Введение к работе
Актуальность. Среди учебных дисциплин, изучающихся в институтах физической культуры, особое место занимает анатомия. Одним из наиболее важных разделов ее является динамическая анатомия или, как теперь ее называют, динамическая морфология (по решению предметной комиссии Комитета по физической культуре).
Динамическая морфология (ДМ) - наука, изучающая анатомическую основу движений и положений тела человека. Она находится в неразрывной связи с биомеханикой. Различают общую и частную динамическую морфологию. Общая ДМ изучает влияние строения органов на организацию двигательных действий, частная изучает конкретные движения, имеющие прямую практическую значимость.
Исторически ДМ связана с именами выдающихся исследователей: К.Галеном (130-201), Авиценной (980-1037), Борелли (1608-1779), И.М.Сеченовым, Н.А.Бернштейном, П.Ф.Лесгафтом. Наиболее крупный вклад в создание ДМ внес М.Ф.Иваницкий, который в 1928 г. опубликовал "Записки по динамической анатомии" и таким образом положил начало для систематического развития новой научной дисциплины.
Биомеханика движений человека (спорта) интенсивно развивалась в 70-80 годы. Связано это было с внедрением в научные исследования вычислительной техники, математического моделирования, точной аппаратуры для измерения кинематических и динамических характеристик, электромиографии и др. В 90-е годы наметилось экстенсивное развитие биомеханики, проводится множество экспериментальных исследований, однако, нет сколько-нибудь крупных теоретических работ. Видимо поэтому в Jornal of Sports Sciences были опубликованы две статьи, посвященные прогнозу развития биомеханики в XXI веке.
В.М.Зациорский с соав.(1994) видит будущее развитие биомеханики в совершенствовании известных методов регистрации движений человека и математического аппарата. Предполагается, что фундаментальные направления исследования будут связаны с решением следующих проблем:
измерение, описание и объяснение движений;
изучение работы мышц в движении;
исследование строения опорно-двигательного аппарата;
междисциплинарные исследования (механика, энергетика, метаболизм, кровоток и пр.).
Из поля зрения В.М.Зациорского полностью выпали проблемы теории биомеханики и содержания образования - предмета биомеханики спорта.
M.R.Yeadon и J.H.Challis (1994), в отличие от В.М.Зациорского с соав., четко разделяют биомеханику на эмпирическую и теоретическую. Эмпирическая биомеханика отвечает на вопросы ЧТО? и КАК? движется. В развитии эмпирической биомеханики между мнениями авторов статей нет принципиального различия. Новым является анализ развития теоретической биомеханики, которая должна отвечать на вопрос ПОЧЕМУ?. M.R.Yeadon е.а. в соответствии с философскими работами S.D.Beck (1960), O.V.S.Heath (1970), J.T.Davies (1973) считают, что цикл развития теории следующий: "теория - прогноз - эксперимент модификация теории". Более подробно о циклах-моделях развития науки изложено у ССЛаденко (1989-1992). В биомеханике авторы предлагают рассматривать в качестве теоретических исследований изучение движений человека с помощью моделей, построенных в Ньютоновской механике, в частности, решение прямой и обратной задач динамики. Причем, авторы часто не замечают, что решение прямой и обратной задач есть лишь продолжение эмпирических исследований, получение из определенных экспериментальных данных производных величин. В последнее время теоретические исследования ведутся с помощью скелетно-мышечных моделей разной степени сложности (например, Б.И.Прилуцкий с соав.,1990). Для решения систем дифференциальных уравнений используются методы оптимизации, однако почти все разумные критерии дают примерно одинаковые и адекватные оценки необходимой мышечной активности. Следовательно, возникает неопределенность, задача не получает однозначного решения.
Основным недостатком работы M.R.Yeadon и J.H.Challis является смешение исследовательских подходов эмпирической и теоретической биомеханики. М.В.Мостепаненко еще в 1972 г. четко разделил эмпирические и теоретические методы исследования. На теоретической стадии развития науки (исследования) новые знания приобретаются на основе построения идеальных объектов (моделей) с последующим имитационным моделированием (игры) в условиях существования реального объекта.
