Биомеханический анализ. Кинематические характеристики движений человека. Инерционные характеристики тела

Что такое биомеханика?

Название включает в себя греческие слова bios — жизнь и mexane — механизм, рычаг. В отличие от традиционной механики, в которой рассматривается движение и взаимодействие предметов, биомеханика это наука, которая изучает и анализирует многогранные и разносторонние движения живых существ. В фитнесе, да и во всех видах спорта, особенно подвижных, биомеханика рассматривается и используется, как базовая наука и имеет большое значение. Основу биомеханики составляют физиология, геометрия, математика, анатомия и физика в разделе механики. Не меньше биомеханика связана с психологией и биохимией. Все варианты взаимодействия прикладных наук полезны и приносят ощутимую пользу.

Биомеханическая мускульная работа

Работа любой мышцы человеческого опорно-двигательного аппарата основаны на умении и возможности мышцы сокращаться. В момент мышечного сокращения сама мышца укорачивается, а обе точки крепления к костям сближаются одна относительно другой. Подвижная точка Insertion начинает приближаться к начальной неподвижной точке крепления Origin, так осуществляется движение данной конечности.

Если применить это качество и свойство мышечной материи к области фитнеса, то открывается возможность выполнения определенной механической работы (подъем штанги, перемещение конечности с гантелей), прилагая разную степень мышечного усилия. Мышечная сила в данном случае будет определяться площадью сечения мышечных волокон, или говоря простым языком площадью разреза мышцы в поперечнике. Размер мышечного сокращения определен длиной мышечного волокна. Соединения костей и взаимодействие с мышечными группами устроено в форме механического рычага, позволяющего выполнять простейшую работу по поднятию и передвижению предметов.

Механика учит нас, что чем дальше от оси будет приложена сила, тем выше кпд, ибо благодаря большому плечу рычага, работу можно выполнить с меньшими усилиями. Так и в биомеханике — если мышца крепится дальше от опорной точки, тем более выгодно будет использована ее сила. П.Ф. Лесгафт в этом смысле квалифицировал мышцы на сильные, имеющие крепление дальше от опорной точки и быстрые или ловкие, имеющие точку крепления вблизи опоры.

Мышечное движение всегда производится в двух противоположных направлениях. По этой причине для выполнения двигательного процесса вокруг одной опорной точки необходимо наличие двух мышц на противоположных сторонах одна от другой. Направления движения в биомеханике тоже получили свои определения: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и горизонтальное отведение, ротация медиальная и ротация латеральная.

Мышца, которая вызывает момент движения при сокращении и принимает на себя основную нагрузку, называется агонистом — Prime mover. Каждое сокращение мышцы-агониста приводит к полному расслаблению противоположной ей мышцы-антагониста. Если мы выполняем сгибание в локте, агонистом будет являться сгибатель локтя — бицепс, а антагонистом в этот момент будет разгибатель локтя — трицепс. После окончания движения обе мышцы будут уравновешивать друг друга, находясь в немного растянутом состоянии. Это явление называется мышечным тонусом. Мышцы, помогающие выполнять движение мышце-агонисту и действующие в одном с ним направлении, но испытывающие меньшую нагрузку и меньшую степень сокращения называются синергистами. Мышцы, обеспечивающие устойчивость и равновесие определенному суставу при выполнении движения, называются фиксаторами. Помимо фиксаторов значительную роль в тренировочном процессе выполняют мышцы стабилизаторы, которые работают в качестве элементов равновесия тела при смещении центра тяжести и увеличении общей силовой нагрузки. Кроме того мышцы стабилизаторы участвуют в повседневной жизни человека в обеспечении равновесного расположения частей тела относительно друг друга вне силовой тренировки.

В любой момент движения, кости образуют механические рычаги, следуя за мышечными командами.

Биомеханика выделяет три вида биомеханических рычагов:

• рычаг 1 рода, где точки приложения силы расположены с противоположных сторон от оси;
• рычаг 2 рода, где точки приложения силы располагаются по одну сторону от оси, но на разном от нее расстоянии, поэтому здесь применимы два вида рычага, условно называемые «рычаг силы» и «рычаг скорости».

Рассмотрим виды рычагов более подробно:

Рычаг 1 рода

В биомеханике он называется «рычагом равновесия». Поскольку точка опоры расположена между двумя точками приложения силы, рычаг еще называют «двуплечим». Такой рычаг нам демонстрирует соединения позвоночника и черепной коробки. Если вращающий момент силы, действующей на затылочную часть черепа равен вращающему моменту силы тяжести, действующему на переднюю часть черепа, и они имеют одинаковое плечо рычага, достигается равновесие. Нам удобно, мы не замечаем разнонаправленного действия, и мышцы не напряжены.

Рычаг 2 рода

В биомеханике он подразделяется на два вида. Название и действие этого рычага зависят от места расположения приложения нагрузки, но у рычагов обоих видов точка приложения силы точка приложения сопротивления находятся по одну сторону от точки опоры, поэтому оба рычага являются «одноплечими». Рычаг силы образуется при условии, что длина плеча приложения силы мышц длиннее плеча приложения силы тяжести (сопротивления). В качестве наглядного примера можно продемонстрировать человеческую стопу. Осью вращения здесь являются головки плюсневых костей, пяточная кость служит точкой приложения силы, а тяжесть тела образует сопротивление в голеностопном суставе. Здесь имеет место выигрыш в силе, за счет боле длинного плеча приложения силы и проигрыш в скорости. Рычаг скорости имеет более короткое плечо приложения мышечной силы, чем плечо силы противодействия (силы тяжести). Примером может служить работа мышц сгибателей в локтевом суставе. Бицепс крепится вблизи точки вращения (локтевой сустав) и с таким коротким плечом необходима дополнительная сила мышце сгибателю. Здесь имеет место выигрыш в скорости и ходе движения, но проигрыш в силе. Можно заключить, что чем ближе от места опоры будет крепиться мышца, тем короче будет плечо рычага, и тем значительнее будет проигрыш в силе.

При соединении двух костных пар образуется биокинетическая пара, характер движения в которой определяется строением костного сочленения (сустава), работой мышц, сухожилий и связок. Подвижность в суставе может зависеть от многочисленных факторов: пола, возраста, генетического строения, состояния ЦНС.

Для того чтобы оптимально и правильно принять исходное положения для выполнения упражнений необходимо напрямую руководствоваться знанием законов рычагов первого и второго типов. Если мы изменим положение конечности или туловища, то в свою очередь определенным образом изменится длина плеча рычага конечности или туловища. В любом случае всегда исходное положение выбирается таким образом, чтобы начальный период тренировки сопровождался менее нагрузочными положениями конечностей и корпуса. В дальнейшем, в зависимости от состояния и формы тренирующегося, можно постепенно увеличивать длину плеча рычага, для усиления воздействия на определенную мышечную группу. Увеличение силы противодействия одновременно с удлинением плеча рычага в свою очередь еще больше акцентирует внимание на укрепление силы конкретной мышечной группы или одной мышцы.

Для осуществления технически грамотного движения в момент выполнения упражнения, необходимо и важно знать, в каком направлении работает сустав, соединяющий активную мышечную группу. Здесь нам необходимо опять обратиться к анатомическим плоскостям. Виды и описание осей и плоскостей даны в разделе кинезиологии. Виды и названия суставов вы можете найти в разделе анатомии. Опорно-двигательный аппарат человека представляет собой различные костные сочленения, соединенные друг с другом посредством суставов. Тело человека может свободно перемещаться в шести направлениях: вперед и назад, вправо и влево, вверх и вниз. Определенная классификация суставов позволяет движения в этих направлениях.

Суставы трехосные — это самые подвижные суставы, они свободно обеспечивают движение в трех направлениях. Примером служат: соединения черепа и позвоночника, межпозвонковых дисков, плечевые суставы, лучевой и тазобедренный. Подобные суставы имеют шарообразную форму. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной, корональной и трансверсальной плоскостях. В этих суставах тренирующийся имеет возможность выполнять все виды движений: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и отведение, медиальную и латеральную ротацию.

Суставы двухосные — обеспечивают движение в двух направлениях, менее подвижны. Они имеют форму эллипса или седла. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной и корональной плоскостях. Примером служат суставы пальцев рук, лучезапястный сустав. Здесь возможны сгибание и разгибание, приведение и отведение.

Суставы одноосные — обеспечивают однонаправленное движение. Они имеют форму цилиндров и блоков. Примером служат плече локтевой, лучевой, коленный, голеностопный суставы. Движения возможны в сагиттальной плоскости и это сгибания и разгибания. В лучевом суставе возможна ротация латеральная (супинация) и ротация медиальная (пронация).

Несмотря на то, что многие крупные мышцы рассматриваются в анатомии как единое целое, различные части и отделы больших мышц могут осуществлять неодинаковые движения. В сгибании плеча, например, принимает участие Deltoid Anterior, в отведении плеча Middle Deltoid, а в разгибании Deltoid Posterior. Данные знания являются основой для составления индивидуальной программы тренировок, которую инструктор или тренер готовит для тренирующегося. Это позволяет грамотно осуществить подбор необходимых упражнений для воздействия на конкретную мышцу или мышечную группу.

В зависимости от того, какое исходное положение принимает тренирующийся, выполнение определенного упражнения может усложняться или облегчаться. Поэтому общая эффективность тренировки также зависит от исходного положения в выполнении упражнения. В фитнесе мы применяем следующие исходные положения: положение лежа — самое простое и легкое, положение сидя — менее легкое и положение стоя — с малой площадью опоры и поэтому достаточно сложное для удержания равновесия.

Для сглаживания разбалансировки в положениях тела с неустойчивым равновесием используются упоры. Очень распространенным является упор лежа. Это закрытая кинематическая цепь, поскольку все части тела замкнуты. Устойчивость и равновесие имеют достаточно высокую степень, центр тяжести расположен низко, площадь опоры большая.

Для примера верхней опоры могут послужить висы. Висы тоже считаются достаточно устойчивыми. Тело человека испытывает силу растяжения под тяжестью собственного веса. Руки прямые и соприкасаются с опорой в фиксировано положении. Вис является силовым упражнением уже сам по себе. Подтягивания на перекладине являются сложным силовым упражнением, которое может выполнить только подготовленный спортсмен с сильно развитыми мышцами верхнего пояса и верхних конечностей. В таком положении любая двигательная активность является сложно выполнимой, поэтому можно использовать опору для ног.

Ходьба — повседневная двигательная активность человека. Это попеременное движение ног. Одна нога служит опорой в тот момент, когда другая находится в воздухе и движется вперед. Ноги поочередно сменяют друг друга, меняя последовательно опорную фазу на двигательную.

Бег — быстрые циклические шаги, требующие от опорно-двигательного аппарата достаточно больших энергозатрат, напряжения центральной нервной системы, хорошей физической формы. Измеряется длиной шага, скоростью бега и длительностью временного промежутка.

