Исследовательская деятельность анатомического анализа положений и движений тела спортсмена

В этом разделе анатомии, являющемся заключительной частью всего учения о двигательном аппарате, исследование начинается и заканчивается изучением живого человека.

Анатомический анализ положений и движений тела спортсмена помогает оценивать качество выполнения упражнений, выявить недостатки в их выполнении, наметить пути устранения этих недостатков, определить эффективность влияния того или иного упражнения на организм человека и, в конечном счете, определить, как они способствуют совершенствованию спортивной техники.

При анализе с точки зрения функциональной анатомии спортивных положений или движений придерживаются определенной последовательности. Схема анатомического анализа была предложена выдающимся спортивным морфологом, отечественным ученым М. Ф. Иваницким (2015 г.) и включает следующие пункты.

• 1. Краткое описание изучаемого положения или движения, т.с. их морфология.
• 2. Характеристика положения или движения тела с точки зрения механики.
• 3. Характерные особенности работы двигательного аппарата.
• 4. Анатомические особенности внешнего дыхания при данном положении или движении.
• 5. Влияние положений и движений тела на организм.
• 6. Выводы и практические рекомендации.

Рассмотрим более подробно содержание пунктов этой схемы.

1. Раскрывая содержание первого вопроса данной схемы визуально по фотографии, по кинограмме или по схеме позы, — кратко описывают данное положение, обязательно отмечают положение как всего тела, так и его отдельных звеньев в пространстве и, наконец, указывают, чем тело опирается и какова площадь опоры. Ввиду того, что движения всего тела очень сложны, в них необходимо предварительно выделять наиболее типичное, подразделив каждое сложное движение на отдельные части. В дальнейшем описание касается главным образом этих отдельных частей движения, в наибольшей мере характеризующих все выполняемые упражнения. Такими частями движения могут быть циклы, периоды, фазы, моменты движений. Описывая форму движения, указывают, простое оно или сложное, цикличное или ацикличное, поступательное или вращательное. Кроме того, необходимо определить условие движения тела по отношению к окружающей среде, т. е. связано ли движение с отталкиванием от площади опоры или отталкиванием от окружающей среды, с подтягиванием и т. д.

Приведем примеры симметричных и асимметричных движений, совершаемых при выполнении тех или иных спортивных упражнений:

• — симметричные движения: а) цикличные, одновременно-цикличные (плавание брассом, обычная гребля); б) разновременно-цикличные (обычмая или спортивная ходьба, бег); в) ацикличные (прыжок в длину с места, сальто, прыжки в воду с вышки);
• — асимметричные движения: а) цикличные (барьерный бег); б) ацикличные (прыжки в высоту, метание копья, толкание ядра, движения при фехтовании, теннисе).

Помимо этого можно классифицировать движения, применяемые в спорте, основываясь на других признаках, выделяя движения в упражнении на скорость, точность, выносливость, гибкость, силу, равновесие; в упражнениях с партнером и со снарядом (штанга). Следует добавить, что многие упражнения одновременно характеризуются несколькими особенностями. Например, упражнения на скорость могут одновременно являться и упражнениями на точность и т. д.

2. Оценка положений и движений с точки зрения механики во многих случаях может быть дана уже на основании одного только визуального изучения морфологии движений. В качестве дополнительных методов могут использоваться приборы, такие как тензометрическая, динамографическая и шарикоподшипниковая платформы, и другие приборы, в создании которых у нас особенно много сделано В. М. Абалаковым. При характеристике положений или движений с точки зрения законов механики рассматривают вначале основные силы, действующие на тело человека. Надо уяснить, что эти силы делятся на внешние и внутренние и что всякое положение и движение обусловлено взаимодействием этих сил.

По отношению к человеческому телу, взятому в целом, внешними силами, т. е. приложенными к нему извне, являются, прежде всего, сила тяжести, сила реакции опоры, сила трения и сила сопротивления окружающей среды.

