4-я фаза – задний шаг

5-я фаза – момент вертикали

6-я фаза – передний шаг

Фазы свободной ноги

Эти шесть фаз двойного шага относятся к одной какой-либо ноге, так как каждая нога в цикле движений при ходьбе (двойном шаге) бывает то опорной, то свободной, повторяя последовательно аналогичные движения.

Ходьба, как и любое другое движение, происходит в результате взаимодействия внешних и внутренних сил. Взаимодействие силы тяжести и силы реакции опоры различно в этом движении в зависимости от его фаз. Сила тяжести действует на протяжении всего цикла движения, а сила реакции опоры - лишь в фазе опорной ноги. В первой фазе - фазе переднего шага опорной ноги, когда телосоприкасается пяткой с опорной поверхностью, - действие силы тяжести направлено вниз-вперед, а силы реакции опоры - вверх-назад. Силу реакции опоры можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие.

Вертикальная составляющая направлена вверх и противодействует силе тяжести. Если эта составляющая больше силы тяжести, то тело испытывает толчок, направленный вверх, если меньше, тело, а, следовательно и о.ц.т. тела, опускается. Уменьшение толчков, плавность движений при ходьбе достигается использованием амортизационных свойств нижней конечности (приземление на несколько согнутую ногу), мышц-антагонистов и силы инерции.

Горизонтальная составляющая силы реакции опоры в первой фазе опорной ноги направлена назад и несколько уменьшает скорость движения тела. В фазе заднего шага опорной ноги она направлена вперед и способствует увеличению скорости движения, достигает максимума при толчке. Сила реакции опоры передается на о. ц. т тела, который испытывает колебания в трех плоскостях: вверх-вниз, в стороны и вперед. Наиболее высокое положение о.ц.т. тела занимает в момент вертикали опорной ноги, наиболее низкое - в период двойной опоры. Вертикальные колебания о.ц.т. тела при ходьбе могут достигать 4-б см, причем чем больше выпрямлена oпoрная нога, тем колебания о.ц.т. тела больше.

Поскольку стопы при ходьбе несколько развернуты кнаружи сила реакции опоры направлена не строго в передне-заднем направлении и о. ц. т. тела с переносом тяжести тела на опорную ногу перемещается то вправо, то влево. При выносе ноги вперед (в 1-ю фазу опорной ноги) о. ц. т. тела несколько смещается вперед. Скорость движения о. ц. т. тела при ходьбе неодинакова: в фазе переднего шага опорной ноги она несколько уменьшается, а в фазе заднего шага увеличивается.

Площадь опоры при ходьбе изменяется. В период одиночной опоры она наименьшая и соответствует площади одной стопы, двухопорный период - наибольшая и представлена площадью опорных поверхностей стоп и площадью пространства между ним.

Опорная поверхность при ходьбе должна обладать определенной плотностью и шероховатостью. Так, ходьба по рыхлому снегу затруднена из-за невысокой плотности, а ходьба по льду - из-за не значительного трения. Тело при ходьбе находится в состоянии неустойчивого равновесия. Степень устойчивости в зависимости от величины площади опоры и высоты расположения о.ц.т. тела различна.

В период одинарной опоры она невелика (площадь опоры меньше, и о.ц.т. тела расположен выше), в период двойной опоры значительно больше (о. ц. т. тела ниже, и площадь опоры больше).

Различия в направлении, величине и взаимодействии внешних сил в отдельные фазы ходьбы обусловливают и неодинаковое функционирование опорно-двигательного аппарата. Следует заметить, что при ходьбе в работе участвуют почти все мышцы тела человека, но больше других - мышцы нижних конечностей. Для установления особенностей работы двигательного аппарата при ходьбе проводятанализ одного цикла. Вначале рассматривается работа органов движения: нижних конечностей, затем туловища и, наконец, верхних конечностей.

