Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературных источников 10
1.1 Понятие об асимметрии, методы ее исследования и теории происхождения 10
1.2 Виды двигательной асимметрии 13
1.3 Индивидуальный профиль асимметрии 18
1.4 Асимметрия итравматизм в спорте 26
1.5 Силовые способности спортсменов
1.5.1 Измерение силовых возможностей человека 29
1.5.2 Зависимость силы действия человека от положения тела 35
Глава 2. Задачи, методы и организация исследования 46
2.1 Анализ научно-методической литературы 46
2.2 Лабораторный эксперимент
2.2.1 Динамометрический аппаратно-программный комплекс «Biodex System-3» 47
2.2.2 Динамометрический аппаратно-программный комплекс «AMTI» 51
2.2.3 Оптико-электронный и динамометрический аппаратно-программный комплекс «Qualisys» 2.3 Методы математической статистики 56
2.4 Организация исследования 58
Глава 3. Результаты исследования 61
3.1 Изменение максимального момента силы мышц коленного сустава в изометрическом режиме сокращения и асимметрия в силовых возможностях мышц нижних конечностей 61
3.2 Индивидуальные особенности в изменении максимального момента силы мышц передней и задней поверхности бедра и асимметрия силовых возможностей мышц нижних конечностей з
3.3 Зависимости максимального момента силы и мощности от угловой скорости в коленном суставе при преодолевающем режиме сокращения и асимметрия в силовых возможностях мышц 72
3.4 Асимметрия скоростно-силовых возможностей спортсменов в зависимости от вида спорта и возраста 77
3.4.1 Асимметрия скоростно-силовых показателей мышц коленного сустава у футболистов 78
3.4.2 Асимметрия скоростно-силовых показателей мышц коленного сустава у барьеристов разного возраста 80
3.4.3 Асимметрия скоростно-силовых показателей мышц коленного сустава у тяжелоатлетов 85
3.4.4 Асимметрия скоростно-силовых показателей мышц коленного сустава у баскетболистов-паралимпийцев 87
3.5 Взаимосвязь показателей асимметрии с результатом двигательного задания 90
3.6 Асимметрия и координационные способности в ударных действиях 92
Выводы 99
Практические рекомендации 102
Список литературы
- Виды двигательной асимметрии
- Динамометрический аппаратно-программный комплекс «Biodex System-3»
- Индивидуальные особенности в изменении максимального момента силы мышц передней и задней поверхности бедра и асимметрия силовых возможностей мышц нижних конечностей
- Асимметрия скоростно-силовых показателей мышц коленного сустава у барьеристов разного возраста
Виды двигательной асимметрии
Функциональная асимметрия является той объективной реальностью, которая проявляется как в строении тела человека, так и в деятельности различных органов и систем [1, 11, 15, 18, 52, 62, 86]. Известно, что психологической и физиологической основой индивидуальных различий двигательной деятельности человека является индивидуальный профиль асимметрии (ИПА) мозга, который во многом определяет характеристики произвольных движений [10, 11, 12, 40, 58]. Отражая особенности функционирования различных механизмов, лежащих в основе организации и управления двигательными действиями, он является одним из ведущих факторов повышения функциональных возможностей человека.
Изучение функциональной асимметрии тесно связано с разработкой методов исследования этой проблемы. Прежде всего, это клинические наблюдения за больными с поражениями тех или иных отделов правого и левого полушарий мозга, которые проявляются в поведении пациентов [33].
С развитием нейрохирургии возникли новые подходы к изучению функциональной специализации полушарий, основанные на раздражении мозга слабым электрическим током и анализом ощущений пациентов. Не менее интересные данные были получены в результате операций над больными, в процессе которых путем введения в сонную артерию снотворного вещества временно выключали деятельность одного из полушарий [30, 31]. Еще больших успехов в решении обсуждаемой проблемы удалось достичь при операциях с перерезкой всех нервных путей, связывающих правое и левое полушария. В результате этого оба полушария функционируют независимо друг от друга [132, 150, 161].
