Технология планирования микроциклов подготовки спортсменов в циклических видах спорта с использованием имитационного моделирования

А. В. Абахин, В. А. Рыбаков, В. В. Феофилактов, В. Н. Селуянов
ПНИЛ, РГАФК, Москва, Россия

Инновационные технологии планирования подготовки спортсменов обнаруживаются учеными в результате анализа тренерской деятельности выдающихся практиков спорта [1, 2]. Это общепринятый — эмпирический путь развития теории и методики физического воспитания. Теоретический путь разработки новых спортивных технологий связан с концептуальным и компьютерным имитационным моделированием адаптационных процессов в организме спортсменов [3]. В этой работе рассматриваются подходы решения задачи планирования подготовки спортсменов в циклических видах спорта на основе компьютерного имитационного моделирования.

Цель работы: разработать микроциклы подготовки для спортсменов циклических видов спорта высокой квалификации на различных этапах годичного цикла.

Объект исследования: спортсмены циклических видов спорта высокой квалификации (МС, КМС), возраст 18–20 лет.

Предмет исследования: технология планирования микроциклов подготовки спортсменов циклических видов спорта на основе имитационного моделирования адаптационных процессов в миокарде, железах эндокринной системы, органах иммунитета и мышцах.

Гипотеза: разработка микроциклов с учетом адаптационных процессов в миокарде, мышцах, иммунной и эндокринной систем позволит повысить эффективность подготовки спортсменов высокой квалификации, целенаправленно управлять изменением их физической подготовленности.

Задачи исследования:

1. Усовершенствовать математическую модель, имитирующую процессы адаптации в мышцах, эндокринной, иммунной системах и миокарде у спортсменов с учетом взаимовлияния нагрузок на пояс верхних и нижних конечностей.

2. Разработать микроциклы подготовки на основе компьютерного моделирования долгосрочных адаптационных процессов в мышцах и миокарде.

3. Экспериментальное обоснование эффективности разработанных микроциклов.

Методы исследования

В работе использовалась компьютерная программа, имитирующая ход долговременных адаптационных процессов, разработанная В. Н. Селуяновым [3] и дополненная математической моделью миокарда [4].

Долговременная адаптация связана с морфологическими изменениями в тканях и органах, возникающими в ответ на двигательную деятельность в тренировочных и соревновательных условиях. Для описания процессов долговременной адаптации использовалась функциональная система (по П. А. Анохину), которая включала ЦНС, эндокринную систему, иммунную систему, мышцу и миокард.

Дифференциальные уравнения отдельных систем: эндокринной, иммунной, мышечной, миокарда, пищеварительной систем сведены в один алгоритм. Роль ЦНС выполняет экспериментатор с помощью определения интенсивности физического упражнения и его продолжительности.

Взаимодействие между эндокринной, иммунной, мышечной системами и миокардом обеспечивается благодаря влиянию гормонов на состояние массы железы (подразумевается как эндокринная железа, так и лимфоидные органы и костный мозг), количество миофибрилл и массы митохондрий. Взаимодействие также обеспечивается тем, что антигены, поступающие в организм, влияют на процессы деградации в железе.

Входными характеристиками являются интенсивность физического упражнения, его продолжительность, интервал отдыха, приход энергии с питанием.

На выходе представляются на экране дисплея результаты решения системы 13 дифференциальных уравнений в виде зависимости от времени следующих переменных: концентрация гормонов в железе и крови, концентрация антигенов в крови, масса тела, а также производные величины — возможные результаты в циклических видах спорта.

Исследование модели, т. е. многочисленные решения системы дифференциальных уравнений, производилось численно по методу Эйлера на ЭВМ.

В педагогическом эксперименте приняли участие 5 высококвалифицированных (м. с.) гребцов (байдарка). Четверо спортсменов составили экспериментальную группу, один спортсмен провел автоэксперимент и представлял экспериментальную группу. Оценку результатов реализации тренировочной программы оценивали как по результатам выступлений в соревнованиях, так и по данным лабораторного тестирования в ступенчатом тесте. Определяли АэП и АнП при вращении педалей велоэргометра руками [5] по показателям легочной вентиляции и ЧСС.

Результаты исследований

На основе анализа литературных данных были построены микроциклы подготовки гребцов байдарочников и лыжников гонщиков. Эффективность построения тренировочного процесса проверялась с помощью имитационного моделирования. В компьютер вводились данные недельного микроцикла, взятые из учебника по гребному спорту. Основное его содержание составили нагрузки с интенсивностью АнП и МПК, которые выполнялись повторным методом. В результате расчетов было показано, что в течении полугода наблюдался интенсивный рост спортивных достижений. А затем рост спортивный достижений прекратился. Аналогичные данные были получены при расчете результатов тренировочного процесса, который рекомендуется для лыжников гонщиков в подготовительном и предсоревновательном периодах. Поскольку имитационная модель работает по строго заданным и известным нам физиологическим законам, легко было понять причину обнаруженного явления. Заметим, что стабилизация спортивных достижений, как правило, наблюдается у большинства спортсменов при стаже в 4–6 лет. В нашем случае исходное состояние спортсмена соответствовало квалификации 2–1 спортивного разряда, но главное в мышцах имели место как окислительные, так и гликолитические МВ. В результате тренировок не было стимула для увеличения мышечной силы, увеличения мышечной массы за счет миофибрил МВ. Поэтому аэробные тренировки способствовали наращиванию в гликолитических МВ массы митохондрий. Однако этот процесс имеет свой предел и заканчивается в момент образования вокруг митохондрий митохондриальной сети. После достижения этого момента рост аэробных возможностей мышц прекращается и даже может начаться регресс, если начнет снижаться масса миофибрил, т. е. структурной основы для строительства миофибриллярных митохондрий. Было отмечено, также существенное изменение массы миокарда — в основном за счет поперечной гипертрофии миокардиоцитов.

