Современное общество развивается со стремительной скоростью. Спорт не стоит на месте, возникают все новые и новые виды спорта. Возникший много веков назад стрелковый спорт также вносит свои коррективы. Из стрельбы из лука появилась новая игра – дартс. Первые турниры по игре в дартс в качестве спортивного мероприятия проходили в Британии, они представляли собой лучные учения. Укоротив стрелы, участники состязались в метании в прибитый к стене деревянный брусок. В настоящее время это динамично развивающаяся игра, как на любительском, так и профессиональном уровне. Проведя анализ литературных источников, можно констатировать, что данной литературы очень мало и нет единого понимания в подготовке дартсмена [1, 2]. В дартс основным техническим элементом является бросок дротика и его фазы. В броске с использованием чрезмерного усилия эффективно использование моментов немышечного взаимодействия, которое в свою очередь зависит от фазы броска [3] и является ключевым фактором в создании динамического движения конечности для максимизации скорости руки [4, 5].
Цель работы: определить вариации базовой динамики начинающих и опытных дартсменов с использованием оптимального захвата движения.
Исследования, проведенные на 2D-моде- лях, показали, что взаимодействие в локтевом суставе, благодаря проксимальным движениям сустава и тяговым усилиям мышцы, способствует его ускорению, в то время как взаимодействие уравновешивается в запястье тяговым усилием мышц (М) для точного контроля времени выпуска мяча. Другие исследования, посвященные 3D-моделированию и опытным игрокам в бейсбол, показали наличие сгибания немышечного взаимодействия на запястье из-за движений туловища, плеч и мышечных моментов. Кроме того, торможение движения плеча способствует ускорению локтя, а поздний мышечный импульс в локте помогает тормозить его движение. Этот момент немышечного взаимодействия – ВЗД также важен во время таких движений, как выброс дротика, выполняемый с выбранной скоростью. Следовательно, возникает вопрос, может ли ВЗД быть маркером опыта в метаниях, таких как метание дротиков, для которых максимальная скорость не является основной целью. Было показано, что ВЗД в локте положительно коррелирует с производительностью, подчеркивая важность динамического взаимодействия.
Методы. Восемь участников-новичков мужского пола (возраст = 24 ± 2 года; рост = 1,80 ± 0,05 м; вес = 73 ± 8,8 кг) и тринадцать опытных игроков в дартс мужчин (возраст = 34 ± 10 лет; рост = 1,80 ± 0,08 м; вес = 90,5 ± 18,2 кг) были набраны дляучастия в эксперименте. Все участники были правши. Участники были свободны от сенсорных, соматических и моторных (плечо, локоть и запястье) расстройств и не осведомлены о цели эксперимента. Новички не имели особого опыта в метании дротиков и играли в дартс всего несколько раз. До этого профессионалы выступали в чемпионате области и России по метанию дротиков. Их опыт игры в дартс варьировался отчетырех до двадцати лет.
Согласно правилам Всемирной федерации дартс, горизонтальное расстояние между передней частью доски и любой частью обуви было не менее 2,37, а центр доски находился на высоте 1,73 м над полом. Новички в дартс выполняли броски дротиков с тех же стандартов (вес 20 гр.) и не было дано никаких инструкций о том, как должно быть задание выполнено, за исключением того, что общая поза броска и техника не должны изменяться на протяжении всего испытания. Профессионалы играли с личными дротиками, чтобы избежать нарушений в их исполнении. После 10-минутной разминки каждому испытуемому было поручено выполнить 10 бросков дротиков, целясь на центр. Перед записью сеанса новички выполнили десять серий из трех дротиков – 30 бросков, в то время как профессионалы оценивали их готовность.
Движение метания дротика состоит из четырех фаз: прицеливание, движение назад, ускорение и бросок. Задача состоит в том, чтобы сосредоточиться на цели. За этим следует обратное движение, при котором локоть слегка сгибается. В конце первой фазы скорости суставов верхних конечностей равны нулю. Начало фазы ускорения совпадает с движением из сгибания до разгибания в локтевом суставе, которое заканчивается моментом освобождения дротика (МОД) [6]. Последовательность соответствует концу движения руки, во время которого суставные движения замедляются, а потом останавливаются.
Мера производительности. Положение дротика на мишени оценивалось от 1 до 10 в зависимости от его близости к центру мишени. Оценка десяти бросков была усреднена. Движения регистрировались с помощью восьмикамерной системы захвата движения VICON (Mcam2) с частотой 250 Гц. Участники носили семнадцать маркеров на правой верхней конечности и туловище. Кроме того, три технических маркера были размещены на предплечье и руке. Полученные данные низкочастотные, фильтруются при 20 Гц с использованием фильтра Баттерворта 2-го порядка. Проведено исследование, принятое для определения углов суставов (сгибание – разгибание плечевого сустава, приведение-отведение, внутренне-внешнее вращение, сгибание локтя, пронация-супинация предплечья, локтевое отклонение запястья и сгибание-разгибание) и позиции в центре [7, 8].
