ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Проблеме сопряженного развития двигательных качеств и навыков ученые и специалисты в области спорта придают важное значение (8; 21; 29; 30; 46; 47; 48; 67; 101;115;118;119; 120).
Одним из наиболее перспективных и эффективных подходов в решении этой проблемы является применение специализированных технических средств в учебно-тренировочном процессе спортсменов. Многие ученые занимаются поиском и разработкой технологий взаимозависимого развития силы и скорости в искусственно созданных условиях (8; 21; 29; 30; 67; 78; 86; 93; 96; 98; 105; 106; 108; 114; 121; 126; 128; 130 и др.). Существуют методики развития силовых и скоростно-силовых качеств спортсменов в различных видах спорта с использованием машин управляющего воздействия (МУВ), создающих различные переменные режимы сопротивления. Их эффективность доказана рядом исследований (21; 35; 61; 102; 106; 108; 111; 114; 118; 119; 124; 126; 127; 128; 130).
Однако в доступной нам специальной литературе не найдено примеров применения тренажеров и машин для взаимозависимого развития силы и силовой выносливости, а также силы, скорости и выносливости. Нет также удачных попыток адаптации существующих искусственных условий для решения данной проблемы.
Вместе с тем, достижение максимального результата в видах спорта, требующих взаимозависимого проявления в соревновательной деятельности нескольких двигательных качеств, зависит от целесообразно сопряженного их развития (например, силы и выносливости в пауэрлифтинге, силы, скорости и выносливости в волейболе).
Все это и явилось причиной проведения настоящего диссертационного исследования.
Цель исследования: обосновать эффективность методик взаимозависимого развития силы и скорости, а также силы, скорости и выносливости в условиях, создаваемых модернизированной машиной инерционного силового управляющего воздействия.
Рабочая гипотеза. В основу гипотезы исследования положены теоретические положения: В.М. Дьячкова "о сопряженном методе развития двигательных качеств"; И.П. Ратова об "искусственной управляющей среде"; Ю.В. Верхошанского об "ударном методе развития силы"; В.М. Заци-орского о "двигательных качествах спортсмена"; И.М. Козлова о "механизмах формирования биомеханической структуры спортивных движений"; СП. Евсеева об "управлении суставными движениями в условиях императивных тренажеров"; Г.И. Попова о "рекуперации мышечной энергии"; В.Б. Коренберга об "основах качественного анализа движений"; Ю.Т. Черкесова о "методе переменных сопротивлений".
Предполагалось, что разработка и использование технологии применения "Машины управляющего воздействия" (МУВ) в режиме, обеспечивающем значительное проявление силы в амортизационной фазе движения, при сравнительно малом среднем сопротивлении будет способствовать взаимозависимому развитию силы и выносливости, а также силы, скорости и выносливости.
Объектом исследования являлся процесс взаимозависимого развития силы и выносливости (на примере пауэрлифтинга), а также силы, скорости и выносливости (на примере волейбола).
Предмет исследования — закономерности взаимозависимого проявления и развития двигательных качеств в условиях применения внешних управляющих силовых воздействий.
Научная новизна. Впервые:
- на основе анализа литературных источников выявлено отсутствие нетрадиционных средств и методов, способствующих максимальному син-
хронному проявлению и развитию таких двигательных качеств как сила, скорость и выносливость;
- осуществлена модернизация ранее предложенной машины управляющего воздействия (за счет облегчения движущихся элементов), использование которой, наряду с биомеханическими характеристиками движений, позволяет объективно оценивать общее медико-биологическое состояние организма;
- доказано, что применение модернизированной МУВ в режиме убывающего облегчения с переходом на возрастающее сопротивление - в момент сгибания ног и убывающего сопротивления с переходом на возрастающее облегчение - в момент их разгибания, при выполнении прыжков вверх с места и приседаний, способствует максимальному синхронному проявлению и развитию силы, скорости и выносливости при меньшей (в два раза) внешней нагрузке, по сравнению с традиционной методикой выполнения этих упражнений в режиме штанги;
- установлено, что выполнение упражнений на ММУВ, в отличие от традиционных методов, обеспечивает проявление максимума силы и скорости движения в условиях экономизации энергетических затрат организма спортсмена.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Модернизированная машина управляющего воздействия, в которой, на ряду со свойственными признаками ранее предложенной, предусмотрены облегченные движущиеся элементы и объективная оценка общего медико-биологического состояния организма.
