Биомеханический способ сочетания фаз дыхания с движением предполагает что
Биомеханический способ сочетания фаз дыхания с движением предполагает что
Газообмен между атмосферным воздухом и альвеолярным пространством легких происходит в результате циклических изменений объема легких в течение фаз дыхательного цикла. В фазу вдоха объем легких увеличивается, воздух из внешней среды поступает в дыхательные пути и затем достигает альвеол. Напротив, в фазу выдоха происходит уменьшение объема легких и воздух из альвеол через дыхательные пути выходит во внешнюю среду. Увеличение и уменьшение объема легких обусловлены биомеханическими процессами изменения объема грудной полости при вдохе и выдохе.
Биомеханика дыхания. Биомеханика вдоха.
Увеличение объема грудной полости при вдохе происходит в результате сокращения инспираторных мышц: диафрагмы и наружных межреберных. Основной дыхательной мышцей является диафрагма, которая находится в нижней трети грудной полости и разделяет грудную и брюшную полости. При сокращении диафрагмальной мышцы диафрагма движется вниз и смещает органы брюшной полости вниз и кпереди, увеличивая объем грудной полости преимущественно по вертикали (рис. 10.1).
Увеличению объема грудной полости при вдохе способствует сокращение наружных межреберных мышц, которые поднимают грудную клетку вверх, увеличивая объем грудной полости. Этот эффект сокращения наружных межреберных мышц обусловлен особенностями прикрепления мышечных волокон к ребрам — волокна идут сверху вниз и сзади кпереди (рис. 10.2). При подобном направлении мышечных волокон наружных межреберных мышц их сокращение поворачивает каждое ребро вокруг оси, проходящей через точки сочленения головки ребра с телом и поперечным отростком позвонка. В результате этого движения каждая нижележащая реберная дуга поднимается вверх больше, чем опускается вышерасположенная. Одновременное движение вверх всех реберных дуг приводит к тому, что грудина поднимается вверх и кпереди, а объем грудной клетки увеличивается в сагиттальной и фронтальной плоскостях. Сокращение наружных межреберных мышц не только увеличивает объем грудной полости, но и препятствует опусканию грудной клетки вниз. Например, у детей, имеющих неразвитые межреберные мышцы, грудная клетка уменьшается в размере во время сокращения диафрагмы (парадоксальное движение).
Рис. 10.2. Направление волокон наружных межреберных мышц и увеличение объема грудной полости при вдохе. а — сокращение наружных межреберных мышц при вдохе поднимает нижнее ребро больше, чем опускает вниз верхнее. В результате реберные дуги поднимаются вверх и увеличивают (б) объем грудной полости в сагиттальной и фронтальной плоскости.
При глубоком дыхании в биомеханизме вдоха, как правило, участвует вспомогательная дыхательная мускулатура — грудино-ключично-сосцевидные и передние лестничные мышцы, и их сокращение дополнительно увеличивает объем грудной клетки. В частности, лестничные мышцы поднимают верхние два ребра, а грудино-ключично-сосцевидные — поднимают грудину. Вдох является активным процессом и требует расхода энергии при сокращении инспираторных мышц, которая затрачивается на преодоление эластического сопротивления относительно ригидных тканей грудной клетки, эластического сопротивления легко растяжимой легочной ткани, аэродинамического сопротивления дыхательных путей потоку воздуха, а также на повышение внутриабдоминального давления и возникающего при этом смещения органов брюшной полости книзу.
Научная электронная библиотека
3.2.2. Дыхательная гимнастика
В широком смысле слова все физические упражнения прямо связаны с функцией дыхания, поэтому любые виды физической культуры можно считать дыхательной гимнастикой, в том числе бег, лыжи, плавание и т.д. В связи с этим под дыхательной гимнастикой в узком смысле слова следует понимать специальные упражнения для развития дыхательной мускулатуры. Эти упражнения в разной степени связаны с общеразвивающими упражнениями.
Чтобы научиться правильно дышать, необходимо знать типы и правила дыхания. Существуют три типа дыхания: верхне-грудное (ключичное), грудное (рёберное), брюшное (диафрагмальное). Выделяют также смешанный тип дыхания, и его называют полным.
