Актуальность. Вбиомеханике проведено довольно много исследований о влиянии положения тела, в частности углов в суставах, на силовые возможности человека [1, 3, 4]. Известны основные причины, определяющие зависимость моментов сил от суставных углов (длина мышцы, плечо силы тяги мышцы и угол тяги мышцы за кость). Однако недостаточно изучено влияние индивидуальных особенностей спортсменов на характер этих зависимостей.
Цель исследования. Изучить общие и индивидуальные закономерности изменения силовых возможностей мышц коленного сустава от положения тела в статических условиях и асимметрию в этих показателях у футболистов высокой квалификации.
Методы исследования. Для измерения силовых возможностей мышц коленного сустава при изометрическом режиме сокращения использовали многофункциональный динамометрический аппаратно-программный комплекс «Biodex — 3» (рис. 1). Регистрировался максимальный момент силы при разгибании и сгибании ног в коленных суставах.
Рис. 1. Многофункциональный динамометрический комплекс «Biodex-3»
Для оценки асимметрии использовали два показателя. Коэффициент латеральной асимметрии (Клат), определяемый отношением показателей максимального момента силы мышц-агонистов правой ноги к моменту силысоответствующих мышц левой ноги. Коэффициент асимметрии мышц-антагонистов для правой и левой ноги (Кант). Этот коэффициент определялся отношением момента силымышц-разгибателейк моменту силы мышц-сгибателей коленного сустава.
В эксперименте приняли участие 17 футболистов высокой квалификации. Средний вес — 76,3±5,37 кг, средний рост — 180,4±7,31 см, средний возраст — 23,8±6,58 года.
Испытуемый после разминки фиксировался в кресле таким образом, чтобы ось коленного сустава совпадала с осью вращения вала динамометра, а наклон спинки кресла позволял задавать разные углы в тазобедренном суставе. В данном эксперименте углы в тазобедренном суставе составляли 80о, 90о и 150о. Углы в коленном суставе изменяли от 80о до 160о с интервалом 20о. При каждом угле в суставах испытуемые выполняли по две попытки с заданием проявить максимальное усилие, действуя на рычаг динамометра.
Результаты исследования. В таблице 1 представлены средние значения и стандартные отклонения максимальных моментов сил мышц разгибателей и сгибателей коленного сустава, измеренных при разных углах в коленном и тазобедренном суставах.
Из таблицы видно, что наибольший момент силы мышц-разгибателей коленного сустава наблюдается при угле 100о. С увеличением угла до 160о момент силы уменьшается. Данная закономерность характерна для всех трех углов в тазобедренном суставе. Так, например, для угла в тазобедренном суставе 100о максимум момента силы мышц-разгибателей коленного сустава правой ноги равен 227,8±62,6 Нм, а при угле 160о момент составляет всего 86,3±24,8 Нм, т. е. почти в 2,5 раза меньше. Данная закономерность характерна как для правой, так и для левой ноги.
Таблица 1
Зависимость максимального момента силы (Нм) мышц-разгибателей коленного сустава от угла в этом суставе при разных углах в тазобедренном суставе
|
Угол в тазобедр. суставе |
Угол в коленном суставе |
|||||
|
80о |
100о |
120о |
140о |
160о |
||
|
80о |
Прав. |
196,8±71,9 |
211,9±71,1 |
175,8±56,3 |
124,8±44,9 |
72,8±313 |
|
Лев. |
187,8±73,7 |
200,9±59,8 |
173,7±50,9 |
124,2±42,1 |
66,8±309 |
|
|
100о |
Прав. |
207,7±79,0 |
227,8±62,6 |
183,3±51,8 |
140,0±45,1 |
86,3±24,8 |
|
Лев. |
202,3±68,6 |
216,3±59,3 |
186,5±50,7 |
134,0±41,1 |
83,9±31,0 |
|
|
150о |
Прав. |
215,1±78,6 |
232,3±60,1 |
207,5±55,3 |
146,7±39,4 |
95,5±26,8 |
|
Лев. |
202,1±47,1 |
227,6±58,1 |
187,8±46,2 |
144,0±40,2 |
93,7±34,4 |
|
Что касается изменения максимального момента силы мышц сгибателей коленного сустава, то здесь имеет место обратная закономерность (табл. 2). С увеличением угла в суставе момент силы увеличивается. Так, например, момент силы правой ноги при угле в коленном суставе 80о равен 70,5±26,9 Нм, а при угле 160о он составляет 135,2±36,1 Нм (угол в тазобедренном суставе — 100о). Таким образом, с увеличением угла в коленном суставе среднее значение максимального момента силы увеличивается почти в 2 раза.
