Факторы влияющие на движение и равновесие тела. Теоретические задания по физкультуре
Равновесие тела - состояние устойчивого положения тела в пространстве.
Во время стояния, т.е. при вертикальном положении тела, равнодействующая всех сил, направленных на общий центр тяжести (ОЦТ) тела, расположена на уровне второго крестцового позвонка и проецируется на центральный участок площади опоры (подошвы ног). Всякое изменение вертикального положения, вызванное движением головы, туловища или конечностей, приводит к смещению ОЦТ. Сохранение равновесия тела в таких условиях достигается рефлекторным сокращением постуральных мышц, т.е. мышц, обеспечивающих сохранение позы.
С помощью специфических постуральных рефлексов осуществляются уравновешивание движущейся массы тела в условиях, когда ОЦТ переносится с одной ноги на другую, и движения при ходьбе и беге. Используя балансирующие движения, а также регулируя опорные усилия, человек способен сохранять равновесие в момент; когда центр тяжести его тела выходит за пределы площади опоры, как, например, у бегуна в момент старта. Биомеханическая особенность движений при ходьбе, беге, езде на велосипеде, хождении по канату заключается в том, что при их выполнении опорная поверхность подводится под проекцию центра тяжести.
Другую группу постуральных рефлексов составляют защитные движения, которые позволяют сохранять равновесие, когда на тело действуют горизонтальные или вращательные силы. Наклоны площади опоры сопровождаются компенсаторными изменениями позы, охватывающими все мышцы тела. В норме восстановление утерянного равновесия достигается с помощью автоматизированных выпрямительных рефлексов, участвующих в осуществлении сложных произвольных движений .
Сокращение антигравитационных мышц может быть вызвано афферентными импульсами, идущими от тактильных рецепторов подошвы стопы, рецепторов сетчатки и вестибулярного аппарата. В положении стоя эти афферентные системы оказывают стабилизирующее влияние на колебания ОЦТ благодаря активации опорной мускулатуры по a - и g -эфферентным путям. Механизмы регуляции порога возбудимости проприоцепторов обеспечивают пластичное приспособление мускулатуры к различным двигательным актам. Зрительные и вестибулярные постуральные рефлексы играют особенно важную роль в формировании предвосхищающих моторных команд при ходьбе по неровной поверхности (подъем, спуск). В патологических случаях оптомоторные позные рефлексы компенсируют выпадение проприоцептивной афферентации, в нормальных условиях зрение опосредует взаимодействие систем постурального равновесия и ориентации в ближнем пространстве.
Центральная регуляция равновесия тела , как предполагают, обеспечивается иерархически построенной функциональной системой, которая интегрирует разномодальную афферентацию, пользуясь обобщенными параметрами, к числу которых относится, по-видимому, положение тела в пространстве. Деятельность этой «следящей» системы, регистрирующей разницу между реальным и заданным положением, обусловливает текущую и опережающую регуляцию позных компонентов произвольных двигательных актов.
Афферентные пути постуральных рефлексов проходят через таламус, а эфферентные центры расположены в базальных ядрах, при поражении которых (например, при паркинсонизме) возникает выпадение постуральных рефлексов. Бульбарный и спинальный центры экстензорных (в т.ч. разгибательных) рефлексов испытывают в норме тормозящее центробежное влияние. Поэтому при нарушении анатомической целостности пирамидных путей возникают спастические параличи . Расстройство постуральных рефлексов не исключает возможности координации произвольных движений за счет психомоторной системы регуляции двигательных актов. Для оценки различных физиологических и биомеханических характеристик применяют циклограмметрическую съемку движений, регистрацию электрической активности мышц тела (см. Электромиография ).
Библиогр.: Батуев А.С. и Таиров О.П. Мозг и организация движений, Л., 1978; Гурфинкель В.С. и др. Стабилизация положения корпуса - основная задача позной регуляции, Физиол. человека, т. 7, № 3, с. 400, 1981.
Равновесие тела - это состояние покоя тела относительно какой-либо системы отсчета, в частном случае - неподвижность тела относительно окружающей его среды. Равновесие тела бывает статическим и динамическим. При статическом равновесии тела проекция общего центра тяжести тела находится внутри площади опоры (рис. 1). При ходьбе, беге, и т. п. динамическое равновесие тела достигается путем балансирования, т. е. подведением площади опоры под сместившуюся проекцию центра тяжести тела (рис. 2).
