Вы здесь

Биомеханизмы организации передачи силы действия по замкнутым биокинематическим цепям у спортсменов

Автор: 
Никитин Сергей Александрович
Тип работы: 
Дис. канд. пед. наук
Год: 
2002
Артикул:
369
129 грн
(417 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ...........................................................6
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.......................................10
1.1. Биомеханические особенности строения
опорно-двигательного аппарата человека и их реализация при статическом режиме сокращения мышц...................................11
1.1.1. Кинематика движений в суставах...................11
1.1.2. Биомеханические модели мышц человека.............13
1.1.3. Особенности передачи силы действия
кинематической парой в статическом режиме.........19
1.1.3.1. Плечи сил мышц...................................19
1.1.3.2. Методы регистрации плеча силы мышцы..............22
1.1.3.3. Методы регистрации и показатели мышечного
сокращения в статическом режиме...................23
1.1.3.4. Зависимость силы действия от угла в суставе
кинематической пары...............................26
1.1.4. Передача силы действия по замкнутой
последовательной кинематической цепи у спортсменов.......................................33
1.1.4.1. Проблема определения функциональной роли
двусуставных мышц............................... 40
1.1.5. Напряжение и расслабление в мышцах
в статическом режиме у спортсменов................43
Заключение по главе.......................................45
ГЛАВА II. ЗАДАЧИ, МЕТОДЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ...........................................47
2.1. Задачи исследования..................................48
3
2.2. Методы и организация исследования..................49
2.2.1. Метод оценки передачи силы действия нижними конечностями на опору в статическом режиме в зависимости от угла в коленном суставе..................51
2.2.2. Метод оценки передачи силы действия верхними конечностями на опору в статическом режиме..............54
2.2.3 Метод передачи силы действия по замкнутой кинематической цепи «ноги-туловище-руки» в статическом режиме....................................55
2.2.3.1. Метод электромиографии.........................56
2.2.4. Организация исследования.........................57
2.2.4.1. Двигательные задания для оценки передачи силы действия нижними конечностями...........................59
2.2.4.2. Двигательные задания для оценки передачи силы действия по общей кинематической цепи...................61
2.2.5. Испытуемые.......................................64
ГЛАВА III. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЕРЕДАЧИ СИЛЫ
ДЕЙСТВИЯ ПО ЗАМКНУТЫМ БИОКИНЕМАТИЧЕСКИМ ЦЕПЯМ В СТАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ
У СПОРТСМЕНОВ.........................................66
3.1. Зависимость давления ног на опору в статическом
режиме от угла в коленном суставе...................66
3.1.1. Зависимость электрической активности мышц нижних конечностей от угла в коленном суставе в замкнутой биокинематической цепи в статическом режиме.............73
3.2. Основные закономерности передачи силы действия
по общей замкнутой биокинематической цепи от верхних конечностей к нижним................................77
3.2.1. Электрическая активность при передаче силы действия от верхних конечностей к нижним
в статическом режиме...............................80
4
3.3. Последовательность включения мышц в работу
в замкнутой биокинематической цепи....................83
3.3.1. Последовательность включения мышц нижних конечностей в статическом режиме..........................85
3.3.2. Последовательность включения мышц рук и туловища в последовательной
биокинематической цепи...............................87
3.4. Общие закономерности взаимосвязи между интегрированной миограммой мышц нижних и верхних конечностей и силой тяги в статическом режиме.............90
• 3.5. Основные закономерности и лимитирующие
факторы при передаче силы действия по замкнутой биокинематической цепи в положении человека стоя 93
3.6. Продолжительность удержания максимальной силы в статическом режиме и биомеханика расслабления мышц......................................................96
3.6.1. Биомеханические аспекты продолжительности проявления силы в статическом режиме......................96
3.6.2. Время расслабления мышц нижних конечностей.........99
Заключение по главе......................................101
ГЛАВА IV. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ И ЛИМИТИРУЮЩИЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ СИЛЫ ДЕЙСТВИЯ ПО ЗАМКНУТЫМ БИОКИНЕМАТИЧЕСКИМ ЦЕПЯМ В СТАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ У СПОРТСМЕНОВ.................................102
4.1. Физиологические и биомеханические факторы, определяющие силу тяги изолированной мышцы...............102
4.2. Факторы, определяющие и лимитирующие
> эффективность передачи силы тяги биокинематической
парой................................................105
5
4.3. Организация управления замкнутыми биокинематическими цепями при передаче максимальной силы действия
в статическом режиме..................................108
4.4. Работоспособность мышц нижних конечностей
в статическом режиме..................................116
4.4.1. Зависимость «сила-время» при расслаблении
мышц нижних конечностей............................118
ВЫВОДЫ............................................................121
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................125
ПРИЛОЖЕНИЕ........................................................140
6
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. В проблеме развития физических качеств у спортсменов весьма актуальными являются вопросы, связанные с изучением их способностей реализовывать свои силовые возможности. Эта сфера двигательной деятельности человека всегда вызывала повышенный интерес со стороны специалистов по биомеханике. Решение многих ес задач они пытались найти в биомеханических особенностях строения и функции опорпо-двигательного аппарата (ОДА) человека /17, 34, 36, 60/.
