Full Text

Биомеханический анализ движений спортсменов является одним из важных направлений профилактики спортивного травматизма и повышения эффективности реабилитационных мероприятий [12]. В англоязычной литературе компьютерные технологии, позволяющие проводить анализ локомоторных функций человека, обозначают термином motion capture, или «захват движения». Технологии «захват движения» широко применяют в спорте уже более 20 лет, позволяя оценивать физическое состоянии и индивидуальные особенности спортсменов, выявлять двигательные ошибки, ограничивающие рост спортивных результатов, и разрабатывать комплексы коррекционных упражнений [2; 25; 48; 78]. В последние годы методики «захвата движения» стали применять в спортивной медицине не только с целью повышения уровня спортивных результатов, но и для анализа риска возникновения травм, прогнозирования уровня восстановления после них и возвращения спортсменов в профессиональный спорт [55-57; 60; 65]. Цель обзора - представление актуальных данных о возможностях использования современных технологий биомеханического анализа движений в спортивной медицине. Технологии биомеханического исследования локомоций человека Современные технологии исследования локомоторных функций могут основываться на различных принципах работы, в зависимости от которых выделяют следующие основные типы измерительных систем: оптико-электронные электромагнитные; инерциальные сенсорные; ультразвуковые [3; 75; 91; 92; 96]. Кроме того, системы классифицируют в зависимости от условий использования на лабораторные и внелабораторные [39]. Оптико-электронные измерительные системы могут работать в инфракрасном либо в видимом световом диапазоне, использовать активные или пассивные маркеры, либо быть безмаркерными. Маркерные оптико-электронные измерительные системы (Vicon, Motion Analysis, Simi, Gypsy, Qualisys, Optotrak и др.) считаются, ввиду высокой точности, «золотым стандартом» лабораторного «захвата движения» [39; 88]. Предполагают использование маркеров, активных (излучающих свет и требующих источника питания) либо пассивных (прикрепляемых к телу и отражающих свет, генерируемый вблизи объектива камеры, который используется для вычисления положения маркеров в трехмерном пространстве) (рис. 1, 2). Рис. 1. Активные (слева) и пассивные (справа) маркеры системы видеоанализа SIMI В настоящее время в большинстве лабораторных систем видеоанализа для регистрации движений используются пассивные светоотражающие маркеры. Методика видеоанализа с использованием пассивных маркеров заключается в креплении датчиков, отражающих инфракрасное излучение от высокоскоростных камер, на определенные анатомические точки тела в соответствии с костными ориентирами исследуемого человека. Для движений стопы, голени, бедра, таза, позвоночника, кисти, предплечья и плеча разработаны стандарты, регламентирующие терминологию и костные ориентиры, определяющие границы сегментов тела, виды и оси движений [97; 98]. Сигналы, получаемые от маркеров, передаются в компьютер, где на основании конкретной компьютерной модели проводится обработка информации: движения реального объекта анимируются, и формируется отчет, позволяющий проанализировать угловые и линейные кинематические характеристики изучаемых движений (рис. 3, 4). Основные кинематические параметры, используемые в клинических отчетах, включают амплитуду движений, углы сгибания в суставах и сегментах тела в трёх плоскостях (сагиттальной, фронтальной и горизонтальной), скорость и ускорение движения [1]. Рис. 2. Пример размещения активных маркеров системы видеоанализа SIMI на обследуемом Рис. 3. Трехмерная модель человека, построенная системой видеоанализа SIMI Рис. 4. Отчет «Анализ ходьбы» в режиме 2D, полученный с помощью системы видеоанализа Simi Motion Во время регистрации положения исследуемого сегмента тела в пространстве необходимо, чтобы одновременно работало несколько камер, от числа и поля зрения которых зависит точность биомеханического анализа движений. Камеры должны располагаться под различными углами таким образом, чтобы объект исследования все время находился в пределах их видимости, при этом системы чувствительны к случайному смещению камеры [95]. В современных системах видеоанализа обычно реализована возможность построения любых двух- и трехмерных многозвенных моделей исследования, позволяющих отображать интересующие исследователя сегменты локомоторного аппарата [58; 81]. Трехмерные системы захвата движений являются более востребованными, но для получения трехмерных изображений минимальное число камер должно быть не менее восьми. Большее число камер повышает точность исследования, но делает его более трудозатратным и дорогостоящим. Все камеры в системах видеозахвата синхронизированы, их управление осуществляется с помощью локальной компьютерной сети, например, как в системах SIMI. Частота видеосъемки обычно составляет 100 Гц (100 кадров в секунду), т.