Физические упражнения – как произвольные движения

Управление произвольными движениями. После работ И.М. Сеченова и И.П. Павлова укрепилось представление о рефлекторной природе всех двигательных актов. В качестве механизма управления ими использовалось представление о рефлекторной дуге, которое чрезмерно упрощенно представляло переход от стимула к реакции как сенсомоторную реакцию и игнорировало механизмы работы мозга, связанные с принятием решения, выбором способа двигательного решения задачи, представлением движений и т.п. при таком понимании механизмов движений отсутствует главный механизм психики – его сознание. Челок представляется с этой точки зрения как реактивная система, когда его движения, двигательные действия определяются внешним стимулом, а не внутренним. Неслучайно поэтому в противовес этим представлениям И.П. Павлова и его сторонников возникли представления об управлении с включением механизмов предвидения, сличения, задавания, программирования (Н.А. Бернштейн, 1966; Н.И. Гращенков, А.П. Латаш и И.М. Фрейнгенберг, 1962; Т.К. Рач, 1069; Л.Б. Чхаидзе, 1970). Эти представления сформулированы Н.А. Бернштейном как принцип активности. Главным в этих представлениям Бернштейна является утверждение, что в актах жизнедеятельности организма определяющей является внутренняя программа двигательных действий. Рефлекторная дуга позволяла объяснять механизм управления движениями только с помощью «открытого» (незамкнутого) контура регулирования, в то время как ряд психологов указывали на наличие и «закрытого» контура регулирования с включением в него «обратной связи», т.е. сигналов о том, как осуществляется программа двигательного действия (А.Ф. Самойлов,

1946). Р. Вудворт (1899) отметил роль зрительной обратной связи в обеспечении точности движений. А.Ф. Самойлов, говоря о «замкнутом рефлексе», писал: «Подавляющее большинство рефлексов в нашем теле бежит по замкнутому пути. Я беру в руки карандаш, чтобы писать… В течение всего времени, пока я держу карандаш, в моем теле бегут импульсы один за другим от чувствительных окончаний мышц по нервам к спинному мозгу и отсюда по двигательным нервам к мышцам, от них через представительство механического раздражения опять к мышечным чувствительным окончаниям и так далее, все в том же порядке осуществляя то явление, которое я предполагаю назвать замкнутым рефлексом». Возникла необходимость замены рефлекторной дуги рефлекторным кольцом, так как в старой схеме рефлекса все звенья рефлекторной дуги жестко фиксированы и предопределены пусковыми стимулами. В то же время в

условиях множества непредвиденных (случайных) воздействий возможны отклонения в рефлекторном акте, которые приводят к нарушению конечного результата действия. Бернштейн показал, что даже такой стереотипно повторяющийся и хорошо автоматизированный двигательный акт, как ходьба по ровной местности, требует разных моторных импульсов для осуществления одинаковых моторных актов. При одной и той же двигательной задаче при многократном ее выполнении сходные параметры движений (траектория, скорость), не сходны друг с другом. Причину этих отклонений показал Н.А. Бернштейн, который полагал, что результат любого сложного движения зависит не только от собственно управляющих сигналов, но и от целого ряда дополнительных «сбивающих» факторов. Первым фактором является наличие реактивных сил. Так, при движении рукой или ногой в других частях тела возникают реактивные силы, которые изменяют их положение и тонус мышц. Второй фактор – наличие инерционной силы: при резких движениях руки или ноги не останавливаются в заданной точке, а по инерции продолжают двигаться дальше. Третьим фактором могут быть внешние силы, величина которых, как правило, непредсказуема

(например, порывы ветра). Четвертый фактор – исходное состояние мышц, их тонус. Именно поэтому центрам, управляющим движением, необходима постоянная информация о ходе его выполнения, т.е. обратная связь. На ее основе осуществляется сенсорная коррекция, т.е. вносятся поправки в программу

движения прямо по его ходу. Н.А. Бернштейном была предложена схема управления движениями – схема рефлекторного кольца. Управление произвольными движениями. Любой произвольной деятельности человека предшествует сложный процесс ее организации, или формирования конкретной функциональной

системы. Началу двигательной деятельности предшествует стадия афферентного синтеза, в процессе которой решается три вопроса: что делать? Как делать? Когда делать? Первоначально происходит восприятие, отбор и тщательная обработка информации о состоянии внешней и внутренней среды. На

основе синтеза этой информации принимается решение, т.е. окончательный выбор только одной конкретной программы двигательной деятельности, наиболее соответствующей данным условиям и максимально способствующей достижению цели.