При ключичном (верхне-грудном) дыхании расширяется, главным образом, верхняя часть грудной клетки. Связано это с преимущественной работой мышц, поднимающих плечи, ключицы, лопатки и рёбра. Грудная клетка при этом вытягивается вверх, а расширяется она, в основном, только в верхней части. Для подъёма кверху плеч, ключиц и лопаток требуются большие затраты сил. Мышцы, участвующие в дыхании, слишком напрягаются и поэтому быстро утомляются. В результате при верхне-грудном дыхании количество воздуха, поступающее в лёгкие при вдохе, минимально, а напряжение дыхательного акта максимально, что приводит к относительному учащению дыхания. При этом вентилируются лишь верхние отделы лёгких, что малорезультативно и требует больших энергозатрат.
При грудном (рёберном) дыхании вдох происходит за счёт увеличения грудной клетки (в основном, в стороны), и выдох выполняется за счёт опускания рёбер и уменьшения объёма грудной клетки. При таком дыхании наполняются воздухом преимущественно срединно расположенные сегменты лёгких, а нижние доли, наиболее богатые альвеолами, вентилируются недостаточно. Кроме того, при грудном дыхании втягивается низ живота, а это вредит работе органов пищеварения (И.В. Милюкова, Т.А. Евдокимова, 2003). При этом грудное дыхание более эффективно и менее утомительно, чем ключичное.
При брюшном (диафрагмальном) дыхании вдох осуществляется за счёт сокращения и опускания диафрагмы, а следовательно, увеличения объёма грудной клетки сверху вниз. Выдох осуществляется за счёт уменьшения грудной клетки и поднимания диафрагмы.
В норме дыхание на 80 % должно осуществляться за счёт движения диафрагмы. Её центр поднимается на 2 см и на 2 см опускается, т.е. амплитуда движений диафрагмы составляет 4 см. Если диафрагма участвует в дыхании, то в одну минуту происходит до 18 её колебаний (И.В. Милюкова, Т.А. Евдокимова, 2003). Причём при её движении осуществляется своеобразный массаж внутренних органов: печени, селезёнки, кишечника. Тем не менее, при брюшном дыхании грудная клетка расширяется, в основном, за счёт нижней части, и в акте дыхания практически не участвуют верхние и средние отделы лёгких.
Смешанным типом дыхания, то есть полным и наиболее правильным, естественным дыханием необходимо овладевать сознательно большинству людей. Если преобладает один тип дыхания, нужно учиться двум другим.
Освоение типов дыхания. Ключичное дыхание можно осваивать в положении сидя, откинувшись на спинку стула, вытянув ноги и положив одну руку на грудь, другую на живот. Руки контролируют подъём грудной клетки на вдохе и опускание её на выдохе. И вдох, и выдох лучше делать через нос. Тренировку грудного дыхания рекомендуется проводить, сидя на краешке стула либо стоя, при этом кисти плотно охватывают нижнебоковые отделы грудной клетки. Руки контролируют расширение нижнебоковых отделов грудной клетки на вдохе, а на выдохе сдавливают её. Вдох происходит через нос, а выдох через рот. Диафрагмальному дыханию лучше всего обучаться в положении лёжа на спине, слегка согнув ноги. Одну руку положить на грудь, другую на живот. Во время вдоха рука, лежащая на животе, поднимается вместе с брюшной стенкой, другая остаётся неподвижной. На выдохе живот втягивается, рука соответственно надавливает на живот. Нужно выполнить вдох через нос, выдох через рот (губы сложить трубочкой). Поскольку это самый неэкономичный тип дыхания, то людям, у которых он преобладает, полезно научиться расслаблять мышцы шеи и плечевого пояса, прежде чем осваивать полное дыхание.
Следует знать, что вдох, в основном, на 80 % осуществляется за счёт диафрагмы. При этом мышцы плечевого пояса должны быть расслаблены. выдох по продолжительности в 2 раза дольше, чем вдох (на 1–2 счёта – вдох, на 3–5 счётов – выдох; вариант: на 4 счёта вдох, на 6 счётов выдох). Вдох делается, когда грудная клетка расправлена, а выдох – когда она сдавлена, например, при наклоне.
При смешанном (полном) дыхании вдох и выдох происходят при увеличении и уменьшении объёма грудной клетки вперёд-назад, в стороны и сверху вниз. Это наиболее целесообразный тип дыхания. Позволяющий более глубоко и полноценно дышать.
