6.4. Проблема взаимосвязи уровня и особенностей подготовленности нервно-мышечного аппарата с техникой и экономичностью локомоции

Основные закономерности взаимосвязи техники локомоции с уровнем и особенностями подготовленности нервно-мышеч­ного аппарата общие для большинства локомоции. Поэтому мы рассмотрим только бег как наиболее хорошо изученный.

Изменение функциональных показателей нервно-мышечно­го аппарата всегда закономерно изменяет биомеханические па­раметры спортивных упражнений [Бальсевич В.К., 1965; Дьяч­ков В.М., 1972; Суслов Ф.П. и др., 1982; Мякинченко Е.Б., 1983]. В то же время, рациональная биомеханическая структура дви­жений (техника) является условием достижения высоких резуль­татов. Таким образом, возникают вопросы: как изменение в по­казателях НМА спортсменов будет отражаться на биомеханичес­ких характеристиках локомоции и какие из этих изменений мож­но считать положительными, а какие нет; какие показатели из­меняются в связи с изменением физического состояния, а ка­кие под воздействием обучения? Так как основным показате­лем совершенства техники в ЦВС является ее экономичность, то вопрос можно конкретизировать — как изменения в НМА будут влиять на экономичность, основной характеристикой ко­торой является метаболическая стоимость пути? В то же время не решена проблема: насколько критерии экономичности на низкой скорости, на которой возможно точное определение энергорасхода, информативны для соревновательной скорости?

212

Чтобы ответить на эти и другие, возникающие по ходу рабо­ты вопросы, было проведено исследование [Мякинченко Е.Б., 1983] на примере легкоатлетического бега, в котором изучалась взаимосвязь с показателями техники следующих параметров:

— квалификации бегунов;

— различий в силе мышц разгибателей суставов ног;

• различий в соотношении силы мышц сгибателей колен-­ ного сустава (задняя поверхность бедра) к силе мышц разгиба­ телей коленного сустава (передняя поверхность бедра);

• пороговой скорости бега;

• специализации (стайеры/средневики);

• метаболической стоимости пути (МСП) — отношение ско-­ рость бега к потреблению кислорода в устойчивом состоянии при беге по дорожке (VО2);

• коэффициента механической эффективности бега (КМЭ) — отношение механической работы по перемещению общего центра масс тела (ОЦМТ) к МСП.

Кроме этого, проводилось сравнение техники бега в фазе компенсированного и некомпенсированного утомления и у одних и тех же спортсменов в подготовительном и соревнова­тельном периодах.

При изучении литературы по обозначенным вопросам было выявлено следующее (подробнее см. Мякинченко Е.Б., 1983).

1. Квалифицированные бегуны совершают меньшую механичес-­ кую работу и тратят меньше метаболической энергии при преодо-­ лении единицы расстояния, чем бегуны низкой квалификации. В тоже время есть исследования [Williams R.S.,1986 ], где не обнаруже­- но никакой связи между МСП на скорости 3,57 м/с и спортивным результатом на 10000 м. У более квалифицированных, как правило, наблюдается меньший период опоры и больший — полета.

2. Критериями экономичности бега считаются меньшие вер-­ тикальные колебания и меньшие потери горизонтальной ско-­ рости движений ОЦМТ.

З.При постановке ноги на опору критерием техничнос­ти считается активность всех движений. Нога должна ста­виться «загребающим» движением, мягко, с передней час­ти стопы.

4. Показателями технически правильного выполнения дви­жений в фазе амортизации являются: укорочение ее длитель­ности относительно времени опоры; уменьшение амплитуды

213

амортизационного сгибания опорной ноги; большее ускоре­ние ОЦМ в фазе амортизации, т.е. большая средняя сила воз­действия на опору. Для достижения этого требуются активные маховые движения и активное «сведение бедер» на опоре.

5.В фазе отталкивания должно наблюдаться полное разги­бание ноги в тазобедренном и голеностопном суставах, обес­печивая «острый» угол отталкивания.