Одновременно с принятием решения формируется акцептор результатов

действия. Создается модель будущего движения, а в процессе двигательной

деятельности происходит постоянное ее сличение с параметрами реально

выполняемых движений. Затем наступает стадия эфферентного синтеза, во

время которой двигательные и вегетативные функции объединяются в еди-

ное целое. После ее окончания начинается собственно двигательная деятель-

ность.

Во время двигательной деятельности постоянно происходит сопоставле-

ние сигналов о достигнутых результатах с созданной на стадии афферентного

синтеза моделью движений. Если они не совпадают, то в программу вносятся

коррективы до тех пор, пока она не обеспечит достижение цели. Например,

лыжнику предстоит спуститься с горы. Цель – затратить как можно меньше

времени на спуск. При помощи органов чувств он оценивает крутизну склона

и его рельеф, получает информацию о наличии и характере препятствий, о

скорости и направлении ветра, скольжении и т.д. Информация от рецепторов

внутренних органов и проприорецепторов позволяет ему оценить функцио-

нальные возможности собственного организма. На основе этих оценок он

выбирает наиболее эффективную программу действий: намечает направле-

ние и скорость движения, принимает рациональную стойку и т.п.

Для формирования программы двигательной деятельности большое зна-

чение имеют теоретические знания, прошлый опыт решения подобных дви-

гательных задач, объективность оценки обстановки и собственных возмож-

ностей. Во время спуска на основе обратной афферентации постоянно вно-

сятся поправки в программу.

В реализации программы двигательных действий (или движения) участ-

вует большое количество нейронов, расположенных в различных отделах

мозга. Их деятельность регулируется специальными тормозящими нейрона-

ми (клетками Реншоу). Это происходит следующим образом. Мотонейроны и

клетки Реншоу связаны между собой. От аксона мотонейрона отходят ветви к

клетке Реншоу. Их окончания образуют на ее теле возбуждающие синапсы.

При возбуждении мотонейрона импульсы от него по аксону направляются к

мышечным волокнам и вызывают в них возбуждение. Одновременно этот же

импульс по ветвям направляется и к клетке Реншоу, возбуждая ее. Аксоны

же клеток Реншоу подходят к телам мотонейронов и образуют на них тормо-

зящие синапсы. По ним импульс поступает к мотонейрону и оказывает на не-

го тормозящее влияние. Такое тормозящее влияние на мотонейроны называ-

ется возвратным торможением. Его значение заключается в охране мотоней-

ронов от чрезмерного возбуждения.

В целостном организма деятельностью мотонейронов управляет кора

больших полушарий головного мозга. Все произвольные движения осущест-

вляются под ее контролем. Возникающие в нейронах коры импульсы направ-

ляются к мотонейронам нижележащих отделов головного и спинного мозга.

Эти импульсы идут по двум проводящим системам – пирамидной и экстра-пирамидной. Через экстрапирамидную систему кора больших полушарий ре-

гулирует тонус мышц, его распределение, позу тела и некоторые врожденные

двигательные рефлексы. Это создает фон для произвольной двигательной

деятельности. Через пирамидную систему кора управляет произвольными

движениями. В целостном организме кора больших полушарий осуществляет

управление произвольными движениями при совместной деятельности обеих

систем - пирамидной и экстрапирамидной.

Условно можно выделить 5 уровней мозга, участвующих в управлении

движениями. В построении того или иного движения обычно участвуют 3-4

уровня. Один из них является ведущим, а остальные играют подчиненную

роль.

Уровень А включает часть спинного мозга и самые нижние отделы моз-

жечка. Он обеспечивает мышечный тонус, многие непроизвольные движе-

ния, например дрожь (от холода или от страха), поддержание позы тела.

Уровень В включает крупные подкорковые ядра и обеспечивает вовле-

чение в совместную работу большого количества мышечных групп и сохра-

нение ритма движений.

Уровень С включает часть головного мозга, расположенную на границе

между подкорковыми ядрами и корой. Он управляет координацией движе-

ний.

Уровень А, В и С присущи не только человеку, но и животным. Уровень

D и E – специфически человеческие. Они управляют смысловыми действия-

ми, например движением рук хирурга, письмом, приемами в борьбе самбо и дзюдо и т.п.