Еще один метод исследования функциональной специализации полушарий мозга основан на электрошоковой терапии. На голову больного накладываются электроды и производят строго дозированное электрическое воздействие, в результате которого больные некоторое время находятся в бессознательном состоянии. В результате такого воздействия у врачей-психиатров появилась возможность добиваться лечебного эффекта различных психозов. Однако более эффективным для изучения функциональной асимметрии стал метод односторонней шоковой терапии [73, 99, 100]. Односторонний электрошок угнетает не весь мозг, а только одну его половину. Таким образом, человек мыслит и действует только активным полушарием, что дает возможность изучать функции правого и левого полушария в отдельности.
На ранних этапах изучения функциональной асимметрии интерес ученых был сконцентрирован на том, как она сформировалась, и как анатомически и функционально симметричный мозг животных стал функционально асимметричным у человека [74].
Специфически человеческие функции, такие как речь и абстрактное мышление, свойственные левому полушарию, по мнению многих ученых, обусловлены ведущей ролью правой руки в трудовой деятельности. Как известно, управляющая роль в движениях правой руки принадлежит левому полушарию. Таким образом, в процессе эволюции возникновение новой функции у человека и совершенствование образного мышления, унаследованного от животных и свойственного правому полушарию, привели к функциональной асимметрии мозга человека [55, 99, 100]. И все же, несмотря на существование функциональной асимметрии в деятельности правого и левого полушария, нормальная психическая деятельность человека предполагает их совместную работу [55].
У человека, как и у многих животных, большинство органов парные: две руки, две ноги, два глаза, два уха, две почки, два полушария мозга. Парность органов не означает их одинаковое функционирование. Мы знаем, какая рука у нас ведущая: она выполняет наиболее сложные, тонкие операции. У большинства людей это правая рука. Мы едим, шьем, пишем, рисуем правой рукой. Среди людей правши, использующие для точных действий правую руку, составляют 90%, тогда как левши составляют в среднем 10%, такая тенденция наблюдалась всегда у представителей всех рас и культур.
В процессе изучения причин появления леворуких людей возникли три основных направления: «генетическое», «культурное» и «патологическое».
В настоящее время наибольшее распространение получила генетическая теория. Согласно теории М. Annett [118] асимметрия мозга объясняется наличием одного гена, который она назвала фактором «правого сдвига». Если данный фактор имеется у человека, то он предрасположен быть правшой. Если фактор отсутствует, человек может быть либо левшой, либо правшой в зависимости от обстоятельств. При этом большое значение придается повреждениям мозга до и после родов, которые могут повлиять на фенотипическую реализацию фактора «правого сдвига».
Существует генетико-культурная гипотеза функциональной асимметрии. Английский ученый из Кембриджа К. Лэлэнд и его коллеги считают, что левостороннее предпочтение генетически и культурологически обусловлено [145].
Другие ученые причиной возникновения межполушарной и двигательной асимметрии считают социальное воспитание, опыт, условия жизни [90, 91].
Наряду с представленными выше теориями, широко распространены представления о патологическом происхождении леворукости. Так, например, А.П. Чуприков [111, 112] видит причину асимметрии во врожденной энцефалопатии. В подтверждение приводятся факты увеличения левшей среди близнецов, особенности дородового развития которых предполагают риск внутриутробной гипоксии мозга. В пользу этого подхода говорят и результаты проб Вада, согласно которым повреждение левого полушария на ранних этапах онтогенеза может привести к смене ведущей руки и доминантного по речи полушария.
Динамометрический аппаратно-программный комплекс «Biodex System-3»
Динамометрический аппаратно-программный комплекс «Biodex System-3» использовался для оценки силовых возможностей мышц нижних конечностей при выполнении движений в одном суставе с разной угловой скоростью при изометрическом и преодолевающем режиме сокращения мышц (рисунок 12). Основными частями «Biodex System-3» являются: 1) кресло позиционирования для фиксации испытуемого; 2) изокинетический динамометр; 3) персональный компьютер с программным обеспечением от производителя. Кресло позиционирования может изменять свое положение относительно динамометра. Путем наклона, поворота и перемещения кресла достигается оптимальное положение испытуемого для выполнения движения в отдельно взятом суставе.
