Гимнастика. Секреты эффективного движения. Биомеханика. Структура. Техника

3.1. ДВИГАТЕЛЬНЫЕ РЕФЛЕКСЫ

Физическая первопричина двигательного действия человека – мышечная работа, которая подчиняется целому ряду закономерностей, связанных с работой центрально-нервных механизмов и периферических отделов двигательного аппарата. Понимание всех этих эффектов важно для анализа, совершенствования техники спортивного движения и, главное, для верного построения процесса обучения упражнениям. Ключевыми здесь являются закономерности, обусловливающие системную работу всего нервно-мышечного аппарата. В первую очередь, это эффекты, связанные с двигательными рефлексами спинного мозга и коры больших полушарий и, фактически, вытекающие из этого особенности работы мышц, а также особенности управления работой двигательного аппарата, включая его центральный и периферический механизмы.

3.1.1. Безусловные рефлексы

К наиболее простым безусловным двигательным рефлексам спинного мозга относятся рефлексы на растяжение, кожные сгибательные рефлексы удаления от раздражителя, рефлексы отталкивания и др. Спинной мозг обусловливает также взаимодействие центров мышц-антагонистов (реципрокную иннервацию, см.), а при локомоциях – более сложные разгибательные и шагательные рефлексы.

Безусловные рефлексы закладываются, как известно, в виде наследственного фонда к моменту рождения человека и животных. Некоторые из них, связанные с положением тела в пространстве, функцией ОДА и др., завершают свое формирование с возрастом, по мере морфологического созревания нервной системы. Эти рефлексы могут осуществляться без участия коры и отличаются высокой стабильностью проявлений. Для физической тренировки, обучения в спорте, наиболее важное значение имеют рефлексы, связанные с работой мышечного аппарата.

Рассмотрим прежде всего ряд безусловных рефлексов, наиболее характерных и важных для практики спорта.

Реципрокное взаимодействие мышц. Это одно из характерных проявлений рефлекторной организации двигательных действий человека и животных, выражающееся в согласовании работы мышц агонистов и антагонистов. Для того, чтобы, например, мышцы-сгибатели (разгибатели) могли достаточно свободно действовать, противопоставленные им мышцы-разгибатели (сгибатели) должны в необходимой степени расслабляться, уступать. Существует закономерность, согласно которой в мотонейронах мышц, активно вступающих в работу, возникает процесс возбуждения, а в мотонейронах их антагонистов – процесс торможения. Такие координационные отношения получили наименование взаимно сочетанной или реципрокной иннервации.

Вместе с тем, при освоении достаточно сложных двигательных действий, навыков, реципрокная иннервация может отступать на второй план, если структура двигательного действия требует иного соотношения напряжений-расслаблений мышечного аппарата. Так, при фиксации определенных положений в пространстве, опорных поз, необходимо одновременное напряжение мышц-агонистов и их антагонистов. Еще более сложной является картина одновременного и последовательного соотношения во времени напряжений-расслаблений мышечного аппарата при сложно координированных движениях. Таким образом, в процессе овладения движением, при совершенствовании упражнения, спортсмен должен научиться рационально распоряжаться «готовыми», безусловными координационными механизмами и, вместе с тем, формировать необходимые новые координации, даже если для этого необходимо подавлять естественные двигательные действия.

Ритмические рефлексы – это составная часть различных сложных двигательных действий, как произвольных, так и непроизвольных. Их механизм тесно связан с реципрокной иннервацией мышц. Особенно характерны в этом смысле циклические движения, начиная от двигательных форм типа «чесательного рефлекса» у животных и заканчивая более сложными двигательными действиями. В частности, это «шагательный рефлекс», лежащий в основе соответствующих локомоций.

Одно из наиболее характерных явлений, связанных с ритмическими рефлексами – «усвоение ритма» двигательных действий, играющее важную роль при формировании двигательных навыков и исполнении множества упражнений, преимущественно циклического характера.

