Функциональное совершенствование двигательного состава спортивного действия
Эффективность движения, направленного на решение кон-кретной двигательной задачи, связана прежде всего с целесообраз-ным использованием рабочих механизмов тела человека, которые являются функциональными составляющими двигательного аппарата, обеспечивающими выработку механической энергии
и эффективное использование ее в соответствии с внешними условиями и решаемой задачей. Такие рабочие механизмы сложи-лись и наследственно закрепились в течение длительного периода эволюции двигательной функции человека. Спортивная трени-ровка не прибавляет к ним ничего нового. Она лишь доводит их до высокого уровня совершенства, налаживает их координационные отношения и повышает энергетический потенциал.
К числу рабочих механизмов тела человека надлежит отнести в первую очередь: тяговое усилие мышц, преобразуемое во внешнюю силу с помощью костного рычага; синергетические и антагонисти-ческие отношения мышечных групп на уровне отдельного сустава
и рабочего аппарата в целом; тонические и связочно-сухожильные
– 21 –
рефлексы; упругие свойства мышц, допускающие накопление
и использование дополнительной упругой энергии; механизм доминанты, способствующий усилению основного движения за счет привлечения импульсации от побочных, дополнительных движений; рациональную последовательность включения в рабо-ту мышц с разными функциональными свойствами; тонус мышеч-ной системы.
Целесообразным с точки зрения биомеханики следует считать такой двигательный комплекс, который организован в соответ-ствии с анатомо-функциональными особенностями организма
и позволяет с максимальной эффективностью использовать при-сущие ему рабочие механизмы в конкретных условиях решаемой двигательной задачи.
В процессе решения той или иной двигательной задачи ра-бочие механизмы тела определенным образом взаимодействуют
и в результате систематической тренировки объединяются в ра-ционально функционирующую систему, обеспечивающую высо-кий рабочий эффект двигательного комплекса.
Функциональные свойства рабочих механизмов тела и основ-ные тенденции их совершенствования в ходе упражнения удоб-но рассмотреть на уровне кинематической пары (два подвижно соединенных смежных звена), кинематической цепи (последова-тельное соединение ряда звеньев) и кинематической системы (со-вокупность кинематических цепей).
Совершенствование движения на уровне кинематической пары в зависимости от его назначения связано или с развитием способ-ности к проявлению большего по величине двигательного усилия, или с выполнением движения с большей угловой скоростью, или с тем и другим одновременно. Характер и направленность про-цесса качественного совершенствования движения определяют-ся анатомическими особенностями костно-мышечного аппарата человека.
Факты, накопленные многими исследователями, свидетель-ствуют, что во всем многообразии изолированных односуставных движений сила изменяется по-разному, в зависимости от роли
и функции суставного механизма и относительного расположе-ния звеньев тела (см. обзоры В.М. Зациорский, 1966; Ю.В. Верхо-шанский, 1970). С изменением угла в суставе изменяются условия работы мышц: меняется их длина и угол тяги. Отсюда изменяют-ся сила тяги мышц и плечо силы мышц, а следовательно, и вра-
– 22 –
| щающий момент силы мышц. Поэтому максимум внешней силы, | |||||
| развиваемой мышцами, соответствует определенному в каждом | |||||
| конкретном случае суставному углу. Так, при изолированном сги- | |||||
| бании руки в локтевом суставе максимум силы достигается при | |||||
| 90º, при разгибании в локтевом суставе – при 120º, при разгиба- | |||||
| нии в плечевом суставе – при 60–70º, при разгибании в коленном | |||||
| суставе – при 60º. Причем у тренированных спортсменов макси- | |||||
| мальная сила может проявляться не в одном угле, а в ряде близ- | |||||
| ких углов (С.А. Косилов, 1965; В.Ф. Дорофеев, 1966; Т. Hansen, | |||||
| I. Lindhard, 1923; D. Wilkie, 1950). | |||||
| Графики зависимости сила – угол можно классифицировать на | |||||
| три типа: восходящие, нисходящие (максимальные и минималь- | |||||
| ные значения силы соответствуют крайним участкам угловой | |||||
| амплитуды движения в суставе, рис. 8, кривая F) и восходяще- | |||||
| нисходящие (минимальные значения силы на крайних участках, | |||||
| максимальные – в середине угловой амплитуды). Причем в ряде | |||||
| наших исследований установлено, что способность к проявлению | |||||
| взрывного усилия (оцениваемая отношением половинного зна- | |||||
| чения максимума изометрического напряжения ко времени его | |||||
| достижения) изменяется однонаправленно с изменением внеш- | |||||
| ней силы мышц (рис. 8, кривая Q). При этом снижение значений | |||||
| показателя Q с изменением су- | |||||
| ставного угла связано одновре- | |||||