6. Рациональному соотношению длины и частоты шагов придается очень большое значение. Было показано;

• длина шагов возрастает до уровня КМС, но у МСМ К дли­- на шагов меньше.

• с ростом квалификации конкретного спортсмена (т.е. скоро­- сти преодоления соревновательной дистанции), вероятно, во всех циклических видах спорта прослеживается тенденция увеличения скорости за счет длины шагов при стабилизации частоты около некоторого «оптимального» для данного спортсмена уровня, ко­- торый зависит от антропометричесих признаков, мышечной ком­- позиции, особенностей подготовки и т.п. [Верхошанский Ю.В., 1985; Попов Ю.А., 1968; Вrandon L.J., Boileau, 1987];

• тем не менее в одном лонгитудинальном исследовании было показано [ Nelson R.S., Gregor., 1976], что за 4 года тре- нировок спортсмены уменьшили длину шагов (рассчитываемую как среднюю для 3 пробежек со скоростью от минимальной до максимальной) на 7 см. Тем не менее почему-то никак не ком-­ ментировался факт, приведенный в том же исследовании, где показано, что лучший бегун мирового уровня, достигший наибольшего прогресса, за 4 года наблюдений увеличил длину шагов на 15 см. Инте-­ ресно, что здесь же показано, что бегуны, достигшие наиболь-­ ших приростов в результате, увеличивали скорость бега до 6-7 м/с (т.е. до значения соревновательной скорости) в большей мере за счет прироста длины шагов, тогда как спортсмены, имев­- шие наименьший прирост или не имевшие его, увеличивали скорость бега за счет прироста частоты шагов;

— в той же группе (10 человек) квалифицированных бегу­нов [Nelson R.S., Gregor., 1976], несмотря на снижение длины шагов, уменьшился период опоры (на 0,026с) и увели­- чился период полета (на 0,013с), т.е. увеличился ритмовой коэффициент (соотношение периода полета и периода опоры). Это означает, что спортсмены стали развивать на опоре боль­шую мощность [Мякинченко Е.Б., 1983], что не согласуется с

214

мнением, что основным признаком повышения экономично­сти бега является снижение механических энергозатрат, в час­тности за счет уменьшения вертикальных колебаний ОЦМ;

• было показано [Саvanagh P.R,. и др., 1977], что элитные спортсмены на стандартной скорости бега имеют меньшую длину и большую частоту шагов;

• для каждого спортсмена имеет место некоторое оптималь-­ ное соотношение длины и частоты шагов, при котором наблю­- дается минимум метаболической стоимости пути |Уткин В.Л., 1984; Саvanagh P.R. и др., 1977];

• среди «общепринятых» факторов, влияющих на длину и частоту шагов, выделенных таким признанным авторитетом по биомеханике бега как Р. Саvanagh (1989), а именно: скорость; рельеф местности; обувь; поверхность; антропометрические показатели; биологический возраст; мышечная композиция; степень утомления; предшествующие травмы и др., тем не ме­- нее отсутствует наиболее логичный - уровень физической подготов­- ленности, в частности — сила мышц ног.

7. Показатели физических качеств связаны с техникой бега следующим образом:

• ритмовой коэффициент (время полета/время опоры) связан с силой мышц подошвенных сгибателей голеностопного сустава;

• спортсмены с более сильными ногами имеют более ши­- рокий шаг;

• повышение силовых показателей у одного и того же спорт­- смена сопровождается увеличением длины шагов при сохра-­ нении оптимальной частоты;

• величина амортизационного сгибания в коленном суставе опорной ноги меньше у более физических сильных спортсменов;

• сильные спортсмены имеют возможность использовать «низкий» бег, характеризующийся острым углом отталкивания.

Тем не менее, по значительному числу обозначенных воп­росов данные были противоречивы или отсутствовали. В свя­зи с этим было предпринято самостоятельное исследование.

