Механизм возникновения «мертвой» точки при приседании со штангой в пауэрлифтинге

Статья А.В.Самсоновой, Н.Б.Кичайкикой, Г.А.Самсонова Механизм возникновения «мертвой» точки при приседании со штангой в пауэрлифтинге посвящена изучению механизма динамических перегрузок опорно-двигательного аппарата атлета и механизма возникновения «мертвой точки» в пауэрлифтинге с позиций биомеханики. Пиковые динамические перегрузки опорно-двигательного аппарата  наблюдаются в при углах между бедром и горизонтальной плоскостью от 28 до 31°.

Самсонова, А.В. Механизм возникновения «мертвой» точки при приседании со штангой в пауэрлифтинге/ А.В. Самсонова, Н.Б. Кичайкина, Г.А. Самсонов // Российский журнал биомеханики, 2013.- Т. 17.- № 2 (60).- С. 117-122.

УДК 796.89

Самсонова А.В., Кичайкина Н.Б., Самсонов Г.А.

Механизм возникновения «мертвой» точки при приседании со штангой в пауэрлифтинге

Национальный государственный университет физической культуры, спорта и здоровья имени П.Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург, Россия, 190121, Санкт-Петербург, ул. Декабристов, 35, e-mail: spb_biomechanics@rambler.ru

Самсонова Алла Владимировна, д.п.н., заведующая кафедрой биомеханики, Санкт-Петербург

Кичайкина Нина Борисовна, к.б.н, профессор кафедры биомеханики, Санкт-Петербург

Самсонов Глеб Александрович, студент кафедры атлетизма, Санкт-Петербург

 Аннотация

Цель

Цель исследования заключалась в изучении механизма динамических перегрузок опорно-двигательного аппарата (ОДА) атлета и механизма возникновения «мертвой точки» в пауэрлифтинге с позиций биомеханики.

Методы

Проведен эксперимент с участием 4 пауэрлифтеров высокой квалификации. Они выполняли приседание со штангой на плечах массой 60% и 80% от максимума. Движения регистрировались с помощью видеокамеры в сагиттальной плоскости с частотой 60 кадров/с. Центры суставов нижних конечностей были отмечены контрастными маркерами. Координаты маркеров оцифровывались автоматически.

Результаты

Были рассчитаны углы в суставах, угловые скорости и ускорения звеньев нижних конечностей, а также скорость и ускорение центра тяжести штанги. Активное разгибание тазобедренного сустава начинается спустя 0,15-0,25 с после нижней точки приседания (НТ). Ускорение ОЦТ штанги при вставании из НТ изменяется в пределах от 2 до 6 м/с². На основании данных об ускорении ОЦТ штанги были рассчитаны динамические перегрузки на ОДА спортсмена во время преодоления «мертвой точки». При массе штанги 160кг (80% от максимума) и ускорении 2 м/с² динамическая нагрузка составила 1920Н, при ускорении 6 м/с²  — 2560Н.

Выводы

Пиковые динамические перегрузки ОДА при максимальных значениях ускорения ощущаются атлетом как «мертвая точка». Они наблюдаются в диапазоне углов от 28 до 31 градуса между бедром и горизонтальной плоскостью. Исключить мертвую точку нельзя, но возможно уменьшение динамических перегрузок за счет более равномерного вставания из нижней точки приседа.

Ключевые слова

пауэрлифтинг, динамические перегрузки, «мертвая точка», ускорение центра тяжести штанги, межзвенные углы, угловая скорость звеньев тела.

Введение

Приседание со штангой – одно из силовых упражнений, используемых для развития силы мышц нижних конечностей во многих видах спорта. В пауэрлифтинге это упражнение выступает в роли основного (соревновательного).

Биомеханический анализ этого упражнения производился в разных аспектах. A.C. Fry et al. (2003) изучали влияние положения колена на суставные моменты в коленном суставе при выполнении приседа со штангой на плечах. D. Diggin et al. (2011) сравнивали присед со штангой на плечах и присед со штангой на груди с точки зрения предупреждения травм, а J.C. Gullet et al. (2008) – с точки зрения мышечного обеспечения. В исследовании A. Gutierrez and R. Bahamonde (2009) анализировались кинематические характеристики приседа со штангой на плечах и приседа на машине Смитта.

Особый интерес специалистов в области пауэрлифтинга вызывает явление «мертвой точки», возникающее при выполнении приседа со штангой на плечах. Показано, что оно возникает при вставании из приседа в момент, когда продольная ось бедра находится под углом 30 град к воображаемой линии, проведенной параллельно полу через центр вращения в коленном суставе (Т.M. McLaughin, C.J. Dillman, T. Gardner, 1977; Б.И. Шейко, 2000; M.E. Hales, B.F. Johnson, J.T. Johnson, 2009). Следует заметить, что Т.M. McLaughin, C.J. Dillman, T. Gardner (1977) только констатируют наличие явления «мертвой точки» и описывают ее признаки на уровне эмпирических ощущений атлета. Биомеханического анализа причин возникновения «мертвой точки» в исследованиях указанных авторов мы не обнаружили.

