Влияние относительной силы мышц задней поверхности бедра на форму позвоночника высококвалифицированных спортсменов (на примере академической гребли)

МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СПОРТА

ВЛИЯНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ СИЛЫ МЫШЦ ЗАДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ БЕДРА НА ФОРМУ ПОЗВОНОЧНИКА ВЫСОКОКВАЛИФИЦИРОВАННЫХ СПОРТСМЕНОВ

Аннотация

Была изучена форма позвоночника высококвалифицированных гребцов в сагиттальной плоскости (43 женщины и 57 мужчин) методом видеоанализа (регистрация двумя камерами с частотой кадров 50 Гц). Светоотражающие маркеры располагали на дорсальной поверхности спины вдоль остистых отростков позвонков. Были рассчитаны углы шейного и поясничного лордозов и грудного кифоза. Силы мышц сгибателей и разгибателей коленного сустава оценивали на угловой скорости 60 град/с методом изокинетической динамометрии. Для мужчин оптимальная относительная сила мышц задней поверхности бедра находится в диапазоне 58-62% (угол поясничного лордоза соответствует норме &165°). У женщин, оптимальная относительная сила мышц задней поверхности бедра соответствует диапазону 60-65% (угол поясничного лордоза почти не отличается от нормы &158°). Наблюдали тенденцию уменьшения поясничного лордоза у женщин при увеличении силы мышц задней поверхности бедра.

Abstract

High support load in modern sport influence on spinal cord anatomy. The distinction in spinal cord of high quality athletes relative normal spinal anatomy is source of spinal disease. Video analysis (two cameras, 50 Hz frequency) used for measuring the angles in cervical, thorax and lumbar spine regions. Reflective markers placed on dorsal projections of spinous process. Muscle moments of knee extensors/flexors measured on angular velocity 60 degree/s. The objective of investigation was to determine the influence of relative force knee joint flexors/extensors on spinal curvatures. The optimal relative force of knee flexors for men is in range 58-62% (lumbar spine 165°), for women relative force of knee flexors is in range 60-65% (lumbar spine 158°).

Ключевые слова: осанка, сила мышц, видеоанализ.

Key words: posture, muscle force, video analysis.

Изменение формы позвоночника происходит под воздействием соревновательных нагрузок, инерционных и гравитационных сил, а также баланса сгибателей/ разгибателей мышц бедра конечностей [1, 2]. Отличие формы позвоночника от физиологической является одной из причин различных заболеваний, препятствующих совершенствованию физических качеств [3].Одним из существенных факторов, влияющим на форму позвоночника, является баланс мышц дорсальной и вентральной поверхностей туловища, а также мышц, сгибающих/

А.В. ВОРОНОВ, Т.Ф. АБРАМОВА, Р.В. МАЛКИН,

ФГБУ ФНЦ ВНИИФК

разгибающих тазобедренный сустав. Прямая мышца бедра (двусуставная) поворачивает таз вниз и вперед. Противодействие такому изменению таза (увеличению поясничного лордоза) оказывают мышцы задней поверхности бедра: полусухожильная, полуперепончатая и длинная головка двуглавой мышцы1. Прямая мышца бедра участвует в разгибании коленного сустава и ее физиологический поперечник составляет 20-25% от физиологического поперечника четырехглавой мышцы бедра [4]. Эта мышца является антигравитационной,

1 Большая ягодичная мышца принимает минимальное участие в поддержании вертикальной позы.

——

ФНЦ ВНИИФК

поэтому она подвержена постоянной нагрузке. Мышцы задней поверхности бедра (также двухсуставные), сгибающие коленный сустав и разгибающие тазобедренный, в меньше мере противодействуют гравитационным силам, поэтому нуждаются в дополнительной тренировке. По литературным данным, для предотвращения травм коленного сустава оптимальное соотношение силы сгибателей и разгибателей коленного сустава составляет 60% [5]. Баланс сил тяги прямой мышца бедра и мышц задней поверхности бедра влияет на формирование поясничного лордоза2, а значит, и на формирование правильной осанки, не нарушающей конгруэнтность суставных поверхностей позвонков и межпозвонковых дисков

Цель исследования - оценить влияние баланса сил мышц передней и задней поверхностей бедра на форму осанки.

