УПРАВЛЕНИЕ МЫШЕЧНОЙ АКТИВНОСТЬЮ В СТРЕЛЬБЕ ИЗ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПИСТОЛЕТА

УПРАВЛЕНИЕ МЫШЕЧНОЙ АКТИВНОСТЬЮ В СТРЕЛЬБЕ ИЗ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ПИСТОЛЕТА

Е.А. Лукунина,
кафедра биомеханики

Среди основных факторов, влияющих на качество стрельбы, важная роль принадлежит процессам прицеливания, обработки выстрела и сохранения устойчивого положения системы стрелок-оружие. Эффективность этих действий возможна лишь при содружественной работе большого числа мышц, которые как предполагается объединяются в функциональные группы. Такой способ организации межмышечного взаимодействия, получивший название синергия, выгоден тем, что уменьшается количество независимо контролируемых переменных, т.е. уменьшается размерность системы управления [ 3, 5 ]. Впервые существование таких синергий было экспериментально показано Гельфандом И.М., Гурфинкелем В.С. и Цетлиным М.Л. [ 4 ] при изучении влияния дыхательных движений на перемещение общего центра масс тела при ортоградной стойке человека.

Можно предположить, что и в стрелковом спорте управление движениями при сохранении положения тела и прицеливании организуется на основе мышечных синергий, поиск которых основан на изучении взаимосвязей между мышечной активностью и механическими колебаниями в системе стрелок-оружие.

Задачи исследования:

1. Изучить взаимосвязь между механическими колебаниями всей системы и ствола оружия у стрелков разной квалификации.

2. Изучить взаимосвязь электрической активности мышц с колебаниями системы стрелок-оружие.

3. Исследовать особенности межмышечной координации у спортсменов разной квалификации.

Методика и организация исследования. Электрическая активность мышц регистрировалась поверхностными электродами с использованием двух 4-х канальных биоусилителей. Фиксировалась поверхностная электромиограмма основных мышц руки, удерживающей оружие, мышц нижних конечностей и туловища.

Одновременно с электромиограммой регистрировали колебания центра давления с помощью стабилографической платформы. Сигналы с тензоусилителя и усилителей биопотенциалов поступали на вход АЦП и затем в компьютер. Частота считывания сигнала - 2000 Гц.

Для регистрации колебаний ствола оружия использована оптико-электронная система "Selspot" (Швеция), позволяющая измерять координаты источника инфракрасного излучения. Светодиод закреплялся под стволом пистолета и фиксировал колебания ствола оружия во фронтальной плоскости. Сигналы с выхода измерительного устройства поступали на вход АЦП, а затем в персональный компьютер. Частота считывания сигнала - 312 Гц.

В эксперименте приняли участие 12 стрелков из пистолета различной квалификации ( 3 - КМС, 4 спортсмена 1 разряда и 5 новичков). Каждый спортсмен выполнил по 10 зачетных выстрелов из пневматического пистолета на дистанции 10 метров. В процессе каждого выстрела регистрировали колебания ствола оружия, центра давления и ЭМГ мышц. При последующей обработке получали интегрированную ЭМГ (постоянная времени интегрирования - 0,04 с) и рассчитывали кросскорреляционную функцию для любой пары сигналов. Временной сдвиг сигналов относительно друг друга изменялся от -0,6 до +0,6 с. Из полученного графика определяли экстремальное значение коэффициента корреляции и временной сдвиг этого экстремума от нуля.

Результаты и их обсуждение. Анализ механограмм, отражающих колебание центра давления системы и ствола оружия выявил уже известные в литературе по стрелковому спорту закономерности. У испытуемых-стрелков наблюдается уменьшение колебаний к моменту выстрела. Данный факт хорошо согласуется с результатами других исследователей [ 1, 2 ] и свидетельствует о том, что весь процесс прицеливания не является стационарным и в нем выделяются отдельные фазы, в которых стрелок решает разные двигательные задачи. У стрелков значительно меньше колебания как центра давления , так и ствола оружия, что следует из сравнения величин стандартных отклонений колебаний (таблица 1).

Таблица 1

Колебание (мм) центра давления и ствола оружия в продольном и поперечном направлениях у стрелков разной квалификации (n=12).