Для освоения полного дыхания сначала надо сделать выдох и выдержать паузу до того момента, когда захочется вдохнуть. И тогда следует медленно вдыхать через нос. В начале вдоха живот начинает выпячиваться («впустить воздух в живот»), далее начинает расширяться грудная клетка («впустить воздух в грудь») и наконец, в конце вдоха должны приподняться плечи, а живот уже слегка втягивается. Во время выдоха всё происходит в той же последовательности. Живот несколько втягивается, затем расслабляются межрёберные мышцы, грудная клетка опадает, плечи опускаются. Перед вдохом делают паузу, т.к. непривычное полное дыхание может привести к головокружению, в глазах темнеет, и в некоторых случаях происходит потеря сознания.
По вышеуказанной причине увеличивать продолжительность и интенсивность дыхательных занятий следует постепенно: начинать с 2–3 полных вдохов и выдохов и только через 3–4 недели доводить это количество до 10–15. Тренировать полное дыхание надо натощак либо через 2–3 часа после еды.
Примерные упражнения для освоения разных типов дыхания
И.П. – сидя на стуле. Поднять плечи вверх и максимально напрячь мышцы. Затем расслабиться и отдохнуть 2–3 с. Повторить 8–10 раз.
И.П. – сидя на стуле. Наклонить голову вперёд и медленно перекатывать её от плеча к плечу.
Можно выполнить самомассаж мышц шеи и плеч.
Все виды дыхательных упражнений можно разделить по принципу выполнения на четыре группы (Е.Г. Попова, 2000).
Первая группа упражнений характеризуется углублённым вдохом и выдохом. Достигается это путём рационального сочетания грудного и брюшного дыхания. Например, выполнение общеразвивающих упражнений в среднем темпе. Вторая группа упражнений характеризуется определённым ритмом – стабильным (например, «ритмичное дыхание»), замедленным («дыхание с паузами») или ускоренным (например, в беге). Третья группа упражнений отличается повышенной интенсивностью вдоха, а выдох совершается толчком. Это достигается за счёт вовлечения в дыхательный акт некоторых дополнительных групп мышц, например, при проговаривании слов «Ух!», «Ах!», «Ох!» и т.п. Четвёртая группа упражнений основана на изменении просвета воздухоносных путей – например, дыхание через одну ноздрю.
При выполнении общеразвивающих упражнений нужно научить пациента следить за ритмом дыхания (вдох-выдох) и определять, в каких случаях пользоваться тем или иным типом дыхания:
Ø При умеренной работе, в которой участвуют мышцы всего тела, рекомендуется пользоваться смешанным типом дыхания.
Ø При больших напряжениях брюшного пресса целесообразно грудное дыхание, а при напряжении мышц плечевого пояса – брюшное дыхание.
Грудной и брюшной типы дыхания существуют специально для тренировки дыхательных мышц, для развития подвижности грудной клетки.
Упражнения для формирования различных типов дыхания
Упражнения с постепенным увеличением продолжительности выдоха и вдоха. Выполняется в различных И.П. – стоя, сидя, лёжа.
вдох – 2 счёта, выдох – 2 счёта
вдох – 2 счёта, выдох – 3 счёта
вдох – 3 счёта, выдох – 4 счёта и т.д.
Упражнения на обучение диафрагмальному дыханию.
И.П. – лёжа на спине, ладони на животе (пальцами контролировать напряжение живота)
1–3 – вдох, выпячивая живот (брюшное дыхание)
4–8 – выдох, напрягая мышцы живота и втягивая живот.
И.П. – стоя ноги врозь с полунаклоном, руки за голову
1 – продолжать вдох, выпрямляясь
2–3 – заканчивать вдох, выпячивая живот
4 – начать выдох, полунаклоняясь
5–7 – продолжать выдох, втягивая живот
8 – закончить выдох и начать вдох, полувыпрямляясь в И.П.
Упражнения на обучение смешанному дыханию.
И.П. – сидя, подложив подушку сзади
1 – продолжать вдох, ложась на спину (на подушку)
2–3 – заканчивать вдох, выпячивая живот и расширяя грудную клетку
4 – начать выдох, садясь
5–7 – продолжить выдох, наклоняясь вперёд
8 – закончить выдох и начать вдох, выпрямляясь
Динамические дыхательные упражнения. Ходьба в медленном темпе 2–3 минуты, сочетая смешанное дыхание с шагами: 3 шага – вдох, 5 шагов – выдох.