Методы

Антропометрическое обследование проводили по стандартной методике [6].

Оценка формы позвоночника в сагиттальной плоскости. Для оценки формы осанки использовали аппаратно-программный комплекс (АПК) «Осанка-Биософт», разработанный специалистами ООО «Научно-медицинской фирма "Биософт"». Основное предназначение АПК - проведение биомеханических и ортопедических исследований человека на основе анализа видеоизображений, полученных в процессе регистрации видеосигнала двумя и более камерами. Аппаратная часть комплекса представлена в виде компьютера, двух скоростных видеокамер (частота регистрации 50 Гц), инфракрасной подсветки, маркеров.

На дорсальные проекции остистых отростков позвонков наклевали ленту типа Велькро6 (первая лента). Вторую ленту со светоотражающими метками в форме шариков крепили к первой ленте так, как показано на рисунке 1 (левый верхний). Длина ленты - 100 см, ширина - 1,5 см, толщина - 0,3 см, диаметр шариков - 1 см, расстояние между шариками - 4 см. На голове испытуемого крепили шлем с маркером, расположенным в затылочной области. Маркер в области затылка (первая точка) располагали в проекции наиболее дорсально выступающей области затылочной кости (соответствует анатомической точке Инион). Вторую метку на ленте располагали в области проекции остистого отростка С7, тогда первая метка попадала в проекцию остистого отростка C5. Трехмерные координаты меток рассчитывали до метки, совпадающей с основанием L5. Ошибка определения угловой координаты в сагиттальной плоскости не более 1,5 градуса.

Определение углов лордоза/кифоза методом оптической диагностики. Изгибы позвоночника оцениваются методом гониометрии по методике разработанной

В.А. Гамбурцевым [7]. В основу метода положено измерение углов шейного лордоза, грудного кифоза и поясничного лордоза в сагиттальной плоскости. При стандартной гониометрии позвоночника опорными являются точки, соответствующие концам остистых отростков C5, Т7, L4 и S4. В настоящем исследовании метод Гамбурцева был несколько изменен. Углы позвоночника рассчитывали по следующей схеме (рис. 1, верхний):

- угол шейного лордоза (УШЛ): угол между: Инион-С5-Т3;

- угол грудного кифоза (УГК): T3-Т7-Т12;

- угол поясничного лордоза (УПЛ): T12-L3-L5.

За точку С5 принимали наиболее лордически углубленную точку в шейном отделе позвоночника. Точка Т7 соответствует наиболее дорсальной точке грудного кифоза. Точка L3 соответствует лордически углубленной точке в поясничном отделе позвоночника. Схема расчета поясничного лордоза отличается от способа, предложенного В.А. Гамбурцевым. Вместо точки S4 маркер ставили на основание пятого поясничного позвонка (область L5-S1). С помощью программного обеспечения АПК «Осанка-Биософт» рассчитывали углы в сагиттальной плоскости. На рис. 1 (нижний) представлена форма дорсальной поверхности позвоночника в проекции на сагиттальную плоскость.

Оценка силы разгибателей и сгибателей коленного сустава. Изокинетический динамометр Biodex-3 Pro позволяет оценить силу отдельных мышечных групп, например, разгибателей/сгибателей коленного сустава. Спортсмены выполняли разгибание/сгибание в коленном суставе правой и левой ног с угловой скоростью 60 град/с. Регистрировали максимальный момент разгибателей/сгибателей в коленном суставе. Разгибание коленного сустава осуществляют:

- односуставная мышца - широкая мышца бедра и двусуставная мышца - прямая мышца бедра, являющаяся сгибателем тазобедренного сустава;

- сгибатели коленного сустава - икроножные, полусухожильная, полуперепончатая и длинная головка двуглавой мышцы бедра. Последние три мышцы участвуют в разгибании тазобедренного сустава.