Сила, с которой тело притягивается к Земле, называется силой тяжести:

где Q — центробежная (переносная) сила инерции, учитывающей эффект суточного вращения Земли:

где т — масса тела; h — его расстояние от земной оси; w — угловая скорость вращения Земли;

где G — гравитационная постоянная^[1]; М — масса Земли; R — радиус Земли; т — масса тела.

Земля несколько сплюснута вдоль своей оси. Сила тяготения на экваторе на 0,2% меньше, чем на полюсах. Сила тяжести (Р) — постоянно.

действующая сила, в любых положениях и во всех движениях тела. Она приложена к сто центру тяжести. Эта сила всегда направлена отвесно, т. е. перпендикулярно к горизонтальной плоскости.

Как только тело получает опору, тотчас возникает другая сила, называемая силой реакции опоры. Она действует на тело со стороны площади опоры, направлена прямо противоположно силе тяжести и равна ей. Если давление тела на опорную поверхность происходит под некоторым углом к ней, то ответная сила, т. е. сила реакции, может быть разложена по правилу параллелограмма сил на две составляющие, из которых одна — сила нормального давления — направлена вертикально вверх, а другая — горизонтально. Эта составляющая, являющаяся внешней силой и препятствующая скольжению тел друг относительно друга, называется силой трения Она направлена по касательной к поверхности соприкосновения тел, противоположно скорости скольжения данного тела (трения, скольжения).

где К — коэффициент трения. Он зависит от рода веществ и качества обработки трущихся поверхностей, а также от относительной скорости скольжения и внешних условий (температура, влажность). Имеются специальные таблицы, где приведены коэффициенты трения для определенных веществ; N — сила нормального давления соприкасающихся тел. В случае скольжения тела по горизонтальной поверхности сила нормального давления равна весу тела.

Внешней силой является сила сопротивления окружающей среды, т. е. воздуха или воды, если объектом изучения берут движения тела во время плавания. Здесь надо иметь в виду, что при плавании пловец не только преодолевает силу сопротивления воды, но и отталкивается от нее.

Внутренние силы — это силы, возникающие внутри тела человека, которые зависят от строения и свойств тканей. Внутренними силами всегда являются силы, которые обусловливают взаимодействие между отдельными звеньями. В большинстве они противодействуют внешним силам. Внутренние силы можно разделить на активные и пассивные. Активные силы — это силы мышечной тяги. Пассивные силы — эластичность, упругость, вязкость тканей, сила сопротивления связок, суставных сумок, костей, хрящей, сила молекулярного сцепления синовиальной жидкости и др. Если силы, действующие на тело, уравновешены, то оно находится в покое; если же их равнодействующая не равна нулю, то тело перемещается в направлении меньшей равнодействующей.

Каждая из сил в данном случае может быть движущей, тормозной и нейтральной. Так, между мышцами — синергистами и антагонистами, т. е. между движущими и тормозными силами, благодаря нервной системе, появляется слаженность в работе движущей и тормозной сил (мышцыантагонисты своим тонусом координируют действие мышц-синергистов).

Для изучения условий равновесия человеческого тела определение положения его общего центра тяжести (ОЦТ), а также центра тяжести его отдельных звеньев (ЦТ) имеет большое значение (табл. 6.3). Под О ЦТ тела понимают точку приложения равнодействующих всех сил тяжести частей данного тела. Когда тело человека полностью сохраняет позу, к нему применимы законы равновесия твердого тела. В механике твердого тела различают три вида равновесия: безразличное (в спортивной практике не встречается), устойчивое и неустойчивое. Устойчивое равновесие наблюдается в тех случаях, когда площадь опоры располагается выше ОЦТ (например, вис на перекладине). При ограниченно устойчивом (неустойчивом) равновесии площадь опоры располагается ниже ОЦТ. Равновесие тела сохраняется в том случае, когда вертикаль ОЦТ проходит внутри площади опоры.

Показателем устойчивости твердого тела служит угол устойчивости, причем, чем больше угол, тем больше устойчивость. Угол устойчивости образован вертикалью ОЦТ и прямой, соединяющей ОЦТ с соответствующим краем площади опоры.

Из этого следует, что устойчивость тела можно увеличить двумя способами: снижением ОЦТ; увеличением площади опоры.

