Механизм возникновения «мертвой точки» при приседании со штангой в пауэрлифтинге

Приседание со штангой – одно из силовых упражнений, используемых для развития силы мышц нижних конечностей во многих видах спорта. В пауэрлифтинге это упражнение выступает в роли основного (соревновательного).

Биомеханический анализ этого упражнения производился в разных аспектах. В работе [3] описано влияние положения колена на суставные моменты в коленном суставе при выполнении приседа со штангой на плечах. В исследовании [2] авторы сравнивали присед со штангой на плечах и присед со штангой на груди с точки зрения предупреждения травм, а в работе [4] – с точки зрения мышечного обеспечения. Авторы исследования [5] анализировали кинематические характеристики приседа со штангой на плечах и приседа на машине Смитта.

Самсонова Алла Владимировна, д.п.н., заведующая кафедрой биомеханики, Санкт-Петербург Кичайкина Нина Борисовна, к.б.н., профессор кафедры биомеханики, Санкт-Петербург Самсонов Глеб Александрович, студент кафедры атлетизма, Санкт-Петербург

Особый интерес специалистов в области пауэрлифтинга вызывает явление «мертвой точки», возникающее при выполнении приседа со штангой на плечах. Показано, что оно возникает при вставании из приседа в момент, когда продольная ось бедра находится под углом 30° к воображаемой линии, проведенной параллельно полу через центр вращения в коленном суставе [1, 6, 7]. Следует заметить, что авторы работы [7] только констатируют наличие явления «мертвой точки» и описывают ее признаки на уровне эмпирических ощущений атлета. Биомеханического анализа причин возникновения «мертвой точки» в работах указанных исследователей авторы данной работы не обнаружили.

Цель исследования: на основе расчета, анализа и оценки биомеханических характеристик приседания со штангой в пауэрлифтинге изучить механизм возникновения «мертвой точки» и дать рекомендации по уменьшению динамических перегрузок опорно-двигательного аппарата спортсмена.

Материалы и методы

Видеосъемка

Для фиксации движения спортсменов использовалась камера Canon Powershot A 620, позволяющая выполнять скоростную съемку с частотой 60 кадров в секунду при разрешении 640×480 пикселей (погрешность измерения интервалов времени составляла 0,015 с). Видеосъемка выполнялась в сагиттальной плоскости с расстояния 3,5 м. Перед видеосъемкой тазобедренный, коленный и голеностопный суставы были отмечены высококонтрастными маркерами.

Биомеханический анализ

Координаты маркеров оцифровывались посредством компьютерной программы PFTrack 5.0 в автоматическом режиме. На основе полученных данных были рассчитаны углы между туловищем и бедром, бедром и голенью и голенью и стопой. Вертикальная составляющая скорости и вертикальная составляющая ускорения штанги вычислялись посредством численного дифференцирования. Относительная погрешность оценки скорости и ускорения не превышала 7%.

Организация исследования

В исследовании принимали участие четыре высококвалифицированных пауэрлифтера (1-й имел квалификацию мастера спорта международного класса, 2-й, 3-й – мастера спорта, 4-й – кандидат в мастера спорта). Спортсмены выполняли приседание со штангой с отягощением в 60 и 80% от максимального веса. Эксперименты проводились на базе кафедры атлетизма Национального государственного университета им. П.Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург.

Результаты исследования

Рассмотрим закономерность возникновения динамических перегрузок опорнодвигательного аппарата атлета и механизм возникновения «мертвой точки» при вставании из нижней точки приседа со штангой на плечах.

Подъем из нижней точки приседа у всех атлетов начинается с разгибания коленного сустава (основной разгибатель – четырехглавая мышца бедра). Активное разгибание тазобедренного сустава начинается лишь спустя 0,15–0,25 с после нижней точки. Сравним средние величины угловых скоростей звеньев тела при разгибании тазобедренного (ω т.с ) и коленного (ω к.с ) суставов у разных атлетов во временном промежутке между нижней точкой и «мертвой точкой». Средние значения угловых

118 ISSN 1812-5123. Российский журнал биомеханики. 2013. Т. 17, № 2 (60): 117–122

скоростей звеньев тела рассчитывались на основе изменения межзвенных углов за промежуток времени между нижней точкой и «мертвой точкой» при вставании из приседа (рис. 1 и 2). Например, средняя угловая скорость разгибания звеньев в тазобедренном суставе (ωт.с) у атлета 1 (см. рис. 1) рассчитывалась по формуле to = Мс 0,0175 = 110,0175 = 0,32 рад/с, (1) т.с Δt 0,6

где А ф _тс - изменение межзвенного угла в тазобедренном суставе за промежуток времени между нижней точкой и «мертвой точкой», равное 11°; Δ t – промежуток времени между нижней точкой и «мертвой точкой», равный 0,6 с; 0,0175 – переводной коэффициент между градусной и радианной мерами измерения.