Цель исследования: на основе расчета, анализа и оценки биомеханических характеристик приседания со штангой в пауэрлифтинге изучить механизм возникновения «мертвой точки» и дать рекомендации по уменьшению динамических перегрузок опорно-двигательного аппарата ОДА спортсмена.

 Материалы и методы

Видеосъёмка

Для фиксации движения спортсменов использовалась камера Canon Powershot A620, позволяющая выполнять скоростную съемку с частотой 60 кадров/с при разрешении 640×480 пикселей (погрешность измерения интервалов времени составляла 0,015 с). Видеосъемка выполнялась в сагиттальной плоскости с расстояния 3,5 м. Перед видеосъёмкой тазобедренный, коленный и голеностопный суставы были отмечены высококонтрастными маркерами.

Биомеханический анализ

Координаты маркеров оцифровывались посредством компьютерной программы PFTrack 5.0 в автоматическом режиме. На основе полученных данных были рассчитаны углы между туловищем и бедром (ТС), бедром и голенью (КС) и голенью и стопой (ГС). Вертикальная составляющая скорости и вертикальная составляющая ускорения штанги вычислялись посредством численного дифференцирования. Относительная погрешность оценки скорости и ускорения не превышала 7%.

Организация исследования

В исследовании принимали участие четыре высококвалифицированных пауэрлифтера (один из них имел квалификацию мастера спорта международного класса (А.М.), два – мастера спорта (А.Б. и В.А.), один – кандидат в мастера спорта (И.Е.). Спортсмены выполняли приседание со штангой с отягощением в 60% и 80% от максимального веса. Эксперименты проводились на базе кафедры атлетизма НГУ им. П.Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург

 Результаты исследования

Рассмотрим закономерность возникновения динамических перегрузок опорно-двигательного аппарата атлета и механизм возникновения «мертвой точки» (МТ) при вставании из нижней точки (НТ) приседа со штангой на плечах.

Подъем из НТ приседа у всех атлетов начинается с разгибания коленного сустава (основной разгибатель – четырехглавая мышца бедра). Активное разгибание тазобедренного сустава начинается лишь спустя 0,15-0,25 с после НТ. Сравним у разных атлетов средние величины угловых скоростей звеньев тела при разгибании тазобедренного (ω_тс) и коленного (ω_к) суставов во временном промежутке между НТ и МТ. Средние значения угловых скоростей звеньев тела рассчитывались на основе изменения межзвенных углов за промежуток времени между НТ и МТ при вставании из приседа (рис.1 и рис.2). Например, средняя скорость разгибания звеньев в тазобедренном суставе (ω_тс) у атлета А.М. (рис.1) рассчитывалась по формуле (см текст в формате pdf),

где:  – изменение межзвенного угла в тазобедренном суставе за промежуток времени между НТ и МТ, равное 11град;  (с) – промежуток времени между НТ и МТ, равный 0,6с;  – переводной коэффициент между градусной и радианной мерами измерения.

У наиболее опытного и квалифицированного атлета А.М. (рис.1) наблюдаются наименьшие по величине значения угловых скоростей ω_тс и ω_к. При выполнении привычного движения с 80% нагрузкой ω_тс = 0,32 рад/с, ω_к = 0,5 рад/с. Разница между ω_тс и ω_к также незначительна и составляет 0,18 рад/c. У других исследуемых абсолютные величины ω_тс и ω_к намного больше. Например, у атлета А.Б. (рис.2) ω_тс = 0,72 рад/с, а ω_к = 1,46 рад/с. И разница между ω_тс и ω_к весьма значительна – 0,64 рад/с, против 0,18 рад/с у атлета А.М.  Такое отличие в поведении системы «атлет-штанга» атлета А.М. от других исследуемых свидетельствует о том, что опытный А.М. выполняет подъем из НТ более медленно и равномерно, что приводит к меньшим динамическим перегрузкам двигательного аппарата, которые атлет ощущает как МТ. И действительно, при подъеме из НТ штанги весом 1600Н вертикальное ускорение центра тяжести штанги у А.М. составляет 2 м/с², а у атлета А.Б. – 6 м/с².

Инерциальная составляющая веса штанги ( ) равна: _, где:  – масса штанги (160кг);  – ускорение центра тяжести штанги.

У атлета А.М. инерциальная составляющая силы тяжести штанги равна:

У атлета А.Б инерциальная составляющая силы тяжести штанги равна:

Динамический вес штанги ( ) т.е. динамическая перегрузка, которую должен преодолеть атлет, составляет: , где:  – динамический вес штанги;  – статический вес штанги (1600Н).