Испытуемые Продольные Поперечные
ЦД Ствол ЦД Ствол
Начинающий 22,4 (3,1) 13,5 (2.1) 25,2 (3,6) 14,3 (1,9)
II разряд 15,4 (3,3) 10,0 (1,8) 18,6 (2,8) 11,7 (2,6)
КМС 11,7 (1,6) 4,6 (0,8) 13,1 (1,3) 6,8 (0,6)

Примечание: в скобках приведены стандартные отклонения.

На основе кросскорреляционного анализа были получены величины экстремальных значений коэффициентов корреляции между колебаниями центра давления в продольном направлении и перемещениями ствола оружия вверх-вниз, а также колебаниями тела в поперечном направлении и ствола оружия вправо-влево.

В таблице 2 в качестве примера приведены результаты кросскорреляционного анализа для одного выстрела у спортсменов разной квалификации. Положительные значения коэффициента корреляции говорят о однонаправленном движении центра давления и ствола оружия, отрицательные - о разнонаправленном движении.

Несовпадение знаков коэффициентов корреляции в разных временных интервалах по мере прицеливания и обработки выстрела говорит о том, что разнонаправленные движения центра давления и ствола оружия (например, по горизонтали) время от времени сменяются их однонаправленным движением. Иными словами компенсаторные движения тела и оружия не являются постоянно используемой стратегией при прицеливании. Спортсменов высокой квалификации отличает меньшая величина временного сдвига экстремума кросскорреляционной функции при компенсаторных движениях тела и ствола оружия. Отсюда можно предположить, что управление движениями звеньев тела у квалифицированных стрелков осуществляется за счет двигательного анализатора, а у начинающих стрелков ведущим является зрительный контроль. Отмеченные закономерности характерны для всех выстрелов.

Таблица 2

Взаимосвязь (г) между колебаниями центра давления и ствола оружия и временной сдвиг экстремума корреляционной функции (t, мс) у 3-х стрелков разной квалификации для одного выстрела.


Номер временного интервала


1 2 3 4 5 6 7 8 9

КМС Х r -0,78 0,93 -0,71 -0,82 0,84 0,44 -0,92 0,62
t -50 30 -100 100 160 0 180 -95
У r 0,71 -0,79 0,91 0,92 -0,55 -0,70 -0,84 -0,88
t 186 -195 179 -40 172 -300 -195 99

II раз. Х r 0,82 0,94 -0,79 -0,75 0,85 -0,70 0,76 0,74 0,75
t -224 -316 -351 237 245 311 189 -307 199
У r 0,81 0,90 0,85 0,79 -0,76 0,94 0,83 0,53 0,88
t -255 -267 -157 200 -159 233 -207 -309 213

Без раз. Х г 0,55 -0,65 -0,98 -0,78
t- 253 321 362 -301
У r 0,60 -0,71 -0,82 0,83
t -50 -261 -203 -309

Примечание: Х - поперечные колебания центра давления и горизонтальные колебания оружия; У - продольные колебания центра давления и вертикальные колебания оружия.

Анализ ЭМГ показал, что многие мышцы нижних конечностей и туловища практически не проявляют активности. К ним относятся передние большеберцовые мышцы, четырехглавые мышцы бедра, мышцы задней поверхности бедра. Постоянная активность наблюдается у икроножных мышц, больших ягодичных мышц и натягивателей широкой фасции бедра. Среди отдельных головок трехглавой мышцы голени наибольшая активность проявляется у камбаловидных мышц, причем мышц впереди стоящей ноги значительно меньше, чем стоящей сзади. Это связано с тем, что спортсмены больше распределяют вес на сзади стоящую ногу.