Из сказанного выше вытекает, что определение местоположения ОЦТ необходимо для характеристики равновесия тела и степени его устойчивости. С другой стороны, перемещение ОЦТ при движениях дает возможность изменять скорость, усилия, испытываемые телом.

У мужчин ОЦТ тела ориентировочно находится на уровне III поясничного — V крестцового позвонка, у женщин — на уровне V поясничного — I копчикового позвонка (за счет большей массы жирового слоя в области таза и бедер). Положение ОЦТ по отношению к позвоночному столбу зависит от многих факторов, в том числе от пола, возраста, развития костной и мышечной ткани, распределения жировой клетчатки. На переднюю поверхность тела ОЦТ проецируется выше лобкового сращения.

Таблица 63

Распределение массы и центров тяжести различных звеньев тела человека.

• 3. Анализ работы двигательного аппарата — один из самых важных вопросов. Он может быть произведен только с учетом первых двух пунктов плана. Количество методов анатомического исследования, применяемых для этих целей, велико. В дополнение к тому, что было сказано выше, можно добавить ряд тезисов:
  • • положение отдельных звеньев тела в суставах, вид движений в том или ином суставе (сгибание, разгибание, отведение, приведение, пронация, супинация и др.) и объем движения в суставах могут быть определены путем непосредственного наблюдения на живом человеке, а измерения величины подвижности — при помощи транспортира, гониометра, циркуля или какого-либо специального прибора. Точные данные относительно функций суставов на живом человеке дает рентгенологический метод. Здесь можно применять фотографирование, но еще лучше — видеосъемку положений и движений спортсмена, с последующей зарисовкой с них контурограмм или схем поз;
  • • для определения участия в положении или движении тех или иных групп мышц применяются следующие методы:
  • — визуальный — позволяет определить форму мышц на живом человеке,
  • — ощупывание (пальпация) мышц с целью определения их консистенции, а стало быть, их состояния,
  • — фотои видеорегистрация, которые протоколируют форму мышц в любой момент движения и делают возможным запечатлеть серии последовательных изменений формы мышц во время движения,
  • — основным объективным методом изучения действия мышц при выполнении тех или иных движений тела является метод регистрации токов действия мышц с помощью многоканального осциллографа. Этот метод в настоящее время широко применяется при изучении движений человеческого тела.

Останавливаясь на работе отдельных мышц или мышечных групп, необходимо обращать внимание на следующие моменты:

• — внешнюю форму мышцы и ее изменение во время того или иного движения;
• — направление тяги мышцы или равнодействующей группы мышц относительно той или иной оси вращения данного сустава;

состояние мышцы — сокращенное или расслабленное, укорочена она, удлинена или находится в среднем положении;

при какой опоре происходит работа мышцы — при проксимальной или дистальной;

какую работу выполняет мышца — динамического или статического характера; какой является работа — преодолевающая или уступающая, удерживающая, укрепляющая, фиксирующая, баллистическая;

каково взаимоотношение между мышцами — антагонистами и синергистами;

каким является движение — медленным или быстрым, в горизонтальном или вертикальном направлении, и как эти особенности движений связаны с работой мышц;

• — как в том или ином случае изменяется плечо, а вместе с ним и момент вращения силы мышечной тяги и силы тяжести в связи с изменением положения костных звеньев друг относительно друга;
• — каковы морфологические и функциональные особенности тех мышц, которые участвуют в данном движении, т. е. является ли данная мышца перистой, веретенообразной, многосуставной и пр.;
• — как может влиять данное упражнение на морфофункциональные особенности мышц;
• — как может работа мышц влиять на другие органы.

Следует обратить внимание на то, что почти все это можно сделать только с учетом действия силы тяжести. Для этого в каждом конкретном случае надо знать, где находится в данном положении ОЦТ, как проходит вертикаль ОЦТ по отношению к осям главных суставов тела человека. Так, например, если вертикаль ОЦТ проходит сзади фронтальных осей главных суставов нижних конечностей, то участвующими в работе будут группы мышц, расположенные на передних поверхностях этих суставов, т. е. сгибатели тазобедренного сустава, разгибатели коленного и голеностопного суставов.

