Ловкость и технология формирования техники двигательного действия
Если провести анализ научной литературы, в которых дается описание результатов исследований осанки человека, то следует обозначить их в следующем порядке:
– во-первых, нарушения осанки приводят к стойким деформациям опорно-двигательного аппарата с тяжёлыми последствиями (А. В. Гладков, 1997 и др.);
– во-вторых, осанка определяет положение тела и ее частей в пространстве, обнаруживает нарушения статико-динамических свойств позвоночника и конечностей (Н. А. Корнетов, 2002 и др.);
– в-третьих, отклонения в состоянии осанки, в том числе существенные, обусловлены либо гипо-, либо гипер- функции руброспинального уровня А (И. А. Котешева, 2002; А. В. Левин, В. А. Маргазин, 2013 и др.);
– в-четвёртых, ряд авторов связывают спортивные успехи с идеальной осанкой (Л. Д. Назаренко, Н. А. Касаткина, И. А. Мингалишева, 2016 и др.);
– в-пятых, с точки зрения адаптации организма на тренировочные нагрузки следует применять оценивание осанки спортсменов (Т. Ф. Абрамова, Т. М. Никитина, Н. И. Кочеткова, В. А. Красников, 2013).
Таким образом, биомеханический способ анализа осанки у молодых и практически здоровых людей, занимающихся и не занимающихся спортом необходим не только для того, чтобы убедиться в изменении внешних признаков (отклонений от правильной осанки) [157; 158; 159 и др.] и нахождения каких-либо скрытых заболеваний опорно-двигательного аппарата [114; 273 и др.], но и для того, чтобы оценить процесс адаптационных реакций нервно-мышечной системы человека [137; 174 и др.], создание и регулирование трехмерного положения человека, приспособленного для построения движений в пространстве [13; 213; 227 и др.].
Сложность проблемы состоит в том, что практически любые деформации позвоночника носят пространственный трёхмерный характер.
Профессор А. В. Гладков
В последние годы появились методы трёхмерной регистрации поверхности спины человека и позвоночного столба, которые относятся к контактным методам. Таким аналогом может выступать ультразвуковое устройство Zebris – спинальный пантограф [425, с. 525—259], прибор компании Orthoscan Ortelius 800TM (США). Из отечественных приборов – трёхмерный сканер продукция фирмы НМФ МБН (г. Москва). В соавторстве с профессором А. В. Гладковым, разработчики данного сканера разработали группы параметров, характеризующих пространственное положение различных отделов позвоночника, их геометрические характеристики и взаиморасположение таза и плечевого пояса.
В наших исследованиях мы применяли отечественный контактный прибор трёхмерный сканер НМФ МБН (г. Москва). Как и другие приборы этого типа, он позволяет проводить не только исследования в положении основной стойки, но и при наклонах, ротации и других положениях. Отличительной особенностью данной системы является использование её для построения соответствующих графиков и проведения расчётов, исходя из внутренней системы координат пациента. Данный методологический подход позволяет получать объективные данные как для одного и того же пациента, так и для людей разного возраста, пола, роста, конституции в сравнительном подходе (Информация представлена из программного обеспечения компьютерного модуля «Сканер – МБН» г. Москва).
Отечественный контактный прибор трёхмерный сканер НМФ МБН (г. Москва) позволяет по реперным точкам сканировать состояние осанки человека в трёх плоскостях и получить отчёт в виде табличных данных и графического представления (Рисунки 3—7).
Рисунок 3 – Реперные точки сканирования (рисунок взят из материалов компьютерного модуля «Сканер – МБН» г. Москва)
Рисунок 4 – Центральный угол дуги во фронтальной и сагиттальной плоскости (рисунок взят из материалов компьютерного модуля «Сканер – МБН» г. Москва)
Рисунок 5 – Угол наклона хорды дуги во фронтальной и сагиттальной плоскости (рисунок взят из материалов компьютерного модуля «Сканер – МБН» г. Москва)
Рисунок 6 – Угол наклона надплечий к горизонту (рисунок взят из материалов компьютерного модуля «Сканер – МБН» г. Москва)
Рисунок 7 – Угол наклона надплечий к тазу (рисунок взят из материалов компьютерного модуля «Сканер – МБН» г. Москва)
Графическое представление пространственного положения осанки по результатам измерения выдаётся по трём плоскостям (Рисунок 8).
Рисунок 8 – Пример графического представления трёхмерной регистрации осанки человека (из собственных исследований)
Изучение биомеханики основной стойки позволяет выявлять начальные отклонения в опорно-двигательном аппарате от нормы.
