Лекция 4. Основные условия движения человека

Движение человека — сложный двигательный акт, осуществляемый посредством взаимодействия человека с окружающей средой.

Анализ движений человека опирается на три крупные науки: анатомию человека, физиологию человека и механику материальных тел.

Анатомия аппарата движения (строение и функция костей, суставов и мышц). Дает сведения о двигательных возможностях человека. Физиология раскрывает закономерности деятельности органов движения. Механика учитывает законы, по которым движения осуществляются. В самом деле, даже простое стояние есть сложный акт. Чтобы тело человека сохранило равновесие, необходимо равновесие внешних сил, действующих на тело. К ним относятся сила тяжести и сила реакции опоры. Центр тяжести (ц. т.) человека должен проектироваться на опору, и, чтобы он не смещался, сус­тавы должны быть закреплены в неизменном положении мышцами. Однако некоторое смещение центра тяжести неизбежно вследствие непрерывного движения крови по сосудам, изменения объема грудной клетки в процессе дыхания и объема работающего сердца. Постоянно протекающие процессы в организме вызывают непрерывное перераспределение тонуса мышц для поддержания равновесия. Изменение тонуса мышц осуществляется рефлекторно. Раздражителем служит давление на опору, воспринимаемое ре­цепторами кожи подошвы, а также проприорецепторами (заложенными в мышцах, связках, сухожилиях и суставных сумках) и вестибулярным аппа­ратом.

Запись пути движения головы на кимографе показала, что в положении стоя происходит непрерывное колебание тела. Из области патологии извес­тен пример, когда человек, лишенный чувствительности рецепторов кожи — стопы, не мог стоять с закрытыми глазами. Больному казалось, что под ногами пропасть, что у него нет опоры, и человек падал. Механизм сохра­нения равновесия таков: раздражители окружающего внешнего мира дей­ствуют на воспринимающие приборы человека — рецепторы; последние под влиянием раздражителей возбуждаются. Волны возбуждения бегут по чувствительным нервам, связывающим рецепторы с центральной нервной системой, к мозгу. В соответствующих нервных центрах возникает возбуж­дение, происходит переработка волн возбуждения и передача их на двига­тельные нейроны, несущие импульсы к соответствующим мышцам. Изме­нение напряжений мышц, окружающих сустав, вызывает движение звена, а следовательно, перемещение общего центра тяжести человека, которое, в свою очередь, является источником раздражения проприорецепторов, на­ходящихся в этих мышцах. От возбужденных проприорецепторов импуль­сы бегут в центральную нервную систему, вызывая новые сигналы, на­правленные от мозга к мышцам, и т. д. Поток импульсов, подобно электри­ческому току, начинает циркулировать как бы в замкнутом рефлекторном кольце, обеспечивая непрерывное поддержание звеньев тела в нужных для осуществления равновесия положениях. Центральная нервная система в данной позе непрерывно корригирует малейшие смещения частей тела, могущие вызвать нарушение равновесия. Это «функциональное кольцо», как правило, замыкается на низших уровнях центральной нервной системы (средний, промежуточный, продолговатый, спинной мозг). Управление осознанными движениями осуществляется в коре головного мозга.

Движения человека от сгибания пальца до сложнейших прыжков и пи­руэтов выполняются двигательным аппаратом. Работа мышц и устройство суставов обусловливает направление и объем движений звена.

Изучение механики живого тела человека начинается с определения центра его тяжести.

Общий центр тяжести тела во время свободного стояния у мужчин обычно приходится на 1,5 см кзади от передне-нижнего края тела V поясничного позвонка у женщин — на 0,5 см кпереди от передне-нижнего края тела I крестцового позвонка и на 3 см ниже, чем у мужчин (Г. С. Козырев).