Приседания — выполняются мышцами нижних конечностей. Площадь опоры достаточно мала, равновесие не обладает достаточной устойчивостью. При опоре руками выполнение приседаний значительно облегчается. Чем приседания глубже, тем они тяжелее. Усложнение упражнений осуществляется за счет темпа и числа приседаний, возможно дополнительное отягощение на плечи.

Прыжки — это поочередные отталкивания тела от площади опоры. Главную работу выполняют мышцы нижних конечностей, мышцы туловища и рук участвуют в движении, обеспечивая вспомогательную функцию.

Биомеханика-наука, изучающая различные аспекты функционирования биологических тканей, органов и систем на основе методов теоретической и экспериментальной механики. Роль биомеханических исследований в реабилитации больных с двигательными нарушениями определяется тем, что эти исследования позволяют существенно расширить представления о характере и степени поражения опорно-двигательного аппарата, обеспечить объективный контроль за пррцессами восстановления.
Формально гониометрия и динамо-метрия, описанные в разделе 2.2.1, также относятся к методам биомеханики; эти методы позволяют регистрировать какой-то один параметр движения (угол, силу), их применение доступно любому реабилитологу и не требует наличия в реабилитационном учреждении биомеханической лаборатории и специально обученного персонала. Чаще все же под биомеханическим обследованием подразумевают более сложное, комплексное изучение функций, требующее специальной аппаратуры и программных комплексов. Такое обследование является достаточно дорогостоящим, оно обычно проводится в крупных реабилитационный центрах, оснащенных современной аппаратурой и нередко выполняющих не только практические, но и научно-исследовательские функции. Применительно к больным с локомоторными нарушениями наиболее часто проводятся биомеханические исследования, касающиеся походки, поддержания вертикальной позы, оценки деформации позвоночника.

2.4.3.1. Исследование походки

Ходьба человека является сложным, произвольным актом, в котором задействованы различные уровни нервной системы, мышцы, связки, костно-суставной аппарат. Характер походки определяют шесть основных детерминант, к которым относятся :
1. Вращение таза.
2. Наклон таза (движение Тренделенбурга).
3. Сгибание в коленном суставе при опорном периоде.
4. Механизм флексии и экстензии голеностопного сустава.
5. Ротация коленного, голеностопного суставов.
6. Латеральное расположение таза.
В норме организация ходьбы обеспечивает наиболее плавное движение общего центра тяжести тела. Так, 1-4 и 6-я детерминанты направлены на ограничение вертикальных перемещений (ускорений) общего центра тяжести. Пятая детерминанта направлена на уменьшение боковых перемещений общего центра тяжести. При патологии опорно-двигательного аппарата либо нервной системы очень часто наблюдаются нарушения походки [Фарбер Б.С. и соавт. 1995, Скворцов Д.В., 1996, Корнилов и соавт. 1997, Gage J.R. 1991].
При биомеханическом анализе походки используют следующие понятия (рис. 2.48):
Цикл шага - время от начала контакта с опорой данной ноги до следующего такого же контакта этой же ногой. Цикл шага для данной ноги состоит из периода опоры и периода переноса.
Период переноса - время отсутствия контакта ноги с опорной плоскостью.
Двуопорный период - время, когда обе ноги касаются опорной плоскости.
Частота шага - число единичных шагов в единицу времени.
Применение данных понятий подразумевает, что цикл шага незначительно меняется в течение обследования [Янсон Х.Я., 1975, Smidt C.L., 1985, Perry J., 1992].
Оценку походки у больного необходимо начинать с полного клинического анамнеза, собранного у пациента, а также с расспроса родственников и ухаживающего персонала. Далее следует детальный осмотр больного. При этом особое внимание следует обратить на состояние мышц, подвижность суставов, целостность скелета. Затем выполняется биомеханический анализ походки.
В зависимости от степени патологического процесса, конкретных задач обследования и, наконец, от наличия специальных технических средств для оценки характера походки, анализ может проводится с привлечением специального оборудования или без него.
Следующим этапом является формирование гипотезы о причинах, вызывающих аномальную походку. Проверка гипотезы может потребовать использования иных методов физиологических исследований, например, игольчатой электромиографии или ортостатической пробы. В ряде случаев эффективной бывает попытка модифицировать походку обследуемого. С этой целью можно использовать специальную ортопедическую обувь или ортезы.

Проведение анализа походки без привлечения специальных технических средств включает визуальное изучение ходьбы пациента (15-20 шагов). Следует обратить внимание на длину шага, ширину постановки стоп, движения рук и корпуса обследуемого. Необходимо выяснить как быстро утомляется пациент при длительной ходьбе, возникают ли у него болевые ощущения, места их локализации.
Результатом такого анализа может быть словесное описание характера ходьбы и оценка его по трехбальной системе:
1) нормальная;
2) удовлетворительная;
3) неудовлетворительная.
Ниже дана визуальная характеристика походки при некоторых видах поражения опорно-двигательного аппарата.
Гемиплегия после инсульта или черепно-мозговой травмы характеризуется отведением паретичной ноги в сторону, паретичная рука согнута в локте и приведена к туловищу. Двустороннее поражение пирамидной системы (например, при рассеянном склерозе) приводит к тому, что больной ходит мелкими шагами, с трудом отрывая ноги от пола и задевая его пальцами стоп. Поражения мозжечка приводят к резкому отклонению туловиша назад при каждом шаге. Парез малоберцовой группы мышц приводит к высокому поднятию пораженной ноги при ходьбе, ее резкому выбрасыванию вперед, шлепанью стопой по опорной поверхности. Парез мышц тазового пояса (например, при миопатии или последствиях полиомиелита) характеризуется так называемой «утиной» походкой. Корпус при этом совершает значительные колебания во фронтальной плоскости.
Проведение количественного анализа походки требует привлечения специального оборудования. Такие обследования, как правило, проводятся в специальных лабораториях . Надо отметить, что в последние годы разрабатывается все больше относительно дешевых компьютеризованных комплексов, которые позволяют быстро зарегистрировать и обработать большое количество параметров, характеризующих качество ходьбы.
В этом случае анализ походки включает:
а) кинематическое изучение движений конечностей корпуса и головы,
б) анализ сил реакции опоры и изучение характера давления различных участков стопы при ходьбе,
в) определение внутрисуставных и мышечных сил в различных моментах цикла шага.
Кинематическое изучение движений включает регистрацию и анализ перемещения, скорости, ускорения, резкости различных участков тела (голени, бедра, стопы, таза, плечевого пояса, головы) в трех плоскостях. При этом обычно движения конкретных сегментов ассоциируют с движениями конкретных точек. Для регистрации кинематических параметров используют специальные видеосистемы, которые при помощи нескольких видеокамер регистрируют различные моменты движений. Движения суставов могут регистрироваться также при помощи гониометров, укрепленных на суставах конечностей или акселерометров, установленных на нижних или верхних конечностях, голове. На рис. 2.49 приведены графики движения в суставах нижней конечности при ходьбе.
Ниже приведены некоторые термины, используемые при кинематическом анализе походки.
Гониометрия - регистрация угловых движений в суставах конечностей.

Ихнография - регистрация и анализ пространственных характеристик ходьбы. При обследовании для каждой ноги определяют длину шага, угол разворота стоп, ширину шага.
Подография - методика регистрации и анализа временных характеристик шага. Обычно используют методику регистрации нескольких независимых параметров, характеризующих ходьбу: время начала пяточного контакта правой ноги, время начала носочного контакта правой ноги, время окончания пяточного контакта правой ноги, время окончания носочного контакта правой ноги, время переноса правой ноги (нога не касается опоры). Для левой нога определят аналогичные величины. Также регистрируют время, характеризующее разницу между аналогичными моментами контакта стоп правой и левой ноги. Если цикл шага не значительно меняется в течении обследования, определяют цикл шага, период переноса, двуопорный период, цикл шага, частоту шага.
Анализ сил реакций опоры осуществляют при помощи специальных силовых платформ, вмонтированных в пол, на которые обследуемый наступает при ходьбе. Различают продольную, поперечную и вертикальную составляющие реакции опоры для каждой ноги. Характер давления различных участков стопы изучают при помощи специальных стелек, снабженных барорецепторами. Стельки устанавливают в обувь обследуемого. Информация о давлении на рецепторы передается на персональный компьютер и обрабатывается по специальному алгоритму.
Определение внутрисуставных сил происходит на основе решения обратной задачи механики. Математически решаются уравнения, связывающие массинерционные параметры сегментов тела, реакции опоры и силы, возникающие на іраницах суставных поверхностей. Мышечные усилия вычисляются аналогичным образом.

В таблице 2.9 приведены некоторые аномалии походки, выявляемые с помощью биомеханического обследования, с указанием возможных причин их возникновения.

Таблица 2.9
Общие аномалии походки, их возможные причины и диагностические доказательства по Winter, 1985)

