Оценка координационных качеств таламо-паллидарной системы управления движениями у спортсменов

ББК 75.00

ОПЕНКА КООРДИНАУИОННЫХ КАЧЕСТВ ТАЛАМО-ПАЛЛИААРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯМИ У СПОРТСМЕНОВ

ASSESSMENT OF COORDINATION QUALITIES OF THALAMUS-PALLIDUM SYSTEM OF MOTION CONTROL IN ATHLETES

Проведена оценка таламо-паллидарного уровня нервной системы при управлении движениями у спортсменов на основании колебаний общего центра давления в стаби-лометрическом обследовании. Выявлены и оценены координационные качества уровня синергий у спортсменов различной квалификации и видов спорта - способность к обширным мышечным синергиям и обеспечение общего ритма движения.

The assessment of thalamus-pallidum level of nervous system in the process of athletes4 motion control is presented in the article. It is based on the total center of pressure fluctuations in stabilometric study. The author identifies and assesses the coordination qualities of synergy level in athletes of various sports and skills - the ability for extensive muscle synergies and ensuring the overall rhythm of movement.

Ключевые слова: управление движениями, стабилометрия, координационные качества уровня синергий у спортсменов.

Key words: motion control, stabilometry, coordination qualities of athletes4 synergy level.

Иерархическая организация движений человека представлена в учении выдающегося отечественного физиолога, психолога и биомеханика Н.А. Бернштейна (1896 - 1966 гг.). Каждому уровню соответствует свой тип движений. Причём под уровнями он понимал морфологические отделы нервной системы: спинной и продолговатый мозг, подкорковые центры и кору больших полушарий.

Всего А.Н. Бернштейн выделил пять уровней: А, В, С, Д, Е. Уровень «В» - второй по иерархическому порядку уровень построения движений, это уровень синергий и штампов. Своему названию «таламо-паллидарный» уровень обязан анатомическим субстратам - это две пары крупных в головном мозгу подкорковых ядер: зрительных бугров (thalami optici) и бледные ядра (globi pallid, pallida). Первая пара обеспечивает афферентацию собственного тела, кроме рецепторов слуха и зрения, а вторая обеспечивает эффекторные пути нервной системы. Все внутренние ощущения тела - давление, температура, суставные углы, степень растяжения мышц и связок и их напряжение, внутреннее ощущение тела в пространстве, согласованность работы групп мышц (синергия), ощущения прикосновений, трений, боли - все это контролируется данным уровнем головного мозга и выражается в так называемых индивидуальных двигательных штампах, узорах, стандартных двигательных схемах и т. д. По меткому выражению Н.А. Бернштейна «уровень В - это уровень проприомоторных двигательных проявлений тела»[1, с. 104]. У человека это второй по счёту уровень, выше - ещё три ведущих кортикальных уровня, но роль мышечных синергий весьма велика. По двигательному богатству он, несомненно, превосходит высшие уровни. Этот уровень ведает движениями, в которых требуется точная согласованность сложных движений, охватывающих все конечности и туловище (например, ходьба, бег, плавание, танцы, гимнастические упражнения и другие) [2, с. 146 - 147]. По выражению

YAK 796.012.268

P.M. ГИМАЗОВ, Г.А. БУЛАТОВА

R.M. GIMAZOV, G.A. BULATOVA

Н. Бернштейна, этот уровень «берет на себя всю внутреннюю черновую технику сложного движения», когда другой, вышележащий уровень обеспечивает приспособление к внешнему миру и внешним предметам.

Степень развитости мышечных синергий у каждого человека отличается своим уровнем, совершенством и способностью к дифференциации [1, с. 247 - 249].

Развитие науки и совершенствование прикладного диагностического оборудования, в частности биомеханического, позволяет, на наш взгляд, получить объективные количественные данные проприомоторных двигательных проявлений тела, что в свою очередь позволит определить степень его развития и его способность к совершенствованию.

Целью данной работы является выявление показателей координационных качеств таламо-паллидарного уровня нервной системы при управлении движениями: способности к обширным мышечным синергиям и обеспечения общего ритма движений.

В работе использовалась методика регистрации биомеханических характеристик колебаний общего центра давления при стабилометрическом исследовании в пробе Ромберга, покачиваясь вперёд-назад прямым телом с закрытыми глазами в Европейской стойке без отрыва стоп от опоры (51 сек).