Для физической тренировки явление усвоения ритма чрезвычайно важно. Ритмо-темповая организация движений позволяет быстрее и надежнее формировать двигательные навыки, целостную структуру движения, контролировать силовые акценты действий, интенсивность исполнения упражнения и др.

Отметим в этой связи, что принятое в физиологии понятие «усвоения ритма» нуждается, по нашему мнению, в уточнении. Следовало бы различать две категории «усвоения ритма». Одна из них, традиционная, предполагает, в сущности, простую метрическую организацию движений, повторяющихся через разные интервалы времени в виде фиксированных координационных форм или акцентов. Таково «ритмическое» построение, прежде всего, циклических движений типа ходьбы, бега, упражнений общеразвивающего характера, реверсивных движений на тренажерах и т.п., когда одни и те же элементы двигательной структуры повторяются через равные промежутки времени в разных циклах движения. Кавычки в слове «ритмическое» нами поставлены потому, что, в данном случае мы имеем дело с усвоением не ритма, а акцентно-темповой структуры движения, «метронома».

Другая категория связана с собственно ритмом, т.е. со сложной, как правило неравномерной, структурой соотношений двигательных акцентов в рамках отдельного упражнения, взятого в его ациклической форме. В этом понимании, ритм является важнейшей характеристикой целостной структуры всего спортивного движения, усвоение которой является главной задачей обучения ДД. Многочисленные исследования показывают, что построение именно ритмической структуры движения – одна из важнейших задач обучения в спорте.

Рефлекс на растяжение (миотатический рефлекс) проявляется в форме возбуждения мышцы в ответ на ее растяжение. Простейший пример проявления миотатического рефлекса, известный каждому – разгибание голени при ударе неврологического молоточка по сухожилию четырехглавой мышцы бедра («коленный рефлекс»). Это не что иное, как реакция сокращения на быстрое растяжение мышцы. Биологический смысл миотатического рефлекса заключается в активном противодействии мышцы ее растяжению и, в частности, угрозе разрыва.

Главное, однако, в том, что рефлекс на растяжение играет чрезвычайно важную роль при выполнении множества произвольных, в том числе спортивных движений, начиная с ходьбы, бега и т. п. Особенно важное значение этот рефлекс имеет при исполнении действий, требующих проявления значительных и быстрых – мощных мышечных усилий, столь характерных для спорта. Это объясняется тем, что именно натянутая мышца развивает, при прочих равных условиях, наибольшее усилие (см. ниже).

Вместе с тем, в двигательной деятельности миотатический рефлекс важно не только уметь использовать для активизации мышц, но и, при необходимости, ограничивать его действие. Так, при выполнении упражнений на гибкость важно уметь подавлять этот рефлекс, так как растяжение напряженной мышцы эффективно как средство повышения усилия, которое она развивает, но труднодоступно при работе на гибкость.

Эффекты, обусловленные миотатическим рефлексом, существенны не только сами по себе. Ими обусловливаются, по существу, такие важнейшие закономерности работы мышц, как взаимосвязь «длина-напряжение», «скорость-сила», а также различные режимы работы мышечного аппарата. Таким образом, эти эффекты – краеугольный камень всей спортивной техники и связанных с ней приемов обучения спортивным упражнениям.

Установочные рефлексы. Под этой категорией традиционно принято подразумевать физиологические эффекты, связанные с механизмами сохранения позы, хотя в действительности в их число входят рефлексы, играющие чрезвычайно важную роль в осуществлении сложно координированных двигательных действий.

Принято выделять категории статических (лабиринтный, выпрямительный, шейно-тонический) и статокинетических рефлексов.

Статические рефлексы возникают при изменении позы или положения тела в пространстве.

Лабиринтный рефлекс – это реакция на движение головы в пространстве. Он возникает в результате раздражения рецепторов вестибулярного аппарата и выражается в изменении тонуса при определенных ускорениях, действующих на голову. Так, при ускоренном движении головы назад повышается тонус мышц-разгибателей спины, при аналогичном движении вперед – тонус мышц грудной поверхности туловища, сгибателей. Это явление может оказывать определенное воздействие на результат действий, сопровождающих исполнение быстрых вращений вокруг фронтальной оси, бросков «через спину» в борьбе и др.

