Особенности проявления асимметрии давления на сидении у байдарочников на гребном эргометре

RUSSIAN JOURNAL OF BIOMECHANICS

Результативность в гребле на байдарке зависит от величин прилагаемых усилий и того, каким образом спортсмен прилагает усилия к веслу и другим точкам контакта с байдаркой, а также насколько это может повлиять на снижение сопротивления продвижению лодки [1–2].

При продвижении вперед усилие, передаваемое на весло, является результатом взаимодействия усилий, развиваемых гребцом внутри байдарки. Считается, что силы, развиваемые веслом в воде, в основном создаются мышцами верхней части тела [3]. Сгенерированная сила при тяге весла в воде передается через тело спортсмена в лодку через две точки контакта: сиденье и подножку [2]. Увеличение скорости лопасти весла,

0000-0002-6563-0199

0000-0003-2640-5818

0000-0002-4525-5758

0000-0003-4971-1965

Эта статья доступна в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International

License (CC BY-NC 4.0)

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License (CC BY-NC 4.0)

увеличивает силу давления на сиденье [4–5].

Поскольку сила, прикладываемая к лопасти весла, действует на расстоянии от центральной оси байдарки, каждый гребок будет стремиться повернуть байдарку. Частично это компенсируется конструкцией лодки. Вследствие этого возникающий момент силы уравновешивается средними боковыми силами в сидении, стабилизируемыми тянущим усилием ступни противоположной стороны от активной стороны. Разворот туловища при этом используется как физиологически экономичное решение с использованием крупных мышечных групп [2; 6]. Выявлено, что при неподвижности (фиксированном положении) нижней части тела средняя скорость байдарки снижается на 16 %, а среднее значение силы весла на 21 % [7]. Вклад вращения во время гребли зависит от координации таза с верхними и нижними конечностями и от изменения угловой скорости таза [8].

Для облегчения вращения туловища Международная федерация каноэ ( ICF ) с 2005 г. разрешила использовать на соревнованиях крутящиеся сиденья. В отличие от фиксированного сиденья, поворотное имеет механизм, позволяющий свободно вращаться вокруг своей вертикальной оси. Есть исследования, где, изучая физиологические реакции, связанные с использованием различных сидений на гребном эргометре, была отмечена большая эффективность поворотного сиденья. При незначительном увеличении потребления кислорода это подтвердилось большей выходной мощностью, чем при использовании фиксированного сиденья [2; 9]. Тем не менее в сообществе байдарочников существуют разногласия по поводу реального влияния новой конструкции сиденья на производительность на воде. Существует мнение, что вращательные движения поворотного сиденья влияют на равновесие байдарки, вынуждая гребца выполнять стопорные движения. Это влияет на положение тела и рук в начале гребка и может нарушить устойчивость лодки [2; 10]. Корректировка баланса может привести к большим мгновенным силам сопротивления и колебаниям скорости байдарки, а, как известно, поддержание постоянной скорости лодки является наиболее эффективным способом движения по воде [2; 11; 12].

Гребля на байдарке как вид спорта относится к деятельности с асимметричными движениями, имеющими двусторонние различия между левой и правой сторонами. Условно, общий результат можно рассматривать с позиции вклада движущих сил правой и левой сторон и их симметричном проявлении [13]. Традиционно более низкие уровни асимметрии ассоциируются с более опытными спортсменами, а более высокие уровни асимметрии свойственны начинающим спортсменам [13; 14].

Отмечено, что при создании усилий, прикладываемых к подножке и ручкам гребного эргометра, асим- метрия сил в подножке тесно связана с поясничной кинематикой, а создание медиолатеральной силы может быть ограничивающим фактором в эффективности гребли [15; 16].

Помимо влияния асимметричности на эффективность гребли необходимо учитывать и тот факт, что длительное выполнение асимметричных движений увеличивает вероятность получения травмы, что в конечном счете отразится на спортивном результате из-за создания мышечного дисбаланса [17].

Целью работы являлось изучение асимметрии в показателях проявления силы давления тела на сиденье у байдарочников во время работы на гребном эргометре.

Организация исследования

В исследовании приняли участие 9 гребцов-байдарочников спортивной школы по водно-гребным видам спорта в возрасте от 15 до 27 лет, из которых одна девушка и восемь юношей. По уровню подготовки три спортсмена имели второй разряд, три – первый, два спортсмена являлись кандидатами в мастера спорта, и одна спортсменка имела звание мастера спорта.