2.4.3.1. Исследование устойчивости вертикальной позы

Под вертикальной позой понимают такое положение тела человека в пространстве, при котором взаимодействие его с опорной поверхностью под действием силы гравитации осуществляется лишь посредством нижних конечностей. Под устойчивостью вертикальной позы понимают способность человека противостоять возмущениям. Позу считают устойчивой, если при малых возмущениях отклонения от состояния равновесия тоже малы.
Поддержание вертикальной позы есть результат взаимодействия многих процессов, объединенных в единую функциональную систему, где доминирующая и регулирующая роль принадлежит центральной нервной системе, а исполнительная - опорно-двигательной системы (ОДС)[Анохин П.К., 1964]. Способность поддерживать вертикальное положение является поэтому" одним из важнейших показателей, определяющих функциональное состояние ОДС. Изучение этой способности позволяет количественно оценивать компенсаторные явления при травмах и заболеваниях ОДС; в том случае когда пациент не может ходить без дополнительной опоры, оценка устойчивости вертикальной позы остается фактически единственным исследованием, позволяющим делать количественные заключения о функциональном состоянии ОДС пациента, а иногда и содействовать в проведении экспертизы трудоспособности [Гурфинкель B.C., 1961].
Существует два подхода к оценке устойчивости вертикальной (ортоградной) позы. Первый основан на анализе динамических уравнений, описывающих ее конкретную модель. Однако практическое использование результатов модельных представлений в повседневной медицинской практике затруднено. Это связано с тем, что с биомеханической точки зрения тело стоящего человека предстаатяет собой многозвенный перевернутый маятник. Устойчивость его обеспечивается активным действием мускулатуры, управляемой центральными и рефлекторными механизмами. Число степеней свободы такой системы велико, а количественные параметры ее претерпевают значительные изменения как у одного, так и у различных людей, особенно при патологии.
Второй подход предполагает изучение с помощью специальных устройств определенных параметров, характеризующих процесс стояния, и анализ их изменения при внешних и внутренних воздействиях на человека [Гурфинкель B.C. и соавт., 1965,Фельдман А.Г., 1979]. Этот подход лежит в основе методик стабилографии, кефалографии и др.
Методика стабилографии впервые была описана в 1952 году Е.Б.Бабским и коллегами. Эта методика заключается в регистрации и анализе параметров, характеризующих движение горизонтальной проекции общего центра массы (ОЦМ) стоящего человека. Тело стоящего человека непрерывно совершает колебательные движения. Одним из первых их исследовал Romberg М.Н. в 1851 г., он же первый обратил внимание на различие колебаний тела здорового человека и неврологических больных. Движения тела при поддержании вертикальной позы отражают различные механизмы управления мышечной активностью. Основным параметром, по которому происходит регуляция мышечной активности, является перемещение общего центра массы человека. Стабилизация положения ОЦМ осуществляется за счет стабилизации корпуса, которая, в свою очередь, обеспечивается на основе переработки информации о положении и перемещении его в пространстве . Получение такой информации обеспечивается зрительным, вестибулярным, проприоцептивным аппаратами.
Для регистрации движения ОЦМ используется специальное устройство - стабилограф. Он состоит из опорной платформы, закрепленной на основании посредством чувствительных элементов. При обследовании испытуемый стоит на опорной платформе, при этом чувствительные элементы регистрируют опорные реакции ног человека. Следует отметить, что чувствительные элементы регистрируют не перемещение ОЦМ, а более сложную характеристику его движения [Гурфинкель Е.В., 1974]. Так, в натуральной стабилограмме низкочастотный сигнал описывает перемещение ОЦМ, а высокочастотные составляющие отражают ускорение ОЦМ. В связи с этим стабилографы могут давать ошибку в измерении перемещения в горизонтальной проекции ОЦМ, которую нужно учитывать для каждого конкретного аппарата во избежании неправильного толкования результатов обследования.
Существует много моделей стабилографов. Серийно их выпускают фирмы KISTLER, BERTEC, ANIMA, АМП, ОКБ Ритм. На рис. 2.50 показана внешний вид компьютеризированного стабилографа. Обычно определяют следующие характеристики стабилограммы: средний модуль

перемещения ОЦМ, амплитуда и средняя амплитуда этого перемещения. Исследуют также диапазон колебаний ОЦМ, который в норме довольно широк. На стабилограмме выделяются следующие колебания ОЦМ: (1) медленные колебания с частотой 1-3 колебание в минуту и амплитудой более 10 мм; (2) основные колебания с частотой 23-25 в минуту и амплитудой 3,3-3,5 мм; (3) малые колебания с частотой 33-35 в минуту и амплитудой до 1 мм; (4)очень медленные колебания частотой 4-5 в час. [Агаян Г.Ц., 1979, 1981, 1989; Гурфинкель B.C. и соавт., 1961].
Г.Ц.Агаян для опенки стабилограммы, кроме того, применял метод интегральных оценок и определял динамические характеристики вектора, описывающего движения ОЦМ (более точно - опорных реакций) - годографический метод. С развитием технической базы для обработки и анализа результатов стабилографического обследования все шире применяются спектральные методы.
Методика стабилографии на данный момент несомненно является наиболее распространенной и популярной методикой, используемой при изучении вертикальной позы. Это прежде всею объясняется тем, что стабилограмма является интегративным показателем, характеризующим устойчивость вертикальной позы. Однако, фактически одно и то же движение ОЦМ человека может быть реализовано при различных колебаниях частей его тела. Поэтому используют также методы регистрации движений различных частей тела, направленных на поддержание вертикальной позы.
Методика кефалографии - запись и анализ движений головы при стоянии; подробно описана Ю.М.Уфляндом . Кефалограф его конструкции позволяет вести одновременную запись колебаний головы во фронтальной и сагиттальной плоскостях. S.Gomez, D.Lush 11990] предложили модифицированную методику, при которой движение головы регистрируется посредством кардановой передачи и джойстика микрокомпьютера. Программно вычисляется среднее направление колебаний и их скорость, строится трехмерная диаграмма вероятности нахождения головы в зонах горизонтальной плоскости.
Следует учитывать, что укрепление к голове различных регистраторов в значительной степени нарушает естественность состояния, а движения головы относительно туловища искажают истинную картину колебаний корпуса, направленных на поддержание вертикальной позы. Регистрация движений корпуса поэтому считается более информативным способом определения устойчивости вертикальной позы (в сравнении с кефалографией).
Регистрация движений корпуса человека при стоянии осуществляется с помощью пьезоакселерометров ПАМТ [Антонец В.А. и соавт., 1986], установленных на дорсальной поверхности крестца (методика аксемрометрической стабилографии, рис. 2.51). Эта методика имеет ряд модификаций и довольно широко применяется в клиничєской практике [Смирнов Г.В., 1992].
С развитием научно-технического прогресса появились сложные стерео-кинометрические установки для регистрации движений человека, например, ELITE, SELSPOT,OXFORD METRIC. Их работа основана на регистрации движения специальных маркеров, установленных на теле человека при помощи нескольких скоростных кинокамер. При этом полученные данные обрабатываются компьютером.
Широко применяются методы определения устойчивости, в которых на человека действуют внешние возмущения. Это могут быть колебания или

движения опорной поверхности, силовые воздействия на корпус обследуемого, вибрационная стимуляция мышц, раздражение зрительного и вестибулярного анализатора. Так, комплексы Equitest u Balans Master (фирма NeuroCom Int) содержат стабилограф с подвижным основанием и систему визуальной стимуляции. Обследование на этих комплексах позволяет оценить работу зрительного, вестибулярного, проприоцептивного аппарата в процессе поддержания позы.
Различные изменения в зрительном пространстве вызывают уменьшение устойчивости стояния и даже могут вызвать падение обследуемого. Закрывание глаз здорового обследуемого приводит к увеличению спектральной мощности фронтальных и сагиттальных колебаний стабилограммы и сдвигу ее максимума с 0,2 Гц на 0,6 Гц.
Изменения в вестибулярном аппарате также значительно нарушают обеспечение вертикальной позы и проявляются в изменении характера стабилограммы и движений корпуса, направленных на поддержание вертикальной позы.
В обеспечении вертикального равновесия человека существенную роль играют различные синергии. Выявлены синфазные с дыхательными движениями колебания в шейном отделе позвоночника, коленном, тазобедренном суставах. Поэтому дыхательные экскурсии, несомненно связанные с перемещением массы, фактически не влияют на стабилограмму. Различные заболевания могут приводить к разрушению дыхательной синергии. Так, например, у больных с опухолью задней черепной ямки движения в тазобедренном и «туловищном» суставах уже не являются противофазными, как у здоровых людей. Необходимо отметить что у любого индивидуума в определенных условиях существуют характерные синергии, обеспечивающие ортоградную позу [Эльнер AM., 1975, Smirgov G, 1992].
Часто одним из первых признаков заболевания является нарушение нормальной симметрии функциональных параметров организма. Наличие же компенсаторных явлений и эффективность лечебных мероприятий можно оценить по уменьшению асимметрии [Брагина Н.Н., Доброхотова Т.А., 1988, Гринштейн Е.Я., 1985].
Для описания индивидуальности в поддержании ортоградной позы используется понятие - «индивидуальный профиль устойчивости вертикальной позы» [Смирнов Г.В.1994]. Индивидуальный профиль устойчивости представляет собой соотношение основных биомеханических параметров, характеризующих поддержание вертикальной позы на момент обследования.
Для описания общих закономерностей в обеспечении устойчивости вертикальной позы различных контингентов обследуемых (клинически здоровых людей, больных с определенным видом патологии) применяют понятие «групповой профиль устойчивости вертикальной позы». Групповой профиль устойчивости здоровых имеет следующие особенности:
При двуопорном стоянии средний модуль перемещения горизонтальной проекции ОЦМ во фронтальном направлении больше в 1,5 раза, чем в сагиттальном, средний модуль ускорения горизонтальной проекции ОЦМ во фронтальном направлении незначительно больше, чем в сагиттальном. Средний модуль перемещения крестца во фронтальном и сагиттальном направлениях больше в 2 раза, чем перемещение ОЦМ. Средний модуль перемещения крестца во фронтальном направлении больше в 1,3 раза, чем в сагиттальном. Средний модуль ускорения крестца в сагиттальном и фронтальном направлениях больше в 5-6 раз, чем ускорение ОЦМ. Выявлена высокая симметричность опороспособности ног при двуопорном стоянии (коэффициент асимметрии близок к 1).
При одноопорном стоянии средний модуль перемещения и ускорения горизонтальной поверхности ОЦМ в сагиттальном направлении незначительно больше, чем во фронтальном. Асимметрия нижних конечностей при стабилографических обследованиях незначительна (по перемещению во фронтальном направлении - 1,35, сагиттальном - 1,15, по ускорению соответственно 1,20 и 1,25). Коэффициенты асимметрии перемещений крестца при одноопорном стоянии во фронтальном направлении 1,5, сагиттальном 1,7. Средний модуль ускорения области крестца во фронтальном и сагиттальном направлениях не различаются. Коэффициенты их асимметрии при стоянии на одной ноге по сравнению с величиной при стоянии на другой ноге составляют 1,3.
В спектре ускорения области дорсальной поверхности крестца при двуопорном стоянии можно выделить три характерные области. Первая область доходит до 3 Гц: в ней сосредоточено 1/3 мощности спектра, в области от 3 Гц до 12 Гц - 1/2 мощности. В области выше 12 Гц - 1/6 мощности. В целом мощность спектра в сагиттальном направлении меньше, чем во фронтальном. При одноопорном стоянии распределение мощности по диапазонам сохраняется, однако, в целом, увеличитается мощность спектра ускорения в сагиттальном направлении. Коэффициенты асимметрии при одноопорном стоянии 1,2-1,4. Максимальные амплитуды спектра в различных диапазонах имеют большую вариабельность как при двуопорном, так и при одноопорном стоянии, поэтому их величина не может служить диагностическим признаком.
Патология опорно-двигательного аппарата могут существенно влиять на характер поддержания вертикальной позы; конкретные данные будут представлены при рассмотрении отдельных заболеваний (часть 2-я).