Метод. В сравнительных и лонгитудинальных эксперимен­тах принимали участие взрослые спортсмены-бегуны на сред­ние и длинные дистанции от 2-го разряда до МСМК — чле­нов сборной СССР 1982-1983 гг. 34 механических и энерге­тических характеристик бега со скоростью 7 м/с, 6,2 м/с и 4,7 м/с рассчитывались по опорным реакциям естественного бега

215

по дорожке манежа с наступанием на тензоплатформы одной и второй ногой. Бег проводился с равномерной скоростью по кругу 200 м под звуколидер. Регистрация опорных реакций проводилась через 150 и 350 метров после старта (7 м/с), 350 и 950 м (6,2 м/с) и через 350-750 м (4,7 м\с). Всего регистриро­валось не менее 4 опор. Данные усреднялись. Также опреде­лялась метаболическая стоимость пути при беге на дорожке (4,7 м/с), анаэробный порог, показатели относительной изо­метрической силы и градиента силы мышц сгибателей и раз­гибателей суставов ног, максимальная скорость бега и резуль­тат прыжка в длину с места, антропометрические признаки спортсменов, биомеханические свойства мышц голени. Все­го статистической обработке подвергалось 57 показателей, ха­рактеризующих спортсменов и технику их бега.

Исследование выявило следующее:

Установлено, что квалифицированные бегуны (КМС-МС) на средние дистанции по сравнению с менее подготовленны­ми (2-1-й разряды) имеют следующие статистически достовер­ные отличия по показателям, имеющим отношение к локаль­ной выносливости:

-по антропометрическим признакам особенностями выбор­ки было то, что более квалифицированные бегуны имели дос­товерно меньшую массу тела и индекс «длинноногости».

Среди физических показателей:

• большую максимальную и пороговую скорость бега;

• лучше результат прыжка в длину с места;

• большую силу мышц разгибателей ног;

- лучше показатели скоростных свойств мышц ног (отно­сительный градиент силы);

— меньшую жесткость трехглавой мышцы голени.

Среди биомеханических показателей на стандартной ско­рости 7 м/с+0,05:

• большую длину шагов;

• меньший период опоры;

• большее ускорение ОЦМТ на опоре (т.е. большую меха-­ ническую мощность работы мышц);

• большее вертикальное ускорение ОЦМТ относительно горизонтального;

• большие вертикальные перемещения ОЦМТ (р<0,07);

• меньшую «потерю» скорости в фазе амортизации;

216

— меньшую длительность фазы амортизации относительно длительности фазы опоры и др.

Среди энергетических характеристик:

- меньшую метаболическую стоимость пути (экономич­ность бега). Примечательно, что МСП снижалась за счет уве­личения коэффициента механической эффективности (Wмеханическая/Wметаболическая), так как величина механи­ческой работы по перемещению ОЦМ у спортсменов разной квалификации была одинаковой.

При изучении техники бега на скорости 4,70+0.05 м/с у спорт­сменов, существенно (р<0,001) различающихся по метаболичес­кой стоимости пути (т.е. по экономичности бега), но с одина­ковыми антропометрическими показателями и квалификаци­ей, снова были получены результаты, противоположные ранее полученным данным (например, [Мiura М. и др., 1973, Williams R.S. и др., 1986]). В частности, более экономичные бегуны име­ли большие вертикальные перемещения ОЦМ (р<0,02), боль­ший коэффициент «активности доталкивания» (определяемый работой трехглавой мышцы голени) в конце опоры (р<0,03) и на уровне тенденции большим отношением механической ра­боты, совершаемой в вертикальном направлении по сравнению с продольным направлением (р<0,07). У экономичных бегунов был более длительный опорный период (р<0,10).

Таким образом, принимая допущение, что «экономичные» на скорости 4,7 м/с бегуны не могли стать «не экономичными» на соревновательной скорости, а также проведенный анализ тенденций изменений биомеханических характеристик с рос­том скорости бега у одних и тех же спортсменов [Мякинченко Е.Б., 1983], приходим к достаточно неожиданному, исходя из сложившихся представлений, выводу— «прыжковый», «упругий», «активный» бег оказывается (на соревновательной скорости!) более экономичным, чем бег с низкими вертикальными колебаниями ОЦМТ, меньшими ускорениями, меньшей фазой полета и т.д. Подчеркнем, что при этом более подготовленные бегуны имели одновременно су­щественно большие силовые и аэробные показатели мышц. Такие особенности НМА позволяют им отталкиваться от опоры с большими усилиями без риска накопления в мышцах ионов водорода (закисления) и лактата или проявления других при­знаков локального утомления.