2. Методика тренировки спортсменов в прыжках с места вверх и приседаниях со штангой с использованием ММУВ в режиме убывающего облегчения с переходом на возрастающее сопротивление - в момент сгибания ног и убывающего сопротивления с переходом на возрастающее облегчение - при их разгибании как наиболее эффективный процесс взаимо-
зависимого развития двигательных качеств: силы, скорости и выносливости.
3. Выполнение прыжков вверх с места и приседаний со штангой в условиях ММУВ в предложенном режиме сопротивления и облегчения движения осуществляется со значительным проявлением акцента силы в амортизационной фазе и акцента скорости — в конце разгибания ног при меньшем (в два раза) внешнем сопротивлении. При этом выявлена существенная экономизация энергетических затрат организма спортсмена.
Теоретическая значимость. Новые результаты исследования углубляют знания:
- о методологии применения устройств с возможностями информационного и силового управляющего воздействия;
- о закономерностях интенсивного взаимозависимого развития двигательных качеств (силы, скорости, выносливости) с использованием машин и тренажеров, осуществляющих непрерывное регулирование внешнего силового воздействия.
Практическая значимость. Предложенная методика взаимозависимого развития двигательных качеств позволяет устранять противоречия, возникающие в тренировочном процессе между физическими качествами (силой, скоростью и выносливостью).
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на заседаниях кафедр "Биомеханики и спортивных дисциплин" Адыгейского государственного университета и "Научных основ физической культуры и спорта" Кабардино-Балкарского государственного университета, на международной научной конференции (г. Нальчик, 1999 г.).
Достоверность результатов исследования подтверждается достаточным количеством испытуемых, использованием устройств объективной информации, статистическим анализом, наличием авторских свидетельств и удостоверения на рационализаторское предложение.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 134 с. машинописного текста и включает следующие разделы: введение, четыре главы, выводы, практические рекомендации, список литературы, содержащий 151 источников (12 из них - на иностранном языке), и 10 приложений, в т.ч. акт внедрения результатов исследования, удостоверение на рационализаторское предложение, авторское свидетельство и патент. В тексте диссертации 6 таблиц и 21 рисунок.
ГЛАВА I
СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ КАЧЕСТВ (СИЛЫ, СКОРОСТИ, ВЫНОСЛИВОСТИ)
1.1. Двигательное качество сила спортсмена и методы её развития 1.1.1. Биомеханика мышц
Двигательный аппарат человека - сложная биомеханическая система, о функционировании и управлении которой известно еще очень немного. Движения человека, какую бы задачу они ни решали, в конечном итоге, осуществляются мышцами. Мышцы вместе с костным скелетом выполняют функцию машины, единственной в мире, где химическая энергия, выделяющаяся за счет органических белковых соединений, непосредственно преобразуется в механическую без промежуточного образования тепла. Эта мысль нашла отражение в трудах Н.А. Бернштейна, А.В. Хилла, B.C. Фарфеля и других исследователей (1; 4; 24; 25; 28; 55; 57; 65; 112; 141 и
ДР-)-
Принципиальным механизмом, служащим для передачи и полезного использования механической энергии в двигательном аппарате, является рычаг. В целом двигательный аппарат человека можно рассматривать как систему рычагов, преимущественно второго рода, подвижно соединенных в суставных сочленениях. Движения костных рычагов в ту или другую сторону относительно сустава, а также фиксация их осуществляется за счет тяги мышц.
В рабочем аппарате человека зависимость между мышечным напряжением и результирующим движением неоднозначна. Дело в том, что суставы обслуживаются группами мышц, каждая из которых, развивая тягу, создает момент силы, вызывающий вращательное движение в суставе или меняющий скорость этого движения. Суммируясь, моменты сил всех тянущих мышц составляют главный момент силы группы мышц, который равен внешнему моменту, действующему на данный сустав (17; 25; 112). А
10
так как плечо, на которое действует внешняя сила, как правило, значительно длиннее, чем плечо силы тяги мышц (место прикрепления мышц к кости находится ближе к точке опоры рычага), то количественно сила тяги, развиваемая мышцами, и усилие, измеренное на конце рабочего звена, различны.
