Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

ЛОКОМОТОРНО-РЕСПИРАТОРНОЕ СОПРЯЖЕНИЕ (ЛРС) В УПРАЖНЕНИИ ГИРЕВОГО СПОРТА «РЫВОК»

Тихонов В.Ф. 1
1 ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»
Циклические двигательные действия в упражнении «рывок» вовлекают внешнее дыхание человека в специфический процесс непроизвольных циклических дыхательных движений. Целью исследования является определение локомоторно-респираторного сопряжения (ЛРС) в упражнении «рывок», используя частотные составляющие усилий и частотные составляющие дыхательных циклов у испытуемых. 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. Качество выполнения упражнения оценивалось по графикам вертикальной реакции опоры (R(t)_верт, N) и скорости потока дыхательного воздуха ((t), л/с). Выполнялся анализ частотных составляющих сигналов R(t)_верт и (t) методом быстрого преобразования Фурье (БПФ). В результате исследования у четырех студентов было обнаружено совпадение пиковых частот R(t)_верт и (t). Можно предположить, что ЛРС в упражнении «рывок» является критерием качества дыхания. Отсутствие ЛРС у пяти испытуемых указывает на то, что испытуемые решают двигательную задачу за счет силовых качеств, а не за счет техники упражнения и повышения экономичности движений.
ГТО
гиревой спорт
упражнение «рывок»
локомоторно-респираторное сопряжение (ЛРС)
тензоплатформа
спирограф
быстрое преобразование Фурье (БПФ)
1. Ципин Л.Л., Петров В.М. Экономизация движений в гиревом спорте // Научное обеспечение развития АПК в условиях импортозамещения. Сборник научных трудов международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава «Научное обеспечение развития сельского хозяйства и снижение технологических рисков в продовольственной сфере»: в 2-частях. 2017. С. 345–349.
2. Шульгин Г.Е., Фураев А.Н. Взаимосвязи некоторых биомеханических параметров рывка гири // Ученые записки университета Лесгафта. 2018. № 8 (162). С. 217–222.
3. Hérent C., Diem S., Fortin G., Bouvier J. Independent respiratory and locomotor rhythms in running mice. 2020. DOI: 10.1101/2020.08.09.242768.
4. Fei Gu, Jianwei Niu, Sajal K. Das, Zhenxue He, Xin Jin. Detecting breathing frequency and maintaining a proper running rhythm, Pervasive and Mobile Computing. 2017. V. 42. Р. 498–512. DOI: 10.1016/j.pmcj.2017.06.015.
5. Kevin Boldt, Anthony Killick, and Walter Herzog. Quadrupedal Locomotion–Respiration Entrainment and Metabolic Economy in Cross-Country Skiers. Journal of Applied Biomechanics. 2016. V. 32: Is. 1. P. 1–6. DOI: 10.1123/jab.2014-0243.
6. Tiller N.B., Price M.J., Campbell I.G. et al. Effect of cadence on locomotor–respiratory coupling during upper-body exercise. Eur. J. Appl. Physiol. 2017. V. 117. Р. 279–287. DOI: 10.1007/s00421-016-3517-5.
7. Chan M., Mac Innis M.J., Koch S., Mac Leod K.E., Lohse K.R., Gallo M.E., Sheel A.W., Koehle M.S. Cardiopulmonary Demand of 16-kg Kettlebell Snatches in Simulated Girevoy Sport, Journal of Strength and Conditioning Research. 2020. V. 34 (6). Р. 1625–1633. DOI: 10.1519/JSC.0000000000002588.
8. Гавриш Т.В. Модель оценки комплексной подготовленности и эффективности кардиореспираторной реабилитации спортсменов в гиревом спорте // Вестник Академии энциклопедических наук. 2018. № 4 (33). С. 36–44.
9. Миняев В.И., Маркова К.Б., Миняева А.В. Сравнительная характеристика объемной структуры жизненной емкости легких мужчин и женщин // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Биология и экология. 2007. № 5. С. 15–21.
10. Тихонов В.Ф. Внешнее дыхание человека как система автоматического управления легочной вентиляцией // Наука и спорт: современные тенденции. 2017. Т. 14. № 1. С. 94–99.

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 (missing image file(t), л/с). Мы выдвигаем предположение, что при ЛРС в упражнении «рывок» частотные составляющие R(t)_верт и missing image file(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).

missing image file

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 missing image file(t). На графиках ось ординат для значений missing image file(t) обозначается словом «Поток, л/с». Значения missing image file(t) на выдохе на графике поднимаются выше оси абсцисс, а на вдохе опускаются ниже этой оси. По значению площади, ограниченной кривой missing image file(t) и осью абсцисс (определенный интеграл от функции missing image file(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 missing image file(t) методом быстрого преобразования Фурье (БПФ) (рис. 3) производили с помощью программы Logger Pro 3.

missing image file

Рис. 2. Одноцикловое дыхание (А), трехцикловое дыхание (Б) и четырехцикловое дыхание (В) в упражнении «рывок гири 16 кг»

missing image file

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 missing image file(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 missing image file(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 missing image file(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 missing image file(t). На рис. 3 представлены примеры частотного спектра R(t)_верт и missing image file(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 missing image file(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 missing image file(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 missing image file(t) совпадают. Следует отметить, что в области всех гармоник R(t)_верт есть частотные составляющие missing image file(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 missing image file(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 missing image file(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 missing image file(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.


Библиографическая ссылка

Тихонов В.Ф. ЛОКОМОТОРНО-РЕСПИРАТОРНОЕ СОПРЯЖЕНИЕ (ЛРС) В УПРАЖНЕНИИ ГИРЕВОГО СПОРТА «РЫВОК» // Современные наукоемкие технологии. – 2021. – № 4. – С. 241-245;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=38647 (дата обращения: 18.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074