Однако остается вопрос: почему на стандартной скорости

217

квалифицированные бегуны предпочитают путь более полно­го использования двигательного потенциала НМЛ, а не путь «экономизации» за счет уменьшения, например, внешней ме­ханической работы по перемещению ОЦМТ?

Анализируя литературные данные и собственные результа­ты, мы пришли к выводу, что такой путь более рационален как минимум по двум причинам:

1. Увеличение длины шагов снижает так называемую внут­реннюю механическую работу по перемещению конечностей относительно ОЦМТ [Зациорский В.М. и др., 1982], «сто­имость» которой на скорости 5-6 м/с начинает превышать сто­имость внешней механической работы по перемещению ОЦМТ, т.е. ее вклад в общие энергозатраты на соревнователь­ной скорости выше, чем «полезная работа» по перемещению спортсмена вперед относительно дорожки.

2. ОДА обладает способностью к рекуперации (повторно­му использованию) энергии, запасаемой в его упругих элемен­тах, а количество рекуперируемой энергии возрастает как раз при «активном», «упругом беге». При этом возрастает коэффи­циент механической эффективности и спортсмен при той же внешней механической работе (например, вертикальных пе­ремещениях ОЦМТ) оказывается способным снижать метабо­лическую стоимость пути. Эти особенности в полной мере про­явились при сравнительном исследовании бегунов различной квалификации и различной физической подготовленности. При этом путь «экономизации» используется только в отно­шении механической работы, затрачиваемой на торможение и разгон ОЦМТ в продольном направлении.

Описываемый «активно-экономичный» вариант техники бега характеризуется активной постановкой ноги на опору, «под себя», так, чтобы всем телом как бы «накатываться» на ногу. Кроме того, «активно» выполняется встречный мах ру­ками и сводятся бедра. Все это создает большее напряжение мышц - разгибателей опорной ноги и мышц задней поверхно­сти бедра, что позволяет дополнительно их активировать и на­копить в них энергию упругой деформации, которая затем ре­ализуется в отталкивании. Во время отталкивания квалифици­рованные бегуны в среднем больше усилий направляют вверх, однако акцент делается на завершающей стадии отталкивания, когда создаются условия для направления усилий больше впе-

218

ред, а не вверх. На тензограмме это выражается в сдвиге мак­симума силы в продольном направлении ближе к окончанию опоры и увеличении активности завершающего разгибания ноги в голеностопном суставе.

Таковы основные черты техники квалифицированных бе­гунов на средние дистанции, которые, предположительно, обусловлены лучшей локальной работоспособностью основ­ных мышечных групп.

Следующими вопросами явились:

1. Какие мышечные группы ответственны за те или иные особенности техники?

2. Как изменяется техника при увеличении длины дистанции?

3. Как сформировать экономичную технику?

4. Чем отличается бег в утомленном состоянии?

Для выяснения этих вопросов было проведено дальнейшее изучение взаимосвязи техники и физических способностей бегунов.

Была изучена техника бега (на скорости 6,96±0,06 м/с) спорт­сменов одинаковой квалификации, но существенно различаю­щихся по пороговой скорости бега (Р<0,001). Можно предпо­ложить, что среди бегунов, специализирующихся на средние дистанции и имеющих относительно более высокую пороговую скорость, преимущество будут иметь спортсмены, которые идут к результату «от выносливости» и имеют более «дистанционную» направленность тренировочного процесса. По данным тести­рования физических способностей, это - слабые, медленные и легкие спортсмены. Их технику бега характеризует хорошее «доталкивание», т.е. они лучше используют трехглавую мышцу го­лени, а сдвиг максимума усилий в продольном направлении бли­же к концу опоры свидетельствует о том, что ближе к заверше­нию отталкивания они больше усилий направляют вперед, а не вверх. При этом у них меньшие потери горизонтальной скорос­ти в фазе амортизации. Однако снова обнаружена положитель­ная взаимосвязь хорошей аэробной подготовленности с верти­кальными колебаниями ОЦМ тела.

