Педагогическая интерпретация информации о биомеханических характеристиках спринтерского бега спортсменок

УДК: 796.32.071 DOI 10.14526/2070-4798-2018-13-4-23-30

Педагогическая интерпретация информации о биомеханических характеристиках спринтерского бега спортсменок

Мещеряков А.В.

Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова

г. Ульяновск, Россия ORCID: 0000-0003-4371-8920, aleksei236632@yandex.ru

Аннотация: в рамках общих положений, характеризующих рациональные формы построения тренировочного процесса, может быть отражена индивидуальность спортсмена. Актуальной является выработка основных методических правил, показывающих сущность и оправданные рамки индивидуализации тренировок квалифицированных спортсменов. Биомеханическое отражение тонкостей и особенностей внутреннего содержания движений может быть успешно использовано для педагогической оценки состояния моторики спортсмена и управления её развитием в тренировочном процессе. Материалы. В материалах статьи предлагается педагогическая интерпретация информации о биомеханических характеристиках спринтерского бега спортсменок-легкоатлеток различной квалификации. Методы исследования. Анализ научно-методической литературы, обобщение передового педагогического опыта тренеров по спринтерскому легкоатлетическому бегу, педагогический эксперимент, тестирование, статистическая обработка полученных данных. Результаты. Предложен новый подход к повышению тренировочной и соревновательной деятельности высококвалифицированных легкоатлеток. Дана педагогическая интерпретация информации о биомеханических характеристиках спортсменок различной квалификации, занимающихся спринтерским бегом. Разработана экспериментальная методика, основанная на комплексе индивидуально-технических и личностных особенностей легкоатлеток, обусловливающих успешность соревновательной деятельности. Результаты исследования подтвердили гипотезу о качественных различиях ритма стартового разгона как системы упорядоченных соразмерностей биохимических характеристик. Выявлены две разновидности ритма стартового разгона. Проведенный анализ дал возможность нам выделить 3 основные группы бегуний с различным ведущим компонентом при преодолении стометровой дистанции. Полученные данные о характере усилий при опорных реакциях, косвенно свидетельствующие о силовом потенциале, могут помочь определить тип динамической структуры и наметить программу ее совершенствования. Заключение. Результаты педагогического эксперимента показали целесообразность и эффективность применения биомеханического подхода в оценке техники бега, что позволило существенно улучшить показатели соревновательной деятельности квалифицированных спортсменок.

Ключевые слова: легкая атлетика, эффективность тренировки, квалифицированные спортсменки, спринт, биомеханика, соревновательная деятельность, техника бега.

Для цитирования: Мещеряков А.В. Педагогическая интерпретация информации о биомеханических характеристиках спринтерского бега спортсменок. Педагогико-психологические и медико-биологические проблемы физической культуры и спорта. 2018; 13(4): 17-24. DOI 10.14526/20704798-2018-13-4-23-30

Pedagogical interpretation of information about biomechanical characteristics of sprinting among female athletes

Aleksey V. Meshcheryakov

Ulyanov State Pedagogical University, Ulyanovsk, Russia ORCID: 0000-0003-4371-8920, aleksei236632@yandex.ru

Abstract: In terms of general theses, characterizing rational forms of the training process organization an athlete's individuality can be reflected. Methodical rules, which show the essence and the limits of training lessons individualization among qualified athletes, are very urgent. Biomechanical peculiarities reflection

ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА СПОРТИВНОМ ТРЕНИРОВКИ

of the inner content of movements can be successfully used for pedagogical estimation of an athlete's motor activity state and its development management in the training process. Materials. The article offers a pedagogical interpretation of the information about biomechanical characteristics of sprinting among female athletes of different qualification. Research methods. scientific-methodical literature analysis, sprinting trainers' progressive pedagogical experience summarizing, pedagogical experiment, testing, statistical data handling. Results. A new approach to the training and competitive activity of highly-qualified female track and field athletes is offered. A pedagogical interpretation of the information about biomechanical characteristics of different qualification female sprinters is given. The experimental methodology is created, based on the complex of individual-technical and personal peculiarities of female athletes, which condition competitive activity success. The research results confirmed the hypothesis about qualitative differences in starting stride rhythm as the system of regulated equalities of biochemical characteristics. Two kinds of starting stride rhythm are revealed. The held analysis gave an opportunity to define three main groups of runners with different leading component during 100 meters distance overcoming. The received results about the character of efforts during the supporting reactions, indirectly indicate power potential, can help to define the type of dynamic structure and plan the program of its development. Conclusion. The results of the pedagogical experiment showed the expediency and effectiveness of biomechanical approach use in the running technique estimation, which helped to improve competitive activity indices among qualified female athletes.

