Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 8
ГЛАВА 1. МОТОРНАЯ И СЕНСОРНАЯ ФУНКЦИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ ЧЕЛОВЕКА
И ЖИВОТНЫХ (анализ литературных источников) 15
1.1. Моторная функция скелетных мышц человека и животных
и методы ее исследования 15
1.1.1. Механическая модель мышцы 15
1.1.2. Зависимость между силой и длиной мышц 16
1.1.3. Зависимость между силой и скоростью сокращения мышц 20
1.1.4. Зависимость силы активных мышц от длины и скорости сокращения 24
1.1.5. Зависимость силы, развиваемой мышцей, от уровня ее возбуждения '. 27
1.1.6. Влияние мышечной геометрии на результирующее действие мышцы в организме человека 29
1.1.7. Методы определения морфометрических характеристик мышц нижних конечностей человека 30
1.2. Сенсорная функция скелетных мышц человека и
животных и методы ее исследования 38
1.2.1. Рецепторы опорно-двигательного аппарата человека..38
1.2.2. Зависимость частоты импульсации рецепторов от длины, скорости и напряжения мышцы 39
1.2.3. Способы оценки афферентного притока, поступающего от рецепторов мышц 42
1.3. Прикладное значение исследований моторной и сенсорной функций мышц при выполнении движений человеком 45
1.4. Гипотеза, цель и задачи исследования 52
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА И ОРГАНИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ 55
2.1. Педагогические методы исследования 55
2.1.1. Анализ научно-методической литературы 55
2.1.2. Педагогические наблюдения 56
2.2. Биомеханические и физиологические методы
исследования 56
2.2.1. Антропометрия 58
2.2.2. Фотосъемка 60
2.2.3. Киносъемка 62
2.2.4. Методы регистрации кинематических характеристик движений человека 66
2.2.5. Электромиография 68
2.3. Методы обработки данных исследования 77
2.3.1. Численные методы обработки результатов исследования 77
2.3.2. Статистическая обработка результатов исследования 79
2.4. Организация исследования 80
2.4.1. Подготовка испытуемого к эксперименту 80
2.4.2. Организация и проведение экпериментов 80
2.4.3. Характеристики участников эксперимента 84
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ МОТОРНОЙ И СЕНСОРНОЙ АКТИВНОСТИ
МЫШЦ ПРИ ВЬШОЛНЕНИИ ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ 86
3.1. Обоснование методики оценки моторной активности
мышц 86
3.1.1. Допущения, принятые при использовании моделирования для расчета морфометрических характеристик мышц...86
3.1.2. Зависимости между морфометрическими характеристиками мышц нижних конечностей и межзвенными углами 90
3.1.3. Определение констант, характеризущих расстояния
от мест прикрепления мышц до центров вращения
в суставах 102
3.1.4. Сравнительный анализ методов определения морфометрических характеристик мышц 106
3.1.5. Фазовые траектории мышц - новый способ представления результатов, характеризующих моторную активность мышц 111
3.2. Обоснование способа косвенной оценки величины
афферентного притока, поступающего от проприоре-
цепторов мышц 114
3.2.1. Предположения и модели, используемые для оценки величины афферентного притока, поступающего от рецепторов мышц 114
3.2.2. Сравнительный анализ различных способов оценки величины афферентного притока, поступающего от проприорецепторов 120
3.3. Программа M0RF0METR для вычисления морфометрических
характеристик мышц и определения величины их
афферентной активности 123
3.4. Резюме 125
ГЛАВА 4. МЕХАНИЗШ РЕГУЛЯЦИИ АКТИВНОСТИ МЬШЩ ПРИ РАЗЛИЧНОМ
ТЕМПЕ ДВИЖЕНИЙ 126
4.1. Изменение параметров электрической активности мышц (ЭАМ) человека в зависимости от темпа движений...126
4.1.1. Зависимость между длительностью ЭАМ и темпом движений 127
4.1.2. Взаимосвязь относительной длительности ЭАМ и
темпа движений 136
4.1.3. Зависимость между моментом начала активности
мышцы и темпом движений 1 44
4.2. Изменение морфометрических и скоростных характеристик мышц при различном темпе движений 151
4.2.1. Фазовые траектории мышц при различном темпе педалирования 151
4.2.2. Фазовые траектории мышц при различном темпе
бега 161
4.3. Механизмы регуляции активности мышц при выполнении движений в различном темпе 170