| менно с уменьшением величины | |||||
| напряжения мышц и увеличением | |||||
| времени, | затрачиваемого | на его | |||
| проявление (рис. 9). | |||||
| С увеличением силы | мышц | ||||
| в результате тренировки харак- | |||||
| тер графика сила – угол принци- | |||||
| пиально не изменяется. Однако | |||||
| в серии исследований (В.М. За- | |||||
| циорский, | Л.М. | Райцин, | 1974; | ||
| Л.М. Райцин, 1974; Л.М. Рай- | Рис. 8. Изменение величины | ||||
| цин, С.К. Сарсания, 1975) уста- | |||||
| относительной силы ( F отн) | |||||
| новлено, что величина прироста | |||||
| и градиента силы (Q) с изменени- | |||||
| силы по всей угловой амплитуде | ем угла в тазобедренном суставе | ||||
| односуставного | движения | зави- | у квалифицированных | ||
| сит от того, при каком суставном | женщин-спринтеров | ||||
| угле проявляется максимальное | (1 – разгибание, 2 – сгибание) | ||||
| – 23 – |
Рис. 9. Изменение быстроты наращивания изометрического усилияс изменением суставного угла
напряжение мышц в процессе тренировки. В частности, если оно проявляется в положении, соответствующем наибольшей длине активных мышц (т.е. наименьшему сгибанию в суставе при актив-ности мышц-сгибателей или наименьшему разгибанию при актив-ности мышц-разгибателей), то перенос силы на другие суставные углы относительно равномерен. Наоборот, если максимальное мышечное усилие проявляется при укороченном состоянии ак-тивных мышц, то прирост силы больше. Однако перенос трениро-вочного эффекта на другие суставные углы сравнительно невелик
и проявляется тем меньше, чем дальше они отстоят от того угла, при котором в тренировке проявлялось максимальное усилие.
Интересно отметить, что в суставном угле, которому соответ-ствует максимальное усилие, проявляемое при тренировке, обна-руживается и относительно больший прирост силы, чем в близле-жащих суставных углах.
Функциональное совершенствование движения на уровне ки-нематической пары связано еще и с увеличением угловой ампли-туды движения за счет большей подвижности в суставе. Однако это относится главным образом к кинематическим парам, сустав-
– 24 –
ное сочленение которых обладает двумя и тремя степенями свобо-ды (голеностопный, плечевой, тазобедренный суставы).
Рабочие движения человека осуществляются, как правило, системой звеньев – кинематической цепью, где одновременно из-меняются углы в каждом суставном сочленении. Основная рабо-чая функция кинематической цепи в двигательном аппарате за-ключается в преобразовании вращательных суставных движений
в прямолинейное (удлинение или укорочение рабочей системы рычагов) или угловое (относительно проксимального сустава) перемещение рабочей точки, находящейся на дистальном конце системы звеньев. Рабочий эффект движения, выполняемого ки-нематической цепью, в большей степени варьирует в зависимости от привходящих условий (относительное расположение состав-ляющих звеньев, моторные возможности отдельных групп мышц и т.д.) и в большей мере подвержен качественному и количествен-ному изменению в ходе упражнения, чем рабочий эффект в кине-матической паре. Процесс качественного совершенствования дви-жений, осуществляемых кинематической цепью, обеспечивается тремя основными факторами: увеличением рабочей амплитуды, концентрацией динамического усилия на определенном ее участ-ке и рациональной формой взаимодействия работающих мышц.
Увеличение рабочей амплитуды движения обеспечивается, как известно, за счет большей подвижности в суставах и повышения эластичности и силовых возможностей соответствующих групп мышц (Г.Г. Тополян, 1951; М.Ф. Иваницкий, 1956; Д.Д. Донской, 1960). Причем амплитуда движения в открытой кинематической цепи увеличивается с двух сторон – начального и конечного ее участков. В первом случае за счет большей подвижности в прок-симальном суставе и во втором – преимущественно за счет уве-личения силы мышц, их способности развить мощное усилие по ходу движения, а также повышения эластичности функциональ-ных антагонистов.
В характере проявления усилия по ходу движения четко вы-ступают две закономерности: во-первых, снижение силы тяги групп мышц к концу движения (особенно при баллистическом режиме работы), выраженное тем сильнее, чем быстрее движе-ние и чем меньше внешнее сопротивление; во-вторых, прирост и концентрация рабочего усилия на определенном участке ампли-туды движения. В первой закономерности очевидна рефлектор-ная регуляция, выражающаяся в притормаживающем действии
– 25 –
мышц-антагонистов (Р.С. Персон, 1965), что представляет собой проявление функции самосохранения двигательного аппарата;
с ростом спортивного мастерства этот механизм не претерпевает изменений. Что касается второй закономерности, то здесь можно отметить определенную тенденцию, имеющую прямое отношение к процессу формирования биомеханически целесообразного дви-жения, о чем уже говорилось выше.