е. распознавание маркеров обновляется 100 раз в секунду, что в несколько раз превосходит частотный спектр угловых перемещений при локомоциях человека [5]. Для того, чтобы каждая пара камер образовывала бинокулярное поле видения необходимых размеров, площадь помещения, где проводится видеоанализ, должна составлять не менее 100-150 м2 [13]. Системы видеоанализа движений, как правило, используют в темных помещениях, так как из-за яркого солнечного света могут возникать проблемы с измерениями [87]. В целом технология маркерных оптико-электронных измерительных систем позволяет производить захват целостного двигательного акта, включать в модель исследования любое количество легких светоотражающих маркеров, устанавливаемых на тело спортсмена, при этом маркеры не ограничивают двигательную активность и не искажают спортивные движения обследуемого; однако наличие стационарных камер требует лабораторных условий исследований [39]. Существуют также разновидности оптико-электронных измерительных систем, предполагающие наличие камер с высоким разрешением/высокой частотой кадров и основанные на специальной цифровой обработке снятого на эти камеры видеоряда (например, системы SIMI, VICON 5) [73]. Обработка видеофильма производится либо на основе 3D-моделей движений, либо на основе функционального алгоритма. Для первого варианта используют 3D-модель отслеживаемого объекта, применяя расчет изменения положения модели в каждом кадре при помощи алгоритмов прогнозирования. Данный подход наиболее приемлем для использования в лаборатории и может оказаться неэффективным при непостоянных условиях (наличие множества дополнительных движущихся объектов в кадре) [24; 35]. Функциональный алгоритм основан на определении перемещения точек в кадре отслеживания объекта. Существует маркерный и безмаркерный тип данного алгоритма. При применении первого типа необходимо прочное крепление маркеров на зонах обследуемого для исключения двигательных артефактов. Маркерное отслеживание с помощью таких систем в спорте было применено на лыжной и сноубордической 2500-метровой трассе, точность анализа кинематических данных составила 0,04 м в 2D-диапазоне (системы VICON MX 13 и VICON MX 40, 250 Гц) [61]. Безмаркерный алгоритм позволяет отслеживать движение объекта в двухмерном пространстве, ориентируясь на перемещения углов, границ тела и конечностей [18]. Примером безмаркерного устройства отслеживания движений является хорошо известное сенсорное устройство Kinect, работающее в инфракрасном диапазоне; его недостатком для нужд «захвата движения» в спорте является маленькое поле зрения [7; 32; 36-38; 42]. Электромагнитные измерительные системы вычисляют положение и ориентацию датчиков движения с помощью электромагнитных волн, идущих от датчика к базовой станции [82]. Обеспечивают большие объемы захвата, но являются менее точными. В отличие от оптико-электронных измерительных систем, для определения положения датчиков не требуется прямая видимость [82]. Примером наиболее точной электромагнитной измерительной системы является двойная частотная система GPS-GNSS (Global Position System - Global Navigation Satellite System), относящаяся к спутниковым навигационным системам, однако ее использование в спортивной медицине ограничено множеством факторов (высокая стоимость, вес и габариты приемников и антенны, чувствительность к препятствиям и погодным условиям невозможность использования в помещении и др) [4; 27; 41]. Поэтому в спорте чаще применяют электромагнитные измерительные системы, которые содержат в своем составе вместо спутниковых местные базовые радиостанции. Для измерения локального положения объекта эти радиостанции располагаются по всей исследуемой территории, а