Keywords: track and field athletics, effectiveness of training, qualified female athletes, sprinting, biomechanics, competitive activity, running technique.

For citations: Aleksey V. Meshcheryakov. Pedagogical interpretation of information about biomechanical characteristics of sprinting among female athletes. The Russian Journal of Physical Education and Sport. 2018; 13 (4): 17-24. DOI 10.14526/2070-4798-2018-13-4-23-30.

Введение

1. В современной системе спортивной тренировки принципы специализации и индивидуализации являются одними из основополагающих. В исследованиях Е. Е. Аракеляна и др. показано, что индивидуальность спортсмена может быть эффектно выражена в рамках общих положений, характеризующих рациональные формы построения тренировочного процесса [Выявить информативную ценность отдельных динамических и кинематических характеристик движений для диагностики различных аспектов состояния двигательной функции легкоатлеток-спринтеров с целью повышения эффективности тренировок.

2. Определить информативные биомеханические характеристики беговых движений для оценки качества отдельных элементов движения и эффективности их структурной организации.

3. Изучить показатели технической подготовленности квалифицированных спортсменок для разработки новых, перспективных методик подготовки юных спортсменов и ближайшего резерва сборной команды страны.

4. Разработать и предложить к внедрению комплексную методику оценки основных параметров спортивно-технической подготовленности спринтеров, включая обеспечивающие её технические средства.

Материалы и методы

В исследовании участвовали спортсменки разной квалификации - 1 разряд-КМС-МС (n=45, по 15 человек в каждой группе, возраст 17±1 лет). В ходе проведения исследования они пробегали с низкого старта контрольную дистанцию с максимальной скоростью (60 м). Антропометрические измерения осуществлялись по схеме В. В. Бунака. Рассчитывался индекс Кетле. Определение процентного состава массы жировой, костной, мышечной тканей проводилось по соответствующей методике (В. В. Козлов, А. А. Гладышева).

Педагогический эксперимент был осуществлен в естественных условиях тренировочного

процесса с октября 2017 г. по июль 2018 г. При выполнении контрольных упражнений регистрировались динамограммы опорных реакций с помощью тензометров, помещенных в стельках беговых туфель. Скорость бега регистрировалась посредством системы измерения времени электронным хронометром. Пространственные характеристики движений анализировались по материалам скоростной видеосъёмки. Был проведен сравнительный анализ биохимических характеристик стартового разгона спортсменок разного уровня мастерства.

Результаты и обсуждение

При исследовании антропометрических показателей легкоатлеток различной квалификации (1-й разряд-КМС-МС) не отмечено достоверных различий: спортсменки указанных выше групп не различаются достоверно в длине тела (1б7,2±5,2 см), массе тела (58,11±2,57 кг). При этом с ростом квалификации наблюдается незначительное увеличение относительной массы тела, однако эти изменения также недостоверны (Р > 0,05). Относительная масса тела соответствует рекомендуемым средним значениям для женщин данного возраста (346-351 г/см). Квалифицированные спортсменки на спринтерские дистанции имеют относительно длинные нижние конечности при небольшой длине туловища, при этом соотношение длины ног к длине тела составляет 5З,6±0,75%. Перед экспериментальной работой на основе комплексных исследований были определены антропометрические данные легкоатлеток, их биологический возраст, характеристики специальной силовой подготовленности и параметры соревновательной структуры бега, психофизиологические особенности спортсменок. Для решения поставленных задач важно выявить информативные биомеханические характеристики беговых движений для оценки качества отдельных элементов движения и эффективности их структурной организации. Для этого были определены следующие характеристики:

- характер усилий при опорных реакциях;

- временные интервалы опорных реакций полета и амортизации;

- показатели ритма сдельных частей, фаз, периодов бега и беговых шагов;

- скоростные параметры локомоций.