Работа мышц опорной ноги . Во всех фазах опорного периода нижняя конечность выполняет функции амортизатора, опоры всего тела и обеспечивает отталкивание. Соответственно последовательность включения мышц и их напряжение будут различными в отдельные фазы этого периода. В первую фазу, когда необходимо обеспечить амортизацию и фиксацию звеньев нижней конечности, наиболее напряженными оказываются мышцы передней поверхности голени (разгибатели стопы и пальцев), которые выполняют уступающую работу, способствуя плавному опусканию стопы, и малоберцовые мышцы, которые вместе с передней большеберцовой мышцей увеличивают поперечный свод стопы. Несколько согнутое положение ноги в коленном суставе удерживается сокращением мышц задней поверхности бедра, а в тазо-бедренном суставе - мышц передней поверхности бедра (четырехглавой мышцы бедра, портняжной и других мышц, осуществляющих сгибание бедра). Однако напряжение последних невелико. К концу первой фазы усиливается напряжение задней группы мышц голени, мышц передней поверхности бедра и мышц, окружающих тазобедренный сустав.

В момент вертикали особенность работы мышц состоит в том, что кроме мышц, фиксирующих голеностопный, коленный и тазо­бедренный суставы, напрягаются мышцы, отводящие бедро, которые, работая при дистальной опоре, препятствуют наклону таза в сторону свободной ноги (вокруг переднезадней оси). В фазе зад­него шага опорной ноги в наибольшей мере напрягаются мышцы-сгибатели стопы (мышцы задней поверхности голени), разгибатели голени (в основном бедренные головки четырехглавой мышцы бедра) и разгибатели бедра (главным образом большая ягодичная мышца).

Работа мышц свободной ноги . После толчка свободная нога переносится вперед в согнутом положении для уменьшения момента инерции. Поэтому в четвертой фазе - заднем шаге свободной ноги - сокращаются мышцы-сгибатели в коленном суставе (в основном мышцы задней поверхности бедра). В пятой фазе - момент вертикали свободной ноги - происходит сокращение мышц-разгибателей стопы, уменьшающих возможность соприкосновения ее с опорной поверхностью, и сгибателей бедра, способствующих переносу ноги вперед. В шестой фазе к указанным мышцам присоединяется четырехглавая мышца бедра. Ее специфическая так называемая «баллистическая» работа - быстрое сокращение мышцы, сменяющееся столь же быстрым их расслаблением, - обуславливает движение голени вперед по инерции.

Работа мышц туловища . Во время ходьбы, движения туловища происходят вокруг трех осей вращения - поперечной, переднезад­ней и вертикальной. Этим объясняется своеобразие в напряжении отдельных групп мышц. В первой фазе опорной ноги (переднийшаг), туловище под влиянием действующих сил несколько наклоняется вперед. Для удержания его напрягаются мышцы задней по верхности туловища (разгибатели). В фазе заднего шага опорной ноги для предотвращения падения тела назад напрягаются мышцы передней поверхности туловища (сгибатели), преимущественно мышцы живота. Они напряжены и в первой фазе свободной ноги. Сокращаясь при верхней опоре, они фиксируют таз и создают oпору для выноса вперед маховой ноги.

В момент вертикали опорной ноги происходят наклоны туловища в сторону. При этом мышцы туловища, сокращаясь, закрепляютегок нижней конечности, а напряжение мышцы, выпрямляющей позвоночник, на противоположной стороне (на стороне свободной ноги) препятствует опусканию таза и уменьшает наклон туловища в сторону опорной ноги.

В наибольшей мере выражены повороты туловища - скручивание. При выносе вперед свободной ноги (передний шаг), туловище вместе с тазом поворачивается вокругвертикальной оси в сторону опорной ноги. При этом напрягаются внутренняя косая мышца живота с той стороны, в которую поворачивается туловище, а также наружная косая мышца живота, поперечно-остистая (особенно подвздошно-реберная), подвздошно-поясничная и другие - с противоположной стороны.