 

40. Функциональной единицей мышцы является двигательная единица, состоящая из мотонейрона спинного мозга, его аксона (двигательного нерва) с многочисленными окончаниями и иннервируемых им мышечных волокон. Возбуждение мотонейрона вызывает одновременное сокращение всех входящих в эту единицу мышечных во­локон. Двигательные единицы (ДЕ) небольших мышц содержат ма­лое число мышечных волокон (ДЕ мышц глазного яблока 3-6 воло­кон, мышц пальцев руки 10-25 волокон), а ДЕ крупных мышц туло­вища и конечностей — до нескольких тысяч (например, ДЕ икро­ножной мышцы человека — около 2000 мышечных волокон).Мелкие мышцы иннервируются из одного сегмента спинного мозга, а крупные мышцы—мотонейронами 2-3 спинальных сегментов. Мотонейроны, иннервирующие одну мышцу, составляют общий мо­тонейронный пул, в котором могут находиться мотонейроны различных размеров. Большие ДЕ образованы крупными мото­нейронами, которые имеют толстые аксоны, множество концевых разветвлений и большое число связанных с ними мышечных воло­кон. Такие ДЕ имеют низкую возбудимость, генерируют высокую частоту нервных импульсов (порядка 20-50 импульсов в 1с) и харак­теризуются высокой скоростью проведения возбуждения. Они включаются в работу лишь при высоких нагрузках на мышцу. Мелкие ДЕ имеют мотонейроны небольших размеров, тонкие и мед­ленно проводящие аксоны, малое число мышечных волокон. Они легко возбудимы и включаются в работу при незначительных мы­шечных усилиях. Нарастание нагрузки вызывает активацию различ­ных ДЕ скелетной мышцы в соответствии с их размерами — от мень­ших к большим (правило Хеннемана).Мышечное волокно представляет собой вытянутую клетку (ее диаметр около 10-100 мкм, а длина 10-12 см). В состав волокна входят его оболочка — сарколемма, жидкое содержимое — саркоплазма, ядро, энергетические центры —митохондрии, белковые депо — рибосомы, сократительные элементы — миофибриллы, а также замк­нутая система продольных трубочек и цистерн, расположенных вдоль миофибрилл и содержащих ионы Са ,— саркоплазлштический ретикулум. Поверхностная мембрана клетки через равные проме­жутки образует поперечные трубочки, входящие внутрь мышечного волокна, по которым внутрь клетки проникает потенциал действия при ее возбуждении.Миофибриллы —это тонкие волокна (диаметр их 1-2 мкм. длина 2-2.5 мкм), содержащие 2вида сократительных белков (прото-фибрилл): тонкие нити актина и вдвое более толстые нити миозина. Они расположены таким образом, что вокруг миозиновых нитей на­ходится 6 актиновых нитей, в вокруг каждой актиновой — 3 миози­новых. Миофибриллы разделены Z-мембранами наотдельные участ­ки— саркомеры, в средней части которых расположены пре­имущественно миозиновые нити, а актиновые нити прикреплены к Z-мембранам по бокам саркомера. (Разная способность актина и ми­озина преломлять свет создает в состоянии покоя мышцы ее попереч­но-полосатый вид в световом микроскопе).Нити актина составляют около 20% сухого веса миофибрилл. Актин состоит из двух форм белка: 1) глобулярной формы — в виде сферических молекул и 2). палочковидных молекул тропомиозина, скрученных в виде двунитчатых спиралей в длинную цепь. На протяжении этой двойной актиновой нити каждый виток содержит по 14 молекул глобулярного актина (по 7 молекул с обеих сторон), наподо­бие нитки с бусинками, а также центры связывания ионов Са . В этих центрах содержится особый белок (тропонин), участвующий в образовании связи актина с миозином.

Миозин составлен из уложенных параллельно белковых ни­тей (эта часть представляет собой так называемый легкий меромиозин). На обоих концах его имеются отходящие в стороны шейки с утолщениями — головками (эта часть — тяжелый меромиозин), бла­годаря которым образуются поперечные мостики между миозином и актином.

и дзюдо и т.п.