Изокинетический динамометр предназначен для регистрации момента силы на валу динамометра, скорости вращения вала динамометра и угла поворота (положения) вала динамометра. Данные передаются через СОМ-порт в ПК и с помощью программы «System-З» регистрируются в базе данных, после чего возможна фильтрация сигнала и расчет дополнительных показателей.
Кроме этого можно провести калибровку системы, а также задать параметры работы динамометра: режим (концентрический, эксцентрический, изометрический, изокинетический, пассивный, реактивно-эксцентрический), значение вращательного момента силы на валу, угловая скорость вращения вала, диапазон движения вала и положение вала (угол).
Для оценки силовых возможностей нижних конечностей в изометрическом режиме было выбрано статическое разгибание и сгибание в коленном суставе с заданными углами в коленном суставе: 80, 100, 120, 140 и 160.
Для оценки силовых возможностей нижних конечностей в изокинетическом режиме было выбрано концентрическое разгибание и сгибание в коленном суставе с заданной скоростью вращения вала динамометра: 60, 120, 180, 240 и 300%. Испытуемый закреплялся таким образом, чтобы ось вала динамометра совпадала с осью вращения в суставе: - высота динамометра - в зависимости от ростовых показателей испытуемого; - наклон динамометра - 0; - поворот динамометра - 45; - удаленность спинки кресла - в зависимости от ростовых показателей испытуемого; - наклон спинки - 100 в тазобедренном суставе; - поворот кресла - 45.
Для движения в коленном суставе использовалась специальная насадка (рычаг) на вал динамометра с креплением на голени испытуемого. Расстояние от оси вала до места фиксации голени (длина рычага) выбиралось в зависимости от индивидуальных размеров звена испытуемых.
В процессе измерений определялся максимальный момент силы при разгибании и сгибании в коленном суставе правой и левой ноги и средняя мощность в этих движениях. Пример графиков изменения моментов сил в коленном суставе представлен на рисунке 13.
Для регистрации силы реакции опоры при выполнении прыжков вверх с места использовались две динамометрические платформы AMTI модели BP400600HF-2000 (рисунок 14). Сигнал с платформ поступал на усилители AMTI MSA-6, а затем через интерфейс ADI-32 на внешний модуль АЦП «L-Card» Е-440, который через USB-порт был соединен с компьютером. Частота сбора данных 1000 Гц. Расстояние между платформами 50 мм. Для дальнейшей обработки данных использовалось программное обеспечение «ACTest». Каждая платформа была предназначена для регистрации силы реакции опоры одной из ног.
Для изучения кинематики и динамики движения отдельных сегментов тела при выполнении ударов по футбольному мячу использовался оптико-электронный и динамометрический аппаратно-программный комплекс «Qualisys» с программным обеспечением «QualisysTrackManager» (QTM). С помощью программы «QTM» (рисунок 15) производится первичный сбор данных с восьми высокоскоростных видеокамер «Oqus» 3-й серии (рисунок 16) и динамометрической платформы AMTI. Частота съемки 150 Гц, собственная частота платформы 1000 Гц. Камера в инфракрасном спектре подсвечивает пассивные маркеры, закрепленные на теле испытуемого, и регистрирует отраженный сигнал. С помощью серверного оборудования и АЦП система определяет координаты расположения пассивного маркера. Точка отсчета и направление осей трехмерной системы координат определяются по результатам калибровки аппаратно-программного комплекса.
Индивидуальные особенности в изменении максимального момента силы мышц передней и задней поверхности бедра и асимметрия силовых возможностей мышц нижних конечностей
В таблице 13 представлены средние значения скоростно-силовых показателей и коэффициенты асимметрии моментов сил и мощности мышц-антагонистов коленного сустава у футболистов в возрасте 20 лет.
Из таблицы видно, что в среднем между правой и левой ногами отсутствуют статистически значимые различия в силовых возможностях мышц - разгибателей и сгибателей коленного сустава. Коэффициент латеральной асимметрии для мышц - разгибателей правой ноги равен 1,21±0,31, а для мышц-сгибателей 1,05±0,21. Отметим, что скоростно-силовые возможности футболистов высокой квалификации примерно в 2-3 раза превышают возможности юных футболистов в возрасте 11 лет.