Анализ кросскорреляционных зависимостей между ЭМГ мышц нижних конечностей и механограммами центра давления системы привел к несколько неожиданным результатам. Практически у всех испытуемых наблюдается довольно слабая корреляция колебаний тела с электрической активностью мышц разгибателей стопы и полное отсутствие взаимосвязи у остальных активных мышц нижних конечностей с колебаниями центра давления. Так у квалифицированных стрелков экстремальное значение коэффициента корреляции ЭМГ камбаловидной мышцы сзади стоящей ноги с поперечными колебаниями центра давления изменяется в пределах от 0,23 до 0,57 (по абсолютной величине), но чаще всего эта величина колеблется около 0,3 - 0,4. Приблизительно такая же картина характерна для взаимосвязи ЭМГ других головок трехглавой мышцы голени с механограммами центра давления с тем лишь отличием, что эти связи выражены еще слабее. У начинающих стрелков средние величины обсуждаемых коэффициентов корреляции (от 0,3 до 0,5) встречаются еще реже и это несмотря на то, что колебания тела выражены в большей степени. Полученные результаты говорят о том, что управление устойчивостью системы стрелок-оружие осуществляется гораздо сложнее, чем это может показаться на первый взгляд и раскрытие механизмов, лежащих в основе этого управления, следует искать в межмышечной координации. Для этого были рассчитаны кросскорреляционные зависимости между интегрированными ЭМГ различных мышц. Отметим, что характер взаимосвязей у разных спортсменов весьма индивидуален, но есть и некоторые общие закономерности. Одной из них является наличие довольно большой корреляции (от 0,62 до 0,83) между ЭМГ икроножной и камбаловидной мышц сзади стоящей ноги. Имеется, хотя и менее сильная, корреляция между камбаловидными мышцами ног (от 0,4 до О,6З). Также существенная корреляция обнаружена между ЭМГ натягивателей широкой фасции бедра правой и левой ног (от 0,55 до 0,76). Начинающих стрелков отличают довольно слабые корреляции между икроножными мышцами и практически полное отсутствие корреляций между другими мышцами.

Результаты проведенных исследований убеждают в том, что управление устойчивостью системы стрелок-оружие построено не за счет управляющих действий в каких-либо одних ведущих суставах (например, как это наблюдается при сохранении равновесия на ограниченной опоре), а является сложной системой межмышечных взаимодействий, индивидуальных для каждого спортсмена. Отсутствие электрической активности мышц передней и задней поверхности бедра во время прицеливания говорит о том, что поддержание вертикальной позы возможно за счет пассивного "замыкания" коленных суставов.

Выводы

1. С ростом спортивной квалификации происходит уменьшение колебаний центра давления и ствола оружия. Эти колебания уменьшаются к моменту выстрела.

2. В процессе выполнения выстрела стратегия прицеливания не постоянна. Интервалы времени компенсаторных движений системы и оружия сменяются их однонаправленным перемещением. Взаимосвязь между колебаниями ствола оружия и центра давления колеблется в пределах от 0,43 до 0,97 (по абсолютной величине).

3. Обнаружена весьма умеренная корреляционная связь (от 0,23 до 0,57) электрической активности трехглавой мышцы голени с колебаниями центра давления системы стрелок-оружие. Взаимосвязей ЭМГ других мышц нижних конечностей с продольными и поперечными колебаниями тела не обнаружено.

4. У всех спортсменов отмечается довольно высокая корреляционная связь между ЭМГ икроножных и камбаловидных мышц правой и левой ног. Эти взаимосвязи выше у более квалифицированных стрелков. Наблюдаемые связи не постоянны на протяжении прицеливания и обработки выстрела и могут периодически исчезать. Взаимосвязи между ЭМГ мышц имеют выраженный индивидуальный характер.

5. Управление устойчивостью системы стрелок-оружие осуществляется не в каком-либо одном, ведущем суставе, а представляет собой сложную систему межмышечных взаимодействий, изучение которых требует проведения дальнейших исследований.

Литература

1. Актов А.В., Жилина М.Я., Шалманов А.А. Анализ этапов становления техники выполнения выстрела. / Разноцветные мишени /,1985, с.63-65.

2. Арутюнян Г.А. Методика биомеханических исследований точностных

3. Бернштейн Н.А. О построении движений. М., Медгиз, 1947, 254 c.

4. Гельфанд И.М., Гурфинкель В.С., Цетлин М.Л. О тактиках управления сложными системами в связи с физиологией. В книге: Биологические аспекты кибернетики. М., АН СССР, 1962, с. 66-73.

5. Гурфинкель В.С., Девянин Е.А., Охоцимский Д.Е. Современные проблемы механики и управления движением и робототехника. Современные проблемы биомеханики. Выпуск 3, Рига, Знание, 1986, с. 5-13.


 Home На главную  Forum Обсудить в форуме  Home Translate into english up

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Лукунина, Е.А. Управление мышечной активностью в стрельбе из пневматического пистолета // Юбилейный сборник трудов ученых РГАФК, посвященный 80-летию академии. - М., 1998. - Т. 3. - С. 152-157.