Голова при ходьбе держится прямо. Этому способствуют мышцы, расположенные в верхнем отделе задней поверхности туловища (трапециевидная, пластырная и др.).

Работа мышц верхних конечностей . Большое значение при ходьбе имеет согласованное движение верхних и нижних конечностей, так называемая «перекрестная координация», при которой вынос вперед правой ноги сочетается с выносом вперед левой руки, и наоборот. Перекрестная координация уменьшает вращательные движения туловища. Движения рук при обычной ходьбе не требуют больших усилий. Движение руки вперед происходит благодаря напряжению мышц, расположенных спереди плечевого сустава (большой грудной, передней части дельтовидной мышцы и клювовидно-плечевой), движение назад обусловлено мышцами, находящимися на задней поверхности плечевого сустава, - задней частью дельтовидной мышцы, широчайшей мышцей спины и длинной головкой трехглавой мышцы плеча. Для этих движений может быть достаточно поочередного сокращения передней и задней частей дельтовидной мышцы. Небольшие сгибания и разгибания в локтевом суставе про­исходят при сокращении двуглавой мышцы плеча и плечевой мышцы (движение вперед), а также трехглавой мышцы плеча (движение назад).

Работа мышц верхних и нижних конечностей при ходьбе носит преимущественно динамический характер, наибольшая нагрузка падает на мощные мышечные группы. Чередование фаз напряжения и расслабления мышц длительное время не вызывает утомления.

Ходьба - прекрасное средство для развития двигательного аппарата, поскольку частоту и длину шагов, а также темп ходьбы легко регулировать. Она оказывает влияние почти на все мышцы человека и на все системы органов.

Бег - это сложное, локомоторное, цикличное движение, связанное, как и ходьба, с отталкиванием тела от опоры и быстрым перемещением его в пространстве.

Между бегом и ходьбой имеются как черты сходства, так и черты различия.

При беге, как и при ходьбе, те же действующие силы, тот же цикл движений, те же фазы движения, такая же перекрестная координация, те же мышечные группы, участвующие в работе.

Основное отличие бега от ходьбы состоит в том, что при беге отсутствует период двойной опоры, тело в опорные периоды опирается поочередно то на одну, то на другую ногу.

Период двойной опоры заменяется в беге периодом полета, когда тело не имеет соприкосновения с опорной поверхностью. Тяжести, действует на протяжении всех фаз бега; сила реакции oпоры - только в опорные периоды. При ходьбе сила сопротивлений среды может не приниматься в расчет, тогда как во время бега она увеличивается по мере увеличения его скорости.

Требования к трению между опорной поверхностью и подошвой в беге выше, чем в ходьбе, поскольку должен быть обеспечен более сильный толчок. В связи с тем что изменить опорную поверхность трудно, применяют соответствующую обувь. Отталкивание при беге производится не только с большей силой, но и под более острым углом.

Величина и направление силы реакции опоры при беге несколько иные, чем при ходьбе.

Если при беге задний толчок (отталкивание) более сильные, чем при ходьбе, то передний, наоборот, менее сильный, отсюда противоотдача, снижающая скорость перемещения о. ц. т. тела значительно меньше. Постановка ноги под большим углом к опорной поверхности и ближе к о.ц.т. тела уменьшает горизонтальную составляющую силы реакции опоры при переднем толчке, в меньшей мере замедляя бег.

Сила инерции при беге больше, чем при ходьбе, что оказывает влияние на траекторию о.ц.т. тела. Он испытывает вертикальные колебания и фронтальные. Наиболее высокое положение о.ц.т. тела занимает в фазе полета, наиболее низкое - в момент вертикали. При этом размах его колебаний вверх и вниз больше, чем при ходьбе, и достигает 10-12 см (Н. А. Бернштейн), тогда как перемещения в сторону менее выражены в связи с особенностью постановки стоп. Стопы располагаются при беге ближе к средней линии, более прямо, без разведения носков в стороны, что не только уменьшает боковые колебания о. ц. т. тела, но и позволяет значительно лучше использовать стопу как рычаг при отталкивании.