Далее, при анализе движений рассматривают положения отдельных частей тела в каждой фазе движения и только после этого приступают к рассмотрению участвующих в работе мышц, опять-таки, в каждой фазе движения. Описать работу мышц в движении в целом невозможно (!).

• 4. Изучая особенности механизма внешнего дыхания, обращают внимание на изменения в грудной клетке (уплощение, растяжение, сдавливание и т. д.), состояние и работу регулярных и резервных мышц — вдоха и выдоха, определяют тип дыхания (диафрагмальное, грудное, смешанное). При преобладании грудного типа дыхания устанавливают его вид (верхнее грудное или нижнее грудное). Анализируют причины, которые привели к изменению механизма дыхания. Для выполнения этих задач необходимо сопоставлять степень фиксации мест начала и прикрепления дыхательных мышц, в том числе мышц брюшного пресса. При этом используют методы осмотра, ощупывания, фотои видсофиксации, рентгенографии. В некоторых случаях используют методику измерений и регистрации движений, производимых ребрами с помощью гониометра, миллиметровой линейки или кимографа. Для решения тех или иных вопросов, касающихся механизма дыхания, иногда применяют также метод эксперимента на трупе и на животных.
• 5. Рассматривая влияние упражнения на организм, указывают те полезные качества, которые приобретаются при систематическом выполнении данного упражнения или движения: увеличение подвижности в суставах, развитие определенных мышечных групп, грудной клетки, улучшение осанки, координации движений и пр. Вместе с тем отмечают и отрицательные явления, если они имеют место при выполнении упражнения:

закрепощение суставов, т. е. ограничение размаха движений в суставах;

• — неравномерность развития мускулатуры;
• — возможность искривления позвоночника;
• — асимметричное развитие мускулатуры;
• — необычайные условия для работы органов дыхания, кровообращения и пищеварения, возможность возникновения травм и т. д.

Для определения этих изменений на живом человеке можно пользоваться различными методами антропометрического исследования, а также, опять-таки, методами видеофиксации и фотографирования, рентгенологического изучения, ультразвуковой диагностики^[2].

6. Соответственно произведенному анатомическому анализу дают практические рекомендации по применению движений лицами различного возраста и пола, предложения по усовершенствованию техники выполнения движения, разрабатывают комплексы упражнений для увеличения подвижности в суставах и т. п.

В заключение необходимо отметить, что особенностью данного раздела анатомии является изучение положений и движений исключительно на живом человеке. И только как дополнение можно использовать анатомические препараты.

Предлагаем краткий анатомический анализ движения человека в пространстве.

Ходьба — представляет собой сложное, разновременно-симметричное, цикличное движение. Ходьба является одним из естественных перемещений тела в пространстве и связана с отталкиванием тела от его опорной поверхности. При этом тело никогда не теряет связь с опорной поверхностью, опора происходит то на одну, то на другую конечность. Время соприкосновения с опорой одной ноги называется одноопорным периодом. Под двухонорным периодом понимают время, в течение которого человек соприкасается с опорой двумя ногами. Движение одной ноги при ходьбе называется одиночным шагом. При ходьбе тело поочередно опирается то на одну, то на другую нижнюю конечность. Вследствие этого выделяют опорную ногу и свободную ногу. Перемещение тела связано с воздействием внешних и внутренних сил на организм.

Рассмотрим действие силы тяжести. При переходе из положения стоя к ходьбе в первый момент туловище выдвигается вперед, вертикаль О ЦТ выходит за пределы площади опоры, равновесие нарушается, человек начинает падать и таким образом смещается вперед. Вынесение одной ноги вперед создает новую площадь опоры, равновесие восстанавливается. И в последующем, при ходьбе наблюдается подобная закономерность взаимосвязи О ЦТ, его вертикали и площади опоры. Равновесие при ходьбе неустойчивое. Причем в одноопорный период площадь опоры мала, а в двухопорный — достаточно высока. Это объясняется тем, что в одноопорный период с площадью опоры соприкасается площадь опоры одной стопы, в период двойной опоры — площадь опоры обеих стоп и пространства, заключенного между ними. При ходьбе в двухопорном периоде тело опирается не на всю подошвенную поверхность стоп, а на пятку одной и носок второй. Таким образом, понятно, что при ходьбе площадь опоры периодически изменяется.