Модель части или всего ОДА, обеспечивающая достижение цели двигательного действия за счет преобразования одного вида энергии в другой, получила название - биомеханизм /77, 90/.
Биомеханизмы и закономерности проявления основных кинематических механизмов в наземных локомоциях достаточно хорошо изучены. По данной проблематике к настоящему времени накоплен обширный экспериментальный и теоретический материал, нашедший свое отражение в научных статьях, монографиях, учебниках по биомеханике опорно-двигательного аппарата человека, эргономической биомеханике и биомеханике спорта /6, 17, 29, 90/.
Учитывая фундаментальное значение биомеханики опорнодвигательного аппарата, решение вопросов связанных с выявлением закономерностей силы действия в статическом режиме, является актуальным, поскольку они более доступны для изучения как пассивной, так и активной частей опорно-двигательного аппарата.
Однако основное внимание в работах различных авторов до настоящего времени было сконцентрировано вокруг разработки различных научных тем, но на базе односуставных движений /29, 47-53, 72, 110, 146/.
В связи с этим вполне очевидной стала необходимость изучить закономерности передачи силы действия по замкнутым биокинематическим цепям и выявить факторы, лимитирующие и
7
определяющие эффективность этой передачи в статическом режиме. Понимание этих биомеханизмов имеет большое не только научное, но и практическое значение.
Наиболее важным разделом в этой проблеме является определение организации управления мышцами биокинсматичсской цепи для проявления силы действия различного характера. Этим и определяется актуальность данной проблемы.
Научная новизна исследования состоит в том, что впервые получены данные о передаче силы действия по замкнутой биокинематической цепи в статическом режиме для мышц нижних и верхних конечностей у спортсменов. Определены вклады отдельных движений в целостное двигательное действие, активность и последовательность включения мышц в работу. Выявлены лимитирующие факторы передачи этой силы действия; определено влияние позы на величину и характер ее изменения во времени.
Кроме этого, установлена роль двусуставных мышц нижних конечностей в передаче этой силы действия на рабочие точки тела и уточнена биомеханическая модель мышцы, удовлетворяющая требованиям к изучению силы действия спортсменов в статическом режиме.
Раскрыты физиологические и биомеханические особенности проявления локальной силовой выносливости в статическом режиме.
Получено математическое выражение для описания зависимости силы действия в статическом режиме для мышц нижних конечностей.
Выявлены общие закономерности передачи силы действия по общей последовательной биокинематической цепи от верхних конечностей к нижним.
Рабочая гипотеза. При изучении механизмов передачи силы действия по замкнутой биокинематической цепи, мы исходили из предположения о том, что особенности строения опорно-двигательного
8
аппарата человека определяют основные закономерности, лежащие в основе этих механизмов.
Объест исследования — передача силы действия по замкнутым биокинематическим цепям человека в статическом режиме.
Предмет исследования: основные закономерности передачи силы действия по замкнутым биокинематическим цепям и факторы, лимитирующие и определяющие эффективность этой передачи в статическом режиме.
Теоретическая значимость работы состоит в том, что результаты исследования вносят новый вклад в изучение проблемы биомеханики опорно-двигательного аппарата человека. Показано, в частности, как положение тела влияет на передачу силы действия в статическом режиме верхними и нижними конечностями, и по всей последовательной биокинематической цепи человека.
Практическое значение исследования заключается в следующем. Полученные данные о закономерностях и лимитирующих факторах передачи силы действия в статическом режиме, являются завершенным экспериментальным материалом, который может быть включен в соответствующие разделы учебников по биомеханике для институтов физической культуры.
Кроме этого, эти данные представляют интерес в спортивной метрологии, в особенности, при решении задач, связанных с организацией тестирования силовых способностей спортсменов различных видов спорта, и представляют интерес в качестве учебного материала по вопросам теории и методики в циклических, игровых и скоростно-силовых видах спорта, а также в спортивных единоборствах.
Результаты аналитического обзора и собственных исследований механизмов передачи силы действия по замкнутым биокинематическим цепям позволили вынести на защиту следующие основные положения:
1. Организацию передачи силы действия по замкнутым биокинематическим цепям в статическом режиме необходимо рассматривать с учетом последовательной трехкомпонентной модели мышцы человека (сократительная, связующая и последовательная упругая компоненты).
2. Активность и последовательность включения мышц нижних и верхних конечностей обусловлены особенностями строения опорнодвигательного аппарата человека и позой спортсмена.
3. Исходная поза влияет на эффективность передачи силы действия по замкнутым биокинематическим цепям и на вклады элементарных движений в целостное двигательное действие в статическом режиме.