Контингент испытуемых. В исследовании приняли участие 43 женщины и 57 мужчин - члены сборной России по гребле, квалификация (МС-ЗМС).

Особенности проведения исследования. Исследование формы осанки в сагиттальной плоскости проводили во время этапных комплексных обследований сборной России по академической гребле (сентябрь 2012, февраль 2014 и 2015 гг.). Форма стойки испытуемых - европейская. Голова находится в положении, при котором верхний край козелка уха и середина глазницы находятся на одной горизонтальной линии. Время регистрации осанки 30 с. Частота регистрации - 50 Гц.

2 Силы тяги подвздошно-поясничных мышц и силу тяги прямых мышц живота не учитывали.

3 Лента типа Велькро производства 3М, США. Одна сторона ленты с клейкой основой, другая - с крючками или петлями, что позволяет плотно крепить ленты.

Рис. 1. Расположение меток на дорсальной поверхности спины и направление отсчета углов в суставах методом оптической диагностики (вверху): 1 - угол шейного лордоза; 2 - угол грудного кифоза; 3 - угол поясничного лордоза (пояснения в тексте). Внизу - результаты расчета формы осанки в сагиттальной плоскости, на примере поясничного лордоза

Результаты

Форма позвоночника зависит от многих факторов: антропометрических (особенностей телосложения, пола, возраста и т.п.); специфики вида спорта, эргономики рабочего места, спортивного инвентаря и других факторов, влияющих на формирование осанки. Основное противодействие неблагоприятным факторам, влияющим на изменение физиологической формы позвоночника, является баланс сил мышц вентральной/дорсальной

поверхностей туловища и бедра. При слабом/ассиметрич-ном развитии мышц задней поверхности бедра и мышц живота, прямая мышца бедра и подвздошно-поясничные мышцы поворачивают таз вперед и вниз, таким образом, увеличивая поясничный лордоз и меняя форму осанки в сагиттальной плоскости.

Результаты исследования телосложения, силовой динамометрии мышц, окружающих коленный сустав, формы позвоночника в сагиттальной плоскости позволили

количественно оценить связь между УПЛ и диапазоном силового баланса мышц нижних конечностей.

Вариативность веса гребцов составляет 11% у мужчин и 9% у женщин. Такая вариативность обусловлена наличием легких весовых категорий (у мужчин - меньше 70 кг, у женщин - меньше 60 кг). Диапазон изменения длины тела у мужчин-гребцов: 178-203 см, у женщин -175-190 см. Среднее значение моментов сгибателей правого и левого коленного сустава по отношению к разгибателям: у женщин - около 62%, у мужчин « 60%. Углы шейного лордоза и грудного кифоза по абсолютным значениям у мужчин и женщин не отличаются. У женщин поясничный лордоз на 8 градусов более выражен, чем у мужчин (табл. 1). У женщин отсутствует достоверная статистическая связь между разгибателями и сгибателями коленного сустава (г = 0,27), у мужчин эта связь достоверно высокая: г = 0,87 (рис. 2).

Рассчитали статистические связи между силой разгибателей/сгибателей коленного сустава4 и УШЛ, УГК, УПЛ, нормированными (масштабированными) на длину тела. Масштабирование углов позвоночника в сагиттальной плоскости связано с высокой вариативностью длины тела5. При рассмотрении относительных показателей, необходимо учитывать, что нормирующие признаки, например: вес, длина тела и др., могут иметь корреляции с силовыми показателями. Поэтому на рис. 3 представлены зависимости (нижние корреляционные поля) не только УПЛ/длина тела (левая ось ординат) от Мсг/Мрг, но и регрессионные зависимости масшта-