При трёхмерном сканировании необходимо сравнивать сопоставимые показатели, а существующие нормативные данные не могут в полной мере обеспечить решение главной проблемы – точной диагностики имеющихся у человека деформаций позвоночника и взаимоотношений позвоночника и других окружающих структур.
Перед нами встал исследовательский вопрос: «Как сопоставить для сравнения положительные и отрицательные показатели осанки, выявляемые в трёх плоскостях, если они могут встречаться у одного и того же человека неоднократно, а в исследуемой выборке неравномерно?».
Для решения поставленной проблемы был предложен способ выведения итоговой оценки осанки и состояния позвоночника в основной стойке для сравнения показателей, получаемым при трёхмерном сканировании поверхности спины и позвоночника среди людей разного пола и возраста.
В основе способа лежит методика перевода регистрируемых показателей в их качественные аналоги [243, с. 122]. Суть её в том, чтобы найти соответствие измеряемого объекта некому эталону (образцу, стандарту), принятому экспертным обществом (или самим экспертом) за норму. В статистике такую роль могут выполнять методы корреляционного анализа, но применительно к осанке человека традиционная статистика становится слабой, так как значения параметров осанки у одного и того же человека могут иметь положительные и отрицательные показатели.
Методика перевода показателей в качественные аналоги предполагает наличие установленных каким-либо способом минимальных и максимальных значений регистрируемого параметра, установления количества качественных аналогов (баллов), применения специальных формул расчёта качественных аналогов (баллов) для положительных и отрицательных значений регистрируемого параметра.
В случае если значения измеряемого показателя находятся в положительной зоне значений (+), то применяется формула (1):
ki= ((хi-хmin) (kmax-1)) / (хmax– хmin) +1, (1)где хi – зарегистрированный пространственный показатель позвоночника, kmax = 5 – количество качественных аналогов (баллов), хmax – максимальный уровень параметра, хmin – минимальный уровень параметра. Чем ближе результат какого-либо показателя к норме, тем выше балл.
Например, угол наклона хорды дуги во фронтальной плоскости грудного отдела позвоночника C7-Th12 равен 2 градусам, т.е. отклонён вправо от вертикали, то по формуле (1) итоговый балл угол наклона хорды дуги будет равняться 4 баллам по 5-бальной шкале.
Если значения измеряемого показателя находятся в отрицательной зоне значений (-), то применяется формула (2):
ki= ((хmax-хi) (kmax-1)) / (хmax– хmin) +1, (2)где хi – зарегистрированный пространственный показатель позвоночника, kmax = 5 – количество качественных аналогов (баллов), хmax – максимальный уровень параметра, хmin – минимальный уровень параметра. Чем ближе результат какого-либо показателя к норме, тем выше балл.
В случае если угол наклона хорды дуги во фронтальной плоскости грудного отдела позвоночника C7-Th12 равен минус 2 градуса, т.е. отклонён влево от вертикали, то по формуле (2) итоговый балл угол наклона хорды дуги также будет равняться 4 баллам по 5-бальной шкале. Таким образом, появляется возможность интегрально сопоставлять отрицательные и положительные значения регистрируемых параметров осанки человека.
Для установления минимальных и максимальных значений регистрируемых параметров осанки человека и обеспечения репрезентативности выборки нами были обследованы студенты и преподаватели университета, а также школьники города. Всего было обследовано 147 человек. По правилу «трёх сигм» были вычислены верхние и нижние границы измеряемых параметров пространственной конфигурации позвоночника и осанки (Таблицы 1 – 3).
Таблица 1 – Верхние и нижние границы измеряемых параметров пространственной конфигурации позвоночника и осанки во фронтальной плоскости (n=147 человек)
Таблица 2 – Верхние и нижние границы измеряемых параметров пространственной конфигурации позвоночника и осанки в сагиттальной плоскости (n=147 человек)
Таблица 3 – Верхние и нижние границы измеряемых параметров пространственной конфигурации осанки в горизонтальной плоскости (n=147 человек)
В таблицах 1 и 2 указано, что такой параметр осанки как «центральный угол дуги, (град)» не оценивается. Это связано с тем, что он является производным показателем от показателя «радиус дуги». Как отмечали Д. В. Скворцов и др. (2003), «для характеристики формы позвоночника радиус дуги имеет важное значение, поскольку разные по протяжённости дуги могут иметь одинаковое значение центрального угла и отличаться только величиной своего радиуса» [10, с. 32], поэтому следует больше внимания уделить именно «радиусу дуги».
Параметр «радиус дуги» в таблицах 5 и 6 не представлен. Для его оценки во фронтальной плоскости по 5-бальной шкале необходимо найти процентное отношение между длиной хорды дуги (см) и его радиусом (см).
