СПОРТИВНАЯ БИОМЕХАНИКА

Abstract

ASYMMETRY OF STRUCTURE OF SHOULDER GIRDLE AND ITS MANIFESTATION IN TENNIS SHOCK ACTION

G.P. Ivanov, Dr. Biol., professor

D.V. Spiridonov,
E.N. Sautina

The St.-Petersburg state P.F. Lesgaft's academy of physical culture, Saint Petersburg

Key words: tennis, shoulder girdle, impellent asymmetry, muscles-antagonists, dynamic rigidity.

The search of forms of the optimum coordination of individual properties of the impellent systems participating in the realization of concrete actions, with their general biomechanical regularities is one of the major problems of sports practice. The account of features of asymmetry in the organization of movements helps to form complex coordinated motor actions adequate as much as possible to the human nature.

In the given article the question is the dynamic asymmetry of hands which is considered by the authors from the point of view of system-structural representations as the manifestation of the functional asymmetry of the uniform system of the shoulder girdle and the upper extremities.

The approach to the analysis of tennis engineering offered in the work allows to predict optimum forms of realization of impellent actions at early grade levels, proceeding from the specific features of construction of biomechanical circuits of the upper extremities and a humeral belt of a athlete.

АСИММЕТРИЯ СТРУКТУРЫ ПОЯСА ВЕРХНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ И ЕЕ ПРОЯВЛЕНИЕ В ТЕННИСНОМ УДАРНОМ ДЕЙСТВИИ

Доктор биологических наук, профессор Г.П. Иванова

Д.В. Спиридонов, Э.Н. Саутина

Санкт-Петербургская государственная академия физической культуры им. П.Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург

Ключевые слова: теннис, пояс верхних конечностей, двигательная асимметрия, мышцы-антагонисты, динамическая жесткость.

Постановка задачи. Поиск форм оптимального согласования индивидуальных свойств двигательных систем, участвующих в реализации конкретных действий, с их общими биомеханическими закономерностями всегда являлся одной из важнейших задач спортивной практики. Двигательная асимметрия относится к числу важнейших индивидуальных свойств. Учет признаков асимметрии в организации движений помогает осознанно формировать сложнокоординированные действия, максимально отвечающие природе человека.

Результаты исследования двигательной асимметрии в спорте обобщены в ряде работ [5, 9, 10, 12]. Однако, несмотря на многолетний устойчивый интерес к проблеме и накопленный практический опыт, ни по одному из аспектов асимметрии не достигнуто должного единства мнений, а следовательно, необходимой ясности и однозначности выводов. Конкретно в теннисе изучение асимметрии до последнего времени ограничивалось обсуждением некоторых функциональных различий рук [1, 4] и асимметрии зрения [6]. Очевидно, что этих данных недостаточно для понимания подлинной роли асимметрии в биомеханике теннисного удара.

В опубликованных нами ранее работах по данной теме [2, 3] обсуждались асимметрия опорных взаимодействий и связанные с нею координационные особенности ударных движений. В данной статье речь идет о динамической асимметрии рук, которая рассматривается в свете системно-структурных представлений как проявление функциональной асимметрии единой системы плечевого пояса и верхних конечностей.

Биомеханическая модель на основе функциональной асимметрии пояса верхних конечностей. При исследовании вопросов асимметрии рук используется трехзвенная модель: плечо - предплечье - кисть [8]. Предлагаемый нами системно-структурный подход к проблеме отличается по исходной постановке.

1. В биомеханическую цепь руки кроме плеча, предплечья и кисти включается четвертое звено - лопатка с ключицей. Замыкаясь через грудину, формируется общая биомеханическая цепь - единая система плечевого пояса. Она объединяет правую и левую четырехзвенные подсистемы, идентичные по составу элементов.

2. Вместо асимметрии рук рассматривается асимметрия единой системы - пояса верхних конечностей. Используется понятие динамической асимметрии как особого биомеханического свойства, отражающего различие подсистем. Оно проявляется в динамике как форма природного приспособления к выполнению разноцелевых и разнонаправленных скоростных действий, что расширяет диапазон двигательных возможностей человека.