бирующего признака длины тела (правая ось ординат) и относительной силы сгибателей коленного сустава (верхние корреляционные поля). Показано, что у мужчин-гребцов наблюдается тенденция к уменьшению силы мышц-сгиба-телей по отношению к разгибателям коленного сустава с 65 до 55% при увеличении длины тела со 186 до 192 см. Оптимально соотношение Мсг/Мрг в диапазоне 58-62% (при среднем значении 60%). При таком отношении Мсг/Мрг угол поясничного лордоза соответствует норме («165°). Мужчинам-гребцам следует особое внимание уделять развитию силы мышц задней поверхности бедра, так как с увеличением длины тела отношение Мсг/Мрг меняется в пользу разгибателей бедра. УПЛ становится менее выраженным (на 0,05 град/см) при возрастании относительной силы мышц задней поверхности бедра с 55 до 65%, что в абсолютном значении соответствует « 9° (рис. 3, верхний).

У женщин не наблюдается статистической связи между Мсг/Мрг, Л2<0,1 (рис. 2). При увеличении длины тела (в отличие от мужчин) возрастает отношение Мсг/Мрг. Оптимальное отношение Мсг/Мрг для женщин - в диапазоне 60-65% (при среднем значении 62%). При таком отношении Мсг/Мрг угол поясничного лордоза почти не отличается от нормы («158°). Из обследованного контингента сборной России по академической гребле 6 спортсменок наблюдались в течение 2 лет. У 5 спортсменок при увеличении силы задней поверхности бедра УПЛ увеличился « на +5° (рис. 4).

Таблица 1

Силовые показатели мышц бедра и профиль осанки в сагиттальной плоскости

Испытуемые Длина тела, см Вес, кг Мрз, Нм Мсг, Нм Мсг / Мрз, о/ % Углы позвоночника

Шейный лордоз Грудной кифоз Поясничный лордоз

Женщины

- 183 74 191 117,5 62 148 162 157

5 6 9 23 18 10 7 5 7

Мужчины

- 191 90 270 161 60 147 159 165

5 7 11 38 23 4 7 5 6

Примечание. Мсг - момент сгибателей правого и левого коленного суставов при угловой скорости 60 град/с (среднее значение по двум суставам); Мрз - момент разгибателей правого и левого коленного суставов при угловой скорости 60 град/с (среднее значение по двум суставам).

4 Моменты сил сгибателей/разгибателей правого и левого коленного сустава усредняли.

5 Вариативность длины тела у женщин и мужчин составляет 6 и 7% соответственно (табл. 1), что определяет диапазоны длины тела у женщин: 172-194 см, для мужчин 178-204 см.

Женщины-гребцы

2 I

<0 т

Р

и $

о

а> ч

2 >5

си ч

а) &

*о

1_

О

I-

х а) 2 О

160 150 140 130 120 110 100 90 80

о

О о о о И2 = 0,115

о о ° о

о

С сР .......... _—о О сЯ .....°о"о.....

" о о ° о о .....Р ...о...................... о о

.........О..............-9-....... о

о

150

175 200 225

Моменты разгибателей коленного сустава, Нм

250

275

Мужчины-гребцы

240

2

1

й 210 Р

и >

и о о

X X

си ч

2 >5

Ш

4 0)

£ *о

5

180

150

I-

90

150

о

о ..............о0......о <; о ^ о ^/о о о ........................ Я2 = 0,6936

о < о ^яГ с Уъ 00 о

О ...................о сР

о

200 250 300

Моменты разгибателей коленного сустава, Нм

350

400

Рис. 2. Корреляционные поля между моментами разгибателей и сгибателей коленного сустава

1,3

1 1,2 о

л

0

1

о.

1,1

§ 1,0

я

X 5

0,9 -

с;

с >

0,8 -

0,7

Мужчины

Ж , ж ж ¡К ~—* |Ж* ж ж ж

ж Р2 = 0,0815 ж ж ж Ж Ж < ж  ж ж ж - ^ ж

^ ж

№ = 0,1665 о О О о _.о..о 0..................

