Многократное выполнение циклических упражнений с гирями приводит к устойчивым навыкам и к повышению экономичности двигательных действий [1]. Даже самостоятельно люди могут подготовиться и выполнить норы ГТО в упражнении «рывок гири 16 кг». Однако в целях предупреждения травматизма, улучшения техники упражнения и повышения экономичности двигательных действий, в упражнениях с гирями 24 и 32 кг необходимо освоить некоторые педагогические приемы и методы. Здесь появляются трудности, связанные с многочисленными и иногда противоречивыми подходами в методах тренировки в гиревом спорте [1]. В основном проводимые исследования биомеханики двигательных действий в гиревом спорте относятся к определению взаимосвязи кинематических и динамических показателей, соотнесенных с движением гири [2]. Противоречия возникают вследствие неполноты биомеханических исследований упражнений гиревого спорта, связанных с тем, что внешнее дыхание спортсменов-гиревиков рассматривается вне соотношения с динамикой двигательных действий. В то же время из тренировочной практики известно, что циклические двигательные действия в упражнении «рывок» вовлекают дыхание человека в специфический процесс непроизвольных циклических дыхательных движений.
Не только спортивные упражнения человека, но и поведение животных указывает на тесное локомоторно-респираторное сопряжение (ЛРС) при повышенной двигательной активности. Некоторые исследования показывают, что частота дыхания устанавливается независимо от движений конечностей, но в зависимости от задействованной двигательной программы [3]. Проводились также эксперименты, в которых установленные параметры дыхания влияют на ритм бега [4]. Также ученые приходят к выводу, что ЛРС снижает метаболические затраты в лыжных гонках примерно на 4 % [5]. Отмечается, что ЛРС увеличивается при повышении частоты движения конечностей [6]. Например, специалисты в области спорта применяют упражнение «рывок», для того чтобы количественно оценить кардиореспираторную потребность, оцениваемую в первую очередь по потреблению кислорода и частоте сердечных сокращений, при выполнении упражнения в соревновательном темпе, и сравнить эту потребность с традиционными тестами на максимальную нагрузку на гребном эргометре [7]. Несмотря на доступность и простоту в выполнении упражнений гиревого спорта, было замечено, что неадекватные интенсивные методы тренировки могут привести к отрицательным последствиям [8]. Для предотвращения перенапряжения физиологических систем организма разрабатываются специальные методы, которые связаны с совершенствованием функции внешнего дыхания. Специалисты и ученые в области спортивной медицины указывают на то, что «упражнения, выполняемые по методике лечебной физической культуры, стимулируют интегральные внесердечные механизмы кровообращения – ритмичное дыхание через нос и синхронизацию фаз дыхания с движениями передней брюшной стенки…» [8, с. 36]. «Для выполнения специальных технических приёмов рывка и удержания гири необходима сформированная система согласованных движений верхних и нижних конечностей, мышц туловища и фаз дыхания, уравновешивающих положение тела спортсмена при сохранении наиболее эффективного аэробного энергообеспечения» [8, с. 39]. Таким образом, ЛРС указывает на совершенствование двигательных действий, на снижение метаболических затрат, а также на повышение эффективности аэробного энергообеспечения.
Целью исследования является определение локомоторно-респираторного сопряжения (ЛРС) в упражнении «рывок», используя частотные составляющие усилий и частотные составляющие дыхательных циклов у испытуемых.
Материалы и методы исследования
Выбор метода исследования основан на следующих биомеханических положениях. Во время упражнения «рывок» различные кинематические звенья тела человека совершают движения с различной частотой и образуют суммарный спектр частотных составляющих вертикальной составляющей реакции опоры (R(t)_верт, N). Также дыхательные движения отражаются в спектре частотных составляющих скорости потока дыхательного воздуха (
(t), л/с). Мы выдвигаем предположение, что при ЛРС в упражнении «рывок» частотные составляющие R(t)_верт и 
(t) в некоторых диапазонах частот будут совпадать. Исследование ЛРС проводилось у 9 студентов 19–20 лет на протяжении трех месяцев во время учебных занятий. Студенты были отобраны из числа тех, кто выполнил нормы ГТО в упражнении «рывок гири 16 кг» на золотой знак отличия. Испытуемые выполняли упражнение в течение 60 секунд, стоя на тензоплатформе, датчик спирографа был закреплен на шлеме. Сигналы с тензоплатформы и со спирографа принимались универсальным регистратором сигналов, выполненным на базе микропроцессора ATmega328. Для визуального сопоставления отдельных фаз движения испытуемого с характерными зубцами графика R(t)_верт была изготовлена видеограмма техники выполнения соревновательного упражнения «рывок» ЗМС Сергея Кириллова (рис. 1).