Таблица 2
Зависимость максимального момента силы (Нм) мышц-сгибателей коленного сустава от угла в этом суставе при разных углах в тазобедренном суставе
|
Угол в тазобедренном суставе |
Угол в коленном суставе |
|||||
|
80о |
100о |
120о |
140о |
160о |
||
|
80о |
Прав. |
78,9±25,2 |
111,7±25,4 |
124,0±28,3 |
130,4±30,0 |
140,8±28,3 |
|
Лев. |
77,7±20,8 |
111,9±26,1 |
122,9±23,1 |
127,8±23,8 |
130,2±24,9 |
|
|
100о |
Прав. |
70,5±26,9 |
99,5±23,8 |
114,8±29,7 |
24,1±41,1 |
135,2±36,1 |
|
Лев. |
67,5±20,7 |
101,9±19,8 |
113,6±26,1 |
117,5±24,2 |
125,8±28,4 |
|
|
150о |
Прав. |
55,2±40,2 |
91,6±52,3 |
99,1±32,0 |
107,2±22,4 |
122,8±33,8 |
|
Лев. |
56,2±21,3 |
85,2±21,4 |
92,9±19,3 |
97,7±18,4 |
106,9±22,6 |
|
Отметим, что при угле в коленном суставе близком к 140о максимальные силовые возможности мышц-разгибателей и сгибателей коленного сустава выравниваются, а при увеличении угла в суставе мышцы задней поверхности бедра становятся сильнее, чем передней. Это наглядно видно на рисунке 2.
Рис. 2. Зависимость максимального момента силы мышц коленного сустава от угла в этом суставе при разных углах в тазобедренном суставе (средние данные)
Сравнительный анализ максимальных моментов сил для трех значений углов в тазобедренном суставе показал, что мышцы-разгибатели коленного сустава развивают большие моменты при большем угле в тазобедренном суставе. Так, например, при угле в коленном суставе 140ои в тазобедренном суставе 80о максимальный моментсилы мышц-разгибателей правой ноги равен 124,8±44,9 Нм, а при соответствующих углах 140о и 150о момент равен 146,7±39,4 Нм (p<0,05).
Для мышц сгибателей коленного сустава, наоборот, с уменьшением угла в тазобедренном суставе максимальный момент увеличивается. Наблюдаемая закономерность объясняется тем, что изменение угла в тазобедренном суставе приводит к изменению длины двусуставных мышц передней и задней поверхности бедра. Например, длина прямой мышцы бедра при угле в тазобедренном суставе равном 150о больше, чем при угле 80о, а значит и вклад этой мышцы в суммарный момент силы четырехглавой мышцы бедра будет больше.
Более наглядно обсуждаемая закономерность показана на рис. 2, где приведены графики зависимости максимальных моментов сил для двух углов в тазобедренном суставе (80о и 150о).
Полученные результаты согласуются с данными Л. М. Райцина [2], где показано, что силовые возможности мышц коленного сустава зависят не только от угла в этом суставе, но и от угла в соседнем (тазобедренном) суставе.
Особый интерес представляет изучение соотношения силовых возможностей мышц передней и задней поверхности бедра и соотношение силы правой и левой ноги, т. е. асимметрия в силовых возможностях мышц нижних конечностей.