Положение центра тяжести зависит от физических особенностей человека — его осанки, телосложения, половых и возрастных различий (развития мускулатуры, массивности костяка, жироотложения и пр.). У детей центр тяжести располагается выше, чем у взрослых; у тяжелоатлетов ниже, чем у гимнастов, и т. д. Тело тем устойчивее, чем ниже расположен центр его тяжести. Чем длиннее ноги, тем выше центр тяжести и менее устойчиво тело, поэтому отношение их длины к туловищу имеет определенное значение при трудовых процессах, которые связаны с откидыванием (качанием) туловища назад. Такие движения имеют наибольший производственный эффект у длинноногих людей.

Перпендикуляр, опущенный из этого центра, так называемая вертикаль тяжести, проецируется на площадь опоры, каковой являются подошвенная поверхность обеих стоп и расположенное между ними пространство.

Площадь опоры увеличивается при раздвигании стоп. Равновесие человеческого тела, подчиняясь законам физики, тем устойчивее, чем больше эта площадь и чем центральное в ее пределах проецируется вертикаль тяжести. Равновесие нарушается сразу же, как только эта вертикаль выносится за пределы площади опоры.

Тело человека не монолитное целое: оно состоит из отдельных, подвижно соединенных звеньев. Сохранение им равновесия связано с особенностями строения, обеспечивающими взаимное укрепление этих звеньев. Для удержания тела в вертикальном положении главное значение имеют живые механизмы: скелет и мышцы, противодействующие силе тяжести. Соединения звеньев тела, в основном суставы, таковы, что сила тяжести действует на их фронтальные оси и вызывает сгибание или разгибание частей тела.

В напряженном положении «смирно» в отличие от положения «вольно» тело подается вперед. Вследствие этого вертикаль тяжести проходит впереди не только коленных и голеностопных, но и тазобедренных суставов и достигает площади опоры вблизи ее передней границы. Чтобы предохранить тело от падения, мышцы, расположенные позади поперечных осей этих суставов, должны находиться в непрерывном напряжении. Особенно велика работа большой ягодичной мышцы, удерживающей в тазобедренном суставе своим напряжением туловище от падения вперед. В нижерасположенных суставах условия сохранения равновесия те же, что и при положении «вольно». Но так как в положении «смирно» вертикаль тяжести в большей мере отклонена вперед от коленных суставов, чем в положении «вольно», то для укрепления этих суставов уже недостаточно работы только икроножной мышцы, необходимо напряжение мышц задней группы бедер.

При стоянии человек сравнительно редко равномерно опирается на обе ноги. Симметричный тип стояния очень утомителен, так как требует напряжения большого числа мышц на обеих сторонах тела. Обычно люди предпочитают асимметричное стояние, нагружая одну ногу сильнее другой. При этом таз наклоняется, а поясничный отдел позвоночника изгибается в сторону менее нагруженной конечности, центр тяжести смещается, но его вертикаль остается в пределах опорной стопы. Большая часть мышц ненагруженной стороны при асимметричном типе стояния расслаблена.

Ходьба. Ходьба — это одно из основных состояний тела в динамике. Она представляет собой сложное поступательное движение, в котором нарушение равновесия тела чередуется с его восстановлением. Ходьба состоит из попеременной опоры тела то на обе ноги (фаза двойной опоры), то на одну (фаза переднего и заднего шага). Таким образом, при ходьбе тело не теряет соприкосновения с опорной поверхностью, что отличает ходьбу от других локомоторных движений (например, бега). Начинается ходьба с выведения вертикали тяжести за переднюю границу площади опоры, вследствие чего теряется равновесие. Одна из ног сокращением передних групп мышц бедра и голени выносится вперед для создания новой площади опоры, тело же от падения удерживается напряжением большой ягодичной мышцы другой, опорной, ноги. Когда вынесенная вперед нога соприкоснется с опорной поверхностью (пяткой), кончается фаза переднего шага и наступает фаза двойной опоры. Теперь начавшееся поступательное движение тела продолжается в силу инерции и благодаря отталкиванию от земли второй, оставшейся позади ногой; так начинается третья фаза заднего шага. Отталкивание производится сначала пяткой, которая отрывается от земли в результате сокращения трехглавой мышцы голени, после чего носком, отрывающимся благодаря сокращению длинного сгибателя большого пальца. Тело, испытавшее новое поступательное движение, снова оказывается выведенным из равновесия, в результате чего сокращением сгибателей тазо-бедренного сустава «задней» ноги последняя переносится вперед. После того как переносная нога пройдет мимо опорной (момент вертикали), она вступает в фазу нового переднего шага.