Материалы и методы

Для проведения исследования использовался гребной эргометр Weba-Kayak с неподвижной кареткой, с вмонтированной в нее измерительной конструкцией. На место сляйда (скользящего сиденья) был установлен щит с вложенной в него измерительной подоплат-формой. Щит был сконструирован из легкой прочной фанеры размером 600×440 мм и толщиной 10 мм, с граничными бортиками высотой 20 мм и толщиной 5 мм. Крепился на стержне стандартного неподвижного сляйда гребного эргометра. Подометрическая платформа компании Materialize (Бельгия) в общей сложности имела 4096 резистивных датчиков давления. Размер одного датчика составлял 7,62×5,08 мм, активная область 488×325 мм, диапазон давления 1 – 127 Н/см². Частота сбора данных составляла 300 Гц. Для обработки показателей использовалась программа Materialize Balance Scientific ®. Непосредственно перед тестированием проводилась калибровка. В оборудовании и программном обеспечении заложены калибровочные коэффициенты.

На тренажере выставлялась средняя мощность кручения барабана 45 Н, и она была одинакова для всех участников эксперимента. Длину подножки спортсмен регулировал индивидуально.

Каждый спортсмен перед посадкой на эргометр выполнял разминку в спортивном зале в течение 20 мин. После занесения индивидуальных данных принимал стандартное положение на тренажере и начинал

Рис. 1. Выполнение задания на гребном эргометре со специальной конструкцией сляйда

Рис. 2. График усилий под левой и правой ягодицами

Рис. 3. Распределение давления на сиденье и траектории перемещения центров давления под правой и левой ягодицами

грести (рис. 1). Первая минута гребли давалась для врабатывания к основному заданию и занятия удобного положения.

По истечении вводной минуты спортсмену подавался звуковой сигнал для начала основного испытательного задания, которое требовалось выполнять с максимальной интенсивностью. Одновременно с сигналом включалась запись движений на платформе. Длительность основного задания соответственно записи движений гребца на подоплат-форме составляла 120 с [1; 18].

Регистрировались параметры силы давления тела спортсмена на сиденье и смещение центров давления под каждой из ягодиц. На рис. 2 представлена динамика проявления усилий под ягодицами в течение установленного времени. Графики усилий под каждой ягодицей обозначены разным цветом (см. рис. 2). Пунктирным эллипсом отмечен один цикл движения.

Помимо цифровых и графических представлений полученных данных, этот инструментальный подход позволил также визуализировать топографию распределения давления на сиденье спортсмена. На рис. 3 представлен пример отображения максимальных значений давления в местах контакта ягодиц с сиденьем тренажера. На рисунке также представлены траектории центров давлений (ЦД) под каждой ягодицей, которые к концу измерения формируют определенные зоны, ареалы движения ЦД каждой из сторон. С правой стороны представлена цветовая шкала давления (Н/см2).

Для сравнительного анализа в работу были взяты показатели: пиковые значения усилий для каждой стороны F (Н); время достижения пиковых значений t (с); длина траектории ЦД ТЦД (мм); площадь, создаваемая траекторией Пэлл (мм²); угол смещения центра давления, а также высчитывался градиент силы F q (Н/с).

Обработка полученных результатов проводилась с помощью t -критерия для несвязанных выборок и дисперсионного анализа при уровне статистической значимости p <  0,05. Степень взаимосвязи между параметрами пиковых усилий с правой и левой стороны оценивалась с помощью корреляционного анализа Браве - Пирсона (р <  0,05).

Результаты исследования и их обсуждение

В табл. 1 представлены результаты сравнительного анализа по показателям пиковых значений усилий под правой и левой сторонами сиденья и их градиенты .

Выявлено, что семеро из девяти спортсменов имеют асимметрию по пиковым значениям усилия. При этом у спортсмена № 1 (мастер спорта) при существующем различии максимальных значений давления под правой и левой ягодицами результаты дисперсионного анализа указывают на значимый разброс данных ( р < 0,01; F = 1,749). У спортсменов второго разряда, № 6 и № 7, значимых различий пиковых значений усилий на обеих сторонах сиденья не были выявлены, с тем, что у испытуемого № 7 присутствуют значимые отклонения от среднего значения данного показателя ( р < 0,01; F = 1,749), у спортсмена № 6 они незначительны (р > 0,05; F = 0,234).

Корреляционный анализ пиковых значений усилий под правой и левой ягодицами взаимосвязи не выявил (табл. 2).