Упражнения с пружинящими движениями на выдохе.
И.П. – стоя ноги врозь с полунаклоном, руки к плечам
1 – продолжать вдох, выпрямляясь
2–3 – заканчивать вдох, выпячивая живот
4–7 – пружинящие наклоны с выдохом толчком на каждый счёт
8 – начиная вдох, полувыпрямиться в И.П.
Дыхание через одну ноздрю.
И.П. – сед по-турецки. Правым большим пальцем закрыть правую ноздрю и медленно вдыхать и выдыхать через левую ноздрю (10–15 раз). Повторить то же с другой руки в обратную сторону.
Кузнечный мех (позволяет быстро насытить организм кислородом).
И.П. – сед по-турецки. Спокойно сделать выдох, втягивая живот. После этого сделать 7 циклов вдох-выдох через нос с активной работой живота (на вдохе – вперёд, на выдохе – втянуть). После 7 циклов сделать полный вдох на 5–7 с и вернуться к обычному дыханию.
И.П. – стоя, сидя или лёжа. Вдох через нос, делая глотательное движение и сокращая мышцы гортани, выдох – свободно через рот. Повторить 4–5 раз. Дыхание полное (объединённое) или брюшное (нижнее).
И.П. – стоя, сидя или лёжа. Вдох носом, выдох – через рот, проговаривая: «ха-ха-ха», «хо-хо-хо» или «хи-хи-хи». Повторить 5 раз. Тренируется полный выдох. Дыхание полное или нижнее.
Дыхание с задержкой.
И.П. – стоя, сидя или лёжа. Выполнить вдох животом, мысленно произнося фразы, постепенно увеличивая количество слов в фразе (от 3 примерно до 9), например:
ü Я ровно дышу (3 слова)
ü Мне надо дышать спокойно, ровно (5 слов)
ü Спокойное, ровное, ритмичное дыхание помогает мне успокоиться (7 слов)
Упражнение активизирует выдох, очищает организм.
Все упражнения дыхательной гимнастики можно условно разделить на статические, динамические и специальные.
Статическими дыхательными упражнениями считаются такие, при выполнении которых дыхание осуществляется без сопутствующих движений руками, ногами, головой и туловищем. Они применяются для обучения правильному дыханию, а также для урегулирования сердечно-сосудистой системы на занятиях повышенной двигательной деятельности.
Динамические дыхательные упражнения характеризуются тем, что дыхание при их выполнении осуществляется одновременно с движениями конечностями, головой, туловищем. Они могут выполняться в положении стоя, сидя, лёжа, на месте и в движении. При их проведении необходима полная согласованность амплитуды и темпа выполняемых движений с ритмом и глубиной дыхания. В противном случае дыхание или движения будут затруднёнными. При динамических дыхательных упражнениях вдох производится одновременно с движениями, связанными с подниманием и расширением грудной клетки, выпрямлением туловища. Выдох делается при движениях, связанных с опаданием грудной клетки в момент её опускания, при сгибании тела, при подтягивании ног к животу.
Нельзя допускать задержки дыхания при выполнении физических упражнений. Дыхание должно быть свободным и спокойным. Динамические дыхательные упражнения способствуют наилучшему расширению грудной клетки и более полному вдоху. Ряд таких упражнений помогает осуществлению более полного выдоха.
Специальные дыхательные упражнения имеют особую направленность на получение нужного терапевтического эффекта при том или ином нарушении дыхательного аппарата (плеврит, затруднённое носовое дыхание и т.п.). Подбираются специальные упражнения, например, с нажимом на грудную клетку при выдохе, наклоны в стороны.
Правильное дыхание во время тренировки: как и зачем?
Опытные спортсмены знают, что правильное дыхание во время тренировки играет большую роль: эффективность упражнений повышается, а усталость в конце только приятная.
Поэтому технике дыхания непременно уделяется время – эти правила нужно освоить в самом начале тренировочного процесса.
Как правильно дышать?
