Двигательная активность и здоровье. От лечебной гимнастики до паркура

Схема 2. Уровни построения движений (по Н.А. Бернштейну)

Уровень А (руброспинальный) определяет самые простые слагаемые движения: тонус, рецепторную иннервацию, силовые, скоростные и другие характеристики сокращения мышц. Этот уровень определяет ограниченный круг функциональных возможностей мускулатуры, в основном связанных с функционированием сегментарного аппарата спинного мозга и фоновым изменением его возбудимости. Это уровень слепого исполнения движения. Сенсорная организация деятельности этого уровня включает лишь проприоцепцию.

Уровень В (таламопаллидарный), или уровень синергий, определяет всю внутреннюю структуру пластики, сочетания отдельных слагаемых двигательных комплексов в сложное соединение. Уровень В проявляется в обширных мышечных синергиях, обеспечивающих согласованную работу многих десятков мышц. Следующее свойство уровня В – обеспечение мышечных синергий во времени, т. е. правильное чередование отдельных комплексов движений в общем ритме. Последнее свойство уровня В – наклонность к штампам, к чеканной повторяемости движений. В результате реализации всех особенностей уровня В создается динамическая устойчивость движений, отличающая каждого индивидуума от другого. Этот уровень обеспечивает всю внутреннюю координационную основу локомоций, полностью оформляя всю кинетику сложнейших синергий в отвлеченном, автоматизированном виде. Очевидно, что деятельность уровня В реализуется через уровень А, подчиняясь вышележащему уровню С. Основной вклад в сенсорную, информационную организацию этого комплекса исполняет проприоцепция, в меньшей степени экстрацепция. Качества этого уровня выступают как врожденные особенности моторики: ловкость, грациозность, пластика, индивидуальные особенности моторики, пантомимика.

Следующие уровни построения движений – кортикальные. Сюда относятся пирамидально-стриальный уровень пространственного поля (С), теменно-премоторный уровень действий (D), смысловой-мотивационный уровень (Е).

Уровень С, включающий пирамидную систему и полосатое тело, в функциональном отношении слитное образование, обеспечивает движения, имеющие ясно выраженный целевой характер: они откуда-то ведут, куда-то и зачем. Эти движения обращены во внешний мир в не меньшей степени, чем движения уровня синергий В обращены внутрь. По выражению Н.А. Бернштейна, «эти движения несут, давят, тянут, берут, рвут, перебрасывают. Соответственно с этим они имеют начало и конец, приступ и достижение, замах и бросок или удар. Движения в пространственном поле всегда переместительны». Таким образом, внутренняя гармония движений, координационная пластика реализуются в геометрическом масштабе. Если действия уровня В трудно измерить в этом масштабе, то результат действия уровня С всегда пространственно известен точками координат, вектором движения и пр. Здесь происходит многостороннее афферентное взаимодействие для наиболее точной оценки параметров пространства и результатов исполнения движения в этом пространстве.

Высшие кортикальные уровни (теменно-премоторный уровень действий D и смысловой-мотивационный уровень Е) характеризуются условно-рефлекторной деятельностью. Эти движения заучиваются, они не являются врожденными. Деятельность этих уровней, связанных с корой головного мозга, с большим трудом поддается описательному вычленению (Иваничев Г.А., 2005).

Таким образом, в зависимости от структурных единиц уровней регуляции складываются и их ключевые свойства: кондиционные способности (тонус, сила, выносливость, гибкость и др.) для изолированной мышцы и мышечной группы; координационные способности (точность, меткость, ловкость и др.) для мышечной группы и кинематической мышечной цепи и, наконец, конструктивные (бытовые, профессиональные, спортивные) и творческие способности только для динамических мышечных цепей.

Другими словами, элементарное движение реализуется с помощью механизмов обеспечения кондиционных способностей; двигательное умение – координационных; двигательный навык – преимущественно конструктивных, а двигательный стереотип – творческих способностей. Весь комплекс физиологических отправлений при формировании двигательного умения, включающий уровни А, В и отчасти С, – это цепь безусловных рефлексов с различными уровнями замыкания, а двигательного стереотипа как деятельность уровней частично С, D и Е – условных рефлексов.