Корреляционный анализ, проведенный между динамикой проявления усилий под правой и левой ягодицами от начала до конца теста, показал у всех спортсменов статистически значимую взаимосвязь (р < 0,001).

При анализе исследовательских работ других авторов были отмечены похожие результаты измерения давления на сиденье. Бегон [8], проводя тест в интенсивности 90 гребков за 40 с, получил диапазон проявления усилий на сиденье от минимальных и до максимальных значений, в среднем 704 Н. Относительно результатов исследования Бугеи [5], где изучалась зависимость величины давления на сиденье от количества гребков, производимых спортсменом за 30 с. Выявлено, что размах усилий в нашем исследовании соответствовал интенсивности 60 и 80 гребков за 30 с (табл. 3, 4). В перерасчете интенсивности к исследованию Бугеи [5] у Бегон [8] это бы соответствовало 80 и 100 гребкам за 30 с.

Регистрация давления под каждой из ягодиц спортсмена в нашем исследовании показала, что под левой ягодицей размах усилий составил 320 Н (минимальное значение 460 Н, максимальное 780 Н), под правой ягодицей 402 Н (минимальное значение 315 Н, максимальное 713 Н). При проведении сравнительного анализа средних значений теста, осуществленного Бугеем [5] (интенсивность - 60 и 80 гребков за 30 с), и значений под ягодицами, полученных в нашем исследовании, было отмечено отсутствие значимого отличия по показателю максимального усилия под правой ягодицей и показателю минимального значения под левой ягодицей (табл. 5, 6).

Относительно показателя градиента силы (см. табл. 1) у испытуемых проявляется иная картина. У испытуемых №1 (МС), №2 и №3 (КМС), №4 и №9 (I разряд) не было выявлено значимых различий в данном показателе (р > 0,05) при значительном отклонении значений (р < 0,05; F = 2,12-2,73).

У гребцов №5 (I разряд), №7 и №8 (II разряд) различия в показатели градиента силы носят значимый характер ( р < 0,05), с тем, что у №5 и №8 присутствует также значительные отклонения от среднего показателя (р < 0,05; F = 1,62-4,2).

Как видно из данной выборки, лишь у испытуемого № 6, спортсмена второго разряда, отмечается относительная симметрия и по показателям пиковых усилий, и по градиенту силы. Но дальнейший анализ полученных показателей обнаружил у него достаточно большую асимметрию по площади, занимаемой траекторией движения центра давления, под каждой из ягодиц - 28,5 %. В табл. 8 представлены значения показателей суммарной длины траектории центра давления под правой и левой ягодицами за все время измерения, образуемые ими площади и их различия в процентном отношении. Также при анализе площади, занимаемой траекторией движения, общего центра давления на сиденье именно у испытуемого № 6 после проведения нормализации данных, были обнаружены самые большие значения большой и малой осей эллипса образованной площади (рис. 4). Данный спортсмен демонстрирует асимметрию и в показателях угла разворота таза. На рис. 5 представлены крайние значения углов, образованных линией, соединяющей центры давления под ягодицами и проходящей в точке пересечения продольной и поперечной осей.

Отрицательные и положительные значения углов образованы смещением центров давления в переднезаднем направлении относительно поперечной оси, которая принята за уровень нулевого градуса (см. рис. 3). Можно отметить также большую амплитуду и асимметрию по данному показателю и у испытуемого № 8 (спортсмен второго разряда). Помимо этого, особенностью этого гребца является присутствие у него значимой асимметрии по показателям пиковых значений усилий, градиента силы и времени достижения пиковых значений (см. табл. 1, 2).

Кроме представленных выше показателей, были выделены параметры большой и малой осей площадей,