Динамические и кинематические параметры беговых шагов стартового разгона были исследованы с целью выявления факторов, определяющих специфику ритмического рисунка стартового ускорения спринтеров. Регистрация динамических кривых опорных реакций и временных интервалов фаз каждых последовательных беговых шагов до 60-го метра дистанции осуществлялась с помощью тензометрического комплекса и специальной аппаратуры. Был проведен сравнительный анализ биохимических характеристик стартового разгона спортсменок разного уровня мастерства. Пространственные характеристики движений анализировались по материалам скоростной видеосъемки.

Проведённое исследование позволило выявить типичные образцы биомеханических элементов скоростного бега, детерминируемые квалификацией, полом и возрастом испытуемых. Оказалось, возможным выделить три основных типа биомеханических конструкций, характеризующихся специфическими особенностями.

Первый тип отражает высшие показатели спринтерской квалификации. Он характеризуется выраженной силовой концентрацией, коротким временем опорной реакции, которое, как правило, менее продолжительно (80-90 мс), чем длительность полетного интервала (110-130 мс). Кривая вертикальной составляющей усилий не имеет флюктуаций и характеризуется острым пиком на максимуме. Ритм стартового разгона в этом случае имеет определённые особенности. Наиболее существенной чертой стартового ритма является быстрое сокращение длительности опорных периодов при увеличении продолжительности полётного времени от шага к шагу.

Второй тип биомеханической структуры бега демонстрируется атлетками, обладающими

Том 13 № 4 2018

ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА СПОРТИВНОМ ТРЕНИРОВКИ

высоким силовым потенциалом, но не владеющими рациональной техникой. Эти факторы обусловливают определённый характер вертикальной составляющей усилий с выраженной седловиной в фазе амортизации. Эта разновидность биомеханической структуры отличается продолжительным временем опорной реакции (110-120 мс) и почти равным ему временем полётного интервала. Стартовое ускорение таких бегуний не отличается эффективным ритмом, и они нуждаются в более протяженном стартовом отрезке для достижения стабильного соотношения длительностей полетных и опорных фаз беговых шагов. Этот тип беговой техники приводит к перегрузкам мышц ноги и связан с излишней тратой энергии. Главная причина подобных биомеханических погрешностей заключается в жесткой постановке ноги на грунт и неумелом выполнении амортизационной фазы опорной реакции.

Третий тип динамической и кинематической структуры скоростного бега типичен для спортсменок невысокой квалификации. Он характеризуется плавным развитием усилий при опорных реакциях, которые отличаются растянутым максимумом динамической кривой. Время опорной реакции (130-150 мс) значительно продолжительнее, чем длительность полетного интервала (80-100 мс). Ритм бега недостаточно активен в результате невысокой концентрации усилий.

Эффективный ритм стартового разгона спринтера характеризуется плавным и быстрым приближением соотношений полетного и опорного времени бегового шага к показателям, типичным для ритма бега по дистанции. Результаты исследования подтвердили гипотезу о качественных различиях ритма стартового разгона как системы упорядоченных соразмерностей биохимических характеристик. Выявлены две разновидности ритма стартового разгона (таблица 1).

Таблица 1 - Временные характеристики беговых шагов двух типов стартового разгона у девушек-

спринтеров

Тип Фаза Номер шага

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Опора, мс 160 150 135 120 110 100 105 100 100 95 90

1 Полёт, мс 70 90 95 105 115 115 120 120 120 125 130

Шаг, мс 230 230 230 225 225 220 225 220 220 220 225

Опора, мс 160 140 130 125 110 110 90 90 85 85 80

2 Полёт, мс 60 80 90 95 105 120 125 130 135 135 140

Шаг, мс 220 220 220 220 215 220 215 220 220 220 220

Для первой характерно постепенное в пределах 3-4-х первых стартовых шагов достижение

показаний частоты шагов, близкой к бегу по дистанции.

Вторая разновидность ритма стартового разгона отличается реализацией дистанционной частоты шагов, начиная со второго шага стартового разгона.