Рис. 1. Плоскость опоры тела при вольном стоянии: S - точка, соответствующая проекции общего центра тяжести. Рис. 2. Восстановление равновесия тела путем компенсирующего изменения деятельности мышц ног при наклоне туловища вперед. Проекция центра тяжести (вертикальная линия) возвращена в прежнее положение на плоскость опоры.
В поддержании состояния равновесия тела принимает участие целый ряд сложных систем. Важная роль принадлежит вестибулярному аппарату. Его рецепторная часть расположена во внутреннем ухе и состоит из мешочков преддверия и трех полукружных каналов. При возбуждении вестибулярного аппарата происходит раздражение волосков чувствительного . Возникающие импульсы передаются по вестибулярному нерву в мозг. В процессе поддержания равновесия тела вестибулярная система осуществляет тесное взаимодействие со зрительным аппаратом. Оба эти аппарата (вестибулярный и зрительный) имеют обширные двусторонние связи с мозжечком. также является очень важным иннервационным звеном в сохранении равновесия тела. Большую роль играют многочисленные мышц, сухожилий, суставов и кожи, и прежде всего механизмы мышечного , а также проприоцептивные рефлексы. Координация всех этих механизмов, обеспечивающих равновесие тела, происходит на разных уровнях нервной системы - в спинном мозге, стволе мозга и в коре больших полушарий.
Равновесие тела исследуется многочисленными методами. К их числу принадлежит метод стабилографии - регистрация перемещений проекции общего центра тяжести по площади опоры. Равновесие тела нарушается при самых различных заболеваниях: поражениях вестибулярного аппарата, мозжечка, поражениях и т. п.
Равновесие тела - неподвижность его относительно окружающей среды; в узком смысле - сохранение определенного (например, вертикального) положения.
Согласно положениям статики равновесие тела человека при вертикальной стойке относится к неустойчивому типу, так как общий центр тяжести тела лежит выше площади опоры. При стоянии площадь опоры заключена внутри поверхности, образованной наружными контурами обеих стоп и линиями, соединяющими их переднюю и заднюю крайние точки. Равновесие тела сохраняется до тех пор, пока вертикаль (проекция), опущенная из общего центра тяжести тела, не выходит за пределы площади опоры (статическое равновесие тела). Если проекция общего центра тяжести вышла за пределы площади опоры, то восстановление равновесия тела возможно только путем балансирования, т. е. подведения площади опоры под сместившуюся проекцию общего центра тяжести (динамическое равновесие тела). Такой вид равновесия тела имеет место при всех видах перемещений - ходьбе, беге, катании на коньках, велосипеде и т. д. При спокойном стоянии вертикаль через общий центр тяжести тела (рис. 1, нижняя стрелка) проходит впереди осп голеностопных суставов (на 4-5 см) и оси коленных суставов (на 0,5-1,5 см) и позади оси тазобедренных суставов (на 1-3 см), а вертикаль через центр тяжести верхней половины тела (рис. 1, верхняя стрелка), находящейся над осью тазобедренных суставов, проходит впереди позвоночного столба (на 1-2 см кпереди от IV поясничного позвонка). Таким образом, вес тела создает статические (опрокидывающие) моменты сил относительно ряда суставов: действие силы тяжести тела направлено на разгибание в тазобедренных и коленных суставах, на сгибание в голеностопных суставах и переднее сгибание туловища и т. д.
Сохранение статического равновесия тела возможно в том случае, если суммарному опрокидывающему моменту, создаваемому силой тяжести тела и другими внешними силами, противодействует равный по величине и противоположный по направлению уравновешивающий (фиксирующий) момент, создаваемый внутренними (мышечными) силами. Чем больше статический (опрокидывающий) момент действует на данный сустав, тем большее усилие должны развивать мышцы этого сустава для фиксации положения. Как показывает регистрация электрической активности мышц, распределение мышечных усилий при сохранении вертикальной позы соответствует биомеханическим особенностям этого положения тела, т. е. соответствует величинам и направлению моментов сил тяжести, действующих на суставы. Так, наибольшая активность обнаруживается у мышц - разгибателей голеностопных суставов, в которых статический момент силы тяжести имеет наибольшую величину. Вместе с уменьшением статических моментов в более высоко расположенных коленных и тазобедренных суставах убывает и степень электрической активности мышц (рис. 2).