на спортсменах закрепляют приёмопередающие устройства, или транспондеры (от англ. transmitter-responder). Для определения трехмерного положения транспондера необходимо наличие как минимум, четырех базовых станций [21; 80; 83; 85]. Недостатком электромагнитной измерительно системы является низкая помехоустойчивость (увеличение расстояния между датчиками и базовой станцией существенно снижает качество сигнала из-за возникающих шумов) и чувствительность к ферромагнетикам, наличие которых в окружении снижает точность измерений. Электромагнитные измерительные системы могут использоваться в спортивных соревнованиях для определения положения спортсменов. Так, при использовании беспроводной системы позиционирования WASP (Wireless ad-hoc system for positioning), регистрирующей перемещения в 2D-режиме, точность исследования варьировалась, в зависимости от места проведения соревнований, от 0,25 м на закрытых спортивных площадках и до 2,0 м при работе с препятствиями в виде стены [50]. В спортивных исследованиях на крытом баскетбольном поле (420 м2) точность определения положения спортсмена составила от 0,48 до 0,7 м [51]. Ультразвуковые системы локализации, например K-Motion Interactive K-Vest System, вычисляют положение движущегося объекта с помощью ультразвуковых волн и используются чаще всего на небольших пространствах [92]. При этом передатчики располагаются на движущемся реальном объекте, а приемники образуют антенну (в некоторых системах передатчики и приемники меняются местами). Всякий раз, когда передатчик посылает сигнал, его принимают статичные сенсоры, измеряющие время между отправлением и приемом сигнала. По времени задержки сигнала рассчитываются расстояния между излучателями и приемниками. По полученным расстояниям вычисляются трехмерные координаты объекта. Ультразвуковые системы локализации имеют хорошую точность измерения координат и углов, но, поскольку такие системы работают на основе использования физических свойств ультразвука, они обладают рядом недостатков. Во-первых, необходимо наличие прямой видимости между излучателями и приемниками, поскольку посторонние предметы являются хорошими поглотителями или рассеивателями ультразвука. Во-вторых, отмечается снижение точности при изменении температуры окружающей среды и при порывах ветра. Кроме того, могут возникать значительные помехи при работе с движущимися объектами [29]. Инерциальные сенсорные измерительные системы не требуют использования видеокамер и обеспечивают биомеханический анализ движений путем получения сигналов с надетых на обследуемого сенсорных датчиков различных модальностей. Наиболее распространенными датчиками, используемыми в инерциальных сенсорных измерительных системах, являются гироскопы и акселерометры (позволяют отслеживать вращательные и поступательные движения), а также магнетометры (регистрируют направление движения) [79]. Инерциальные сенсорные измерительные системы отличаются меньшей точностью, чем оптические методы, однако не требуют наличия базовой станции (поэтому среди остальных систем выигрывают в мобильности) и способны регистрировать очень быстрые движения; примером является инерциальная сенсорная измерительная система Perception Neuron 2.0 [19; 26; 30; 33; 67; 100; 102]. Это делает инерциальные сенсорные измерительные системы привлекательными для целей слежения за движениями спортсменов - например гимнастов [102], пловцов [66]. Использование силовых инверсивных динамических датчиков дает возможность оценивать величины вращающих моментов в суставах, а также силу реакции опоры при спортивных движениях, дополнительные программы позволяют рассчитывать затрачиваемую при этом механическую энергию. Выбор систем биомеханического анализа движений для исследований спортсменов Системы «захвата движения» для нужд спорта и спортивной медицины выбирают с учетом специфики измерений, связанной с особенностями и условиями проведения исследований [92]. Во-первых, исследования проводятся чаще в нелабораторных условиях (на поле, катке, арене), что сопровождается множеством помех (смена освещения, температура и влажность окружающей среды, шум). Во-вторых, объем измерения (захвата) часто большой, это ограничивает выбор измерительной системы (точность измерений обратно пропорциональна объему захвата изображений). В-третьих, биомеханический