Сбои в ритме стартового разгона проявляются в нарушении последовательности сокращения длительности опорных интервалов беговых шагов при одновременном последовательном увеличении длительностей полётного времени в длине бегового шага. Проанализированные динамограммы вертикальной составляющей опорных реакций беговых шагов спринтеров разной квалификации отличаются по характеру переднего фронта кривой. Нарушение ритма связано с растягиванием времени амортизационной фазы и неравномерностью нарастания усилий при опорных реакциях до максимума. Эти динамические процессы, в свою очередь, детерминируются факторами кинематического порядка. К их числу относятся: выбор оптимальной стартовой позы, низкая траектория движения стопы маховой ноги в первом шаге, оптимизация углов в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах в каждом из последовательных шагов в стартовом разгоне, при согласованности с уровнем скоростно-силовой подготовленности спринтера.

Для изучения соревновательной структуры бега легкоатлеток на 100 м при проведении всероссийских соревнований с использованием системы электронного хронометрирования и видеозаписи фиксировались: темп и длина шагов, индивидуальная скорость на отрезках дистанции протяженностью 0-30 м; 30-60 м; 60-80 м; 80-100 м. Структуры, определяющие силовую подготовленность, изучались с использованием полидинамометрии и прыжковых тестов. Среди наблюдаемых были 45 легкоатлеток (квалификация: 1 разряд-МС), диапазон результатов которых составлял 10.9-12.2 с.

Преодоление 100-метровой дистанции сильно коррелирует со средней скоростью бега на рассматриваемых отрезках дистанции (г = 0,94-0,96), слабо коррелирует с абсолютной и относительной длиной шагов (г = 0,22), коррелирует с частотой шагов (г = 0,55). Основываясь на имеющихся данных, применяли уравнения регрессии и разработали среднестатистические показатели преодоления отрезков дистанции по времени на определенный результат.

На дистанции 100 м зафиксированы отличия между МС и КМС по средней длине шагов. Между всеми тремя квалификационными группами достоверно (Р<0,05) на дистанции 100 м зафиксированы отличия в темпе беговых шагов. Квалификационные особенности на отрезке стартового разгона по средней длине шагов при этом не были заметны, причём легкоатлеткам различной квалификации свойствен схожий средний модуль шага, составляющий 1,87 о.е. Модуль шага определялся как отношение длины шага к длине ноги. На отрезке стартового разгона (0-30 м) средняя скорость бега слабо коррелирует с длиной шагов (г = 0,25) и достоверно - с частотой шагов (г = 0,56).

На отрезке 30-60 метров частота шагов коррелирует со скоростью бега (г = 0,54) и возрастает до максимума. Длина шагов на данном отрезке незначительно меняется и слабо коррелирует (г = 0,18) со средней скоростью бега. В сравниваемых квалификационных группах спортсменок модуль шага соответствует 2,35 о.е.

На отрезке 60-80 м среди спортсменок групп МС-КМС и 1 разряд-КМС наблюдаются достоверные различия между значениями относительной длины шагов. На рассматриваемом отрезке скорость пробегания коррелирует с относительной длиной шагов (г = 0,62) и со средней частотой шагов (г = 0,48). Между длиной и частотой шагов отмечается взаимосвязь отрицательная (г = 0,19). На данном отрезке стометровой дистанции в структуре бегового шага в связи с наступающим утомлением отмечаются компенсаторные изменения в технике бега: длина шага увеличивается при снижении темпа. Скорость бега в результате подобной компенсации по сравнению с предыдущим отрезком практически не снижается. Модуль шага у спортсменок составляет в среднем 2,38 о.е.

На заключительном отрезке 80-100 м отмечено дальнейшее снижение темпа бега. При этом

ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА СПОРТИВНОМ ТРЕНИРОВКИ

снижение темпа не компенсируется увеличением длины шагов; скорость понижается на 2-4% и умеренно коррелирует с длиной (г = 0,36) и частотой (г = 0,45) шагов. Различия между группами легкоатлеток (1 разряд-КМС) выражены в значительной мере по показателям темпа, а между группами КМС-МС - по длине шагов. Соответственно, модуль шага составляет 2,44 о.е.