2.4.3.1. Топографическая оценка деформаций позвоночника

Для выявления различных деформаций позвоночника применяется топография спины - оптический метод измерения формы поверхности спины. К основным достоинствам метода относятся абсолютная безвредность, возможность получения количественных объективных данных, представленных в наглядной форме. В настоящее время выпускаются различные топографические системы [Тсгпег-Smith A.R., 1983; Drerup В., Hierholzer Е., 1994; Vatagai Т., Idesawa М., 1981]. В нашей стране наибольшее распространение получила система КОМОТ, разработанная в Новосибирском НИИ травматологии и ортопедии. Система использует компьютерно-ориентированный метод проекции полос (на спину обследуемого при помощи диапроектора проецируется параллельный ряд полос). Это позволяет информацию об измеряемой форме поверхности спины преобразовать в унифицированное оптическое изображение.
На основании анализа топографической картины определяют угол наклона таза, углы, соответствующие ориентации плечевого пояса, углы поворота остистых отростков относительно срединной линии спины, угол раскрытия кифоза, угол раскрытия лордоза, объемные асимметрии и т.д. На рис. 2.52 приведена выходная форма топограммы поверхности спины с деформацией грудо-поясничного отдела позвоночника с графическим анализом профилей произвольных вертикальных и горизонтальных сечений обследуемой поверхности, выбираемых интерактивно на топограмме. Топограмма представляет полное графическое описание рельефа поверхности спины в виде изолиний (линии равного уровня) и обеспечивает наглядное представление о характере деформаций. Для детального количественного анализа используются латеральное и сагиттальное представления топограмм.
Количественное описание деформации позвоночного столба во фронтальной плоскости. График «Поворот» описывает угол поворота в горизонтальной плоскости участка поверхности туловища вблизи линии остистых отростков позвоночного столба в градусах. График «Объем» описывает среднюю разность высоты в мм горизонтальных сечений левой и правой половины туловища. На рис. 2.53 представлен латеральный анализ поверхности спины пациента с S-образной сколилтической деформацией. Топографические признаки патологии: перекос таза вправо 5,7°, отклонение линии остистых отростков позвоночного столба грудного отдела влево с максимумом 7,7 мм, поясничного отдела вправо с максимумом 8,6 мм, отклонение туловища вправо 3,0°, ротационный компонент в грудо-поясничном отделе с максимумом 24,0° на уровне Thn, совпадающая с поворотом асимметрия объема справа на том же уровне с максимумом, равным 15,9 мм.
Количественное описание деформации позвоночного столба в сагиттальной плоскости (рис. 2.54). Пример кругло-

вогнутой спины с усилинным лордозом (LAN=46,9°) и кифозом (KAN=49,9°) и наклоном таза 26,1°. Расположение дуг по уровню апекса лордоза и кифоза выше приблизительно на один позвонок.
Необходимо отметить, что с развитием научно-технического процесса появляются все более и более сложные инструментальные установки для регистрации движений человека (при этом биомеханическое обследование становится все более дорогостоящим). Вопрос о целесообразности проведения того либо иного биомеханического исследования решается с учетом поставленных задач (практических и научных) и возможностей реабилитационного учреждения.

Литература

1. Анатомо-биомеханическое введение в клинику вертеброгенных заболеваний нервной системы: Методические рекомендации /М.Ш.Билялов, В.П.Веселовский, А.Я.Попелянский и др. - Казань, 1980.
2. Анишкина М.Н., Антонец В.А., Ефимов А.П. Пьезоакселерометры ПАМТ и их применение для исследования механической активности физиологических систем человека. - Горький, 1986.
3. Анохин П.К.Узловые вопросы теории функциональной системы. - М.: Наука,1980.
4. Аруин А.С., Зациорский В.М. Эргометрическая биомеханика. - М.: Машиностроение, 1989.
5. Бабский Е.Б., Гурфинкель Г.С., Ромель Э.Л., Якобсон Я.С. Методика исследования устойчивости стояния // Вторая науч.сессия ЦНИИП. - М., 1952.
6. Бадалян Л.О., Скворцов И.А. Клиническая электромиография. - М.: Медицина, 1986.
7. Беленький В.Е., Широкова Л.И. Исследование условий равновесия туловища при стоянии больных сколиозом //Протезирование и протезостроение. - М., 1971. - Вып. 26.
8. Белецкий В.В. Двуногая ходьба. - М.: Наука, 1984.
9. Березин Ф.Б., Мирошников М.П., Рожанец Р.В. Методика многостороннего исследования личности в клинической медицине И психогигиене. - М., 1976.
10. Бернштейн Н.А. Физиология движений и активности. - М.: Наука,1990.
11. Брагина Н.Н., Доброхотова Т.А. Функциональные ассимметрии у человека. - М., 1988.
12. Гамбурцев В.А.Гониометрия человеческого тела. - М.: Медицина, 1973.
13. Гехт Б.М. Теоретическая и клиническая электромиография. -Л.: Наука, 1990.
14. Гехт Б.М., Ильина Н.А. Нервно-мышечные болезни. - М.".Медицина, 1982.
15. Гранит Р. Основы регуляции движений: Пер. с англ. - М.: Мир, 1979.
16. Григорьева В.Н., Белова А.Н., Густое А.В. и др. Оценка изменения качества жизни неврологических больных с ограничением двигательной активности//Неврол.журн., 1997, - №5 -С. 24-29.
17. Гурфинкель B.C., Коц Я.М., Шик М.Л. Регуляция позы человека. - М.: Наука, 1965.
18. Гурфинкель Е.В. Механический анализ методики стабилографии II Бюл. эксперим. биологии и медицины. - 1974. - Т. 77, № 5. - С. 122-124.
19. Донской Д.Д., Зациорский В.Н. Биомеханика. - М.: Физкультура и спорт, 1979.
20. Елисеев О.П. Конструктивная типология и психодиагностика личности. - Псков, 1994.
21. Зациорский В.М., Аруин А.С., Селуянов В.Н. Биомеханика двигательного аппарата человека. - М.: Физкультура и спорт, 1981.
22. Зенков Л.Р., Ронкин М.А. Функциональная диагностика нервных болезней. - М.: Медицина, 1991.
23. Кабанов М.М., Личко А.Е., Смирнов В.М. Методы психологической диагностики и коррекции в клинике. - Л.: Медицина, 1983.
24. Карвасарский Б.Д. Медицинская психология. - Л.: Медицина, 1982.
25. Клиническая биомеханика/ Под ред. В.И.Филатова, Л.:Медицина, 1980.
26. Козюля В.Г Применение теста СМОЛ, - М.; Фолиум, 1995.
27. Комплексная оценка нарушений статикодиномической функции и ее компенсации при дегенеративно-дистрофических поражениях тазобедренного сустава: Метод. рекомендации /ЛНИИТО; (Сост. Е.Я.Гринштейн, Г.Г.Эпштейн, А.З.Некачалова и др.). - Л. 1985.
28. Корнилов Н.В., Кикачеишвили Т.Т., Безгодков Ю.А., Соболев И.П. Система документации и оценки результатов эндопротезирования тазобедренного сустава: Пособие для врачей / Санкт-Петербург 1997. - С. 1-9.
29. КоуэнХ.Л., БрумликД. Руководство по электромиографии и электродиагностике:Пер. с англ. - М.: Медицина, 1975.
30. Лихтерман Л.Б. Ультразвуковая топография и тепловидение в нейрохирургии. - М., Медицина, 1983. - С. 144.
31. Лурия А.Р. Основы нейропсихологии. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1973.
32. Лурия Р.А. Внутренняя картина болезни и иатрогенные заболевания. - М.: Медгиз, 1944.
33. Львов С.Я. Реабилитация больных с повреждениями кисти: Дисс. на соискание ученой степени д-ра. мед. наук, в форме научного доклада. - Н.Новгород, 1993.
34. Маркс В.О. Ортопедическая диагностика. - Наука и техника, 1978.
35. Митбрейт И.М. Спондилолистез. - М. Медицина, 1978.
36. Немов Р.С. Психология: В 3 кн. - 2-е изд. - М.: Просвещение: ВЛАДОС, 1995.
37. Особенности клинико-рентгенологического и электрофизиологического обследования больных с вертеброгенной патологией: Методические рекомендации / Сост.Ф.А.Хабиров, Е.К.Валеев, Ф.Х.Баширова и соавт. - Казань, 1989.
38. Особенности клинического обследования при вертеброгенных заболеваниях нервной системы: Методические рекомеадации /Сост. М.Ш.Билялов, В.П.Веселовский, А.Я.Попелянский и соавт. - Казань, 1980.
39. Персон Р.С. Электромиография в исследованиях человека. - М.: Наука, 1969.
40. Пхиденко С.В. Опыт коррекции внутренней картины болезни в психосоматической практике //Врачебное дело. - 1993, Na 5-6. - С. 135-137.
41. Саховский П.И., Третьяков В.П.. Анатомо-биомеханическое введение в клинику вертеброгенных заболеваний нервной системы. - Казань, 1980.
42. Скворцов Д.В. Клинический анализ движений. Анализ походки. - Иваново.Издательство НПЦ «Стимул», 1996.
43. Смирнов Г.В. Комплексная оценка устойчивости вертикальной позы человека в норме и при патологии... Автореф. дис. к.б.н.. - Н.Новгород, 1994.
44. Смирнов Г.В., Вешуткин В.Д., Данилов В.И., Ефимов А.П.Стабилограф.. // Медицинская техника. - 1993. - № 1. - С. 40-41.
45. Собчик Л.Н, Методы психологической диагностики. Методическое руководство. Вып. 1, 2, 3. - Москва, 1990.
46. Собчик Л.Н. Характер и судьба. Введение в психологию индивидуальности. - М., 1994.
47. Соложенкин В.В. Механизмы психической адаптации при ишемической болезни сердца, гипертонической болезни и неврозах. Дисс... д-ра мед. наук. - Фрунзе, 1989.
48. Ташлыков В.А. Внутренняя картина болезни и ее значение для психологической диагностики при неврозах II Журн. невропатол. и психиатр. - 1989. - № 11. - С. 22 -26
49. Тимофеев В.И., Филимоненко Ю.И. Краткое руководство практическому психологу по использованию цветового теста М. Люшера. - С.-Петербург, 1995.
50. Уфлянд Ю.М. Физиология двигательного аппарата человека. - Л.: Медицина,1965.
51. Фарбер Б.С., Витензон А.С., Морейнис И.Ш. Теоритические основы построения протезов нижних конечностей и коррекции движения, - T-2 - М.: ЦНИИПП, 1995.
52. Физиология движений. - Л.: Наука, 1976.
53. Фомичев Н.Г., Садовой М.А., Сарнадский В.Н., Вильгергер С.Я., Садовая Т.Н. Скрининг-диатостика детской и подростковой патологии похвоночника методом компьютерной оптической топографии: Пособие для врачей. - Новосибирск, 1996.
54. Эльнер A.M. Двигательные синергии //Журн. невропатологии и психиатрии им. Корсакова. - 1975. - Т. 75, Na 7. - С. 1088-1092.
55. Юмашев Г.С. Травматология и ортопедия. - М.: Медицина, 1983.
56. Юсевич Ю.С. Электромиография в клинике нервных болезней. - М.: Медгиз, 1958.
57. ЯнсонХ.А. Биомеханика нижней конечности человека. - Рига; Зинатне, 1975.
58. Aminoff М. Electromyography in clinical practic.-Addison-Wesley, 1978.
59. Bergner M., Bobbitt R.A., Carter W.B., Gilson B.S. The Sickness Impact Profile: development and revision of a health status measure// Med. Care, 1981, - Vol. 14. - P. 787-805.
60. Berme N, Cappozzo A (eds). Biomechanics of Human Movements: Application in rehabilitation, sports and ergonomics. Worthington, Ohio, Bertec Corporation.,1990.
61. Braune V., Fisher O. The Human Gait. - S.I.: Spinger, 1987.
62. Bronzino J.D. The Biomedical Engineering. CRC Press, 1997.
63. Cappozzo A., Marchetti M., Tosi V. Biolocomotion: a century of research using moving pictures. - Roma,1992.
64. Chao E.Y., Neluheni E.V., Hsu R.W., Paley D. Biomechanics of malalignment// Orthop Clin North Am. - Jul. 1994. - V. 25, № 3. P. 379-386.
65. Drerup В., Hierholzer E. Back shape measurement using video rasterstereography and threedimensional reconstruction of spinal shape// Clin. Biomech. - 1994. - Vol 9. - P. 28-36.
66. Fairbank J.C., Mbaot J.C., Davies J.В., O"Brain J.P.The Oswestry Low Back Pain Disability Questionaire//Physiotherapy. - 1980. - Vol. 66. - № 8. - P. 271-273.
67. Gage J.R. Gait Analysis in cerebral aalsy. London, MacKeith Press. 1991.
68. Granger C., Dewis L., Peters N. et al. Stroke rehabilitation: analysis of repeated Barthel Index measures//Arch.Phys.Med.Rehab., 1979. - Vol. 60.
69. Hamilton M. Development of a rating scale for primary depressive illness //Br. J.. Soc. Clin. Psychol., 1967. - Vol. 6. - P. 278-296.
70. Inmar V.T., Ralston H.J., Told F. Human walking. - Baltimore,Williams & Wilkins, 1981.
71. Lazarus R.S. Progress on a cognitivemoti-vational-relational theory of emotion // Am. Psychol., 1991. - Vol. 46. - P. 819-834.
72. Lohr K.N. Applications of health status assessement measures in clinical practice:overview of the third conference on advances in health status assessement// Med. Care. - 1992. № 30 (Suppl). - MS1 - MS14.
73. Mahoney F., Barthel D. Functional evaluation: the Barthel lndex//MD State Med.J., 1965. -№ 14. - P. 61-65.
74. Nashner L.M. Analysis of stance posture in humans II Handbook of Behavioral Neurobiolog. Motor Coordination./Ed.A.L.Towo, E.S. Ruschel. - New York: Plenum Press, 1981. - V. 5 - P. 527-565.
75. Partridge C., Johnston M. Perceived control of recovery from physical disability: Measurement and prediction//Br. J. Clin.Psychol., 1989. - Vol. 28. - P. 53-59.
76. Perry J. 1992. Gait Analysis: №ormal and Pathological Function. Thorofare, NJ, Slack.
77. Physical medicine and rehabilitation/Ed. by R.Braddom et al. - W.B.Saenders Company, 1986.
78. Roberts T.D.M. Nfieurophysiology of Postural Mechanisms IIL. Buttervorth, 1978.
79. Schmid-Schonbein G.W., Woo S.L.-Y., Zweifach B.W. Frontiers in biomechanics.New York, Berlin, Heidelberg, Tokyo, 1986.
80. Smidt G.L. Gait in Rehabilitation. - N.Y., Edinburg, London, Melbourne, 1985.
81. Smirnov G.V. Same aspects of keeping orthopaedic folks straight //Posture and gait: Control mechanisms. - Portlant University of Oregon Books. -1992. - V. II. - P. 431-432.
82. Sutherland D.H., Olshen R.A., Biden E.N., et al. The Development of Mature Walking. London, MacKeith Press. 1988.
83. Taylor S.E., BrownJ.D. Illusion and wellbeing: A social psychological perspective on mental health //Psychol. Bull., 1988. - Vol. 103. - P. 193-210.
84. Trexler L.E., Webb P.M., Zappala G. Strategic aspects of neuropsychological rehabilitation / Brain Injury and Neuropsychological Rehabilitation: International Perspectives. Hillsdale, NJ, Lawrence Erlbaum, 1994, pp 99-123.
85. Turner-Smith A.R. Television scanning technique for topographic body measurments//Biostereometrics (1983), 182, SPIE, P. 279-283.
86. WalkerS., RosserR. Quality of life assessment. - Kluwer academic publishers, 1993.
87. Whittle M. Gait Analysis: an Introduction. Oxford, Butterworth-Heinemann, 1991.
88. Winter D..A. Biomechanics and motor control of human movement. - John Wiley & Sons. Inc. N.Y., Chichster, Toronto, Singapure, - 1990.