При выполнении упражнений важно помнить, что вдох делается в момент расслабления мышц, а выдох – в момент их напряжения, когда прилагается максимальное усилие. Например, при поднятии штанги, выдох совершается в момент ее подъема, а вдох – когда штанга возвращается на землю. При выполнении упражнений на пресс выдох делается при поднятии ног или корпуса, а вдох – при опускании.
Дыхание должно быть глубоким (диафрагмальным), но комфортным. При вдохе живот должен надуваться. Это может показаться неудобным, но именно при таком дыхании организм получает максимум кислорода и не расходует энергию, как при поверхностном частом дыхании.
Имеет значение и то, как дышит спортсмен – через рот или нос. Вдох рекомендуется совершать через нос, потому что воздух, проходя через носовые ходы, согревается, увлажняется и очищается от пыли и микроорганизмов. Выдыхать лучше через рот, потому что так воздух выйдет быстрее.
Почему важно следить за дыханием?
На выдохе появляется максимальное количество энергии, которое необходимо для эффективного выполнения упражнений. Кроме того, при выдыхании воздуха напрягаются пресс и диафрагма, что придает дополнительную устойчивость и помогает перенести нагрузку, не навредив организму. В момент вдоха мышцы тела напрягаются неравномерно, поэтому человек не может вложить все силы в упражнение и физическая нагрузка дается тяжелее.
Последствия неправильной техники дыхания
Как мы уже сказали, во время тренировок важна техника дыхания: глубина вдоха и выдоха, частота, правильность чередования фаз. Если на эти правила не обращать внимания, то могут быть следующие последствия:
Моторные и сенсорные компоненты биомеханической структуры упражнений
Автореферат диссертации А.В.Самсоновой «Моторные и сенсорные компоненты биомеханической структуры физических упражнений» посвящен описанию результатов исследования по разработке методики оценки моторной и сенсорной организации мышечной активности, механизмов регуляции темпа движений, критериям оценки эффективности и адекватности специально-подготовительных упражнений.
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ им. П.Ф.ЛЕСГАФТА
На правах рукописи
САМСОНОВА
Алла Владимировна
МОТОРНЫЕ И СЕНСОРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
БИОМЕХАНИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ
ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ
13.00.04 — Теория и методика физического воспитания,
спортивной тренировки и оздоровительной
03.00.13 — Физиология человека и животных
АВТОРЕФЕРАТ
Диссертации на соискание ученой степени
доктора педагогических наук
Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной академии физической культуры им. П.Ф. Лесгафта
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор И.М.Козлов
Официальные оппоненты:
доктор педагогических наук, профессор А.А.Горелов;
доктор биологических наук, профессор В.К.Бальсевич;
доктор биологических наук, профессор А.В.Зинковский.
Ведущая организация: Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт физической культуры
Защита диссертации состоится «11» июня 1998 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 046.03.01 Санкт-Петербургской государственной академии физической культуры им. П.Ф. Лесгафта (190121, Санкт-Петербург, ул. Декабристов, 35)
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургской государственной академии физической культуры им. П.Ф. Лесгафта (190121, Санкт-Петербург, ул. Декабристов, 35)
Автореферат разослан «11» мая 1998 г.
Ученый секретарь диссертационного совета канд. пед. наук, доцент Ю.М.Николаев
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. Физические упражнения являются основным средством физического воспитания человека, а как предмет исследования — актуальной проблемой спортивной науки. В настоящее время накоплен большой фактический материал, характеризующий моторную организацию двигательных действий: разработаны биомеханические методы, позволяющие получить огромное количество информации о кинематике и динамике практически любого, в том числе и сложнокоординированного двигательного действия. Технический уровень современных экспериментальных методик позволяет регистрировать моторные параметры движений не только в лабораторных, но и соревновательных условиях. В то же время изучение сенсорного обеспечения управления двигательными действиями человека ограничивается их суррогатами, осуществляемыми в лабораторных условиях. Однако как отмечал И.М. Сеченов, именно сенсорной организации двигательных действий принадлежит решающая роль в формировании программ движений, двигательных навыков, двигательной памяти, то есть основного механизма управления движениями.