Рис. 2. Уровень электрической активности мышц при удобном стоянии (в порядке убывания обозначен зачернением, штриховкой, точками и крестиками): 1- вид спереди; 2 - вид сзади.
Даже при нарочито неподвижной позе происходят постоянные взаимные смещения звеньев тела относительно друг друга (например, в связи с актом дыхания и другими причинами), изменяющие статические опрокидывающие моменты, что приводит к необходимости непрерывного динамического приспособления соответствующих уравновешивающих мышечных моментов. Этот динамический процесс находит свое отражение в колебаниях тела, которые можно зарегистрировать непосредственно (кефалография) или косвенно по перемещению проекции общего центра тяжести по опорной площадке (стабиллография). Сложный характер стабиллограммы (рис. 3) отражает деятельность многоуровневой системы регуляции вертикальной позы человека, включающей различные отделы нервной системы.
Рис. 3. Стабиллографическая регистрация колебаний общего центра тяжести тела человека в вертикальной позе.
Основным рабочим механизмом сохранения позы является спинальная система проприоцептивного рефлекса на растяжение, обусловливающая позный тонус. Рецепторами этого рефлекса служат расположенные в мышцах мышечные веретена, импульсация которых усиливается при растяжении мышцы. Импульсация от мышечных веретен оказывает рефлекторное возбуждающее действие на мотоневроны как собственной мышцы, так и мышц-синергистов. В рефлекторном позном тонусе можно выделить два компонента: статический, определяющий фоновую активность позных мышц, и динамический, обусловливающий непрерывную коррекцию малейших нарушений позы. В соответствии с этим система рефлекса на растяжение включает два типа рецепторов - первичные (динамические) и вторичные (статические) окончания мышечных веретен и два типа мотоневронов - быстрые (фазические) и медленные (тонические), связанные с быстрыми и медленными мышечными волокнами. Уровень активности системы рефлекса на растяжение и его чувствительность к изменениям позы настраивается и регулируется высшими отделами ЦНС в соответствии с информацией, которую эти отделы получают от двигательного, кожного, вестибулярного, зрительного анализаторов.
В системе двигательного анализатора (см. Движения) для сохранения равновесия тела, помимо афферентации от мышечных рецепторов, существенную роль играет также афферентация от рецепторов суставно-связочного аппарата, сигнализирующая о направлении и скорости изменения суставного угла. Особое значение имеет афферентация от рецепторов суставно-связочного аппарата шейного отдела позвоночника, влияющая на перераспределение рефлекторного тонуса мышц конечностей и туловища в соответствии с изменениями положения головы [шейно-тонические рефлексы (см. Магнуса-Клейна рефлексы)]. Аналогичную роль играет афферентация от рецепторов вестибулярного аппарата (см.), обеспечивающая анализ положения и перемещения головы в пространстве и осуществление в ответ на действие адекватных раздражителей (ускорение, изменение силы тяжести) тонических рефлексов, в том числе статических, включающих рефлексы позы с лабиринта на конечности, шею и туловище, и статокинетических, а также вегетативных реакций. Нарушения равновесия тела, которые наблюдаются в клинике при поражениях мозжечка (см.), по-видимому, связаны со значением последнего в координации проприоцептивных и вестибулярных позных рефлексов.
Участие зрительного анализатора в сохранении равновесия тела связано, с одной стороны, с обеспечением зрительной ориентировки положения тела по отношению к окружающим предметам, а с другой,- с общим действием света как одного из важнейших факторов, определяющих уровень активности ЦНС. В связи с этим закрывание глаз приводит к возрастанию амплитуды колебаний тела, увеличивающейся также при надевании светонепроницаемых очков или при исследовании в затемненном помещении (В. С. Гурфинкель). Когда испытуемый находится в позе Ромберга (см. Ромберга симптом) - со сдвинутыми стопами, площадь опоры уменьшается, а вытянутые вперед руки создают большой опрокидывающий момент, что предъявляет повышенные требования к системе регуляции позы. В этих условиях закрывание глаз, вызывая дополнительные колебания тела, может приводить к явному нарушению равновесия тела и даже падению.