Результаты имитационного моделирования показали, что отсутствие силовых тренировок и избыток высокоинтенсивных гликолитических нагрузок мешает развитию миофибрилл, снижает потенциальные возможности спортсмена.

Исследование различных вариантов построения микроцикла подготовки спортсменов циклических видов спорта показало, что наиболее быстро, а главное непрерывно, улучшаются результаты в случае такого планирования, когда наблюдается рост силовых возможностей при выполнении большого объема аэробных упражнений. В разработанном микроцикле подготовки спортсменов циклических видов спорта тренировка включает две основные части. Первая часть тренировки — упражнения аэробного характера, предпочтительней выполнять «аэробный спринт». Это короткие по продолжительности упражнения (3–7 с) с интенсивностью 70–90 % от МАМ. Вторая часть тренировки — силовые упражнения, которые выполняются почти ежедневно, только в развивающем режиме основные мышечные группы тренируются один раз в неделю, а в остальные дни выполняются тонизирующие силовые упражнения. Теоретический вариант планирования физической подготовки гребцов байдарочников и лыжников гонщиков предусматривал применение методик — увеличения силы ММВ и митохондрий в БМВ [3], с ежедневным использованием силовых упражнений для неосновных мышечных групп для поддержания повышенной концентрации гормонов в крови и тканях.

Педагогический эксперимент

Педагогический эксперимент подтвердил результаты математического моделирования. В контрольной группе (табл. 1) результат на 200 метров был улучшен на 1,7 с, в худшем случае на 0,3 с. На дистанции 500 м улучшение составило 4,2 с, либо улучшения не было. На дистанции 1000 м улучшение составило 7,7 с, либо улучшения не было. В среднем улучшение составило 3–5 %, что по мнению специалистов по спорту высших достижений характеризует тренировочный процесс как вполне эффективный.

Таблица 1. Результаты выступления в соревнованиях спортсменов контрольной группы

Фамилия	200 м, с		500 м, мин, с		1000 м, мин, с
	1996	1997	1996	1997	1996	1997
К-в	40,0	38,9	1,52,0	1,49,0	3,58,0	3,56,2
Б-в	39,2	38,4	1,49,2	1,45,1	3,54,3	3,47,6
К-ев	38,3	38,1	1,49,7	1,48,1	3,59,0	3,59,0
Б-ов	42,3	40,6	1,56,0	1,56.0	4,04,0	4,01,0

Таблица 2. Результаты лабораторного и педагогического тестирования спортсмена экспериментальной группы.

Дата тестирования	Мощность АнП	Мощность МАМ	200 м, с	500 м, мин, с	1000 м, мин, с
1996	—	—	40,8	1,53,7	4,07,0
1997	—	—	—	—	—
Апрель	90	690	42,6	2,04.8	4,04.0
Июль	125	676	38,9	1,46.8	3,50.4
Сентябрь	135	683	38,3	1,42.9	—

В экспериментальной группе (табл. 2) улучшение соответственно составило: 200 м — 3,4 с, 500 м — 6,9 с, 1000 м — 17,0 с. Следовательно, эффективность тренировочной программы составила: 8,8 %, 6,7 % и 7,4 %. У спортсмена, тренировавшегося по экспериментальной программе, АэП вырос с 0 Вт до 90 Вт, а АнП с 90 Вт до 135 Вт в конце сезона. Эффективность экспериментальной программы оказалась примерно в два раза выше общепринятой системы подготовки спортсменов высшей квалификации в гребном спорте.

Вывод

Разработана модель для имитации адаптационных процессов во время тренировки и отдыха спортсменов в циклических видах спорта. Модель можно использовать для исследования различных вариантов тренировок в циклических видах спорта. Для достижения непрерывного прогресса спортивных результатов в циклических видах спорта с предельным временем соревнования более 2 мин. необходимо рациональное сочетание силовых и аэробных упражнений. В основе роста физических возможностей должны лежать силовые упражнения для ММВ. Они способствую росту миофибрилл, силы, а значит создаются морфологические предпосылки для образования новых митохондрий в ММВ.

Литература

Л. П. Матвеев. Проблемы периодизации спортивной тренировки. М.: Физкультура и спорт,1964. 244 с.

В. Н. Платонов, С. М. Вайцеховский. Тренировка пловцов высокого класса. М.: Физкультура и спорт, 1985. 256 с.

Теория и практика применения дидактики развивающего обучения в подготовке специалистов по физическому воспитанию. // Труды сотрудников проблемной научно-исследовательской лаборатории под ред. В. Н. Селуянова. — М.: Физкультура, образование и наука, 1996. — 106 с.

В. Н. Селуянов, В. А. Рыбаков, В. В. Феофилактов. Срочная и долговременная адаптация сердца к тренировке лыжника-гонщика и построение тренировки лыжника-гонщика на основе компьютерного моделированию // Проблемы спортологии / Труды ученых ПНИЛ РГАФК, том 1. — М.: С.ПРИНТ, 1999. — С. 76—89.