анализ часто касается высокодинамичных движений, которые труднее регистрировать, чем, например, походку. Так, для выполнения видеоанализа движений спортсменов оптимальными считаются частоты камер в диапазоне между 50 и 250 Гц; слишком высоких частот дискретизации сигнала следует избегать, чтобы не было чрезмерных объемов данных и высокочастотных шумов. Для исследования кинематики быстрых локомоций существуют специализированные диагностические комплексы видеоанализа с частотой видеосъемки до 200 кадров в секунду (например, UltraMotion Pro SPORT, UltraMotion Pro FAST), используемые в программах научно-методической подготовки спортсменов высокой квалификации и для биомеханического анализа их движений в условиях лаборатории [6; 8; 16]. Только в особых случаях (оценка прыжков либо очень скоростных движений) применяются камеры с частотами 1000 Гц и более [92]. В-четвертых, в тех случаях, когда датчики размещаются непосредственно на спортсмене, очень важны их размер и вес, поскольку в высокодинамичных условиях спортсмен должен быть минимально ущемлен в свободе движений. Выбор измерительного оборудования определяется видом спорта (командный или индивидуальный, в помещении либо на открытом воздухе) и особенностями спортивных движений, которые планируется анализировать. В командных видах спорта системы «захвата движения» обычно используют для отслеживания положения, расстояний, скорости и ускорения игроков, тогда как в индивидуальных видах спорта акцент делается на анализе техники выполнения движений. Командные виды спорта связаны с большими объемами захвата пространства, при этом точность измерений не так важна, поэтому наиболее подходящими оказываются электромагнитные измерительные системы. Индивидуальные виды спорта обычно требуют более высокой точности измерений, при этом при небольших объемах захвата предпочтение отдается оптико-электронным измерительным системам, тогда как при обширных объемах, когда особое внимание уделяется кинематике движений, самыми подходящими вариантами могут оказаться инерциальные сенсорные измерительные системы либо безмаркерные оптико-электронные измерительные системы (следует учитывать, однако, что при использовании последних может потребоваться разработка подходящего алгоритма). Наиболее проблематичным, в связи с дефицитом соответствующих измерительных систем, оказывается проведение исследований движений, выполняемых в больших пространственных объемах и требующих высокой точности анализа (плавание, конькобежный спорт, гребля, легкая атлетика) [92]. Современные технологии позволяют проводить исследования биомеханики движений, адаптированные к самым разнообразным условиям - например, в бассейне: некоторые системы способны регистрировать движения пловца как в воздухе, так и под водой одновременно; для этого используются различные аксессуары, специально предназначенные для подводного плавания, такие как водонепроницаемые корпуса и опоры с присосками для крепления камер к стенам бассейна [28]. Правильно выбранные системы «захвата движений» и методики обследований незаменимы в спорте высших достижений, поскольку дают возможность определять оптимальный двигательный стереотип локомоций и корректировать ошибки; помогают подбирать эффективные средства технической подготовки спортсменов и разрабатывать новые тренировочные методики; фиксировать и наглядно демонстрировать минимальные, визуально не определяемые результаты тренировок [63; 69; 86]. Анализ биомеханических характеристик локомоций спортсменов важен также с позиций профилактики спортивного травматизма [17; 72; 89]. Возможности биомеханического анализа движений в изучении механизмов возникновения травм у спортсменов и условий возвращения в спорт Одной из важнейших задач спортивной медицины является выяснение механизмов и предупреждение спортивного травматизма, на долю которого приходится около 2-7 % всех травм [10]. Зачастую для быстрого достижения высоких спортивных результатов на этапе тренировки спортсмены подвергают себя значительным физическим нагрузкам, пагубно воздействующим на их опорно-двигательный аппарат; травмы разной степени тяжести могут возникать и во время соревнований, на фоне выраженной перегрузки [20; 22; 47]. Биомеханический анализ движений в любом виде спорта позволяет предотвратить ситуации, которые могут быть причиной наступления травмы, помогают вычислить силу, прилагаемую при выполнении упражнений, затраченную работу, угол перемещения, скорость и ускорение [44; 45; 71]. Методики «захвата движения» используются в таких видах спорта, как теннис, гимнастика, гольф, гребля, горные и беговые лыжи, сноуборд, бадминтон, волейбол, крикет, регби, бейсбол, теннис, футбол, хоккей, тяжелая и легкая атлетика [43; 62; 64; 70; 93; 99]. Например, в работе C.