Physiological and biomechanical mechanisms of shock action coordination in combat sports.pdf Введение. В настоящее время активно изучаются механизмы перестроек физиологических систем человека под воздействием спортивной тренировки. Однако проблема физиологического обеспечения двигательных действий у спортсменов, занимающихся сложно-координационными видами спорта, остается исследованной недостаточно. При этом именно уровень управления двигательными действиями лежит в основе мастерства спортсменов [1]. Основой для достижения высоких результатов в спортивном карате являются точность и быстрота реализации движений в условиях постоянно меняющейся ситуации. Если учесть, что особенностью данного вида спорта также является малая сила ударных действий, то именно эффективность и рациональность управления точностью ударных движений является физиологической основой совершенствования мастерства для этого вида спорта [2]. С исследованием данных механизмов во многом связывают совершенствование спортивной техники и разработку новых подходов к тренировочному процессу. Механика ударных движений в спортивных единоборствах. Сила удара зависит от поступательного и вращательных движений звеньев тела в различных суставах вокруг вертикальной оси тела. При этом вертикальной осью является позвоночник. Это наихудший, с точки зрения биомеханики, способ нанесения удара рукой. Поэтому для дополнительного увеличения силы в карате используют реверс и амплитудный бросок тела в направлении удара [3]. Реверсом является разнонаправленное движение одной части тела по отношению к другой, например, при движении правой руки вперед резко отдергивается левая, или в момент движения вперед правого плеча отдергивается назад правое бедро. Также силу удара можно усилить за счет качания основных осей тела. Но в карате данный прием не используется, так как в результате промаха каратист потеряет равновесие [4]. И одним из элементов тренировки точности и координации у спортсменов, занимающихся карате, как раз является отучение «качанию» во время удара [5]. Потеря равновесия спортсменом происходит из-за того, что удар в спортивном карате является законченным движением, имеющим начало и конец. Удар выполняется из одного определенного положения и приходит в другое, столь же определенное, соответствующее строгим требованиям. Одно из важнейших требований, предъявляемых к этим положениям, это устойчивость. Если каратист, выполнив удар, теряет равновесие, он не переходит в многократно отработанную позицию, его мозг классифицирует его собственное действие как ошибку, он выпадает из заложенной в него системы координат, построенной на определенных стойках, перемещениях, ударах, защитах. Для минимизации потерь координации в карате распространены широкие стойки с низким центром тяжести. Также особенностью каратистов при ударе является передача большой скорости ударяющему сегменту, и в результате в момент удара они взаимодействуют с ударяемым телом с большой ударной массой [6]. В ударах ногой усилия передаются сначала от стопы на голень и бедро опорной ноги, затем на таз, и только потом на бедро, голень и стопу ударной ноги. При нанесении ударов рукой усилия передаются от стопы на голень и бедро, затем на таз, туловище, плечи и, наконец, на ударную поверхность кисти. Передача усилия при выполнении ударов в прыжке происходит с толчком одной или обеих ног и далее по соответствующей кинематической цепи к ударной поверхности [7]. Таким образом, начиная с первого момента ударного действия - толчка стопой - и до заключительного - самого удара, - сила и скорость как бы нарастают в каждом звене цепи. Следующим фактором, влияющим на эффективность удара, является жесткость. Если удар нанесен с небольшой дистанции, то такой удар называется тычком. В него вкладывается малая масса, и для достижения результата тычок должен наноситься в болевые точки тела и быть достаточно резким. Для нанесения сильного жесткого удара надо: увеличить силу удара, для этого необходимо увеличить массу, вложенную в удар; скорость удара и уменьшать время действия удара [8]. Для увеличения массы в карате рекомендуют перенос тяжести тела на переднюю ногу и нанесение удара до постановки ноги на землю. Однако следует учитывать возможность «провала» вперед, поэтому вектор силы тяжести не должен выходить за площадь опоры после постановки ноги. Это достигается за счет удлинения шага и понижения центра тяжести (подседа). Чтобы удар был эффективным, он должен выполняться не по цели, а за цель или внутрь цели. Волнообразный удар (например, прямой удар в боксе) начинается с толчка ноги, далее идет вращение таза, которое переходит во вращение корпуса, и в последнюю очередь выбрасывается рука. К тому моменту, когда кулак подходит к цели, ноги и корпус