Двойной шаг фазы двойного шага. Механизм движений: мышцы, участвующие в ходьбе. Фазы прыжка с места

Ходьба - естественный способ передвижения человека. Спортивная ходьба отличается от простой ходьбы более высокой скоростью передвижения, ограничением техники передвижения правилами соревнований и другими техническими моментами.

Техника спортивной ходьбы имеет циклический характер, т. е. определенный цикл повторяется многократно на протяжении всей дистанции и, в отличие от других циклических видов легкой атлетики, жестко ограничен правилами соревнований. Эти ограничения существенно повлияли на становление техники спортивной ходьбы. Во-первых, в спортивной ходьбе не должно быть фазы полета, т. е. всегда должен быть контакт с опорой. Во-вторых, исходя из первого ограничения, опорная нога в момент вертикали должна быть выпрямлена в коленном суставе (несколько лет назад сделали добавление к этому ограничению - опорная нога должна быть выпрямлена в коленном суставе с момента постановки ноги на опору). Отличие спортивной ходьбы от естественной (бытовой) по внешним данным заключается в том, что в естественной ходьбе пешеход может сгибать ногу в коленном суставе, амортизируя постановку ноги, а в спортивной ходьбе спортсмен передвигается на прямых ногах.

Основу техники спортивной ходьбы составляет один цикл действия, который состоит из двойного шага, шага левой ноги и шага правой ноги. Цикл содержит: а) два периода одиночной опоры; б) два периода двойной опоры; в) два периода переноса маховой ноги.

Схематично можно представить цикл спортивной ходьбы в виде колеса с шестью спицами. Две двойные спицы разделяют колесо пополам - период двойной опоры, две одиночные спицы разделяют эти половинки на четвертинки круга - период одиночной опоры. Период одиночной опоры одной ноги совпадает с периодом переноса другой ноги. Период двойной опоры очень кратковремен, порой его можно и не увидеть. Период одиночной опоры более длителен и делится на две фазы: 1) фаза жесткой передней опоры; 2) фаза отталкивания. Период переноса тоже имеет две фазы: 1) фаза заднего шага; 2) фаза переднего шага. Эти фазы присутствуют как в периоде переноса или опоры для левой ноги, так и для правой ноги.

Фазы разделяются моментами, т.е. такими мгновенными положениями, после которых происходят изменения движений. Если моменты являются границами изменения движений в одном или нескольких звеньях, то позы в данных моментах - это описание положений звеньев тела относительно ОЦМ (общий центр массы) или друг друга, т. е. позы дают визуальную картину смены движений.

Фаза передней жесткой опоры правой ноги начинается с момента постановки ее на опору. Нога, выпрямленная в коленном суставе, ставится с пятки. Эта фаза продолжается до момента вертикали, когда ОЦМ находится над точкой (над стопой правой ноги) опоры.

С момента вертикали до момента отрыва правой ноги от грунта длится фаза отталкивания. Период одиночной опоры правой ноги заканчивается и начинается период переноса правой ноги, который имеет две фазы: 1) фаза заднего шага, которая начинается с момента отрыва ноги от опоры до момента вертикали (момент вертикали в переносе ноги определяется по положению бедра - продольная ось бедра должна быть перпендикулярна площади поверхности опоры, т.е. горизонтали); 2) фаза переднего шага - с момента вертикали до момента постановки ноги на опору.

Потом следует кратковременный период двойной опоры. Когда идет период одиночной опоры правой ноги, левая нога находится в периоде переноса. То же самое повторяется с левой ногой. Цикл закончился, начинается новый цикл, и так все повторяется.

Период двойной опоры очень кратковременен, но он имеет большое значение в технике спортивной ходьбы. По нему определяется соответствие техники правилам соревнований. Если период двойной опоры отсутствует, значит, спортсмен не идет, а бежит, за что его дисквалифицируют.

Порой даже очень опытный судья по стилю спортивной ходьбы не может точно определить наличие или отсутствие периода двойной опоры. Некоторые биомеханические исследования, проведенные с помощью точных приборов, показали, что продолжительность периода двойной опоры находится в пределах тысячных долей секунды у высококвалифицированных спортсменов. Этот факт является проблемой для судейства соревнований по спортивной ходьбе, ведь человеческий глаз не способен ни определить, ни выделить такие мгновения, поэтому наличие или отсутствие полетной части в ходьбе определяется добросовестностью, честностью и опытом судейской бригады. К проблеме, связанной с наличием или отсутствием периода двойной опоры, мы вернемся позже.

Частота шагов у высококвалифицированных ходоков колеблется от 190 до 230 шагов в минуту. Длина шага колеблется от 95 до 130 см и зависит от длины ног ходока и развиваемых мышечных усилий.

Движения рук и ног, поперечных осей плеч и таза - перекрестны, т. е. левая рука движется вперед, когда вперед движется правая нога, и наоборот. Позвоночник и таз совершают сложные встречные движения. В конце фазы отталкивания наклон передней поверхности таза несколько увеличивается, а к моменту вертикали, в период переноса этой ноги, - уменьшается. Такие колебания таза в переднезаднем направлении помогают эффективнее отвести назад бедро ноги, отталкивающейся от опоры. Так же изменяется наклон поперечной оси таза: во время переноса она опускается в сторону маховой (переносимой) ноги, а во время двойной опоры опять выравнивается. Такое опускание таза в сторону маховой ноги связано с движением маятника, т. е. нога, как маятник, стремится от оси вращения под действием центробежной силы. Это помогает мышцам, отводящим бедро, лучше расслабиться.

Позвоночник также изгибается в сторону маховой ноги в период ее переноса. В целом туловище совершает ряд сложных, почти одновременных движений в каждом шаге: незначительно сгибается и разгибается, происходят боковые наклоны и скручивание туловища.

Перекрестные движения рук и ног, плеч и таза, а также другие движения туловища помогают сохранить равновесие тела, нейтрализуют полный боковой разворот тела (в отличие от того, когда ходок идет иноходью, т.е. движения не перекрестные), создают оптимальные условия для постановки ног, эффективное отталкивание и рациональный перенос маховой ноги.

Движения рук в спортивной ходьбе помогают увеличивать частоту шагов, поэтому мышцы верхнеплечевого пояса усиленно работают. Особенно на это надо обращать внимание к концу дистанции при наступлении утомления. Движения рук осуществляются следующим образом: руки согнуты в локтевых суставах под углом 90° к направлению движения ходока; пальцы рук полусжаты; мышцы плеч расслаблены.

Источником движущих сил при ходьбе служит работа мышц во время взаимодействия их на опору через звенья тела. Выполняя отталкивание и перенос ног в оптимальном сочетании, все тело получает ускорение в направлении от места опоры. Силы реакции опоры во время отталкивания придают скорость движения телу, а перенос маховой ноги, вследствие инерционных сил, придает ускорение телу ходока. Одновременное движение маховой ногой вперед и отталкивание толчковой ногой в целом составляют отталкивание от опоры.

Все движения звеньев тела осуществляются с ускорением, вследствие чего возникают инерционные силы отдельных звеньев, одни из которых участвуют в придании скорости всего тела, другие нейтрализуют отрицательные инерционные силы (движения РУК).

Движения всех звеньев тела (их центров масс) происходят по криволинейной траектории, а перемещение тела и его ускорение осуществляются в линейном направлении, т.е. не существует какой-либо реальной движущей силы, создающей движение по линейной траектории. Суть всех перемещений в ходьбе - это сумма равнодействующих сил, направленных по криволинейной траектории, и сил, направленных под углом к перемещению тела и опоры.

Движущие инерционные и мышечные силы воздействуют через стопу (стопы) на опору. Исходя из третьего закона механики возникают противодействующие им силы - силы реакции опоры, без которых изменение движения ОЦМ невозможно.

Под силой отталкивания необходимо понимать воздействие опоры на тело спортсмена, которое возникает в результате действия сил давления на опору. Отталкивание - это не результат чистой работы мышц, а результат взаимодействия мышечных усилий и инерционных сил на опору. Чем опора жестче, тем величина отталкивания (силы реакции опоры) больше. Например, возьмем две опоры: беговая дорожка и грунтовое покрытие. Беговая дорожка жестче, чем грунтовое покрытие, следовательно, силы реакции опоры на беговой дорожке будут больше.

