Введение к работе
Актуальность проблемы. Движение тела человека в водной среде требует затрат энергии и может быть обеспечено либо внешней силой (что не встречается в реальных условиях спортивного плавания), либо внутренними источниками метаболической энергии.
В случае установившегося нестационарного движения биологических объектов Б водной среде метаболическая энергия с потерями преобразуется в механическую на первом этапе, которая на втором этапе с дополнительными потерями трансформируется в полезный результат деятельности. С целью точного описания главных механизмов изучаемого явления этот процесс при плавании человека был формализован в виде математической модели (С.В.Колмогоров, 1997);
= Раг^^гер (1)
Fnfd.) '
где, vo - средняя скорость плавания; Ра{ - мощность активного энергетического метаболизма; eg - безразмерный коэффициент механической эффективности, т.е. отношение тотальной внешней механической мощности (Pt0) к Pat; ер - безразмерный коэффициент пропульсивной эффективности, т.е. отношение полезной внешней механической мощности (Ри0) к Ptn; Frff й ) - лобовая компонента активного гидродинамического сопротивления.
Математическая модель (1) является центральным ядром используемой нами концепции, в ее основу положен закон сохранения энергии, а существенные переменные модели тщательно отобраны, и их количество сведено к минимуму. Именно абстрактный характер математической модели позволил отделить существо изучаемого процесса от второстепенных наслоений и на этой основе наметить и реализовать эффективные и безопасные пути повышения скорости плавания детей в онтогенезе.
Некоторые закономерности энергетического обеспечения движений в плавании на уровне целостного организма (K.Andersen, 1960; M.Adrian et al., 1966; D.Costill, 1971; P.di Prampero et al., 1974; P.Astrand, 1978; A.Bonen et al., 1980) и взаимодействие отдельных энергетических систем (B.Saltin, 1973, 1975; Н.Ж.Булгакова, 1978; J Skinner et al 1980; LGarby 1987; J Troup et al , 1990, 1991) исследованы достаточно подробно Имеются также надежные сведения о влиянии на эти процессы различных тренировочных упражнений в том числе и экстремального характера (A Mader et al 1976; M Schubert, 1977; В.Н.Платонов и др , 1985; С.М.Гордон. 1988; J.Troup et
З
al., 1990, 1992; T.Nomura et al., 1983, 1994). Как показывает анализ этих исследований, дальнейшее увеличение объема и интенсивности тренировочных упражнений не дает надежного положительного эффекта и небезопасно для здоровья человека (L.Hermansen; 1969, J.Karlsson et al., 1972; M.Houston, 1978;-E.Maglischo,-1982). Более того, в процессе долговременной, постепенно развивающейся адаптации организма к интенсивным нагрузкам в экстремальных усло-ВИях спортивной деятельности достаточно часто отмечаются негативные случаи переадаптированных органов (J Bemstrom et al 1971 С Б Тихвинский н др 1972; J Charbonnier et al 1975; P Xktrand 1977 1978) в частно ти сердца характеризующиеся значительным увеличением массы миокарда и избирательным снижением мощно-сти клеточных систем энергообеспечения что в конечном итоге часто приводит к срыву адаптационных процессов (J Clausen et al ' 1971; Ф З.Меерсон 1978; J.Crielaard et al., 1981; E.Flavell, 1981). "
Значительные успехи достигнуты и в изучении биомеханики плавания различными спортивными способами, особенно в определении и анализе кинематических характеристик движения (J.Coun-silman, 1955, 1971; M.Miyashita, 1975; K.Reischle, 1979; С.В.Койгеров и др., 1984; Y.Pai et al., 1984; Р.Б.Хальянд и др., 1986; J.Cappaert et al., 1994) и гидродинамическом анализе движущих сил (R.Schleihauf et al., 1974, 1977, 1983, 1988; D.Pendergast et al., 1977; Д.Ф.Мосунов и др., 1980; B.Ungerechts, 1979, 1987).
Ключевыми моментами для изучения закономерностей преобразования метаболической энергии в полезный результат деятельности являются определение тотальной внешней механической мощности и пропульсивной эффективности в реальных условиях спортивного плавания. Эффективные экспериментальные методы определения этих характеристик появились лишь в последнее время (H.Toussaint, 1988; S.Kolmogorov et al., 1992).
В итоге на сегодняшний день отсутствуют надежные сведения об эффективности процесса трансформации энергии при плавании на этапе онтогенетического развития подростков с 13 до 16 лет.
Цель исследования. Цель исследования заключается в раскрытии закономерностей трансформации метаболической энергии в полезный результат деятельности при плавании детей и влияния на эти процессы объема и характера тренировочной нагрузки.
Применительно к этой цели были поставлены следующие задачи: .
1. Выяснить реальные объемы тренировочной нагрузки и ее распределение в различных зонах энергетического обеспечедия в зависимости от биологического развития испытуемых.
-
Изучить адаптивные реакции организма испытуемых на тре-Hирсвочную нагрузку и нх пзаммогпязь со спортивными peзультaтами.
