Теоретические основы регуляции движений

Изменения в нервно мышечных регуляциях движений человека при занятиях конькобежным спортом столь заметны и удивительны, что в первых же исследованиях в области физиологии движений стали объектом пристального внимания [Бернштейн Н.А., 1990; Крестовников А.Н., 1951].Действительно, человек за относительно короткое время проходит путь от полной беспомощности в движениях до уверенного передвижения на повышенных скоростях на скользящей опоре.

Координация движений – достигнутые в результате тренировки согласованность и упорядоченность в пространстве и во времени движения отдельных частей тела спортсмена, способность быстро преобразовывать движения в соответствие с новыми условиями. Достигается наиболее рациональным включением мышечных групп, обеспечивающих выполнение движения по показателям пространственных, временных и динамических характеристик в соответствии со структурой конкретного двигательного навыка.

Важнейшим фактором координации является ловкость – сложное комплексное двигательное качество, определяемое высокоразвитым мышечным чувством, пластичностью корковых нервных процессов. Уровень ловкости в значительной мере является генетически определённым.

Двигательно-координационные способности позволяют быстро, точно, целесообразно, экономно и находчиво, то есть наиболее совершенно, решать двигательные задачи (особенно сложные и возникающие неожиданно). Двигательная единица представляет мотонейрон, иннервирующий одно или (через разветвления) несколько однотипных мышечных волокон.

Координация определяется следующими способностями:

- точно соизмерять и регулировать пространственные, временные и динамические параметры движений;

- поддерживать статическое и динамическое равновесие;

- выполнять двигательные действия без излишней мышечной напряжённости.

Рассмотрим, как организуется работа мышц. Однотипные мышечные волокна объединены в отдельные функциональные элементы – двигательные или моторные единицы (ДЕ), которые могут сокращаться и развивать силу независимо друг от друга или синхронно, и обладают различными физиологическими характеристиками. Это позволяет варьировать мышечный ответ на нагрузку.

Интенсивность и длительность мышечной работы определяются числом и типом активируемых двигательных единиц. Каждый двигательный нерв (альфа-волокно) объединяет в себе множество отдельных мотонейронов. Каждый мотонейрон ветвится и иннервирует в среднем около 180 мышечных волокон. Число мышечных волокон, иннервируемых одиночным нейроном может лежать в диапазоне от 5 до 100 (в быстрых) и до 1600 (в медленных). Двигательная единица состоит из одиночного мотонейрона, всех его ветвлений, направленных к двигательным нервным окончаниям, и всех мышечных волокон им иннервируемых. Когда альфа-волокно активируется, оно передаёт поток импульсов к каждому нервному окончанию определённых мышечных волокон, входящих в данную ДЕ. Однако все мышечные волокна в этой ДЕ не сокращаются, если импульс настолько слаб, что доходит лишь до некоторых нервно-мышечных образований Так как нейрон работает по принципу «всё или ничего», то величина каждого нервного импульса всегда максимальна. Следовательно, чем выше частота потока нервных импульсов, тем сильнее стимул и тем большее количество мышечных волокон в ДЕ включается в процесс сокращения [Меерсон Ф.З., 1986].

Медленные волокна иннервируются более мелкими нейронами с низким порогом возбуждения, сокращаются медленнее и с меньшей амплитудой, чем быстрые, но менее утомляемые. Быстрые волокна иннервируются более крупными нейронами с более высоким порогом возбуждения. Поэтому включаются в работу позже и быстро утомляются, но развивают быстрые сокращения с большой амплитудой. Промежуточные волокна занимают по вышеобозначенным характеристикам, соответственно, промежуточное положение. При высокой скорости или силе сокращения в движении участвуют все волокна. В ситуации опасности центральная нервная система (ЦНС) блокирует импульсы торможения, и усилия достигают максимально возможных величин.