4.4. Биомеханические факторы, обеспечивающие достижение максимального темпа при педалировании и беге 181
4.5. Резюме 184
ГЛАВА 5. БИОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ ОТБОРА СРЕДСТВ
СОПРЯЖЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ 186
5.1. Критерии отбора средств сопряженного воздействия в тренировочном процессе спринтеров и барьеристов...186
5.2. Биомеханическое обоснование критериев оценки специальных упражнений в скоростно-силовых видах легкой атлетики 190
5.3. Оценка специальных упражнений спринтеров на основе разработанных критериев 199
5.4. Оценка специальных упражнений барьеристов на основе разработанных критериев 212
5.5. Сопоставление различных критериев оценки адекватности основного и специальных упражнений 221
5.6. Резюме 224
ГЛАВА 6. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ СЕНСОРНОЙ И
МОТОРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ МЫШЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ
ЗАДАЧ СПОРТИВНОЙ ТРЕНИРОВКИ 226
6.1. Оценка афферентного притока при выполнении спортивных движений 226
6.2. Оценка технической подготовленности спортсменов..238
6.2.1. Критерии технического мастерства барьеристов 238
6.2.2. Критерии технического мастерства барьеристок, разработанные на основе методики оценки моторной и сенсорной активности мышц 241
6.2.3. Оценка уровня технического мастерства барьеристок
различной квалификации на основе разработанных
критериев 243
6.2.4. Сравнительный анализ различных критериев
технического мастерства 250
6.3. Оценка функциональной подготовленности спортсменов 253
6.4. Биомеханическое обоснование новых признаков классификации физических упражнений 257
6.5. Резюме 263
ВЫВОДЫ 265
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 270
ЛИТЕРАТУРА 27 4
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 311
ПРИЛОЖЕНИЯ 318
Введение к работе
Актуальность. Физические упражнения как средства и методика их применения как основное условие их реализации, были и остаются краеугольным камнем системы физического воспитания человека, а как предмет исследования - весьма актуальным направлением спортивной науки. В настоящее время накоплен большой фактический материал о моторной организации двигательных действий. Разработаны биомеханические методы, которые позволяют получить огромное количество информации о практически любом, в том числе и сложнокоор-динированном действии. Технический уровень современных экспериментальных методик позволяет регистрировать моторные параметры движений не только в лабораторных, но и соревновательных условиях, в то время как изучение сенсорного обеспечения управления двигательными действиями человека ограничивается их суррогатами, осуществляемыми в лабораторных условиях. Однако, как отмечал И.М.Сеченов, именно сенсорная организация двигательных действий играет решающую роль в формировании программ движений, двигательных навыков, двигательной памяти, в совершенствовании координации движений, в повышении работоспособности, то есть в обеспечении жизнедеятельности в биологических и социальных условиях существования человека.
Следовательно, наметился существенный разрыв в теории и методике физического воспитания как широко обобщающей дисциплине, в том разделе, который посвящен физическим упражнениям - двигательным действиям, организованным в систему двигательной активности. Как правило, моторная и сенсорная организация движений на уровне опорно-двигательного аппарата изучаются отдельно друг от друга, что не позволяет рассматривать проблему управления двигательной
активностью в единстве, системно. Очевидно, причина в недостаточно разработанной методологии подобных исследований. Современные концепции и подходы в решении этой проблемы: эволюционный подход (В.К.Бальсевич, 1971, 1996), концепция искусственной управляющей среды (И.П.Ратов, 1972, 1990; Г.И.Попов, 1992; Ю.Т.Черкесов, 1993; С.С.Добровольский, 1995; С.П.Евсеев, 1995), антропоцентрическая биомеханика (С.В.Дмитриев, 1995; Ю.А.Гагин, 1996), моделирование двигательных действий (С.Ю.Алешинский, В.М.Зациорский, 1974; А.В.Зинковский, 1973, 1987; В.Т.Назаров, 1974; Н.Г.Сучилин, 1989) полностью не решают эту проблему.
