Новое в системе спортивной подготовки велосипедистов-шоссейников: отечественный и зарубежный опыт

Сильные стороны и ограничения настоящего исследования. Сильной стороной данного исследования является проведение тщательного анализа особенностей питания велосипедистов, принимающих участие в 24-часовой командной эстафетной гонке, то есть соревнующихся в той спортивной дисциплине, которой до сих посвящалось очень мало научных исследований. Нам удалось взвесить и зарегистрировать все пищевые продукты и жидкости, потребляемые восемью спортсменами в реальных условиях соревнований. Данная методология отличается трудностью применения в полевых условиях, но зато позволяет получить более достоверную информацию по сравнению с методами на основе заполнения анкет или проведения опросов, которые применялись в ходе предыдущих исследований. Однако мы должны признать определенные ограничения, связанные с условиями и методами проведения данного исследования. Очевидно, главным ограничением следует считать слишком малый размер выборки для получения надежных результатов анализа взаимосвязи между переменными, характеризующими процесс питания и результативность спортсменов. Кроме того, хотя в более ранних исследованиях было продемонстрировано, что соотношение между частотой сердечных сокращений и потреблением кислорода служит приемлемой мерой измерения затрат энергии в нестационарном состоянии, следует также иметь в виду, что на результаты применения данной методологии может оказывать влияние целый ряд физиологических и экологических факторов, таких как дегидратация и температура. В настоящее время метод дважды меченой воды считается золотым стандартом для оценки затрат энергии в привычных для человека условиях и может также применяться при проведении исследований спортсменов в реальных условиях соревнований, однако этот метод является дорогостоящим. В то же время регрессионный анализ на основе линейной зависимости между частотой сердечных сокращений (ЧСС) и уровнем потребления кислорода представляет собой более простой и доступный по цене метод, который применялся также при проведении предшествующих исследований.

Выводы. 24-часовая велосипедная гонка на сверхвыносливость в формате командной эстафеты включает несколько этапов высокоинтенсивной физической нагрузки (75% МПК), перемежаемых ограниченными периодами на восстановление. Данный тип физической нагрузки требует повышенного потребления углеводов, которые стимулируют процесс производства энергии, необходимой для сокращения мышц. Настоящее исследование продемонстрировало способность к потреблению больших количеств углеводов, обеспечивающих оптимизацию процесса окисления кислорода во время выполнения физической нагрузки, у спортсменов, соревнующихся в реальных условиях гонки на сверхвыносливость (в полевых условиях), что согласуется с данными, полученные при проведении лабораторных исследований. Однако, несмотря на данный факт, мы обнаружили повышенный дефицит энергии на протяжении гонки. Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что структура пищевых рационов, потребляемых спортсменами в течение нескольких дней до соревнования, играет не менее важную роль, чем стратегия питания, применяемая во время гонки. Кроме того, хотя потребление белка спортсменами соответствовало современным рекомендациям, было выдвинуто предположение, что применение углеводов и белка в отношении 4:1 может способствовать активации некоторых метаболических процессов, включая восстановление гликогена, сохранение белкового баланса и регенерацию тканей, которые могут оказывать влияние на общую результативность спортсменов. Тем не менее, в то время как соблюдение данного соотношения между белками и углеводами может быть связано с определенными преимуществами и привести к снижению дефицита энергии, неизвестно, смогут ли спортсмены выдержать потребление повышенных количеств белка и выполнять высокоинтенсивные физические нагрузки при отсутствии желудочно-кишечных расстройств. Во избежание возникновения данных проблем настоятельно рекомендуется проведение спортсменами «пищевого тренинга» перед соревнованиями, который предусматривает частое потребление небольших количеств питательных макроэлементов и жидкостей во время тренировок. Применение данного тренинга может способствовать повышению эффективности работы пищеварительной системы при проведении гонок на сверхвыносливость и снижению риска проявления желудочно-кишечных расстройств во время длительных соревнований при неблагоприятных условиях окружающей среды.

