Анатомическая характеристика циклических движений

Ходьба

Ходьба является одним из основных естественных видов перемещения тела в пространстве. Она представляет собой сложное разновременно симметричное, циклическое движение, связанное с отталкиванием тела от опорной поверхности и перемещением его в пространстве. При ходьбе в работе принимает участие почти весь двигательный аппарат, а также системы, регулирующие и обеспечивающие его деятельность (нервная, сердечно-сосудистая, дыхательная и др.)

Характерной особенностью ходьбы является то, что тело никогда не теряет связи с опорной поверхностью, опора попеременно происходит то на одну, то на другую ногу. Время, в течение которого с поверхностью опоры соприкасается только одна нога, называется одноопорным периодом. Кратковременный момент, когда вынесенная вперед конечность уже касается опоры, а находящаяся сзади еще не отделилась от нее, называется двухопорным периодом.

При ходьбе имеет место повторяющееся нарушение и восстановление равновесия тела. Перемещение тела в пространстве происходит за счет использования внешних и внутренних сил, действующих на организм человека.

В результате преодолевающей работы мышц при отталкивании от опорной поверхности телу сообщаются толчки, направленные вверх и вперед. Однако движения тела носят плавный характер, который зависит от того, что толчки сглаживаются под влиянием инерции тела, а также благодаря амортизационным свойствам двигательного аппарата. F_m тела имеет самое непосредственное значение для его поступательных движений. При переходе из положения стоя к ходьбе, первый момент движения обычно связан с выдвижением туловища вперед. В результате этого, вертикаль, опущенная из ОЦТ тела, выносится за переднюю границу S опоры и равновесие тела нарушается. Тело в силу своей собственной тяжести начинает падать и таким образом несколько продвигаться вперед. При вынесении одной ноги вперед создается новая S опоры и равновесие восстанавливается. Во время дальнейшего движения тело выводится из равновесия при каждом вынесении вперед ноги.

Отталкиваясь при ходьбе от опоры, тело встречает равное и противоположно направленное ей сопротивление, без которого ходьба была бы невозможна. Если силу этого сопротивления разложить на составляющие, то одна из них, зависящая от жесткости почвы, будет направлена вертикально, а другая, зависающая от трения между ее поверхностью и нижней поверхностью стопы, - горизонтально. Если жесткость почвы или трение незначительное, ходьба крайне затруднена. Например, ходить по глубокому рыхлому снегу трудно из-за его ничтожной жесткости, а по льду – из-за незначительного трения S опоры при ходьбе периодичность меняется. В одноопорный период S опоры наименьшая, т.к. она представлена лишь площадью соприкосновения стопы одной ноги с опорной поверхностью. В период двойной опоры S опоры увеличивается, поскольку состоит из площади опорных поверхностей обеих стоп и площади пространства, заключенного между ними. Однако следует иметь в виду, что в двухопорный период тело опирается не на всю подошвенную поверхность стоп, а лишь на пятку одной ноги и носок другой. Равновесие при ходьбе неустойчивое. Степень устойчивости тела различна, в одноопорный период она мала, а в двухопорный – довольно значительна.

Как сложное движение ходьба состоит из нескольких простых движений, в основе которых лежит попеременное сгибание и разгибание нижних конечностей и их звеньев. Движение одной ноги при ходьбе получило название одиночного шага. При ходьбе тело поочередно опирается то на одну, то на другую ногу. Значит, одна нога, на которую происходит опора, будет опорной ногой, а другая, которая в этот момент переносится вперед, - свободной (или переносной) ногой. Работа мышц на опорной ноге сильно отличается от работы мышц на свободной ноге. Одиночные шаги постоянно повторяются в определенной последовательности, в результате весь двигательный акт при ходьбе можно разделить на отдельные циклы.

Циклом ходьбы является двойной шаг. Он состоит из двух о.ш., один из которых совершается одной ногой, а другой – другой ногой. После каждого д.ш. части и звенья тела приходят по отношению друг к другу в исходное положение.

Бег

Бег, как и ходьба, сложное, локомоторное, разновременно симметричное, циклическое движение, связанное с отталкиванием тела от опорной поверхности и быстрым его передвижением в пространстве.

Длина шага при беге обычно связана с его скоростью и зависит гл. образом от силы и направления толчка, длины нижних конечностей и других факторов.