Как правило, моторная и сенсорная организация движений на уровне опорно-двигательного аппарата изучаются отдельно друг от друга, что не позволяет рассматривать проблему управления двигательной активностью в единстве, системно. Очевидно, причина в недостаточно разработанной методологии подобных исследований. Современные концепции и подходы к решению этой проблемы – эволюционный подход (В.К. Бальсевич, 1971, 1996), концепция искусственной управляющей среды (И.П. Ратов, 1972, 1990; Г.И. Попов, 1992; С.С. Добровольский, 1995; С.П. Евсеев, 1995), антропоцентрическая биомеханика (С.В. Дмитриев, 1995; Ю.А. Гагин, 1996), моделирование двигательных действий (С.Ю. Алешинский, В.М. Зациорский, 1974; А.В. Зинковский, 1973; В.Т. Назаров, 1974; Н.Г. Сучилин,1989) – полностью не решают эту проблему.
Гипотеза исследования. Спортивная двигательная деятельность человека характеризуется значительными противоречиями. Движения, требующие приложения больших усилий, необходимо выполнять быстро и точно. При этом двигательные действия различаются весьма сложной специализацией – сочетанием активности мышц в качестве двигателя, движителя и рецептора, поэтому формирование технического мастерства обусловлено не только и не столько отдельными свойствами элементов двигательного аппарата (мышц), сколько механизмами интегрирования их активности.
Однако большинство способов регистрации характеристик спортивных движений приспособлены для оценки какой-либо одной из сторон (биомеханической, функциональной) активности двигательного аппарата. Преодоление противоречий между требованиями современной организации научных исследований (системно-структурного подхода) и существующими методическими возможностями позволит в определенной степени решить эту проблему.
Предполагается, что разрабатываемый методический подход позволит по-новому подойти к решению ряда актуальных проблем спортивной тренировки. Во-первых, на основе анализа морфометрических характеристик мышц и построения их фазовых траекторий можно получить новые знания о механизмах регуляции движений; во-вторых, разработать критерии оценки афферентного притока, поступающего от рецепторов мышц; в-третьих, оценить соответствие специальных упражнений основному; в-четвертых, разработать критерии оценки технической и функциональной подготовленности спортсменов. Интегральные критерии обладают тем преимуществом, что их можно использовать как для решения частных задач спортивной тренировки – оценить организацию суставных движений, так и обеспечить сравнение различных, отличающихся друг от друга кинематикой двигательных действий по степени реализации технического или функционального потенциала.
Объект исследования – двигательная активность человека при занятиях физическими упражнениями.
Предмет исследования – закономерности и способы изучения моторной и сенсорной организации мышечной активности при выполнении спортивных движений.
Цель исследования: теоретически обосновать методику оценки моторной и сенсорной организации активности мышц и возможности ее использования для решения задач спортивной тренировки.
Задачи исследования:
1. Разработать методику оценки моторной и сенсорной организации мышечной активности при выполнении физических упражнений;
2. Выявить механизмы регуляции темпа двигательных действий (моторная организация мышечной активности);
3. Получить новые сведения о функционировании рецепторного аппарата мышц при выполнении спортивных движений (сенсорная организация мышечной активности);
4. Разработать и обосновать критерии оценки эффективности и адекватности специально-подготовительных упражнений в скоростно-силовых видах спорта;
5. Обосновать возможные направления использования методики оценки моторной и сенсорной организации мышечной активности для решения проблем спортивной тренировки.
Методы исследования: анализ научно-методической литературы, педагогические наблюдения, математическое моделирование, антропометрия, оптические методы регистрации движений (фото- и киносъемка), методы определения кинематических характеристик движения, электромиография. Для обработки экспериментальных данных использовались численные и статистические методы (программа STATGRAPHICS). Обработка результатов исследования проводилась на персональном компьютере IBM PC.
Организация исследования. Эксперименты по изучению моторной и сенсорной организации мышечной активности при выполнении физических упражнений проводились с 1977 по 1996 год на базе Санкт-Петербургской государственной академии физической культуры им. П.Ф. Лесгафта, а также школы высшего спортивного мастерства им. В.И. Алексеева. Всего обследовано 17 велосипедистов высшей квалификации (в их числе два Олимпийских чемпиона и чемпион мира) в возрасте от 18 до 24 лет, 6 легкоатлетов- спринтеров высшей квалификации (в их числе два Олимпийских чемпиона) в возрасте от 18 до 26 лет, 44 барьеристки различной квалификации (13 — 25 лет). Сбор экспериментальных данных, необходимых для расчета морфометрических характеристик мышц осуществлялся на кафедрах анатомии Санкт-Петербургской академии физической культуры им. П.Ф. Лесгафта, Санкт-Петербургской государственной педиатрической медицинской академии, Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. И.П. Павлова, Санкт-Петербургской военно-медицинской академии. Всего обследовано 43 трупа: мужчин (n = 23) и женщин (n = 20).