Таким образом, в настоящее время существуют проблемы в развитии динамической морфологии и биомеханики, поэтому необходимо: показать различие между эмпирической и теоретической биомеханикой движения человека (спорта), определить их объект и предмет исследования, разработать метод теоретического исследования двигательных действий человека,
показать единство биомеханики и динамической морфологии в теоретических исследованиях и доказать их корректность в эксперименте.
Методологической основой исследования явились труды специалистов по теории научного познания, теоретические исследования в области динамической морфологии Иваницкого М.Ф., Никитюка Б.А. и биомеханики - Д.Д.Донского, В.М.Зациорского, Н.Г.Коренева, J.Hay, M.Yeadon.
Предметом исследования настоящей работы являются анатомо-биомеханические особенности организации двигательных действий в скоростно-силовых видах легкой атлетики. Следовательно, будут рассматриваться двигательные действия, в которых лимитирующим механизмом энергообеспечения является алактатный, а также максимальные силовые, скоростные способности мышц, подвижность в суставах.
С точки зрения анатомо-биомеханических особенностей строения тела человека можно выделить следующие параметры и характеристики.
Анатомические и антропометрические:
масса тела,
обхватные, длиннотные и широтные признаки тела,
толщина кожно-жировых складок,
размеры костей,
места крепления мышц,
ход линии действия мышц. Биомеханические:
масса звеньев,
положение центров масс звеньев,
моменты инерции относительно сагиттальной, фронтальной и вертикальной (продольной) осей, проходящих через центр масс сегментов тела,
общий центр масс тела (ОЦМТ).
Под скоростно-силовыми видами легкой атлетики будем рассматривать прыжки и спринтерский бег; метания и другие виды в этой работе не изучаются.
Организация двигательного действия (ДД) возможна при наличии ЦНС, мышцы, костей, объединенных в суставы. В ЦНС формируется программа ДД, которая передается по пирамидальной и экстрапирамидальной системам к мышцам. По мнению Н.В.Зимкина (1972), эффекторный компонент программируемого движения требует соответствия программы вьтолнения двигательного акта функциональным возможностям мышц и обеспечивающих их работу вегетативных органов. Рассогласование между необходимой программой и фактическим выполнением
движения особенно усиливается при изменении периферического
исполнительного органа. Функциональные возможности
периферических органов постоянно изменяются, например, происходит увеличение или уменьшение силы мышц под влиянием тренировки или утомления, изменениям подвержены параметры телосложения и масс-инерционные характеристики (МИХ). Следовательно, при изменении размеров тела у детей, при изменении МИХ с ростом силы мышц или при уменьшении жирового компонента тела спортивная техника должна подстраиваться под новые условия. Отсюда вытекает гипотеза и цель нашего исследования.
ГИПОТЕЗА - целостное двигательное действие можно
представить как взаимодействие относительно самостоятельных
биомеханизмов человеческого тела, каждый из которых двигается
произвольно и решает определенные задачи целостного
двигательного действия; различие в технике выполнения
скоростно-силовых упражнений у лиц с разным телосложением
обусловлено влиянием МИХ различных частей тела
(биомеханизмов) и функциональным состоянием мышц.
ЦЕЛЬ - разработать методику теоретического исследования целостных двигательных действий и изучить влияние телосложения и массинерционных характеристик отдельных биомеханизмов на организацию двигательных действий в скоростно-силовых видах легкой атлетики.
Для решения проблемы необходимо изучать спортсменов с разным телосложением. Очевидно, что наиболее подходящий контингент - дети, занимающиеся спортом. Однако, более точно ответить на поставленный вопрос можно в специально организованном эксперименте, когда геометрия масс изменяется с помощью присоединения к звеньям тела опытных взрослых спортсменов дополнительных масс. Отсюда следует выбор объекта исследования.
ОБЪЕКТ - квалифицированные взрослые спортсмены и дети 12-19 лет, специализирующиеся в прыжках и спринтерском беге.
1. Разработать методику теоретического исследования
движений человека с позиций динамической морфологии и
биомеханики.
2. Разработать методику оценки массинерционных
характеристик у детей по массе и длине тела.