При нарастании нагрузки развиваемая сила сначала определяется числом рекрутированных двигательных единиц. При одной и той же частоте раздражающих импульсов в работу может включиться разное число двигательных единиц. Нарастающая частота иннервации, зависящая от состояния регуляторных центров нервной системы, последовательно мобилизует в работу двигательные единицы, объединяющие медленные мышечные волокна, далее промежуточные и быстрые. Важная роль центральной нервной системы здесь ещё в том, что в сокращение кроме мышц – агонистов, могут включаться мышцы – антагонисты, либо уменьшая, либо увеличивая развиваемую силу.

При максимальной мощности, то есть работе с частой сменой циклов и со значительным силовым напряжением, выносливость невелика, так как из-за раннего утомления быстрых моторных единиц мышечная деятельность с той же скоростью не может продолжаться более 10-30 секунд. Совершенствование адаптации к такой работе, по-видимому, зависит (при прочих равных условиях) от организации сменности в работе моторных единиц преимущественно «медленного типа» с аэробным энергообеспечением [Меерсон Ф.З., 1986].Без снижения мощности движения это возможно лишь при улучшении регуляции движений.

Внутримышечная координация – согласованность работы отдельных двигательных единиц в составе одной мышцы.

Межмышечная координация – согласованность в работе нескольких мышц, обеспечивающих выполнение того или иного движения.

С появлением жизни на земле возникла и потребность живых организмов в движении. В ходе эволюции формы жизни усложнялись, совершенствовались и появляющиеся организмы обладали арсеналом более сложных движений. Соответственно и усложнялась регуляция движений (табл. 1). Вновь сформированные уровни регуляции не только не «отменяли» прежних, но и строились на их базе. Человек – вершина эволюции – обладает всеми уровнями регуляции движений, созданными природой. При этом уровни регуляции осуществляют совершенно определённые нервные структуры, участки головного мозга.

Уровни В – Е, как более поздние по возникновению, называют неокинетическими.

Уровни А – D не требуют волевого контроля, то есть осознавания движения для управления им. В одном и том же движении могут участвовать все уровни регуляции, при одном ведущем.

Ведущий уровень определяется смыслом или задачей движения. Например, при внезапном падении, задача – не разбиться. Для этого надо сгруппироваться, что мы и делаем, не успевая осмыслить движения: ведущий уровень регуляции – В (синергии). При ударе по воротам, смысл – послать мяч в нужную точку ворот и забить гол: ведущий уровень – С (пространственное поле).

Рассмотрим процесс регуляции движений.

Тело человека, как двигательная система, представляет собой сложнейшую конструкцию, включающую в себя около 300суставов и 600мышц. Число степеней свободы человеческого тела, то есть вариантов движений, представляет собой число 10 в 20-й степени, которое трудно себе представить.

Абсолютно одинаковых движений не существует в природе. И внешне похожие движения вызываются совершенно разной нервной импульсацией, следовательно, и различной мобилизацией разных типов мышечных волокон. Результирующее мышечное усилие в каждом шаге достигается разным путём [Бернштейн Н.А., 1990].

Таблица 1

Регуляция движений нервной системой

[по Бернштейну Н.А., 1990]

Уровень регуляции	Характер регуляции
А	Палеокинетический. Филогенетически самый низкий и древний. У человека не имеет самостоятельного значения, но вносит вклад в любое движение. Он заведует тонусом мышц. Самостоятельно он проявляется только в виде непроизвольного дрожания от холода и страха, удержания позы.
В	Уровень синергий, обработка сигналов о взаимном расположении различных частей тела. Этот уровень оторван от внешнего мира, но, зато «хорошо осведомлён» о том, что делается в «пространстве тела». К собственным движениям относятся только те случаи, когда не требуется учёта внешнего пространства – мимика, некоторые движения в гимнастике.
С	Уровень пространственного поля, на него идут все сигналы от внешнего пространственного поля через зрение, слух, осязание и другие органы чувств. Движения типа ходьбы, бега, бросков завязаны на этот уровень.
D	Уровень предметных действий, корковый уровень, заведует действиями с предметами. В нём сосредотачиваются все орудийные действия, манипуляции с предметами. Это уже не движения, действия. Задан лишь конечный результат, а способ выполнения безразличен для него.
Е	Самый высокий уровень, уровень интеллектуальных двигательных актов. Это речь, письмо и т.д. Движения определяются не предметным, а отвлечённым, вербальным (словесным) смыслом.