Таким образом, под силой отталкивания надо понимать силу реакции опоры, возникающую под воздействием мышечных усилий и инерционных сил на опору. Величина силы отталкивания зависит от:

качества опоры;

величины мышечных усилий;

величины инерционных сил;

направления действия мышечных усилий и сил;

отношения активной массы тела к пассивной (активная масса тела - масса мышц, участвующих в создании мышечных усилий для отталкивания; пассивная масса тела - вся остальная масса тела спортсмена).

В спортивной ходьбе важна не максимальная величина силы отталкивания, а оптимальная, рассчитанная на длительное время работы. Спортсмен воздействует на опору под углом к ней, сила отталкивания воздействует на ОЦМ под углом к вектору горизонтальной скорости. Чем ближе вектор силы отталкивания к вектору горизонтальной скорости, тем будет выше скорость передвижения. Угол, образованный вектором силы отталкивания и вектором горизонтальной скорости, называется углом отталкивания. Чем меньше угол отталкивания, тем эффективнее действует сила отталкивания и тем будет больше горизонтальная скорость.

На практике угол отталкивания определяется по продольной оси толчковой ноги в момент ее отрыва от опоры и горизонтом. Величина угла при таком определении будет не точной, а приблизительной. Более точное определение угла отталкивания получают, применяя сложные технические устройства.

При одноопорном положении, когда спортсмен стоит, действует только сила тяжести перпендикулярно вниз, которая уравновешивается силой реакции опоры, направленной диаметрально противоположно силе тяжести. При двухопорном положении сила тяжести распределяется на две опоры (б), при этом возникает сила давления на опору, действующая под углом, а сила тяжести распределяется на две точки опоры, и их величины будут зависеть от удаленности точек опоры от проекции ОЦМ. В противодействие силе давления на опору и силе тяжести возникает сила реакции опоры, которая действует диаметрально противоположно им. В покое суммарные силы передней и задней опоры равны. Чтобы вывести тело из равновесия и придать ему какую-либо скорость, необходимо нарушить это равновесие. Это можно сделать за счет увеличения силы давления на заднюю опору, тем самым увеличивая силу реакции задней опоры. Увеличение силы давления на опору делается за счет действия мышечной силы.

Другой фактор нарушения равновесия сил - это изменение угла действия силы давления на заднюю опору. Это делается за счет переноса проекции ОЦМ ближе к передней опоре, тем самым угол действия силы давления задней опоры становится более острым, а угол действия силы давления передней опоры более тупым. Таким образом, мы приближаем действие сил реакции задней опоры к вектору горизонтальной скорости. Так возникает стартовая сила, позволяющая вывести тело из состояния покоя. При ходьбе подключается еще и инерционная сила маховых движений во время переноса ноги. Стартовая сила в момент выхода тела из состояния покоя (в момент старта) больше, чем сила отталкивания во время движения, так как тело спортсмена уже имеет скорость и ему необходимо затрачивать усилия либо на поддержание, либо на увеличение скорости.

Немаловажное значение в спортивной ходьбе имеет угол постановки ноги на опору, а также силы, возникающие при этом. Угол постановки маховой ноги определяется в момент касания ноги опоры и образован продольной осью ноги и линией горизонта. Это приблизительная величина, более точно угол определяется вектором скорости силы реакции опоры и линии опоры. В момент постановки ноги начинает действовать сила давления на опору и, как следствие, возникает противодействующая ей сила реакции опоры, их направления диаметрально противоположны. Эти силы являются отрицательными, так как противодействуют движению ходока и снижают скорость передвижения. Для эффективной ходьбы их необходимо устранить или по возможности снизить их отрицательное воздействие. Сила тяжести, возникающая при этом, не влияет на изменение скорости. Компенсировать действие отрицательных сил можно тремя путями: 1) приближение угла постановки ноги к 90°, т. е. нога должна стоять как можно ближе к проекции ОЦМ, но при этом снижается длина шага; 2) амортизация постановки ноги, но по правилам соревнований нога должна ставиться на опору выпрямленной в коленном суставе, значит, амортизация исключается; 3) быстрое сведение бедер после снятия ноги с опоры после фазы отталкивания, что увеличивает силу инерции маховой ноги, которая компенсирует воздействие тормозящих сил.

Движение ОЦМ в спортивной ходьбе происходит не по прямолинейной траектории, а выполняет более сложную криволинейную траекторию. Движение ОЦМ вверх -вниз дополняется движениями вправо-влево. С момента постановки ноги на опору ОЦМ движется вверх и несколько в сторону опорной ноги до момента вертикали, после момента вертикали ОЦМ движется вниз, приближаясь к линии направления движения, до момента постановки ноги на опору. Затем все повторяется с другой ногой.

Чем меньше величина вертикальных колебаний, тем эффективнее техника спортивной ходьбы. Минимальную величину вертикального колебания можно определить опытным путем. Эта величина равна разности высоты ОЦМ в одноопорном положении и двухопорном (длинном шаге). Таким образом, мы определили факторы, влияющие на скорость передвижения в спортивной ходьбе.

К положительным факторам относятся:

качество опоры;

величина сил отталкивания;

угол отталкивания;

время отталкивания;

время переноса маховой ноги.

К отрицательным факторам следует отнести:

угол постановки ноги;

тормозящие силы реакции опоры при постановке ноги.

Список использованной литературы:

Жилкин А.И. и др. Легкая атлетика: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений / А.И. Жилкин, В.С. Кузьмин, Е.В. Сидорчук. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 464 с.

4-я фаза – задний шаг

5-я фаза – момент вертикали

6-я фаза – передний шаг

Фазы свободной ноги

Эти шесть фаз двойного шага относятся к одной какой-либо ноге, так как каждая нога в цикле движений при ходьбе (двойном шаге) бывает то опорной, то свободной, повторяя последовательно аналогичные движения.

Ходьба, как и любое другое движение, происходит в результате взаимодействия внешних и внутренних сил. Взаимодействие силы тяжести и силы реакции опоры различно в этом движении в зависимости от его фаз. Сила тяжести действует на протяжении всего цикла движения, а сила реакции опоры - лишь в фазе опорной ноги. В первой фазе - фазе переднего шага опорной ноги, когда телосоприкасается пяткой с опорной поверхностью, - действие силы тяжести направлено вниз-вперед, а силы реакции опоры - вверх-назад. Силу реакции опоры можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие.

Вертикальная составляющая направлена вверх и противодействует силе тяжести. Если эта составляющая больше силы тяжести, то тело испытывает толчок, направленный вверх, если меньше, тело, а, следовательно и о.ц.т. тела, опускается. Уменьшение толчков, плавность движений при ходьбе достигается использованием амортизационных свойств нижней конечности (приземление на несколько согнутую ногу), мышц-антагонистов и силы инерции.

Горизонтальная составляющая силы реакции опоры в первой фазе опорной ноги направлена назад и несколько уменьшает скорость движения тела. В фазе заднего шага опорной ноги она направлена вперед и способствует увеличению скорости движения, достигает максимума при толчке. Сила реакции опоры передается на о. ц. т тела, который испытывает колебания в трех плоскостях: вверх-вниз, в стороны и вперед. Наиболее высокое положение о.ц.т. тела занимает в момент вертикали опорной ноги, наиболее низкое - в период двойной опоры. Вертикальные колебания о.ц.т. тела при ходьбе могут достигать 4-б см, причем чем больше выпрямлена oпoрная нога, тем колебания о.ц.т. тела больше.

Поскольку стопы при ходьбе несколько развернуты кнаружи сила реакции опоры направлена не строго в передне-заднем направлении и о. ц. т. тела с переносом тяжести тела на опорную ногу перемещается то вправо, то влево. При выносе ноги вперед (в 1-ю фазу опорной ноги) о. ц. т. тела несколько смещается вперед. Скорость движения о. ц. т. тела при ходьбе неодинакова: в фазе переднего шага опорной ноги она несколько уменьшается, а в фазе заднего шага увеличивается.

Площадь опоры при ходьбе изменяется. В период одиночной опоры она наименьшая и соответствует площади одной стопы, двухопорный период - наибольшая и представлена площадью опорных поверхностей стоп и площадью пространства между ним.