Как видно из всего сказанного, помимо поступательного движения вперед, при ходьбе происходит также движение в той же сагиттальной плоскости вертикально вверх и вниз благодаря «перекатыванию» стопы с пятки на носок. Кроме того, перемещение происходит еще и во фронтальной плоскости. Оно осуществляется в тазобедренном суставе опорной ноги вследствие сокращения отводящих мышц (средней и малой ягодичных). Благодаря этому туловище отводится в сторону опорной ноги, поднимает двигающуюся ногу над землей и не дает ей волочиться, как это наблюдается у стариков с ослабленной мускулатурой.

Бег. Основное отличие бега от ходьбы заключается в отсутствии периода двойной опоры тела на ногу, уже вынесенную вперед, и на «заднюю», еще не оторванную от земли. Более сильное отталкивание тела «задней» ногой замещает момент двойной опоры тела периодом полета его в воздухе.

Толчки при ходьбе, а особенно при беге и прыжках доходят до внутренних органов и головного мозга резко ослабленными. Это объясняется способностью нижних конечностей и особенно позвоночника пружинить. Изгибы позвоночника и межпозвонковые диски способствуют плавности движения тела.

Структура аппарата движения определяет двигательные - возможности человека. Рассмотрим примеры:

Рис. 1. Мышцы нижней конечности, участвующие в опускании и поднима­нии на одной ноге:1 — большая ягодичная; 2 — прямая; 3 — икроножная; 4 — камбаловидная; 5 — мыш­цы подошвы.

Например, такое движение, как «вынимание ноги в сторону», начинается в тазобедренном суставе работающей ноги, продолжается в тазобедренном суставе опорной ноги и завершается в суставе опорной стопы.

Движение вокруг одной оси называют одной степенью свободы дви­жения. Количество степеней свобод движений звена зависит от формы и строения сустава. Суставы, имеющие сферическую форму, обладают тремя степенями свободы движения; суставы, имеющие эллиптическую форму, обладают двумя степенями свободы движений. Все движения, происходя­щие в промежуточных направлениях, осуществляются по переходным осям. В частности, круговые движения происходят по осям, промежуточ­ным между фронтальной и сагиттальной.

Определение степени свободы дви­жения выносится на практическое занятие №2. Используя данные табл. 1 необходимо определить амплитуду движений испытуемых по сус­тавам в возможных направлениях:

Табл. 1.

Амплитуда движений человеческого тела (в градусах)

Суставы	Сгибание		Отведение		Поворот
	вперед	назад	вперед	назад	вперед	назад
1. Плечевой	90	45	90	30	85	85
2. Локтевой	140	–	–	–	–	–
3. Луче-локтевой	–	–	–	–	80	80
4. Луче-запястный	70	80	20	40	2	–
5. Запястно-пястный 1 пальца	35	–	45	–	–	–
6. Пястно-фаланговые	90	–	45	–	–	–
7. Межфаланговые проксимальные	110	–	–	–	–	–
8. Межфаланговые проксимальные	80	–	–	–	–	–
9. Тазобедренный	120	15	60	30	60	45
10. Коленный	–	130	–	–	30	30
11. Голеностопный	25	454	12	12	13	13

В основе понимания движения материальных тел лежат законы динамики, сформулированные Ньютоном. Внешними силами являются силы, возникающие при взаимодействии тел. Они являются результатом, следствием механического взаимодействия тел. Механическое взаимодействие тел может выражаться в виде притяги­вания или в виде отталкивания тел друг от друга. Например, любое движе­ние человека по земле порождает и силу реакции опоры; взаимодействие птицы с воздушной средой порождает силу реакции (сопротивление) воз­духа, взаимодействие рыбы с водой порождает силу реакции воды. Эта си­ла и обусловливает перемещение тел в данной среде.