Неоднозначность между мышечным напряжением и результирующим эффектом усугубляется и таким фактором, как сопротивление движению сил трения, инерции, упругости, тяжести. Ели учесть, что с изменением скорости движения и его направления относительно сустава (сгибание, разгибание), величины моментов силы веса, инерции рабочих звеньев и перемещаемого груза, а также значения силы трения и пассивного растяжения антагонистов изменяются, то зависимость между мышечным напряжением и результирующим движением становится весьма сложной.
Мышечная тяга возникает в результате взаимодействия двигательного аппарата человека с внешними объектами. Вид работы мышц определяется характером этого взаимодействия, т.е. соотношением внутренних и внешних сил. Если главный момент сил группы мышц больше, чем момент сил, противостоящих тяге мышц, они совершают преодолевающую работу, а в противоположном случае - уступающую. При равенстве моментов сил мышечной тяги и сопротивления, когда они взаимно уравновешены и движения не происходит, говорят об удерживающей работе.
Как правило, любые движения повседневной трудовой и спортивной практики включают в себя все три вида работы мышц.
Основные анатомо-механические особенности двигательного аппарата человека как рабочей машины определяют величину развиваемой ею силы. Однако величина силы тяги мышц и, следовательно, рабочий эффект движения зависят от внешних условий, сопутствующих двигательной деятельности; физиологических факторов (состояние ЦНС, определяемое сложившейся к данному моменту секреторной ситуацией, адаптационно-
11
трофические влияния и текущее функциональное состояние нервно-мышечного аппарата); факторов психологического и эмоционального порядка и др.
Среди факторов, влияющих на величину проявляемой силы, в качестве существенного следует отметить относительное расположение рабочих звеньев тела, то есть позу человека. С движением рабочего звена меняется угол в суставе, а, следовательно, длина обслуживающих данное сочленение мышц. При этом увеличиваются или уменьшаются плечо и момент силы мышц, что, в свою очередь, изменяет механические условия их работы. Эти условия могут быть выгодными, когда силовой потенциал мышц используется полностью, и невыгодными, когда максимальное напряжение мышц используется только частично.
Существует определенная зависимость между углом в суставе и проявляемой силой для каждого односуставного движения. Максимум проявляемой силы соответствует определенному в каждом конкретном случае углу. Так, при изолированном сгибании руки в локтевом суставе максимум силы достигается при 90°, при разгибании локтевого сустава — при угле 120°. Эта сила уменьшается с возрастом и увеличивается в процессе тренировки. Причем у тренированных спортсменов максимальная сила может проявляться не в одном угле, а в ряде близких углов.
Поскольку рабочие движения человека, как правило, осуществляются системой звеньев при одновременном изменении угла в каждом из них, то может происходить удлинение или укорочение рабочей системы рычагов и перемещение ее в целом относительно проксимального сустава. При этом результирующая сила в рабочей точке такой системы, как правило, не соответствует суммарным показателям силы во всех суставах. Например, при изолированном сгибании предплечья сила увеличивается по мере уменьшения угла в локтевом суставе, достигая своего максимума при 90°, а
12
при изолированном сгибании плеча не обнаруживается значительных различий в силе в диапазоне от 40° до 160°.
Однако, если рука в целом выполняет притягивающую работу (одновременное разгибание плеча и сгибание предплечья с рабочей точкой в кисти), то максимум усилия развивается при угле 160° в локтевом суставе. Если выполняется отталкивающая работа руки, максимум усилия развивается при согнутом положении, то есть в начале отталкивания.
Техника спортивных упражнений строилась и эволюционировала с интуитивным учетом рассмотренных двигательных механизмов. Однако в отдельных случаях нетрудно увидеть конфликт между этими механизмами и требованиями к динамике движений, вытекающими из условий спортивной деятельности. Например, в связи с необходимостью увеличения амплитуды движения, особенно в том случае, если требуется проявить максимальную силу в той ее части, где эта сила не может быть обеспечена анатомическим механизмом.