Опорная поверхность при ходьбе должна обладать определенной плотностью и шероховатостью. Так, ходьба по рыхлому снегу затруднена из-за невысокой плотности, а ходьба по льду - из-за не значительного трения. Тело при ходьбе находится в состоянии неустойчивого равновесия. Степень устойчивости в зависимости от величины площади опоры и высоты расположения о.ц.т. тела различна.

В период одинарной опоры она невелика (площадь опоры меньше, и о.ц.т. тела расположен выше), в период двойной опоры значительно больше (о. ц. т. тела ниже, и площадь опоры больше).

Различия в направлении, величине и взаимодействии внешних сил в отдельные фазы ходьбы обусловливают и неодинаковое функционирование опорно-двигательного аппарата. Следует заметить, что при ходьбе в работе участвуют почти все мышцы тела человека, но больше других - мышцы нижних конечностей. Для установления особенностей работы двигательного аппарата при ходьбе проводятанализ одного цикла. Вначале рассматривается работа органов движения: нижних конечностей, затем туловища и, наконец, верхних конечностей.

Работа мышц опорной ноги . Во всех фазах опорного периода нижняя конечность выполняет функции амортизатора, опоры всего тела и обеспечивает отталкивание. Соответственно последовательность включения мышц и их напряжение будут различными в отдельные фазы этого периода. В первую фазу, когда необходимо обеспечить амортизацию и фиксацию звеньев нижней конечности, наиболее напряженными оказываются мышцы передней поверхности голени (разгибатели стопы и пальцев), которые выполняют уступающую работу, способствуя плавному опусканию стопы, и малоберцовые мышцы, которые вместе с передней большеберцовой мышцей увеличивают поперечный свод стопы. Несколько согнутое положение ноги в коленном суставе удерживается сокращением мышц задней поверхности бедра, а в тазо-бедренном суставе - мышц передней поверхности бедра (четырехглавой мышцы бедра, портняжной и других мышц, осуществляющих сгибание бедра). Однако напряжение последних невелико. К концу первой фазы усиливается напряжение задней группы мышц голени, мышц передней поверхности бедра и мышц, окружающих тазобедренный сустав.

В момент вертикали особенность работы мышц состоит в том, что кроме мышц, фиксирующих голеностопный, коленный и тазо­бедренный суставы, напрягаются мышцы, отводящие бедро, которые, работая при дистальной опоре, препятствуют наклону таза в сторону свободной ноги (вокруг переднезадней оси). В фазе зад­него шага опорной ноги в наибольшей мере напрягаются мышцы-сгибатели стопы (мышцы задней поверхности голени), разгибатели голени (в основном бедренные головки четырехглавой мышцы бедра) и разгибатели бедра (главным образом большая ягодичная мышца).

Работа мышц свободной ноги . После толчка свободная нога переносится вперед в согнутом положении для уменьшения момента инерции. Поэтому в четвертой фазе - заднем шаге свободной ноги - сокращаются мышцы-сгибатели в коленном суставе (в основном мышцы задней поверхности бедра). В пятой фазе - момент вертикали свободной ноги - происходит сокращение мышц-разгибателей стопы, уменьшающих возможность соприкосновения ее с опорной поверхностью, и сгибателей бедра, способствующих переносу ноги вперед. В шестой фазе к указанным мышцам присоединяется четырехглавая мышца бедра. Ее специфическая так называемая «баллистическая» работа - быстрое сокращение мышцы, сменяющееся столь же быстрым их расслаблением, - обуславливает движение голени вперед по инерции.

Работа мышц туловища . Во время ходьбы, движения туловища происходят вокруг трех осей вращения - поперечной, переднезад­ней и вертикальной. Этим объясняется своеобразие в напряжении отдельных групп мышц. В первой фазе опорной ноги (переднийшаг), туловище под влиянием действующих сил несколько наклоняется вперед. Для удержания его напрягаются мышцы задней по верхности туловища (разгибатели). В фазе заднего шага опорной ноги для предотвращения падения тела назад напрягаются мышцы передней поверхности туловища (сгибатели), преимущественно мышцы живота. Они напряжены и в первой фазе свободной ноги. Сокращаясь при верхней опоре, они фиксируют таз и создают oпору для выноса вперед маховой ноги.

В момент вертикали опорной ноги происходят наклоны туловища в сторону. При этом мышцы туловища, сокращаясь, закрепляютегок нижней конечности, а напряжение мышцы, выпрямляющей позвоночник, на противоположной стороне (на стороне свободной ноги) препятствует опусканию таза и уменьшает наклон туловища в сторону опорной ноги.

В наибольшей мере выражены повороты туловища - скручивание. При выносе вперед свободной ноги (передний шаг), туловище вместе с тазом поворачивается вокругвертикальной оси в сторону опорной ноги. При этом напрягаются внутренняя косая мышца живота с той стороны, в которую поворачивается туловище, а также наружная косая мышца живота, поперечно-остистая (особенно подвздошно-реберная), подвздошно-поясничная и другие - с противоположной стороны.

Голова при ходьбе держится прямо. Этому способствуют мышцы, расположенные в верхнем отделе задней поверхности туловища (трапециевидная, пластырная и др.).

Работа мышц верхних конечностей . Большое значение при ходьбе имеет согласованное движение верхних и нижних конечностей, так называемая «перекрестная координация», при которой вынос вперед правой ноги сочетается с выносом вперед левой руки, и наоборот. Перекрестная координация уменьшает вращательные движения туловища. Движения рук при обычной ходьбе не требуют больших усилий. Движение руки вперед происходит благодаря напряжению мышц, расположенных спереди плечевого сустава (большой грудной, передней части дельтовидной мышцы и клювовидно-плечевой), движение назад обусловлено мышцами, находящимися на задней поверхности плечевого сустава, - задней частью дельтовидной мышцы, широчайшей мышцей спины и длинной головкой трехглавой мышцы плеча. Для этих движений может быть достаточно поочередного сокращения передней и задней частей дельтовидной мышцы. Небольшие сгибания и разгибания в локтевом суставе про­исходят при сокращении двуглавой мышцы плеча и плечевой мышцы (движение вперед), а также трехглавой мышцы плеча (движение назад).

Работа мышц верхних и нижних конечностей при ходьбе носит преимущественно динамический характер, наибольшая нагрузка падает на мощные мышечные группы. Чередование фаз напряжения и расслабления мышц длительное время не вызывает утомления.

Ходьба - прекрасное средство для развития двигательного аппарата, поскольку частоту и длину шагов, а также темп ходьбы легко регулировать. Она оказывает влияние почти на все мышцы человека и на все системы органов.

Бег - это сложное, локомоторное, цикличное движение, связанное, как и ходьба, с отталкиванием тела от опоры и быстрым перемещением его в пространстве.

Между бегом и ходьбой имеются как черты сходства, так и черты различия.

При беге, как и при ходьбе, те же действующие силы, тот же цикл движений, те же фазы движения, такая же перекрестная координация, те же мышечные группы, участвующие в работе.

Основное отличие бега от ходьбы состоит в том, что при беге отсутствует период двойной опоры, тело в опорные периоды опирается поочередно то на одну, то на другую ногу.

Период двойной опоры заменяется в беге периодом полета, когда тело не имеет соприкосновения с опорной поверхностью. Тяжести, действует на протяжении всех фаз бега; сила реакции oпоры - только в опорные периоды. При ходьбе сила сопротивлений среды может не приниматься в расчет, тогда как во время бега она увеличивается по мере увеличения его скорости.

Требования к трению между опорной поверхностью и подошвой в беге выше, чем в ходьбе, поскольку должен быть обеспечен более сильный толчок. В связи с тем что изменить опорную поверхность трудно, применяют соответствующую обувь. Отталкивание при беге производится не только с большей силой, но и под более острым углом.

Величина и направление силы реакции опоры при беге несколько иные, чем при ходьбе.

Если при беге задний толчок (отталкивание) более сильные, чем при ходьбе, то передний, наоборот, менее сильный, отсюда противоотдача, снижающая скорость перемещения о. ц. т. тела значительно меньше. Постановка ноги под большим углом к опорной поверхности и ближе к о.ц.т. тела уменьшает горизонтальную составляющую силы реакции опоры при переднем толчке, в меньшей мере замедляя бег.