Выпрямительный рефлекс выглядит как последовательное сокращение мышц шеи и туловища, благодаря которому может быть восстановлено вертикальное положение тела («теменем вверх»), например, при отклонениях от вертикали при стоянии и, таким образом, является составным элементом механизма балансирования.

Шейно-тонический рефлекс, как и миотатический, играет чрезвычайно важную роль в организации движений человека, особенно связанных с изменением позы, и требует отдельного комментария (см. ниже).

Статокинетические рефлексы позволяют компенсаторно реагировать на ускорения тела при линейном и вращательном движениях. Например, при быстром подъеме усиливается тонус сгибателей, и человек приседает, а при быстром спуске – выпрямляется («лифтный рефлекс»). В спорте эти эффекты определенным образом отражаются, например, на беговых движениях, прыжках, приземлениях и др.

При вращении тела наблюдаются также реакции противовращения головы, т.е. ее отклонение в сторону, противоположную направлению вращения. Аналогичным образом происходит вращение глазных яблок, которые поворачиваются со скоростью вращения тела, но в противоположную сторону, с последующим быстрым их возвращением в исходное положение («нистагм»), как бы компенсируя этим вращение тела и давая возможность более четкой ориентации в пространстве. Этот момент весьма важен как элемент техники исполнения разного рода «поворотов» вокруг продольной оси в спорте.

Отметим, что контроль движения зрением с использованием эффекта нистагма помогает управлению только относительно медленных вращений (например, повороты в художественной гимнастике или балете). Но при освоении и исполнении целого ряда более сложных и быстрых вращательных движений естественный нистагм глаз (и связанные с этим действия головой) не всегда является союзником исполнителя. Нередко, во время быстрого вращения, попытка фиксировать зрением внешние объекты приводит к дискоординации действий. В частности, в спортивной гимнастике, акробатике, прыжках в воду, фигурном катании на коньках и т. п. видах спорта быстрые вращения чаще всего исполняются при фактически выключенном центральном зрении, когда оно «расфокусировано», и эффект нистагма практически не «срабатывает». Более важную роль при этом может играть не центральное, а периферическое зрение. В некоторых случаях даже исполнение упражнений с закрытыми глазами более эффективно, чем попытка контролировать движение зрением, дающим мощный поток избыточной информации, которая не может перерабатываться в масштабе реального времени и становится сильным сбивающим фактором.

Важно отметить, что в двигательной деятельности человека все установочные рефлексы могут произвольно контролироваться, т.е. по необходимости подавляться, хотя главная цель в данном случае – максимально использовать их для рационального построения действий и движений.

3.1.2. Шейно-тонический рефлекс (ШТР)

ШТР – это один из установочных рефлексов, играющий особенно важную роль в регуляции произвольных движений в спорте. Внешне он проявляется в форме зависимости тонуса и силовых показателей мышц плечевого пояса и туловища (в меньшей степени мышц тазового пояса) от установки головы, при которой наклон головы в одну или другую стороны в сагиттальной, фронтальной или промежуточных плоскостях стимулирует одноименные группы мышц, повышая их тонус или даже вызывая соответствующие непроизвольные движения.

Согласно принятой в общей биологии точке зрения, прежде всего установившейся благодаря трудам школы Р. Магнуса […], ШТР, будучи безусловным рефлексом, в явной форме проявляется лишь у животных и младенцев, а у взрослых индивидов – только при определенных патологиях. Что касается человеческой нормы, то, согласно традиционной концепции, ШТР у взрослого человека, якобы, не проявляется, так как характерные для него эффекты легко поддаются произвольному подавлению.