Биомеханический анализ техники прыжка в высоту способом "фосбери-флоп"

В.Ю. Екимов, Белорусская государственная академия физической культуры, Минск, Заслуженный тренер Республики Беларусь, кандидат педагогических наук М.М. Шур

Техника прыжка в высоту подразумевает определенную организацию двигательных действий, обеспечивающих достижение главной цели упражнения - преодоление максимально доступной высоты. Построение движений подчиняется биомеханическим закономерностям, без знания которых невозможен целенаправленный плодотворный тренировочный процесс.

Попытаемся кратко изложить некоторые положения, необходимые для осмысления последующего материала. Перемещением тела в пространстве спортсмен управляет посредством суставных движений, ограничивая подвижность в одних суставах и активизируя в других. Характер управляющих движений во взаимосвязи с внешними воздействующими факторами (количество движения; реакции опоры; момент сил трения, тяжести и т.д.) обуславливает все многообразие двигательных действий человека.

Ограничение подвижности между отдельными звеньями тела, достигаемое главным образом соответствующим перераспределением мышечного тонуса, называется динамической осанкой (В.Т. Назаров, 1984). Управляющие движения принято делить на главные (без которых достижение цели невозможно) и корректирующие (дополняют главные, облегчают их выполнение).

Прыжок в высоту - сложное упражнение, состоящее из ряда взаимосвязанных частей, причем каждая предыдущая готовит условия для эффективного выполнения последующей. Другими словами, все они связаны определенными целевыми установками.

Разбег. Разбегаясь, спортсмен запасает кинетическую энергию и приводит тело в положение, удобное для использования части этой энергии на движение вверх. Именно поэтому прыжки в высоту с разбега оказываются эффективнее прыжков с места. Механизм использования приобретенной в разбеге кинетической энергии прост. Суть его заключается в том, что тело, движущееся с определенной скоростью, взаимодействует с опорой при помощи ноги, выставленной вперед. В результате условная линия, соединяющая ОЦМ тела спортсмена с точкой опоры, оказывается отклоненной от вертикали на величину, близкую к 40°. При этом понижение ОЦМ по отношению к вертикальному положению достигает 24%. По данным математического моделирования, идеальный угол взаимодействия с опорой для прыжка в высоту - 45о. Тело, даже не выполняя далее никаких действий, изменяет направление своего движения, приобретая вертикальную скорость.

Разбег состоит из 6 -11 беговых шагов. Иногда он начинается с нескольких шагов подхода. Вначале разбег выполняется под углом около 90°, а на последних 3-5 шагах прыгун изменяет направление движения и отталкивается дальней от планки ногой под углом 35 - 38° по отношению к планке.

Дугообразный разбег - специфический для прыжка "фосбери-флоп" способ подготовки к отталкиванию (рис. 1 - вид сверху, усредненные характеристики). Каждый шаг разбега имеет свои двигательные установки. На первых двух- четырех шагах это повышение скорости передвижения ОЦМ тела спортсмена, достигаемое увеличением длины и темпа шагов (рис. 1). Дальнейшее повышение скорости разбега происходит благодаря увеличению темпа шагов в разбеге при некотором уменьшении их длины. При выполнении седьмого (пятого) шага спортсмен должен организовать наклон тела для перехода к бегу по повороту (см. рис. 1). Механизм этого движения нами уже описан. На шестом, пятом, четвертом, третьем шагах спортсмен под действием центростремительной силы изменяет направление движения на 6-10° в каждом шаге. При этом из-за наклона туловища внутрь дуги поворота (до 30-40°) понижение ОЦМ тела достигает 20 см и более. Это один из моментов, объясняющих целесообразность выполнения разбега по дуге.

Основываясь на изложенном выше, уточним двигательные задачи разбега. Первая - обеспечить телу запас количества движения в горизонтальном направлении. Вторая - придать ему отклоненное назад в вертикальной плоскости движения ОЦМ положение (30-40°). Третья - принять позу, которая позволит при отталкивании организовать необходимое для экономичного преодоления высоты вращение тела относительно его ОЦМ. Четвертая двигательная задача - обеспечить перед отталкиванием движение ОЦМ тела спортсмена без значительных вертикальных колебаний. Такая постановка задачи связана с целесообразностью снижения ударной нагрузки на опорно-двигательный аппарат, который в толчке выполняет работу по преодолению силы тяжести.

Поставленные перед разбегом задачи решаются посредством следующих компонентов:

• 1) перехода от бега по прямой к бегу по дуге;
• 2) управления вращением тела относительно продольной оси;
• 3) изменения ориентации тела в сагиттальной плоскости на последних 3-4 шагах разбега.

Примечание. Сагиттальная плоскость разделяет тело человека в положении основной стойки на две относительно равные части - левую и правую, фронтальная плоскость перпендикулярна сагиттальной и делит тело на переднюю и заднюю части. Горизонтальная плоскость перпендикулярна первым двум и делит тело на верхнюю и нижнюю половины.

Пересекаясь, эти плоскости образуют перпендикулярные оси: продольную, поперечную и переднезаднюю;

• 4) передвижения без значительных вертикальных колебаний ОЦМ тела спортсмена;
• 5) перехода от бега по дуге к движению по прямой. Каждый механизм основывается на реализации закономерностей механики посредством организации движений в суставах. Управляющие движения и элементы динамической осанки механизма перехода от бега по прямой к бегу по дуге (см. рис. 1) раскрыты выше.

Рис. 1.

Теперь рассмотрим (рис. 2) механизм изменения ориентации тела в сагиттальной плоскости на последних шагах разбега (поворот назад). Действие этого механизма можно наблюдать во всех легкоатлетических прыжках за один-два шага перед отталкиванием.

При помощи этого механизма обеспечивается далекая (впереди вертикальной проекции ОЦМ тела) постановка ноги, а также поза для осуществления последующих действий.

Основное управляющее движение - разгибание в тазобедренном суставе, выполняемое часто совместно со сгибанием в коленном суставе. Исследованиями Б.П. Кузенко установлено, что разгибание в тазобедренном суставе опорной ноги способствует наибольшему продвижению ОЦМ тела вперед и повороту тела относительно поперечной оси назад. Интересно, что в фазе передней опоры шага момент силы тяжести замедляет передвижение ОЦМ тела вперед и ускоряет поворот относительно ОЦМ назад, а в фазе задней опоры - наоборот. Следовательно, для решения стоящей перед спортсменом задачи достаточно выполнять основное управляющее движение несколько раньше, чем в обычном беговом шаге.