Таблица 1

Результаты анализа параметров пиковых значений усилий и градиента силы

Параметр		Среднее		t	p	± σ		F	p
		правая	левая			правая  \	левая
Испытуемый №1
1(МС)	F [Н]	499,71	530,26	–4,25	0,000*	42,65	56,41	1,749	0,007*
	Fq [Н/с]	1336,04	1195,89	1,21	0,229	943,16	647,19	2,12	0,000*
Испытуемый №2
2 (КМС)	F [Н]	545,42	516,42	3,37	0,001*	74,41	62,70	1,408	0,055
	Fq [Н/с]	2552,55	2263,69	1,51	0,133	1793,42	1218,56	2,17	0,000*
Испытуемый №3
3 (КМС)	F [Н]	706,89	775,89	–7,93	0,000*	67,00	68,83	1,055	0,767
	Fq [Н/с]	2361,15	2710,74	–1,43	0,153	1497,77	2240,95	2,24	0,000*
Испытуемый №4
4 (I)	F [Н]	560,08	461,08	15,82	0,000*	58,96	50,54	1,361	0,057
	Fq [Н/с]	2167,49	1969,45	1,48	0,139	1393,48	906,0	2,37	0,000*
Испытуемый №5
5 (I)	F [Н]	620,99	673,06	–9,63	0,000*	43,26	37,04	1,364	0,105
	Fq [Н/с]	1681,69	2100,65	–2,20	0,029*	1238,78	1577,94	1,62	0,012*
Испытуемый №6
6 (II)	F [Н]	633,28	630,07	0,314	0,753	80,28	71,64	1,256	0,234
	Fq [Н/с]	2011,07	1838,60	0,91	0,362	1440,00	1413,75	1,04	0,85
Испытуемый №7
7 (II)	F [Н]	627,56	625,41	0,22	0,826	79,75	59,54	1,794	0,003*
	Fq [Н/с]	1873,64	1258,94	4,43	0,000*	1017,23	984,15	1,07	0,74
Испытуемый №8
8 (II)	F [Н]	315,60	654,46	–39,9	0,000*	60,52	52,47	1,331	0,182
	Fq [Н/с]	630,8	1419,6	–8,7	0,000*	376,9	767,9	4,2	0,000*
Испытуемый №9
9 (I)	F [Н]	713,07	780,76	–5,64	0,000*	58,77	64,65	1,210	0,494
	Fq [Н/с]	790,50	720,99	1,52	0,13	284,77	172,35	2,73	0,0004*

Примечание: * – статистически значимые различия при p ≤ 0,05 ( t -тест, F -тест).

Таблица 2

Взаимосвязь между нагрузкой под правой и левой ягодицами по пиковым значениям усилий

№	μ - корреляция	*р
1(МС)	0,103	0,197
2 (КМС)	0,096	0,179
3 (КМС)	0,088	0,179
4 (I)	0,121	0,16
5 (I)	0,049	0,195
6 (II)	–0,060	0,195
7 (II)	–0,077	0,195
8 (II)	0,008	0,205
9 (I)	0,184	0,273

Примечание: * – критическое значение для уровня значимости р ≤ 0,05.

Таблица 3

Максимальные и минимальные показатели усилия давления на сиденье в зависимости от скорости гребков на байдарочном эргометре по Бугеи [5]

Параметр	Количество гребков за 30 с (Ср. ± σ)
	60	80	100	Макс
Макс. сила, Н	702,4 ± 92,9	730,4 ± 92,7	759,9 ± 99,7	844,6 ± 163,4
Мин. Сила, Н	466,2 ± 73,3	444,8 ± 70,1	440,8 ± 65,6	385,7 ± 57,4

Таблица 4

Таблица 5

Крайние значения показателя усилия под правой и левой ягодицами на байдарочном эргометре за 120 с

Параметр	Ср. ± σ
Макс сила правая, Н	706,89 ± 67,00
Макс сила левая, Н	780,76 ± 64,65
Минимальная сила правая, Н	315,60 ± 60,52
Минимальная сила левая, Н	461,08 ± 50,54

Сравнение максимальных значений усилия данного исследования и исследования Бугея [5] (по значениям Ср. ± σ)

Параметр	Количество гребков за 30 с
	60	80	100	Макс
Макс сила правая, Н	р ≥ 0,761	р ≥ 0,068	*р ≤ 0,001	*р ≤ 0,001
Макс сила левая, Н	*р ≤ 0,001	*р ≤ 0,001	р ≥ 0,081	*р ≤ 0,001

Таблица 6

образованных траекториями центров давления под каждой из ягодиц, которые также позволяют проводить более детальный анализ динамики распределения давления на сиденье. На рис. 6 представлены результаты после проведения нормализации данных.

Заключение

Таким образом, подводя итог проведенному исследованию, можно выделить следующее:

1. Предлагаемый инструментальный подход с использованием встроенной в сиденье гребного эргометра подоплатформы, позволяет более подробно изучать особенности распределения давления на сиденье гребца. Кроме показателей максимального усилия, времени его достижения, метод позволяет получить длину траектории перемещения общего центра давления и центра давления

под каждой из ягодиц, образованными этими траекториями площади, характеризующие их величины, большие и малые оси, угловой размах смещения центров давления, а также получить визуализацию топографии распределения давления на сиденье.

