность цикла движения при выполнении всех рассмотренных упражнений в естественных и лабораторных условиях достоверно не отличается, а временные характеристики мышечной активности идентичны или отличаются незначительно (на 3,3-11,6%), вероятно связано с техническими особенностями использованной бегущей дорожки, а именно с большой мощностью двигателя и малой неравномерностью движения ленты. Это создает условия для выполнения опорной фазы в беге и прыжках подобно тому, как это происходит в естественных условиях. На практике многие, в том числе профессиональные модели бегущих дорожек обладают мощностью двигателя менее 3 кВт и максимальной скоростью ленты менее 6 м/с, что может оказаться недостаточным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несущественные различия в выполнении циклических упражнений в естественных условиях и с использованием бегущей дорожки дают основание для применения последней с целью биомеханических и физиологических исследований упражнений, а также как средства тренировки и контроля за подготовленностью спортсменов. Условием применения бегущей дорожки в этом случае является достаточная мощность приводного двигателя.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Борилкевич, В.Е. Физическая работоспособность в экстремальных условиях мышечной деятельности / В.Е. Борилкевич. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1982. – 97 с.
  2. Иванов, В.В. Комплексный контроль в подготовке спортсменов / В.В. Иванов. – М.: Физкультура и спорт, 1987. – 256 с.
  3. Князев А.Н. Исследовательский комплекс для бегунов. Патент 2174854 Рос. Федерация: МПК7 А63В22/02 / А.Н. Князев; заявл. 25.04.2000; опубл. 20.10.2001.
  4. Князев А.Н. Бегущая дорожка. Патент 2240165 Рос. Федерация: МПК7 А63В22/02 / А.Н. Князев; заявл. 30.07.2003; опубл. 20.11.2004.
  5. Куракин, М.А. Вариативность времени опоры и полета при беге на различных скоростях и до утомления на тредбане : тез. докл. IV конф. молодых ученых / М.А. Куракин. – М., 1982. – С. 176.
  6. Ципин, Л.Л. Специальные упражнения сопряженного воздействия как средство тренировки бегунов на средние дистанции в подготовительном периоде : дис. … канд. пед. наук : 13.00.04 / Ципин Леонид Львович. – Л., 1991. – 218 с.
  7. Ципин, Л.Л. Оценка динамической силы мышц спортсменов по показателям их электрической активности / Л.Л. Ципин, Ф.Е. Захаров // Культура физическая и здоровье. – 2013. – № 3. – С. 51-54.
  8. Dal Monte, A. The treadmill used as a training and simulator instrument in middle- and long- distance running / A. Dal Monte, S. Fucci, A. Manoni // Biomechanics III. Med. and Sport. – 1973. – Vol. 8. – P. 359-363.
  9. Maksud, M.G. Time course of heart rate, ventilation and during laboratory and field exercise / M.G. Maksud, K.D. Coutts, L.H. Hamilton // J. Appl. – 1971. – Vol. 30. – No. 4. – P. 536-539.
  10. Mc Miken, D.F. Aerobic requirements and maximum aerobic power in treadmill and track running / D.F. Mc Miken, J.T. Daniels // Med. and Sci. in Sport. – 1976. – Vol. 8. – No. 1. – P. 14-17.
  11. Pugh, L.G. Oxygen intake in track and treadmill running coith observations on the effect of air resistance / L.G. Pugh // J. Physiol. (Lond.). – 1970. – Vol. 207. – P. 823-835.
  12. Wyndhan, C.H. The influence of body weight on energy expenditure during walking on a road and a treadmill / C.H. Wyndhan, W.H. van der Walt, A.J. van Rensburg // Int. Z. Angew. Physiol. – 1971. – Bd. 29. – S. 285-292.

BIBLIOGRAPHY

  1. Borilkevich, V.E. Physical working capacity in extreme conditions of muscular activity / V.E. Borilkevich. – L.: Publisher LSU, 1982. – 97 p.
  2. Ivanov, V.V. Complex control in training of athletes / V.V. Ivanov. – M.: Physical culture and sport, 1987. – 256 p.
  3. Knyazev, A.N. Research complex for runners. Patent 2174854 Russian Federation: MPK7 А63В22/02 / A.N. Knyazev; declar. 04.2000; publish. 20.10.2001.
  4. Knyazev, A.N. The running path. Patent 2240165 Russian Federation: MPK7 А63В22/02 / A.N. Knyazev; declar. 30.07.2003; publish. 20.11.2004.
  5. Kurakin, M.A. Variability of time of a support and flight at run at various speeds and to exhaustion on the treadmill / M.A. Kurakin // Thes. of the rep. of IV conf. young scientists. – M., 1982. – P. 176.
  6. Tsipin, L.L. Special exercises of the interfaced influence as means of training of runners on middle distances in the preparatory period : diss. … cand. ped. sci. : 13.00.04 / Tsipin Leonid Lvovich. – L., 1991. – 218 p.
  7. Tsipin, L.L. The estimation of athlete's dynamic muscle strength according to the indicators of their electrical activity / L. Tsipin, F.E. Zakharov // Culture and physical health. – 2013. – No. 3. – P. 51-54.
  8. Dal Monte, A. The treadmill used as a training and simulator instrument in middle- and long- distance running / A. Dal Monte, S. Fucci, A. Manoni // Biomechanics III. Med. and Sport. – 1973. – Vol. 8. – P. 359-363.
  9. Maksud, M.G. Time course of heart rate, ventilation and during laboratory and field exercise / M.G. Maksud, K.D. Coutts, L.H. Hamilton // J. Appl. Physiol. – 1971. – Vol. 30. – No. 4. – P. 536-539.
  10. Mc Miken, D.F. Aerobic requirements and maximum aerobic power in treadmill and track running / D.F. Mc Miken, J.T. Daniels // Med. and Sci. in Sport. – 1976. – Vol. 8. – No. 1. – P. 14-17.
  11. Pugh, L.G. Oxygen intake in track and treadmill running coith observations on the effect of air resistance / L.G. Pugh // J. Physiol. (Lond.). – 1970. – Vol. 207. – P. 823-835.
  12. Wyndhan, C.H. The influence of body weight on energy expenditure during walking on a road and a treadmill / C.H. Wyndhan, W.H. Van der Walt, A.J. Van Rensburg // Int. Z. Angew. Physiol. – 1971. – Bd. 29. – S. 285-292.

Информация для связи с автором: Ципин Леонид Львович, e-mail: l_tsipin@mail.ru

14.08.2015