7. Передние звезды некруглой формы и узел соединения педали с шатуном велосипеда: обзор литературы

Введение. Прогресс в разработке тренировочных программ и развитии прикладных технологий позволяет тренерам совершенствовать методы мониторинга тренировочного процесса и способствует повышению работоспособности спортсменов. В велоспорте модификации конструкции велосипедов направлены на снижение сопротивления качению и внутренней работы (механической работы по движению ног) в целях обеспечения более высокой скорости движения велосипеда. Аэродинамическая сила является главной силой сопротивления в велоспорте, поэтому постоянно предпринимаются попытки разработки новых конструкций колес, велообуви, рам и руля, чтобы снизить силу лобового сопротивления и тем самым повысить результативность. Считается, что более низкие энергозатраты при педалировании с заданным уровнем рабочей нагрузки (т.е. более высокая экономичность/КПД) обеспечивают улучшение работоспособности, при этом снижение энергозатрат достигается путем уменьшения количества внешней и/или внутренней работы (т.е., энергии, затрачиваемой на преодоление возникающих при педалировании внешних сил, и энергии, затрачиваемой на движение ноги без учета внешнего сопротивления, соответственно).

C другой стороны, возможность увеличения выходной мощности при одинаковых энергозатратах послужила для исследователей стимулом к поиску маркеров, обеспечивающих более высокую экономичность/КПД (таких как потребление кислорода или частота сердечных сокращений). Поскольку выходная мощность зависит от плеча силы на шатуне и прилагаемой к шатуну тангенциальной силы (эффективной силы), то для применения гипотетической постоянной силы должен быть увеличен крутящий момент шатуна за счет повышения плеча силы. Однако по причине механических и анатомических ограничений постоянная эффективная сила вряд ли может быть достигнута, поэтому усилия исследователей в этой области должны быть направлены, прежде всего, на изменение посредством вращения шатуна плеча силы в целях максимизации крутящего момента шатуна. Для достижения этой цели предпринимались попытки изменения длины шатуна, узла соединения педали с шатуном, и профиля передней звезды (рисунок 1). Однако, несмотря на прочное теоретическое обоснование их разработки, в ходе научных исследований некоторых новых конструкций не было получено экспериментальных данных, подтверждающих их влияние на биомеханические, физиологические и определяющие результативность переменные.

Рисунок - Иллюстрация теоретической конструкции некруглой передней звезды (эллиптическая звезда Osymetric), предназначенной для увеличения плеча силы в положении верхней мертвой точки (12 часов). Плечо силы некруглой прямой звезды (Ma1), плечо силы круглой прямой звезды (Ma2), сила сопротивления (RF) и сила, прилагаемая к педали (PF)

В специальной литературе были описаны различные конструкции некруглых передних звезд и соединений педалей с шатунами, которые оказывали разное влияние на определяющие работоспособность физиологические и биомеханические переменные. Поэтому существует потребность в предоставлении велосипедистам и тренерам соответствующих разъяснений, чтобы помочь им выбрать оптимальную систему передних колец или узел соединения педали с шатуном.

Таким образом, цель настоящей статьи состояла в обзоре теоретических основ разработки передних колец некруглой формы и новых узлов соединения педали с шатуном и их влияния на биомеханические, физиологические и определяющие результативность переменные.