О .........................е>о о о оо ^ 0ОО с ^ Олл. п ! — м 11 о

о ~ ^ о 2. О.......°......О...

............................... о 8

45,0

50,0

55,0 60,0

Сгибатели/разгибатели, % О Поясничный лордоз/длина тела Ж Длина тела

65,0

200

- 190

180 2

о

СО

аз

170 ¡"

аз

160 150

140

70,0

Женщины

1,3

л

и

I

а

аГ

4 си

I-

я х

5

с;

с >

0,8 -

0,7

ж

ж ^ ж ж ж £ Ж ж ж ж ж ж - ж

...............ж ............У...-;

0,0621 : Ж : ж X ж ж

0,0172 О ....л.....О-, о О э °

О Г ° 9 ...........О""" а °

о О о ООо" Я-О......... О О о о о

О

- 190

200

140

40,0 45,0

50,0

75,0

55,0 60,0 65,0 70,0 Сгибатели/разгибатели, % О Поясничный лордоз/длина тела Ж Длина тела

80,0 85,0

Рис. 3. Корреляционные поля между нормированным значением УПЛ, длиной тела и относительной силой мышц задней поверхности бедра. Линии тренда - есть полиномы второй степени, построенные

по экспериментальным данным: длина тела

Угол поясничного лордоза

170 165160

л

£

Э 155

А

150-

145-

140

50,0 55,0 60,0

-Ж- Жук -О Иноз. -Л

65,0 Мсг/Мрг, % Крас. -х- Савк.

3 *

70,0 75,0 80,0

Федор -О- Зубк.

Рис. 4. Изменение угла УПЛ в зависимости от относительной силы мышц задней поверхности бедра

Заключение

1. Специфика вида спорта оказывает влияние на баланс мышечных сил, действующий вокруг тазобедренного сустава. В частотности, чем больше длина тела, тем меньше следует наклон туловища гребца вперед в начале гребка. Поэтому низкорослые спортсмены (для полноценного гребка) вынуждены увеличить угол сгибания в тазобедренном суставе, таким образом, активно вовлекая мышцы задней поверхности бедра в соревновательное действие. Возможно, это и является причиной того, что относительная сила мышц задней поверхности бедра у низкорослых мужчин-гребцов выше на 5%, чем у высокорослых, соответственно и угол поясничного лордоза менее выражен (в абсолютном значении на 5-6 градусов, рис. 3 мужчины).

2. Изменение формы позвоночника и, особенно в поясничном отделе, нарушает конгруэнтность межпозвонковых дисков. Как следствие этого, изменятся удельное давление на межпозвонковые диски, что приводит к различным заболеваниям, например, остеохондрозу. Появление болей в спине снижает работоспособность спортсменов и не позволяет реализовать двигательный потенциал. При слабом или ассиметричном развитии мышц задней поверхности бедра и передней стенки живота, прямая мышца бедра и подвздошно-поясничные мышцы поворачивают таз вперед и вниз, таким образом, увеличивая поясничный лордоз и меняя форму осанки в сагиттальной плоскости, что снижает рессорные функции позвоночника. У женщин-гребцов отсутствует корреляция между силой мышц задней и передней поверхностями бедра (рис. 2, верхний), у мужчин - зависимость линейная (г = 0, 83, рис. 2, нижний).