Сила инерции при беге больше, чем при ходьбе, что оказывает влияние на траекторию о.ц.т. тела. Он испытывает вертикальные колебания и фронтальные. Наиболее высокое положение о.ц.т. тела занимает в фазе полета, наиболее низкое - в момент вертикали. При этом размах его колебаний вверх и вниз больше, чем при ходьбе, и достигает 10-12 см (Н. А. Бернштейн), тогда как перемещения в сторону менее выражены в связи с особенностью постановки стоп. Стопы располагаются при беге ближе к средней линии, более прямо, без разведения носков в стороны, что не только уменьшает боковые колебания о. ц. т. тела, но и позволяет значительно лучше использовать стопу как рычаг при отталкивании.

Рис . Бег на короткие дистанции. 12 последовательных по­ложений тела в течение двойного шага:

/, 5, 6, 7, И, 12 - периоды полета в воздухе; 2, 3, 4 8, 9, 10 - период опоры на правую ногу (ориг.)

Наклон туловища при беге зависит от скорости бега. Сильный наклон туловища способствует лучшему отталкиванию, но затрудняет вынос маховой ноги вперед; отклонение туловища назад облегчает вынос ноги вперед, но увеличивает угол отталкивания, уменьшая горизонтальную составляющую силы реакции опоры. В беге на короткие дистанции угол наклона туловища больше (55-60°), чем в беге на средние и длинные дистанции, соответственно, 70 0 -75 0 , 75 0 -80 0 , отсюда и вертикаль о.ц.т. тела больше выносится за передний край площади опоры.

Приземление при беге может быть на пятку, на передний отдел стопы или на наружный край ее. Приземление на пятку требует меньшего напряжения мышц, но уменьшает рессорные свойства нижней конечности и увеличивает противоотдачу.Когда стопа ставится на переднюю часть или на наружный край, рессорные свойства нижней конечности используются в большей мере, а мышцы-сгибатели стопы в связи с наклоном голени вперед растягиваются, подготавливаясь к последующему сокращению

Считают, что чем дальше от о.ц.т. тела ставится стопа, тем более вероятно приземление с пятки, чем ближе к о.ц.т. тела, тем вероятнее приземление на передний отдел стопы. Связано это и с наклоном туловища: при сильном наклоне (а также при увеличении скорости бега) стопа ставится на передний отдел, или наружный край, при малом наклоне - на пятку.

Перекрестная координация при беге выражена резче, чем при ходьбе. Руки движутся вперед и назад с большим размахом, для уменьшения момента инерции они согнуты в локтевых суставах, что увеличивает нагрузку на мышцы верхней конечности. Чтобы удержать туловище, напряжение мышц-разгибателей позвоночника также усиливается. Особенно велика нагрузка на мышцы нижней конечности, которые обеспечивают более сильный, чем при ходьбе, толчок, удерживают ногу в более согнутом положении при переносе ее вперед, выполняют уступающую работу при приземлении, способствуя амортизации толчка.

Рис . Бег на средние дистанции. 12 последовательных по­ложений тела в течение двойного шага:

/, 5, 6, 11, 12 - периоды полета в воздухе; 2, 3, 4 - период опоры на левую ногу; 7, 8, 9, 10 - период опоры на правую ногу (ориг.)

Особенности механизма внешнего дыхания зависят от скорости бега. При беге на короткие дистанции дыхание несколько задерживается, на средние и длинные дистанции - учащается. Дыхание осуществляется преимущественно за счет экскурсии грудной клетки. Напряжение мышц живота во всех фазах бега не дает возможности использовать в достаточной мере диафрагмальное дыхание.

Бег способствует развитию всего двигательного аппарата, но особенно мышц нижних конечностей, а также улучшению дыхания и кровообращения

Анатомический анализ плавания кролем на груди

Плавание кролем на груди – это поступательное, сложное, циклическое, разновременно симметричное, локомоторное движение, связанное с подтягиванием и отталкиванием тела от водной поверхности.

При двухударном согласовании циклом движения можно считать два гребковых движения руками и два ударных движения ногами. В цикле выделяют 6 фаз движения рук и 4 фазы движения ног.

Фазы цикла движения рук:

фаза захвата;

фаза отталкивания;

фаза выхода из воды;

фаза проноса над водой;

фаза входа в воду.

Фазы цикла движения ног:

1-я и 2-я фазы подготовительных движений;

1-я и 2-я фазы ударных движений.

Фаза захвата начинается сразу после входа руки в воду. Прямая рука выполняет движение в направлении вперед-вниз. Она заканчивается с началом напряжения мышц-сгибателей кисти: лучевой и локтевой сгибатели кисти, длинный сгибатель большого пальца и длинный сгибатель пальцев. Пловец как бы опирается о воду.

В фазе подтягивания пловец сгибает и пронирует предплечье. Эти движения происходят за счет сокращения двуглавой мышцы плеча, плечевой, плечелучевой, круглого и квадратного пронаторов. В фазе подтягивания происходит опускание пояса верхних конечностей (движение в сторону ног) в результате сокращения малой грудной мышцы, подключичной, нижних пучков трапециевидной, передней зубчатой, а также большой грудной и широчайшей мышцы спины.

Фаза отталкивания выполняется с разгибанием и приведением плеча и разгибанием предплечья. В фазах гребковых движений кисть фиксирована. Пальцы сомкнуты за счет сокращения мелких мышц кисти (ладонные межкостные и мышца, приводящая большой палец).

Фаза выхода руки из воды происходит в результате дальнейшего разгибания плеча и сгибания предплечья. Плечо разгибают: широчайшая мышца спины, длинная головка трехглавой мышцы плеча, задние пучки дельтовидной, подостная, малая и большая круглые мышцы. Предплечье сгибают двуглавая мышца плеча, плечевая, плечелучевая и круглый пронатор.

Пронос руки над водой осуществляется прямой рукой или согнутой в локтевом суставе. Это движение происходит вначале по инерции, а затем – в результате сокращения мышц, отводящих плечо (дельтовидная и надостная), и мышц, поднимающих пояс верхних конечностей (движение в сторону головы). К ним относятся верхние пучки трапециевидной, малая и большая ромбовидные, грудино-ключично-сосцевидная и мышца, поднимающая лопатку. Следует отметить, что все остальные мышцы верхней конечности при проносе руки над водой расслаблены. Чем выше квалификация пловца, тем меньше мышечных усилий он затрачивает при проносе руки над водой.

Вход руки в воду происходит под действием силы тяжести. В момент касания кистью воды растянуты большая грудная и широчайшая мышца спины. Это позволяет создать оптимальные условия для сокращения их в последующих фазах.

Движения ногами обеспечивают равновесие тела пловца, поддерживают в более высоком положении туловище и способствуют созданию движущих сил. В движении ногами выделяют 4 фазы:

2 фазы подготовительных движений;

2 фазы ударных движений.

В 1-й фазе подготовительного движения пловец разгибает бедро. Это происходит в результате сокращения большой ягодичной, большой приводящей, полусухожильной, полуперепончатой и двуглавой мышцы бедра.

Во 2-й фазе подготовительного движения пловец сгибает бедро и голень. Сгибание бедра происходит за счет сокращения подвздошно-поясничной, портняжной, прямой мышцы бедра, гребенчатой, напрягателя широкой фасции бедра. Голень сгибают двуглавая мышца бедра, полусухожильная, полуперепончатая, нежная, портняжная, икроножная и подколенная мышцы.

1-я фаза ударного движения характеризуется еще большим сгибанием бедра.

2-я фаза ударного движения начинается с разгибания бедра и заканчивается захлестывающим движением стопой вниз с полным разгибанием (или даже переразгибанием) голени, что происходит в результате сокращения четырехглавой мышцы бедра. Стопа во всех фазах движения ногами расслаблена.

Туловище пловца активно участвует в рабочих движениях, ритмично поворачиваясь вправо-влево вокруг продольной оси тела (крены). Это осуществляется за счет сокращения косых мышц живота и мышц-вращателей. Чем выше темп плавания и чем больше подвижность плечевых суставов пловца, тем меньше величина кренов.