В таблице 3 представлены максимальные моменты сил мышц разгибателей и сгибателей коленного сустава правой и левой ноги и коэффициенты асимметрии мышц-антагонистов (Кант) при разных углах в этом суставе. Из таблицы видно, что при малых углах в коленном суставе силовые возможности мышц передней поверхности бедра в 2–3 раза превышают соответствующие возможности мышц задней поверхности бедра. По мере увеличения угла в суставе силовые возможности мышц выравниваются, а при углах более 140о сила мышц задней поверхности бедра становиться больше, чем передней.
Что касается отношения средних максимальных моментов сил правой и левой ноги для соответствующих направлений движения в суставе, то их значения близки к единице, что свидетельствует о симметричном развитии силы ног (табл. 4). Однако этот вывод справедлив лишь в отношении средних значений моментов сил. По-видимому, значительно больший интерес представляет анализ индивидуальных особенностей спортсменов, поскольку межиндивидуальные различия по обсуждаемым показателям в обследованной группе футболистов достаточно велики (коэффициенты вариации изменяются от 20 до 50 %).
Таблица 3
Соотношение силовых возможностей мышц разгибателей и сгибателей коленного сустава правой и левой ног
|
Угол в тазобедренном суставе — 100о |
Угол в коленном суставе |
|||||
|
80о |
100о |
120о |
140о |
160о |
||
|
Правая |
Разг. |
207,7±79,0 |
227,8±62,6 |
183,3±51,8 |
140,0±45,1 |
86,3±24,8 |
|
Сгиб. |
70,5±26,9 |
99,5±23,8 |
114,8±29,7 |
124,1±41,1 |
135,2±36,1 |
|
|
Кант |
2,95 |
2,29 |
1,60 |
1,13 |
0,64 |
|
|
Левая |
Разг. |
202,3±68,6 |
216,3±59,3 |
186,5±50,7 |
134,0±41,1 |
83,9±31,0 |
|
Сгиб. |
67,5±20,7 |
101,9±19,8 |
113,6±26,1 |
117,5±24,2 |
125,8±28,4 |
|
|
Кант |
2,99 |
2,16 |
1,64 |
1,14 |
0,67 |
|
Таблица 4
Соотношение силовых возможностей мышц правой и левой ног при разгибании и сгибании в коленном суставе
|
Угол в тазобедренном суставе — 100о |
Угол в коленном суставе |
|||||
|
80о |
100о |
120о |
140о |
160о |
||
|
Разгибан. |
Прав. |
207,7±79,0 |
227,8±62,6 |
183,3±51,8 |
140,0±45,1 |
86,3±24,8 |
|
Лев. |
202,3±68,6 |
216,3±59,3 |
186,5±50,7 |
134,0±41,1 |
83,9±31,0 |
|
|
Клат |
1,03 |
1,05 |
0,98 |
1,04 |
1,03 |
|
|
Сгибан. |
Прав. |
70,5±26,9 |
99,5±23,8 |
114,8±29,7 |
124,1±41,1 |
135,2±36,1 |
|
Лев. |
67,5±20,7 |
101,9±19,8 |
113,6±26,1 |
117,5±24,2 |
125,8±28,4 |
|
|
Клат |
1,04 |
0,98 |
1,01 |
1,06 |
1,07 |
|
На рис. 3 и 4 представлены наиболее типичные индивидуальные зависимости максимальных моментов сил от угла в коленном суставе. Анализ индивидуальных зависимостей «момент силы — угол», характеризующих силовые возможности мышц, позволил выявить следующие закономерности.
Максимальный момент силы при разгибании в коленном суставе у разных спортсменов достигается при разных значениях угла в этом суставе. Так, например у спортсмена Б (рис.3) имеет место выраженный максимум момента силы правой ноги при угле 100о и его резкое уменьшения (почти в 3 раза) с увеличением угла в суставе. Аналогичная картина наблюдается у испытуемых А и Б на рис. 4, с той лишь разницей, что максимум момента силы они проявляют при угле 80о. При этом у спортсмена А сила уменьшается в 2,5 раза, а у спортсмена Б — в 4,6 раза. В отличие от этих спортсменов у испытуемого А (рис.3) вообще нет выраженного максимума момента силы. Наибольшие значения этого показателя проявляются в диапазоне углов от 100о до 140о, а сам диапазон изменения момента примерно равен 40 Нм.