В качестве параметров функционирования управления движениями на таламо-паллидарном уровне нервной системы рассматривались: скорость общего центра давления V (мм/с); длина статокинезиограммы L (мм); показатель усреднённого «количества вынужденных колебаний ОЦД» (или в тексте синоним этого термина - «напряжений»), определяемого по частотам трёх максимумов спектра общего центра давления по сагиттальной, фронтальной, вертикальной составляющей (ед); показатель скользящего среднего «количества вынужденных колебаний ОЦД», определяемого по частотам трёх максимумов спектра общего центра давления по вертикальной составляющей (кг/ Гц); показатель функции динамического равновесия ПФдР (ед); показатель динамического компонента равновесия в пробе покачиваний (ед); показатель отклонения от ритма движения (сек); показатель способности к мышечным синергиям (ед/сек).

Всего в исследованиях принимало участие 115 спортсменов. Из них 104 юношей и девушек факультета физической культуры и спорта Сургутского государственного педагогического университета, имеющие спортивную квалификацию от 2 взрослого до мастера спорта в различных видах спортивной специализации, а также спортсмены-лучники 2 - 1 разряда 14 - 16-летнего возраста и 7 боксеров 12 - 14-летнего возраста 2 разряда. Обследование проходило с октября 2010 года по ноябрь 2011 года.

Техническая сторона движений состоит из двух составляющих - собственные фоны и автоматизмы. Собственные фоны - это самостоятельные движения на соответственных низовых уровнях в роли ведущих. Если рассматривать вертикальное удержание позы в основной стойке как двигательный навык, то в нем можно выделить уровни его построения со стороны нервной системы, определить ведущие и фоновые уровни.

В случае, когда двигательная задача сформулирована как стояние без зрительного контроля, либо стояние с покачиванием прямым телом вперёд-назад вперёд-назад в Европейской стойке с закрытыми глазами без отрыва стоп от опоры, то все внимание нервной системы сконцентрировано на внутреннюю составляющую удержания вертикальной позы. Ведущим уровнем становится уровень синергий «В» [4], фоновым уровень «А» - тонуса и осанки [3]. Внутренний взор, а именно афферентация от проприоцептивной системы, суставных и мышечных рецепторов, обеспечивает вертикальную устойчивость тела.

По мере развитости уровня «В» снижается порог чувствительности, возрастает более быстрая по времени эфферентная реакция на возникшие изменения выполнения двигательной задачи, быстрее корректируется дви-

гательная программа ради достижения необходимого результата. Значит, в процессе регулирования позы участвует незначительное количество нервных центров уровня «В». В нашем случае, как только уровень «В» нервной системы диагностирует потерю устойчивости равновесия в положении основной стойки (по результатам афферентации от рецепторов в тканях собственного тела - телец Пачини и Мейснера [5], от дисков Меркеля и окончаний Руффини, нервно-мышечных веретен и сухожильных органов Гольджи [9], так сразу же нервная система уровня «В» по эфферентным нервным волокнам вносит соответствующие команды (коррекции) для поддержания равновесия. Вестибулярные рецепторы «играют» в данном случае второстепенную роль [6; 7; 8 и др.].

Одним из инструментов, позволяющих определить характеристики вертикальной устойчивости тела, является стабилометрическое исследование. Таким образом, статокинезиограммы общего центра давления, его биомеханические характеристики могут определять характеризовать функционирование координационных способностей подкоркового уровня «В» нервной системы в удержании вертикальной позы.

К таламо-паллидарной системе управления движениями Н.А. Берн-штейн отнёс три важнейших координационных качеств:

1) способность к обширным мышечным синергиям (СкОМС);

2) стройно и налажено вести движение во времени, правильные чередования движений, включая перекрестимые, обеспечивать Общий Ритм Движений (ОРД);

3) наклонность к штампам, к чёткой повторяемости движений [1]. В работе не затронута тема исследования третьего координационного качества таламо-паллидарной системы управления движениями.

Для определения погрешности Общего Ритма Движений (ОРД) уровня синергий в стабилометрическом исследовании мы ввели пробу покачиваний прямым телом вперёд-назад в Европейской стойке с закрытыми глазами без отрыва стоп от опоры. Как при пробе Ромберга с закрытыми глазами ведущим уровнем управления данного движения будет - «В», так как зрительная система не участвует в поддержании равновесия, реакции мозжечка слишком медленны для данного движения, и весь контроль покачиваний в вертикальном положении основан на проприоцептивных ощущениях позы тела и суставных углах и т. д., т. е. от сенсорных коррекций собственного тела (рис. 1).

