Определение порогов восприятия движений в суставах верхних конечностей

Вестник Челябинского государственного университета. 2013. № 34 (325).

Образование и здравоохранение. Вып. 2. С. 36-40.

А. Н. Корольков, М. В. Климанова

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРОГОВ ВОСПРИЯТИЯ ДВИЖЕНИЙ В СУСТАВАХ ВЕРХНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ

Рассматривается методика определения проприорецептивной чувствительности движений сгибания-разгибания в суставах верхних конечностей. Приводятся результаты таких экспериментальных определений для студентов различных спортивных специализаций. Проведена оценка статистической значимости результатов экспериментальных измерений порогов восприятия движений.

Ключевые слова: проприорецепция, чувство движения, координация, порог чувствительности, кинестезия.

Проблемы, связанные с чувственным восприятием и выполнением различных целенаправленных движений, являются предметом многих исследований в современной медицине, физиологии, биомеханике, кибернетике, робототехнике и других науках и смежных научных дисциплинах. Исследование кинестезии в спорте имеет важное прикладное значение. Восприятие и реализация движений по направлению, амплитуде и скорости играют определяющую роль в видах спорта, связанных с проявлением точности: стрельба, баскетбол, волейбол, гольф и т. п. [2-8].

В спортивных исследованиях кинестезии, как правило, решаются две задачи: как спортивная деятельность влияет на точность реализации специфических для определённого вида спорта целенаправленных движений и какие педагогические формы, средства и методы эффективно использовать для развития точности спортивных действий.

В основе физиологических механизмов восприятия положения, скорости и ускорения звеньев тела при совершении целенаправленных движений лежит взаимодействие систем различных рецепторов и ЦНС, образующих вместе аффектор-но-эффекторную систему. Предполагается, что сознательное восприятие движения и положения суставов в основном обусловлено одновременным действием различных механорецепторов: мышечных веретён, сухожильных органов, суставных и кожных рецепторов. Одно время считалось, что проприорецепция обусловлена главным образом суставными рецепторами [9; 11]. Это механоре-цепторы суставных капсул, кодирующие различные положения или движения суставов. Однако их предполагаемая особая роль в проприорецеп-ции стала оспариваться, когда было установлено, что больные с искусственными суставами различают их положение почти так же, как обычные люди [11]. Более поздние психофизические опы-

ты по восприятию положения и движения суставов подтвердили гипотезу, согласно которой важнейшую роль в нём играют мышечные веретёна. Воздействуя на мышцы и сухожилия вибрацией, активирующей главным образом мышечные веретёна и сухожильные органы, можно вызывать иллюзию движения в суставах, сбивающую испытуемых с толку.

Определение чувствительности положения звеньев тела обычно осуществляется измерением углов отведения конечности в заданное положение и определением погрешности отведения. При этом на результаты таких измерений существенное влияние оказывают условия их проведения. В табл. 1 приведены результаты некоторых таких экспериментов.

Как следует из табл. 1, точность отведения руки в плечевом суставе изменяется в пределах от 0,3 до 7,3° и зависит от угла отведения, функционального состояния испытуемых, скорости отведения и нагрузки. Кроме того, в большинстве проведённых исследований исследуется точность отведения в плечевом суставе и не определяются погрешности в положении конечности при движениях в дистальных суставах: локтевом и запястном. Данных об оценке точности применённого метода и статистической значимости полученных результатов, как правило, в этих публикациях не приводится.

В связи с этим представляется актуальным проведение дополнительных исследований в этом направлении, свободных от указанных выше недостатков.

Целью нашего исследования было: определение чувствительности восприятия положений верхних конечностей при осуществлении движений сгибания-разгибания верхних конечностей в запястном, локтевом и плечевом суставах.

При осуществлении этих исследований нами проверялась гипотеза: чувствительность воспри-

Таблица 1

Результаты экспериментов по определению точности положения плеча

№ Источник Точность положенияплеча, угл. град Угол отведения, град

1 Аганянц Е. К. и др. [1] 2,8-3,2 22,5-67,5

6,2-6,9 135

7,3 157,5

1,0 22,5

0,8 90

2,8 157,5

2 Ткачук В. и др. [12] 4,9±0,4 90

3 Ровный А. С. [10] 2,2±0,13 2,3±0,15 2,5±0,11 Баскетболисты Гимнасты Нетренированные До разминки

2,2±0,07 Баскетболисты После разминки

1,7±0,08 Гимнасты

1,9±0,07 Нетренированные

4 Лях В. И. [8] 0,3

5 Шмидт Р., Тевс Г. [13] 0,5 Плечевой сустав

6 Сенсорная физиология. 2008 г. [11] 1,0-1,3 0,2-0,4 Суставы пальцев при скорости 12,5 м/с Плечевой сустав при скорости 0,3 м/с

ятия взаимного положения звеньев верхних конечностей зависит от места звена в кинематической цепи и от вида совершаемой работы.

Задачи исследования:

- определить пороги чувствительности положения звеньев верхних конечностей при движениях сгибания-разгибания в запястном, локтевом и плечевом суставах;

- установить возможные различия в величинах порогов чувствительности запястных, локтевых и плечевых суставов и зависимости от вида совершаемой работы;

- произвести оценку точности и определить статистическую значимость полученных результатов.