Обратная динамика движения дротиков оценивалась путем определения временных рядов тягового усилия (ТУ), взаимодействия (ВЗД), импульса мышцы сустава (М) и крутящего момента под действием силы тяжести (СТ). Семь степеней свободы суставов верхней конечности: плечевой сустав (П), сгибание-разгибание (СР), отведение-приведение (ОП) и осевое вращение (ОВ), сгибание-разгибание локтя (СРЛ), пронация-супинация (ПС), предплечье (ПП), запястный сустав (З), локтевое отклонение (ЛО) запястья и сгибание-разгибание были определены на основе предварительных исследований. Затем совместный момент времени серии был рассчитан с использованием рекурсивного метода Ньютона – Эйлера [9]. Масса участников и длина сегментов были получены из оптоэлектронной системы и антропометрических данных (т.е. масса сегментов, положение центра масс и матрицы инерции). Сустав угловой скорости и ускорения были получены путем численного дифференцирования углов сустава по времени и ТУ, ВЗД. Импульсы М и СТ оценивались путем численного интегрирования временных рядов крутящего момента во время ускорения и последующего контроля фазы. Эта процедура позволила суммировать вклад различных компонентов крутящего момента во время полного движения фазы вместо учета значений крутящего момента в отдельные моменты времени. Это позволило детально рассмотреть позицию каждого крутящего момента и компонент. Совместные импульсы крутящего момента, полученные из расчета обратной динамики, были рассчитаны для каждого испытания, а затем усреднены для каждого испытуемого [10].
Статистический анализ t-критерия Стьюдента для независимых выборок проводился между новичками и профессионалами. Показатели нормы проверялись с помощью критерия Шапиро – Уилка, а однородность отклонений – с помощью критерия Левена. Зависимыми переменными были: время движения, амплитуда совместного движения, импульсы ТУ, ВЗД, М и СТ в каждом суставе во время ускорения и последующей фазы. Уровень значимости был установлен на уровне 0,05.
Результаты. Профессионалы были значительно старше новичков (среднее = 34 ± 10 против среднего = 24 ± 2 года, t = 2,77, р < 0,02). Мера производительности. Все профессионалы выполнили броски, которые достигли либо центра (оценка 10), либо, по крайней мере, первого круга (оценка 9). Средний балл новичков был 5,60, а стандартное отклонение было 2,39. Таким образом, был сделан вывод, что профессионалы имели лучшие показатели, чем новички.
Кинематика движения. Продолжительность фазы ускорения существенно не отличалась между профес- сионалами и новичками (среднее значение = 67 мс ± 18 мс для профессионалов – среднее значение = 62 мс ± 11 мс для новичков, t = –0,69, p < 0,05), и для профес- сионалов сравнение было более продолжительным, чем у новичков (среднее = 63 мс ± 12 мс против среднего = 51 мс ± 6 мс, t = –2,41, р < 0,03). Во время фазы ускорения профессионалы показали более низкую амплитуду сгибания в плечевом суставе (среднее значение = 4,4 ° ± 3,8 против среднего = 8,7 ° ± 4,5 °, t = 2,33, p < 0,05) и увеличение локтевого отклонения запястья (среднее = 15,8 ° ± 4,6 ° против среднего значения = 5,6 ° ± 1,5 °, t = –5,96, р < 0,05). Никаких существенных различий не было выделено для других степеней свободы (рисунок, А).
А)
Б)
Рис. 1. Сравнение НОВИЧКОВ и ПРОФЕССИОНАЛОВ по амплитудам углов сустава верхней конечности. A) фаза ускорения, Б) последующая фаза: П – плечевой сустав, Л – локтевой сустав, З – сустав запястья, СР – сгибание-разгибание, ОП – отведение-приведение, ОВ – осевое вращение, ПС – пронация-супинация, ЛО – локтевое отклонение
Что касается последующего, осевое вращение плечевого плеча (среднее = 15,6 ° ± ± 8,2 ° против среднего = 6,6 ° ± 3,8 °, t = –2,90, р < 0,05) и локтевое отклонение запястья (среднее = 18,0 ° ± 8,3 ° против среднего = 4,0 ° ± 1,7 ° против t = –4,65, р < 0,05) было больше для профессионалов в сравнении с новичками. Разница между профессионалами и новичками не достигла уровня значимости для плечевого пояса. Сгибание (среднее = 38,0 ° ± 16,0 ° против среднего = 25,5 ° ± 7,3 °, t = –2,06, р ? 0,05). Амплитуда совместного движения незначительно отличается для других суставов (рисунок, Б).