00:05 00:10 00:15 00:20 00:25 00:30 00:35 00:40 Т

Рис. 1. Статокинезиограмма колебаний ОЦД в пробе покачиваний прямым телом вперёд-назад в Европейской стойке с закрытыми глазами

На рисунке 1 явно видно, как кривая статокинезиограммы в сагиттальной плоскости имеет значительные амплитудные колебания по сравнению с кривой во фронтальной плоскости. Количество покачиваний при выполнении пробы не регламентируется, каждый спортсмен выполняет движения в удобном для себя ритме. В обследованиях у спортсменов количество циклов покачиваний «вперёд-назад» варьировалось от 6 до 37, среднее 14,67±3,83 (хср±ст, п=115 чел). Показатель погрешности ритма движений рассчитывался как разность между отношением скорости общего центра давления в сагиттальной плоскости (V мм/сек) к длине статокинезиограммы ^ мм) и общим временем выполнения пробы (51 сек). Среднее погрешности ритма движения составило 5,88±2,87 сек (х ±ст, п=115 чел).

' ' у СО ' '

Проба покачиваний

25,264

2,0 4,0

8,0 10,0 12,0

погрешность ритма

Рис. 2. Взаимосвязь погрешности общего ритма движений с количеством циклов покачиваний

На рисунке 2 обнаруживаем, что минимальная погрешность ритма движений наблюдается как у спортсменов, имеющих большое количество циклов покачиваний вперёд-назад, так и у спортсменов - с количеством покачиваний близким к средним значениям в исследуемой выборке.

Подтверждение о большом количестве спортсменов, которым удаётся достичь минимальные значения погрешности ритма движения наблюдаем на рисунке 3.

Проба покачиваний

22,5 20,0 17,5 15,0 12,5 10,0 7.5 5,0 2,5 0,0

л.

1

♦ V 1

♦ >

♦ у % V

91

92

93

94

95

96

97

99

динамический компонент равновесия

Рис. 3. Взаимосвязь погрешности общего ритма движений с показателями функции динамического равновесия

Частотный анализ данных показал, что 19,13% спортсменов из представленной выборки, независимо от спортивной квалификации и возраста могут демонстрировать низкий показатель погрешности общего ритма движений (от 2 до 4 сек) в пробе покачиваний прямым телом с закрытыми глазами. При этом достигаться столь низкая погрешность движения может и за счет более высоких показателей «напряжений», т. е. вынужденных колебаний ОЦД (рис. 4).

Проба покачиваний

25,0

напряжение

Рис. 4. Взаимосвязь погрешности общего ритма движений с показателями «напряжений»

Для оценки способности к обширным мышечным синергиям нами была предпринята попытка нахождения такого показателя. На наш взгляд в формуле должен быть представлен, во-первых, модернизированный показатель функции равновесия (ПФР, ед). Если он (ПФР) общепринят как отношение индекса устойчивости к динамическому компоненту [8 и др.] и чем меньше у обследуемого скорость ОЦД, тем выше показатель функции равновесия, то по условиям выполнения нашей пробы Ромберга, испытуемому необходимо выполнять покачивания телом вперёд-назад в удобном для себя ритме, при этом скорость ОЦД ни как не может стремиться к минимуму. Поэтому расчёт данного показателя производился, как отношение динамического компонента к индексу устойчивости, и назван нами «Показателем Функции динамического Равновесия». Во-вторых, должен быть представлен показатель отношения ПФдР к скользящему среднему «количества вынужденных колебаний ОЦД», определяемого по частотам трёх максимумов спектра общего центра давления по вертикальной составляющей (кг/Гц). В-третьих, для преодоления основной трудности при оценке способности к обширным мышечным синергиям (обследуемые выполняли разное количество циклов покачиваний) нами был введён его расчёт за единицу времени (рис. 5).

Минимальные значения функционирования способности к обширным мышечным синергиям менее 10 ед/сек наблюдались у представителей таких видов спорта, как волейбол и стрельба из лука. И это 2 спортсмена, имеющие спортивное звание «кмс» и 1 разряд. Максимальные - у 8 спортсменов от 1 разряда до «мс», представителей лёгкой атлетики, спортивных танцев, бокса, плавания и лыжных гонок. Таким образом, диаметрально противоположное расположение спортсменов, имеющих высокие спортивные квалификации, можно объяснить наличием или отсутствием дискоординаций функционирования уровня мышечных синергий (табл. 1).

Проба покачиваний

5 I '5 "и 4 ¡1 5 Н 3 ° И 5 £ Я 1= 2 Л >Я ,5 И о о я М Л 1 и и 3 1,5 = = — — — — ♦ — — — =

» Г -А

н а о

О!