А
Б
Рис. 3. Зависимость максимального момента силы мышц коленного сустава от угла в этом суставе. А — испытуемый КП, Б — испытуемый — ФА.
А
Б
Рис. 4. Зависимость максимального момента силы мышц коленного сустава от угла в этом суставе. А — испытуемый ШЯ, Б — испытуемый — АВ.
Аналогичные закономерности наблюдаются в изменении максимальных моментов сил мышц-сгибателей коленного сустава. Общим является то, что с увеличением угла в коленном суставе момент силы увеличивается. Однако у одних спортсменов это увеличение выражено весьма существенно, а у других нет. Так, например, у испытуемого А (рис. 3) момент силы увеличивается почти в 4,5 раза, а у испытуемого Б момент изменяется в небольших пределах без выраженной тенденции к увеличению с увеличением угла в суставе. У испытуемых Аи Б (рис. 4) момент силы сначала увеличивается, а затем практически не изменяется (рис.4. — А) или даже уменьшается (рис.4 — Б). Соответствующие индивидуальные значения коэффициентов асимметрии мышц-антагонистов представлены в таблицах 5 и 6.
Таблица 5
Коэффициенты асимметрии максимальных моментов сил мышц-разгибателей и сгибателей коленного сустава правой ноги (ТБС=100о)
|
Испытуемые |
Угол в коленном суставе |
||||
|
80о |
100о |
120о |
140о |
160о |
|
|
КП |
4,54 |
3,01 |
2,01 |
1,82 |
1,01 |
|
ФА |
3,84 |
2,53 |
2,32 |
2,00 |
1,01 |
|
ШЯ |
2,88 |
1,60 |
1,14 |
0,91 |
0,55 |
|
АВ |
2,78 |
1,63 |
0,79 |
0,50 |
0,33 |
Таблица 6
Коэффициенты асимметрии максимальных моментов сил мышц-разгибателей и сгибателей коленного сустава левой ноги (ТБС=100о)
|
Испытуемые |
Угол в коленном суставе |
||||
|
80о |
100о |
120о |
140о |
160о |
|
|
КП |
2,06 |
1,44 |
1,4 |
1,27 |
0,91 |
|
ФА |
2,17 |
2,94 |
1,68 |
1,21 |
0,59 |
|
ШЯ |
2,88 |
3,02 |
1,10 |
0,68 |
0,38 |
|
АВ |
2,45 |
1,96 |
1,01 |
0,79 |
0,46 |
Сравнительный анализ коэффициентов асимметрии правой и левой ног для различных углов в коленном суставе свидетельствует о существенных индивидуальных различиях между спортсменами. Так, например, у испытуемого КП коэффициент асимметрии для правой ноги при угле в коленном суставе 80о равен 4,54, а для левой ноги 2,06, т. е. более чем в 2 раза меньше. Кроме того, большая асимметрия силовых возможностей передней и задней поверхности бедра правой ноги сохраняется во всем диапазоне углов в коленном суставе. Сходные закономерности наблюдаются у испытуемых ФА и ШЯ. Выраженная асимметрия в силовых возможностях спортсменов может, с одной стороны, быть причиной возникновения травм, а, с другой стороны, влиять на спортивные результаты.
Литература:
1. Зациорский В. М., Аруин А. С., Селуянов В. Н. Биомеханика двигательного аппарата человека. М.:Физкультура и спорт. 1981. — 143 с.
2. Райцин Л. М. Влияние положения тела на проявление и тренировку силовых качеств: Автореф. дис. … канд. пед. наук. — М., 1973. — 27 с.
3. Enoka R. M. Neuromechanical Basis of Kinesiology.-HumanKineticsBooks, 1988. — 336 p.
4. Zatziorsky V. M. Kinetics of Human Motion. Human Kinetics. — 2002. — 653 p.