Актуальность диссертационного исследования подтверждается тем, что оно выполнено в соответствии со сводным планом НИР на 1991-1995 г.г., тема 5.1.4. "Биомеханические основы повышения функциональной подготовленности спортсменов в скоростно-силовых видах спорта" и сводным планом НИР на 1996-2000 г.г., тема 02.03.01 "Исследование возрастных и индивидуальных особенностей прогрессирующей биомеханической структуры движений".
Научная новизна. Разработан новый, оригинальный подход к решению проблем моторной и сенсорной организации мышечной активности как системы, обусловливающей выполнение физических упражнений, что является новым направлением в теории и методике физического воспитания. Предложенное направление касается биомеханического содержания двигательных действий как научно-методической основы, обеспечивающей решение педагогических задач: отбора и классификации физических упражнений, а также оценки технической и функциональной подготовленности спортсменов.
Полученные в ходе экспериментов данные и результаты моделирования позволили предложить новые количественные критерии технической и функциональной подготовленности, а также отбора специальных упражнений сопряженного воздействия. В теоретическом пла не, в плане системных представлений конкретизировано понятие "моторная программа движения". Разработана методика оценки моторной и сенсорной организации мышечной активности, включающая расчет морфометрических (длина и плечо силы) и скоростно-силовых (скорость сокращения) характеристик мышц, построение фазовых траекторий их активности, а также расчет величины афферентного притока, поступающего от рецепторов опорно-двигательного аппарата в ЦНС. Изучены программы изменения управляющих параметров активности мышцы при регуляции темпа движений.
Теоретическая и прамшческая значимость исследования..
Теоретическое значение результатов диссертационного исследования для теории и методики физического воспитания состоит в следующем:
Во-первых, расширены представления, касающиеся научно-методического обоснования средств технической и функциональной подготовки спортсменов.
Во-вторых, дополнены знания о функциональных механизмах, лежащих в основе формирования скоростно-силовых качеств спортсме-на •
В-третьих, предложены новые критерии для классификации физических упражнений на основе оценки активности универсального механизма обеспечения движения - сокращения мышц.
Теоретическое значение результатов исследования для физиологии и биомеханики физических упражнений:
Во-первых, разработана методика системной оценки моторной и сенсорной организации мышечной активности при выполнении физических упражений.
Во-вторых, расширены представления о параметрах регуляции активности мышц и принципе неиндивидуализированного управления ими.
В-третьих, определены количественные параметры, характеризующие расстояния от центров вращения в суставах до мест прикрепления мышц к звеньям опорно-двигательного аппарата.
В-четвертых, получены знания об изменении значений морфомет-рических (длины, плеча силы) и скоростно-силовых (скорость сокращения) характеристик мышечной активности в ходе выполнения человеком двигательных действий.
Пражичесиш значимость исследования заключается в следующем:
Во-первых, разработаны критерии оценки технической и физической подготовленности спортсменов на основе показателей моторной и сенсорной организации мышечной активности.
Во-вторых, предложенный метод анализа двигательных действий может быть использован для решения практических задач биомеханики физических упражнений, физиологии, теории и методики физического воспитания, лечебной физической культуры, спортивной медицины, травматологии и ортопедии. В настоящее время на основе методики оценки моторной организации мышечной активности выполнены диссертационные исследования на соискание ученой степени канд.пед. наук Д.В.Незнамовым (1987), 0.В.Серовым (1988), В.Г.Соколовым (1989), В.П.Муравьевым (1991), Л.Л.Ципиным (1991), М.А.Правдовым (1992) и А.Н.Путниковым (1995).