При отсутствии заметных мышечных усилий (при выполнении односуставных действий ненапряженными дистальными звеньями) проявление асимметрии подсистем незначительно, а потому их можно считать ненапряженно -симметричными. Различия становятся заметными уже при быстрой ходьбе и беге. Возникает не только амплитудно-пространственная асимметрия махов руками, но и асимметрия напряжений мышц одноименных звеньев. При выполнении скоростных или напряженных действий асимметрия суставной жесткости становится одним из определяющих факторов различия динамики функционирования кинематических цепей.

Согласно предлагаемой модели существует два типа биомеханической организации подсистем:

первый тип характеризуется преобладанием напряжения мышц-сгибателей;

второй тип - преобладанием напряжения мышц-разгибателей.

При активном выполнении сложных действий относительное различие напряжений мышц проявляется в организации межзвенных связей, в частности в различии "жесткости" суставов и пространственной ориентации их осей. Каждый тип организации характеризуется устойчивостью своей структуры.

Как правило, правая и левая подсистемы верхних конечностей человека организованы по разному типу. Степень выраженности этих различий индивидуальна, как индивидуально и соответствие типа организации стороне тела.

В повседневной практике взаимодействие рук строится на условиях взаимной дополнительности. В спортивных же действиях это соотношение реализуется далеко не всегда. Часто при выполнении синхронных двуручных движений основным критерием результативности становится эквивалентность (одинаковость) действий обеих рук. В этой ситуации особенно актуальна задача согласования в структуре подсистем. Примером подобных движений может служить техника упражнений в тяжелой атлетике. Роль асимметрии в этом виде спорта всесторонне исследована В.С. Степановым. Тщательный анализ экспериментальных данных, приведенных в его диссертационной работе [11], позволил сделать некоторые дополнительные выводы. Наши последующие рассуждения базируются на экспериментальных данных этой работы.

В качестве одного из показателей различия движений руками в работе В.С. Степанова используется время сгибания локтевого сустава. Можно ожидать, что более высокую скорость сгибания будет иметь рука с более высоким напряжением мышц-сгибателей, а более низкую скорость - рука с более высоким напряжением мышц-разгибателей. Анализ экспериментальных данных показал, что из 45 обследованных спортсменов разных видов спорта у 57,8% более быстрой была левая рука, у 31,1% - правая, а у 11,1% время сгибания рук практически не различалось. Индивидуальным показателем степени асимметрии служил коэффициент асимметрии K=(t1-t2)/t1 •100%, где t1 - время сгибания более медленной руки, а t2- время сгибания более быстрой руки. Максимальный коэффициент асимметрии в первой группе (с более быстрой левой рукой) составил 22,6%, а во второй группе (с более быстрой правой рукой) - 17,9%. Средние значения К, рассчитанные в рамках каждой отдельной группы, оказались достаточно близкими и составили 8,4 и 8,1% для первой и второй групп соответственно.

Полученные оценки позволяют предполагать, что у 57,8% спортсменов на правой руке преобладало напряжение мышц-разгибателей (правая рука более медленная), а у 31,1% - напряжение мышц-сгибателей (правая рука более быстрая). По грубой оценке отношение количества спортсменов в первой и второй группах составляло 2:1, что позволило нам считать преобладание "жесткости" мышц-разгибателей, присущее правой руке. Если исходить из этой позиции, то полученные выше данные существенно расходятся с официально принятым количественным соотношением в обществе правшей и левшей: 75 и 5-10% соответственно [9]. Следовательно, существует значительная часть правшей, отличающихся биомеханическим типом организации правой руки. По-видимому, именно они составляют категорию "скрытых" левшей.

Приведенные цифры, несомненно, для категоричности заключений требуют более тщательной проверки и уточнения. Однако при обсуждении вопросов асимметрии важнее сам факт достаточно часто встречающегося неосознанного различия суставно-мышечной организации руки, в частности правой. Это значит, что спортсмены, имеющие одну и ту же ведущую руку, могут различаться структурой выполняемых ею движений. Чем сложнее и напряженнее движение, тем более значимыми будут различия. Этот вывод крайне важен для практики обучения сложным действиям, особенно в тех видах спорта, где естественные кинематические цепи дополняются каким-либо специальным предметом: ракеткой, рапирой, клюшкой и т.п. Необходимо принимать во внимание то обстоятельство, что уже сам способ связи физиологической системы руки и подключаемого к ней "искусственного" звена не может быть абсолютно произвольным. Он всегда будет отражать природный тип межзвенных взаимодействий, присущий используемой конечности.