Н.А. Бернштейн рассматривал выработку навыка как цепь сменяющих друг друга фаз разного значения – от низших к высшим.

Так, деятельность уровня В реализуется через уровень А, подчиняясь вышележащему уровню С; уровень D подчиняет своим задачам уровень С, но формируется под руководством уровня Е и т. п.

Однако в результате сложного взаимодействия граница между уровнями стирается. Тем самым навык переходит на уровень стереотипа. Сознательное действие, автоматизируясь, переходит в уровень бессознательного, рефлекторного, и наоборот, рефлекторное может приобрести самостоятельное значение, войти в сферу сознания.

Таким образом, по представлениям Н.А. Бернштейна, «…двигательный навык не формула движения, и тем более не формула каких-либо постоянных, запечатлевшихся в двигательном центре мышечных напряжений. Двигательный навык – это освоенное умение решать тот или иной вид двигательной задачи».

Если двигательный навык по своей сути – способность к осуществлению того или иного движения без сознательного контроля за ним, сформированная в обучении, то двигательный стереотип – это доведенное до автоматизма выполнение того или иного комплекса двигательных действий (двигательных навыков) в процессе упражнений и тренировок.

Динамические стереотипы облегчают поведение человека в знакомых условиях, снижают энергетические затраты, повышают точность освоенных видов активности человека и их результативность, обеспечивают длительное сохранение опыта жизни. Стереотипами объясняются многие индивидуальные особенности понимания окружающего мира конкретным человеком.

Формирование выгодных для жизнедеятельности организма динамических стереотипов – первейшая задача каждого человека и людей, помогающих ему в жизненном становлении и достижении успехов.

Однако не следует рассматривать процесс построения двигательного стереотипа исключительно в качестве абстрактной скоординированности деятельности неких мозговых центров. Вся совокупность двигательных возможностей (моторика человека) складывается из конкретных структурных и функциональных элементов. Как указывалось ранее, в состав структурных элементов двигательного стереотипа могут входить: изолированная мышца, мышечная группа (агонисты, антагонисты, синергисты и др.), кинематические и динамические (мышечные) цепи двигательного аппарата. Функциональные элементы двигательного стереотипа – это и кондиционные, и координационные, и конструктивные, и творческие двигательные способности в совокупности.

Двигательный аппарат

Движения человека в значительной мере зависят от того, каково строение его тела и каковы его свойства. Чрезвычайная сложность строения и многообразие свойств тела человека, с одной стороны, делают очень сложными сами движения и управление ими, с другой – обусловливают необычайное богатство, разнообразие движений, до сих пор недоступное в целом ни одной самой совершенной машине.

Объектом управления для двигательных структур ЦНС является опорно-двигательный аппарат, который корректнее было бы называть система.

Опорно-двигательная система (ОДС) человека – функциональная совокупность костей скелета, их соединений (суставов и синартрозов) и соматической мускулатуры, по своей сути является самодвижущимся механизмом, состоящим из более 600 мышц, 206 костей, нескольких сотен сухожилий. К функциям ОДС относятся:

• опорная – фиксация мышц и внутренних органов;

• защитная – защита жизненно важных органов;

• двигательная – обеспечение простых движений, двигательных действий и двигательной деятельности;

• рессорная – смягчение толчков и сотрясений;

• формообразующая (в некоторой степени определяет форму тела) и функцию других систем;

• энергетическая (превращение химической энергии в механическую и тепловую);

• участие в обеспечении жизненно важных процессов, таких как минеральный обмен, кровообращение, кроветворение и др.

Ведущей функцией ОДС, безусловно, является двигательная, реализация которой возможна только при условии взаимодействия костей и мышц скелета, потому что мышцы приводят в движение костные рычаги.

В состав ОДС входят исключительно скелетные (поперечнополосатые, или произвольные) мышцы.

Скелетная мышца состоит из пучков исчерченных (поперечнополосатых) мышечных волокон, способных сокращаться под влиянием нервных импульсов. Так как сокращение мышцы вызывается импульсом, идущим от ЦНС, то каждая мышца связана с ней нервами: афферентным, являющимся проводником «мышечного чувства» (двигательный анализатор, по И.П. Павлову), и эфферентным, приводящим к ней нервное возбуждение. Кроме того, к мышце подходят симпатические нервы, благодаря которым мышца в живом организме всегда находится в состоянии некоторого сокращения, называемого тонусом.