В-третьих, разработанные критерии мышечной активности позволяют оценить эффективность и адекватность специальных упражнений, используемых в скоростно-силовых видах легкой атлетики. Результаты этих исследований составили содержание рекомендаций об использовании специальных упражнений в учебно-тренировочном процессе, о чем имеются соответствующие акты внедрения.
В-четвертых, разработана компьютерная программа M0RP0METR, которая позволяет рассчитать параметры, характеризующие моторную
и сенсорную активность мышц при выполнении двигательных действий. Программа MORPOMETR используется при проведении учебных занятий по курсу "Современные компьютерные технологии в науке и образовании по физической культуре и спорту".
Программа расчета морфометрических характеристик мышц и построения фазовых траекторий их активности удостоена звания лауреата в конкурсе компьютерных программ, проводимого в рамках I Всероссийского фестиваля студетов вузов физической культуры (Малаховка, 1996).
В-пятых, получены новые фактические данные, которые могут использоваться в лекциях по курсу теории и методики физического воспитания, физиологии и биомеханики.
Апробащш. работ. Результаты исследования доложены и обсуждены на второй Всесоюзной конференции "Стандартизация измерений в спорте" (Москва, 1960); Всесоюзной конференции "Механико-математическое моделирование спортивной техники" (Москва, 1982); Всесоюзной научно-практической конференции "Проблемы биомеханики в спорте" (Москва, 1987); Всесоюзной научной конференции "Современная морфология - физической культуре" (Ленинград, 1987); Международном симпозиуме "Актуальные вопросы травматологии и ортопедии" (Рига, 1987); XIX Всесоюзной конференции "Физиологические механизмы адаптации к мышечной деятельности" (Волгоград, 1988); республиканской школе-семинаре "Биомеханика и спорт" (Смоленк, 1988); VI Всесоюзной научной конференции "Биомеханика и спорт" (Чернигов, 1989); республиканской конференции "Закономерности адаптации различных систем организма к физическим нагрузкам, искусственным и естественным адаптогенным факторам" (Ленинград, 1989); VII Всесоюзной научной конференции "Проблемы биомеханики спорта" (Москва, 1991); Международной конференции "Современные достижения спортивной науки" (Санкт-Петербург, 1994); Международ ном конгрессе "Физическая культура, спорт и здоровье нации" (Санкт-Петербург, 1996), а также на ряде других конференций и семинаров.
Объект исследования - двигательная активность человека при занятиях физическими упражнениями.
Предмет исследования - закономерности и способы изучения моторной и сенсорной организации мышечной активности при выполнении спортивных движений.
Положения., выносимые на защиту
Первое. Проблема моторого и сенсорного обеспечения двигательных действий, как фактора становления целенаправленной биомеханической структуры, составляет ядро теоретических представлений об управлении двигательной активностью человека. Основные механизмы функциональной двигательной системы, обеспечивающие целесообразную координацию движений - программы и команды (прямая связь), сенсорные коррекции (обратная связь), центральный и периферический циклы взаимодействия мышц с внешними силами - формируются в результате интеграции активности моторных и сенсорных компонентов двигательного аппарата. В этой связи изучение моторного и сенсорного компонентов биомеханической структуры физических упражнений, как единой двигательной функциональной системы, обеспечивающей достижение полезного результата, представляет новое направление теории и методики физического воспитания, а также физиологии и биомеханики физических упражнений.
Второе. Разработанная комплексная методика позволяет в значительной степени решить проблему моторного и сенсорного обеспечения двигательных действий, так как кроме регистрации биомеханических характеристик и построения на их основе моделей движений,
она может оценить наиболее важные (сенсорные) компоненты структуры физических упражнений.
Третье. Изучение моторного и сенсорного компонентов биомеханической структуры физических упражнений посредством разработанной методики позволяет исследовать механизмы регуляции работы мышц и активность рецепторов опорно-двигательного аппарата, разработать критерии технической и функциональной подготовленности спортсменов, а также эффективности и адекватности специальных упражнений в циклических видах спорта, обосновать новые признаки классификации физических упражнений.