Дыхание при плавании выполняется только за счет межреберных мышц и диафрагмы. Для вдоха пловец поворачивает голову в сторону, что выполняется за счет сокращения грудино-ключично-сосцевидной мышцы с противоположной стороны, лестничных мышц и мышц-вращателей – с одноименной стороны. В одних вариантах техники плавания вдох выполняется поворотом головы только в одну сторону, а в других – в обе стороны. Выдох осуществляется в воду.

Прыжок в длину с места

Прыжок в длину с места - это сложное, локомоторное, ацикличное, симметричное движение, связанное с отталкиванием тела от опорной поверхности, подбрасыванием его вверх и последующим приземлением. Этот вид прыжка наиболее прост для анатомического анализа, хотя он и является основным, а все другие (с разбегу тройной) - его разновидностями.

Прыжок в длину с места имеет четыре фазы: первая - подготовительная, вторая- толчок, третья - полет и четвертая - приземление..

Движения при прыжке обусловлены взаимодействием внешних и внутренних сил. Из внешних сил наибольшее значение имеют сила тяжести и сила реакции опоры, причем сила тяжести действует на протяжении всех фаз движения, а сила реакции опоры только в первой и четвертой фазах.

О.ц.т. тела при данном виде прыжка описывает параболу, траектория которой представляет собой равнодействующую двух сил: силы толчка и силы тяжести тела.

Сила толчка при прыжке в длину с места должна быть направлена примерно под углом 45° к горизонту (соответственно теоретическим расчетам в механике, так как движение тела в фазе свободного полета при прыжках можно рассматривать как движение любого тела, подброшенного под углом к горизонту).

Площадь опоры в разных фазах прыжка изменяется: в подготовительной фазе она наибольшая, так как образована площадью подошвенной поверхности стоп и площадью подошвенной поверхности расположенного между ними; к концу фазы толчка площадь опоры уменьшается в связи с тем, что с опорной поверхностью соприкасается лишь передний отдел стопы; в начале последней фазы - фазы приземления - площадь опоры также невелика, так как приземление происходит лишь на задний отдел стопы, а к концу этой фазы площадь опоры увеличивается, поскольку прыгун опирается полностью на обе стопы.

В связи с этим и степень устойчивости тела в каждой опорной фазе прыжка неодинакова: в первой и последней фазах устойчивость больше, чем во второй фазе. При этом в первой фазе более выражена устойчивость назад, а в последней - вперед.

Работа двигательного аппарата в первой фазе сводится к обеспечению позы и созданию наиболее выгодных условий для отталкивания. Чтобы отталкивание было сильным, о. ц. т. тела в начале его должен занимать наиболее низкое положение, а в конце - наиболее высокое. Кроме того, важным условием, повышающим силу отталкивания, является растягивание ведущих мышц, осуществляющих его.

В подготовительной фазе тело прыгуна находится в положении приседа. Под действием силы тяжести происходит сгибание в тазобедренном и коленном суставах, разгибание стоп. Туловище не сколько наклонено вперед, руки разогнуты в локтевых суставахиотведены назад, пояс верхних конечностей опущен. Данное положение обеспечивается напряжением мышц, не одноименных движениям в суставах, а их антагонистами. Так, на нижней конечности напряжены разгибатели бедра, разгибатели голени и сгибатели стопы.Они выполняют уступающую работу и находятся в растянутом состоянии. Параллельно поставленные на всю подошвенную поверхность стопы увеличивают растяжение мышц. Отрыв пяточного отдела стопы уменьшает площадь опоры, ухудшает условия равновесия и не обеспечивает достаточного растягивания мышц

Рис. Прыжок в длину с места. 12 последовательных по­ложений тела:

/ - подготовительная фаза; 2, 3, 4, 5, 6 - толчок; 7, 8, 9, 10 - полет в воздухе; 11, 12 - приземление (ориг.)

Туловище и голову удерживают мышцы-разгибатели позвоночного столба, которые также выполняют уступающую работу и находятся в растянутом состоянии.

Положение рук в локтевых суставах обеспечивается напряжением разгибателей предплечья (трехглавой мышцы плеча), а в плечевых - разгибателей плеча (дельтовидной, широчайшей мышцей спины, подлопаточной и др.). Отведенные назад руки растягивают мышцы-сгибатели плеча (грудные мышцы, двуглавую, клювовидно-плечевую).

Положение приседа, опущенный пояс верхних конечностей понижают о. ц. т. тела и растягивают мышцы, обеспечивающие последующее отталкивание.

Во второй фазе происходит отталкивание одновременно двумя ногами. Параллельное расположение стоп обеспечивает более равномерную передачу силы отталкивания через таз к о.ц.т. тела и позволяет в большей мере использовать мышцы подошвенной поверхности стоп.

При отталкивании происходят сгибание в голено-стопном суставе, разгибание в коленном и тазобедренном суставах, выпрямление туловища и резкий взмах выпрямленных рук вверх, что способствует повышению о.ц.т. тела. Нижние конечности, туловище и верхние конечности образуют почти прямую линию, и сила отталкивания передается по костной основе к о.ц.т. тела.

Ведущими мышцами при отталкивании являются: сгибатели стопы (мышцы подошвенной поверхности стопы, задней и наружной поверхностей голени), разгибатели в коленном суставе (четырехглавая мышца бедра), разгибатели в тазобедренном суставе (главным образом большая ягодичная мышца), мышцы-разгибатели позвоночника (преимущественно мышца, выпрямляющая туловище), сгибатели в плечевом суставе (большая и малая грудные мышцы, передняя часть дельтовидной мышцы, клювовидно-плечевая двуглавая мышцы плеча). Все эти мышцы выполняют преодолевающую работу. Для передачи силы отталкивания к о.ц.т. тело прыгуна должно быть закреплено во всех соединениях, поэтому, хотя и на короткий промежуток времени, вместе с указанными мышцами напрягаются и их антагонисты.

Фаза полета не является пассивной, в ней необходимо максимально использовать траекторию полета, принять и сохранить определенное положение тела, которое не только не мешало бы движению, но и способствовало последующему приземлению.

В фазе полета нижние конечности выносят вперед. Для уменьшения их момента инерции происходят сгибание в коленных суставах и разгибание стоп, осуществляемые соответствующими группами мышц, выполняющих удерживающую работу. Вынесение ног вперед возможно благодаря напряжению мышц-сгибателей бедра (подвздошно-поясничной, прямой мышцы бедра, портняжной и гребешковой). Компенсаторно при этом назад и несколько вниз перемещается таз. Одновременно происходят движения рук (вначале вперед, затем вниз) и сгибание туловища. Движения рук обусловлены последовательным напряжением сгибателей и разгибателей плеча. В сгибании туловища принимают участие в основном мышцы живота (прямая и косые мышцы живота).

Если в естественных условиях жизни при движении человек преодолевает массу тела, сопротивление воздуха, неровности почвы и т. д., то в современных условиях городской жизни при движении приходится затрачивать значительно больше усилий для преодоления сопротивления тяжести и жесткости конструкции обуви естественным движением стопы и особенно сопротивления опорного грунта.

При ходьбе все тело смещается вперед, вверх и в стороны, причем наибольшие смещения происходят в горизонтальной плоскости вперед, в вертикальной - вверх и вниз . Величины смещений значительно колеблются в зависимости от возраста, пола и индивидуальных особенностей человека.

Перемещая тело вперед, человек опирается попеременно на левую или правую ногу. Так как при этом смещается вперед и ОЦТ, то усилиями икроножных и содружественных им мышц тело, стремящееся к падению вперед, сохраняет равновесие.

Ходьба начинается с отделения ноги от почвы. Сначала отделяется пятка, затем последовательно вся плантарная поверхность стопы, последними отделяются пальцы. При этом туловищу сообщается легкий толчок вперед и вверх выпрямленной ногой. В следующий момент нога сгибается в суставах, слегка раскачиваясь, переносится вперед и выпрямляется, достигая максимальной длины. Одновременно центр тяжести смещается максимально вверх, и тело получает некоторый размах, что увеличивает давление на опорную ногу по сравнению с давлением массы тела в спокойном состоянии. Затем, когда занесенная вперед нога опускается, а задняя, выпрямленная, еще опирается плантарной поверхностью на почву, туловище вместе с тазом немного опускается.