• 2.    Анализ полученных данных показал присутствие асимметрии у всех испытуемых вне зависимости от уровня подготовленности.

• 3.    В случае отсутствия асимметрии в динамических показателях она может проявляться в кинематических характеристиках: длина траектории центра давления, площади, создаваемые траекториями, и угол разворота таза.

• 4.    У более квалифицированных спортсменов при наличии асимметрии в показателе пикового усилия под правой и левой ягодицами, как и времени его достижения, градиент силы не имеет значимых отличий,

Сравнение минимальных значений усилия данного исследования и исследования Бугея [5] (по значениям Ср. ± σ)

Параметр	Количество гребков за 30 с
	60	80	100	Макс
Минимальная сила правая, Н	*р ≤ 0,001	*р ≤ 0,001	*р ≤ 0,001	*р ≤ 0,001
Минимальная сила левая, Н	р ≥ 0,657	р ≥ 0,094	*р ≤ 0,015	*р ≤ 0,001

Таблица 7

Сравнение времени достижения максимального усилия для каждого спортс мена под лев ой и правой ягодицами

№	Сторона	Среднее	± σ	V %	t	p	F	p
1	правая	0,531	0,397	74,79	–1,23	≥0,219	1,20	≥0,05
	левая	0,603	0,363	60,15
2	правая	0,313	0,202	64,42	0,467	≥0,64	1,11	≥0,05
	левая	0,300	0,192	63,95
3	правая	0,436	0,313	71,73	0,19	≥0,852	*2,06	<0,01
	левая	0,430	0,218	50,73
4	правая	0,362	0,209	57,72	3,49*	<0,001	*1,51	<0,01
	левая	0,284	0,170	60,02
5	правая	0,511	0,292	57,08	0,092	≥0,92	1,21	≥0,05
	левая	0,506	0,321	63,48
6	правая	0,524	0,369	70,43	–0,181	≥0,86	*1,29	<0,05
	левая	0,534	0,325	60,84
7	правая	0,442	0,278	63,03	–5,79*	<0,001	*2,10	<0,01
	левая	0,726	0,403	55,43
8	правая	0,661	0,332	50,20	2,05*	<0,041	*1,76	<0,01
	левая	0,580	0,250	43,17
9	правая	0,994	0,279	28,10	–2,56*	<0,011	*1,42	<0,05
	левая	1,135	0,234	20,61

Примечание: * – высокий уровень статистически значимых различий.

Таблица 8

Значения показателей суммарной длины траектории центра давления под ягодицами за все время измерения и образуемые ими площади

Параметр		Правая	Левая	Разница в %
1(МС)	ПЭЛЛ (мм2)	713	603	8,4
	ТЦД (мм)	9383	7467	11,4
2 (КМС)	ПЭЛЛ (мм2)	193	172	5,8
	ТЦД (мм)	5266	5206	0,6
3 (КМС)	ПЭЛЛ (мм2)	352	488	16,2
	ТЦД (мм)	6559	7909	9,3
4 (I)	ПЭЛЛ (мм2)	970	925	2,4
	ТЦД (мм)	7626	7776	1,0
5 (I)	ПЭЛЛ (мм2)	125	57	37,4
	ТЦД (мм)	2995	2065	18,4
6 (II)	ПЭЛЛ (мм2)	775	1394	28,5
	ТЦД (мм)	13321	14788	5,2
7 (II)	ПЭЛЛ (мм2)	256	346	15,0
	ТЦД (мм)	4216	5723	15,2
8 (II)	ПЭЛЛ (мм2)	716	434	24,5
	ТЦД (мм)	10896	7886	16,0
9 (I)	ПЭЛЛ (мм2)	118	171	18,3
	ТЦД (мм)	5750	5864	1,0

Рис. 4. Большая и малая оси площади образованной траекторией общего центра давления на сиденье

Угол смещения центров давления [в градусах]

а

Рис. 6. Значения большой и малой осей площадей образованна траекториями центров давления под левой ( а )

Рис. 5. Угол смещения центра давления под ягодицами

Нормализованные результаты величии осей эллипса правой

б

и правой ( б ) ягодицами

т.е. они симметричны, что дает основание для дальнейшего изучения данного показателя.

Поскольку в данном исследовании затрагивалось изучение контакта гребца с сиденьем тренажера греб- ного эргометра, было бы важным в дальнейшем, применяя данную методику, проанализировать его взаимодействие с лодкой, сопоставив с эффективностью ее продвижения в воде.