уже совершили большую часть своего движения, поэтому в конце удара кулак движется по траектории в основном за счет разгиба руки. Жесткость любой конструкции определяется жесткостью ее самого слабого элемента, которым в цепи нога - корпус - рука является рука, она и будет определять жесткость удара. В волнообразном ударе в конце движения рука работает в динамическом режиме, идет ее активное разгибание, это движение полностью зависит от силы мышц руки. В результате жесткость удара будет определяться исключительно силой мышц руки и не будет зависеть от возможностей наиболее мощных частей тела, ног и корпуса [9]. Увеличение скорости достигается за счет расслабления до удара. Это необходимо, чтобы мышцы-антогонисты не препятствовали атакующему действию, так как время расслабления мышцы приблизительно в 1,5-2 раза больше, чем время напряжения. Кроме того, увеличению скорости способствует последовательное включение в работу разных групп мышц, так называемая волна. Для уменьшения времени удара тело должно превратиться в жесткую систему, исключить люфт из суставов, задействованных в ударе. В карате жесткость достигается скручиванием руки в продольном направлении, опусканием локтя, реверсом другой руки, вращением таза в прямом направлении, выпрямлением «задней» ноги и жесткой опорой на пятку [10]. Координация движений при максимально сильных ударах в карате зависит от скорости ударного звена в момент соприкосновения с ударяемым телом и от увеличения ударной массы в момент удара. Это достигается «закреплением» отдельных звеньев ударяющего сегмента путем одновременного включения мышц-антагонистов и увеличения радиуса вращения. Например, в боксе и карате сила удара правой рукой увеличивается примерно вдвое, если ось вращения проходит вблизи левого плечевого сустава, по сравнению с ударами, при которых ось вращения совпадает с центральной продольной осью тела. Время удара настолько кратковременно, что исправить допущенные ошибки уже невозможно. Поэтому точность удара в решающей мере обеспечивается правильными действиями при замахе и ударном движении [11]. Нейрофизиологические механизмы координации ударных движений спортсменов. Возможность выполнять сложно-координационную деятельность спортсмену позволяют физиологические механизмы, ответственные за саморегуляцию двигательной деятельности [12, 13]. Для того чтобы совершилось движение, необходимо поставить цель достичь конечного результата, удовлетворить какую-либо потребность. Движение также должно быть целенаправленным. По теории П. К. Анохина, для достижения цели и получения конечного результата необходимо активировать организм. При этом надо активировать не все структуры организма, а только те, которые необходимы для достижения конечного результата, - так называемую функциональную систему. Такое взаимодействие П. К. Анохин назвал взаимосодействием [14]. По мнению Н.А. Берштейна, для эффективного выполнения двигательного действия необходимо уменьшить количество степеней свободы в мышцах и суставах [15]. Каждый элемент нашего организма, каждая «функциональная система» имеет набор свойств. Для выполнения определенного действия требуется, как правило, только часть свойств системы. И чем более тренирован спортсмен, тем более успешно он справляется с отключением ненужных свойств системы для выполнения определенного двигательного акта - степеней свободы. Такое явление называется освобождением от избыточных степеней свободы [16]. Основываясь на этих выкладках, Н. А. Бернштейн предложил понимать под координационными способностями способность снижать степени свободы в различных суставах. Например, кисть человека может совершать движения в трех плоскостях и шести направлениях, когда же требуется движение кисти только в одном направлении, необходимо убрать все лишние степени свободы (направления движения), что выполняется с помощью соответствующего напряжения и расслабления мышц [17, 18]. Таким образом, когда в выполнение движения включаются те элементы и их свойства, которые необходимы для достижения цели, и выключаются мешающие им элементы и свойства, происходит формирование функциональной системы, направленной на достижение цели. Также функциональной системой можно назвать постепенное сочетание определенных компонентов, взаимодействие и взаимоотношение которых направлено на получение фиксированного полезного результата. Несмотря на разнообразие, организацию и отличия в количестве составляющих элементов, все функциональные системы имеют принципиально одинаковую функциональную архитектуру и принципы функционирования, под которыми понимаются определенные законы последовательной деятельности субсистем с целью получения необходимого результата [19-21]. Афферентный синтез, подчиняясь доминирующей в данный момент