Аналогичные закономерности характерны для показателей мощности, измеренной при угловой скорости движения в суставе 240 7с. Коэффициенты асимметрии мышц-антагонистов правой и левой ноги для средних величин показателей мощности несколько больше, чем для средних величин максимального момента силы.
Значительно больший интерес представляют индивидуальные показатели скоростно-силовых возможностей футболистов и показатели их асимметрии (таблица 14). Видно, что у трех спортсменов коэффициенты асимметрии мышц-антагонистов правой ноги существенно отличаются от средних значений. Так, у спортсменов № 2, 3 и 7 эти коэффициенты соответственно равны 1,13, 1,89 и 1,90. Кроме того, у спортсмена № 7 имеет место значительная латеральная асимметрия (1,82) у мышц - разгибателей правой и левой ноги.
Величина этого коэффициента существенно больше 15%, которая рассматривается [151, 152] в качестве допустимой нормы латеральной асимметрии. Аналогичная ситуация наблюдается в показателях латеральной асимметрии мышц - разгибателей коленного сустава у спортсменов № 1 и 2 и показателя асимметрии мышц-сгибателей у спортсмена № 2. Соответствующие величины показателей латеральной асимметрии равны 1,36, 1,26 и 1,38.
Что касается асимметрии скоростно-силовых показателей мышц-антагонистов коленных суставов, то в среднем у большинства спортсменов она примерно одинакова и близка к 1,5. Однако есть футболисты (№ 3 и 7), у которых мышцы передней поверхности бедра правой ноги почти в два раза сильнее, чем задней. Соответствующие коэффициенты асимметрии равны 1,89 и 1,90. Кроме того, следует отметить, что у некоторых спортсменов имеет место существенная разница в величинах коэффициентов асимметрии мышц-антагонистов правой и левой ноги.
По сравнению с футболистами легкоатлеты того же возраста демонстрируют большие величины моментов сил и мощности в коленном суставе. Например, средняя величина максимального момента силы мышц -разгибателей коленного сустава правой ноги у барьеристов составила 158,3± 18,42 Нм, а у футболистов - 112,6±26,73 Нм (р 0,05). Таблица 15 - Средние значения и показатели асимметрии моментов сил и мощности мышц-антагонистов коленного сустава у барьеристов в возрасте 22 лет
Более молодые барьеристы (таблица 16) в среднем развивают меньшие величины моментов сил и мощности в коленных суставах и при этом имеют сходные величины, как коэффициентов латеральной асимметрии, так и показателей асимметрии мышц-антагонистов. Таблица 16 - Средние значения и показатели асимметрии моментов сил и мощности мышц-антагонистов коленного сустава у барьеристов в возрасте 16 лет
Анализ индивидуальных значений показателей асимметрии и скоростно-силовых возможностей мышц коленного сустава убеждает в необходимости индивидуального подхода в оценке подготовленности спортсменов. Среди взрослых и более молодых спортсменов есть несколько барьеристов с выраженной латеральной асимметрией скоростно-силовых возможностей правой и левой ноги. К ним относятся спортсмены № 7, 8, 10, 12 (таблица 17) и спортсмены № 1, 2, 5, 10, 14, 15 и особенно 16 (таблица 18). У этих спортсменов коэффициенты латеральной асимметрии превышают 15%. Таблица 17 - Индивидуальные значения и показатели асимметрии моментов сил (Нм) мышц-антагонистов коленного сустава у барьеристов в возрасте 22 лет
Коэффициенты асимметрии для мышц-антагонистов также свидетельствуют о наличии спортсменов, которых отличает существенное отклонение коэффициента асимметрии от среднего значения примерно равного 1,5. Так, например, у барьериста № 6 (таблица 17) силовые возможности мышц передней поверхности бедра правой и левой ноги значительно больше, чем задней поверхности бедра. Соответствующие величины коэффициентов асимметрии равны 2,13 и 1,94. И наоборот, есть спортсмены, у которых коэффициенты асимметрии мышц-антагонистов правой и левой ноги близки к 1,0, что свидетельствует о примерно одинаковых силовых возможностях мышц передней и задней поверхности бедра. Так, например, среди взрослых барьеристов к таким спортсменам относятся № 5 и 11 (таблица 17), а среди юных барьеристов - № 1, 7 и 11 (таблица 18).