-L. Hung было показано, что в бадминтонном спорте, требующем быстрых поворотов и прыжков, а также движений с быстрой сменой направления, большинство травм происходит в суставах нижних конечностей спортсменов [53]. Для изучения кинематических и кинетических параметров движений ног во время игры были использованы система видеозахвата движений Vicon Motion (300 Гц) и силовая платформа Kistler. В результате исследований выявлено, что максимально выраженный крутящий момент в голеностопном и тазобедренном суставах наблюдался в момент удара ракеткой по волану. Поэтому для предотвращения травмирования при ударе по волану бадминтонистов следует обучать умению быстро менять объем движений в суставах нижних конечностей; с этой целью было разработано множество специальных обучающих приемов [53]. В теннисном спорте основные травмирующие нагрузки приходятся на руку, в которой находится ракетка, и на нижние конечности. При подаче плечо и локоть подающей руки одновременно двигаются в сторону мяча, затем продолжает движение локоть и запястье. В случае плоской подачи игрок прикладывает все свои cилы на перемещение ракетки в прямом направлении. При крученой подаче игрок также пытается точно рассчитать движение ракетки для сообщения мячу необходимого вращения. Использовав метод безмаркерного «захвата движения», A.L. Sheets и коллеги изучили различия в кинематике движений руки при выполнении плоской, ударной и крученой подач [84]. Результаты показали, что при крученой подаче воздействие на мышцы плечевого сустава оказывается более значительным, чем при двух других подачах, и, следовательно, имеется более высокий риск травмирования верхней конечности [84]. C. Martin и коллеги с помощью оптико-электронной измерительной системы оценивали кинематику тазобедренного сустава и нагрузку на него у 8 профессиональных теннисистов-правшей при ударах ракеткой, выполняемых правой рукой в трех стойках форхенд (когда рука обращена к мячу ладонной поверхностью): атакующей нейтральной, атакующей открытой и защитной открытой [34]. Измерялись углы сгибания-разгибания, отведения-приведения и внутренней-наружной ротации в тазобедренном суставе, рассчитывались также силовые показатели. Авторы продемонстрировали, что в наибольшей степени увеличивает нагрузку на тазобедренный сустав (и, соответственно, потенциально увеличивая риск травматизации) защитная стойка. Данное исследование имеет клиническую значимость: тренеры и врачи должны предупреждать спортсменов, которые ранее испытывали боль в бедре или получали травмы, о необходимости использования более агрессивного стиля игры и избегания защитной стойки, во время которой движения бедра и нагрузки на тазобедренный сустав экстремальны [34]. H. Carson с соавторами в лабораторных условиях методом «захвата движения» исследовали движения в коленных суставах у 10 профессиональных игроков в гольф, которые выполняли удары, стоя на динамометрических платформах [52]. Было продемонстрировано, что в момент удара клюшкой резко возрастают моменты сил мышечной тяги в коленном суставе ведущей ноги, что может способствовать хроническим травмам колена или усугублять существующие состояния у профессиональных игроков [52]. У профессиональных игроков регби метод «захвата движения» позволил изучить механизм травмы подколенного сухожилия. Биомеханический анализ 17 случаев острых травм показал, что, по-видимому, фундаментальной характеристикой механизмов острой травматизации подколенного сухожилия в регби является сгибание туловища с одновременным активным разгибанием ноги в коленном суставе, поскольку 76 % случаев растяжений сухожилия происходило именно в таких ситуациях [59]. В работе C. Montgomery и коллег на основании результатов видеоанализа были исследованы механизмы повреждения передней крестообразной связки коленного сустава у игроков регби [77]. Изучались