Проведенный анализ позволил выделить 3 основных типа девушек-спринтеров с различным ведущим компонентом преодоления стометровой дистанции. Легкоатлетки первого типа пробегают сравнительно «укороченным» шагом: у них отношение средней длины шагов к темпу составляет 1,10-1,13 о.е. Легкоатлетки второго типа преодолевают дистанцию «удлиненным» шагом (1,231,27 о.е.). Легкоатлетки третьего типа по соотношению длины и частоты шагов занимают среднее положение по сравнению с первыми двумя группами, имеют относительную длину шагов 1,16-1,22 о.е. Таких спортсменок отмечено около 80% от общего числа спортсменок, принявших участие в исследовании.

При помощи корреляционного анализа отмечено, что у спортсменок, имеющих различную квалификацию в беге на 100 м, результаты коррелируют достоверно со значениями произвольной максимальной изометрической и относительной силой мышц ног (г = 0,62-0,83). Значения относительной и максимальной силы мышц нижних конечностей у девушек-легкоатлеток разного квалификационного уровня различаются достоверно (Р <0,05).

Проявляемые за 0,1 с показатели взрывной силы мышц ног имеют тесную взаимосвязь со временем бега на 100 м (г = 0,64-0,83). Показанные результаты на 100 м коррелируют достоверно с результатами при тестировании десятикратным прыжком с места в относительных (г = 0,78) и абсолютных (г = 0,65) значениях.

Полученные в ходе исследования данные обнаружили высокую информативность и надежность показателей (проявляемой за 0,1 с) максимальной изометрической, относительной и взрывной изометрической силы для оценки силовых возможностей спортсменок-легкоатлеток. Значения показателей, отмеченные у легкоатлеток разного квалификационного уровня, могут служить модельными характеристиками для индивидуальной коррекции тренировочных программ. С учетом полученных данных были разработаны индивидуальные модели структуры бега на запланированный результат. В связи с текущим физическим состоянием спортсменок, их психофизиологическими особенностями были определены принципиальные подходы к коррекции тренировочных воздействий.

Заключение

Используя изученные информативные биомеханические характеристики на основании результатов экспериментальной работы для решения различных задач обучения эффективной технике и спринтерской тренировки, можно сделать заключение о широких возможностях средств диагностики состояния двигательной функции спортсменок-спринтеров.

Реализованный подход позволяет установить ограничения на интерпретацию биомеханической информации в связи с конкретными педагогическими запросами. Например, данные о характере усилий при опорных реакциях, косвенно свидетельствующие о силовом потенциале, могут помочь определить тип динамической структуры и наметить программу ее совершенствования. Но они не дают возможности сделать какое-либо заключение о тонких механизмах мышечной деятельности. Для этого необходимы другие, более «чувствительные» методы аппаратурной диагностики, в частности - методы электромиографии в сочетании со скоростной видеосъёмкой.

Результаты исследования демонстрируют очевидную важность срочной информации о временных и силовых характеристиках беговых шагов в процессе технического совершенствования спринтеров. С помощью этой информации становится возможным выявить причины

индивидуальных технических ошибок и выбрать адекватные упражнения для их устранения.

Данные о скорости бега на отдельных отрезках дистанции могут быть конкретно интерпретированы при сопоставлении с результатами регистрации ритмических характеристик бега спортсменки-разрядника и спортсменки сборной команды страны по легкой атлетике.

В то же время естественно предположить, что новые технологии получения срочной информации должны получить развитие в соответствии с потребностями подготовки спринтеров высокого класса теоретический аспект. Результаты исследования могут представлять интерес в связи с ролью стабильности частоты беговых шагов как важного фактора организации оптимально-ритмической структуры стартового разгона спринтеров. Значительно более широкие перспективы открываются на путях компьютерного анализа всей совокупности вышеупомянутых информативных биомеханических характеристик, осуществляемого в интересах выявления персональных и типологических статистических закономерностей динамики этих характеристик под влиянием срочных и долгосрочных педагогических воздействий.

Список литературы

1. Мирзоев О.М. Анализ кинематических характеристик технического мастерства высококвалифицированных легкоатлетов в беге на 100 м. Современные тенденции развития лёгкой атлетики в мире: спорт высших достижений и подготовка резервов : сборник научно-методических материалов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной8о-летию образования кафедры теории и методики лёгкой атлетики имени Н. Г. Озолина. М.: РГУФКСМиТ. 2017: 13-23.