Рис . Бег на короткие дистанции. 12 последовательных по­ложений тела в течение двойного шага:

/, 5, 6, 7, И, 12 - периоды полета в воздухе; 2, 3, 4 8, 9, 10 - период опоры на правую ногу (ориг.)

Наклон туловища при беге зависит от скорости бега. Сильный наклон туловища способствует лучшему отталкиванию, но затрудняет вынос маховой ноги вперед; отклонение туловища назад облегчает вынос ноги вперед, но увеличивает угол отталкивания, уменьшая горизонтальную составляющую силы реакции опоры. В беге на короткие дистанции угол наклона туловища больше (55-60°), чем в беге на средние и длинные дистанции, соответственно, 70 0 -75 0 , 75 0 -80 0 , отсюда и вертикаль о.ц.т. тела больше выносится за передний край площади опоры.

Приземление при беге может быть на пятку, на передний отдел стопы или на наружный край ее. Приземление на пятку требует меньшего напряжения мышц, но уменьшает рессорные свойства нижней конечности и увеличивает противоотдачу.Когда стопа ставится на переднюю часть или на наружный край, рессорные свойства нижней конечности используются в большей мере, а мышцы-сгибатели стопы в связи с наклоном голени вперед растягиваются, подготавливаясь к последующему сокращению

Считают, что чем дальше от о.ц.т. тела ставится стопа, тем более вероятно приземление с пятки, чем ближе к о.ц.т. тела, тем вероятнее приземление на передний отдел стопы. Связано это и с наклоном туловища: при сильном наклоне (а также при увеличении скорости бега) стопа ставится на передний отдел, или наружный край, при малом наклоне - на пятку.

Перекрестная координация при беге выражена резче, чем при ходьбе. Руки движутся вперед и назад с большим размахом, для уменьшения момента инерции они согнуты в локтевых суставах, что увеличивает нагрузку на мышцы верхней конечности. Чтобы удержать туловище, напряжение мышц-разгибателей позвоночника также усиливается. Особенно велика нагрузка на мышцы нижней конечности, которые обеспечивают более сильный, чем при ходьбе, толчок, удерживают ногу в более согнутом положении при переносе ее вперед, выполняют уступающую работу при приземлении, способствуя амортизации толчка.

Рис . Бег на средние дистанции. 12 последовательных по­ложений тела в течение двойного шага:

/, 5, 6, 11, 12 - периоды полета в воздухе; 2, 3, 4 - период опоры на левую ногу; 7, 8, 9, 10 - период опоры на правую ногу (ориг.)

Особенности механизма внешнего дыхания зависят от скорости бега. При беге на короткие дистанции дыхание несколько задерживается, на средние и длинные дистанции - учащается. Дыхание осуществляется преимущественно за счет экскурсии грудной клетки. Напряжение мышц живота во всех фазах бега не дает возможности использовать в достаточной мере диафрагмальное дыхание.

Бег способствует развитию всего двигательного аппарата, но особенно мышц нижних конечностей, а также улучшению дыхания и кровообращения

Анатомический анализ плавания кролем на груди

Плавание кролем на груди – это поступательное, сложное, циклическое, разновременно симметричное, локомоторное движение, связанное с подтягиванием и отталкиванием тела от водной поверхности.

При двухударном согласовании циклом движения можно считать два гребковых движения руками и два ударных движения ногами. В цикле выделяют 6 фаз движения рук и 4 фазы движения ног.

Фазы цикла движения рук:

фаза захвата;

фаза отталкивания;

фаза выхода из воды;

фаза проноса над водой;

фаза входа в воду.

Фазы цикла движения ног:

1-я и 2-я фазы подготовительных движений;

1-я и 2-я фазы ударных движений.