Динамическая нагрузка на аппарат движения у атлета А.М. составляет:

Динамическая нагрузка на аппарат движения у атлета А.Б. составляет:

Эти динамические перегрузки атлеты и ощущают как «мертвую точку». Следуя законам механики, исключить «мертвую точку» нельзя. Возможно лишь уменьшение вертикальных динамических перегрузок ОДА атлета. Для системы «атлет-штанга» это достаточно сложная задача. Организация и проявление «мертвой точки» происходит в течение десятых долей секунды, т.е. за промежуток времени, в течение которого текущая коррекция параметров движения системы «атлет-штанга» практически невозможна. Видимо, определенная корректировка техники возможна в направлении поиска оптимальных соотношений и взаимосвязи суставных движений в тазобедренных и коленных сочленениях.

Приведенное выше сопоставление техники суставных движений у атлетов А.М. и А.Б. подтверждает наши предположения. Более медленное и плавное разгибание тазобедренных и коленных суставов, с малой разницей между ω_тс и ω_к у атлета А.М. позволяет снизить величины динамических перегрузок.

Выводы

1. Динамические перегрузки ОДА атлета являются причиной «мертвой точки» при вставании из НТ приседания со штангой.
2. Исключить явление «мертвой точки» с позиции механики нельзя. Возможна лишь минимизация динамических перегрузок за счет более медленного и равномерного разгибания тазобедренного и коленного суставов.

Список литературы

1. Шейко Б.И. Пауэрлифтинг.– М.: Советский спорт.– – 82 с.
2. Diggin D., O’Regan C., Whelan N., Daly S., McLoughlin V., McNamara L., Reilly A. A biomechanical analysis of front versus back squat: injury implications // Biomechanics in Sports. – 2011.– Vol.29.– P. 643-646
3. Fry A. C., Smith J.C., Schilling B.K Effect of knee position on hip and knee torques during the barbell squat // Journal of Strength and Conditioning Research.– 2003.– Vol. 17.– 4.– P. 629-633
4. Gullett, J.C., Tillman, M.D., Gutierrez, G.M., Chow W. A biomechanical comparison of back and front squats in healthy trained individuals // J.  Strength Cond. Res. – 2008.–Vol. 23.– N. 1.– P. 284–292.
5. Gutierrez A., Bahamonde R. Kinematic analysis of the traditional back squat and smith machine squat exercises  // Biomechanics in Sports.– 2009.– Vol.27.
6. Hales M.E., Johnson B.F., Johnson, J.T. Kinematic analysis of the powerlifting style squat and the conventional deadlift during competition: is there a cross-over effect between lifts? //J. of Strength and Cond. Res.– 2009.– V. 23.– N9.– P. 2574–2580
7. McLaughin Т.M., Dillman C.J., Gardner T. A kinematic model of performance in the parallel squat by champion powerlifters // Medicine and science in sport.– 1977.– V. 9.– N 2.– P. 128-133.

THE MECHANICS OF THE “STICKING POINT” DURING THE SQUAT IN POWERLIFTING

 A.V. Samsonova, N.B. Kichaykina, G.A. Samsonov (St. Petersburg, Russia)

Abstract

Purpose

The purpose of this study was to investigate the mechanics of dynamical overloads of powerlifter’s musculoskeletal system and the mechanics of the “sticking point” during the squat in powerlifting were studied from a biomechanical standpoint.

Methods

An experiment involving 4 high skilled athletes had been carried out. They performed squats with 60% and 80% of one repetition maximum (1RM).  Movements were recorded with camera at 60Hz in sagittal plane. Joint centers were marked with high contrast markers. Marker coordinates were digitized automatically.

Results

Joint angles, angular velocity and acceleration were calculated for leg segments. Vertical bar velocity and acceleration were calculated also. Active extension in coxofemoral joint happens after 0,15-0,25s after the squat lowest point. Bar acceleration during the ascent phase varies from 2 to 6 m/s². Dynamical overloads of the musculoskeletal system, based on the acceleration data, were examined during the “sticking point”. With 160kg bar (80% of 1RM) and acceleration of 2 m/s², dynamical overloads were 1920N, and with acceleration of 6 m/s² dynamical overloads were 2560N.

Conclusions

Peak values of musculoskeletal system dynamical overloads during the maximum acceleration values are perceived as the “sticking point”. Those peak values happen when the angle between thigh and horizontal plane is around 28-31 degrees. The sticking point can’t be excluded, but dynamical overloads may be diminished by a steadier ascending from the squat lowest point.

Keywords

Powerlifting, dynamical overloads, the “sticking point”, vertical bar velocity, vertical bar acceleration, joint angles, angular segment velocity.