Уровень скоростно-силовых возможностей мышц коленного сустава у баскетболистов-паралимпийцев значительно ниже, чем у футболистов, легкоатлетов и тем более тяжелоатлетов. Максимальные моменты сил мышц -разгибателей и сгибателей коленного сустава у паралимпийцев-мужчин более чем в два раза больше, чем у женщин.
Коэффициенты латеральной асимметрии мышц, как и у выше рассмотренных спортсменов, в среднем близки к единице. У мужчин этот коэффициент равен 0,91±0,21 для правой ноги и 0,93±0,24 для левой, а у женщин величины соответствующих показателей равны 1,10±0,62 и 1,04±0,47. Коэффициенты асимметрии мышц-антагонистов меньше 1,5 (таблица 21). Спортсменов-паралимпийцев отличает большая межиндивидуальная вариативность как показателей скоростно-силовых возможностей, так и показателей асимметрии (таблицы 22 и 23).
Асимметрия скоростно-силовых показателей мышц коленного сустава у барьеристов разного возраста
Уровень скоростно-силовых возможностей мышц коленного сустава у баскетболистов-паралимпийцев значительно ниже, чем у футболистов, легкоатлетов и тем более тяжелоатлетов. Максимальные моменты сил мышц -разгибателей и сгибателей коленного сустава у паралимпийцев-мужчин более чем в два раза больше, чем у женщин.
Коэффициенты латеральной асимметрии мышц, как и у выше рассмотренных спортсменов, в среднем близки к единице. У мужчин этот коэффициент равен 0,91±0,21 для правой ноги и 0,93±0,24 для левой, а у женщин величины соответствующих показателей равны 1,10±0,62 и 1,04±0,47. Коэффициенты асимметрии мышц-антагонистов меньше 1,5 (таблица 21).
Спортсменов-паралимпийцев отличает большая межиндивидуальная вариативность как показателей скоростно-силовых возможностей, так и показателей асимметрии (таблицы 22 и 23). Таблица 21 - Средние значения и показатели асимметрии моментов сил мышц
Среди паралимпийцев-мужчин есть спортсмены со значительной латеральной асимметрией мышц - разгибателей и сгибателей коленных суставов правой и левой ноги. Например, коэффициенты асимметрии у спортсмена № 1 (таблица 22) равны 0,46 и 0,70, а у спортсмена № 10 - 0,61 и 0,55 соответственно. Значительная асимметрия (в 2 и более раз) наблюдается у мышц-антагонистов (спортсмены № 1,6, 7, 8).
Паралимпийцев-женщин отличает значительно большая асимметрия в скоростно-силовых возможностях мышц коленного сустава (таблица 23). Таблица 22 - Индивидуальные значения максимального момента силы (Нм) при разгибании и сгибании ноги в коленном суставе у баскетболистов-паралимпийцев
Сравнительный анализ показателей скоростно-силовых возможностей мышц коленного сустава и коэффициентов асимметрии этих показателей у спортсменов разных специализаций, возраста и квалификации показал, что между ними есть существенные различия.
Выявлено, что индивидуальные закономерности изменения рассмотренных показателей во многом не совпадают с групповыми закономерностями. Поэтому при оценке силовых возможностей тех или иных мышечных групп и их соотношений необходимо использовать индивидуальный подход, что особенно важно в практической работе тренера. Таблица 23 - Индивидуальные значения максимального момента силы (Нм) при разгибании и сгибании ноги в коленном суставе у баскетболистов-паралимпийцев
Латеральная асимметрия скоростно-силовых показателей мышц -разгибателей коленных суставов связана с результатами некоторых двигательных заданий.