Следует помнить, что ранее, до момента вертикали, выполнение управляющего движения значительно снижает возможность повышения скорости разбега, а на практике чаще приводит к ее снижению. Поэтому такой характер выполнения данного механизма присущ в основном спортсменам низкой квалификации либо квалифицированным прыгунам, но с недостаточной функциональной подготовленностью соответствующих мышечных групп. Иногда ошибка такого рода встречается из-за неверного представления о движении в этой фазе разбега. Спортсмены высокой квалификации осуществляют управляющее движение в момент, когда ОЦМ тела в сагиттальной плоскости близок к вертикали. Фактически это выражается в активизации беговых движений, в повышении темпа бега. Эта активизация связана с тем, что перемещение в беге с отклонением туловища снижает функциональные возможности мышечных групп, осуществляющих основное управляющее движение. Для повышения скорости передвижения спортсмен вынужден выполнять движения чаще и с большими внутренними напряжениями. Теперь можно понять повышенный интерес специалистов к характеру нарастания и изменения темпа шагов в разбеге, а также попытки использовать этот показатель как критерий эффективности действий прыгуна.

В каждом легкоатлетическом прыжке этот механизм имеет свои особенности, связанные с различиями в двигательных установках. В прыжке в высоту способом "фосбери-флоп" он проявляется в последних 3 - 4 взаимодействиях с опорой, особенно при проходе через толчковую ногу за 2 шага до толчка. На циклограмме (см. рис. 2) сравните кадры 39 - 57 и 75 - 91. На последних кадрах видно, что разгибание в тазобедренном суставе выполнено раньше, в результате чего тело спортсмена значительно изменило ориентацию. Действия маховой ногой перед последним шагом (кадры 106 - 122) начинаются в положении, близком к вертикальному в сагиттальной плоскости, что позволяет поддерживать высокую скорость передвижения. В этой фазе к функциональной подготовленности мышечных групп, обеспечивающих основное управляющее движение, предъявляются особенно высокие требования, поскольку момент силы тяжести препятствует повороту назад или сохранению ориентации тела относительно поперечной оси. Кроме того, очевидно, что функциональные возможности мышечных групп, обеспечивающих движения в тазобедренном суставе при углах, близких к анатомическому пределу свободного перемещения в данном суставе, снижаются.

Важный механизм разбега - продвижение спортсмена без значительных вертикальных колебаний (см. рис. 2, кадры 106 -137). Действие этого механизма наблюдается во всех взаимодействиях с опорой, когда подъем ОЦМ тела вверх нежелателен или невозможен. Основные управляющие движения - различные сочетания действий в голеностопном, коленном и тазобедренном суставах. Причем если одни суставы обеспечивают продвижение вперед, то другие нейтрализуют возникающее при этом движение вверх. Характер сочетания суставных движений зависит от исходного положения звеньев по отношению друг к другу и от того, в какой фазе (переднего шага, близко к вертикали, заднего шага) осуществляется действие.

Отличительной особенностью выполнения этого механизма в прыжке способом "фосбери-флоп" (см. рис. 2, кадры 106 -122) является осуществление управляющих движений в положениях, близких к вертикальному, и заднего шага. Этот факт также свидетельствует в пользу дугообразного способа подготовки к отталкиванию. Управляющее движение в положении, близком к вертикальному, - разгибание в тазобедренном суставе опорной ноги; в положении переднего шага - разгибание в голеностопном и тазобедренном суставах.

Теперь рассмотрим механизм изменения направления движения в дугообразном разбеге при переходе к бегу по прямой (см. рис. 1 - последние два шага разбега и полетную фазу прыжка). Для того чтобы перейти к движению по прямой, необходимо устранить действие центростремительной силы. В нашем случае для этого надо избавиться от наклона тела внутрь дуги поворота. Сделать это возможно, только поставив ногу на опору в вертикальной плоскости движения ОЦМ тела. В качестве основного внешнего проявления действия этого механизма следует выделить увеличение угла поворота в горизонтальной плоскости на последнем шаге. Основное управляющее движение - сгибание или разгибание в тазобедренном суставе опорной (маховой) ноги - осуществляется во фронтальной плоскости. Кроме того, данный механизм тесно связан с управляющими движениями двух описанных ранее. Их сочетание необходимо для сохранения отклоненного положения туловища перед постановкой ноги на место отталкивания.

Рис. 2.

Итак, утверждение, что подготовка к отталкиванию в прыжке "фосбери-флоп" не требует специальной перестройки движения, неверно. Разбег квалифицированного спортсмена отличается прежде всего эффективным выполнением подготовительных механизмов, не препятствующих приобретению высокой скорости движения перед отталкиванием.

Внешне создается впечатление, что движение в разбеге выполняется свободно, непринужденно и без видимой подготовки к толчку. Индивидуальные особенности техники проявляются в различном сочетании представленных механизмов.

Отталкивание. Отталкивание (рис. 3) осуществляется дальней от планки ногой на расстоянии 70 -110 см от вертикальной проекции планки на грунт. Для достижения максимально высокого взлета спортсмену необходимо на пути вертикального перемещения ОЦМ тела при отталкивании проявить наибольшую мощность.

По данным различных исследований, величина максимального вертикального перемещения ОЦМ тела (путь разгона) у прыгунов в высоту способом "фосбери-флоп" достигает 35 - 48 см. Путем механического моделирования нами установлено, что благодаря всем суставным движениям удаление ОЦМ тела от точки опоры составляет 16 - 25 см.

Следовательно, около 50% вертикального перемещения тела при отталкивании происходит за счет кинетической энергии разбега. Скорость перемещения ОЦМ тела спортсмена на этом пути изменяется неравномерно. С увеличением скорости перемещения ОЦМ тела вверх уменьшается способность двигательного аппарата к ускорению в этом же направлении. В момент постановки ноги на место отталкивания угол между вертикалью и линией, соединяющей место постановки толчковой ноги с ОЦМ спортсмена, близок к 30 - 40°. Благодаря такому взаимодействию с опорой направление движения ОЦМ тела спортсмена меняется. Представим, что тело спортсмена в этот момент застыло, стало абсолютно твердым и взаимодействует с такой же твердой опорой. В этом случае вертикальная составляющая скорости вылета тела будет намного ниже той скорости, какую достигают спортсмены в реальных условиях. Например, для того чтобы достигнуть вертикальной скорости вылета 4,7 м/с (она доступна спортсменам экстра-класса), необходимо, чтобы скорость тела перед отталкиванием была 11 м/с, что пока нереально. Кроме того, абсолютно жесткий или очень жесткий удар опасен для организма спортсмена. При этом на скоростях разбега выше 7 м/с тело будет отрываться от опоры практически мгновенно и точка вылета ОЦМ тела будет находиться на высоте 0,8-0,9 м (в реальных условиях 1,2 - 1,3 м), что также приведет к снижению результатов на 40 - 50 см. Чтобы успешно выполнить отталкивание, абсолютно жесткий контакт не годится. Нельзя добиться качественного отталкивания, не выполняя никаких движений при взаимодействии с опорой.

Механизм использования горизонтальной скорости разбега для увеличения высоты прыжка основывается на двух закономерностях механики: переводе поступательного движения во вращательное и рекуперативном 1 торможении. Управляющие движения сходны с управляющими движениями механизма продвижения без вертикальных колебаний в фазе передней опоры шага. Здесь важен характер работы мышечных групп в связи с различными целевыми установками. Путь торможения спортсмена обеспечивается перемещение центра давления на опору с пятки на переднюю часть стопы; активным перемещением маховых звеньев по отношению к другим частям тела; сгибанием в голеностопном, коленном и тазобедренном суставах опорной ноги.

Важную роль в этом торможении играют мышечные группы, обслуживающие голеностопный сустав. Развиваемое в них напряжение обеспечивает возникновение тормозящего внешнего момента сил относительно голени. На рис. 3 голень затормаживается полностью через 0,15 - 0,18 с после начала контакта с опорой (кадр 9). К этому моменту движение маховых звеньев способствует увеличению импульса силы реакции опоры в вертикальном направлении. Рекуперативное торможение обеспечивает к моменту, отображенному на кадре 9 рис. 3, максимальное напряжение всех мышечных групп, участвующих в дальнейшем перемещении ОЦМ тела вверх, оптимальные угловые значения в соответствующих суставах для данного перемещения. Сокращение времени рекуперативного торможения приводит к значительному росту мощности отталкивания.

Чем быстрее наступит момент удержания позы, тем меньше будут потери энергии при переходе от поступательного движения к вращательному. Сокращение времени рекуперативного торможения ограничено функциональными возможностями организма спортсмена и может привести не к рекуперации, а к рассеиванию энергии. Мышцы прыгуна, не выдержав возникших перегрузок, растянутся, не запасая при этом потенциальной энергии мышечного напряжения. При чрезмерных перегрузках могут возникнуть разрывы мышечных волокон. К моменту окончания рекуперативных процессов в отталкивании ускорение ОЦМ тела, направленное вверх-вперед, имеет максимальные значения.

Рис. 3.

Таким образом, рекуперация и амортизация отражают соответственно внутреннюю и внешнюю стороны процесса установления полного контакта с опорой (далее - фаза контакта, или контактная фаза). Не отличаясь по внешним характеристикам (величинам, скоростям и ускорениям изменений углов в суставах), два варианта выполнения фазы контакта могут иметь различия во внутреннем содержании, степени рекуперации кинетической энергии двигающегося тела в энергию упругой деформации мышц. Это одно из важных различий в исследуемом механизме движений высококвалифицированных спортсменов и новичков. С точки зрения механики можно выделить три типа установления контакта с опорой: упругий, пластичный, твердый. В зависимости от их сочетания выделяют четыре типа: стопорящий, жимовой, ударный, реактивно-маховый. Сразу же после установления полного контакта с опорой тело спортсмена переходит в активное вращение относительно точки контакта с опорой. Происходит как бы бросок тела в измененном в результате установившегося контакта направлении.

Все суставные движения, ведущие к удалению ОЦМ тела от опоры, определим как второй механизм отталкивания. Обратим внимание на характер изменения угла в коленном суставе опорной ноги после окончания фазы контакта (см. рис. 3, кадры 9 -17). Опорное звено (стопа, голень) остановилось в пространстве. Верхнее звено (все части тела, расположенные выше коленного сустава толчковой ноги) активно поворачивается вперед. Такой характер изменения ориентации тела в пространстве возможен только при наличии вращения всего тела относительно точки контакта через стопу с опорой вперед. Если бы это вращение отсутствовало, голень изменила бы ориентацию в пространстве, совершив противонаправленный поворот по отношению к верхнему звену. Величина этого поворота более чем в 2,5 раза превысила бы величину поворота верхнего звена.