Максимум силы, проявленной в рабочей точке системы звеньев при одновременной работе групп мышц, обслуживающих разные суставы, во многом зависит от положения системы относительно проксимального сустава.
Таким образом, если спортсмен хочет "вложить" в движение всю свою силу, ему необходимо считаться с анатомическим устройством двигательного аппарата и позаботиться о том, чтобы поза в ответственный момент движения обеспечивала условия, при которых мышцы способны развить максимум внешней силы (19).
Знание и использование биомеханических закономерностей двигательной деятельности способствует эффективному развитию физических качеств (32; 65; 85; 142; 144; 149; 150 и др.).
13
1.1.2. Понятие сила и методы ее развития
Физическое качество сила человека можно определить как его способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечных усилий (22).
Сила - это мера механического действия одного тела на другое. Она определяется произведением массы тела на его ускорение, вызванное данной силой.
В биомеханике силой действия человека называется сила воздействия его на внешнее физическое окружение, передаваемое через рабочие точки тела (например, сила давления на опору, сила тяги станового динамометра и т.п.) (16).
А.Н. Воробьев (11) определяет силу мышц как способность развивать при максимальном усилии напряжение той или иной величины.
Мышечная сила, как утверждают Н.А. Фомин и Ю.Н. Вавилов, характеризуется степенью мышечного напряжения, а также величиной противодействия внешнему сопротивлению или отягощению (58).
Морфологической основой мышечной силы является содержание сократительных белков в мышечном волокне и толщина мышечных волокон. Функциональные предпосылки более разнообразны: частота нервных импульсов, поступающих к мышце от двигательных нейронов, уровень тонических влияний от подкорковых ядер и ретикулярной формации, количество нервно-мышечных единиц, вовлекаемых в работу. В максимальных проявлениях качества силы решающее значение приобретает и психологическая установка на результат, воля.
Биохимической же основой, по мнению авторов, является эффективность энергетического обмена и пластической функции белка, совершенствование сократительного актомиозинового комплекса, активности ферментов, ускоряющих ресинтез АТФ, гормональная регуляция (58).
14
Силовые способности, непосредственно проявляющиеся в величине рабочего двигательного усилия, обеспечиваются целостной реакцией организма, связанной с мобилизацией психических качеств, функции моторной, мышечной, вегетативных, гормональных и других его физиологических систем. Поэтому силовые способности нельзя сводить к утилитарному понятию "сила мышц", т.е. только к механической характеристике их сократительных свойств.
Сила сокращения скелетных мышц связана, как минимум, с тремя группами физиологических факторов - центрально-нервными, организующими возбуждающее влияние на мотонейроны и регулирующими взаимодействие мышц; периферическими, определяющими сократительные свойства и текущее функциональное состояние мышц; энергетическими, обеспечивающими механический эффект сокращения мышц (3; 25; 34; 43; 112; 146).
Повышение мышечной силы, как утверждают М. Me Donagh, С. Davies, определяется преимущественно развитием адаптационных изменений на уровне ЦНС, приводящих к повышению способности моторных центров мобилизовать большее число мотонейронов и к совершенствованию межмышечной координации (140).
Рост силы связан либо с совершенствованием процессов управления активностью мышц, либо с ростом числа миофибрилл в мышечных волокнах, что, в конечном итоге, приводит к увеличению их поперечного сечения, а значит, к росту силы. Таким образом, цель силовой подготовки -увеличение числа миофибрилл в мышечных волокнах, которое становится возможным при ускорении синтеза белка.
Исследования последних лет выявили четыре основных фактора, определяющих синтез белка в клетке:
- запас аминокислот в клетке;
- повышенная концентрация анаболических гормонов в крови;
15
- повышенная концентрация свободного креатина в MB;
- повышенная концентрация ионов водорода.
Второй, третий и четвертый факторы прямо связаны с содержанием тренировочных упражнений.
При этом, по мнению ряда исследователей, наиболее эффективным является упражнение, выполняемое до отказа, с интенсивностью 70-90% МПС при 6-12 повторениях в одном подходе. Такой способ выполнения упражнения вызывает предельное расщепление креатинфосфата и стрессовое состояние (8; 11).