Однако, как показывает широчайший многолетний опыт работы со спортсменами, подтвержденный специальными исследованиями (Е. П. Кесарев, 1958, Ю. К. Резников, 1960, Ю. К. Гавердовский, 1970, 1979, 1999, Н. П. Моисеев, 1975, 1977, 1981), ШТР, определяя силовые проявления ряда ключевых мышечных групп, в значительной, а часто в решающей степени обусловливает координацию произвольных движений и процесс овладения двигательными навыками. Это стимулирует или ограничивает определенные формы движений, изменяя тонус синергистов и антагонистов, их абсолютные силовые возможности, а в отдельных случаях и прямо вызывает непроизвольное изменение позы тела. Чтобы убедиться в этом, достаточно попытаться выполнить, например, такое доступное гимнастическое движение, как «волна» (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Движение «Волна».

Начиная его из «закрытого» (т.е. согнутого) положения с опущенной на грудь головой и приподнятыми руками (к. 1), гимнаст прогибается, поднимая голову, и производит круг руками вниз-назад, т.е. выполняет разгибание шеи, туловища и плеч (к.к. 1—3). При завершении движения происходит постепенное переключение от разгибания к сгибанию: голова наклоняется вперед, а тело выпрямляется (при тонически уже нейтральном движении рук через стороны, к.к. 3—4). Такая координация ощущается, и выглядит совершенно естественной, «ненавязчивой» и требует минимального контроля при освоении. Однако, достаточно изменить только движение головой (например, на противоположное по направлению), и это «простое» движение полностью дискоординируется, и требуется напряженный сознательный контроль двигательных действий, чтобы перейти к какой-то иной упорядоченной координации.

Еще сильнее перераспределение мышечного тонуса, вызванное эффектом ШТР, сказывается при выполнении безопорных движений, в невесомости. В этих случаях любое бесконтрольное изменение установки головы (например, в связи с потребностями визуальной ориентации) чревато непроизвольным изменением позы в полете.

Рис. 3.2. Стимуляция мышечных групп в зависимости от установки головы

Конкретное действие ШТР у человека в норме (на примерах из спорта) проявляется в форме довольно простой, на первый взгляд, зависимости (рис. 3.2): усредненное положение головы относительно туловища (а) обеспечивает практически паритетное «распределение» тонуса мышц рук (в особенности плеча) и туловища. Если же установка головы меняется, то соответственно ее наклону перераспределяется и мышечный тонус: наклон головы назад, ее «разгибание» (б), стимулирует работу мышц-разгибателей тела, провоцирует его прогибание и соответствующее движение рук, например, в направлении вперед-вниз-назад из положения вверх. Наклон головы вперед (в) содействует сгибанию тела и движению рук (из положения вниз) в направлении вперед-вверх-назад. Соответственно действует и наклон головы в сторону (г). Наконец, последовательная смена положений головы относительно туловища (в том числе ее вращение по типу циркумдукции) вызывает соответствующее переключение стимулируемых мышц.

Исследованиями на здоровых субъектах-спортсменах (Ю. К. Гаве-рдовский, Н. П. Моисеев, 1977) показано также, что установка головы достоверно изменяет величину максимальных усилий, развиваемых испытуемым. Особенно четко это прослеживается на мышцах плечевого пояса.

Режимы действия ШТР. Несмотря на кажущуюся простоту проявлений эффекта ШТР, его использование в практике обучения и физической тренировки требует знания определенных закономерностей и ряда режимов распределения тонуса в связи с эффектом ШТР (Ю. К. Гавердовский, 1970).

Простой режим. Наиболее естественно эффект ШТР проявляется при исполнении движений с функционально однонаправленными действиями в суставах.

Рис. 3.3. «Простой режим» действия ШТР.

На рис. 3.3 показана фаза большого оборота назад на перекладине в исполнении новичка: стремясь выпрямиться после «броска» ногами вперед-вверх и улучшить зрительную ориентировку, он поднимает голову и «запускает» тем самым механизм ШТР, активизирующий мышцы-разгибатели туловища и плеча (к.к. 1—2). В результате тело прогибается, а вентральный плечевой угол уменьшается. В финале движения гимнаст вновь опускает («сгибает») голову (к.к. 2—3). Это не только позволяет восстановить благоприятную зрительную ориентировку, но и стимулирует работу сгибателей туловища и плеча, содействуя необходимой здесь «оттяжке» вверх. Другой пример, особенно типичный (б) – плотное группирование при движениях типа кувырков и сальто вперед: опуская голову на грудь, спортсмен стимулирует тотальное сгибание тела.