Важным моментом, облегчающим ходьбу или, наоборот, препятствующим ей, является реакция опоры. Если силу сопротивления опоры разложить на две составляющие, то вертикальная будет соответствовать жесткости почвы, горизонтальная — силе трения стопы с опорной поверхностью. Установлено, что существует зависимость между величинами двух составляющих и факторами, облегчающими или затрудняющими ходьбу. При ходьбе с определенной последовательностью постоянно повторяются одиночные шаги. Вследствие этого в ней можно выделить отдельные циклы.

Циклом ходьбы является двойной шаг. Он состоит из двух одиночных шагов правой и левой ноги. После каждого двойного шага все кинематические звенья приходят в исходное положение. Каждый одиночный шаг может быть разделен на фазы (простые шаги). Когда опорная нога находится впереди от вертикали ОЦТ, положение называется передним шагом опорной ноги (или фазой передней опоры); если опорная нога находится сзади вертикали ОЦТ — задним шагом опорной ноги (фаза задней опоры). Между фазами передней и задней опоры имеется момент вертикали опорной ноги, когда продольная ось опорной ноги совпадает с вертикалью ОЦТ.

Подобные фазы имеются и в движении свободной (переносной) ноги: задний шаг свободной ноги; передний шаг свободной ноги; момент вертикали свободной ноги.

При движении происходит также движение и верхней конечности. Верхнюю конечность, находящуюся в положении заднего маха, условно называют задней рукой, переднего маха — передней рукой. Когда продольная ось верхней конечности и вертикальная ось туловища совпадают — условно можно выделить момент вертикали.

Работа мышц туловища определяется вертикальным положением тела, а также скручиванием туловища, происходящим вместе с движением верхних конечностей.

В фазе переднего шага опорной ноги происходит поворот туловища в сторону опорной ноги (сокращаются внутренняя косая мышца живота на стороне опорной ноги, наружная косая — на стороне свободной конечности). Для удерживания туловища от наклона вперед на стороне опорной ноги напрягается мышца, выпрямляется туловище. В момент вертикали опорной ноги напрягаются мышцы передней и задней поверхности туловища. При заднем шаге опорной ноги сокращаются мышцы передней стенки живота.

Верхние конечности при ходьбе движутся в противоположных направлениях. При движении руки вперед сокращаются передние группы мышц плеча и предплечья, при движении кзади — задние группы.

Бег — сложное, разновременно-симметричное, циклическое движение. Действующие силы, цикл движения, фазы движения нижних конечностей, их последовательность, а также движения туловища и верхних конечностей при беге те же, что и при ходьбе. Однако, в отличие от ходьбы, при беге отсутствует двухоиорный период, но имеется фаза полета. При беге опора происходит то на одну, то на другую ногу, в фазе полета тело опоры совсем не имеет.

Наличие указанных особенностей перемещения тела в пространстве определяет специфика влияния на него внешних и внутренних сил. Сила тяжести оказывает влияние на тело во всех фазах, сила реакции опоры — только в опорные периоды. Площадь опоры при беге меньше. ОЦТ совершает вертикальные колебания. Наиболее высокое колебание — в фазе полета, а наиболее низкое — в момент вертикали опорной ноги. Размах колебаний ОЦТ — 10—12 см. Сопротивление среды при беге увеличивается. Лобовое сопротивление изменяют наклоном туловища вперед. При беге на короткие дистанции угол наклона туловища составляет около 55—60″, при беге на длинные дистанции — 75—80.

• [1] В 2014 г. значение гравитационной постоянной, рекомендованное CODATA (Междис
• [2] Когут Б. М., Санигурский Г. Ю., Замараев В. Л. Способ оценки эффективности тренировочных комплексов [изобретение] // Патент № 2 094 014 от 27.10.1997. Изобретение.Роспатент. Российская Федерация.