Методы. Для выполнения приведенной в данной статье экспертной оценки статей из журналов, книг, диссертаций и трудов конференций, опубликованных с 1960 г., был проведен интернет-поиск в академических базах данных (MEDLINE, SCOPUS, ISI Web of Knowledge, EBSCO и Google Scholar) с применением ключевых слов «узел соединения педали с шатуном», «передняя звезда» и «некруглая звезда». Для сужения поиска среди первоначально полученных 2165 источников было использовано ключевое слово «велосипед». Затем был выполнен реферативный анализ 29 статей. Статьи, посвященные теоретическим основам или экспериментальной оценке систем некруглых передних колец или узлов соединений педали с шатуном, были отобраны для анализа в их полном объеме. Ссылки на 13 статей, отобранных после анализа их полных версий, были также подвергнуты анализу по их заголовкам, рефератам и полным объемам. Всего для данного обзора было отобрано 39 литературных источников, включая 37 журнальных статей, одну книгу и один веб-сайт. В обзоре мы применяли широкий спектр разных видов исследований (от одновременного поперечного углублённого исследования до компьютерного моделирования) в целях расширения дискуссии от изложения теоретических основ до обсуждения практических преимуществ применения передних звезд некруглой формы и/или различных узлов соединения педалей с шатунами.

Дискуссия. Среди многочисленных целей разработки некруглых передних звезд и новых узлов соединения педали с шатуном можно перечислить сокращение количества внутренней работы, снижение пикового показателя крутящего момента шатуна и сокращение затрат времени прохождения верхней и нижней мертвых точек (в положениях 12 и 6 часов, соответственно). При оценках воздействия передних звезд некруглой формы и новых узлов соединения педалей с шатунами наблюдались изменения в кинематике движения суставов при отсутствии влияния на мышечную активацию. При использовании большинства некруглых звезд были получены противоречивые результаты исследований экономичности/КПД педалирования. В то же время новые конструкции узлов соединения педалей с шатунами обеспечивали повышение экономичности/КПД педалирования.

Теоретическое обоснование изменений длины шатуна или узла соединения педали с шатуном или применения передних звезд некруглой формы.

В таблице 1 представлены системы некруглых передних звезд и модифицированных узлов соединения педали с шатуном, которые были разработаны на протяжении последних десятилетий. При применении различных систем передних звезд или узлов соединения педали с шатуном определение угла шатуна относительно главной (большой) оси (наибольшая величина плеча силы на цепи до каретки - т.е., сила сопротивления) основывалось на крайнем правом положении шатуна, соответствующем 3 часам на циферблате часов, принимая во внимание тот факт, что пиковый крутящий момент обычно измеряется при данном угле шатуна (см. рисунок 1).

Таблица - Общая информация о системах передних звезд или узлов соединений педали с шатуном, представленных в публикациях последних десятилетий, включая изобретателя и год разработки, овальность, угол шатуна относительно главной оси, назначение конструкции и проведение экспериментальных испытаний. Все результаты были получены при одинаковых условиях педалирования с применением систем передних колец круглой и некруглой формы

A Соотношение между большой (главной) и малой осями;

B Происхождение неизвестно. Вероятно, была включена в систему привода велосипеда в 1860 г.

C Применялась в качестве эталона при сравнении с некруглыми звездами

D Увеличение расстояния между осью педали и центром педали на 1,8 см. Уменьшение высоты от оси педали до поверхности педали на 2 см.

Из представленных в таблице данных можно видеть, что различные конструкции передних звезд некруглой формы и модификации узла соединения педали с шатуном были предназначены для оптимизации различных переменных (напр., крутящего момента) на основе изменения соотношения между большой и малой осями передней звезды или расстояния между педалью и кареткой (с помощью узлов соединения педали с шатуном). Угол шатуна относительно большой оси также может оказывать влияние на крутящий момент, создаваемый силой сопротивления, как показано на рисунках 1 и 2. Сила сопротивления представляет собой сумму силы лобового сопротивления, несущей способности, силы качения и инерционной силы, которые действуют на велосипед и передаются на шатун через систему передач и цепь.