Целью данной работы было изучение различий в использовании динамического тягового усилия между профессионалами и новичками во время метания дротиков. Основной вывод настоящего исследования соответствовал нашей гипотезе о том, что профессионалы, в отличие от новичков, используют взаимодействие импульсов крутящего момента более эффективно. Во время фазы ускорения профессионалы, как правило, использовали кинематику цепи на обоих плечевых суставах (сгибание-разгибание и отведение-приведение) и запястье (сгибание-разгибание), в то время как такая стратегия была найдена только для плечевого сгибания-разгибания у новичков.
Ведущая гипотеза суставов предполагает, что одна степень свободы в кинематической цепи доминирует над другой и формирует движение с помощью моментов взаимодействия, возникающих из него. В этом случае ведущим суставом является тот, для которого должен быть импульс крутящего момента – тяговое усилие (ТУ) преимущественно к действию крутящей мышцы сустава (М), которое генерирует его движение. Для быстрых движений, для которых максимум необходима скорость, проксимальная глубина резкости часто лидирует из-за относительно высокой инерции и повышенной мускулатуры. В текущем исследовании определено, что сгибание-разгибание локтя является ведущей степенью свободы, так как во время фазы ускорения импульс крутящего момента мышцы (М) вносит значительный вклад в импульс крутящего момента тягового усилия (ТУ), тогда как импульс взаимодействия (ВЗД) по сравнению с ним является низким. Такое же поведение наблюдалось для двух групп. Однако во время фазы ускорения движения в осевом вращении плечевого сустава преобладают в группе экспертов. Учитывая время начала мышечной активности из анализа импульсов восьми мышц верхней конечности, предыдущее исследование показало, что проксимально-дистальное движение не наблюдается во время метания дротика, поэтому подтверждается гипотеза о локтевом суставе как ведущем суставе. Исследования, анализирующие модели 2D на движение руки, при котором учитывались только суставы локтя и запястья, показали аналогичные результаты с локтем, при котором расширение импульса крутящего момента связано преимущественно с мышечным крутящим моментом. Хотя амплитуды сустава были относительно низкими в плечевом суставе, в настоящем исследовании рассматриваются трехмерные безостановочные движения, включающие суставы плеча, локтя и запястья. Следовательно, можно констатировать, что локоть ведущего сустава можно рассматривать как особую характеристику метания дротиков.
Динамика движения. Импульсы крутящего момента. Показатель нормы проверялся с помощью теста Шапиро – Уилка и однородности отклонений тестом Левена. Переменные: время движения, амплитуды совместного движения, ТУ, ВЗД, M и СТ-импульсы на каждой фазе одной степени свободы сустава в течение фазы ускорения и последующей фазы. Уровень значимости устанавливают равным 0,05. Размер эффекта оценивали с помощью Ходжа из-за того, что размеры образцов были разными. Различия между новичками и профессионалами в отношении исследуемых параметров представлены в таблице.