Между бегом и ходьбой имеются и сходства и различия. Действующие силы, цикл движения, фазы движения. Н.к и их последовательность, также движения туловища и ВК при беге те же, что и при ходьбе. Одним из основных отличий бега от ходьбы является отсутствие при беге двухопорного периода и наличие фазы полета. При беге опора происходит то на одну то на другую ногу, в фазе полета тело совсем не имеет соприкосновения с опорной поверхностью. Т.о. главная особенность беге состоит в чередовании опорных и безопорных положений тела. Отталкивание при беге производится с большей силой и под более острым углом к опорной поверхности, что обусловливает более быстрое передвижение тела.

Взаимодействие внешних и внутренних сил при беге имеет некоторые особенности. Если F_м оказывает сове влияние на тело бегуна во всех фазах движения, то R – только в опорные периоды. По данным Н.А. Бернштейна, вертикальная составляющая R при беге часто превышает удвоенный вес тела бегуна. При этом большое значение имеет характер опорной поверхности: чем больше F_м при взаимодействии подошвы с опорной поверхностью, тем эффективнее отталкивание. При беге большое значение имеет сила сопротивления среды, возрастающая при увеличении скорости беге S опоры при беге значительно меньше, чем при ходьбе, т.к. она представлена лишь S опорной поверхности стопы в каждый из моментов соприкосновения ее с грунтом.

ОЦТ тела совершает вертикальные и поперечные колебания. Наиболее высокое положение он занимает в фазе полета, а наиболее низкое – в вертикали о.н. Размах колебаний ОЦТ тела может достигать 10-12 см. Колебания ОЦТ тела в правую и левую стороны могут быть меньше, чем при ходьбе. Колебания всего тела вверх и вниз, в стороны и вокруг продольной оси тела при беге также м.б. менее выраженными, чем при ходьбе. Поэтому если рассматривать бегущего человека в профиль, то перемещение тела будет казаться более параллельным по отношению к опорной поверхности.

Поскольку сопротивление среды при беге увеличивается с возрастанием скорости бега для уменьшения ее затормаживающего действия должно быть уменьшено лобовое сопротивление тела, что достигается изменением наклона туловища. При беге на короткие дистанции угол наклона туловища больше и составляет 55^о-60^о, а при беге на длинную дистанцию угол меньше и составляет 75^о-80^о.

В фазе переднего шага о.н. который начинается с момента ее приземления тело испытывает передний толчок. Но т.к. опускание ноги происходит на передний отдел стопы при сгибании в коленном суставе, этот толчок смягчается за счет упругости четырехглавой мышцы бедра и м.м. задней поверхности голени.

Некоторое выпрямление о.н. коленном суставе происходит к моменту вертикали, и только концы заднего шага, т.о. в момент заднего толчка, она полностью разгибается в коленном суставе и тазобедренном суставе. При отталкивании от опорной поверхности м.м. включаются в работу не одновременно, а последовательно: вначале происходит разгибание в тазобедренном суставе, затем в коленном и, наконец, сгибание в голеностопном.

В фазе с.н. после отталкивания наблюдается сильное сгибание голени, которая при этом может находиться по отношению к бедру под углом 90^о, что способствует уменьшению момента инерции ноги, облегчению и ускорению ее переноса из положения заднего шага свободной ноги в положение переднего шага свободной ноги. Перенос с.н. происходит за счет движения тазобедренного сустава, который совершается за счет сил инерции, а также в результате баллистической работы м.м.-сгибателей бедра: подвздошно-поясничной мышцы, напрягателя широкой фасции и частично четырехглавой мышцы бедра. Напряжение последней играет важную роль при постановке ноги на опорную поверхность. При беге нога может приземлиться на пятку, на носок и даже на наружный край переднего отдела стопы. Приземление на пятку чаще наблюдается при беге на длинные дистанции, а на носок – при беге на короткие дистанции. Каждый из этих видов приземления имеет свои достоинства и недостатки. При приземлении на пятку сильнее противоотдача и недостаточно используются амортизационные свойства Н,К,, но вместе с тем нагрузка на мышцы особенно на м.м. задней поверхности голени, меньше. При приземлении на носки больше пластичность движений, меньше противоотдача от толчка в фазе переднего шага о.н.; для амортизации толчка в значительной мере используется упругость сводов стопы и эластичность мышц. Однако такое приземление требует большого напряжения м.м.-сгибателей стопы и пальцев, которое можно сохранять в течение короткого промежутка времени. Нагрузка на эти мышцы сильно возрастает, т.к они сокращены и в фазе переднего шага о.н. и в фазе заднего шага ( при толчке). Они расслабляются только во время переноса ноги кпереди. При приземлении на пятку, так как во втором случае вознесенная вперед нога в большей мере разогнута в коленном суставе и поэтому стопа сильнее выносится вперед, чем в первом случае.