В сохранении равновесия тела, а, следовательно, и величины его колебания большое значение имеет, как уже известно, деятельность вестибулярного аппарата, в рецепторах которого возникают нервные импульсы при изменении положения головы.
Следовательно, при изменении наклона головы и туловища возникает ряд рефлексов, направленных на восстановление исходного, нормального положения. Как только человек, даже не меняя положения туловища, наклонит голову, сразу же из вестибулярного аппарата начнут следовать импульсы, которые скажутся на изменении мышечного тонуса, т.е. напряжения определенных групп мышц.
Из этого можно сделать важный вывод о том, что тело стрелка при изготовке к стрельбе будет испытывать значительно меньший размах колебаний тогда, когда постановка головы будет нормальной, без наклона в ту или иную сторону. В этом случае порог различения наклона тела, «чувствительность» вестибулярного аппарата будет наибольшей.
Значение вестибулярного аппарата в обеспечении устойчивости того или иного положения для стрельбы очень велико. Чем больше развит и натренирован орган равновесия, тем лучше его взаимосвязь с работой скелетной мускулатуры, направленной на сохранение позы тела неизменной.
Рефлексы позы осуществляются при раздражении мышц и сухожилий шеи, а также рецепторов кожи в области шеи, получивших название шейно-сухожильных тонических рефлексов позы.
Из сказанного стрелок также должен сделать для себя соответствующий вывод: при изготовке для стрельбы не следует чрезмерно тянуться головой к прицелу, откидывать голову назад, плотно прижиматься щекой к прикладу винтовки, т.е. чрезмерно напрягать мышцы шеи и их сухожилия, чтобы не вызвать сильного раздражения рецепторов, расположенных в них, и в связи с этим возникновения потока импульсов, которые приведут к рефлекторному перераспределению тонуса скелетной мускулатуры и увеличению колебаний, покачивания тела.
Разучивание
В последнем звене - осваивании - процесс разучивания сливается с тренировкой - многократным повторением действия.
Принципиальное отличие разучивания от тренировки и состоит в том, что процесс разучивания требует полной сосредоточенности стрелка на выполняемых действиях, тогда как сформированный в процессе этой работы навык позволяет выполнять действие автоматизированно.
Подготовка спортсмена-стрелка и строится таким образом, чтобы поочередно довести элементы упражнения до степени навыка.
В ряде случаев нельзя выделить отдельные элементы для самостоятельной отработки, тогда приходится осваивать группу элементов, являющуюся узловой частью упражнения.
После того как все элементы упражнения будут разучены и освоены до такой степени, что смогут выполняться автаматизированно, начинается овладение упражнением в целом.
Быстрота и прочность формирования навыков, помимо личных способностей спортсмена, зависит от количества повторений и возбуждения центральной нервной системы при этом.
Навыки одного вида влияют на овладение навыками другого вида. В одних случаях при таком наложении навыков они мешают друг другу, а в других - способствуют.
Положительное влияние навыков происходит, когда новые действия имеют много общего с уже освоенными, отрицательное - тогда, когда требуется заменить ранее усвоенные приемы новыми. Например, стрелок по силуэтам, сформировавший навык сильного сжатия рукоятки оружия, приступив к тренировке в стрельбе из матчевого пистолета, совершит много ошибок из-за того, что сильное сжатие рукоятки будет мешать устойчивости мушки в прорези придела. Средством, предупреждающим такое противодействие навыков, станет четкое различие и противопоставление старого и нового способов, чтобы на каждый вид действия создавался самостоятельный стереотип.
Мы поражаемся исключительной способности гимнастов сохранять равновесие в самых рискованных положениях. Вспомните, например, эквилибристов на качающемся тросе. Многие из них делают акробатические трюки, переворачиваясь в воздухе, а потом снова возвращаются на трос, сохраняя при этом равновесие.
Восхищаясь искусством гимнастов, акробатов, канатоходцев, мастеров фигурного катания, мы не задумываемся о том, что способность сохранять определенную позу при выполнении какого-либо движения свойственна не только спортсменам и артистам цирка. Каждый практически здоровый человек в определенной мере обладает ею. Если же функция органов, обеспечивающих равновесие, резко нарушается, человек не может ходить, он вынужден только лежать.