Сравнение импульсов крутящего момента в фазе ускорения и последующей фазе
|
фазы импульсы |
Фаза ускорения |
Последующая фаза |
||||||||||||||
|
Плечевого сустава |
Локтевого сустава |
Лучезапястного сустава |
Плечевого сустава |
Локтевого сустава |
Лучезапястного сустава |
|||||||||||
|
СР |
ОП |
ОВ |
СР |
ПС |
ЛО |
СР |
СР |
ОП |
ОВ |
СР |
ПС |
ЛО |
СР |
|||
|
М |
нов проф |
M |
–0,05 |
0,6 |
0,19 |
–1,51 |
–0,02 |
0,02 |
0,03 |
0,42 |
–0,41 |
–0,05 |
0,96 |
0,02 |
–0,02 |
–0,07 |
|
S |
1,00 |
0,23 |
0,28 |
0,37 |
0,02 |
0,008 |
0,02 |
0,77 |
0,22 |
0,16 |
0,18 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
||
|
M |
0,66 |
–0,01 |
–0,35 |
–1,48 |
–0,04 |
0,03 |
0,01 |
0,23 |
0,35 |
0,32 |
0,96 |
0,04 |
–0,03 |
–0,07 |
||
|
S |
0,80 |
0,59 |
0,35 |
0,48 |
0,02 |
0,03 |
0,02 |
0,49 |
0,5 |
0,12 |
0,34 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
||
|
t |
–1,73 |
2,62 |
3,57 |
–0,16 |
2,82 |
–0,77 |
2,19 |
0,67 |
–3,8 |
–5,92 |
–0,01 |
–3,43 |
1,19 |
–0,004 |
||
|
p |
0,10 |
0,02 |
0,002 |
0,88 |
0,01 |
0,45 |
0,04 |
0,51 |
0,001 |
0,001 |
0,99 |
0,003 |
0,25 |
1,00 |
||
|
g |
0,81 |
1,23 |
1,67 |
0,07 |
1,32 |
0,36 |
1,03 |
0,32 |
1,78 |
2,78 |
0,002 |
1,61 |
0,56 |
0,002 |
||
|
Т У |
нов проф |
M |
0,82 |
0,39 |
0,05 |
–1,59 |
–0,005 |
0,021 |
0,002 |
–1,71 |
–0,63 |
–0,01 |
1,34 |
–0,01 |
–0,001 |
–0,001 |
|
S |
0,39 |
0,32 |
0,15 |
0,33 |
0,001 |
0,008 |
0,002 |
0,81 |
0,53 |
0,14 |
0,24 |
0,001 |
0,004 |
0,002 |
||
|
M |
0,89 |
0,72 |
–0,32 |
–1,65 |
–0,004 |
0,03 |
0,01 |
–1,63 |
–1,28 |
0,24 |
1,59 |
–0,01 |
–0,003 |
–0,01 |
||
|
S |
0,55 |
0,39 |
0,17 |
0,54 |
0,001 |
0,03 |
0,002 |
0,83 |
0,59 |
0,15 |
0,45 |
0,001 |
0,001 |
0,002 |
||
|
t |
–0,32 |
–1,88 |
4,67 |
0,26 |
0,46 |
–0,77 |
–3,63 |
–0,22 |
2,41 |
–3,54 |
–1,39 |
–0,38 |
5,76 |
4,32 |
||
|
p |
0,75 |
0,08 |
0,002 |
0,79 |
0,65 |
0,45 |
0,002 |
0,83 |
0,03 |
0,002 |
0,18 |
0,71 |
0,002 |
0,004 |
||
|
g |
0,15 |
0,88 |
2,19 |
0,12 |
0,22 |
0,36 |
1,70 |
0,10 |
1,13 |
1,66 |
0,65 |
0,18 |
2,70 |
2,02 |
||
|
ВЗД |
нов проф |
M |
1,28 |
–0,1 |
–0,18 |
–0,13 |
0,02 |
–0,02 |
–0,02 |
–1,66 |
–0,11 |
0,02 |
0,47 |
–0,02 |
0,02 |
0,07 |
|
S |
0,92 |
0,38 |
0,15 |
0,04 |
0,01 |
0,007 |
0,02 |
0,66 |
0,6 |
0,09 |
0,28 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
||
|
M |
0,83 |
0,86 |
–0,03 |
–019 |
0,04 |
–0,028 |
0,002 |
–1,12 |
–1,48 |
–0,1 |
0,79 |
–0,04 |
0,02 |
0,06 |
||
|
S |
0,55 |
0,58 |
0,32 |
0,18 |
0,02 |
0,029 |
0,02 |
0,73 |
0,65 |
0,15 |
0,34 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
||
|
t |
1,37 |
–3,9 |
–1,14 |
0,88 |
–2,66 |
0,72 |
–2,75 |
–1,63 |
4,58 |
1,85 |
–2,15 |
3,34 |
–0,39 |
0,81 |
||
|
p |
0,19 |
0,001 |
0,27 |
0,39 |
0,02 |
0,48 |
0,01 |
0,12 |
0,002 |
0,08 |
0,04 |
0,04 |
0,70 |
0,43 |
||
|
g |
0,64 |
1,83 |
0,53 |
0,41 |
1,25 |
0,34 |
1,29 |
0,76 |
2,15 |
0,87 |
1,01 |
1,57 |
018 |
038 |
||
|
CТ |
нов проф |
M |
–0,41 |
–0,1 |
0,04 |
0,05 |
0,001 |
–0,001 |
–0,005 |
–0,48 |
–0,11 |
0,02 |
–0,09 |
0,01 |
0,001 |
0,001 |
|
S |
0,12 |
0,06 |
0,03 |
0,03 |
0,001 |
0,001 |
0,002 |
1,10 |
0,06 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,001 |
0,001 |
||
|
M |
–0,6 |
–0,13 |
0,07 |
0,02 |
0,002 |
–0,001 |
–0,006 |
–0,74 |
–0,16 |
0,01 |
–0,16 |
0,001 |
0,004 |
0,003 |
||
|
S |
0,27 |
0,07 |
0,05 |
0,03 |
0,002 |
0,001 |
0,002 |
0,25 |
0,09 |
0,03 |
0,05 |
0,001 |
0,002 |
0,002 |
||
|
t |
1,71 |
0,86 |
–1,38 |
2,10 |
–1,52 |
0,22 |
1,25 |
2,65 |
1,32 |
0,49 |
3,27 |
0,32 |
–3,10 |
–3,57 |
||
|
p |
0,10 |
0,40 |
0,19 |
0,05 |
0,15 |
0,83 |
0,23 |
0,02 |
0,2 |
0,63 |
0,004 |
0,75 |
0,01 |
0,002 |
||
|
g |
0,80 |
0,40 |
0,65 |
0,99 |
0,71 |
0,10 |
0,59 |
1,24 |
0,62 |
0,23 |
1,53 |
0,15 |
1,45 |
1,67 |
||
