Книга: Физиология силы

Глава 11 Использование тренажерных устройств при реализации силовых тренировочных программ

Глава 11

Использование тренажерных устройств при реализации силовых тренировочных программ

В современном массовом и профессиональном спорте ведтся постоянный поиск новых, более эффективных путей силовой подготовки. Совершенствование существующих тренажерных устройств и создание новых конструкций на основе знаний, являющихся результатом прорывных направлений современного научно-технического прогресса, занимает важное место в повышении эффективности процесса силовой подготовки. Поэтому вопросы применения тренировочных устройств, повышающих результативность процесса развития силовых возможностей человека, были и остаются предметом пристального внимания тренеров и исследователей (Т.П. Юшкевич и др., 1989; С.П. Евсеев, 1991; M.H. Stone et al., 2007; Л. А. Зеленин, 2013).

В научно-методической литературе приводится несколько определений термина «тренировочное устройство». Так, в книге «Терминология спорта», подготовленной многочисленным коллективом авторов под руководством Ф.П. Суслова и Д.А. Тышлера (2001), под тренажером понимается аппарат (прибор, снаряд), предназначенный для повышения эффективности тренировочного процесса и создания благоприятных условий для воспитания физических качеств или овладения необходимыми навыками. В.И. Жуков с соавторами (2012) рассматривает тренажер как устройство, помогающее моделировать те или иные условия реальной деятельности: совершенствовать спортивную технику, развивать двигательные способности, улучшать анализаторские функции организма. С.П. Евсеев (1995) на основе анализа литературных источников определяет тренажер как средство материально-технического обеспечения учебного процесса, позволяющее организовывать искусственные условия для эффективного воспроизведения задания, чем обеспечивается формирование умений и навыков, развитие и совершенствование качеств и способностей человека, соответствующих требованиям его будущей деятельности. Автор отмечает, что другие признаки, включаемые в различных публикациях в число дополнительных терминов, либо уточняют особенности тренажеров для подготовки человека к тому или иному виду деятельности, либо конкретизируют выделенные в данном определении признаки и акцентируют внимание на требованиях к их современным конструкциям.

По мнению С.П. Евсеева (1995), тренажеры можно классифицировать по основным способам их взаимодействия со спортсменом: подгонке тех или иных свойств предметной среды (геометрических параметров, упругости и др.) к возможностям занимающегося с целью их максимальной реализации; программированию длительности, темпа, ритма и др. характеристик движений и осуществления опосредованного (через зрительный, слуховой и др. анализаторы) стимулирующего влияния на занимающегося; ограничению нерациональных траекторий и положений звеньев тела человека и снаряда, приводящих к излишним энергетическим потерям, рассеиванию энергии и т. п.; оказанию обобщенного физического воздействия в виде тяги, приложенной к его телу (как правило, в области общего центра масс) по различным направлениям; управлению суставными движениями занимающегося; электростимуляционному управлению напряжениями тех или иных мышечных групп. Тренажерные устройства классифицируются и по другим критериям: по назначению (для развития определенных двигательных способностей, качеств и навыков); по направленности (для освоения геометрии движений, биокинематической или биодинамической структуры); по характеру информационного обмена (с обратной связью и без нее); по конструктивным особенностям (механические, электрические, электромеханические, электронные, гидравлические, пневматические и др.) (В.И. Жуков и др., 2012).

На наш взгляд, классификация тренажерных устройств, предложенная С.П. Евсеевым (1995), является наиболее приемлемой, так как в полной мере учитывает многообразие всего спектра взаимодействий между искусственными условиями, создаваемыми тренажерными устройствами, и самими занимающимися определенным видом двигательной подготовки. Вышеописанные представления распространяются и на тренажерные устройства, предназначенные для развития мышечной силы.

При рассмотрении использования тренажерных устройств в практике силовой подготовки некоторые вопросы заслуживают отдельного внимания. Особенно важным представляется вопрос о соответствии выполняемого тренировочного упражнения силового характера основному соревновательному двигательному действию, присущему определенному виду спорта. В этом направлении вызывает интерес публикация Н.Б. Сотского (2014). Автор выявил особенности кинематических и динамических параметров работы суставных сочленений при взаимодействии тренирующегося со стационарными тренажерами в ходе выполнения силовых упражнений.