Фаза захвата начинается сразу после входа руки в воду. Прямая рука выполняет движение в направлении вперед-вниз. Она заканчивается с началом напряжения мышц-сгибателей кисти: лучевой и локтевой сгибатели кисти, длинный сгибатель большого пальца и длинный сгибатель пальцев. Пловец как бы опирается о воду.

В фазе подтягивания пловец сгибает и пронирует предплечье. Эти движения происходят за счет сокращения двуглавой мышцы плеча, плечевой, плечелучевой, круглого и квадратного пронаторов. В фазе подтягивания происходит опускание пояса верхних конечностей (движение в сторону ног) в результате сокращения малой грудной мышцы, подключичной, нижних пучков трапециевидной, передней зубчатой, а также большой грудной и широчайшей мышцы спины.

Фаза отталкивания выполняется с разгибанием и приведением плеча и разгибанием предплечья. В фазах гребковых движений кисть фиксирована. Пальцы сомкнуты за счет сокращения мелких мышц кисти (ладонные межкостные и мышца, приводящая большой палец).

Фаза выхода руки из воды происходит в результате дальнейшего разгибания плеча и сгибания предплечья. Плечо разгибают: широчайшая мышца спины, длинная головка трехглавой мышцы плеча, задние пучки дельтовидной, подостная, малая и большая круглые мышцы. Предплечье сгибают двуглавая мышца плеча, плечевая, плечелучевая и круглый пронатор.

Пронос руки над водой осуществляется прямой рукой или согнутой в локтевом суставе. Это движение происходит вначале по инерции, а затем – в результате сокращения мышц, отводящих плечо (дельтовидная и надостная), и мышц, поднимающих пояс верхних конечностей (движение в сторону головы). К ним относятся верхние пучки трапециевидной, малая и большая ромбовидные, грудино-ключично-сосцевидная и мышца, поднимающая лопатку. Следует отметить, что все остальные мышцы верхней конечности при проносе руки над водой расслаблены. Чем выше квалификация пловца, тем меньше мышечных усилий он затрачивает при проносе руки над водой.

Вход руки в воду происходит под действием силы тяжести. В момент касания кистью воды растянуты большая грудная и широчайшая мышца спины. Это позволяет создать оптимальные условия для сокращения их в последующих фазах.

Движения ногами обеспечивают равновесие тела пловца, поддерживают в более высоком положении туловище и способствуют созданию движущих сил. В движении ногами выделяют 4 фазы:

2 фазы подготовительных движений;

2 фазы ударных движений.

В 1-й фазе подготовительного движения пловец разгибает бедро. Это происходит в результате сокращения большой ягодичной, большой приводящей, полусухожильной, полуперепончатой и двуглавой мышцы бедра.

Во 2-й фазе подготовительного движения пловец сгибает бедро и голень. Сгибание бедра происходит за счет сокращения подвздошно-поясничной, портняжной, прямой мышцы бедра, гребенчатой, напрягателя широкой фасции бедра. Голень сгибают двуглавая мышца бедра, полусухожильная, полуперепончатая, нежная, портняжная, икроножная и подколенная мышцы.

1-я фаза ударного движения характеризуется еще большим сгибанием бедра.

2-я фаза ударного движения начинается с разгибания бедра и заканчивается захлестывающим движением стопой вниз с полным разгибанием (или даже переразгибанием) голени, что происходит в результате сокращения четырехглавой мышцы бедра. Стопа во всех фазах движения ногами расслаблена.

Туловище пловца активно участвует в рабочих движениях, ритмично поворачиваясь вправо-влево вокруг продольной оси тела (крены). Это осуществляется за счет сокращения косых мышц живота и мышц-вращателей. Чем выше темп плавания и чем больше подвижность плечевых суставов пловца, тем меньше величина кренов.

Дыхание при плавании выполняется только за счет межреберных мышц и диафрагмы. Для вдоха пловец поворачивает голову в сторону, что выполняется за счет сокращения грудино-ключично-сосцевидной мышцы с противоположной стороны, лестничных мышц и мышц-вращателей – с одноименной стороны. В одних вариантах техники плавания вдох выполняется поворотом головы только в одну сторону, а в других – в обе стороны. Выдох осуществляется в воду.