Ситуация с управлением предстаёт ещё более сложной, если представить, что мышца представляет собой мозаику из великого множества мышечных волокон, разных по силе и скорости сокращения, порогу раздражения, энергообеспечению и утомляемости. Это живая ткань, в каждых мгновениях непрерывности своей жизни реагирующая на различные раздражения, накладывающиеся друг на друга непредсказуемым образом, но дающие в итоге предсказуемый результат [Бернштейн Н.А., 1990].

Рис. 1. Регуляция движений (по Бернштейну Н.А.)

К этому следует добавить, что нервная система содержит около 14 миллиардов нейронов, каждый из которых имеет не менее 1000 контактных связей. Ни один компьютер в мире не справится с управлением такой системой, а центральная нервная система человека справляется.

Каждая клетка организма непрерывно в каждое мгновение получает и отдаёт информацию. Обмен информацией – это и есть жизнь.

От излишних степеней свободы, то есть возможных вариантов движений частей тела человек избавляется напряжением мышц. При этом в случае несовершенной регуляции, напряжение бывает излишним.

Моторная, или мышечно-суставная память базируется на двух видах нервных импульсов, передающихся от периферии к ЦНС:

- от мышц;

- от суставов.

Рисунок 1 иллюстрирует утверждение Бернштейна Н.А. [1990] о том, что сигналы от рецепторов суставов и суставных капсул, регистрирующие положение тела и конечностей, а также ускорение и скорость их перемещения, достигают высших отделов головного мозга, в то время как сигналы от мышечных веретен, несущие информацию о величине напряжения мышц, их не достигают.

Отсюда вытекает существенное для методики специальной подготовки, а именно: в оптимальных условиях, несмотря на изменение мышечных усилий, скоростные характеристики (темп, ритм), относящиеся к суставной информации, оказывают решающее влияние на характер последующего движения (отталкивания), выполненного в изменённых условиях.

Результат раздражений (мышечное сокращение) центральная нервная система отслеживает и корректирует в соответствии с достигаемостью цели.

ЦНС, перерабатывая огромное количество информации, каждый раз вновь решает двигательную задачу [Бернштейн Н.А., 1990].

Если ЦНС не справляется с регуляцией, то появляется излишнее мышечное напряжение, закрепощённость, что быстро приводит к утомлению.

Автоматизм движений определяется не отработанной последовательностью нервных импульсов, а переключением регуляции с уровня, требующего интеллектуального (волевого) контроля, на уровень его не требующий (рис. 1).

Совершенная регуляция движений происходит без волевого контроля.

Для повышения эффективности движения необходимо не только точное приложение собственных сил, но и всё большее использование в организации движения инерционных сил, внешних и внутренних.

Таким образом, мы видим, что движение за счёт собственных мышечных усилий при волевом контроле, без максимально возможного использования инерционных сил, не эффективно.

Итак, совершенствование регуляции движений заключается в максимальном использовании внешних и внутренних инерционных сил, и снижении уровня регуляции с волевого контроля на не осознаваемый уровень (рис. 1).

Методические выводы:

1. В движении участвуют все уровни регуляции при одном ведущем.

2. Иннервация непредсказуема, но даёт предсказуемый результат.

3. Однотипные циклические движения осуществляются разной иннервацией.

4. Рациональность движений достигается их многократным повторением с переходом от волевого контроля на неосознаваемый уровень регуляции.

5. При отработке двигательного стереотипа (техники движения) можно не учитывать силу мышечных сокращений, то есть технику целесообразно отрабатывать в облегчённых условиях.

6. Через темпо-ритмовые параметры движений нарабатывается двигательный стереотип.

7. Совершенствование техники движений не требует волевого контроля.

8. Движения становятся совершенными и эффективными при следующих условиях:

- максимальное использование инерционных сил;

- отключение психики от контроля движений и анализа ощущений, сопровождающих движения.