Опора передней* ноги начинается с пятки, что сопровождается ощутимым толчком о грунт, затем почвы касается плюснефаланговое сочленение, а пальцы, несколько поднятые кверху, опускаются в последнюю очередь. При опоре на переднюю ногу через нее «переносится» вся тяжесть тела. Устойчивость опорной ноги в период переката зависит от величины ее поверхности, соприкасающейся с грунтом. В последний момент туловище опирается на обе ноги, передняя из которых полностью покоится на опорной поверхности, а задняя касается ее уже только выпрямленным большим пальцем; последний готов оттолкнуться от опоры, чтобы повторить задней ногой весь цикл движений, проделанный передней ногой (рис. 8). Конец переката сопровождается переносом тяжести тела на заднюю ногу, которая становится опорной.

Таким образом, при ходьбе обе ноги совершают как бы круговые, вращательные движения.

Рис. 8. Период двусторонней опоры при ходьбе

При беге человек опирается на плоскость (попеременно) только одной ногой. Прыжки характеризуются сгибанием суставов ног с последующим быстрым их разгибанием мышцами-разгибателями. Исследования, проведенные на 30 чел., позволили выявить средние количественные характеристики основных биомеханических параметров ходьбы (табл. 1), межзвенные углы при ходьбе (табл. 2) и определить электрическую активность мышц нижних конечностей .

Анализируя результаты, исследователи указывают на то, что небольшое сгибание коленного сустава в начальный опорный период обеспечивает амортизацию переднего толчка; уменьшение голеностопного угла при перекате через пятку соответствует опусканию стопы на опору, а увеличение его в период опоры на всю стопу - движению голени вперед с вращением ее в голеностопном суставе при неподвижной опоре стопы; последующее уменьшение этого угла соответствует резкому сгибанию конечности в голеностопном суставе при заднем толчке, после которого происходит разгибание голеностопного сустава, обусловленное подъемом носка в период маха.

Считают, что сила заднего толчка обычно превышает силу переднего. При быстрой ходьбе сила толчков увеличивается. Отмечено нарастание активности икроножной мышцы в опорный период и резкий скачок активности к концу этого периода на всю стопу. Передняя большеберцовая мышца наиболее активна в фазе переката через пятку, что предотвращает резкое опускание стопы на опору; затем при опоре стопы голень получает начальный толчок к движению вперед, чему способствует задний толчок другой ноги. Последняя создает усилие, направленное вперед и вверх, приводящее к вращению голени вокруг голеностопного сустава опорной ноги и, следовательно, к движению всего тела вперед. Большеберцовая мышца проявляет активность и в разгибании голеностопного сустава для подъема носка над опорой при переносе ноги. Результаты исследований указывают на большую активность при ходьбе мышц голени, особенно передней большеберцовой, чем мышц бедра .

* Под передней ногой понимается нога, выдвинутая вперед в процессе ходьбы.

Вела беседу специальный корреспондент журнала "Наука и жизнь" кандидат биологических наук Е. Каликинская

О биомеханике - науке, занимающейся изучением движений живых существ, журнал уже писал (см. "Наука и жизнь", №№ 2, 3, 5-7, 1968 г.). С тех пор прошло немало времени. Сейчас биомеханике приходится решать важные медицинские задачи. достижения этой науки помогают облегчить жизнь пациентам с нарушениями опорно-двигательного аппарата. На вопросы редакции отвечает заведующий лабораторией клинической биомеханики Московского центра медицинской реабилитации доктор медицинских наук В. Беленький.

Профессор В. Е. Беленький.

Согласно экспериментальным данным, у человека весом 70 кг нагрузка на третий поясничный позвонок составляет: лежа на спине - 25 кг, лежа на боку - 75 кг, при стоянии - 100 кг, при небольшом наклоне туловища вперед - 150 кг.

Обыкновенная ходьба представляет с точки зрения биомеханики сложнейший процесс, который наглядно изображен на рисунках (а - фронтальный разрез, б - плоскость, параллельная направлению движения, в - плоскости плечевого пояса, талии и таза).

Наука и жизнь // Иллюстрации

Чтобы человек мог сделать один шаг, в различные интервалы времени должно согласованно напрячься и расслабиться большое количество мышц.

Схема "клавишного" перелома позвоночника. Стрелкой показано место и направление удара.

На рисунке слева больной опирается на трость со стороны больной ноги.

Так выглядит новая модель коленного сустава, в котором трение скольжения заменено трением качения.

Виктор Евгеньевич, главная область ваших научных интересов - позвоночник человека. Этот объект отличается какими-то особенными свойствами?

Да, конечно. Судите сами. Прежде всего, его отличает необычайная прочность. Поясничные позвонки могут выдержать нагрузку свыше тонны! Правда, это уже "запредельные" величины. Нагрузки, которые переносит позвоночник в обыденной жизни, тоже впечатляют. Например, если человек держит относительно небольшой груз, наклонившись вперед, то нагрузка на позвоночник превышает 200 килограммов.

- То есть любого из нас можно сравнить с борцом-тяжеловесом?

Вызывает удивление не только это, а "продуманность" и разнообразные свойства этой живой конструкции. Позвонки выполняют как опорную, так и двигательную, и защитную функции. Каждый элемент позвонка предназначен решать свою задачу: тело позвонка является несущей конструкцией, отростки осуществляют кинематическую функцию, дужка играет защитную роль. При этом прочность позвонка в продольном направлении втрое выше, чем в поперечном. Эта анизотропия обусловлена особенностью расположения трабекул - костных балок внутри кости. Структура тела позвонка определяет также большую прочность при сжатии, чем при растяжении. Опорную функцию выполняет не только тело позвонка, но и его задний комплекс. Если нагрузка превышает 150 килограммов, часть ее начинает восприниматься задними костно-суставными элементами.

Представьте желоб, в который заливают раствор цемента. Когда раствор застывает, получается относительно прочный столб. Но его прочность можно увеличить, если перед заливкой раствора в середину желоба поместить металлический прут и натянуть его. Так создается предварительно напряженная, более прочная конструкция. Аналогично устройство позвоночника.

Но это еще не все. Можно также представить наш позвоночник как стержень, к которому при увеличении нагрузки присоединяются дополнительные опорные элементы.

По мнению некоторых исследователей, часть нагрузки принимают на себя еще и грудная и брюшная полости - своеобразные цилиндры, заполненные воздухом и жидкостью. Роль этих опорных элементов особенно велика при подъеме тяжести. Благодаря работе мышц живота жесткость стенок цилиндров увеличивается и давление в грудной и брюшной полостях возрастает. Таким образом, нагрузка на позвоночник при действии механизма наддува снижается приблизительно вдвое. Это одновременно и очень прочная, и весьма гибкая конструкция.

- Эта конструкция еще и движется. И здесь действуют какие-то особые законы?

Да, причем движение человеческого тела характеризуется очень сложной механикой. Попробуем представить хотя бы в общих чертах взаимодействие сил, определяющих движение звеньев тела. Внешние силы - это вес тела, сила инерции, внутренние - усилия мышц.

Рассмотрим такую аналогию. Вы сели за весла, выгребли на середину реки и развернули лодку по течению. Теперь, работая веслами, вы поддерживаете определенную скорость движения лодки и одновременно удерживаете ее в фарватере реки. Мы видим здесь два этапа: первый - начальный "рывок" от берега до середины реки, второй - движение по течению реки. На такие же этапы можно "расчленить" и движения тела. На старте ходьбы мы затрачиваем значительную энергию, чтобы придать своему телу необходимое ускорение, а затем, двигаясь по инерции, лишь добавляем часть своих мышечных сил, чтобы идти в нужном темпе и в нужном направлении.

Шаг начинается с того, что нога отталкивается от опоры. Усилие заднего толчка передается другим звеньям тела. Они совершают движение по инерции. В то же время движения звеньев тела постоянно корректируются мышцами. Корректирующие мышечные усилия необходимы для того, чтобы в полной мере использовать силу инерции. То есть создать для последующего шага необходимые условия отталкивания от пола. Получается так: задний толчок подготавливается целенаправленным движением звеньев тела, и в первую очередь перемещением туловища, - его масса существенно больше масс других звеньев тела. А уже в момент отталкивания главная роль принадлежит мышцам. Они как бы завершают формирование заднего толчка. При этом одновременно должна быть выполнена и другая задача - удержание тела в вертикальном положении.