Анализ связей между результатами в прыжках вверх с места и коэффициентом латеральной асимметрии мышц - разгибателей коленных суставов у баскетболистов-паралимпийцев выявил наличие статистически значимой отрицательной корреляции между высотой прыжка из приседа без маха руками и показателем латеральной асимметрии. Коэффициент корреляции равен 91
Сходные результаты были получены и у спортсменов других специализаций. В таблице 24 представлены максимальные моменты сил мышц коленных суставов и показатели асимметрии у спортсменов, специализирующихся в плавании и классической борьбе.
Сгибание 80,8±30,6 Коэффициент корреляции между результатом в прыжке вверх с места без маха руками и показателем латеральной асимметрии моментов силы мышц -разгибателей коленного сустава правой и левой ноги равен -0,54 (р 0,05). Спортсмены с меньшими коэффициентами асимметрии показывают более высокие результаты в прыжках. Показатели асимметрии силы мышц передней и задней поверхности бедра статистически значимо не коррелировали с результатом прыжка (0,12 и 0,08 соответственно для правой и левой ноги).
Аналогичные результаты были получены у легкоатлетов при изучении связи между временем в беге и высотой прыжка с показателями латеральной асимметрии скоростно-силовых возможностей мышц - разгибателей коленных суставов (таблица 25). Коэффициент корреляции между Клат и временем в беге на 35 м равен 0,53 (р 0,05). Коэффициент корреляции между Клат и высотой прыжка равен -0,45 (р 0,05). Показатели асимметрии силы мышц передней и задней поверхности бедра статистически значимо не коррелировали с результатом в беге (0,11 и 0,12, соответственно для правой и левой ноги) и высотой прыжка (0,06 и 0,10, соответственно для правой и левой ноги).
В большинстве ударных действий взаимодействие звеньев тела спортсмена происходит по биомеханизму хлеста. В этом биомеханизме максимальная скорость рабочего звена достигается путем последовательного разгона и торможения звеньев тела от проксимального к дистальному. При этом эффективность выполнения ударного действия зависит не только от величин максимальных скоростей звеньев, входящих в кинематическую цепь, но и от временных интервалов между этими максимумами.
Скорость рабочего звена (кисти, стопы, ракетки и т.п.) достигается как за счет того, что в системе действуют законы механики (например, закон сохранения кинетического момента) и внешние силы, так и за счет использования биомеханических свойств двигательного аппарата человека. В частности, сил тяги мышц, сил упругой деформации мышц, передачи энергии между звеньями тела.
В данном разделе рассматриваются результаты исследования биомеханизма хлеста при выполнении двух типов удара по мячу футболистами (без разбега и с разбега с 3-х шагов), выполняемыми доминантной и недоминантной ногой. Под доминантной ногой понимается предпочитаемая спортсменом конечность, которой выполняется ударное действие. Наряду с этим понятием в спорте используют такие понятия, как толчковая и маховая нога.
В таблице 26 представлены максимальные значения скоростей тазобедренного, коленного и голеностопного суставов доминантной и недоминантной ноги при ударе с места. Видно, что оба удара выполняются по биомеханизму хлеста, т.е. происходит последовательное увеличение максимумов скоростей тазобедренного, коленного и голеностопного суставов. Обнаружены статистически значимые различия (р 0,05) между максимумами скоростей доминантной и недоминантной ног для коленного и голеностопного суставов. Так, например, максимальная скорость голеностопного сустава доминантной ноги составляет 14,71±0,67 м/с, а недоминантной - 13,74±0,79 м/с (р 0,05). Между соответствующими показателями тазобедренного сустава статистически значимых различий не обнаружено.
Аналогичные закономерности были найдены при выполнении ударов с разбега (таблица 27). С той лишь разницей, что статистически значимые различия между доминантной и недоминантной ногами обнаружены только для максимальной скорости голеностопного сустава - 17,78±0,89 м/с и 15,34±1,44 м/с, соответственно (р 0,05). Кроме того, максимумы скоростей при ударе с разбега были больше, чем при ударе с места для всех суставов (р 0,05).