2. Анисимова Е.А., Катенков А.Н., Назаренко Л.Д. Факторы, влияющие на результативность бега на 400м квалифицированных спортсменок 17-20 лет. Педагогико-психологические и медико-биологические проблемы физической культуры и спорта. 2017; 12(3): 29-37. DOI: 10.1452б/03_2017_231.

3. Мироненко И.Н. Современные тенденции и биологические аспекты развития бега на короткие дистанции в мире. Современные тенденции развития лёгкой атлетики в мире: спорт высших достижений и подготовка резервов: сборник научно-методических материалов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 80-летию образования кафедры теории и методики лёгкой атлетики имени Н. Г. Озолина. М.: РГУФКСМиТ. 2017: 70-78.

4. De Ruiter C.J., De Haan A. Similar effects of cooling and fatigue on eccentric and concentric force-velocity relationships in human muscle. Journal of Applied Physiology. 2001; 90: 2109-2116.

5. Pincivero D.M., Gandaio C.M., Ito Y. Gender-specific knee extensor torque, flexor torque, and muscle fatigue responses during maximal effort contraction. European Journal of Applied Physiology. 2003; 89: 134-141.

6. Bragada J.A., Santos P.J., Maia J.A., Colaco P.J., Lopes V.P., Barbosa T.M. Longitudinal study in 3000 m male runners: Relationship between performance and selected physiological parameters. Journal of Sports Science and Medicine. 2010; 9: 439-444. URL: http://www.jssm.org/vo19/n3/12/v9n3-12pdf.pdf.

7. Davison R.R., Someren K.A., Jones A.M. Physiological monitoring of the Olympic athlete. Journal of Sports Science. 2009; 27(13): 1433-1442. DOI: 10.1080/02640410903045337.

8. Manzi V., Iellamo F., Impellizzeri F., D'Ottavio S., Castagna C. Relation between individualized training impulses and performance in distance runners. Medicine and Science in Sports and Exercise. 2009b; 41(11): 2090-2096. DOI: 10.1249/MSS.0b013e3181a6a959.

9. Mujika I., Padilla S. Detraining: Loss of training-induced physiological and performance adaptations. Part II: Long term insufficient training stimulus. Sports Medicine. 2000; 30(3): 145-154. DOI: 10.2165/00007256-200030030-00001.

10. Gould D., Greenleaf C., Guinan D., Chung Y. A survey of U.S. Olympic coaches: Variables perceived to have influenced athlete performances and coach effectiveness. The Sport Psychologist. 2002; 16: 229-250.

11. Gould D., Greenleaf C., Guinan D., Dieffenbach K., McCann S. Pursuing performance excellence: Lessons learned from Olympic athletes and coaches. Journal of Excellence. 2001; 4: 21-43.

12. Bonacci J., Chapman A., Blanch P., Vicenziro B. Neuromuscular adaptations to training, injury and passive interventions: Implications for running economy. Sports Medicine. 2009; 39(11): 903-921.

Том 13 № 4 2018

ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА СПОРТИВНОЙ ТРЕНИРОВКИ

DOI: 10.2165/11317850-000000000-00000.

13. Cavagna G.A., Mantovani M., Willems P.A., Musch G. The resonant step frequency in human running. Pflugers Archiv - European Journal of Physiology. 1997; 434(6): 678-684. DOI: 10.1007/ s004240050451.

14. Fletcher J.R., Esau S.P., Macintosh B.R. Changes in tendon stiffness and running economy in highly trained distance runners. European Journal of Applied Physiology. 2010; 110(5): 1037-1046. DOI: 10.1007/s00421-010-1582-8.

15. Hunter I., Smith G.A. Preferred and optimal stride frequency, stiffness and economy: Changes with fatigue during a 1-th high-intensity run. European Journal of Applied Physiology. 2007; 100(6): 653661. DOI: 10.1007/s00421-007-0456-1.

Статья поступила в редакцию: 17.10.2018

Мещеряков Алексей Викторович - кандидат биологических наук, доцент, Ульяновский государственный педагогический университет имени И.Н. Ульянова, 432700, Россия, г. Ульяновск, Площадь 100-летия со дня рождения В.И. Ленина, дом 4, e-mail: aleksei236632@yandex.ru