Прыжок в длину с места

Прыжок в длину с места - это сложное, локомоторное, ацикличное, симметричное движение, связанное с отталкиванием тела от опорной поверхности, подбрасыванием его вверх и последующим приземлением. Этот вид прыжка наиболее прост для анатомического анализа, хотя он и является основным, а все другие (с разбегу тройной) - его разновидностями.

Прыжок в длину с места имеет четыре фазы: первая - подготовительная, вторая- толчок, третья - полет и четвертая - приземление..

Движения при прыжке обусловлены взаимодействием внешних и внутренних сил. Из внешних сил наибольшее значение имеют сила тяжести и сила реакции опоры, причем сила тяжести действует на протяжении всех фаз движения, а сила реакции опоры только в первой и четвертой фазах.

О.ц.т. тела при данном виде прыжка описывает параболу, траектория которой представляет собой равнодействующую двух сил: силы толчка и силы тяжести тела.

Сила толчка при прыжке в длину с места должна быть направлена примерно под углом 45° к горизонту (соответственно теоретическим расчетам в механике, так как движение тела в фазе свободного полета при прыжках можно рассматривать как движение любого тела, подброшенного под углом к горизонту).

Площадь опоры в разных фазах прыжка изменяется: в подготовительной фазе она наибольшая, так как образована площадью подошвенной поверхности стоп и площадью подошвенной поверхности расположенного между ними; к концу фазы толчка площадь опоры уменьшается в связи с тем, что с опорной поверхностью соприкасается лишь передний отдел стопы; в начале последней фазы - фазы приземления - площадь опоры также невелика, так как приземление происходит лишь на задний отдел стопы, а к концу этой фазы площадь опоры увеличивается, поскольку прыгун опирается полностью на обе стопы.

В связи с этим и степень устойчивости тела в каждой опорной фазе прыжка неодинакова: в первой и последней фазах устойчивость больше, чем во второй фазе. При этом в первой фазе более выражена устойчивость назад, а в последней - вперед.

Работа двигательного аппарата в первой фазе сводится к обеспечению позы и созданию наиболее выгодных условий для отталкивания. Чтобы отталкивание было сильным, о. ц. т. тела в начале его должен занимать наиболее низкое положение, а в конце - наиболее высокое. Кроме того, важным условием, повышающим силу отталкивания, является растягивание ведущих мышц, осуществляющих его.

В подготовительной фазе тело прыгуна находится в положении приседа. Под действием силы тяжести происходит сгибание в тазобедренном и коленном суставах, разгибание стоп. Туловище не сколько наклонено вперед, руки разогнуты в локтевых суставахиотведены назад, пояс верхних конечностей опущен. Данное положение обеспечивается напряжением мышц, не одноименных движениям в суставах, а их антагонистами. Так, на нижней конечности напряжены разгибатели бедра, разгибатели голени и сгибатели стопы.Они выполняют уступающую работу и находятся в растянутом состоянии. Параллельно поставленные на всю подошвенную поверхность стопы увеличивают растяжение мышц. Отрыв пяточного отдела стопы уменьшает площадь опоры, ухудшает условия равновесия и не обеспечивает достаточного растягивания мышц

Рис. Прыжок в длину с места. 12 последовательных по­ложений тела:

/ - подготовительная фаза; 2, 3, 4, 5, 6 - толчок; 7, 8, 9, 10 - полет в воздухе; 11, 12 - приземление (ориг.)

Туловище и голову удерживают мышцы-разгибатели позвоночного столба, которые также выполняют уступающую работу и находятся в растянутом состоянии.

Положение рук в локтевых суставах обеспечивается напряжением разгибателей предплечья (трехглавой мышцы плеча), а в плечевых - разгибателей плеча (дельтовидной, широчайшей мышцей спины, подлопаточной и др.). Отведенные назад руки растягивают мышцы-сгибатели плеча (грудные мышцы, двуглавую, клювовидно-плечевую).