Названные характеристики определялись при выполнении 12 типичных силовых упражнений на семи стационарных тренажерах станочного типа с нагрузкой, связанной с преодолением силы тяжести. Применяемые силовые тренажерные программы предусматривали использование регламентирующих указаний производителя. Анализ полученных результатов показал, что при использовании стационарных тренировочных устройств не создается условий для преодоления внешней нагрузки одновременно в нескольких степенях свободы суставных движений, характерных для спортивных или естественных пространственных двигательных действий человека (Н.Б. Сотский, 2014).

На основе фактологического экспериментального материала автор указывает на необходимость создания новых тренажерных систем, конструкция которых предусматривала бы возможность одновременной нагрузки для нескольких степеней свободы суставных движений при минимальной инерционности. Нельзя не согласиться с этим мнением специалиста. Решение такой задачи имеет принципиальное значение. В то же время следует отметить и немалые сложности, которые непременно возникнут при ее решении.

Проведение силовых тренировок на тех или иных тренажерных устройствах связано с соблюдением определенных требований (основных положений), которые достаточно глубоко и детально изложены в имеющейся научно-методической литературе (Т.П. Юшкевич и др., 1989; С.П. Евсеев, 1991; В.Н. Платонов, 2004; И.П. Ратов и др., 2007; Л.А. Зеленин, 2013). Исследователи обращают внимание на необходимость использования силовых тренажеров, исключающих возможность нарушения координационной структуры уже сформированных двигательных навыков, имеющих наиболее важное значение для того или иного вида спорта. Содержание реализуемых силовых тренировочных программ, выбор тренажерного устройства или их комплексов должны строго соответствовать определенным задачам развития уровня силовой подготовленности на каждом конкретном этапе многолетнего тренировочного процесса. По мнению многих специалистов, целесообразно применять тренажеры, в которых предусмотрена возможность получения срочной информации о параметрах развиваемых мышечных усилий, а также присутствует обратная связь, позволяющая корректировать количественные характеристики проявляемых силовых возможностей в режиме реального времени (on-line).

В тренировочном процессе силовой подготовки представителями различных видов спорта используется разнообразный спектр стационарных тренажерных устройств. Специфика проявляемых мышечных усилий в каждом виде спорта определяет выбор того или иного тренажера в практике силовой подготовки спортсмена. Рассмотрим примеры тренажеров серийного производства, используемых в силовых тренировках спортсменов. На рисунке 11.1 представлено тренажерное устройство системы HUBER.

По мнению производителей, данный тренажер представляет новаторскую технологию, заключающуюся в одновременном воздействии на весь опорно-двигательный аппарат человека: все группы мышц и мышечные цепи, суставы, связки, сухожилия, позвоночник. Аппарат состоит из трех основных частей: моторизованной платформы, создающей нестабильность опоры; поручней – динамометров, позволяющих измерять прикладываемое усилие в течение всей процедуры; динамической колонны с мишенью-экраном обратной связи, который отображает ход процедуры в режиме реального времени.

Рис. 11.1. Тренажер системы HUBER

Тренажер имеет 4 уровня программ: начальный, средний, профессиональный и свободный (с адаптацией к физическим возможностям и требованиям занимающегося). Уникальная система отображения результата позволяет оценить во время занятия в реальном времени силу и координацию для правой и левой сторон тела. Система дает возможность следить за улучшением этих параметров от занятия к занятию и в ходе выполнения комплекса упражнений.

Система HUBER позволяет гармонично развивать силу и координацию, улучшать двигательные функции и осанку через воздействие на мышечные цепи. Тренажер дает возможность последовательного увеличения нагрузки: от простой разминки до интенсивных общих или специальных силовых упражнений, подходящих как профессиональным спортсменам, так и людям, нуждающимся в реабилитации и восстановлении физической формы.