Силовой и инерционный варианты теннисной техники как отражение структурных различий ударных цепей. Полученный вывод переводит обсуждаемый вопрос в новую плоскость. Из него следует, что техника теннисистов, играющих одной и той же рукой, может заведомо различаться конкретной формой реализации действия. Некоторые из типичных различий, относящихся к этой категории, ранее отмечались в специальной литературе [7, 13]. Однако они всегда рассматривались вне связи друг с другом. Использованный в данной работе подход позволяет сравнивать теннисные движения с позиции их системных свойств, отражающих взаимосвязь и причинную обусловленность отдельных признаков действия.

Согласно предлагаемой модели биомеханические цепи, выполняющие теннисное ударное движение, могут различаться асимметрией напряжений мышц-антагонистов. Для краткости изложения введем следующие терминологические обозначения: тип суставно-мышечной организации ударной цепи с преобладанием мышц-разгибателей будем называть "жестким", а с преобладанием мышц-сгибателей - "гибким".

В табл. 1 приведены основные параметры, характеризующие типы биомеханических цепей и обусловленные ими свойства ударных действий. Предварительно отметим некоторые ключевые моменты, определяющие различия динамики теннисных ударов.

A	B

Рис. 1. Хватки ракетки: A - "гибкой" рукой; В - "жесткой" рукой. Дополнительными линиями показано положение продольных осей предплечья и ракетки

1. Связь кисти руки с ракеткой. В динамике ударного действия мышечные напряжения, обеспечивающие контакт кисти с ручкой ракетки, формируются в соответствии с типом связи остальных звеньев руки.

Специфической особенностью гибкой руки является достаточно низкий уровень напряжения пальцев. Можно говорить о том, что в исходном положении пальцы лишь придерживают ракетку в кисти, их участие неодинаково по степени напряжения мышц, наиболее активно участвуют в удержании ракетки мизинец и безымянный палец. При этом происходит отведение кисти и в результате продольные оси предплечья и ракетки будут ориентированы практически одинаково (рис.1, А). На этой основе формируется связанный механизм участия предплечья, кисти и ракетки в ударном действии, что проявляется в формировании из этих элементов единого биомеханического звена. Данное звено подчиняется единой двигательной команде, и его основные движения происходят в локтевом суставе.

При выполнении ударов "жесткой" рукой значительно больше напряжены указательный и средний пальцы, сжимающие кисть в кулак (рис.1,Б). Данный способ хватки приводит к приведению кисти, и угол между продольными осями ракетки и предплечьем становится заметно меньшим, чем в предыдущем случае. Характерная для этого типа связи синхронность напряжения мышц пальцев и связанных с ними мышц предплечья препятствует движениям отведения и приведения кисти, сохраняя подвижность только при сгибании и разгибании кисти.

2. Связь плечо - предплечье. Локтевая подвижность - внешне наиболее заметный признак динамических различий ударных цепей в теннисе. Функциональная роль этого признака чрезвычайно велика. От него зависят структура замаха и разгона ракетки, организация вращения мяча, способ коррекции выноса ракетки в точку контакта с мячом.

Для движений "гибкой" рукой характерна высокая подвижность в локтевом суставе, причем это касается не только сгибания и разгибания предплечья, но и его пронации и супинации. Выполнение большей части движения согнутой в локтевом суставе рукой облегчает пронацию и супинацию именно в локтевом суставе, а не в плечевом.

В случае "жесткой" руки взаимосвязь мышц - разгибателей плеча и предплечья повышает жесткость локтевого сустава и тем самым фиксирует положение звеньев в динамике разгона ракетки.

3. Связь плечо - ключица. Движения плеча очень важны в динамике теннисных ударов, поскольку они производятся мышцами, идущими от туловища, что важно для энергообеспечения движений дистальных звеньев руки.

Для случая "гибкой" руки характерно невысокое напряжение мышц, создающих движения в плечевом суставе. Поэтому эти движения плеча осуществляются свободно в большом диапазоне углов поворота.

При движениях "жесткой" рукой совместно с мышцами - разгибателями предплечья действуют мышцы - разгибатели плеча. Высокое напряжение последних приводит к фиксации плечевого сустава по некоторым направлениям движения. Единственное более свободное движение в нем - это пронация и супинация плеча, что приводит к поворотам вокруг продольной оси всей руки целиком.