Считается, что «экономичным» стилем бега обладают стайе­ры относительно средневиков. Поэтому мы провели сравнение бегунов на 800-1500 и 3000-10000 м по всем исследуемым пока­зателям на одинаковой скорости бега (6,89 м/с). Было выясне­но, что стайеров характеризует, как и ожидалось, большая по-

219

роговая и меньшая абсолютная скорость бега и большее отно­шение силы мышц- сгибателей к силе мышц - разгибателей ко­ленного сустава. При этом их технику характеризуют существен­но меньшие потери горизонтальной скорости в фазе амортиза­ции (0,281 - 0,313 м/с, р<0,05) и большее отношение механи­ческой работы в вертикальном и продольном направлениях (0,546 - 0,488 м/с, р<0,05), т.е. они большую, чем средневики, часть энергии мышц направляют вверх, экономя в то же время энергию, затрачиваемую на торможение и разгон ОЦМТ в про­дольном направлении. Вертикальная скорость вылета, переме­щение ОЦМТ по вертикали и отношение периода полета к пе­риоду опоры (т.е. все традиционные показатели «экономичнос­ти») оказались ниже только на уровне слабой тенденции.

Нам удалось получить только однажды «классическое» [Мiura М. и др., 1973] проявление «экономизации» бега (снижение вер­тикальных перемещений ОЦМ) — когда мы сравнивали техни­ку бега в начале дистанции и в фазах компенсированного (бег выполнялся под звуколидер, поэтому обязательное требование равенства скоростей было соблюдено) и некомпенсированного утомления (когда скорость немного снижалась). Бег в состоя­нии утомления по сравнению с нормальным действительно ха-

Таблица 6. Биомеханические показатели бега у исп ытуемых с различной си­лой мышц — разгибателей коленного сустава на скорости 7м/с и 4,7м/с

№	Показатель	Груп­па I	Группа П	1-крите- Рий t	Группа1	Группа 2	(-крите­рий t
1	Скорость бега (м/с)	6,98	6,92	0,6	4,76	4,81	0,40
2	Сила мышц -разгибателей ног	26,6	20,4	3,83	26,6	20,4	3,83
^ 3	Длина ша­гов/длина ног	2,22	2,12	4,41	1,81	1,73	3,62
4	Ускорение центра масс тела (м/с2)	31,5	28,4	3,12	24,3	22,1	2,09
5	Фаза поле­та/фаза опоры	1,092	1,011	3,03	0,802	0,783	2,64
6	Верт./горизон- тальная механ. работа	0,53	0,45	3,08	1,06	0,91	2,18

Примечание. (— критически при р<0,05 — 2,03

220

рактеризуется снижением времени полета, механической рабо­ты и ускорения ОЦМТ в вертикальном направлении и соответ­ственно вертикальных перемещений ОЦМТ, при этом ухудши­лись все остальные показатели активности и механической эф­фективности бега, которые, как показано выше, положительно связаны с экономичностью на соревновательной скорости бега. Следовательно, описанные особенности «утомленного» бега не мо­гут рассматриваться в качестве «эталона» экономичности и тре­нировка бегунов должна быть направлена как раз на предотвра­щение таких изменений техники, а не на их «культивирование». Так как, не изменяясь по существу, они заметно усиливаются в фазе некомпенсированного утомления.

Следующие данные позволяют сделать вывод о значимости си­ловых показателей мышц. В табл. 6 приведены данные бегунов оди­наковой квалификации и антропометрических признаков, но с раз­ной силой мышц — разгибателей ног (определяемой в тесте, когда из положения сидя надавливают на тензометрическую педаль).