Рисунок - Изображение некруглой передней звезды Biopace, разработанной в целях увеличения момента плеча в положении близком к расположению стрелки на циферблате в 3 часа (3-часовое или крайнее правое положение). Ma - плечо силы, действующей на некруглую переднюю звезду, RF - сила сопротивления, PF - сила, прилагаемая к педали

На рисунке 2 можно видеть, что главные оси передней звезды находятся ближе к крайнему правому и крайнему левому положениям (3- и 9- часовым положениям) в отличие от конструкции, представленной на рисунке 1, на котором главные оси находятся в непосредственной близости от 12- и 6- часового положения, то есть крайней верхней и крайней нижней позиции при одном и том же положении шатуна. В зависимости от профиля прилагаемой к педали силы, как показано на рисунке 3, когда максимальное толкающее усилие прилагается к педали при угле шатуна около 90° (3-часовое положение шатуна), обе эти овальные передние звезды могут приводить к получению разных результатов. Более высокая величина плеча силы для овальной звезды, показанной на рисунке 1, может потребовать приложения большей силы к педали для сохранения аналогичного крутящего момента, чем для овальной звезды, изображенной на рисунке 2.

В теории эффективность каждой системы передних звезд можно оценить в зависимости от того, насколько положение главных осей будет способствовать увеличению плеча силы сопротивления в момент нахождения педали в положении, близком к углу шатуна, при котором достигается пиковая сила, прилагаемая к педали (3-часовое положение). Таким образом, увеличение плеча силы сопротивления может приводить к увеличению крутящего момента, создаваемого силой сопротивления, и потребовать приложения большей пиковой силы к педали при установленном уровне рабочей нагрузки.

При применении круглой передней звезды мгновенная скорость шатуна варьирует в пределах ±22% при средней частоте педалирования 90 об/мин, что объясняется бульшим количеством внутренней работы. Следовательно, увеличение оси передней звезды в областях с более низкой скоростью вращения педали (напр., в 3-часовом положении) приводит к более плавному изменению мгновенной скорости шатуна и к меньшей величине внутренней работы. Поэтому некоторые звезды некруглой формы конструировались таким образом, чтобы способствовать увеличению равномерности крутящего момента, что становится причиной создания более низкого пикового крутящего момента (как на модели, показанной на рисунке 1). В центре внимания разработчиков других передних звезд находилось сокращение времени прохождения через верхнюю и нижнюю мертвые точки (в 12- и 6-часовом положении, соответственно) (напр., система Rotor), поскольку в данных областях вращения педали к ней прилагается малая сила. Система Rotor включает круглую переднюю звезду, снабженную расцепляющим механизмом, который разъединяет шатуны в 12- и 6-часовом положении путем выдвижения ведущего шатуна вперед относительно противоположного шатуна. Таким образом, одни системы разрабатывались так, чтобы уменьшить оси в верхней и нижней мертвых точках, другие предусматривали механическое разъединение шатунов в этих областях вращения педали. Целью создания еще одной системы (Pro-Race) послужило увеличение оси в 3-часовом положении и уменьшение оси в 9-часовом положении. Эта последняя система предназначена для снижения тормозного момента, который создается прилагаемой к педали силой во время фазы возврата (от 6- до 12-часового положения шатуна), однако, до сих пор еще не было получено данных, подтверждающих эту гипотезу. В связи с тем, что данные системы предусматривали оптимизацию разных переменных (напр., сокращение внутренней работы или снижение крутящего момента шатуна), не было выяснено, какое влияние они могут оказывать на биомеханические и физиологические характеристики и показатели результативности. Остается неясным, следует ли при разработке передней звезды некруглой формы стремиться к увеличению плеча силы сопротивления в 12-часовом положении шатуна в целях улучшения крутящего момента силы сопротивления (как в образце звезды на рисунке 1) или же следует снизить плечо силы сопротивления в 3-часовой позиции в целях уменьшения внутренней работы и пикового крутящего момента шатуна (как показано на рисунке 2).

При разработке конструкций, основанных на модификации длины шатуна и узлов соединения педали с шатуном, следует иметь в виду, что увеличение длины шатуна в его 3-часовом положении и сокращение длины шатуна в 9-часовом положении может приводить к увеличению выходной мощности. Именно эта цель преследовалась при разработке новых конструкций узлов соединения педали с шатуном Zamparo et al. и Koninckx et al. и системы, оценка которой выполнялась Shan, как показано на рисунке 4.