Рис. 1. Техника выполнения соревновательного упражнения «рывок» ЗМС С. Кириллова (по видеосъемкам 2013 г.)
В соответствии с буквенными обозначениями отдельных фаз движений из рис. 1 были выполнены буквенные обозначения отдельных зубцов на графике R(t)_верт (рис. 2). Особенности выполнения упражнения оценивались по графикам вертикальной реакции опоры R(t)_верт и скорости потока дыхательного воздуха 
(t). На графиках ось ординат для значений 
(t) обозначается словом «Поток, л/с». Значения 
(t) на выдохе на графике поднимаются выше оси абсцисс, а на вдохе опускаются ниже этой оси. По значению площади, ограниченной кривой 
(t) и осью абсцисс (определенный интеграл от функции 
(t) в интервале времени единичного вдоха или выдоха), определялись единичные значения дыхательного объема (ДО) на вдохе и на выдохе (рис. 2). На рис. 2, А–В дыхательные объемы на вдохе или на выдохе обозначены как «Интеграл», где произведение л/с*с = л, т.е. равно единице объема. Вычисление значений ДО (рис. 2) и анализ частотных составляющих сигналов R(t)_верт и 
(t) методом быстрого преобразования Фурье (БПФ) (рис. 3) производили с помощью программы Logger Pro 3.
Рис. 2. Одноцикловое дыхание (А), трехцикловое дыхание (Б) и четырехцикловое дыхание (В) в упражнении «рывок гири 16 кг»
Рис. 3. Пример динамической локомоторно-респираторной сопряженности в упражнении «рывок»: А) 1-цикловое дыхание; Б) 3-цикловое дыхание и В) 4-цикловое дыхание
В соответствии с программами обучения бакалавров занятия по дисциплине «Элективные дисциплины (модули) по физической культуре и спорту» проводились один раз в неделю. С испытуемыми было проведено 14 занятий в течение трех месяцев одного семестра. Было проведено 187 измерений показателей R(t)_верт и 
(t).
Результаты исследования и их обсуждение
В ходе анализа полученных графиков одноцикловое дыхание за один цикл упражнения «рывок» было обнаружено у семи испытуемых (77,8 %), а трехцикловое – у двоих (22,2 %). В конце этапа это соотношение изменилось. Одноцикловое дыхание за один цикл упражнения «рывок» было обнаружено у пяти испытуемых (55,6 %), трехцикловое – у троих (33,3 %) и четырехцикловое – у одного испытуемого (11,1 %). На рис. 2 показаны значения ДО при разных способах дыхания. Темп выполнения упражнения «рывок» выдерживался в пределах 18-20 подъемов/мин.
При одноцикловом дыхании ДО у испытуемых в среднем был равен 1,72 ± 0,22 л (рис. 2, А). Несколько меньшее среднее значение ДО наблюдали при трехцикловом дыхании, от 1,29 ± 0,31 л (рис. 2, Б). Наименьшее значение среднего ДО оказалось при четырехцикловом дыхании, от 0,89 ± 0,27 л (рис. 2, В). Путем умножения средних значений дыхательного объема на количество дыхательных циклов за один цикл упражнения и на 20 подъемов гирь за минуту получим средние значения минутного объема дыхания (МОД) у испытуемых соответственно: одноцикловое – 34,4 ± 2,7 л/мин., трехцикловое – 77,4 ± 5,2 л/мин., четырехцикловое – 71,2 ± 6,3 л/мин. Известно, что должные значения дыхательного объема в покое у мужчин 19–20 лет находятся в пределах 857 ± 89 мл [9]. В нашем примере (рис. 2, А) при одноцикловом дыхании дыхательный объем превышает значение дыхательного объема в покое в два раза. При одноцикловом дыхании наблюдаются шумное дыхание, изменение пигментации кожи лица, незначительное нарушение координации движений во время выполнения упражнения. Причиной такого дыхания может быть недостаточный уровень МОД.
При трех- и четырехцикловом дыхании уровни МОД не имеют достоверного различия, и по этому показателю нельзя определить, который из способов дыхания является более эффективным. Однако при четырехцикловом дыхании ДО у испытуемого близко к значению ДО в покое. В этом случае, на наш взгляд, дыхательные мышцы не испытывают избыточного напряжения, как при одно- или трехцикловом дыхании.