На рисунке 11.2 представлен профессиональный силовой тренажер IK 14 Кроссовер на основе многофункциональной блочной рамы. Тяга грузов на тренажере происходит через блоки по свободной траектории в нужном направлении. Каждая рама тренажера оснащена тремя ручками-держателями, упрощающими выполнение упражнений: двумя параллельными ручками под углом 45°, расположенными в основании рамы, и одной горизонтальной. Описанный тренажер позволяет выполнять упражнения без осевой нагрузки на позвоночник и с точной дозировкой мышечных усилий.

Рис. 11.2. Тренажер IK 14 Кроссовер на основе многофункциональной блочной рамы

Несмотря на наличие серийно выпускаемых стационарных тренажерных устройств, исследователи и специалисты-практики создают для использования в процессе силовой подготовки оригинальные устройства. Так, А.И. Безденежных и А.А. Суслов (1985) предложили для использования в силовой подготовке лыжников-гонщиков различные тренажерные устройства, обеспечивающие сокращения рабочих мышц с характеристиками, приближающимися к параметрам мышечных усилий, развиваемых в естественных условиях передвижения на лыжах.

На основе анализа силового взаимодействия спортсменов разного квалификационного уровня с перемещаемыми объектами Ю.Т. Черкесовым (1993) создан и внедрен в практику новый класс технических устройств, обеспечивающих освоение и совершенствование двигательных действий – «Машины управляющего воздействия». Отличительной чертой таких устройств является создание условий для обеспечения рационального и непрерывного регулирования процесса взаимодействия внутренних и внешних сил за счет непрерывного регулирования режимов сопротивления движениям спортсмена и облегчения этих движений в случаях, когда требуется компенсировать недостаток силовых возможностей занимающихся. В педагогических экспериментах подтверждена эффективность использования «Машин управляющего воздействия» в силовой подготовке тяжелоатлетов и представителей легкой атлетики, специализирующихся в скоростно-силовых упражнениях (Ю. Т. Черкесов, 1993).

В.Е. Чурсинов (2011) разработал «Адаптивный тренажерный комплекс», который обеспечивает при выполнении метаний необходимые условия для проявления силовых возможностей при различных типах сокращения рабочих мышц. Компьютеризированный тренировочно-исследовательский комплекс для метания копья описан в публикации А.З. Бажева и А.А. Хежева (2014). Комплекс включает узлы нагружения, регистрации и визуализации параметров двигательного действия. Конструкция предусматривает использование имитаторов копья различной массы и позволяет целенаправленно изменять величины мышечных усилий и других биомеханических характеристик при метании копья.

А.С. Боровик с соавторами (2015) разработали аппаратнопрограммный комплекс, являющийся, по мнению авторов, тренажерным устройством нового поколения. Комплекс состоит из: силового блока, планшетного компьютера со специальным программным обеспечением и контроллера на базе микропроцессора, обеспечивающего определение скорости вращения маховика силового блока и передачу информации на планшет. Комплекс предназначен для тестирования мышц плечевого пояса и проведения тренировочных занятий, направленных на повышение силовых и аэробных возможностей этих мышц.

Характерной конструктивной особенностью тренажерных устройств нового поколения является функция регистрации основных параметров мышечного сокращения: силы, скорости и длительности (В.И. Жуков и др., 2012; А.С. Боровик и др., 2015). Такая техническая задача решается посредством оснащения тренажеров специальными датчиками. Полученная с их помощью информация о характеристиках мышечного сокращения используется как для срочной корректировки нагрузки, так и для реализации биологической обратной связи в процессе тренировочного занятия.

Как указывалось ранее в главе 6, тренировочный эффект различных силовых программ определяется не только изменениями в самом мышечном аппарате, но и динамикой параметров, отражающих функциональное состояние других систем организма занимающегося. При комплексном анализе эффектов силовых тренировок традиционно описываются изменения сердечно-сосудистой и дыхательной систем в их анатомическом понимании. На наш взгляд, такой подход недостаточен, поскольку изменения параметров названных систем не увязываются с координационной структурой каждого (конкретного) выполняемого двигательного действия. Более целесообразно анализировать вегетативные изменения в совокупности с координационной структурой движения с позиции теории функциональных систем, разработанной П.К. Анохиным (1971). В таком случае анализ вегетативных изменений в процессе однократного движения должен проводиться на основе учета параметров функциональной системы именно в этом выполненном двигательном действии.