На наше тело оказывают воздействия различные физические факторы. Важнейший из них – сила притяжения Земли или сила тяжести. Поэтому управление равновесием и выполнение любого движения в основном подчинены преодолению этой силы.
Двигательный аппарат человека насчитывает более 200 костей. С точки зрения механики он представляет собой систему разнообразных рычагов, равновесие которых, а следовательно, и равновесие всего тела возможно тогда, когда сумма моментов сил, действующих на него относительно оси вращения, равна нулю. Если равенство моментов сил нарушается, то система рычагов начинает вращаться в направлении той силы, момент которой больше, и человек теряет равновесие.
Основные регуляторы равновесия – мышечный и вестибулярный аппараты. Однако без участия органов чувств система регуляции равновесия становится неустойчивой. Попробуйте, например, стоя на носках, закрыть глаза, и вы почувствуете, что выключение зрения ведет к неустойчивости равновесия.
Регуляция поз и движений в повседневной жизни осуществляется рефлекторным путём – автоматически. Как известно, все наши органы и ткани имеют чувствительные нервные окончания – рецепторы. Основными регуляторами равновесия являются мышечные и вестибулярные рецепторы.
Растяжение и сокращение мышечных волокон вызывают раздражение рецепторов мышц. А изменение положения головы и всего тела в пространстве чутко улавливается рецепторами вестибулярного аппарата, находящегося в области внутреннего уха. С рецепторов возбуждение передается по нервным волокнам в центральную нервную систему. Сигналы, постоянно поступающие в головной мозг, приносят информацию об изменении положения нашего тела. Кора больших полушарий головного мозга перерабатывает её и немедленно посылает импульсы в обратном направлении – к мышцам, которые и восстанавливают равновесие тела. Без таких возбуждений, утверждает И.П.Павлов, “движение не может быть выполнено, потому что оно в каждый момент не регулируется. Человек в таком случае может сказать про себя, что он не чувствует в каждый момент своих движений и поэтому не может ими управлять”. Подобное явление можно наблюдать, например, в состоянии невесомости, когда информация от рецепторов мышц, вестибулярного аппарата прекращается и человек не ощущает равновесия своего тела. Поэтому ему приходиться зрительно ориентироваться по отношению к окружающим его предметам.
Равновесие – процесс динамический: в любой позе тело человека не остается абсолютно неподвижным. Мы как бы теряем на мгновение равновесие и вновь его восстанавливаем. Бег, ходьба и другие действия, даже стояние не месте требуют постоянных усилий для удержания равновесия тела в нужной позе. Это привычный и незаметный для нас процесс. Но стоит только споткнуться во время ходьбы или бега, как мы совершаем так называемые предохранительные движения: подпрыгиваем, оказывая тем самым сопротивление силе инерции, отклоняем туловище, как бы подводя центр тяжести под точку опоры, падая, подставляем руку и т.д. Приглядитесь в метрополитене к людям, которые входят на эскалатор и сходят с него: для большей устойчивости они движутся, образно выражаясь, “утиной походкой”, широко расставив ноги и частыми движениями перенося тяжесть тела с одной ноги на другую.
Другой пример. Чтобы удержать равновесие на месте при внезапной остановке транспорта, пассажир невольно отклоняется в сторону, противоположную направлению движения.
Кому не приходилось наблюдать, как идущий рядом человек, поскользнувшись, неуклюже падает, не сделав даже попытки устоять. А как поступит спортсмен, обладающий достаточно развитым чувством равновесия? Он моментально определит направление и скорость отклонения своего тела, чтобы тут же восстановить его, совершив несколько ловких движений, и тем самым избежит падения.
Чем выше тренированность, тем легче человек приспосабливает свои движения и положение тела к изменяющимся условиям. Оптимальный уровень развития способности к управлению равновесием тела позволяет нам выполнять различные бытовые и производственные движения наиболее чётко и экономно.