мотивации и под коррекцией памяти, ведет такой подбор возможных степеней свободы, при котором возбуждения избирательно направляются к мышцам, совершающим нужное действие [22, 23]. Для выполнения этой задачи в ЦНС формируется группа нервных центров - функциональная система. Вначале формируется замысел движения, который в дальнейшем переходит в программу. В формировании замысла большая роль принадлежит обстановочной афферентации, мотивации, памяти - самым разнообразным отделам ЦНС, таким как ассоциативные, сенсорные, лимбические и др. В реализации программы будущего движения участвуют все «этажи» моторных центров ЦНС, начиная от двигательной области коры больших полушарий и до мотонейронов спинного мозга. Чем сложнее движение, тем большее количество моторных центров его организует [24]. До 60-х гг. ХХ в. единственным центром ЦНС, ответственным за координацию движений, считался мозжечок. В дальнейшем исследования показали, что животные с удаленным мозжечком могут совершать простейшие движения в случае сохранения у них среднего мозга и вестибулярного аппарата. Удаление же этого центра приводило к расстройству двигательных функций: мышцы плохо сокращались, становились вялыми, походка становилась шаткой и неуверенной, наблюдался тремор головы и конечностей. Однако через две недели после удаления мозжечка нарушения почти бесследно исчезали [25]. В настоящее время доказано, что элементарные координации протекают на спинальном уровне и включают в себя довольно обширные функции. Нервные механизмы ствола мозга существенно обогащают двигательные программы, отвечая за наиболее эффективную позу тела в пространстве за счет шейных, спинальных и лабиринтных рефлексов и отвечая за оптимальное распределение мышечного тонуса [26]. За регуляцию и построение движений отвечают высшие двигательные центры. Мозжечок отвечает за такие качества, как точность и плавность движений, произвольное расслабление мышц с помощью регуляции временных, скоростных и пространственных характеристик движения [27]. Ядра таламуса участвуют в передаче информации в ядра коры головного мозга от рецепторов, информирующих человека об окружающем мире и его положении в нем. Регуляция наиболее сложных координационных качеств осуществляется на уровне полушарий мозга (кора и базальные ядра). Полушария обеспечивают реализацию двигательных реакций, приобретенных в течение жизни. Осуществление этих реакций зависит от работы рефлекторного аппарата ствола мозга и спинного мозга, функционирование которых многократно обогащается деятельностью высших отделов центральной нервной системы [28]. В коре головного мозга выделяют первичную (прецентральная извилина) и вторичную (премоторная кора и кора верхней лобной извилины) моторные зоны. Раздражение первичной моторной коры вызывает сокращение мышц противоположной стороны тела (для мышц головы сокращение может быть билатеральное). При поражении данной корковой зоны человек утрачивает способность к тонким координационным движениям конечностями, в первую очередь к движениям пальцами рук. В функциональном плане вторичная моторная зона имеет главенствующее значение по отношению к первичной двигательной коре, осуществляя высшие двигательные функции, связанные с планированием и координацией произвольных движений [29, 30]. Таким образом, система регуляции движений является многоуровневой. Между различными отделами нервной системы существуют циклические взаимодействия, в образовании которых принимают участие не только двусторонние межцентральные связи, но и обратная афферентация от различных рецепторов [31]. Форма участия мышц в осуществлении двигательных актов весьма многообразна. Анатомическая классификация мышц (например, сгибатели и разгибатели, синергисты и антагонисты) не всегда соответствует функциональной роли мышц в движениях. Так, некоторые двухсуставные мышцы в одном суставе участвуют в сгибании, в другом - в разгибании. Для более точного выполнения двигательной задачи антагонист может возбуждаться одновременно с агонистом. В связи с этим, учитывая функциональный аспект мышечной координации, в каждом конкретном двигательном акте целесообразно выделить основную мышцу (основной двигатель), вспомогательные мышцы (синергисты и другие мышцы, помогающие выполнить двигательную задачу) и стабилизаторы (мышцы, фиксирующие суставы, которые не участвуют в движении) [32]. Роль афферентных систем в координации ударных движений спортсменов. Большое значение для воплощения программы в конкретный результат, выполнение конкретного движения, достижение поставленной цели имеет обратная афферентация, идущая по различным каналам. Прежде всего, это происходит через афференты мышц, суставов, т.