Рисунок - Результирующая сила, прилагаемая к правой и левой педалям как функция угла шатуна. Неопубликованные данные 4-километрового контрольного теста на время, выполняемого конкурентоспособным велосипедистом на стационарном велоэргометре с круглыми передними звездами

В результате применения систем, разработанных Zamparo et al. (2%) и Koninckx et al. (8%), удалось повысить экономичность/КПД (отношение между механической работой и энергозатратами), что позволяет предположить положительный эффект сокращения длины шатуна в 9-часовой позиции благодаря снижению момента сопротивления на шатуне.

Таким образом, изменения в характеристиках передних звезд варьируют во вновь разработанных конструкциях от изменения в длине шатуна в 3- и 9-часовых позициях до изменений в плечах силы сопротивления. Предполагается, что конструкции передних звезд некруглой формы должны способствовать снижению плеча силы сопротивления в крайней правой (3-часовой) позиции, которое, в свою очередь, приведет к уменьшению величины внутренней работы и пикового крутящего момента шатуна (напр., образец на рисунке 2).

Рисунок - Иллюстрация более короткого (Ma1) и более длинного (Ma2) плеча силы на шатуне в результате применения нового узла соединения педали с шатуном (PF2) по сравнению со стандартным узлом (PF1)

Влияние модификаций узла соединения педали с шатуном или применения передних звезд некруглой формы на биомеханические переменные.

Как можно предположить на основе теоретической конструкции овальной звезды, представленной на рисунке 1, увеличение длины оси в 12-часовом положении шатуна может привести к увеличению плеча силы сопротивления при нахождении педали в 3-часовой позиции, что потребует приложения к педали большей силы при заданном уровне рабочей нагрузки. Более высокое плечо силы может также достигаться за счет снижения мгновенной скорости педали в данном положении шатуна, что может оказывать влияние на кинетические и кинематические характеристики суставов и активацию мышц нижних конечностей. Другой способ, основанный на увеличении длины шатуна, который применялся при разработке опытного образца Zamparo et al., способствует увеличению плеча силы, прилагаемой к педали при ее нахождении в 3-часовой позиции. C другой стороны, согласно наблюдениям Shan система “Bike saver” приводила к проявлению более короткой длины шатуна между его 12- и 3-часовой позициями вопреки преследуемой производителем цели. Следовательно, конструкция данной системы обеспечивает уменьшение длины шатуна в его 9-часовом положении и/или увеличение длины шатуна в 3-часовом положении. Еще одна возможность повышения эффективности педалирования заключается в сокращении осей передних звезд в 12- и 6-часовых положениях, в то время как шатун находится в 3-часовом положении, как показано на рисунке 2. Эти изменения могут приводить к уменьшению момента сопротивления на шатуне в его 9-часовом положении, сокращению колебаний угловой скорости шатуна и снижению действующей на велосипедиста силы сопротивления.

В центре внимания ряда исследований находилось влияние передних звезд некруглой формы или различных узлов соединения педали с шатуном на кинематические характеристики суставов. При применении модифицированного узла соединения педали с шатуном Shan наблюдал повышение амплитуды движения в голеностопном суставе по сравнению с применением обычного узла. Данное увеличение амплитуды движения в голеностопном суставе может быть объяснено сокращением длины шатуна между его 12- и 3-часовой позициями.