Указанные отличия биомеханических цепей приводят к различиям в выполнении теннисных ударов "гибкой" и "жесткой" рукой. Высокая подвижность "гибкой" руки во всех ее суставах облегчает придание высокой скорости ударному звену за счет последовательной передачи энергии от проксимальных звеньев к дистальным, а невысокая степень напряжения мышц руки не позволяет сформировать жесткую ударную систему. Поэтому ударное движение "гибкой" рукой носит инерционный характер, при котором разгон ракетки начинается за счет потенциальной энергии ее свободного падения вниз-вперед и продолжается далее за счет последовательного подключения мышц руки.

Таблица 1. Сравнение параметров движения звеньев ударных цепей с различной жесткостью межзвенных связей

В отличие от этого при ударном движении жесткой рукой совместная активность мышц-антагонистов обеспечивает создание жесткой ударной системы, но одновременно затрудняет разгон руки с ракеткой. Движение имеет силовой характер, что выражается в существенном напряжении мышц уже в дальней точке замаха, а также в последующем ускорении ударного звена только за счет мышечных усилий.

Приведенные в таблице данные позволяют говорить о существовании двух базовых вариантов теннисной техники. Они различаются совокупностью взаимосвязанных параметров и признаков, т.е. явно выраженными системными свойствами. В качестве биомеханической базы отмеченных различий предложено рассматривать различие динамической жесткости межзвенных связей ударных цепей.

Структурные особенности теннисных движений, зависящие от динамической жесткости ударной цепи, всегда имеют конкретное отражение в игровой практике. Именно они в большинстве случаев определяют достоинства и ограничения техники теннисистов. Для оценки проявлений различия рук в теннисных ударах необходимо рассмотреть влияние дополнительного четвертого звена биомеханической цепи верхних конечностей. Это звено образуют лопатка и ключица. Включение в ударную цепь дополнительного звена позволяет увеличить число степеней свободы цепи.

В ударе "гибкой" рукой справа используются все возможные степени свободы ударной цепи, что увеличивает амплитуду движения руки навстречу мячу и скорость ракетки путем использования сил инерции на более длительном разгоне. Поскольку на гибкой руке преобладает действие мышц-сгибателей, то удар справа удобен также тем, что при его выполнении происходит сгибание руки.

При ударах "жесткой" рукой из-за высокого напряжения мышц-антагонистов в суставах возникает "мышечный замок", т.е. исключаются некоторые возможные подвижности. Лопатка с ключицей входят в ударное звено, образованное всей рукой. При выполнении удара справа в плечевом суставе производится единственное возможное движение - пронация. Поэтому высокая скорость ударного звена создается за счет поворота всего туловища вокруг вертикальной оси, что требует большей затраты сил.

В случае удара слева одной рукой складывается в известной степени обратная ситуация. Высокая жесткость ударной цепи и отведение лопатки мощными мышцами спины при выполнении удара "жесткой" рукой обеспечивает его особую мощность и эффективность. Естественность движения связана с разгибанием руки при ударе, поскольку на "жесткой" руке преобладает действие мышц-разгибателей. Ракетка в этом случае движется с набором скорости в направлении удара, заканчивая маховое движение вправо-назад, т.е. как бы за спину игрока.

При выполнении удара слева "гибкой" рукой поворот производится лишь в плечевом суставе и движение выполняется практически одной рукой и без участия туловища. А это не обеспечивает нужного усилия для разгона ракетки и требуемой жесткости цепи в момент контакта с мячом.

Таким образом, участие лопатки наиболее эффективно проявляется в ударе справа, выполняемом "гибкой" рукой, и в ударе слева - "жесткой" рукой.

В табл. 2 приведены результаты качественной биомеханической оценки силового и инерционного вариантов техники ударных действий с позиций игровой практики.

Как видно из таблицы, энергетически преимущественными являются удар справа "гибкой" рукой и удар слева "жесткой" рукой. Но каждый вариант техники имеет свои преимущества и свои ограничения. Абсолютно лучшего варианта с точки зрения биомеханики не существует. Поэтому главным критерием при обучении технике тенниса должна служить индивидуальность двигательной организации ударных цепей.