Различают два типа мышечных сокращений. Если оба конца мышцы неподвижно закреплены, происходит изометрическое сокращение, и при неизменной длине напряжение увеличивается. Если один конец мышцы свободен, то в процессе сокращения длина мышцы уменьшится, а напряжение не изменяется – такое сокращение называют изотоническим; в организме такие сокращения имеют большее значение для выполнения любых движений.

При изотоническом сокращении мышцы происходит ее укорочение и сближение двух точек, к которым она прикреплена. Из этих двух точек подвижный пункт прикрепления (punctum mobile) притягивается к неподвижному (punctum fixum), и в результате происходит движение данной части тела.

Действуя сказанным образом, мышца производит тягу с известной силой и, передвигая груз (например, тяжесть кости), совершает определенную механическую работу. Сила мышцы зависит от количества входящих в ее состав мышечных волокон и определяется площадью так называемого физиологического поперечника, т. е. площадью разреза в том месте, через которое проходят все волокна мышцы. Величина сокращения зависит от длины мышцы. Кости, движущиеся в суставах под влиянием мышц, образуют в механическом смысле рычаги, т. е. как бы простейшие машины для передвижения тяжестей.

Чем дальше от места опоры будут прикрепляться мышцы, тем выгоднее, ибо благодаря увеличению плеча рычага лучше может быть использована их сила. С этой точки зрения П.Ф. Лесгафт (1888) различал мышцы сильные, прикрепляющиеся вдали от точки опоры, и ловкие, прикрепляющиеся вблизи нее. Каждая мышца имеет начало (origo) и прикрепление (insertio). Поскольку опорой для всего тела служит позвоночный столб, расположенный по средней линии тела, постольку начало мышцы, совпадающее обычно с неподвижной точкой, расположено ближе к средней плоскости, а на конечностях – ближе к туловищу, проксимально; прикрепление мышцы, совпадающее с подвижной точкой, находится дальше от середины, а на конечностях – дальше от туловища, дистально.

Punctum fixum и punctum mobile могут меняться своими местами в случае укрепления подвижной точки и освобождения фиксированной. Например, при стоянии подвижной точкой прямой мышцы живота будет ее верхний конец (сгибание верхней части туловища), а при висе тела с помощью рук на перекладине – нижний конец (сгибание нижней части туловища).

Выделяют следующие закономерности распределения мышц в теле человека:

1. Соответственно строению тела по принципу двусторонней симметрии мышцы являются парными или состоят из двух симметричных половин (например, m. trapezius).

2. В туловище, имеющем сегментарное строение, многие мышцы являются сегментарными (межреберные, короткие мышцы позвонков) или сохраняют следы метамерии (прямая мышца живота). Широкие мышцы живота слились в сплошные пласты из сегментарных межреберных вследствие редукции костных сегментов – ребер.

3. Так как производимое мышцей движение совершается по прямой линии, являющейся кратчайшим расстоянием между двумя точками, то сами мышцы располагаются по кратчайшему расстоянию между этими точками. Поэтому, зная точки прикрепления мышцы, а также то, что подвижный пункт при мышечном сокращении притягивается к неподвижному, всегда можно сказать заранее, в какую сторону будет происходить движение, производимое данной мышцей, и определить ее функцию.

4. Мышцы, перекидываясь через сустав, имеют определенное отношение к осям вращения, чем и обусловливается функция мышц. Обычно мышцы своими волокнами или равнодействующей их силы всегда перекрещивают приблизительно под прямым углом ту ось в суставе, вокруг которой они производят движение.

В функциональном аспекте мышцы делятся на сгибатели (flexores), разгибатели (extensores), приводящие (adductores), отводящие (abductores), вращатели (rotatores) кнутри (pronatores) и кнаружи (supinatores).