Расчёт длины хорды дуги шейного, грудного и поясничного отделов позвоночника аппаратно-программным комплексом «МБН-СКАНЕР» определяется как расстояние между перпендикулярами хорды дуги, восстановленными из крайних точек данной дуги, т.е. между остистыми отростками, образующих дугу [10, с. 32]. Чем ближе значение процентного отношения между длиной хорды дуги и его радиусом к 100 процентам, тем выше балл его оценки: максимальное значение параметра радиуса дуги отделов позвоночника во фронтальной плоскости для формулы (1) равняется 100, минимальное – 90.
В сагиттальной плоскости радиус дуги шейного, грудного и поясничного отделов позвоночника оценивается по соответствующему значению индекса Дельмаса. Выраженность изгибов позвоночника определяется через индекс Дельмаса (A. Delmas) [150, с. 26].
Он выражает соотношение между длиной (сумма дуг трёх отделов позвоночника) и высотой позвоночника (сумма длин (см) трёх хорд дуг отделов позвоночника). У позвоночника с нормальными изгибами индекс находится в пределах 94%-96%. Позвоночник с выраженными изгибами (динамический тип) имеет индекс менее 94%, а со сглаженными (статический тип) более 96%.
Для подсчёта индекса Дельмаса (A. Delmas) нами брались в расчёт показатели радиуса дуги отделов позвоночника (см) и длины хорды дуги (см) трёх отделов позвоночника C1-C7, C7-Th12, Th12-L5 во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Для подсчёта длины дуги отдела позвоночника мы воспользовались альтернативным методом, предложенный Щекотковым В. А. [335] по формуле (3):
ĂВ = 2^tR √ (2_2- √ 2_2+…+ √ (2_t+ √ (4- (a_0/R) ^2)))), (3)где ĂВ – длина дуги, а0– хорда дуги, R – радиус, t – показывает на какое число равных отрезков делится исходная дуга АВ. В наших расчётах мы пользовались значением 2. При t = 2 наш результат верен с точностью до 1/10000.
Отношение длины дуги хорды дуги отдела позвоночника к её длине определяет его индекс Дельсама (A. Delmas), а отношение сумм длин хорд шейного, грудного, поясничного отделов позвоночника к сумме длин хорд соответствующих отделов позвоночника, определяет в целом выраженность естественных изгибов позвоночника. Чем ближе значение индекса Дельмаса к значению 95, тем выше значение балла «радиуса дуги». Для формулы (1) максимальное значение параметра радиуса дуги отдела позвоночника в сагиттальной плоскости равняется 95, минимальное – 93; для формулы (2) – соответственно 100 и 95.
Способ выведения итоговой оценки состояния позвоночника и осанки в основной стойке, получаемый при трёхмерном сканировании поверхности спины и позвоночника у детей и молодёжи разного пола и возраста, включает в себя определение сходства осанки с нормами (эталоном) отдельно для каждой плоскости.
Для определения значения степени близости между двумя объектами (между эталоном во фронтальной, сагиттальной и горизонтальной плоскостью и регистрируемыми показателями) предлагается имманентная метрика (топометрика), которую называют коэффициентом сходства качественных признаков [243, с. 122], определяемый по формуле (4):
W (k1-k2) = ((1- (Σ|k1-k2| / n (k – 1)) *100, (4)где W= 0 – полное отсутствие сходства; W=1 -абсолютное сходство; п – количество признаков, общих для сравниваемых объектов А и Б; k – число качественных уровней; Σ|k1-k2| – сумма разностей качественных уровней между признаками; W – показатель процента сходства.
Таким образом, способ оценки состояния позвоночника в основной стойке (Приложение А) включает в себя:
– Итоговый балл, как среднее значение из 24 регистрируемых параметров осанки по 5-бальной шкале, рассчитываемый по формулам 1 и 2 с включением в них значений параметров осанки, представленных в таблицах 6 – 8.
– Позвоночный индекс Дельмаса, вычисляемый: по отношению длины хорды дуги отдела позвоночника к её длине – для определения индекса Дельмаса шейного, грудного и поясничного отделов позвоночника; по отношению сумм длин хорд шейного, грудного, поясничного отделов позвоночника к сумме длин хорд соответствующих отделов позвоночника – для определения индекса Дельмаса всего позвоночника. Для подсчёта длины дуги отдела позвоночника необходимо воспользоваться формулой (3). Для формулы (1) максимальное значение параметра радиуса дуги отдела позвоночника в сагиттальной плоскости равняется 95, минимальное – 93; для формулы (2) – соответственно 100 и 95.