Для осуществления такой цели тренажерный комплекс должен обеспечить одновременную (синхронную) регистрацию основных характеристик мышечного сокращения; динамических и кинематических параметров выполняемого двигательного действия; показателей, отражающих состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем, двигательного аппарата.

В главе 7 описано применение разнообразных стимулирующих воздействий для развития силовых возможностей спортсмена. По нашему мнению, эффективность тренировок на тренажерном устройстве можно повысить за счет оснащения тренажера блоком, способным обеспечить стимуляцию (электрическую, электромагнитную, вибрационную и др.) моторной системы занимающегося во время непосредственного выполнения упражнения.

Нами совместно со специалистами НИИ ПСОФК «ВЛГАФК» создан аппаратно-программный комплекс «Миобуст». Он включает следующие блоки: динамометрическое устройство, электромиограф, видеоанализирующую аппаратуру, газоанализирующую аппаратуру, блок регистрации и анализа параметров сердечно-сосудистой системы, электростимулятор, электромагнитный стимулятор, вибростимулятор (рис. 11.3).

Рис. 11.3. Блок-схема аппаратно-программного комплекса

Наличие стимуляционных блоков позволяет активизировать различные отделы спинного мозга, моторную зону коры головного мозга, периферические нервы и скелетные мышцы. Все блоки комплекса синхронизированы между собой. Это позволяет в реальном времени отслеживать функциональные изменения, динамические и кинематические параметры во время каждого выполняемого двигательного действия.

С использованием описанного выше комплекса преподавателями ВЛГАФК (А.Г. Беляев, 2015; С.А. Федоров, 2015) проведен ряд экспериментальных исследований. Результаты этих экспериментов показали эффективность применения комплекса для развития силовых возможностей спортсменов. На рисунке 11.4. приведен общий вид исследования с применением комплекса «Миобуст».

Рис. 11.4. Общий вид исследования с использованием комплекса «Миобуст»

Достоинством такого подхода является выполнение силового упражнения на фоне тех или иных внешних стимуляционных воздействий на различные структуры организма занимающегося. Стимуляционное воздействие на определенные ткани, органы и системы организма человека во время выполнения упражнения на тренажере может, с одной стороны, быть направлено на активацию физиологических резервов организма, а с другой – на целенаправленное управление реализуемым двигательным действием. Внешние воздействия на организм человека с целью активации физиологических функций могут осуществляться также в состоянии относительного мышечного покоя. В этом случае изменения физиологических параметров не будут увязаны со спецификой координационной структуры силового двигательного действия. К тому же, сеанс стимуляции требует определенного периода времени, который дополнительно нужно встроить в тренировочный процесс. Стимуляционное воздействие во время выполнения упражнений на тренажерном устройстве не требует какого-либо дополнительного времени, а вызванные им функциональные изменения органически встраиваются в координационный рисунок силового двигательного действия.

Оснащение тренажеров блоком стимулирующих устройств, разумеется, не исчерпывает возможные пути повышения эффективности силовой подготовки при тренировке на них. Достижения научно-технического прогресса, появление новых знаний в области физиологии и биохимии физических упражнений открывают возможности для создания более совершенных в техническом отношении тренажерных устройств и разработки более эффективных тренировочных программ повышения силовых возможностей спортсменов.

В ближайшей перспективе могут появиться полностью автоматизированные системы, организующие тренировочный процесс на принципиально иной основе (А.И Нетреба, О.Л. Виноградова,

О.И. Орлов, 2011). По мнению этих авторов, в дальнейшем тренажерные устройства будут совершенствоваться за счет трех направлений: появления новых типов силовых приводов, позволяющих создавать особые типы мышечного сокращения; разработки и использования новых типов датчиков; совершенствования алгоритмов управления тренировочным процессом в автоматическом режиме.