Приземление на наружный край переднего отдела стопы возможно лишь в том случае, когда спортсмен во время фазы полета успевает расслабить м.м. голени и стопы занимает несколько супинированное положение перед приземлением.

При беге по сравнению с ходьбой иная постановка стоп. При беге они ставятся ближе к средней линии тела, что уменьшает колебания ОЦТ тела в стороны, параллельные друг другу и даже могут быть обращены носками несколько внутрь. Такое положение их позволяет в большей мере использовать для толчка все м.м. задней поверхности голени и подошвенной стороны стопы, в том числе и длинный сгибатель большого пальца, который по подъемной силе значительно превосходит другие мышцы, составляющие глубокий слой мышц задней поверхности голени.

При беге более отчетливо, чем при ходьбе выражена перекрестная координация рук, что способствует уменьшению скручивания туловища. Руки движутся при беге с больше амплитудой и сильно согнуты в локтевых суставах. В период заднего маха они полностью не разгибаются, как при ходьбе (согнутые руки в связи с уменьшением момента инерции переносить). Такое положение рук в локтевом суставе поддерживается напряжением мышц сгибателей предплечья, которые работают при проксимальной опоре. Напряженными оказываются также мышцы-сгибатели кисти и пальцев, удерживающие пальцы кисти в согнутом положении. Движения свободной о.к. вперед и назад (сгибание и разгибание) происходят при поочередном напряжении мышц-сгибателей и разгибателей плеча. Нагрузка на эти мышцы гораздо больше, чем при ходьбе.

Движения туловища при беге такие же, как и при ходьбе. При переднем шаге о.н. оно накладывается кпереди, во время полета выпрямляется. Наклон кпереди происходит при уступающей работе мышц задней поверхности туловища: работе тех же мышц. Характер отталкивания, особенности переноса с.к., наклон туловища, специфическое положение рук – все это приводит к тому, что нагрузка на мышцы при беге, по сравнению с ходьбой сильно возрастает. При беге функционируют те же группы мышц, что и при ходьбе, но работа их более напряженная.

Анатомическая характеристика ациклических движений

Прыжки в длину с места (Пдм)

Пдм – это сложное, локомоторное, одновременно симметричное, ацикличное движение. Он характеризуется максимальным напряжением, работающих мышц в течение очень короткого времени, в результате чего тело подброшенное в воздух, с большой скоростью проходит некоторое расстояние.

В отличие от ходьбы и бега Пдм – одноактное (ацикличное) движение, в нем нет повторяющихся фаз. С точки зрения биомеханических закономерностей он является основным, тогда как другие виды прыжков (прыжок в длину с разбега, тройной, в высоту) – его разновидностями.

Прыжок, как и другое движение, выполняется под действием внешних и внутренних сил. F_м направлена из ОЦТ тела вниз и препятствует его поступательному движению. R действует не во всех фазах прыжка, т.к. в фазе полета тело теряет связь с опорной поверхностью. Из внутренних сил большое значение имеет F_м. Момент F_м в фазе толчка превышает момент F_m, что обеспечивает отрыв тела от опорной поверхности и его свободный полет. Во время толчка телу прыгуна сообщается некоторая начальная скорость и направление полета. Скорость движения, создаваемая толчком зависит от импульса силы и времени, на протяжении которого будет действовать сила толчка. Отсюда эффективность толчка повышается, если ОЦТ тела в начале толчка занимает самое низкое положение, а в конце – самое высокое.

ОЦТ тела при прыжке движется по параболе, траектория его перемещения обусловлена взаимодействием F_m и силы толчка. Характер параболичной кривой зависит от угла, под которым толчок направлен к опорной поверхности. По законам баллистики полет будет более длинным, если толчок направлен под углом 45^о к опорной поверхности. Если угол толчка больше 45^о, то полет будет выше, но ближе; при угле меньше 45^о полет будет ниже и ближе к месту начала движения. Равновесие и устойчивость тела в разных фазах прыжка различны, т.к. они определяются размерами площади опоры и положением ОЦТ, которое в свою очередь, зависит от взаимного расположения частей тела.