– Схожесть характеристик позвоночника с эталоном во фронтальной, сагиттальной и горизонтальной плоскости в процентном отношении, определяемая по формуле (4);
– Подсчёт количества параметров осанки, относящихся к норме и к отклонениям.
В основе способа лежит методика перевода регистрируемых показателей в их качественные аналоги как соответствие измеряемого объекта некому эталону (образцу, стандарту), принятому экспертным обществом (или самим экспертом) за норму. Если раньше мы могли сравнивать только каждый показатель с нормируемыми данными и выводить своё заключение на основании общего анализа и статистических расчётов, что требует от исследователя высокого уровня профессионализма, то данный способ количественной оценки осанки решает важнейшую проблему – трансляции специфичных, узко профессиональных (медицинских, биомеханических) знаний в интегральные, которые могут быть понятны широкому кругу людей, занятых в социуме в иных сферах деятельности.
Разработанный способ оценки осанки будет понятен и менее подготовленному человеку (не только медицинскому работнику), так как по каждому показателю выводится вполне знакомая (традиционная в российской системе образования) оценка по пяти бальной шкале.
Проведённые исследования показали, что способ оценки осанки человека при ее измерении позволяет переводить регистрируемые значения трёхмерных деформаций позвоночника и осанки в основной стойке в качественные уровни, сопоставлять данные различных возрастных групп друг с другом, распределять обследуемых по функциональным группам [100].
С одной стороны, способ оценки осанки человека (как инструментарий обработки результатов измерения) позволил выявить, что значительная часть школьников, студентов имеют проблемы с правильным пространственным расположением позвоночника, плечевого и тазового пояса. Подтвердилась закономерность, что количество нарушений осанки увеличивается с возрастом. Выяснилось, что незначительное число студентов 19-летнего возраста, принявших участие в исследовании, имеют нормальный тип изгибов позвоночника (десятая часть). Остальные студенты имеют те или иные нарушения осанки либо в связи с низким уровнем двигательной активности, либо, наоборот, с повышенными нагрузками, не адаптированными к возможностям организма спортсмена.
Способ оценки осанки позволяет диагностировать ее и представлять осанку человека как результат его двигательного опыта и долговременных адаптационных реакций нервно-мышечной системы, что весьма актуально для контроля состояния спортсмена в многолетней и годичной подготовке. Этот способ позволяет отслеживать обнаруженные изменения пространственного положения позвоночника, обусловленные гипо- и гипер- тонусом скелетных околопозвоночных мышц туловища, которые влияют на уровень проявления рессорных функций позвоночника и снижают рекуперационные возможности позвоночника в двигательных действиях. Применение способа оценки осанки в мониторинге физического состояния позволяет отслеживать направленность происходящих изменений в организме человека. Применение способа оценки осанки позволило классифицировать естественные изгибы позвоночника в сагиттальной плоскости по пяти группам, т.е. дополнительно внести еще два класса к известным в науке трем – динамического, нормального и статического типов осанки.
Состояние осанки может свидетельствовать о наличии невыгодных условий для производства движений во внешнем пространстве и потенциально созданных дополнительных трудностей для успешного решения других двигательных задач на вышерасположенных уровнях нервной системы, например, в процессе спортивной тренировки.
В этой связи перспективными направлениями внедрения способа оценки осанки и изгибов позвоночника в практику физической культуры и спорта могут быть: обоснование модельных характеристик осанки у спортсменов (к) различных видов спорта на различных этапах спортивной подготовки; включение способа оценки осанки человека в число необходимых мероприятий в системе спортивного контроля, а также медицинского контроля при диспансеризации спортсменов.
Предложенные направления внедрения способа оценки осанки в практику физической культуры и спорта необходимы для того, чтобы спортивные педагоги, тренеры могли контролировать ход адаптации организма спортсмена на тренировочные нагрузки – если нагрузки адекватные, то и осанка у человека красивая и правильная. Опора на методологический подход к оценке осанки человека, сформулированный В. К. Бальсевичем и Л. П. Матвеевым, позволил автору предложить следующее определение осанки человека.
Осанка человека – это «запечатлённый» в физическом образе результат индивидуального двигательного опыта, который отображает итог деятельности нервной системы по приспособлению к нагрузкам в течение длительного времени. Нередко этот результат, отражённый во внешнем образе вертикальной позы, называют привычкой, т.е. говорят что осанка – это привычная поза, но использованный в исследовании подход позволяет нам охарактеризовать осанку человека как результат решения двигательных задач руброспинального уровня нервной системы.