Кроме элементарной функции мышц, определяемой анатомическим отношением их к оси вращения данного сустава, необходимо учитывать изменения функционального состояния мышц, наблюдаемые в живом организме и связанные с сохранением положения тела и его отдельных частей и постоянно меняющейся статической и динамической нагрузки на аппарат движения. Поэтому одна и та же мышца в зависимости от положения тела или его части, при котором она действует, и фазы соответствующего двигательного акта часто меняет свою функцию. Например, трапециевидная мышца по-разному участвует своими верхней и нижней частями при подъеме руки выше горизонтального положения. Так, при отведении руки обе названные части трапециевидной мышцы одинаково активно участвуют в этом движении, затем (после подъема выше 120°) активность нижней части названного мускула прекращается, а верхней – продолжается до вертикального положения руки. При сгибании руки, т. е. при поднятии ее вперед, нижняя часть трапециевидной мышцы малоактивна, а после подъема выше 120°, наоборот, обнаруживает значительную активность.

Любое взаимодействие мышц при выполнении физических движений возникает вследствие группового действия мышц. Ни одно движение не выполняется посредством изолированной работы одиночных мышц.

Различают группы мышц: агонисты (каждая мышца имеет ту же функцию, что и вся группа в целом), антагонисты (группы мышц взаимно противоположного действия), синергисты (вспомогательные мышцы, изолированное действие каждой из них отлично от совместного действия всех мышц группы) и стабилизаторы (группа фиксирующих мышц). Если разложить силы тяги синергистов на их составляющие, то одни из них действуют как агонисты (тянут в сторону движения), а другие – как антагонисты (взаимно уравновешивают тягу противоположного направления). Антагонизм тяги мышц как между группами мышц-антагонистов, так и внутри группы мышц-синергистов обеспечивает регулирование величины и направления скорости движений.

Статическое напряжение антагонистических групп мышц обеспечивает неподвижное положение соответствующих частей тела (фиксирование суставов). Эти напряжения называются опорными, так как благодаря им неподвижные части тела служат опорой для движущихся частей тела и соответствующих мышц. Мышцы, изменяющие свою длину при движениях частей тела, имеют рабочие напряжения, совершая преодолевающую работу (укорачиваясь) и уступающую (растягиваясь).

Двусуставные и многосуставные мышцы при движениях частей тела в соответствующих суставах в естественных движениях ходьбы и бега осуществляют так называемую мышечную координацию, т. е. обусловливают сложносогласованные движения в суставах, почти не изменяя своей длины. Взаимодействие мышц в физических упражнениях обусловливает: создание опоры за счет неподвижности одних частей тела, регулирование величины скорости движения за счет антагонистического действия движущих и тормозящих мышц (их преодолевающей и уступающей работы) и определение единственного из всех возможных путей движения за счет взаимодействия антагонистической тяги внутри групп мышц-синергистов, как движущих, так и тормозящих. Таким образом, силы мышечных напряжений в соответствии со всеми остальными силами обусловливают координацию движений как согласование элементов движений с задачей движения и складывающимися условиями (Кукушкин Г.И., 1961).

Само понятие «координация» можно определить как способность реализовать движение в соответствии с его замыслом или как согласование во времени и пространстве работы отдельных мышечных групп, направленное на достижение определенного двигательного эффекта через преодоление, согласно представлениям Н.А. Бернштейна, избыточных степеней свободы ОДС.

Для удобства описания координации мышечной деятельности используют такие понятия, как биокинематическая пара, биокинематическая цепь и степени свободы.

Биокинематическая пара – это два звена (кости), соединенные между собой подвижно (суставом). Примером биокинематической пары является плечо и предплечье, соединенные локтевым суставом.

Биокинематическая цепь – это последовательное или разветвленное соединение кинематических пар. Различают замкнутые и незамкнутые кинематические цепи. Примером замкнутой цепи является последовательное соединение двух ребер, грудины и позвонка в грудной клетке. К незамкнутой кинематической цепи можно отнести безопорную ногу в фазе переноса при ходьбе. Условно в теле вертикально стоящего человека можно выделить две глобальные кинематические цепи: нижнюю замкнутую, включающую нижние конечности, и верхнюю незамкнутую, в состав которой входят звенья верхних конечностей (рис. 1).