-
Исследовать закономерности произвОдства и трансформации метаболической энергии в скорость плавания в аэробной зоне энергетического обеспечения/
В качестве рабочей гипотезы было выдвинуто предположение о том, что рост спортивных результатов юных иловцов в процессе многолетней подготовки связан с увеличением производства метаболической энергии и уменьшением степени потерь на этапе ее трансформации в тотальную механическую мощность. В свою очередь, адеква11ые по объему и характеру тренировочные нагрузки, связанные с индивидуальным биологическим развитием детей, позволяют находить эффективные и безопасные пути повышения скорости плавания в онтогенезе.
Научная новизна результатвв исследования.
Впервые на основании комплексных исследований изучены закономерности производства и трансформации метаболической энергии в скорость плавания в аэробной зоне энергетического обеспечения на стадии онтогенетического развития подростков от 13 до 16 лет. Изучена динамика механической эффективности и выяснен механизм повышения пропульсивной эффективности движителей, приводящий к экономизации техники плавания.
Установлены адаптивные реакции организма испытуемых на тренировочную нагрузку и их взаимосвязь со спортивными результатами. Доказано, что эффективность и надежность функциониро'-вания биомеханической системы плавательных движений в условиях ограниченного притока энергии зависит от оптимальных, соответствующих друг другу, уровней технической, силовой и функциональной подготовленности.
С позиции концепции существенных и несущественных переменных организма обоснованы изменения энергетического обеспечения и биомеханики водных локомоций детей (У.Р.Эшби, 1964; Н.А.Бернштейи, 1963, 1966), а также выявлены наиболее безопасные для здоровья и рациональные пути подготовки юных спортсменов. Получены объективные характеристики объемов тренировочной нагрузки и ее распределения в различных зонах энергетического обеспечения в зависимости от биологического развития испытуемых.
Теоретическяя и практическая значимость
Подтверждена эффективность использования математической модели процесса трансформации метаболической энергии в полезный результат деятельности при плавании юных спортсменов, базирую-
щеися на представлении о двух взаимосвязанных этапах преооразования энергии. Адекватность модели экспериментально подтверждена при плавании способом кроль на груди у девушек и юношей в зоне аэробного энергетического метаболизма.
Получены конкретные нормативные величины аэробной метаболической мощности, коэффициента механической эффективности и гидродинамических показателей юных пловцов, позволяющие производить поэтапный целенаправленный отбор и спортивную специализацию наиболее перспективных спортсменов. Для практического использования рекомендуются тренировочные программы для различных периодов на этапе базовой подготовки с оптимальным сочетанием упражнений в различных зонах энергетического обеспечения.
Разработана (совместно со специалистами Центроконцепта при Поморском государственном университете) и используется при проведении экспериментальных исследований и подготовке пловцов в ряде исследовательских центров и национальных команд прикладная компьютерная программа SwimCoach, которая позволяет объективно и точно планировать, учитывать и анализировать тренировочную нагрузку.
На сегодняшний день рекомендации автора по материалам исследования внедрены в тренировочный процесс ряда ДЮСШ России (акт внедрения от 10 апреля 2000 года). Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедре спортивных дисциплин Поморского государственного университета им. М.В.Ломоносова (акт внедрения от 20 апреля 2000 года).
Положения, выносимые на защиту
1. Математическая модель процесса трансформации метаболи
ческой энергии в полезный результат деятельности при плавании
юных спортсменов и ее экспериментальная верификация в аэробной
зоне энергетического обеспечения.
2, Приспособительные перестройки организма, проявляющиеся
в ответ на воздействие жестко организованных тренировок, можно
рассматривать как процессы, направленные на постепенное повы
шение функциональной подготовленности пловцов в биологически
нормальных онтогенетических пределах и на благоприятные для
конкретных условий, изменения кинематических и динамических
параметров системы движений.
3..Наиболее безопасные для здоровья детей и эффективные пути повышения скорости плавания в экстремальных условиях многолетней спортивной подготовки, связанные с целенаправленным уменьшением степени потерь на обоих этапах преобразования энергии.
Апробация работы. Результаты исследования были доложены и обсуждались па заседаниях кафедры спортивных дисциплин (Архангельск, 1995 - 2000); научно-методической конференции «Физическое воспитание и спортивная медицина на Севере» (Архангельск, 1995); научно-методической конференции <Дети Севера: здоровье, рост и развитие» (Архангельск, 1995, 1997); международной научно-практической конференции «Физкультура и спорт учащейся молодежи в развивающемся мире» (Шуя 1996); международной научно-практической конференции «Соврем нные проблемы и развитие физической культуры и спорта» (Архангельск 1998); международной конференции «Современные проблемы и перспективы развития региональной системы комплексной помощи ребенку» (Архангельск, 2000).
По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 121 страницах машинописного текста и состоит из введения, 3 глав, выводов, практических рекомендаций и приложения. Работа иллюстрирована 21 таблицей и 14 рисунками. Библиография включает 115 отечественных и 112 зарубежных публикаций.