У наиболее опытного и квалифицированного атлета 1 (см. рис. 1) наблюдаются наименьшие по величине значения угловых скоростей ω т.с и ω к.с . При выполнении привычного движения с 80%-ной нагрузкой ω т.с = 0,32 рад/с, ω к.с = 0,5 рад/с. Разница между ω т.с и ω к.с также незначительна и составляет 0,18 рад/c. У других исследуемых абсолютные величины ω т.с и ω к.с намного больше. Например, у атлета 2 (см. рис. 2) ω т.с = 0,72 рад/с, а ω к.с = 1,46 рад/с. Разница между ω т.с и ω к.с весьма значительна – 0,64 рад/с против 0,18 рад/с у атлета 1. Такое отличие в поведении системы «атлет – штанга» атлета 1 от других исследуемых свидетельствует о том, что опытный атлет 1 выполняет подъем из нижней точки более медленно и равномерно, что приводит к меньшим динамическим перегрузкам двигательного аппарата, которые атлет ощущает как «мертвую точку». И действительно, при подъеме из нижней точки штанги весом 1600 Н вертикальное ускорение центра тяжести штанги у атлета 1 составляет 2 м/с², а у атлета 2 – 6 м/с².

Инерциальная составляющая при подъеме штанги

Рин = mшт a шт , где mшт – масса штанги (160 кг); aшт – ускорение центра тяжести штанги.

Рис. 1. Изменение межзвенных углов в биоцепи нижних конечностей при приседании со штангой весом 1600 Н (80%, привычная техника) у атлета 1: – тазобедренный;    – коленный;   – голеностопный сустав

Рис. 2. Изменение межзвенных углов в биоцепи нижних конечностей при приседании со штангой весом 1600 Н (80%, привычная техника) у атлета 2: – тазобедренный;    – коленный;   – голеностопный сустав

У атлета 1 инерциальная составляющая при подъеме штанги

Р ин = m шт а шт = 160 • 2 = 320 Н

У атлета 2 инерциальная составляющая силы тяжести штанги

Р ин = m шт а шт = 160 • 6 = 960 Н

Динамическая нагрузка, которую должен преодолеть атлет,

Р = Р + Р , дин ст ин , где Pдин – сила инерции при подъеме штанги; Pст – статический вес штанги (1600 Н).

Динамическая нагрузка на аппарат движения у атлета 1

Р дин = Р ст + Р ин = 1600 + 320 = 1920 Н.

Динамическая нагрузка на аппарат движения у атлета 2

Р дин = Р ст + Р ин = 1600 + 960 = 2560 Н.

Эти динамические нагрузки атлеты и ощущают как «мертвую точку». Следуя законам механики, исключить «мертвую точку» нельзя. Возможно лишь уменьшение вертикальных динамических перегрузок опорно-двигательного аппарата атлета. Для системы «атлет – штанга» это достаточно сложная задача. Организация и проявление «мертвой точки» происходит в течение десятых долей секунды, т.е. за промежуток времени, в течение которого текущая коррекция параметров движения системы «атлет – штанга» практически невозможна. Видимо, определенная корректировка техники возможна в направлении поиска оптимальных соотношений и взаимосвязи суставных движений в тазобедренных и коленных сочленениях.

Приведенное выше сопоставление техники суставных движений у атлетов 1 и 2 подтверждает эти предположения. Более медленное и плавное разгибание тазобедренных и коленных суставов с малой разницей между ω т.с и ω к.с у атлета 1 позволяет снизить величины динамических перегрузок.

Выводы

• 1.    Динамические перегрузки опорно-двигательного аппарата атлета являются причиной возникновения «мертвой точки» при вставании из нижней точки приседания со штангой.

• 2.    Исключить явление «мертвой точки» с позиции механики нельзя. Возможна лишь минимизация динамических перегрузок за счет более медленного и равномерного подъема из нижней точки.