4. Лимитирующим фактором эффективности передачи силы действия в последовательной биокинематической цепи в статическом режиме являются силовые возможности ее слабого звена.
Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты исследования отражены в публикациях и доложены на конференции студентов РГАФК (Москва, 1999); I международной конференции студентов «Наука и спорт: взгляд в третье тысячелетие» (Киев, 1999), а также внедрены в практику преподавания биомеханики в Российской государственной академии физической культуры.
Объем и структу ра диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. В тексте диссертации имеется 3 таблицы и 34 рисунка. Список литературы включает 152 источника, из которых 59 - иностранные.
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
В биомеханике изучение механических и биологических движений человека и его двигательных действий в различных условиях деятельности - трудовой или спортивной, не может осуществляться вне проблем, связанных со строением и функцией двигательного аппарата человека.
Для того чтобы понять, как происходит движение, нужно, прежде всего, знать, что движется. Поэтому биомеханика двигательного аппарата является как бы основой биомеханики движений и двигательных действий.
В настоящей главе будут рассмотрены результаты научных исследований, касающиеся в той или иной мере вопросов передачи силы действия в статическом режиме по замкнутым биокинематическим цепям, каковыми являются звенья тела человека как элементы целостной системы, имеющей свой аппарат управления.
Исходя из этого, ниже представлен материал, изложенный в логической последовательности:
1. Особенности строения пассивной части опорно-двигательного аппарата, реализуемые при передаче силы действия на рабочие точки тела в статическом режиме.
2. Основные биомеханические модели активной части опорнодвигательного аппарата, удовлетворяющим существующим теориям передачи силы действия в кинематических парах и последовательных замкнутых биокинематических цепях.
3. Кинематические и динамические закономерности передачи силы действия одно- и двусуставными мышцами в замкнутых биокинематических цепях в статическом режиме.
4. Организация и управление мышечной активностью при передаче силы действия на рабочие точки тела в статическом режиме нижними и верхними конечностями.
11
5. Прикладные аспекты закономерности передачи силы действия по замкнутым биокинематическим цепям в статическом режиме -зависимость «сила-угол», градиенты силы, топография силы, влияние тренировки в статическом режиме на физические способности, определение мышечной композиции и т.д.
1.1. Биомеханические особенности строения опорно-двигательного аппарата человека и их реализация при статическом режиме сокращения мышц
1.1.1. Кинематика движений в суставах
Для биомеханического описания движений в суставах в трехмерном пространстве обычно используют углы Эйлера, при этом делают следующее предположение:
1. Звенья модели тела человека абсолютно твердые.
2. Геометрические параметры звеньев модели совпадают с соответствующими параметрами сегментов тела человека.
3. Звенья модели соединены в идеальные кинематические пары.
МасСопаШ /133, 134/ разработал способы обобщенного описания
геометрии суставных поверхностей, а также произвольных последовательностей суставных движений. Он утверждал, что в суставах тела человека могут выполняться движения только двух типов - кручение и вращение.
В суставе с одной степенью свободы может быть или чистое кручение или чистое вращение. В суставах с двумя степенями свободы оба движения могут происходить одновременно, но чистого кручения быть не может. Далее автор предлагает следующую концепцию трех степеней свободы, а именно она может иметь место в том случае, если в суставе могут совершаться и чистое кручение и чистое вращение.
12
Из курса анатомии хорошо известно, что проксимальные суставы верхних и нижних конечностей являются шаровидными и обладают тремя степенями свободы, тогда как локтевой и коленный - двумя степенями свободы и только благодаря тому, что кинематическая пара образована соответственно одной (например, бедренной) и двумя костями (например малой и большеберцовой). Последние, несмотря на блоковидную форму суставной поверхности, обеспечивают кручение (пронацию или супинацию) /3/.
Более подробное описание вопросов, связанных с методами определения мгновенной оси вращения в суставах, степеней свободы и измерения трения в суставах, можно найти в монографии В.М. Зациорского с соавт. /36/ - «Биомеханика двигательного аппарата человека».
Второй, не менее важной особенностью строения опорнодвигательного аппарата человека, являются кинематические пары, как костные рычаги первого и второго рода.
Сходство этих двух рычагов заключается в том, что мышцы очень близко крепятся к оси вращения в суставах, в то время как внешняя сила действует на значительно больший по длине рычаг. Согласно законам механики такая конструкция имеет свои недостатки - с одной стороны проигрыш в силе (примерно 1 : 10), а с другой - преимущество в угловом перемещении звена и его скорости /17/.
Принципиальное отличие этих видов рычагов заключается в том, что внешняя сила и сила тяги мышцы в рычагах первого рода действует на рычаг по разные стороны от оси вращения в суставе. Этот фактор, очевидно, принципиально изменил в процессе эволюции морфологическую структуру мышц - разгибателей голеностопного (икроножная мышца) и локтевого (трехглавая мышца) суставов. Суть ее заключается в том, что все эти мышцы имеют перистую конструкцию и