Научная новизна. Разработан оригинальный подход к изучению моторной и сенсорной организации мышечной активности как системы, обусловливающей выполнение физических упражнений. Полученные в ходе экспериментов данные и результаты моделирования позволили предложить новые количественные критерии технической и функциональной подготовленности спортсменов, а также отбора специальных упражнений сопряженного воздействия. Получены новые факты о механизмах регуляции активности мышц при выполнении движений в различном темпе. Разработана методика оценки моторной и сенсорной организации мышечной активности, включающая расчет морфометрических (длина мышцы и плечо силы) характеристик, скорости сокращения мышц, построение фазовых траекторий их активности, а также расчет величины афферентного притока, поступающего от рецепторов опорно-двигательного аппарата. Получены сведения, характеризующие места прикрепления мышц к звеньям опорно-двигательного аппарата человека.
Теоретическое значение результатов диссертационного исследования для теории и методики физической культуры состоит в том, что, во-первых, расширены представления, касающиеся научно-методического обоснования средств технической и функциональной подготовки спортсменов; во-вторых, дополнены знания о функциональных механизмах, лежащих в основе формирования скоростно-силовых качеств спортсмена; в-третьих, предложены новые критерии для классификации физических упражнений на основе оценки универсального механизма обеспечения движения – сокращения мышц;
для физиологии и биомеханики физических упражнений состоит в том, что, во-первых, разработана методика системной оценки моторной и сенсорной организации мышечной активности при выполнении физических упражнений; во-вторых, расширены представления о механизмах управления мышечной активностью при выполнении движений в различном темпе; в-третьих, определены количественные параметры, характеризующие расстояния от центров вращения в суставах до мест прикрепления мышц к звеньям опорно-двигательного аппарата; в-четвертых, получены знания об изменении значений морфометрических (длины, плеча силы) и скоростно-силовых (скорость сокращения) характеристик мышечной активности в ходе выполнения человеком двигательных действий.
Практическая значимость исследования заключается в способах оценки технической и физической подготовленности спортсменов на основе показателей моторной и сенсорной организации мышечной активности, что позволяет оценить эффективность и адекватность специальных упражнений, используемых в скоростно-силовых видах легкой атлетики. Результаты этих исследований составили содержание рекомендаций об использовании специальных упражнений в учебно-тренировочном процессе, о чем имеются соответствующие акты внедрения. Предложенная методика анализа двигательных действий используется для решения практических задач биомеханики физических упражнений, физиологии, теории и методики физического воспитания, а также ортопедии. Разработана компьютерная программа MORFOMETR, которая позволяет рассчитать параметры, характеризующие моторную и сенсорную активность мышц при выполнении двигательных действий. Программа MORFOMETR используется при проведении учебных занятий по курсу “Современные компьютерные технологии в науке и образовании по физической культуре и спорту”. Программа расчета морфометрических характеристик мышц и построения фазовых траекторий их активности удостоена звания лауреата в конкурсе компьютерных программ, проводимого в рамках I Всесоюзного фестиваля студентов вузов физической культуры (Малаховка, 1996).
Апробация работы. Результаты исследования доложены и обсуждены на Российских и международных научных конференциях и конгрессах (Москва, 1980, 1982, 1987, 1991; Рига 1983, 1987; Ленинград, 1987, 1989; Волгоград, 1988, Смоленск, 1988; Чернигов, 1989; Санкт-Петербург, 1994, 1996), а также ряде других конференций и семинаров.
Положения, выносимые на защиту
Первое. Проблема моторного и сенсорного обеспечения двигательных действий как фактора становления целенаправленной биомеханической структуры составляет ядро теоретических представлений об управлении двигательной активностью человека. Основные механизмы функциональной двигательной системы, обеспечивающие целесообразную координацию движений – программы и команды (прямая связь), сенсорные коррекции (обратная связь), центральный и периферический циклы взаимодействия мышц с внешними силами – формируются в результате интеграции активности моторных и сенсорных компонентов двигательного аппарата. В этой связи изучение моторного и сенсорного компонентов биомеханической структуры физических упражнений, как единой двигательной функциональной системы, обеспечивающей достижение полезного результата, представляет новое направление теории и методики физического воспитания, а также физиологии и биомеханики физических упражнений.