В результате использования системы Rotor, которая была разработана в целях сокращения времени, затрачиваемого при 12-часовом положении шатуна, у пяти велосипедистов, выполнявших педалирование при рабочей нагрузке 300 Вт, было зарегистрировано увеличение амплитуды движений в голеностопном (10%), коленном (21%) и тазобедренном (14%) суставах. В ходе проведения еще одного исследования, в котором принимали участие 15 профессиональных велосипедистов, выполнявших тест на педалирование с применением системы Rotor при рабочей нагрузке на 10% ниже анаэробного порога, было выявлено увеличение амплитуды движений на 30% в голеностопном суставе и на 5% в коленном суставе. Эти результаты объяснялись возможным увеличением эффективной длины шатуна благодаря применению системы Rotor без предоставления дополнительной информации о механизме данного увеличения. При применении некруглой передней звезды с главной осью в 12-часовом положении (как на рисунке 1) у не занимающихся велоспортом субъектов исследования, выполнявших педалирование при постоянной рабочей нагрузке, не было обнаружено различий в углах тазобедренного, коленного и голеностопного суставов по сравнению с применением круглой передней звезды.

Только в исследовании, проводимом Shan, выполнялась оценка мышечной активации во время педалирования с применением нового узла соединения педали с шатуном. При этом наблюдалась повышенная активность четырехглавой мышцы и передней большеберцовой мышцы. Объяснением данного результата может послужить более короткая длина шатуна между 12- и 3-часовой позициями и более высокая амплитуда движений в голеностопном суставе благодаря применению новой системы по сравнению со стандартным узлом соединения педали с шатуном. Только в ходе одного исследования выполнялись измерения активации мышц нижних конечностей велосипедистов, применявших систему Rotor с передней звездой некруглой формы, при этом не было выявлено значимых различий в мышечной активации по сравнению с системой с круглой передней звездой. Не было найдено ни одного исследования, в котором бы измерялась мышечная активация с применением других конструкций передних колец некруглой формы или узлов соединения педали с шатуном.

Обычно исследования, посвященные изучению эффектов применения передних звезд некруглой формы, были направлены на определение оптимальной оси, от главной до самой малой, с фокусом внимания на снижении узловых моментов или пикового крутящего момента шатуна при заданной нагрузке или увеличении максимальной выходной мощности для заданной дистанции или времени выполнения упражнения. В одном из исследований сообщалось об отсутствии существенной разницы между круглой и овальной звездой, применяемой в целях увеличения длины оси в 12-часовом положении (как на рисунке 1). В другом исследовании было зарегистрировано снижение пикового крутящего момента шатуна примерно на 12% при применении некруглой (эпициклической) передней звезды, предназначенной для увеличения длины оси между 12- и 3-часовой позициями шатуна по сравнению с круглой передней звездой (как на рисунке 1). C другой стороны, увеличение оси передней звезды в 3-часовом положении шатуна (как на рисунке 2) позволило снизить средний узловой момент (1.4%). Malfait et al. сравнивали различные конструкции передних звезд некруглой формы, применяя компьютерное моделирование условий постоянной рабочей нагрузки или постоянной мощности суставов. Эти авторы сообщили, что только система с овальной звездой Халла (Hull oval), предназначенная для увеличения оси в 3-часовом положении шатуна (как на рисунке 2), обеспечивала повышение выходной мощности, когда главная ось была отклонена на 17,5° по часовой стрелке от своего первоначального положения (4,5%). При изменении положения шатуна или главной оси передней звезды Malfait et al. наблюдали повышение выходной мощности при применении большинства систем (1-13%). Изменения мощности суставов варьировали, причем некоторые системы способствовали увеличению мощности мышц-разгибателей коленного и тазобедренного суставов, в то время как другие системы оказывали влияние только на мощность мышц-сгибателей данных суставов. Однако остается неясным, каким образом отдельные изменения в мощности суставов могут приводить к повышению работоспособности.

В настоящее время существует пробел в исследованиях, посвященных оценке влияния некруглых передних звезд и узлов соединения педали с шатуном на биомеханические переменные (напр., прилагаемые к педали сил и кинетические характеристики суставов). Подтверждение эффективности адаптируемой конструкции передних звезд, разработанной Malfait et al., может представить важные свидетельства преимуществ применения данных систем с точки зрения биомеханики велосипедного спорта. На данный момент передние звезды некруглой формы, предназначенные для увеличения оси передней звезды в 3-часовом положении шатуна (как на рисунке 2), могут обеспечивать больше преимуществ по сравнению со звездами, ось которых может увеличиваться в 12-часовом положении шатуна (как на рисунке 1). Оценка влияния систем соединения педали с шатуном на биомеханические параметры до сих пор не проводилась. Применение еще одного узла соединения педали с шатуном сопровождалось увеличением амплитуды движений в голеностопном суставе и повышенной активацией передней большеберцовой мышцы и группы четырехглавой мышцы, что исключает возможность его использования в велосипедных тренировках.