 

41. Развитие скелетных мышц. В утробной жизни мышечные волокна формируются гетерохронно. Сначала дифференцируются мышцы языка, губ, диафрагмы, межреберные и спинные, в конечностях — сначала мышцы рук, а затем ног, в каждой конечности сначала — проксимальные отделы, а затем дистальные. После рождения рост и развитие разных мышц также происходят неравномерно. Раньше и больше начинают развиваться те мышцы, которые обеспечивают двигательные функции, имеющие существенное значение для жизни (участвующие в дыхании, сосании, схватывании предметов, необходимых для питания). Кроме того, больше тренируются и развиваются те мышцы, которые участвуют в процессе обучения и воспитания у детей определенных навыков. Новорожденный имеет все скелетные мышцы, но их вес в 37 раз меньше, чем у взрослого. Рост и формирование скелетных мышц происходит примерно до 20—25 лет, оказывая влияние на рост и формирование скелета. К 1 году более развиты мышцы плечевого пояса и рук, чем мышцы таза, бедра и ног. В руке и плечевом поясе, начиная с 2 лет, проксимальные мышцы значительно толще дистальных, поверхностные толще глубоких, функционально активные толще менее активных. С 2 до 4 лет особенно быстро растут волокна в длиннейшей мышце спины и в большой ягодичной мышце. К 4—б годам развиты мышцы плеча и предплечья, но еще недостаточно — мышцы кистей рук. В раннем детстве мышцы туловища развиваются значительно быстрее мышц рук и ног. Ускорение развития мышц кисти происходит в 6—7 лет, когда ребенок производит легкую работу и начинает приучаться к письму. Развитие сгибателей опережает развитие разгибателей. В первые годы жизни у детей слабы глубокие мышцы спины, недостаточно развиты и их сухожильно-связочные аппараты. У детей 6—7 лет они еще недоразвиты. К 12—14 годам эти мышцы укреплены сухожильно-связочным аппаратом, но меньше, чем у взрослых. Мышцы брюшного пресса у новорожденных не развиты, но только к 14—16 годам передняя стенка живота укреплена почти как у взрослого. С 12 до 16 лет растут мышцы, обеспечивающие вертикальное положение тела, особенно подвздошно-поясничная, играющая важную роль в ходьбе. Толщина волокон подвздошно-поясничной мышцы к 15—16 годам становится наибольшей. В двуглавой мышце плеча и четырехглавой бедра мышечные волокна утолщаются к 1 году в 2 раза, к 6 годам — в 5, к 17 годам — в 8, а к 20 годам — в 17 раз. Правильный подбор физических упражнений регулирует гармоническое развитие скелетных мышц. Рост мышц в длину происходит в месте перехода мышечных волокон в сухожилие. Он продолжается до 23—25 лет. Рост волокон в толщину продолжается до 30—35 лет. Масса мышц особенно интенсивно возрастает у девочек в 11—12 лет, а у мальчиков в 13—14. У подростков за 2—3 года масса скелетных мышц увеличивается на 12%, а в предшествующие 7 лет всего на 5%. С возрастом изменяются также химический состав и строение скелетных мышц. Мышцы детей содержат больше воды и меньше плотных веществ, чем у взрослых. Эластичность мышц у детей примерно в 2 раза больше, чем у взрослых. При сокращении они больше укорачиваются, а при растяжении больше удлиняются. Первые стадии развития скелетных мышц происходят без участия нервных элементов. Чувствительная иннервация начинает формироваться с 3,5— 4 месяцев утробной жизни и к 7—8 месяцам достигает большой сложности. К рождению центростремительные нервные волокна усиленно миелинизируются. Во всех мышцах мышечные веретена имеют одинаковое строение, но их число и уровень развития отдельных структур в разных мышцах неодинаковы. Сложность их строения зависит от амплитуды движения и силы сокращения мышцы. Чем больше координационная работа мышцы, тем больше в ней мышечных веретен и тем они сложнее. В мышцах, которые в физиологических условиях не растягиваются, мышечных веретен нет, например, в коротких мышцах ладони и стопы. Двигательные нервные окончания (мионевральные аппараты) появляются в утробной жизни с 3,5—5 месяцев. Их развитие в разных мышцах сходно. К рождению в мышцах руки их больше, чем в межреберных и мышцах голени. Уже у новорожденных двигательные нервные волокна окружены миелиновой оболочкой, которая к 7 годам значительно утолщается. Нервные окончания усложняются к 3—5 годам, к 7—14 еще более дифференцируются, а к 19—20 годам достигают полной зрелости.