С ростом квалификации спортсменов значительно повышается мощность отталкивания. Это выражается, в частности, в совмещении отдельных движений во времени.

В качестве третьего механизма, реализуемого в отталкивании, выделим действия, направленные на организацию вращения относительно ОЦМ тела в полетной фазе прыжка. В предшествующих разделах мы определили, как это происходит в прыжке в высоту способом "фосбери-флоп". Сейчас подробнее остановимся на управляющих движениях и элементах динамической осанки.

В момент постановки ноги на место отталкивания тело спортсмена скручено относительно продольной оси. Сагиттальная плоскость верхней части тела и толчковой ноги пересекается с вертикальной плоскостью, в которой движется. ОЦМ тела находится под углом 40-60°, а сагиттальная плоскость средней части тела и маховой ноги совпадает с ней.

В отталкивании спортсмен поворачивает сагиттальную плоскость таза и маховой ноги так, чтобы они пересекались с вертикальной плоскостью движения ОЦМ тела (угол 40 - 60°). Это осуществляется ротацией в тазобедренном суставе толчковой ноги и суставах поясничного отдела позвоночного столба (см. рис. 3). На фоне ротации происходит активное начало махового движения. Возникающий вращательный момент относительно продольной оси тела к концу фазы затормаживается при помощи маховых движений. В фазе отталкивания основную управляющую функцию в организации вращения в сагиттальной плоскости выполняют тазобедренный и коленный суставы опорной ноги. Анатомические особенности строения обеспечивают противонаправленность движений в этих суставах. При этом если при разгибании тазобедренного сустава вращение всего тела относительно оси, проходящей через ОЦМ тела, направлено назад, то при разгибании в коленном суставе - вперед. Регулируя двигательную активность в этих суставах, человек управляет величиной и направлением вращательного момента в сагиттальной плоскости тела. В прыжке в высоту способом "фосбери-флоп" преобладает разгибание в тазобедренном суставе и грудном отделе позвоночного столба. Маховые движения, разгибание в голеностопном суставе толчковой ноги, момент силы тяжести также способствуют повышению скорости вращения назад в сагиттальной плоскости. Так образуется вращение, которое мы видим в прыжке через планку.

В связи с высокой степенью подвижности маховых звеньев они помимо общей для всех звеньев функции в отталкивании (увеличение импульса силы реакции опоры) выполняют корректирующую функцию. При этом в нужном направлении в определенный момент времени передается часть движения, которым обладало маховое звено, и тело меняет ориентацию.

Полет. В полете спортсмен с помощью различных движений может менять позу, контролируя положение планки, замедлять или ускорять вращение относительно одной из осей тела, удаляя от нее или приближая к ней части тела. Технические сложности, возникающие при преодолении планки, как правило, следствие неверно организованных действий в толчке. Полетная фаза может служить зеркалом, в котором отражаются все особенности механизма отталкивания спортсмена. В качестве элементов динамической осанки здесь следует выделить удержание максимально разогнутого положения в тазобедренных суставах при согнутых под углом 90° в коленных суставах ногах и прямом положении головы. Встречаются варианты, когда позвоночный столб прогнут или, наоборот, согнут. Управляющие движения - сгибание в тазобедренных суставах и позвоночном столбе и выпрямление ног в коленных суставах - выполняются после прохождения ОЦМ тела верхней точки траектории полета.

Приземление. Спортсмен приземляется на спину или на лопатки. Основная задача при приземлении - смягчить удар (поролоновые маты облегчают ее решение). В процессе торможения происходит сгибание во всех отделах позвоночного столба, тазобедренных, коленных суставах. Характер работы мышечных групп - уступающий.

Вторую часть отталкивания можно назвать фазой реализации (реализационной фазой) условий, создавшихся в результате установившегося контакта с опорой.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://lib.sportedu.ru

Техническая спортсмена подготовка немыслима без анализа выполнения физического. упражнения.Эффективным средством в решении данной проблемы является биомеханический анализ, с помощью которого удается познать сущность систем движений выявить причины двигательных ошибок, отыскать пути избавления от них, повысить качество обучения выполнения упражнения.

Известно несколько разновидностей биомеханического анализа. Выбор конкретной формы определяется решаемой задачей.

Количественный анализ

а) точный- предполагает тщательную обработку и использование точных данных различных приборных измерений. Циклографии, фото- и киносъемки, с учетом возможно большего числа даже второстепенных фактов.

б) приближенный- используется упрощенная обработка данных относительно грубых измерений, киносъемки с учетом наиболее весомых факторов.

Качественный анализ

а) улубленный- с тщательным исследованием материалов приборных измерений, циклографии, фото- и киносъемки и т.п. Задача такого анализа -осмысливание проведенного количественного анализа, его углубление и дополнение, получение педагогических выводов.

б)основной- то же, что и при углубленном анализе, но без ис пользования материалов приборных измерений и результатов количественного анализа.

в) упрощенный- с использованием грубых оценок при учете лишь решающих факторов. Применяется в простых, контрастных ситуациях, в условиях дефицита времени.

Педагогический анализ- с ограниченным использованием биомеханических знаний.

Основные этапы анализа двигательной деятельности в условиях количественного биомеханического анализа.

1. Изучение внешней картины двигательной деятельности -из каких двигательных действий она состоит и в каком порядке они следуют друг за другом.. С этой целью регистрируют кинематические характеристики движения. Особо важно знать продолжительность отдельных частей движения (фаз), графическим отображением чего является хронограмма. Хронограмма двигательного действия характеризует технику, а хронограмма двигательной деятельности- это то, на что обращают внимание при анализе спортивной тактики.

2.Выяснение причин, вызывающих и изменяющих движение . Эти причины недоступны визуальному контролю и для их анализа необходимо регистрировать динамические характеристики .Важнейшее значение здесь имеют величины сил, действующих на человека извне и создаваемых собственными мышцами

3. Определение топографии работающих мышц. На этом этапе выявляется, какие мышцы как участвуют в выполнении данного упражнения. Для этого регистрируют электрическую активность работающих мышц(метод элетромиографии).Чем активнее работает мышца, тем выше ее электрическая активность и больше амплитуда электромиограммы.

4. Определение энергетических затрат , а также того.насколько целесообразно расходуется энергия работающих мышц., для ответа на этот вопрос регистрируют энергетические характеристики Например, у стайеров высшей квалификации повышение экономичности бега на 20% перемещает их в списке лучших с 10-го на 1-е место.

5. Выявление оптимальных двигательных режимов, т.е. наилучшей техники двигательных действий и наилучшей тактики двигательной деятельности Здесь же оценивается степень соответствия реально существующего и оптимального вариантов техники и тактики. Критериями оптимальности являются:экономичность, механическая производительность, точность движений, эстетеичность, комфортабельность, безопасность. Значимость каждогоиз критериев зависит от решаемой задачи, вида спорта и др.

Использование результатов биомеханического анализа способствует объективизации суждений и повышению эффективности тренировки, увеличивает долю сознательного в обучении. повышает точность умозаключений.

Биомеханический анализ в спорте чаще всего преследует педагогические цели и помогает решать следующие задачи:

1. Оптимальное использование двигательных возможностей спортсмена в рамках дозволенной техники упражнений.

2. Распознавание, определение и объяснение двигательных ошибок.

3. Нахождение путей и средств ликвидации. предупреждения и компенсации двигательных ошибок.

4. Ревизия утвердившейся техники упражнений, действий с целью повышения их эффективности.

Биомеханика как дисциплина делится на три раздела: общую, дифференциальную и частную.

1. Общая биомеханика решает теоретические проблемы и помогает понять как и почему человек движется.
2. Дифференциальная биомеханика изучает индивидуальные и групповые особенности двигательных возможностей и двигательной деятельности в зависимости от возраста,пола,состояния здоровья. уровня физической подготовленности, спортивной квалификации и т.п.
3. Частная биомеханика рассматривает конкретные вопросы технической и тактической подготовки в отдельных видах спорта и массовой физкультуры. Основной вопрос частной биомеханики – как научить человека правильно выполнять движения.

Закономерности механического движения человека биомеханика изучает на трех уровнях: движение –двигательное действие –двигательная деятельность.

На первом уровне фактические данные для исследования движений получают в экспериментах с изолированными мышцами и другими частями тела животных.

Здоровый человек выполняет целенаправленные и мотивированные двигательные действия. На этом уровне биомеханика изучает и совершенствует технику двигательных действий (например, технику удара, прыжка шага и т.п.)

Третий уровень биомеханики посвящен тактике двигательной деятельности. При выполнении физических упражнений двигательная деятельность складывается из двигательных действий, как цепь из звеньев (например, бег состоит из отдельных шагов)

Двигательные действия в такой цепи взаимосвязаны и взаимообусловлены.. Поэтому двигательная деятельность –это система двигательных действий.

Спортивная биомеханика изучает двигательные действия человека при выполнении им спортивных упражнений. Это необходимо для обеспечения роста спортивных результатов вплоть до рекордных для конкретного спортсмена или определенного вида спорта, выявления помогающих или препятствующих факторов при совершенствовании движений.

Основные задачи спортивной биомеханики состоят в следующем:

1.Совершенствование спортивной техники, моделирование и конструирование ее наиболее рациональных вариантов.

2.Биомеханический контроль техники отдельных спортсменов.

3. Выявление биомеханических закономерностей совершенствования двигательных действий.

4.Прогнозирование тенденций изменения параметров техники выполнения спортивных упражнений по мере роста спортивного мастерства для оценки этапных и конечных показателей..

5. Разработка тренажеров для спорта.

6. Совершенствование спортивного инвентаря.

1. Механическое движение в живых системах

Принято различать простые формы движения материи- механическую, физическую и химическую. Они проявляются в живой и неживой природе. Высшие формы –это биологическая (все живое) и социальная (мышление и общественные отношения.

Каждая сложная форма движения включает в себя более простые формы. Движение на каждом уровне качественно характеризуется более высокой формой.. Каждая высшая форма обладает собственной качественной спецификой и несводима к низшим формам. При этом высшие формы неразрывно связаны низшими.

Двигательная деятельность человека включает в себя механические движения, которые представляют собой непосредственную цель двигательного действия. Но механическое движение осуществляется при участии более высоких форм движения. Биомеханика рассматривает тело человека как самоорганизующуюся систему.Механическое движение в живых системах проявляется как перемещение всей системы и как деформация самой биосистемы- перемещение одних ее частей относительно других.. Посвоей природе деформационные изменения выражаются преимущественно в форме межсуставных движений, распределенных и взаимосвязанных в пространстве и времени. Эти движения, как правило,сложны. поскольку двигательный аппарат человека представляет собой механическую систему.состоящую из более 200 костей, нескольких сотен сухожилий и более 600 мышц. Общее число возможных движений в суставах (степеней свободы) превосходит 250.