Влияние модификаций узла соединения педали с шатуном или применения передних звезд некруглой формы на физиологические переменные.

В связи с предполагаемым сокращением внутренней работы при применении большинства систем с некруглыми передними звездами ожидается также снижение общих затрат энергии при заданном уровне рабочей нагрузки. Поэтому в большинстве исследований при оценке передних звезд некруглой формы рассматривалось их влияние на физиологические показатели, определяющие работоспособность велосипедистов. Равным образом, во время оценки новых узлов соединения педали с шатуном, представленных Zamparo et al. and Shan, выполнялись измерения потребления кислорода при постоянной рабочей нагрузке в целях определения влияния новых конструкций на экономичность/КПД педалирования. При этом при применении новых узлов соединения педали с шатуном в исследовании Zamparo et al. было зарегистрировано увеличение экономичности/КПД педалирования на 2%. В ходе испытаний передней звезды Biopace (более длинная ось звезды в 3-часовом положении - рисунок 2) не было выявлено значимых изменений потребления кислорода по сравнению с круглыми звездами. Система Pro-race, цель разработки которой состояла в увеличении длины шатуна в 3-часовом положении и ее сокращение в 9-часовом положении, не вызывала изменения максимальной выходной мощности или ПК во время выполнения тестов с постепенным увеличением нагрузки до максимального уровня. Система “Harmonic”, которая также была предназначена для увеличения оси передней звезды в положении, близком к 3-часовой позиции (78° угла шатуна, как на рисунке 2), была испытана на экономичность/КПД при разных уровнях рабочей нагрузки с привлечением 13 конкурентоспособных велосипедистов. При этом не было выявлено значимых различий по сравнению с применением круглых передних звезд. C другой стороны, при испытании системы Rotor были получены противоречивые результаты. У 8 исследуемых субъектов, не занимающихся велоспортом, наблюдалось увеличение экономичности/КПД на 14% при педалировании при 60% и 90% МПК в отличие от незначительных изменений МПК и экономичности/КПД, зафиксированных у 10 велосипедистов при выполнении теста с постоянной рабочей нагрузкой при 80% пиковой выходной мощности18, а также у еще одной группы из 15 велосипедистов, выполнявших аналогичный тест на педалирование.

Несмотря на различие в конструкциях, сходство физиологических показателей при применении некруглых и круглых передних звезд объясняется аналогичными требованиями, предъявляемыми к опорно-двигательному аппарату во время педалирования с использованием передних звезд некруглой формы. Что касается узлов соединения педали с шатуном, то только Zamparo et al. и Koninckx et al. продемонстрировали увеличение экономичности/КПД педалирования при применении специально изготовленного на заказ образца нового узла. Таким образом, противоречивые результаты были получены для большинства передних звезд некруглой формы. Kautz и Hull предположили, что соотношение «мышечная сила-скорость» обычно не принимается в расчет при конструировании некруглых передних звезд, что может послужить объяснением отсутствия их влияния на физиологические переменные.

Влияние модификаций узла соединения педали с шатуном или применения передних звезд некруглой формы на результативность педалирования.