и 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 способность к мышечным синергиям

Рис. 5. Взаимосвязь показателей вертикальной составляющей в пробе покачиваний вперёд-назад с закрытыми глазами, с показателями способности к мышечным синергиям

Таблица 1

Частота интервалов показателя способности к мышечным синергиям у спортсменов

Интервал карманов «способность к мышечным синергиям» (ед/сек) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Общий итог

Сумма по полю «частота» 0 2 27 53 25 3 1 3 1 0 115

При анализе гистограммы показателей способности к обширным мышечным синергиям была составлена шкала оценок (табл. 2).

Таблица 2

Шкала уровней способности к обширным мышечным синергиям

Уровень Низкий Ниже среднего Средний Выше среднего Высокий Супер

Показатель 10 и менее до 20 до 30 до 40 до 50 от 60 и более

Результаты показали, что 2% из обследованных спортсменов продемонстрировали низкий, 23% - ниже среднего, 46% - средний, и 22% - выше среднего, 3% - высокий, и 4% - самый высокий уровень способности к обширным мышечным синергиям.

Выводы

Процессы возвратности общего центра давления в зону устойчивости у человека автоматизируются, так как это естественное двигательное действие начинает развиваться у человека примерно с 7 - 9 месячного возраста и в процессе онтогенеза и спортивных тренировок постоянно совершенствуются. Поэтому пробу (тест) покачиваний прямым телом вперёд-назад в Европейской стойке с закрытыми глазами без отрыва стоп от опоры можно использовать для определения координационных качеств уровня синергий.

При высокой степени совершенства функционирования уровня синер-гий спектральный анализ не обнаруживает значительную амплитудность и высокую частотность колебаний общего центра давления. При этом снимаются активные усилия на гашение реактивных и инерционных сил, что создаёт существенную экономию. Спортсмены, имеющие более высокие спортивные разряды и звания вне зависимости от вида спортивной специализации и находящиеся в благоприятном для себя физическом состоянии, проявляют лучшие способности к обширным мышечным синергиям.

Общий ритм движения может достигаться как за счёт экономичного, так и более высокого мышечного напряжения.

Исследование позволило выявить показатели, отражающие координационные качества нервно-мышечного управления двигательными действиями, которые можно применять в учебно-тренировочном процессе для обеспечения роста спортивной квалификации.

Литература

1. Бернштейн, Н.А. Биомеханика и физиология движений : избранные психологические труды [Текст] / Н.А. Бернштейн ; под ред. В.П. Зинченко. - 3-е изд., стер. - М. : Изд-во Московского психолого-социального института ; Воронеж : Изд-тво НПО «МОДЭК», 2008. - 688 с.

2. Бернштейн, Н.А. О ловкости и её развитии [Текст] / Н.А. Бернштейн. - М. : Физкультура и спорт, 1991. - 288 с.

3. Гимазов, Р.М. Биомеханические показатели таламо-паллидарного уровня управления движениями (по классификации Н.А. Бернштейна) [Текст] / Р.М. Гимазов // В мире научных открытий. - Красноярск : НИЦ, 2011. -№ 9.1 (Проблемы науки и образования). - С. 360 - 380.

4. Гимазов, Р.М. Биомеханические показатели руброспинального уровня управления движениями (по классификации Н.А. Бернштейна) [Текст] / Р.М. Гимазов, Г.А. Булатова // В мире научных открытий. - Красноярск : НИЦ, 2011. - № 5 (Проблемы науки и образования). - С. 84 - 91.

5. Доценко, В.И. Об актуальности и ведущих аспектах исследования позной регуляции методом компьютерной статокинезиметри и стабилометрии в клинической практике [Текст] / В.И. Доценко // ПолиКлиника. - 2008. -№ 2. - С. 37 - 39.

6. Каль, М. Воспитание функции равновесия [Текст] / М. Каль // Теория и практика физической культуры. - № 3. - 2005. - С. 68 - 71.

7. Мейснера тельца [Электронный ресурс] / Большая Научная Библиотека DJVU [web-сайт]. 31. 10. 2011. - Режим доступа : http://bse.sci-lib.com/ article075211.html

8. Рецептор [Электронный ресурс] / ВикипедиЯ : Свободная энциклопедия [web-сайт]. 10.10.2011. - Режим доступа : http://ru.wikipedia.org/ wiki/%D0%E5%F6%E5%EF%F2%EE%F0

9. Скворцов, Д.В. Биомеханические методы реабилитации патологии походки и баланса тела : автореф. дис. ... д-ра мед. наук : 14.00.51 (медицинские науки) [Текст] / Д.В. Скворцов. - М., 2008. - С. 14 - 17.