Рабочее усилие, выполняемое кинематической цепью, обеспе-чивается содружественной работой мышечных групп, обслужива-ющих каждое из ее сочленений. Координация усилий и функция отдельных мышечных групп при этом имеют свои особенности. Заслуживают быть отмеченными следующие два факта, не полу-чившие еще достаточного освещения в спортивной литературе.
Установлено, что результирующее усилие меньше суммы мак-симальных усилий, на которые способны мышцы, обслуживаю-щие каждую кинематическую пару (Ю.В. Верхошанский, 1961, 1965, 1970; В.С. Егоров, 1966). Например, при изолированном сгибании предплечья сила увеличивается по мере уменьшения угла в локтевом суставе, достигая своего максимума при 90º, а при изолированном сгибании плеча не обнаруживается значительных различий в силе в диапазоне от 40 до 160º (Н. Campney, R. Wehr, 1965). Однако если вся рука выполняет притягивающую работу (одновременное разгибание плеча и сгибание предплечья с рабо-чей точкой в кисти), то максимум усилия развивается при 160º в локтевом суставе. Если выполняется отталкивающая работа, максимум усилия развивается при согнутом положении руки, т.е. в начале отталкивания. В случае изолированного разгибания в коленном суставе максимальная сила с незначительными изме-нениями проявляется при углах от 80 до 130º и затем быстро па-дает (Н. Campney, R. Wehr, 1965; М. Williams, L. Stutzman, 1959). Однако при отталкивающей работе, когда происходит удлинение системы звеньев (разгибание в тазобедренном и коленном суста-вах), максимальное усилие обнаруживается в положении, близ-ком к предельному, и при угле в коленном суставе, близком к 160º (В.Ф. Дорофеев, 1965; В.С. Егоров, 1966). В рассмотренных при-мерах проявляются приспособительные механизмы рабочего ап-парата человека, сложившиеся в процессе длительной эволюции. Так, в последнем случае очевидно влияние прямохождения чело-века, а для пояса верхних конечностей – функциональная «выгод-ность» развивать максимум «притягивающего» усилия при вытя-
– 26 –
нутой руке и, наоборот, «отталкивающего» усилия при согнутой руке.
В исследованиях (совместно с В.Г. Семеновым и В.В. Татья-ном) установлено, что значения максимальной силы, полученные для каждого суставного сочленения нижних конечностей, об-наруживают меньшую корреляцию со спортивным результатом
в спринтерском беге, прыжковых упражнениях, чем суммарное усилие, проявленное всей конечностью. С ростом мастерства эта корреляция заметно повышается, свидетельствуя о том, что рабочий эффект движения определяется умением спортсмена рационально использовать возможности своих мышц и что при совместном функционировании недостатки одних из них компен-сируются преимуществами других.
Внимательный анализ функционирования системного объеди-нения мышечных групп в различных условиях работы кинемати-ческой цепи позволяет увидеть здесь определенную биомеханиче-скую целесообразность. В зависимости от условий деятельности человек непроизвольно подбирает такое относительное располо-жение звеньев в кинематической цепи, которое обеспечивает тре-буемое рабочее усилие при одновременном или последовательном использовании зоны углов максимальной силы в каждом суставе. Первый случай имеет место главным образом тогда, когда задача заключается в преодолении значительного внешнего сопротивле-ния, как правило, в условиях изометрического напряжения мышц (например, при попытке, скажем, сдвинуть с места тяжелый пред-мет). Второй случай типичен для движений, где требуется придать как можно большую скорость внешнему объекту или собственно-му телу в условиях ограниченной рабочей амплитуды (например, при отталкивании в прыжках). При этом функциональные отно-шения между группами мышц, обслуживающих кинематическую цепь, складываются таким образом, что движение, начинаемое наиболее мощными мышцами проксимальных суставов (веду-щими мышцами кинематической цепи), осуществляется с опорой на дистальные звенья, жестко фиксированные в суставах. Затем
в работу включаются дистальные звенья, в то время как в прокси-мальных звеньях начинается фиксация в суставах, что обеспечи-вает жесткую основу для завершающего движения дистальными звеньями.