Движения тела при прыжке в длину с места можно разделить на 4 фазы: подготовительную, толчка, полета и приземления.

Подготовительная фаза характеризуется тем, что прыгун делает приседания и разгибает выпрямленные в локтевых суставах руки. При этом под влиянием F_m происходит как бы складывание звеньев тела, подобно пружине, закрепленной на одном конце. Голень наклоняется к фиксированной на опорной поверхности стопе, угол между голенью и стопой уменьшается, т.о. происходит разгибание в голеностопном суставе. В коленном и тазобедренном суставах происходит сгибание, бедро приближается к голени, а туловище – к бедру. Мышцы Н.К. в этой фазе производят уступающую работу, препятствуя действию F_m и фиксируя положение выше лежащих звеньев по отношению к нижележащим. Основная нагрузка падает на большую ягодичную мышцу, четырехглавую мышцу бедра, а также сгибатели стопы и пальцев, т.е. те мышцы, которые в следующей фазе будут выполнять толчок. Предварительное растягивание и последующее напряжение этих мышц способствует их баллистической работе.

Одновременно напряжены мышцы-разгибатели позвоночного столба и глубокие мышцы затылочной области, которые удерживают туловище в наклонном положении, а голову в прямом. Положение В.К. обеспечивается напряжением мышц-разгибателей плеча, предплечья и кисти. Если пальцы кистей согнуты, то к указанным мышцам присоединяются мышцы-сгибатели кисти и пальцев.

В подготовительной фазе создаются благоприятные условия для последующей фазы – фазы толчка: низкое положение ОЦТ тела и растягивание ведущих групп мышц. Устойчивость тела в этой фазе сравнительно высокая, однако значительное напряжение мышц Н.К. и туловища препятствует длительному пребыванию тела в данном положении. К концу подготовительной фазы туловище прыгуна несколько подается вперед, S опоры уменьшается, в результате чего вертикаль ОЦТ тела приближается к передней границе S опоры. Устойчивость тела вперед уменьшается, и, если следующая фаза не наступит, то тело теряет равновесие и падает.

Фаза толчка. Последующий наклон туловища вперед ведет к тому, что вертикаль опущенная из ОЦТ тела, выходит за переднюю границу S опоры. Опора происходит уже не на всю подошвенную поверхность стопы и лишена ее передний отдел. Падение тела предотвращается тем, что начинается движение. Прыгун резко выпрямляет Н.К., туловище и делает взмах руками вверх. Эти движения осуществляются за счет сгибания стоп, разгибания в коленных и тазобедренных суставах, разгибание позвоночного столба, поднимания пояса В.К., сгибания в плечевом и разгибания в локтевом суставах.

При этом напрягаются мышцы подошвенной поверхности стопы, задней и наружной поверхности голени, производящие сгибание в голеностопном суставе; четырехглавая мышца бедра (особенно ее бедренные головки), которая является основным разгибателем в коленном суставе, большая ягодичная и большая приводящая м.м., обеспечивающие разгибание бедра в тазобедренном суставе. Одновременно напрягаются м.м., выпрямляющие туловище. На верхних конечностях работают м.м., поднимающие плечевой пояс, сгибатели плеча, разгибатели предплечья, а также мышцы окружающие лучезапястный сустав. Все эти м.м. производят преодолевающую работу, причем на Н.К. и на туловище – при дист. опоре, а не В.К. – при проксимальной опоре. Движения звеньев Н.К., взмах руками вверх способствуют повышению положения ОЦТ тела, увеличению длительности полета прыгуна.

Опорная поверхность для толчка должна быть жесткой и шероховатой, иначе произойдет его амортизация, он будет слабым. При Пдм стопы обычно ставят // др.др. или даже несколько поворачивая их внутрь носками. Некоторые прыгуны даже пронируют ногу в тазобедренном суставе, что не только позволяет в наибольшей мере использовать для толчка силу м.м.- сгибателей стопы, но и обеспечивает симметричную передачу толчка обеих ног туловища, т.к. при пронированном положении Н.К. поперечная ось голеностопных суставов становится почти // поперечной оси таза.