Вот какими сложными взаимодействиями обеспечивается самое простое и обыденное для нас движение - ходьба.

- А если с этой задачей тело не справляется, как установить, в чем причина?

Мы используем специальный метод - электромиографию. Она дает информацию о вкладе той или иной мышцы в осуществление двигательного акта, будь то ходьба, стояние, какой-то вид производственной деятельности или спортивное упражнение. Принцип здесь такой: выявление особенности работы мышц на основании их электрофизиологических характеристик. Обычная электрическая активность мышц, или суммарная электромиограмма, - результат сложения активности отдельных двигательных единиц. Двигательная единица включает в себя нервную клетку и все иннервируемые ею мышечные волокна.

Во время движения происходит не просто сложение импульсов двигательных единиц, а их наложение друг на друга - интерференция. Мышечные волокна подразделяются на медленные и быстрые. Одни мышцы содержат в основном быстрые волокна, другие - медленные. Количество двигательных единиц в мышце широко варьируется - от нескольких сотен до нескольких тысяч. Потенциалы одной единицы имеют постоянную амплитуду. Изменяется только их частота: возрастает с увеличением усилия. При подключении двигательных единиц, когда мышца напрягается, происходит, по-видимому, следующий процесс. В мышце, как и в некоторых приборах, существуют два способа регулировки силы. Грубая, ступенчатая регулировка осуществляется путем включения и выключения двигательных единиц, а плавная, точная регулировка - путем изменения частоты их пульсации. Это как переключение скоростей в коробке передач.

Мы регистрируем электромиограмму в ходьбе. Параллельно записываются характеристики ходьбы. Это необходимо, чтобы установить, в какую фазу шага активна та или иная мышца, сгибается или разгибается при этом нога в суставе. Такие сведения дают возможность определить режим работы мышцы.

Подобная информация незаменима при планировании операций, связанных с изменением места прикрепления мышцы. Например, при пересадках мышц у больных с параличами. При этом мышца, "поставленная" на новое место, иногда хочет работать в прежнем режиме, что ставит под угрозу результат операции. С помощью биомеханических исследований мы можем детально проследить механизм выработки у мышцы нового двигательного акта, то есть понять, достаточно ли успешно она "переучивается".

Для этого регистрируют электрическую активность мышц у пациента после операции во время ходьбы. Иногда при этом выясняется, что при работе с "переученной" мышцей могут происходить невероятные вещи: она совершенно забывает свою новую функцию и вновь становится тем, чем была до операции.

Дело в том, что во время движения включается так называемый "динамический стереотип ходьбы", заставляющий пересаженную мышцу работать по привычной для нее программе. Чтобы полностью переучить мышцу, нужно "вырвать" ее из привычного участия в акте ходьбы, а также сформировать для нее новую задачу, закрепить ее движения в новом устойчивом стереотипе ходьбы.

- С помощью таких исследований можно "сделать" походку после операции или травмы более правильной?

Да, и вот пример из моей клинической практики. Наблюдая за больными с эндопротезом тазобедренного сустава, я выделил группу пациентов с хорошим клиническим исходом. Эти люди сохранили практически полный объем движений оперированной ноги. Сила ягодичных мышц была вполне удовлетворительной: пациенты могли присаживаться на корточки и самостоятельно вставать. Однако они хромали, правда, несильно.

Причина этого - недостаточно четко скоординированная работа мышц, окружающих искусственный сустав. Нарушена обратная связь. О взаимном положении суставных концов сигнализируют также рецепторы суставной сумки. Поэтому стало ясно, что в такой ситуации могла бы помочь новая конструкция эндопротеза. Имело бы смысл при установке протеза сохранять хотя бы часть тканей суставной сумки. Тогда удалось бы избавиться от хромоты после протезирования.

Не так давно стало ясно, что есть еще один выход, более простой: искусственная коррекция движений посредством электрической стимуляции ослабленных мышц. Этот метод разработан в Центральном научно-исследовательском институте протезирования и протезостроения. Электростимуляцию проводят непосредственно во время ходьбы, и происходит искусственная коррекция походки. Метод сегодня уже взят на вооружение нашим отделением.

- А можно ли с помощью биомеханики предотвратить какие-либо виды травм позвоночника?

Думаю, что да. Зная законы биомеханики, можно понять, почему происходят те или иные виды травм и тем самым получить ключ к их профилактике.

Снова приведу пример из практики. Вот как мне удалось раскрыть загадку, почему возникает компрессионный перелом позвоночника при падении на спину. Пациентка моего коллеги - девочка 12 лет - упала навзничь и почувствовала в спине сильную боль, как она сказала, "перехватило дыхание". При падении она успела "сложиться" и не ударилась головой.

Больная была немного скованна. Посмотрев рентгеновский снимок и не обнаружив ничего серьезного, мы отпустили девочку домой с диагнозом "ушиб".

Через несколько дней она пришла снова. Родители обратили внимание на то, что у дочери изменилась осанка и опять появились боли в спине. Новые снимки показали компрессионный перелом позвонков. Рассмотрев ситуацию с позиций биомеханики, удалось понять, что же произошло.

Дело все в том, что в момент удара позвоночник был согнут, и действие веса верхней и нижней частей тела в момент удара должно было привести к его разгибанию.

Давайте вспомним строение нашего опорного стержня. На конец остистого отростка одного из грудных позвонков, на который упала девочка, действует травмирующая сила. Под действием травмирующей силы позвонок повернулся вокруг центра вращения и передал полученный удар телу вышележащего позвонка. Как видим, поперечная сила трансформировалась в продольную. Такой механизм перелома я называю клавишным. Перелом происходит в результате сжатия одного из сегментов позвоночника.

Хотя удар у пациентки пришелся на нижнегрудные позвонки, сломались верхнегрудные. Произошло это вот почему. Представьте себе: если я ударю по торцу ножки тюльпана, его стебель согнется, а может быть, и сломается в том месте, где прямой участок переходит в изогнутый. В этом месте структура стебля может уступить травмирующему воздействию. То же происходит и с позвоночником. А если бы девочка в момент падения не прижала голову к груди, то есть не приняла позу тюльпана, перелома не было бы.

Однако перелом произошел, но обнаружился лишь спустя некоторое время. Почему? Можно предположить, что механическая волна, проходя вдоль позвоночника, разрушает костные структуры на каком-то одном или нескольких его уровнях. Это разрушение - растрескивание позвонка. В данном случае форма позвонков не изменилась, и это не проявилось на рентгенограмме.

- Можно ли было помочь девочке, если бы диагноз сразу был поставлен правильно?

Конечно, если оградить ее от обычных нагрузок, испытываемых опорно-двигательным аппаратом при ходьбе, наклонах туловища. Тогда бы треснувший, а значит, потерявший прочность позвонок не деформировался бы. А так в результате травмы он приобрел клиновидную форму, что легко обнаружили при повторном рентгеновском исследовании. Вслед за фазой растрескивания позвонка наступила фаза его смятия. Этого можно было избежать, если бы диагноз был сразу поставлен правильно и девочка некоторое время соблюдала бы постельный режим. К сожалению, несмотря на научную публикацию, разъясняющую механизм такого рода травмы, до практических врачей эта информация не дошла.

В книге "Диалог травматолога-ортопеда с биомехаником" вы написали, что с помощью открытий в биомеханике удалось уточнить некоторые приемы, применяемые в ортопедии. Расскажите об этом.

Вот очень простой пример. Человек хромает на одну ногу, он пользуется тростью, помещая ее со стороны больной ноги. Оказалось, что гораздо полезнее делать все наоборот.

- Почему? Разве организм не подсказывает сам, как ему лучше?

Подсказывает. Но в этом случае - не заглядывая далеко вперед. Больной сам выбирает для себя оптимальные условия ходьбы, сводя к минимуму, насколько это возможно, боль, появляющуюся при нагрузке ноги.

При этом, разгружая больную ногу, он перегружает здоровую. И при хроническом процессе здоровая нога в конце концов тоже станет больной.

Оптимальный - с точки зрения биомеханики - метод разгрузки больной ноги должен выбрать врач. Для начала я рекомендую взять трость в другую руку.