обстоятельства возникновения контактных и бесконтактных травм передней крестообразной связки (условия возникновения, углы сгибания суставов, наличие контакта стопы); всего проанализировано 36 случаев травм, произошедших во время международных матчей и на играх высшей лиги. Кроме этого, были проанализированы 37 маневров игроков, не получивших травмы. Выявлено, что 57 % травм передней крестообразной связки произошло контактным путем. При бесконтактных травмах, как правило, повреждение связки возникало при боковом шаге в тех случаях, когда контакт с землей происходил через удар пяткой; угол сгибания в коленном суставе в таких ситуациях был меньше, а укол тыльного сгибания в голеностопном суставе - больше, чем у нетравмированных спортсменов [77]. Волейболисты тоже подвержены повреждению передней крестообразной связки коленных суставов при прыжках. В работе R. Ueno и соавторов исследовалась техника выполнения юными волейболистками вертикальных прыжков с приземлением [90]. Их движения были записаны с помощью системы трехмерного «захвата движения». Была создана скелетно-мышечная модель, на которой оценивали кинематику, силу реакции опоры и мышечные силы. Доказано, что активация подколенных сухожилий значительно уменьшала величину и время нагрузки передней крестообразной связки во время приземлений. на основании этих результатов был сделан вывод, что тренировки по уменьшению нагрузки на переднюю крестообразную связку должны быть сосредоточены на упражнениях, которые влияют на усиление активации подколенных сухожилий и стабилизацию коленных суставов во время приземления [90]. В футболе, как показал видеоанализ (видеозаписи четырех сезонов (2014-2019 гг.) двух высших дивизионов немецкого мужского футбола), 48 % травм подколенного сухожилия были получены во время ускорения или высокоскоростного бега, а 52 % были связаны с замкнутыми движениями (торможение или остановка с выпадом либо с приземлением) и с открытыми цепными движениями (удары ногой). Кинематический анализ движений показал, что наиболее травматогенными являются быстрые движения с высокой эксцентрической нагрузкой на заднюю поверхность бедра; полученные данные авторы предлагают учитывать при разработке программ снижения риска травм у футболистов [46]. Профессиональные спортсмены часто подвержены таким травмам, как разрыв ахиллова сухожилия. Эта травма требует длительного процесса восстановления, без гарантии возврата к состоянию до травмы. Анализ движения может дать информацию о причинах разрыва сухожилия, чтобы понять и предотвратить такие повреждения. В исследовании C. De la Fuente и коллег на основании результатов видеоанализа были изучены особенности кинематики движений ног у прыгуна в высоту, который получил разрыв ахиллова сухожилия во время фазы бега по прямой при подготовке к прыжку [40]. Травма произошла при переходе к конечной фазе бега. Согласно результатам «захвата движения», разрыву сухожилия предшествовало его значительное удлинение, обусловленное сгибанием в коленном суставе и увеличением тыльного сгибания в голеностопном суставе в фазу опоры стопы. Полученные данные свидетельствуют, что спортсменов надо обучать координированной работе коленного и голеностопного суставов [40]. У начинающих бегунов частота травм коленного сустава выше, чем у опытных спортсменов, что может быть связано с различиями кинематики нижних конечностей при беге. Исследования 10 новичков и 10 опытных бегунов во время бега на беговой дорожке с помощью трехмерной системы «захвата движения» показало, что в фазу опоры у начинающих бегунов угол приведения бедра оказался меньше, а углы отведения и внутренней ротации колена - больше в сравнении с опытными бегунами, что может объяснять повышенную частоту травматизма у начинающих легкоатлетов [49]. У штангистов базовым упражнением является приседание. Нагрузка на позвоночник и ноги во время приседания имеет решающее значение для положительной адаптации и предотвращения травм. В работе S. Lorenzetti и соавторов с помощью оптико-электронной измерительной системы и силовых платформ регистрировались углы и моменты сил в поясничном отделе позвоночника, в тазобедренных и коленных суставах штангистов при выполнении ими упражнений со штангой [74]. Показано, что на моменты сил в наибольшей степени влияли ширина стойки и углы постановки