Помимо влияния на экономичность/КПД применение передних звезд некруглой формы или различных узлов соединения педали с шатуном должно приводить к повышению результативности педалирования. В качестве параметров результативности при выполнении требующих выносливости физических нагрузок применялись результат времени выполнения контрольного испытания или средняя выходная мощность при выполнении контрольных тестов на время. Увеличение средней выходной мощности было зарегистрировано при применении нового узла Vista® pedal велосипедистами, выполнявшими изокинетический тест с максимальной нагрузкой с частотой педалирования от 40 об/мин (1,8%) до 120 об/мин (6%)26. При применении системы Pro-race (более длинная ось в 3-часовом положении и более короткая в 9-часовом положении) было обнаружено повышение результативности выполнения 1-километрового контрольного испытания на время в лабораторных условиях, в то время как при выполнении аналогичного контрольного испытания на треке не было зафиксировано улучшения показателей результативности. Как отметили авторы последнего исследования, причиной данного отсутствия различий между сравниваемыми системами передних звезд послужила потенциальная изменчивость характеристик велосипедистов (напр., максимальной силы нижних конечностей) во время выполнения 1-километрового контрольного заезда на треке. Эффективность применения системы Pro-race была также подтверждена при выполнении велоэргометрического теста на определение силы-скорости, в ходе которого было выявлено увеличение выходной мощности на 9% и действующей на шатуны силы на 23% у 10 не занимающихся велоспортом участников исследования. При применении системы Rotor во время 40-километрового контрольного испытания 20 конкурентоспособным велосипедистам не удалось повысить результативность педалирования по сравнению с традиционными круглыми передними звездами, и та же картина наблюдалась в исследовании, проводимом Dagnese et al. с привлечением 7 квалифицированных велосипедистов, которые выполняли тест на время достижения состояния изнеможения. Напротив, в другом исследовании при применении системы Rotor во время выполнения теста Вингейта было зарегистрировано увеличение средней выходной мощности на 8% и пиковой выходной мощности на 9%. При проведения теста с постепенным увеличением нагрузки до достижения состояния изнеможения не было обнаружено увеличения пиковой выходной мощности у конкурентоспособных велосипедистов, применявших систему Rotor.

Будущие исследования. В теории применение передних звезд некруглой формы обладает потенциалом повышения результативности педалирования благодаря уменьшению резкости колебаний угловой скорости шатуна и сокращению внутренней работы. Однако одним из перспективных направлений исследований в будущем могла бы стать разработка конструкций передних звезд в целях оптимизации вращения шатуна вокруг главной оси передней звезды. При этом было бы целесообразно провести исследования на основе имитационного моделирования для определения того, в каких секторах вращения шатуна следует использовать бульшую или меньшую длину оси передней звезды. Необходимо также учитывать характеристики опорно-двигательного аппарата (напр., соотношения сила-длина и сила-скорость), так как они определяют оптимальные углы суставов для генерации мощности мышц. В ходе экспериментальных исследований с привлечением велосипедистов можно будет оценить эффективность применения того или иного типа передних звезд некруглой формы для повышения результативности. Сравнение разных стилей техники педалирования может послужить эффективным дополнением к применению существующих методов имитационного моделирования, которые ограничиваются стандартным профилем приложения силы к педали. На данный момент, существует реальная возможность повышения результативности педалирования посредством применения некруглых передних звезд при увеличении длины оси передней звезды в 3-часовом положении и при ее сокращении в 9-часовом положении (как показано на рисунке 2).

Выводы

Поскольку эффекты воздействия большинства коммерчески доступных передних звезд некруглой формы на биомеханические и физиологические переменные остаются до сих пор неясными, это препятствует их эффективному применению для повышения результативности педалирования. Разные конструкции некруглых передних звезд ограничивают возможность использования большинства данных систем для повышения результативности в виду того, что поскольку они рассчитаны на оптимизацию разных переменных, их применение не может привести к достижению оптимальной результативности. Изготовленные по специальному заказу системы, предназначенные для увеличения плеча силы на шатуне или оси передней звезды в 3-часовом положении и снижении плеча силы на шатуне или оси передней звезды в 9-часовом положении, обеспечивали повышение экономичности/КПД и результативности педалирования.

Размещено на Allbest.ru