Знание законов механики помогает правильно оценить условия для ме­ханического перемещения тела. Например, наклон пола на сцене предъявляет особые требования и к позе и к самому движению танцора, так как изменяет усло­вия действия внешних сил на человека; одни и те же упражнения у палки отличаются от упражнений на середине по трудности в силу механических причин (разных условий опоры).

Движение живых существ и, прежде всего, человека представляет сложное явление, в котором взаимодействие человека с окружающими те­лами совершается рефлекторно.

Преддверьем к анализу упражнений служат сведения по анатомии, фи­зиологии, механике.

Лекция 5. Мышечная механика и телосложение человека

Движение человека происходит при участии внешних и внутренних сил. Внешними силами называются силы, действующие между разными телами (человеком и землей) Внутренними называются силы, действую­щие внутри человека, между звеньями его тела. Человек обладает актив­ными и пассивными внутренними силами. К пассивным относятся силы

Большинство антропометрических показателей имеют значи­тельные индивидуальные колебания. Уже при первом взгляде на человека видны особенности его индивидуального строения. В анатомии имеется понятие о типах телосложения. Телосложение определяется генетическими (на­следственными) факторами, влиянием внешней среды, социальны­ми условиями. Нормальная анатомия рассматривает расположение частей тела и органов человека, который стоит с опущенными супинированными верхними конечностями (ладони обращены вперед). В каждой части тела выделяют области (рис. 1).

В качестве ориентиров в анатомии служат линии и плоскости (рис. 2). Для определения положения органов используют три взаимно перпендикулярные плоскости: сагиттальную (от лат. sagitta — стрела), вертикально рассекающую тело спереди назад; фронтальную (от лат. frons — лоб) плоскость, перпендикулярную к первой, вертикальную (ориентированную справа налево) соответственно плоскости лба; и горизонтальную (плоскость, перпен­дикулярную первым двум). В теле человека условно можно прове­сти множество таких плоскостей. Сагиттальную плоскость, которая делит тело пополам на пра­вую и левую половины, называ­ют срединной.

Для обозначения расположения органов по отно­шению к горизонтальной плос­кости применяют термины верхний (краниальный — от лат. cranium — череп), нижний (каудалъный — от лат. cauda — хвост); по отношению к фрон­тальной плоскости — передний (вентральный — от лат. ven­ter — живот), задний (дорсальный — от лат. dorsum — спи­на). Выделяют также понятия боковой (латеральный), распо­ложенный на удалении от сре­динной сагиттальной плоско­сти, и средний (медиальный), лежащий ближе к срединной плоскости. Для обозначения ча­стей конечностей применяются термины — проксимальный (рас­положенный ближе к началу конечности) и дистальный, на­ходящийся дальше от тулови­ща. Кроме того, в анатомии употребляются такие общие прилагательные, как правый, левый, большой, малый, поверх­ностный, глубокий.

Рис. 2. Схема осей и плоскостей в теле человека:

1 — вертикальная (продольная) ось, 2 — фронтальная плоскость, 3 — горизонталь­ная плоскость, 4 — поперечная ось, 5 — сагиттальная ось, 6 — сагиттальная плос­кость

При изучении анатомии у живого человека органы про­ецируют на поверхности тела. Для определения их границ ис­пользуют ряд вертикальных ли­ний. Это — передняя и задняя срединные, правая и левая грудинные, проведенные вдоль со­ответствующих краев грудины; среднеключичные, проведенные через середины ключиц; подмышечные: передние, задние, средние, проведенные через соответствующие края и середину подмышеч­ной ямки; лопаточные — проведенные через нижние углы лопаток.

В современной антропологии существует много классификаций.

Выделяют три типа телосложения человека: мезо­морфный, брахиморфный и долихоморфный. К мезоморфному (от греч. mesos — средний) типу телосложения (нормостеники) были отнесены те люди, чьи анатомические особенности прибли­жаются к усредненным параметрам нормы (с учетом возраста, пола и т. д.).