В процессе тренировки происходит вовлечение в активность заторможенных ранее мотонейронов, что и увеличивает число моторных единиц, участвующих в сокращении мышцы.
Разновидности силы и ее проявления в различных видах спорта.
Данные науки и практики показывают, что высокий уровень физической подготовленности является базовым фундаментом, на котором строится мастерство спортсмена (14; 18; 22; 39; 45; 75; 83; 84).
В зависимости от условий спортивной деятельности мышечная сила проявляется в виде максимальной силы, скоростно-силовых качеств и силовой выносливости. Максимальная сила зависит от способности к максимально произвольному сокращению; скоростно-силовые качества - от способности к максимально быстрому преодолению внешнего сопротивления. Силовая выносливость проявляется как способность к длительной силовой работе. Эти разновидности проявления силы характерны для силовых видов спорта (16; 58).
К собственно силовым видам спорта можно отнести тяжелую атлетику, гиревой спорт, атлетическую гимнастику, т.е. те виды спорта, в которых максимальная сила при движении меняется в зависимости от величины веса снаряда.
16
Но качество "сила" проявляется и в других видах спорта. Так, например, высокий уровень развития мышечной силы во многом определяет достижения в спринте, барьерном беге, прыжках, метаниях и др. видах спорта. При этом сила должна проявляться в минимальный промежуток времени, тем самым, обеспечивая мощность выполняемых движений.
В зависимости от ведущего двигательного качества, характерного для определенных видов спорта, мышечная сила преимущественно проявляется или с быстротой - взрывная сила (скоростно-силовая группа видов спорта), или с выносливостью (легкоатлетический бег, бег на коньках, плавание, лыжные и велосипедные гонки), или с ловкостью — силовая ловкость (группа видов спорта, характеризующихся оптимальной точностью и ловкостью движений - спортивная гимнастика, акробатика, прыжки в во-ДУ) (29; 30).
Взрывная сила в условиях спортивной деятельности проявляется в изометрическом и динамическом режимах работы мышц, причем в последнем - в условиях преодоления различного по величине внешнего сопротивления (66).
В основе проявления взрывной силы, как утверждает В.В. Кузнецов (29; 30), лежат следующие механизмы:
1) внутримышечная координация, улучшение которой способствует более быстрому включению в кратковременную синхронизированную работу большого числа двигательных единиц с большой степенью их напряжения, тем самым увеличивается взрывная сила отдельных мышц;
2) межмышечная координация, с улучшением которой возрастает суммарная величина проявления взрывной силы отдельных мышц, несущих основную нагрузку, в меньший промежуток времени за счет налаживания более согласованной работы синергистов между собой и мышцами -антагонистами.
17
Средства и методы развития силы
Основным средством воспитания силовой способности в процессе тренировки являются силовые упражнения. Силовое упражнение представляет собой выполнение однообразных двигательных действий с относительно низким темпом (1 цикл за 1-5 с.) и значительным внешним сопротивлением (более 30% от максимального произвольного усилия, которое создается специальными спортивными снарядами, противодействием партнера или условиями естественной среды (15; 36; 95).
Все силовые упражнения подразделяются на общеподготовительные, специально—подготовительные и тренировочные формы соревновательных упражнений.
Обще-подготовительные силовые упражнения подбираются в основном из числа средств спортивно-вспомогательной гимнастики и тяжелой атлетики. Степень структурного сходства с соревновательными действиями при подборе упражнений данной группы хотя и учитывается, но не имеет особого значения. Ряд обще-подготовительных силовых упражнений применяется в связи с необходимостью нивелировать односторонность специализации и потому имеет не однонаправленный характер (36).
Специально-подготовительные силовые упражнения представляют собой элементы соревновательных действий или образованные на их основе движения, которым придается характер направленных силовых нагрузок. Для этой группы упражнений, наряду с признаками существенного сходства с соревновательными действиями, типично отличие от последних по величине напряжения и степени избирательности воздействия.
Тренировочные формы соревновательных упражнений используются в качестве средств силовой подготовки с относительно небольшим дополнительным отягощением лишь постольку, поскольку оно не нарушает структурных и функциональных особенностей соревновательных упражнений, В видах спорта, предусматривающих, по условиям соревнований, преодоление максимальных внешних отягощений |