Таким образом, человек всегда стремится начать рабочее уси-лие, используя зоны углов максимальной силы в суставах. Можно
– 27 –
полагать, что спортивная техника, эволюционировавшая многие десятилетия, эмпирически строилась на основе именно таких ра-бочих поз, которые обеспечивали наиболее благоприятные усло-вия для проявления максимальных усилий в нужное время. Одна-ко в отдельных случаях нетрудно увидеть конфликт между этими механизмами и требованиями к динамике движений, вытекающи-ми из условий спортивной деятельности. Он выявляется, в част-ности, в связи с необходимостью увеличения рабочей амплитуды движения, особенно в том случае, если требуется проявить макси-мальную силу в той части амплитуды, где эта сила не может быть обеспечена анатомически.
Тем не менее благодаря удивительно высокой способности приспосабливаться к внешним условиям организм находит опти-мальные решения в таких конфликтных ситуациях. Это становит-ся возможным, например, тогда, когда соответствующие группы мышц перед началом рабочего усилия обладают некоторым до-полнительным потенциалом напряжения, накопленным в подго-товительной фазе движения. Так, в вертикальном прыжке с пред-варительной амортизацией дополнительный потенциал упругого напряжения, накопленный к концу фазы амортизации, является источником силы, облегчающей разгибание ног. Поэтому здесь имеется возможность выйти из зоны углов максимальной силы
в отдельных суставах и тем самым выиграть в амплитуде движе-ния по сравнению с прыжком из полуприседа, т.е. без фазы амор-тизации. При отталкивании после прыжка в глубину амплитуда амортизационного сгибания в коленном суставе обнаруживает тенденцию к уменьшению. В связи с большой динамической на-грузкой здесь очевидно стремление к зоне углов максималь-ной силы в отдельных суставах. При этом некоторый проигрыш
в амплитуде движения компенсируется за счет дополнительного упругого потенциала напряжения мышц.
Таким образом, процесс функционального совершенствования движения на уровне кинематической цепи выражается в следую-щем.
Во-первых, в выборе оптимальной рабочей амплитуды движе-ния на основе рационального соотношения между зонами углов максимальной силы в каждом суставе, реальным моторным по-тенциалом мышц и условиями, сопутствующими решению дви-гательной задачи, причем: а) при небольшой внешней нагрузке характерно стремление к увеличению амплитуды движения не-
– 28 –
зависимо от зоны углов максимальной силы в каждом суставе; б) при большой внешней нагрузке и отсутствии дополнительных источников силы, облегчающей движение, характерно сокраще-ние его рабочей амплитуды, связанное со стремлением прибли-зить рабочую позу к зоне углов максимальной силы; в) при боль-шой внешней нагрузке и дополнительных источниках движения (силе инерции, упругом потенциале напряжения мышц) появ-ляется возможность некоторого увеличения рабочей амплитуды
с выходом суставных углов из зоны максимальной силы; г) во всех случаях вынужденное уменьшение рабочей амплитуды движения компенсируется дополнительным потенциалом упругого растя-жения мышц, накопленным в подготовительных фазах движения и обеспечивающим большую мощность начального усилия мышц.
Во-вторых, в увеличении максимума двигательного усилия и концентрации его преимущественно на начальном участке рабо-чей амплитуды.
В-третьих, в такой целесообразной очередности включения мышц кинематической цепи в работу, которая позволяет после-довательно проявить их функциональные свойства (способность к мощному усилию и быстроте сокращения) по ходу движения.
В-четвертых, в стремлении выполнить движение в пределах зоны углов максимальной силы в каждом суставе и одновременно повысить его динамическое обеспечение за счет дополнительно-го потенциала упругого растяжения мышц в подготовительной фазе.
Кинематическая система обладает значительным числом сте-пеней свободы. Поэтому процесс функционального совершенст-вования движения по мере рассмотрения его от кинематической пары к кинематической системе все более связывается с пробле-мой рациональной организации и управления двигательным со-ставом действия. Тем не менее биомеханические факторы и в дан-ном случае продолжают играть существенную роль.
Рассмотренная ранее особенность качественного совершен-ствования движения, связанная с рациональной последователь-ностью напряжения мышц в кинематической цепи, в полной мере относится и к кинематической системе. Разница здесь только в числе функционально взаимодействующих мышечных групп. В этом взаимодействии первыми включаются в работу наиболее сильные группы мышц ног и туловища, затем мышцы пояса верх-них конечностей.
– 29 –
Таким образом, качественное совершенствование движения на уровне кинематической системы связано с определением наибо-лее рационального способа объединения отдельных кинематиче-ских цепей и присущих им рабочих механизмов в единый рабочий механизм. Целесообразная логика организации такого механиз-ма выявляет себя при анализе так называемой биодинамической структуры сложного двигательного действия, которая рассматри-вается в связи с особым значением этого вопроса отдельно.