Из графиков 
(t) на рис. 2 видно, что скорость потока дыхательного воздуха нарастает при трех- и четырехцикловом дыхании больше, чем при одноцикловом дыхании. При трех- и четырехцикловом дыхании (рис. 3 Б, В) наблюдается совпадение фаз выдоха с зубцами «d», «f» и «i», а фаз вдоха – с зубцами «c», «e» и «g». Таким образом, движения испытуемого, которые сопровождаются нарастанием усилий, т.е. при R(t)_верт выше уровня «а», вызывают выдох. Также и те фазы движения, в которых происходит сброс усилий и снижение R(t)_верт ниже уровня «а», вызывают вдох. Следовательно, на основе визуального анализа графиков R(t)_верт и 
(t) можно утверждать, что в упражнении «рывок» сами усилия, создающие движение системы «спортсмен – гиря», вызывают дыхательные движения, облегчая условия функции внешнего дыхания. В предыдущих работах также выдвигалась гипотеза о возникновении механического контура регуляции дыхания под действием ускорения туловища как внешнего возмущающего воздействия [10]. Но для получения более полной картины был проведен анализ частотных составляющих R(t)_верт и 
(t). На рис. 3 представлены примеры частотного спектра R(t)_верт и 
(t) («Поток») при одноцикловом (рис. 3, А), при трехцикловом (рис. 3, Б) и при четырехцикловом (рис. 3, А) дыхании. Следует отметить, что расположение гармоник во всех трех примерах, начиная со второй гармоники, кратны значению положения первой гармоники: I – 0,32–0,34 Гц; II – 0,63–0,66 Гц; III – 0,95–1,00 Гц; IV – 1,25–1,29 Гц. Первые пики на частоте 0,32–0,34 Гц (первая гармоника) наблюдаются в спектрах частот при любом дыхании (рис. 3, А–В). Произведение этого значения частоты на 60 дает значение частоты движения 19,2–20,4 1/мин., примерно равное числу подъемов гири 19–20 раз за одну минуту. В рамках данной работы мы не ставили задачу определения соответствия каждой гармоники определенным движениям в упражнении «рывок», и здесь не будет описываться значение остальных гармоник. На рис. 3, А при одноцикловом дыхании пиковая частота для 
(t) находится в области 0,32–0,34 Гц, но пиковая частота R(t)_верт находится в области второй гармоники 0,63–0,66 Гц. Здесь пиковые частоты R(t)_верт и 
(t) не совпадают. В области первой гармоники наблюдается наличие частотных составляющих R(t)_верт, однако в этом случае, на наш взгляд, нельзя говорить о захвате дыхательных движений двигательными движениями и о ЛРС. Однако при трех- и четырехцикловом дыхании, как показано на рис. 3, Б и В, пиковые частоты R(t)_верт и 
(t) совпадают. Следует отметить, что в области всех гармоник R(t)_верт есть частотные составляющие 
(t). Следовательно, все усилия, которые отражаются в движениях кинематических звеньев, в определенных частотных диапазонах воздействуют на функцию внешнего дыхания в большей или в меньшей степени. Но при четырехцикловом дыхании (рис. 3, В) наблюдается более тесная связь между R(t)_верт и 
(t). Этот факт позволяет принять сделанное выше предположение о том, что сами усилия, создающие движение системы «спортсмен – гиря», вызывают дыхательные движения на определенных частотах. В результате анализа полученных данных методом быстрого преобразования Фурье (БПФ) только у 4 студентов (44,4 %) было обнаружено совпадение пиковых частот R(t)_верт и 
(t). Отсутствие ЛРС у 5 испытуемых (55,6 %) показывает, что испытуемые решают двигательную задачу за счет силовых качеств, а не за счет техники упражнения и повышения экономичности движений.
Заключение
1. Локомоторно-респираторное сопряжение в упражнении «рывок» выражается в совпадении пиковых частотных составляющих потока дыхательного воздуха с пиковыми частотными составляющими вертикальной реакции опоры.
2. Подтверждается предположение о том, что при ЛРС в упражнении «рывок» частотные составляющие R(t)_верт и 
(t) совпадают, означая, что сами усилия, создающие движение системы «спортсмен – гиря», могут вызывать дыхательные движения, облегчая условия функции внешнего дыхания.
3. Степень совпадения частот сигналов является критерием качества дыхания и зависит от степени эффективности и экономичности двигательных действий в упражнении «рывок».
4. Отсутствие локомоторно-респираторной связи у испытуемых указывает на то, что решение двигательной задачи происходит за счет силовых качеств, а не за счет техники упражнения и повышения экономичности движений.
5. При четырехцикловом дыхании значение ДО у испытуемого близко к значению ДО в покое. В этом случае, на наш взгляд, дыхательные мышцы испытывают меньшее напряжение, чем при одно- или трехцикловом дыхании.