Материалы и методы исследования. Для

решения указанных задач нами был предложен и использован новый метод определения про-приорецептивной чувствительности взаимного положения звеньев тела. Метод заключался в оценке (подсчёте) каждым испытуемым количества субъективно различаемых положений кисти, предплечья и плеча, при их разгибании и сгибании на угол в 90° от исходного положения.

Исходное положение кисти: кисть согнута относительно предплечья на 90° и затем разгибается до 180° (продольные оси кисти и предплечья становятся коллинеарными). Предплечье в исходном положении: угол между ним и плечом 90°; затем разгибается до 180°. Исходное положение плеча: рука направлена вниз вдоль туловища; затем конечность разгибается (отводится) в плечевом суставе до 90° от вертикали (продольной оси туловища). Затем испытуемые проводили сгибание звеньев верхней конечности в обратном направлении, подсчитывая количество ощутимых положений звена. Испытуемые совершали эти движения с закрытыми глазами, т. е. количество различимых положений звеньев верхних конечностей воспринималось ими только за счёт действия механорецепторов.

Исследования проводились в камеральных условиях на кафедре теории и методики гольфа в сентябре-октябре 2013 г. В эксперименте участвовало 65 юношей и девушек — спортсменов массовых разрядов с различной спортивной специализацией. Средний возраст испытуемых составил 19,53±2,13 года.

Результаты исследования и их обсуждение. Полученные таким образом исходные данные были пересчитаны в угловые величины. Также были рассчитаны выборочные средние арифметические и средние квадратические погрешности. Полученные значения приведены в табл. 2.

С использованием критериев Колмогорова, омега-квадрата и Хи-квадрата была проверена гипотеза «Распределение не отличается от нормального» (р = 0,05). Оказалось, что в большинстве случаев (в 28 из 36 возможных вариантов) эта гипотеза не выполняется. По этой причине, для установления статистической значимости различий в полученных выборках применялся непара-

метрический метод сравнения с использованием критерия Хи-квадрата (р = 0,05). Результаты такого сравнения приведены в табл. 3.

Также была установлена статистическая значимость различий в проприорецептивной чувствительности при движениях сгибания и разгибания. Для установления таких различий проверялись гипотезы: «Нет различий между распределениями» с использованием критерия Хи-квадрата и «Есть различия между медианами выборок» с использованием статистик Вилкоксона и Ван дер Вардена для парных данных при уровне статистической значимости р = 0,05. Результаты проверки этих гипотез приведены в табл. 4.

Таблица2

Проприорецептивная чувствительность положения звеньев верхней конечности

Параметр Запястный сустав Локтевой Плечевой

Правая рука

Разгибание 2,83±2,40° 2,12±1,41° 1,69±0,97°

Сгибание 2,59±1,23° 2,22±1,27° 1,52±0,83°

Левая рука

Разгибание 2,86±2,33° 2,05±1,16° 1,70±0,96°

Сгибание 2,85±1,55° 2,26±1,25° 1,57±0,87°

Таблица 3

Статистическая значимость различий проприорецептивной чувствительности суставов

по критерию Хи-квадрата

Параметр Запястный сустав — локтевой сустав Локтевой сустав — плечевой сустав

Разгибание Сгибание Есть различия Есть различия Есть различия Есть различия

Таблица 4

Статистическая значимость различий проприорецептивной чувствительности движений

сгибания и разгибания

Конечность Сустав Критерий

Хи-квадрат Вилкоксон Ван-дер-Варден

Правая Запястный Есть различия Есть различия Есть различия

Локтевой Нет различий Есть различия Есть различия

Плечевой Нет различий Есть различия Есть различия

Левая Запястный Нет различий Есть различия Есть различия

Локтевой Нет различий Есть различия Есть различия

Плечевой Нет различий Есть различия Есть различия

Установленные нами результаты (см. табл. 2) вполне согласуются по величине с результатами других исследованией (см. табл. 1), полученных методом отведения конечности на заданный угол. Но в отличие от более ранних результатов, в нашем случае наблюдается большая вариативность в восприятии положения звеньев верхних конечностей, т. е. субъективность восприятия положения звеньев тела весьма индивидуальна.

Нами также подтверждено возрастание чувствительности восприятия положения звеньев верхних конечностей от дистальных к проксимальным звеньям. Этот эффект, видимо, связан с увеличением количества задействованных в движении механорецепторов, сигнализирующих ЦНС о параметрах движения, по мере вовлечения в движение новых звеньев тела. Это подтверждают выводы, экспериментально полученные С. В. Голомазовым: чем меньше ограничений степеней свободы звеньев тела (даже на первый взгляд, в нём не участвующих) при совершении движения, тем оно точней [5]. Вероятно, эта тенденция также может быть связана с увеличением массы и длины рычагов движимых звеньев тела, их крутящих моментов. Крутящий момент кисти (её масса и плечо силы) в запястном суставе меньше крутящего момента кисти и предплечья в локтевом суставе, а крутящий момент руки в плечевом суставе больше соответствующих моментов кисти и предплечья. Чем больше крутящий момент перемещаемого звена тела, тем интенсивней должен быть сигнал от рецепторов движения, поступающий в ЦНС, тем отчетливее восприятие движения.