стопы. Во избежание травм штангистам следует проявлять особую осторожность в крайних положениях (узкая стойка и широкая стойка), в которых наблюдаются наибольшие моменты сил в коленных и тазобедренных суставах [74]. Понимание взаимосвязи между временными фазами бейсбольной подачи и нагрузкой на суставы помогает при разработке оптимальной механики подачи мяча и способствует предотвращению травм в бейсболе. В работе J.E. Manzi и коллег исследовалась связь скорости мяча и кинетики бросающей руки у бейсболистов старшей школы и профессионалов в зависимости от временной фазы броска [76]. При помощи трехмерного «захвата движения» рассчитывались и сравнивались пиковый варусный крутящий момент локтевого сустава, крутящий момент внутренней ротации плеча и дистракционная сила плеча. Выявлены значительные различия между бейсболистами старшей школы и профессионалами как по этим показателям, так и по временным фазам движений. При этом авторы доказали, что для всех групп игроков увеличение времени, затрачиваемого на заключительную фазу подающего движения, может снизить силу отведения плеча без существенной потери скорости мяча, что имеет потенциальное значение для предотвращения травм суставов верхних конечностей у бейсболистов [76]. Биомеханический анализ движений дает возможность оценить роль вспомогательных приспособлений для профилактики спортивных травм [94; 101]. Так, S. Wilson и соавторы изучали, как кантинг с помощью небольших боковых клиньев, вставленных под лыжные ботинки, может влиять на кинематику/кинетику, баланс и напряжение мышц нижних конечностей у лыжников-любителей горнолыжного спорта [94]. Кинематические и кинетические показатели, постуральный контроль и мышечная активность оценивались в лабораторных условиях с помощью оптико-электронной измерительной системы, динамометрических платформ и электромиографии. Было продемонстрировано, что косые клинья на медиальной стороне стопы значительно уменьшали вальгусные моменты в коленном суставе, внутреннюю ротацию бедра и приведение бедра; медиальный кантинг улучшал также постуральный контроль и снижал уровень активации мышц голени, что, по мнению исследователей, может предотвращать избыточные мышечные усилия и травмы нижних конечностей у горнолыжников [94]. Для профилактики спортивного травматизма необходимо помнить и о характеристиках искусственных покрытий площадок, на которых проводятся тренировки и соревнования. Например, в работе J. Bocanegra и коллег изучалось влияние синтетических поверхностей с высоким коэффициентом трения в сравнении с натуральными спортивными покрытиями и низким коэффициентом трения на биомеханику голеностопного сустава во время бокового прыжка при игре в мини-футбол [31]. Система захвата движения с 18 камерами регистрировала положение, скорость и момент сил голеностопного сустава. Сила трения вычислялась по пиковому соотношению горизонтальной и вертикальной силы реакций опоры во время стояния. По результатам исследования сделан вывод о том, что напольные покрытия для мини-футбола должны иметь достаточный коэффициент трения для маневренности и предотвращения риска поскользнуться и получить травму голеностопного сустава [31]. Анализ биомеханики движений открывает также широкие возможности в установлении механизмов восстановления спортивного мастерства после перенесенных оперативных вмешательств [57; 65; 68]. Так, в работе M. Keizer и соавторов было продемонстрировано, что двигательные стереотипы у тех спортсменов, что сумели вернуться в спорт после реконструктивных операций на переднюю крестообразную связку, и у тех, кто не вернулся к занятиям спортом, существенно различались [57]. Исследователи при помощи оптико-электронной измерительной системы и электромиографии изучали кинематические данные и активность мышц бедра и голени у 40 спортсменов, перенесших одностороннюю реконструкцию передней крестообразной связки, при выполнении ими прыжков на одной ноге. Стабилизация коленного сустава при приземлении на ногу у пациентов, вернувшихся в спорт, достигалась путем увеличения напряжения икроножных мышц голени, в то время как у тех, кто не вернулся в спорт, - путем уменьшения момента сил мышц-сгибателей коленного сустава. Исследование показало важность обучения спортсменов, перенесших пластику передней крестообразной связки, правильной