Чтобы нагрузить трость тяжестью тела, необходимо разместить проекцию его общего центра масс между опорной ногой и тростью. Для этого пациент при ходьбе должен весьма заметно наклонять туловище в сторону трости. Но трость, поставленная рядом с больной ногой, "не работает", потому что больному неудобно наклонять туловище в сторону больной ноги.

А теперь представим иную ситуацию: больная нога также в состоянии опоры, но трость находится с другой стороны. В этом случае общий центр масс может проецироваться в любую точку - от опорной ноги до трости. Пациент может теперь не наклонять туловище в сторону больной ноги, а держать его прямо, то есть рассредоточивать нагрузку равномерно между опорной ногой и тростью. Тогда на больную ногу будет приходиться лишь около 50 процентов тяжести тела. Если к тому же он наклонит туловище в сторону трости, то разгрузит больную ногу еще больше. Вместо трости можно дать такому больному костыль с подлокотником, и тогда он сможет еще больше разгрузить больную ногу.

Возникает вопрос: а нельзя ли с помощью трости дозированно нагружать больную ногу? Действующий макет такой трости уже существует. В трость встроены датчик силы, электронный узел, позволяющий контролировать величину прикладываемых к трости нагрузок, и звуковой сигнализатор. Врач имеет возможность задать диапазон допустимых нагрузок. Больной при стоянии и ходьбе должен опираться на трость с силой, величина которой укладывается в заданный диапазон. Если это условие нарушено, появляется звуковой сигнал. Прибор "пищит", сигнализируя, что что-то не в порядке. Пациенты прозвали его "ябедой", однако он дает возможность управлять процессом и регулировать восстановление больной ноги.

- А может ли такое исследование помочь спланировать операцию?

Да, например, когда ортопеду предстоит исправлять деформации обеих ног. Нужно решить вопрос: какую ногу оперировать в первую очередь? Ответ не всегда лежит на поверхности, и здесь помогает биомеханическое исследование. В этом случае необходимо не только исследовать распределение нагрузки на ноги при стоянии и ходьбе, но и зарегистрировать электрическую активность мышц, записать и проанализировать боковые раскачивания туловища.

При этом выясняется, какую ногу больной больше щадит - правую или левую. Она-то и не справляется со своей нагрузкой в первую очередь. Анализ всех этих биомеханических данных позволит сделать обоснованный вывод и решить, какую ногу оперировать сначала, какую - потом.

Кроме того, обследовав больного до и после операции, можно сделать заключение о действенности проведенного лечения. Более того, биомеханические параметры можно использовать в качестве критериев оценки исходов лечения больных и эффективности различных методов.

- Чем вы занимались в последнее время, какие перспективные задачи решали?

Не так давно была проведена работа по созданию новой модели эндопротезов суставов. При скольжении искусственных суставных поверхностей существующих сегодня конструкций эндопротезов возникает значительное трение. Это основная причина неудач при эндопротезировании. Мы попытались пойти по нетрадиционному пути устранения этого недостатка - заменить трение скольжения трением качения.

По нашему замыслу, поверхности суставных концов эндопротезов должны будут перекатываться одна по другой. В таком суставе движение осуществляется благодаря гибким связующим элементам, расположенным между суставными компонентами. Эти элементы выполняют функции крестообразных связок. Связующие элементы - ленты или тросики - погружены в пазы и потому не сминаются.

Выбрать форму суставных поверхностей нам помогли математики. Мы дали им кривые, описывающие движение в нормальном суставе, и они рассчитали оптимальные параметры суставных поверхностей эндопротезов.

Используя такой принцип построения эндопротеза сустава, можно конструировать искусственные шарниры с двумя и тремя степенями свободы.

На коленном суставе собаки мы проделали операцию, установив протез разработанной конструкции, который должен стать прообразом будущего метода протезирования суставов. Сделано уже несколько таких операций. Некоторые собаки смогли опираться на лапу, другие даже бегали и вставали на задние лапы. Хотелось бы добиться более определенных результатов, но, к сожалению, на этом работа закончилась. Чтобы продолжить исследование, необходимы заинтересованность фирмы, способной изготовить эндопротез, и наличие клиники, которая захотела бы его апробировать. Ни того, ни другого, к сожалению, пока не нашлось.

Еще одно перспективное направление: прогнозирование развития сколиоза. При одном типе сколиоза нагрузка на ноги разная, что особенно неблагоприятно сказывается на состоянии здоровья пациента. При другом - нагрузка одинакова на обе ноги. Мы предлагаем уже на ранних стадиях болезни контролировать распределение нагрузки на ноги и на основании этих данных прогнозировать характер, а может быть, и скорость искривления позвоночника. И тогда врачи лечебной физкультуры смогут обращать особое внимание на больных группы риска и так подбирать упражнения, чтобы не допустить развития сколиоза по неблагоприятному варианту. Это только два примера, на самом же деле планов и проектов у нас гораздо больше.

Барцок-курс осанки и походки

Для нормальной ходьбы главную роль играет правильная работа стоп и коленей. Наверное, не вопрос: удобно ли ходить, опираясь лишь на край стопы? Но так, косолапя, почему-то ходит большинство горожан - наших современников. Движение получается не очень устойчивым, что в условиях льда, попадающихся на дорогах камешков или грязи может быть и очень опасным. Кроме того, в этом случае не могут нормально работать колени и амортизаторы стопы.

Походите босиком по комнате, обращая внимание на то, как на каждом шаге давят ваши стопы на пол. Важно почувствовать и отметить про себя все детали, которые вы смогли заметить: какая часть стопы касается пола первой, на какой край правой и левой стопы приходится большее давление, чувствуете ли вы сплющивание, а затем распрямление основного свода стопы, движутся ли отдельно пальцы ног.

Попробуйте теперь походить перекатом. В этом случае давление стопы на пол начинается с центра пятки и затем плавно прокатывается по всей ступне, вдоль её центральной оси так, чтобы ступня уходила с пола одновременным давлением на подушечки под большим пальцем и мизинцем и самих этих пальцев. При этом пальцы ноги должны оставаться свободными, но не двигаться отдельно от остальной части стопы.

Походите, пока не почувствуете, что у вас получается такое движение.

После этого пройдитесь, специально наступая на внешние края стоп, чтобы почувствовать разницу. Вы можете немного походить, направляя свой вес на внешние края обеих стоп во время опоры на них.

Попробуйте походить немного, наступая только на внешние края стоп (внутренние края в этот момент повисают в воздухе).

А теперь пройдитесь перекатом, с которого начали занятие, чтобы ваше тело почувствовало, а мозг отразил разницу в работе стоп в том и другом случае.

Пройдитесь теперь так, чтобы давление приходилось на внутренние края стоп. Перенеся давление на внутренний край стопы, когда нога становится опорной. Можете попробовать походить, наступая на внутренние края стоп, чтобы внешние края не касались пола.

Пройдитесь на носках. Хорошо почувствуйте, как работает передняя часть стопы.

И снова походите перекатом. Воспринимает ли ваше тело перекат как более удобный способ передвижения?

Добавьте теперь к движению перекатом подъём коленей. Начните ходить, поднимая колени существенно выше привычного, чтобы лучше научиться чувствовать их вращение при ходьбе. Такое движение напоминает немного работу ног при езде на велосипеде. Чтобы колени не болели, они должны почаще тренироваться и использоваться как амортизаторы пружинистого движения.

Важнейший амортизатор ноги – это свод стопы. Его слабое или неправильное использование ведёт к плоскостопию. Обратите особое внимание и почувствуйте, как работает при ходьбе эта естественная пружина стопы. Почувствуйте, как сплющивается и распрямляется главный свод стопы при ходьбе перекатом и при движении с высоким подниманием колена.

Последний элемент этой тренировки особенно важен при ходьбе по скользкой дороге. При ходьбе перекатом на мгновение фиксируйте нажим на переднюю часть стопы и пальцы. На мгновение, когда пятка уже ушла с поверхности, вы можете почувствовать, как передняя часть подошвы ноги распласталась, как бы прилипла к полу. Войдя в привычку, такая фиксация не замедлит вашего движения, но повысит устойчивость , и страха упасть у вас больше не будет.