Работа мышц- это биологический процесс, при котором мышечные волокна должны быть активированы, чтобы они смогли выполнить механическую работу по перемещению звеньев тела. Чтобы совершить работу.необходимо затратить энергию, которая является результатом определенных биохимических реакций. С механической точки зрения человек представляет собой систему, обладающую внутренним источником энергии, биологическим по происхождению.

Чтобы мышцы сократились в необходимой последовательности и с определенными усилиями и в результате создали требуемый механический эффект движения, ими необходимо управлять, что делает головной мозг и нервная система.

Головной мозг выполняет высшие психические функции: мотивацию , осознание, Программирование , что оказывает непосредственное влияние на процесс формирования нервальных команд и их исполнение. Связь между психической,биологической и механической функцией многоуровневая.. В каждом движении присутствуют ориентировочная, исполнительна и контрольная части . Исполнительная часть-это и есть механическое движение. Но оно всегда определяется психической и физиологической деятельностью мозга. Обеспечивающей не только непосредственное управление движением, но также ориентировочную и контрольную части двигательного действия

по системе внутренней биологической обратной связи.

1. Теория и метод биомеханики спорта

Теория биомеханики – это система основных положений, сформировавшихся на базе накопленных познаний. Методы биомеханики- это пути (способы0получения знаний.

А) Теория биомеханики спорта.

В современного понимания двигательных действий лежит системно-стуктурный подход (ССП), который рассматривает тело человека как движущуюся систему,а сами процессы- как развитие системы движений.. В рамках ССП стремятся к познанию состава и структуры двигательной деятельности, т. е. из каких элементов она состоит и как они связаны между собой, каковы внутренние механизмы взаимодействия.

Принципы,реализуемые в ССП. ,опираются на идеи теории систем Людвига фон Берталанфи.Целое представляет собой нечто большее, чем сумма его частей, составляющих его элементов, поскольку главная характеристика целого-взаимодействие,

протекающее между его различными элементами.

«Движение не есть цепочка деталей, а структура (т.е.система) .дифференцирующаяся на детали, структура целостная, при наличии в то же время высокой дифференциации элементов и разнообразно избранных форм взаимодействия между ними « (Н.А. Бернштейн)

Теория структурности движений опирается на следующие принципы:

а) Принцип структурности построения систем движения. Все движения в системе взаимосвязаны. Эти структурные связи определяют целостность и совершенство действия.

б)Принцип целостности действия –все движения образуют целостную систему, направлены на достижение цели. Изменение отдельного движения отражается на всей системе.

в) Принцип сознательной целенаправленности систем движения . Человек сознательно ставит цель, применяет целесообразные движения и управляет ими для достижения цели.

В основы теории биомеханики входят также предпосылки механической обусловленности и рефлекторной природы движений. Все движения осуществляются под действием механических сил различного происхождения в полном соответствии с законами механики. Для всех движений в целом характерна рефлекторная природа управления двигательными действиями на основе принципа невризма.

Б) Методы биомеханики спорта.

В своей основе они опираются на системный анализ и системный синтез действий

с использованием количественных характеристик движения, включая его моделирование.

Задачей системного анализа является выявление состава элементов движений. Биомеханика наука экспериментальная, опирающаяся на опытное изучение движений. При помощи приборов регистрируются количественные особенности движений (траектория, скорость, ускорение и т.п.) , позволяющие различать движения, сравнивать их между собой. Этот материал дает возможность,пользуясь определенными правилами,мысленно расчленить движение на составные части и установить состав системы.

Система движений как целое- это не пролсто сумма частей. Части системы объединены многочисленными связями, придающими ей новые,не свойственные частям качества-

системные (эмерджентные) свойства

Способ взаимосвязи частей в системе,закономерности их взаимодействия представляют ее структуру . Изучая изменения количественных характеристик выявляют кА элементы влияют друг на друга, определяют причины целостности системы. В этом состоит системный синтез действий.

Другим широко используемым методом исследования является функциональный метод. Этот подход позволяет выявить те или иные несовершенства техники и тактики, овладеть процессом управления без полного раскрытия природы явления. Суть его состоит в изучении функциональной зависимости между свойствами и состоянием явлений. Их характеризуют определенные параметры. условия и количественно определенный закон. При этом не ставится задача изучения внутренней структуры явления. Оба метода(ССП и функциональный) взаимно дополняют друг друга Применяя ССП исследователь строит анализ от сложного к простому. Элементы двигательной деятельности,находящиеся на нижней ступени иерархической лестницы, оказываются нераскрытыми, не детализированными и рассматриваются с позиций функционального подхода. Уровень,на котором ССП переходит в функциональный,зависит от решаемых задач.

Например, при тактической подготовке двигательные действия.технические элементы считаются неделимыми кирпичиками. При технической подготовке детально изучаются взаимодействия мышц, костей суставно- связочного аппарата. Но отдельных в отношении отдельных элементов двигательного аппарата применяется функциональный подход: их строение и функции на молекулярном уровне не рассматриваются.

1. Спортивное упражнение как система движений и действий

Двигательное действие, посредством которого человек решает ту или иную двигательную задачу, почти всегда состоит из множества суставных движений, распределенных в пространстве и во времени. Чтобы анализировать двигательные действия нужно знать основные свойства систем движений.

При прочих равных условиях система движений тем сложнее, чем больше отдельных движений входит в ее состав и чем они разнообразнее. Система всегда обладает свойствами,которых нет у ее взятых порознь составных частей (эмерджентныесвойства)

Чем теснее связи между движениями как частями или элементами системы, тем больше ее свойства отличаются от простой совокупности свойств отдельных движений, тем она сложнее. Чем строже связи (уже диапазон их вариативности) между движениями как элементами системы, тем сложнее система в ее реализации.

Система движений обычно содержит относительно самостоятельные части (подсистемы), которые могут быть сходными или различными по характеру. Связи между отдельными движениями подсистемы теснее, чем связи между движениями из разных подсистем или связи между разными подсистемами.

В системе движений различают пространственные и временные элементы.

Пространственнее элементы системы - это суставные движения. Если они выполняются одновременно в нескольких суставах, то такие движения образуют одновременный или пространственный ряд. В одном суставе могут быть последовательно выполнены несколько движений- -это последовательный или временной ряд.

Различные комбинации одновременных и последовательных движений образуют пространственно- временные комплексы движений.

Структура системы движений-_ это совокупность основных закономерностей, определяющих взаимосвязи между элементами внутри подсистем. Упрощенно говоря, это схема способа взаимосвязи между составляющими ее частями и элементами.

Устойчивые изменения состава и структуры системы движений определяют ее развитие. Различают анатомическую, механическую и информационную структуры.

Механическая структура двигательного действия включает в себя кинематическую структуру: взаимосвязь положений,траекторий,темпов,ритмов,скоростей и ускорений звеньев тела и динамическую: взаимосвязь тяги мышц, силовые взаимодействия звеньев тела.

В общей двигательной задаче, решаемой при выполнении упражнения, различают более узкие, последовательно связанные задачи, каждая из которых представляет собой относительно самостоятельную часть общей- действия . Расчленяя любое упражнение на компоненты- действия., устанавливая принципы их взаимосвязей, можно определить общую функциональную структуру выполнения упражнений.

7.Биомеханический анализ.

Техническая спортсмена подготовка немыслима без анализа выполнения физического. упражнения.Эффективным средством в решении данной проблемы является биомеханический анализ, с помощью которого удается познать сущность систем движений выявить причины двигательных ошибок, отыскать пути избавления от них, повысить качество обучения выполнения упражнения.

Известно несколько разновидностей биомеханического анализа. Выбор конкретной формы определяется решаемой задачей.

Количественный анализ

а) точный- предполагает тщательную обработку и использование точных данных различных приборных измерений. Циклографии,фото- и киносъемки, с учетом возможно большего числа даже второстепенных фактов.

б) приближенный- используется упрощенная обработка данных относительно грубых измерений,.киносъемки с учетом наиболее весомых факторов.

Качественный анализ

а) улубленный- с тщательным исследованием материалов приборных измерений, циклографии, фото- и киносъемки и т.п. Задача такого анализа -осмысливание проведенного количественного анализа, его углубление и дополнение, получение педагогических выводов.

б)основной- то же, что и при углубленном анализе, но без ис пользования материалов приборных измерений и результатов количественного анализа.

В) упрощенный- с использованием грубых оценок при учете лишь решающих факторов. Применяется в простых, контрастных ситуациях, в условиях дефицита времени.

Педагогический анализ- с ограниченным использованием биомеханических знаний.

Основные этапы анализа двигательной деятельности в условиях количественного

биомеханического анализа.

1.Изучение внешней картины двигательной деятельности -из каких двигательных действий она состоит и в каком порядке они следуют друг за другом.. С этой целью регистрируют кинематические характеристики движения. Особо важно знать продолжительность отдельных частей движения (фаз), графическим отображением чего является хронограмма. Хронограмма двигательного действия характеризует технику, а хронограмма двигательной деятельности- это то, на что обращают внимание при анализе спортивной тактики.

2.Выяснение причин, вызывающих и изменяющих движение . Эти причины недоступны визуальному контролю и для их анализа необходимо регистрировать динамические характеристики .Важнейшее значение здесь имеют величины сил, действующих на человека извне и создаваемых собственными мышцами

3.Определение топографии работающих мышц. На этом этапе выявляется, какие мышцы как участвуют в выполнении данного упражнения. Для этого регистрируют электрическую активность работающих мышц(метод элетромиографии) .Чем активнее работает мышца, тем выше ее электрическая активность и больше амплитуда электромиограммы.

4. Определение энергетических затрат , а также того.насколько целесообразно расходуется энергия работающих мышц., для ответа на этот вопрос регистрируют энергетические характеристики Например, у стайеров высшей квалификации повышение экономичности бега на 20% перемещает их в списке лучших с 10-го на 1-е

5. Выявление оптимальных двигательных режимов, т.е. наилучшей техники двигательных действий и наилучшей тактики двигательной деятельности Здесь же оценивается степень соответствия реально существующего и оптимального вариантов техники и тактики. Критериями оптимальности являются:экономичность, механическая производительность, точность движений, эстетеичность, комфортабельность, безопасность. Значимость каждогоиз критериев зависит от решаемой задачи, вида спорта и др.

Использование результатов биомеханического анализа способствует объективизации суждений и повышению эффективности тренировки, увеличивает долю сознательного в

обучении. повышает точность умозаключений.

Биомеханический анализ в спорте чаще всего преследует педагогические цели и помогает решать следующие задачи:

1. Оптимальное использование двигательных возможностей спортсмена в рамках

дозволенной техники упражнений.

2 .Распознавание, определение и объяснение двигательных ошибок.

3 .Нахождение путей и средств ликвидации. предупреждения и компенсации двигательных ошибок.

4 Ревизия утвердившейся техники упражнений, действий с целью повышения их эффективности.

БИОМЕХАНИКА

Лекция № дополнительная