Описанный тонический режим, как уже отмечалось, наиболее естествен и может быть назван «простым». Однако, в спорте часты координации, предполагающие более сложные сочетания рабочих напряжений мышечного аппарата.

Рис. 3.4. «Доминантный режим» действия ШТР.

Доминантный режим. На рис. 3.4 показаны два таких случая. Акробат, выполняющий прыжок типа переворота назад (а), в первой части этого движения должен сообщить телу одноименное вращение за счет отталкивания ногами с энергичным маховым движением руками и туловищем. При этом голова прыгуна естественным образом «лидирует» в движении звеньев тела, наклоняясь назад. Такое построение движения кажется вполне естественным. Однако, по сути, соответствующая ему тоническая структура не идеальна: наклон головы назад, действительно, стимулирует разгибание (прогибание) туловища, но одновременно повышает и активность разгибателей плеч, в то время как для активного маха руками требуется их сгибание. Этим объясняется тот факт, что у новичков мах руками при «фляке» нередко бывает ослабленным; при этом, чем круче траектория движения тела (короче переворот, например, в начале разгонной серии фляков с места), тем сильнее сказываются описанные затруднения с махом руками.

Характерные проблемы по тем же самым причинам возникают и в статике, например, при исполнении «мостика», когда при общем прогибании тела с сильным наклоном головы назад руки исполнителя норовят соскользнуть по опоре вперед, удаляясь от ног, так как мышцы плеча стремятся действовать не на сгибание, а на разгибание.

Второй пример из рис. 2.4, б также относится к статике – это гимнастический «высокий угол». Чтобы зафиксировать это положение в упоре, приходится одновременно сильно напрягать разноименные мышцы-разгибатели плеча (таз должен быть поднят как можно выше) и сгибатели туловища и бедра (чтобы «складка» в тазобедренных суставах была возможно более плотной).

Таким образом, в приведенных примерах идеальное распределение тонуса за счет ШТР невозможно. Единственный возможный выход из этого положения – оказание предпочтения тем мышечным группам, которые в данном случае выполняют работу, наиболее важную для исполнителя. Этот режим мы будем называть «доминантным». Заметим, что выбор техники, от которой зависит та или иная форма использования эффекта ШТР, зависит не только от принципиальной структуры ДД, но и от двигательных возможностей исполнителя. Так, при исполнении «высокого угла» гимнаст может фиксировать позу с головой, наклоненной как вперед, так и назад – в зависимости от того, какая именно группа его мышц больше нуждается в стимуляции.

Компрессионный режим. Нередки также случаи, когда ни одна из разноименных мышечных групп, будучи весьма важной, не может выйти на роль безусловно доминирующей в данном упражнении. Так, при исполнении горизонтального виса с прямым телом (рис. 3.5) гимнаст должен сильно напрягать не только мышцы-разгибатели плеча, не дающие туловищу и ногам (взятым как целое звено) опуститься, но и мышцы-сгибатели самого туловища и бедер, задача которых – удерживать тело прямым, несмотря на действие силы тяжести.

Рис. 3.5. «Компромиссный режим» действия ШТР.

В норме (включая выполнение стилевых требований) гимнасту приходится использовать усредненное распределение тонуса мышц, удерживая некоторое промежуточное положение головы относительно туловища (а). Если в этих условиях наклонить голову назад (б), в более комфортных условиях оказываются разгибатели плеча, но, весьма вероятно, появление ненужного здесь прогибания тела. А при наклоне головы вперед (который провоцируется также стремлением контролировать положение тела зрением) происходит нечто противоположное (в). Характерно, что оба отклонения от нормы (б, в) нередки, когда гимнаст не справляется с упражнением и невольно стимулирует слабые мышцы соответствующей установкой головы.