Второе. Разработанная комплексная методика позволяет в значительной степени решить проблему моторного и сенсорного обеспечения двигательных действий, так как кроме регистрации биомеханических характеристик и построения на их основе моделей движений, она может оценить наиболее важные (сенсорные) компоненты структуры физических упражнений.
Третье. Изучение моторного и сенсорного компонентов биомеханической структуры физических упражнений посредством разработанной методики позволяет исследовать механизмы регуляции работы мышц и активность рецепторов опорно-двигательного аппарата, разработать критерии технической и функциональной подготовленности спортсменов, а также эффективности и адекватности специальных упражнений в циклических видах спорта, обосновать новые признаки классификации физических упражнений.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 317 страницах машинописного текста, включает 102 рисунка и 30 таблиц. Приложения содержат 1 рисунок и 27 таблиц. Библиография содержит 220 отечественных источников и 161 зарубежную публикацию.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Прогресс теории и методики физической культуры как научной дисциплины во многом зависит от уровня развития ее методологии (И.П. Ратов, 1972; Л.П. Матвеев, 1997; Ю.В. Верхошанский, 1998). Как отмечает Л.П. Матвеев (1997) “…в сложившихся у нас обстоятельствах устаревшего и обедненного аппаратурно-исследовательского оснащения, регистрируется обычно не то, что нужно бы регистрировать, а, как правило, лишь немногие традиционные показатели, для регистрации которых удается найти подходящий инструментарий или вовсе обойтись без него”. Разработанные в настоящее время экспериментальные методики не позволяют оценивать афферентную активность мышц, что значительно обедняет анализ двигательных действий. В связи с необходимостью решения текущих задач спортивной тренировки была разработана методика оценки моторной и сенсорной активности мышц.
Методика оценки моторной активности мышц при выполнении двигательных действий
Методика позволяет оценить морфометрические (длину и плечо силы) характеристики, а также скорость сокращения восьми мышц нижней конечности человека при выполнении двигательных действий. На основе модернизированных нами (рис. 1) моделей мышц A. Pedotti (1977), составлены математические зависимости, связывающие длину и плечо мышц с межзвенными углами (И.М. Козлов, А.В. Самсонова, В.Г. Соколов, 1988). Использование полученных зависимостей требует сведений о прикреплении мышц к скелету. В связи с этим, на трупном материале получены необходимые характеристики (табл. 1). Скорость сокращения мышц (L¢) определялась посредством численного дифференцирования.
Рис. 1. Модели мышц нижних конечностей
Обозначения: GL — m. gluteus maximus; RF — m. rectus femoris; BFcL — m. biceps femoris caput longum; Bfcb — m. biceps femoris caput breve; SO — m. soleus; TA — m. tibialis anteror; GA — m. gastrocnemius при b > 90 град (1) и b £ 90 град (2).
Характеристика активности мышц в виде фазовых траекторий была использована А.Г. Фельдманом (1976, 1979). Однако эти исследования были ограничены лишь качественным анализом простейших двигательных задач. И.М. Козлов, А.В. Самсонова (I.M. Kozlov, A.V. Samsonova, 1988) впервые использовали фазовые траектории состояния мышц при исследовании механизмов их активности в спортивных движениях. Фазовые траектории строились в фазовой плоскости L¢ (L/Lo). По осям координат откладывались текущие параметры мышцы: по оси абсцисс — относительная длина мышц (L/Lo), а по оси ординат — скорость ее изменения. Положительные значения L¢ соответствовали эксцентрическому режиму сокращения мышцы (мышца растягивается), а отрицательные — концентрическому режиму (мышца укорачивается). Наложение на фазовую траекторию данных, характеризующих возбуждение мышц (на основе ЭМГ) позволяет, с одной стороны, судить об управляющих воздействиях со стороны ЦНС, а с другой — оценивать реакцию мышцы на эти воздействия.
Таблица 1. Расстояния от осей вращения в суставах до мест прикрепления мышц (X ± t Sx), P = 0,95