технике приземления после прыжка, что способствует возвращению в спорт и предотвращает повторные травмы передней крестообразной связки [57]. Использование «захвата движения» совместно с динамическими платформами позволило выявить биомеханические различия между здоровыми спортсменами и теми, кто возвращался в спорт после сотрясения головного мозга, полученного в момент приземления после прыжка [69]. При приземлении на обе ноги у спортсменов, собиравшихся вернуться в спорт после сотрясения головного мозга, внутренний момент разгибания колена и нагрузка на коленный сустав были больше, а сгибание в коленном суставе доминантной ноги - меньше, чем у здоровых лиц. Авторы не исключают, что различные двигательные паттерны могут предрасполагать спортсменов к повторным травмам [69]. При возвращении к спорту гимнасток, перенесших травму верхних конечностей, также целесообразно учитывать результаты биомеханических исследований нагрузок на локтевые и плечевые суставы обеих конечностей при выполнении круговых прыжков, т.е. основного гимнастического акробатического маневра [68]. В исследовании S. Linderman и коллег изучались трехмерная биомеханика последовательного асинхронного контакта с землей каждой верхней конечности с использованием системы «захвата движения», а также оценивалась вероятность травмы верхних конечностей. В исследовании приняли участие 14 гимнасток в возрасте от 10 до 21 года. Результаты исследований показали, что первая верхняя конечность во время контакта с опорной поверхностью испытала значительно больший момент разгибания в локтевом суставе и более короткое время до пика реакции опоры. Вторая конечность при контакте испытала значительно больший отводящий момент в плече и передне-задний пик реакции опоры при контакте с опорной поверхностью. Авторами сделаны выводы, что биомеханические различия между контактными конечностями во время кругового прыжка назад сопровождаются различным риском получения травмы [68]. Роль биомеханики в оценке результатов лечения гребцов подробно рассмотрена в обзоре S. Arumugam и соавторов [23]. Анализ 38 публикаций показал, что наиболее часто при гребле повреждается поясничный отдел позвоночника (до 53 %), затем грудная клетка (9-10 %), плечевой сустав и другие анатомические отделы. Для эффективной передачи энергии от ног к рукоятке весла гребцы должны иметь достаточную силу мышц-разгибателей ног и хорошую координацию движений поясничного отдела позвоночника и тазового пояса. Трехмерный «захват движения» дает возможность измерять кинетику и кинематику движений, совершаемых во время гребли. Гребцы, выполняющие гребки с приводом от туловища, имеют более высокие нагрузки в области поясницы и более высокий риск травмы данного отдела, после которой на восстановление требуется минимум 3-4 месяца. Авторы обзора убедительно показывают, что биомеханический анализ гребного движения может предоставить гребцу информацию о ключевых переменных, влияющих на его производительность и риск получения травм. Поэтому регулярный скрининг спортсменов-гребцов должен включать не только всестороннюю оценку их физической подготовки, но и исследование биомеханики движений, что поможет оптимизировать технику гребли, предупредить повреждения опорно-двигательного аппарата либо способствовать успешному возвращению в спорт после полученных травм [23]. Заключение Технологии «захвата движения» в спорте имеют значительные перспективы, поскольку позволяют своевременно получать комплексную информацию о физическом состоянии спортсмена и особенностях его двигательных стереотипов [9; 15]. Анализ получаемой информации дает возможность улучшать организацию тренировочного процесса для повышения спортивных результатов, анализировать механизмы возникновения спортивных травм с целью их предупреждения, оценивать результаты восстановительного лечения и определять критерии допуска к спортивным занятиям после перенесенных травм и реконструктивных операций [11; 14; 54].

About the authors

A. N Belova

Privolzhsky Research Medical University

N. N Rukina

Privolzhsky Research Medical University

A. N Kuznetsov

Privolzhsky Research Medical University

O. V Vorobyeva

Privolzhsky Research Medical University

References

Statistics

Views

Abstract - 463

PDF (Russian) - 141

Refbacks

• There are currently no refbacks.