Примечание. Сравнение средних (M) и стандартных (S) импульсов M, ТУ, ВЗД и СТ крутящего момента при ускорении и далее через последующую фазу. Каждая панель соответствует одной степени свободы – суставу верхней конечности (плечевой сустав, локтевой сустав, лучезапястный сустав, СР – сгибание-разгибание, ОП – отведение-приведение, ОВ – осевое вращение, ПС – пронация-супинация, ЛО – локтевое отклонение.
Экспертиза и крутящий момент взаимодействия. Точный вклад немышечного импульса в динамику движения все еще обсуждается, потому что некоторые исследования утверждают, что импульс может быть резистивным или вспомогательным в зависимости от задачи или даже позы конечностей. Учитывая движение разложения по фазам, определение нескольких, предложена стратегия эксплуатации импульса крутящего момента, которая объединяет оба аспекта в едином представлении. Наши результаты показывают, что выбранные стратегии и, следовательно, использование взаимодействия различаются в зависимости от степени свободы и уровня знаний. Исследования показали, что увеличение мышечного момента в проксимальных суставах (туловище и плечо, но не в локте и запястье) используется для генерации соответствующего импульса для получения максимальной скорости руки. Наши результаты распространяют эти выводы на случай, когда максимальная скорость не является основной целью. В настоящем исследовании эксперты склонны использовать стратегии, соответствующие эффективному использованию импульса, которое положительно влияет на крутящий момент тягового усилия в плечевом суставе, а также на запястье во время фазы ускорения, в то время как импульс вносит больший вклад в торможение локтя во время выполнения в группе профессионалов. В плечевом суставе вклад импульса немышечного взаимодействия имеет тенденцию снижать необходимый импульс крутящего момента для выполнения движения отведения-приведения. Однако вклад импульса мышцы в управление осевым вращением плеча является преобладающим и совпадаетс низким импульсом. Предполагается, что механические свойства запястья человека являются основными детерминанта стратегии в этом суставе, которая является выгодной для поддержания стабильного состояния лучезапястного сустава в верхней части многосуставного движения и могут привести к чрезмерному разгибанию или сгибанию запястья. Тем не менее между группами не было выявлено различий между импульсами взаимодействия во время фазы ускорения в локте. В отличие от последующей фазы, во время которой больший импульс в локте у экспертов способствовал замедлению его сгибания по сравнению с новичками.
Заключение
Результаты нашего эксперимента показали, что новички и профессионалы представляют различия в использовании компонентов импульса крутящего момента верхней конечности во время метания дротика. Анализ импульсов крутящего момента выявил три основные стратегии в зависимости от степени свободы и фазы движения. Наши результаты показали, что классический проксимальный к дистальному импульсу не обязательно применять, так как степень свободы сгибания-разгибания локтя ведет движение в соответствии с гипотезой ведущего сустава. При детальном рассмотрении оказалось, что импульс для отведения-приведения плечевого сустава снижен, необходим мышечный импульс и сгибание запястья является заметным в группе профессионалов в отличие от новичков. Импульс преимущественно генерируется мышечным импульсом в группе профессионалов. Кроме того, в ходе последующих исследований у профессионалов выявлено, что импульс крутящего момента задействован более грамотно, чем у новичков, чтобы исключить увеличение движения локтя. В дополнение к деятельности, требующей высокой скорости, такие как бросок в верх мишени, текущие результаты расширяют наблюдения, что опытное использование импульсов немышечного взаимодействия является важной характеристикой квалифицированных спортсменов в случае метания дротиков, для которых точность является наиболее важной составляющей по сравнению со скоростью.