Таким образом, нет оснований сомневаться, что большая длина шагов и некоторые другие показатели во всем диапазо­не соревновательного бега от средних дистанций до марафона связаны с силой мышц — разгибателей ног.

Для выяснения влияния фактора соотношения силы мышц — сгибателей и разгибателей коленного сустава сфор­мированы две группы бегунов, различающиеся по этому при­знаку (табл. 7).

Представленные данные свидетельствуют, что соотношение силы мышц задней и передней поверхности бедра также явля­ются фактором, связанным с техническими параметрами бега. И на уровне тенденции могут способствовать относительному увеличению частоты шагов.

Данные табл. 7 получены при межгрупповом сравнении, однако особую ценность имеют данные лонгитудинальных ис­следований на одном и том же контингенте испытуемых. Мы провели сравнение показателей одних и тех же бегунов в раз­ные периоды макроцикла - подготовительный и соревнова­тельный (табл. 8).

В качестве основного средства «сопряженного» воздействия на технику бега и показатели локальной выносливости мышц использовался бег в утяжеленных условиях, где в качестве тор­моза использовалась волокуша. При тренировке спортсменам

221

Таблица 7. Биомеханические показатели бега у испытуемых с различным соотношением силы мышц — сгибателей и разгибателей коленного сус­тава (п=10)

№	Показатель	Группа I	Группа II	1-критерий
1	Скорость бега (м/с)	7,08	7,02	0,31
2	Сила мышц-сгибателей/ разги­бателей коленного сустава	0,670	0,380	9,45
3	Частота шагов	3,514	3,465	0,80
4	Верт. скор, вылета ОЦМТ (м/с)	0,607	0,489	2,29
5	Верт. ускор. ОЦМТ/ верт. ускор. ОЦМТ(м/с2)	0,249	0,281	2,27
6	Коэффициент активности «доталкивания» в конце опоры.	66	48	2,39
7	Верт. перемещ. ОЦМТ (м)	0,057	0,043	2,30
8	Потеря продольн. скорости в фазе амортизации (м/с)	0,280	0,298	2,30

Таблица 8. Показатели физических способностей и техники одних и тех же бегунов в середине подготовительного периода и на этапе основных соревнований

№	Показатель	Подг. период	Соревноват. период	1-критерий
1	Скорость бега (м/с)	6,94	7,04	0,39
2	Сила мышц - сгибателей коленного сустава	4,33	5,13	2,23
3	Сила мышц - сгибателей/ разгибате­лей коленного сустава	0,487	0,573	2,19
4	Сила мышц - разгибателей ног	9,27	9,28	0,04
5	Пороговая скорость бега	4,81	4.91	1,05
6	Частота шагов	3,56	3,60	0,80
7	Верт. скор вылета ОЦМТ (м/с)	0,562	0,661	3,20
8	Верт. ускор. ОЦМТ/ верт. ускор. ОЦМТ(м/с2)	0,249	0,281	2,27
9	Верт. перемещ. ОЦМТ (м)	0,051	0,061	2,83
10	Время опоры / время полета	0,975	1,124	3,65
11	Потеря продольн. скорости в фазе амортизации (м/с)	0,302	0,281	2,28
12	Положение макс, усилий по про­дольной сотавляющей	0,47	0,49	2,04
13	Коэффициент активности «доталкивания» в конце опоры (вертикальн. составляющая)	81	88	2,15

222

давалась установка «держаться прямо, вперед не наклоняться» и «хорошо доталкиваться стопой». Было замечено, что уже при­мерно через месяц техника бега менялась в нужном направле­нии, а тестирование выявило достоверное изменение силы мышц задней поверхности бедра.

Из данных табл. 8 следует, что закономерное изменение силы мышц-сгибателей от подготовительного к соревнователь­ному периоду вызвало практически аналогичные изменения в технике, что и при межгрупповом сравнении. Кроме того, нет никаких оснований предполагать, что в соревновательном пе­риоде спортсмены стали менее «экономичными», однако все основные показатели «активности» бега достоверно возросли.