В конце фазы толчка к указанным м.м. присоединяются м.м.-антагонисты. Их сокращение тормозит движение в суставах, закрепляет положение звеньев тела, создавая твердую основу для передачи силы толчка на ОЦТ тела, предотвращая травмы в суставах.

Фаза полета. В начале фазы полета тело прыгуна принимает выпрямленное, несколько наклонное положение. Направление полета после толчка является заданным, однако его длительность зависит от внешних сил и от взаимного расположения звеньев тела. Так, при сильном встречном ветре, когда отчетливо выражена сила сопротивления среды, дальность полета будет меньше, и, наоборот, при попутном – больше. Во время полета создается наиболее выгодное положение тела для преодоления препятствий и происходит подготовка к приземлению. В полете возможны только компесаторные движения тела, движения в двух противоположных направлениях (при повышении траектории одной части тела, происходит понижение траектории другой). Для уменьшения мом. инерции, лобового сопротивления, связанного с площадью воздействия среды на тело, и для наиболее выгодного приземления, выполняются следующие действия: вынесение ног вперед, сгибание в коленном и тазобедренном суставах, разгибание стопы, сгибание туловища, опускание пояса В.К., разгибание рук в плечевом суставе. М.м.-сгибатели позвоночного столба, сгибатели в тазобедренном и коленном суставах, а также разгибатели стопы при отсутствии опоры приближают друг к другу места начала и прикрепления, т.е. притягивают к середине дистальный и проксимальный концы со скоростью обратно пропорционально квадратам масс. После опускания пояса В.К. он относительно закрепляется, и рука движется назад м.м.-разгибателями плеча при проксимальной опоре.

По мере вынесения ног вперед создаются выгодные условия для приземления. Сгибание туловища, опускание пояса В.К. и движение рук назад способствуют наиболее низкому ОЦТ тела. К началу приземления ноги по отношению к опорной поверхности должны быть расположены примерно под тем же углом, что и при отталкивании. Недостаточное вынесение их вперед, уменьшает дальность прыжка, а чрезмерное может вызвать падение тела назад. Резкое сгибание бедра происходит в результате сокращения подвзошно-поясничной мышцы напрягателя широкой фасции и прямой мышцы бедра. Важную роль в рациональном приземлении играет и положение таза. За счет сокращения м.м. живота происходит вращение таза вокруг поперечной оси, он подтягивается к грудной клетке, что способствует вынесению вперед Н.К. Перед самым приземлением благодаря сокращению четырехглавой мышцы бедра происходит разгибание в коленном суставе. Стопа находится под прямым углом к продольной оси голени и удерживается в этом положении напряжением перед ней группы м.м. голени.

Фаза приземления. В этой фазе необходимо погасить скорость полета без резких толчков и сохранить равновесие тела. Соприкасаясь с опорной поверхностью тело получает сильный толчок, который амортизируется эластичностью соединений и уступающей работой сгибателей стопы, разгибателей голени, бедра, туловища, связкой головки бедра, менисками и крестообразными связками в коленном суставе, хрящами суставных поверхностей костей, синовиальной жидкостью. Рессорные свойства стопы полностью не используются при приземлении, т.к. оно происходит на задний отдел стопы.

Устойчивость тела в момент приземления невысокая. S опоры образована поверхностью задних отделов стоп и пространством между ними. Вертикаль из ОЦТ тела проецируется сзади S опоры. После приземления тело по инерции движется вперед, поэтому ОЦТ тела проходит над S опоры и смещается кпереди по мере поступательного движения туловища. Падение назад возможно, если ноги чрезмерно вынесены вперед и продолжение траектории ОЦТ тела не достигает S опоры. Резкие движения руками назад, а затем вперед, способствует продвижению туловища вперед и повышают устойчивость тела, предотвращая его падение назад. Почти во всех фазах движений при Пдм принимают участие одни и те же функциональные группы м.м. сгибатели стопы и пальцев, разгибатели голени, бедра и позвоночного столба. В подготовительной фазе и в начале фазы приземления они выполняют уступительную работу, а при толчке и в конце фазы приземления, когда прыгун возвращается в исходное положение – преодол. работу. Поэтому при Пдм особенно сильно развиваются данные м.м. Этот прыжок развивает координацию движений.

Особенности механизма дыхания: в подготовительной фазе при взмахе руками кверху создаются благоприятные условия для вдоха. Во время полета дыхание задерживается, при приземлении происходит выдох.