И третьей возможной причиной возрастания чувствительности проксимальных звеньев, по всей видимости, является продолжительность (длина пути) прохождения нервных афферентных импульсов от механорецепторов в ЦНС. Чем этот параметр меньше, тем меньше возникает помех, искажающих афферентный сигнал и тем отчётливей восприятие движения.

Установленные нами статистически значимые различия в восприятии положения звеньев (см. табл. 4) при совершении уступающей (сгибание кисти, разгибание предплечья, сгибание плеча) и преодолевающей (разгибание кисти, сгибание предплечья, разгибание плеча) работы также могут быть объяснены различиями в величинах афферентных сигналов от механорецепторов при совершении этих движений. При совершении уступающей работы результирующая сила дей-

ствия соответствующих мышечных групп сона-правлена действию силы тяжести, приложенной к центру масс перемещаемого звена и воспринимаемый ЦНС крутящий момент больше крутящего момента при совершении преодолевающей работы. Интенсивность афферентных сигналов выше.

Таким образом, кинестезия исследуемых движений, вероятно, определяется тремя взаимосвязанными причинами: общим количеством рецепторов, участвующих в движении, интенсивностью афферентного сигнала и длительностью (помехозащищённостью) его прохождения.

Выводы:

1. Пороги чувствительности положения звеньев верхних конечностей при движениях сгибания-разгибания в запястном, локтевом и плечевом суставах, определённые методом последовательных восприятий в изменении их положения составляют: 2,6-2,8, 2,0-2,2° и 1,5-1,7° соответственно.

2. Установлены статистически значимые различия в величинах порогов чувствительности запястных, локтевых и плечевых суставов. Чувствительность возрастает от дистальных к проксимальным звеньям верхней конечности.

3. Проприорецептивная чувствительность положения звеньев тела выше при совершении уступающей работы в среднем на 0,1-0,2° и, вероятно, зависит от величины крутящего момента перемещаемого звена.

4. Статистическая значимость полученных результатов подтверждена величинами статистик Хи-квадрата, Вилкокосона и Ван-дер-Вардена при уровне р = 0,05 и объёме выборки n = 65.

Список литературы

1. Аганянц, Е. К. Особенности пространственной дифференцировки у лиц, занимающихся тхэквондо / Е. К. Аганянц, А. М. Пирожкова, О. В. Пирожков // Физиология мышечной деятельности : тез. докл. Междунар. конф. М., 2000. С. 4-6.

2. Андреева, Н. О. Показатели развития сенсо-моторной координации занимающихся художественной гимнастикой на этапах предварительной базовой и специализированной базовой подготовки = Indexes of development of sensorimotor coordination of people that training cal is the nics on the stages of preproduction basic and special basic training / Н. О. Андреева, А. В. Жирнов, В. Н. Бо-лобан // Физ. воспитание студентов. 2011. № 4. С. 6-15.

3. Болобан, В. Сенсомоторная координация как основа технической подготовки / В. Болобан // Наука в Олимп. спорте. 2006. № 2. С. 96-102.

4. Бороменский, А. В. Влияние двигательных переключений на результативность стрельбы в современном пятиборье = Influence of motorial relayings on productivity of shooting in modern pentathlon / А. В. Бороменский // Физ. воспитание студентов творч. специальностей. 2002. № 2. С. 3-6.

5. Голомазов, С. В. Кинезиология точностных действий человека / С. В. Голомазов. М. : Спорт Академ Пресс, 2003. 227 с.

6. Корольков, А. Н. Анализ чувства усилия при игре в мини-гольф / А. Н. Корольков // Теория и практика физ. культуры. 2012. № 1. С. 54-56.

7. Корольков, А. Н. Физическая подготовка в гольфе : монография / А. Н. Корольков. Saarbrücken : GmbH&Co. KG, 2013. 167 с.

8. Лях, В. И. Координационные способности : Диагностика и развитие / В. И. Лях. М. : Дивизион, 2006. 288 с.

9. Проприорецепция [Электронный ресурс] // Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/%CF% F0%EE%EF%F0%E8%EE%F6%E5%EF%F6%E8%FF

10. Сенсорная физиология [Электронный ресурс]. URL: http://sefiz.ru/7Somatovisceralmznaya_ sensornaya_sistema:Propriocepciya:Chuvstvo_ dvizheniya_i_sily

11. Ткачук, В. Г. Механизмы вариативности при управлении точностными движениями человека : дис. ... д-ра биол. наук / В. Г. Ткачук. Киев : Ин-т кибернетики им. В. Глушкова НАН Украины, 1986. 382 с.

12. Шмидт, Р. Ф. Соматовисцеральная чувствительность / Р. Ф. Шмидт // Основы сенсорной физиологии = Fundamentals of Sensory Physiology / под ред. А. Л. Бызова. М. : Мир, 1984. 287 с.