3. Изучить особенности распределения геометрии масс в теле у
детей, занимающихся скоростно-силовыми видами легкой атлетики
(прыжки, спринт).
4. Исследовать взаимозависимости антропометрических
показателей и массинерционных характеристик с данными
результатов тестирования в прыжках и спринтерском беге.
-
Изучить организацию двигательных действий в прыжках и спринтерском беге на основе анализа функционирования биомеханизмов.
-
Исследовать влияние дополнительных масс на звеньях тела спортсменов на организацию двигательных действий.
Новизна исследования. В диссертации теоретически обоснован и экспериментально подтвержден новый методологический подход для изучения двигательных действий, в основе которого заложено понятие - "БИОМЕХАНИЗМ". Оно объединяет в себе знания динамической морфологии и биомеханики движений человека. На основе нового подхода при анализе скоростно-силовых легкоатлетических упражнений выявлены и описаны действия основных биомеханизмов. Теоретически и экспериментально показано влияние массинерционных характеристик на организацию двигательных действий.
Теоретическая значимость исследования. Разработка нового подхода изучения движений человека на основе биомеханизмов создает предпосьшки для развития теоретической биомеханики и динамической морфологии. Доказательство влияния масс-инер-ционных характеристик тела человека на технику движений служит теоретической основой для индивидуализации технической подготовки спортсменов.
Практическая значимость исследования. В диссертационном исследовании выявлены основные биомеханизмы, которые используют спортсмены в прыжках и спринтерском беге. Знание их может использоваться при разработке планов технической подготовки спортсменов, при разработке учебных пособий по анатомии, биомеханике спорта, легкой атлетике, а также при чтении лекций для студентов и аспирантов.
-
Понятие БИОМЕХАНИЗМ создает основу для развития теоретической биомеханики и динамической морфологии.
-
Метод оценки массинерционных характеристик сегментов тела по длине и массе тела детей от 2 до 19 лет на основе
геометрического моделирования позволяет оценивать направление профессионального отбора в детско-юношеском спорте.
3) Основные биомеханизмы реализации двигательных действий
в прыжках и спринтерском беге могут служить основой для
разработки прикладной теории технической подготовки
легкоатлетов.
4) Телосложение и массинерционные характеристики тела
влияют на организацию двигательных действий спортсмена.
Добавление массы к звеньям, движения которых согласуются с
функционированием основных частей тела, позволяет повысить
мощность работы неосновных мышц и в целом результат
двигательного действия максимальной интенсивности, скоростно-
силового характера. Добавление массы к звеньям, движение
которых осуществляется мышцами с предельной мощностью,
приводит к снижению результата двигательного действия
максимальной интенсивности, скоростно-силового характера.
ИССЛЕДОВАНИЯ. Основные положения проведенного
исследования докладывались на научных семинарах кафедр анатомии, биомеханики и Проблемной НМЛ РГАФК, научных конференциях 1994 и 1996 гг. Тунисского института физической культуры и РГАФК. Теоретико-практические материалы опубликованы в двух монографиях и статьях.
Исследования проводились на базе Института физической культуры Туниса, Спортивной школы Республики Тунис, кафедры анатомии и Проблемной научно-исследовательской лаборатории Российской государственной академии физической культуры.
Антропометрическое обследование и тестирование детей с применением видеосъемки выполнялось в 1988-1992 г в Тунисе.
Лабораторные исследования по изучению двигательных действий с дополнительной присоединенной массой проводились в группе биомеханики ПНИЛ РГАФК (руководитель профессор А.А.Шалманов) в 1992 г.
Консультации и обработка экспериментальных данных проводились на базе кафедры анатомии и ПНИЛ РГАФК.
Программное обеспечение для биомеханических расчетов видеосъемки разработали сотрудники ПНИЛ РГАФК В.Н.Селуянов, Е.Г.Антохина и В.Т.Тураев, для работы с Селспотом и тензоплатформой - К.В.Анненков и А.В.Григоренко.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и библиографии, включающей 229 наименований, из них 81 зарубежных авторов.
Диссертация содержит 217 страниц машинописного текста, 8 рисунков и 20 таблиц.