е. сенсорные механизмы самого двигательного аппарата. Однако немаловажное значение имеет и афферентация от таких, казалось бы, далеких от моторной системы рецепторов, как зрение и слух. Особенно важное значение сиюминутная обратная связь имеет при регуляции медленных движений, когда есть время для исправления самой программы в ходе ее осуществления. Но если при выполнении быстрых движений обратная связь не успевает скорректировать программу в период самого движения, то обратная афферентация, помогая оценить результат, способствует обучению движениям, и при повторных выполнениях (тренировке) движения становятся более точными. Это означает, что сама программа стала более точной [33]. Для достижения поставленной цели вначале происходит «считывание» информации об окружающей среде, о положении самого человека в данный момент. Получение данной информации происходит с помощью сенсорных механизмов [34]. Значение каждого сенсора в управлении движениями менялось на протяжении всего времени их изучения. В начале XX в. основную роль отводили вестибулярному аппарату. В дальнейшем такие ученые, как А.В. Лебединский и Л. А. Орбели, высказывались за ведущую роль зрительного анализатора. В более поздних работах главенствовала идея о значительной роли органов проприоцептивной чувствительности в регуляции вертикальной позы и прямохождения [35]. Благодаря проприоцепторам суставов, сухожилий, связок и мышц происходит изменение мышечного напряжения, растягивание сухожилий и мышц. И в результате этого возможно уточнение и коррекция движений в соответствии с текущими потребностями выполнения произвольного действия [36]. На сегодняшний момент ученные поддерживают теорию взаимодействия всех сенсорных систем организма. В опорном положении ведущую роль играют вестибулярный и зрительный анализаторы. В безопорных положениях (в невесомости, при прыжках) ведущая роль принадлежит проприоцептивной чувствительности [37]. Таким образом, в основе сложно-координационной деятельности лежит сложнейшее взаимодействие вестибулярного анализатора, системы проприоцепторов (динамический анализатор), органов зрения и нервной системы. Взаимодействие механизмов, обеспечивающих координацию, происходит на самых разнообразных уровнях центральной нервной системы: в спинном мозге, стволе мозга, мозжечке, коре больших полушарий, куда поступает информация от проприоцеп-торов, вестибулярного и зрительного анализаторов. Несмотря на многочисленные исследования, посвященные изучению системы поддержания равновесия и координации, до сих пор отсутствует единая точка зрения на механизмы функционирования данной системы и значение отдельных её компонентов в удержании равновесия тела и координации движений [38]. Заключение. Управление координационными способностями человека происходит через нервную систему в результате сложного взаимодействия различных отделов ЦНС на основе как врожденных, так и выработанных связей, с участием многочисленных рецепторных систем. Основой координации движений является временная и пространственная организация процессов возбуждения и торможения в мышечном аппарате, которая обеспечивает выполнение двигательной задачи [39]. Большое количество степеней свободы обеспечивает чрезвычайное многообразие двигательных возможностей, но при этом делает управление движениями весьма сложным. В каждом движении используются лишь некоторые из степеней свободы, но ЦНС должна постоянно контролировать (ограничивать) все остальные [40, 41]. На достижение конечной цели (выполнение определенного движения) влияют не только силы, развиваемые мышцами, но и силы инерции участков тела, вовлекаемых в движение, эластическое сопротивление мышц-антагонистов и связок. При выполнении любого движения происходит смещение различных звеньев двигательного аппарата и изменяется положение тела, а следовательно, по ходу движения изменяются моменты упомянутых сил. Вследствие изменения суставных углов меняются и моменты мышечных сил. На ход движения влияет сила тяжести звеньев тела, моменты которой также меняются в процессе движения. Поэтому для эффективного выполнения движения необходима коррекция, по ходу движения основанная на показаниях рецепторов [42]. Таким образом, управление движениями зависит от двух основных механизмов. Первый механизм заключается в формировании определенной пространственно-временной структуры возбуждения мышц, соответствующей данной двигательной задаче и исходному положению двигательного аппарата, зависящей от врожденных связей и связей, выработанных в процессе предыдущего двигательного опыта. Второй механизм заключается во внесение коррекции в первоначальную структуру мышечного возбуждения. Для характеристики этих двух механизмов используют терминологию кибернетики, называя первый программой, а второй - коррекциями на основе обратных связей.

Скачать электронную версию публикации