3. Оптимальное соотношение сгибателей/разгибателей коленного сустава для мужчин-гребцов 58-62%. При такой относительной силе сгибателей коленного сустава угол поясничного лордоза соответствует норме («165°). Мужчинам-гребцам следует уделять внимание развитию силы мышц задней поверхности бедра, так как с увеличением длины тела отношение баланса мышц бедра меняется в пользу разгибателей бедра (рис. 3, мужчины). У женщин оптимальная относительная сила мышц задней поверхности бедра в диапазоне 60-65%. При таком отношении сгибателей к разгибателям коленного сустава угол поясничного лордоза почти не отличается от нормы (« 158°). Наблюдали тенденцию уменьшения поясничного лордоза у женщин при увеличении силы мышц задней поверхности бедра (рис. 4). У 5 спортсменок из 6 при увеличении относительной силы задней поверхности бедра угол поясничного лордоза увеличился от 3 до 10°.

4. Регрессии, описывающие статистическую связь между признаками «угол поясничного лордоза/длина тела» и «относительная сила мышц задней поверхности бедра» у мужчин и женщин имеют разные тенденции (рис. 3), поэтому анатомический признак «длина тела» может быть использован для оценки влияния длины тела на форму поясничного лордоза.

5. Компьютерная оптическая диагностика создает новые возможности оценки состояния опорно-двигательного аппарата. Время тестирования одного испытуемого менее 5 минут. Появляется возможность мониторинга и объективизации состояния опорно-двигательного аппарата спортсменов при проведении плановых обследований сборных команд России.

Литература

1. Бохвардт В.Г. Морфогенез и эволюция осевого скелета [Текст] / В.Г. Бохвардт. - Л.: Медицина, 1982. -142 с.

2. Кашуба В.А. Биомеханика осанки [Текст] / В.А. Кашуба. - К.: Олимпийская литература, 2006. -248 с.

3. Абрамова Т.Ф. Особенности пространственной ориентации и формы туловища и таза высококвалифицированных спортсменок, специализирующихся в боксе [Текст] / Т.Ф. Абрамова, Т.М. Никитина, А.О. Акопян, Н.И. Кочеткова, В.А. Красников // Вестник спортивной науки. - 2014. - № 4. - С. 38-43.

4. Воронов А.В. Анатомическое строение и биомеханические характеристики мышц и суставов нижней конечности [Текст] / А.В. Воронов. - М.: Физкультура, образование и наука, 2003. - 203 с.

5. Bennell, K. Isokinetic strength does not predict hamstring injury in Australian rules footballers [Текст]/ K. Bennell, H. Wajswelner, P. Lew Br. //J Sports Med., - 1998. -No. 32. - V. 4. - P. 309-31.

6. Мартиросов Э.Г. Методы исследований в спортивной антропологии. - М.: ФиС, 1982. - 195 с.

7. Гамбурцев В.А. Гониометрия человеческого тела [Текст] /В.А. Гамбурцев. - М.: Медицина, 1973. - 199 с.

References

1. Bohvardt V.G. Morphogenesis and evolution of the axial skeleton [Text] / V.G. Bohvardt. - L.: Medicine, 1982. - 142 p.

2. Kashuba V.A. Biomechanics of Posture [Text] / V.A. Kashuba. - K.: Olympic Literature, 2006. - 248 p.

3. Abramova T. F. Features of spatial orientation and shape of the trunk and pelvis qualified athletes specializing in boxing [Text] / T.F. Abramova, T.M. Nikitina, A.O. Ako-pyan, N.I. Kochetkova, V.A. Krasnikov // Vestnik sportivnoi nauki. - 2014. - No. 4. - P. 38 - 43.

4. Voronov A.V. Anatomy and biomechanical characteristics muscles and joints of the lower limb [Text] / A. Voronov. -

M.: Physical culture, education and science, 2003. -203 p.

5. Bennell K. Isokinetic strength does not predict hamstring injury in Australian rules footballers [Text] / K. Bennell, H., Wajswelner, P. Lew // Br. J Sports Med. - 1998. -No. 32. - V. 4. - P. 309 - 31.

6. Martirosov E.G. Research methods in sports anthropology. - M.: FIS, 1982. - 195 p.

7. Gamburtsev, V.A. Goniometry of human body [Text] / V.A. Gamburtsev. M.: Medicine, 1973. - 199 p.