Хороший спортсмен никогда не жалуется на головокружение и неприятные ощущения во время катания на аттракционах, качелях, поездок на транспорте. А для физически “отсталых” людей это порой настоящий бич. Нередко им приходится отказываться от путешествий на воздушном или морском транспорте. Объясняется это тем, что недостаточно тренированный вестибулярный аппарат под действием изменяющейся скорости, рывков, покачивания приходит в состояние раздражения: учащается пульс, появляется тошнота, головокружение – ухудшается самочувствие. Слабая вестибулярная устойчивость может быть и врожденной. Однако – и это доказано практикой – в любом случае вестибулярный аппарат поддается тренировке. Разумеется, прежде чем приступать к тренировке, надо обязательно проконсультироваться с врачом, нет ли противопоказаний к занятиям.
Рекомендуется выполнять различные гимнастические элементы (кувырки, повороты, перевороты) и специальные, так называемые вращательные упражнения: круговые движения головой, повороты на месте кругом (поворачивая весь корпус и переступая с ноги на ногу). Начинать следует с 6-8 вращательных упражнений, а затем, постепенно увеличивать количество повторений на 1-2 движения каждую неделю. Заниматься целесообразно 3-4 месяца. Именно за этот срок при систематических тренировках можно достаточно хорошо развить вестибулярный аппарат.
Неплохо развивает вестибулярный аппарат качание на качелях. Поэтому не упускайте случая покачаться, даже если это вам неприятно. В первое время раскачивайтесь с небольшой амплитудой, затем постепенно раскачивайтесь всё сильнее. Очень хорошо развивается вестибулярный аппарат при прыжках на батуте. Как правило, систематические тренировки заставят “морскую болезнь” отступить.
Высокая устойчивость вестибулярного аппарата присуща гимнастам, акробатам, летчикам и космонавтам. Это в немалой степени следствие регулярных тренировок и систематической подготовки на специальных тренажерах.
Если вас интересует, на сколько хорошо вы можете удерживать равновесие, попробуйте выполнить приведенные ниже упражнения. Это будет своеобразным тестом вашего вестибулярного аппарата.
У того, кто одолеет весь комплекс, функция равновесия заслуживает отличной оценки. Тем, кто сможет проделать первые десять упражнений или того меньше, необходимо развивать вестибулярный аппарат. При желании эти несложные упражнения можно включить в свой тренировочный комплекс. Начинайте с первых двух; освоив их переходите к следующим, более сложным. При выполнении упражнений старайтесь сохранять равновесие как можно дольше.
Пятки и носки вместе, руки на поясе, глаза закрыты. В этом положении стоим 20-30 секунд. | |
Стопы на одной линии (правая перед левой или наоборот), руки на поясе; в этом положении стоим 20-30 секунд.
То же, но с закрытыми глазами; стоять 15-20 секунд. |
|
Ноги вместе, руки на поясе, подняться на носках; стоять 15-20 секунд.
То же, но с закрытыми глазами; стоять 10-15 секунд. |
|
Руки на поясе, левую ногу согнуть оторвав от пола, подняться на носке правой ноги; стоять 15-20 секунд. То же другой ногой.
Затем делаем то же, но с закрытыми глазами. |
|
Стоя на носках (ноги вместе), выполнить 5-8 наклонов туловища вперед до горизонтального положения (маятникообразные движения); один наклон в секунду.
То же, но с закрытыми глазами. |
|
Стопы на одной линии (правая перед левой или наоборот), руки на поясе, выполнить 8-10 наклонов туловища в лево и в право (маятникообразные движения); один наклон в секунду.
То же, но с закрытыми глазами |
|
Стоя на носках (ноги вместе), наклонить голову до предела назад; удерживать это положение 15-20 секунд.
То же, но с закрытыми глазами, стоять 10-15 секунд. |
|
Стоя на носках выполнить 8-10 пружинящих движений головой влево и вправо; одно движение в секунду | |
Стоя на носке правой ноги, руки на поясе; выполнить 8-10 маховых движений прямой левой ногой вперед-назад (с полной амплитудой движений). То же другой ногой. | |
Стоя на носках выполнить 10-12 быстрых наклонов головой вперед-назад. | |
Подняться на носке правой ноги, левую ногу согнуть, оторвав от пола, голову до предела отклонить назад, закрыть глаза; стоять 10-15 секунд. То же другой ногой. |