2.2 Мышечный тонус – срочный результат деятельности руброспинального уровня нервной системы
Мышечный тонус – это длительное, как правило, низкоинтенсивное напряжение скелетных мышц, которое отличается малой утомляемостью и большой экономичностью [332]. Такое определение мышечного тонуса не отвечает на главный вопрос: «Какая двигательная задача решается мышечным тонусом в выполнении целостной двигательной функции»? Даже последующая характеристика важности мышечного тонуса в управлении движением даёт описание либо «результата» его функционирования – определяет положение тела и его звеньев относительно друг друга, необходимых для любого целевого движения, либо указываются на «процессуальные характеристики» возникающие в феномене мышечного тонуса, например, на физиологические параметры скелетных мышц, таких как начальная длина, упруго-вязкие и другие свойства, возникающие при создании необходимых для движения степеней свободы в сочленениях тела. Характеристика понятия мышечного тонуса через «результат-процессный» подход позволяет внешне описывать изучаемое явление, но не позволяет сконцентрироваться на ее решаемой двигательной задаче, сути явления, и таким образом приблизиться к целостности понимания роли мышечного тонуса во всей двигательной системе человека.
На отсутствие чёткого и однозначного определения тонуса мышц указывают M.L. Latash, V. M. Zatsiorsky (2016) [392, с. 85—86], «мышечный тонус является, возможно, одним из наиболее часто используемых и наименее определённым понятием в исследованиях движения, позы и двигательных расстройств», что вызывает много недоразумений в научной литературе и появление различных устройств, которые претендуют на объективную оценку мышечного тонуса. Они приводят определения мышечного тонуса из различных Словарей: «нормальная степень твёрдости или небольшое сокращение мышц в покое» [223], «непрерывное и пассивное частичное сокращение мышц, или сопротивление мышцы, возникающее при ее пассивном растяжении во время состояния покоя» [224; 354, с. 59—84], соотносят понятие мышечного тонуса с понятиями «состояния бдительности» и «устойчивого состояния». При определении мышечного тонуса, в первом случае, принято требовать от человека достижения полного покоя или расслабления мышцы, и в этом состоянии проводят диагностику движений исследуемой конечности, но не учитываются такие характеристики мышечной ткани как устойчивость к растяжению (жёсткость) и сопротивление к изменению скорости (демпфирование). Во втором случае приравнивают тонус мышц с исходным уровнем значений электромиографии в состоянии покоя, но этот случай тесно связан с умением человека расслабляться, что также накладывает определённые ограничения на его применение в практике. Третий, инструментальный, способ определения мышечного тонуса, M.L. Latash и V. M. Zatsiorsky считают наименее информативным из-за присутствия неучтённых факторов у разных людей (различие по количественному выражению значений подкожного слоя жира, особенностей электромагнитных свойств кожи) при измерении жёсткости мышечной ткани в точках (зонах) соприкосновения прибора с телом человека. Чаще всего в этих приборах измеряют сопротивление тканей при деформации, приложенные к поверхности части тела и измеряют кажущуюся жёсткость всех тканей, что определяется, в свою очередь, многочисленными факторами, связанными и не связанными с нервной регуляцией мышечного состояния [335, С. 95].
Своё понимание понятия «мышечный тонус» M.L. Latash, V. M. Zatsiorsky связывают с определением, предложенное Н. А. Бернштейном (1947), как адаптивную функцию нейромоторного аппарата, с настройкой и готовностью (учёта текущего состояния и возбудимости отдельных компонентов) нервно-мышечной системы в решении активных задач удержания ортостатической позы и задач движения. По их мнению, такое определение заслуживает внимания. Во-первых, это явно касается активной функции мышц. Во-вторых, это говорит о том, что оценка мышечного тонуса в состоянии покоя или отсутствия движений вряд ли заслуживает доверия [392, с. 96].
Что понимается под понятием «мышечный тонус» самим Н. А. Бернштейном (1947)? Он даёт такое определение: «Мы будем в дальнейшем изложении понимать под мышечным тонусом палеокинетический модус работы поперечно-полосатой мышцы, взятый в его целом, т.е. включающий в себя не только смещения механических параметров мышцы, но и все сдвиги, неразрывно связанные с этими смещениями согласно правилу параллелизма» [20, с. 93].
Как мы выяснили в 1 главе задачей двигательных центров руброспинального уровня нервной системы является решения уравнения с двумя значениями переменных – определения состояния мышцы и ее длины с целью создания необходимых механических усилий из-за постоянных изменений пассивной части опорно-двигательного аппарата относительно друг друга в пространстве во время движения и контроля физиологического, биохимического состояния внутренней среды скелетных мышц для процесса напряжений и релаксаций.