Рис. 2. Удар справа теннисиста с "гибкой" ударной рукой. Дугами показано изменение угла сгибания в локтевом суставе

Рис. 3. Удар справа теннисиста с "жесткой" ударной рукой. Стрелками показан поворот туловища вокруг вертикальной оси

Таблица 2. Данные сравнения игровых параметров теннисных ударов

Выводы

1. Пояс верхних конечностей рассматривается как единая биомеханическая система, включающая две (правую и левую) четырехзвенные подсистемы (лопатка с ключицей - плечо - предплечье - кисть), замкнутые на грудине. Подсистемы различаются жесткостью межзвенных связей, что проявляется в быстроте и напряженности действий.

2. Физиологической основой различий предложено считать асимметрию напряжений мышц-антагонистов одноименных звеньев, входящих в биомеханические цепи разных сторон тела. В соответствии с этим формируется два типа межзвенных связей: первый - с преобладанием напряжения мышц-сгибателей, второй - с преобладанием напряжения мышц-разгибателей.

3. В каждом отдельном случае пояс верхних конечностей включает две подсистемы с разным типом организации. Степень проявления различий подсистем индивидуальна.

4. В общем случае соответствие типа организации подсистемы и стороны тела неоднозначно. По статистическим оценкам правая подсистема организована более жестко. Реже встречается противоположный вариант. Асимметрия жесткости пояса верхних конечностей является особой индивидуальной характеристикой, не совпадающей с общепринятыми представлениями о право- и леворукости.

5. Тип организации подсистемы (руки) по жесткости межзвенных связей всегда находит отражение в структуре спортивных действий. На примере теннисных ударов с отскока показано различие системных свойств двух механизмов ударного действия: силового варианта, выполняемого на базе жестких биомеханических цепей, и инерционного варианта, реализуемого биомеханическими цепями с гибкой межзвенной связью.

6. Предложенный в работе подход к анализу теннисной техники позволяет на ранних этапах обучения прогнозировать оптимальные формы реализации двигательных действий, исходя из индивидуальных особенностей построения биомеханических цепей верхних конечностей и плечевого пояса спортсмена.

Литература

1. Гладышева А.А., Науменко В.У. Морфологическая характеристика юных теннисистов / В сб.: Материалы II Всесоюзной научной конференции по спортивной морфологии. М., 1977.

2. Иванова Г.П., Спиридонов Д.В., Саутина Э.Н. О роли двигательной асимметрии нижних конечностей в динамике спортивных действий // Теория и практика физ. культуры. 2003, №1, с. 62-63.

3. Иванова Г.П., Спиридонов Д.В., Саутина Э.Н. Двигательная асимметрия как определяющий фактор координационной структуры ударного действия в теннисе // Теория и практика физ. культуры. 2003, № 8, с. 26-42.

4. Ильин Е.П. Влияние многолетней односторонней тренировки на степень выраженности функциональной асимметрии // Теория и практика физ. культуры. 1961, № 3, с. 200-203.

5. Караев М.Г., Ибрагимова Н.М., Мусатова С.А. Асимметрия в моторике спортсменов: Учеб. пос. Баку: Азерб. гос. ин-т. физ. культ., 1991. - 52 с.

6. Матова М.А., Бережковская Е.Л. Функциональная асимметрия и симметрия пространственного восприятия у спортсменов разных специальностей // Теория и практика физ. культуры. 1980, № 11, с. 8-9.

7. Метцлер П. Теннис. Секреты мастеров. М., 1997. - 315 с.

8. Петухов С.В. Биомеханика, бионика и симметрия. - М.: Наука, 1981. - 239 с.

9. Сологуб Е.Б., Таймазов В.А. Спортивная генетика. - М.: Терра-спорт, 2000. - 125 с.

10. Степанов В.С. "Симметрия - асимметрия" биомеханической структуры движений. - СПб: ГАФК им. П.Ф. Лесгафта, 2000. - 94 с.

11. Степанов В.С. Асимметрия двигательных действий спортсменов в трехмерном пространстве: Докт. дис. Майкоп, 2001. - 396 с.

12. Чермит К.Д. Симметрия-асимметрия в спорте. - М.: ФиС, 1992. - 256 с.

13. Tennis' Lehrplan. Deutscher Tennis Bund. Band I. Technik-Taktik. - Munchen: BLV Neuausq., 1995. - 180 s.

  На главную    В библиотеку    Обсудить в форуме 

При любом использовании данного материала ссылка на журнал обязательна!