Положение приседа, опущенный пояс верхних конечностей понижают о. ц. т. тела и растягивают мышцы, обеспечивающие последующее отталкивание.

Во второй фазе происходит отталкивание одновременно двумя ногами. Параллельное расположение стоп обеспечивает более равномерную передачу силы отталкивания через таз к о.ц.т. тела и позволяет в большей мере использовать мышцы подошвенной поверхности стоп.

При отталкивании происходят сгибание в голено-стопном суставе, разгибание в коленном и тазобедренном суставах, выпрямление туловища и резкий взмах выпрямленных рук вверх, что способствует повышению о.ц.т. тела. Нижние конечности, туловище и верхние конечности образуют почти прямую линию, и сила отталкивания передается по костной основе к о.ц.т. тела.

Ведущими мышцами при отталкивании являются: сгибатели стопы (мышцы подошвенной поверхности стопы, задней и наружной поверхностей голени), разгибатели в коленном суставе (четырехглавая мышца бедра), разгибатели в тазобедренном суставе (главным образом большая ягодичная мышца), мышцы-разгибатели позвоночника (преимущественно мышца, выпрямляющая туловище), сгибатели в плечевом суставе (большая и малая грудные мышцы, передняя часть дельтовидной мышцы, клювовидно-плечевая двуглавая мышцы плеча). Все эти мышцы выполняют преодолевающую работу. Для передачи силы отталкивания к о.ц.т. тело прыгуна должно быть закреплено во всех соединениях, поэтому, хотя и на короткий промежуток времени, вместе с указанными мышцами напрягаются и их антагонисты.

Фаза полета не является пассивной, в ней необходимо максимально использовать траекторию полета, принять и сохранить определенное положение тела, которое не только не мешало бы движению, но и способствовало последующему приземлению.

В фазе полета нижние конечности выносят вперед. Для уменьшения их момента инерции происходят сгибание в коленных суставах и разгибание стоп, осуществляемые соответствующими группами мышц, выполняющих удерживающую работу. Вынесение ног вперед возможно благодаря напряжению мышц-сгибателей бедра (подвздошно-поясничной, прямой мышцы бедра, портняжной и гребешковой). Компенсаторно при этом назад и несколько вниз перемещается таз. Одновременно происходят движения рук (вначале вперед, затем вниз) и сгибание туловища. Движения рук обусловлены последовательным напряжением сгибателей и разгибателей плеча. В сгибании туловища принимают участие в основном мышцы живота (прямая и косые мышцы живота).

Биомеханическая характеристика ходьбы.

Общее название поступательных движений тела – локомоторные движения или локомоции.

Ходьба подобно другим локомоторным движениям осуществляется при участии почти всего двигательного аппарата тела. Благодаря сокращению мышц тело отталкивается от земли, получая толчки, направленные вверх и вперед. Эти толчки сглаживаются действием инерции тела, и все движение приобретает плавный, а не порывистый характер. При отсутствии достаточного сопротивления со стороны поверхности опоры ходьба невозможна.

Полный цикл движений, который характеризует ходьбу, носит название двойного шага. При двойном шаге тело выполняет два так называемых одиночных шага. Одиночный шаг, в свою очередь, состоит из двух простых шагов, заднего и переднего. Если мы представим себе, что через туловище проходит фронтальная плоскость, то движения каждой ноги сзади этой плоскости объединяются под общим названием «задний шаг», а движения спереди этой плоскости – «передний шаг». При каждом двойном шаге тело по пройденному пространству перемещается на три простых шага, хотя по выполненным движениям, производимым правой и левой ногой тело перемещается на три простых шага. При ходьбе тело не теряет соприкосновения с землей: оно опирается на землю то одной, то двумя ногами.

Нога, которая в данный момент опирается о землю, называется опорной ногой, а другая нога называется переносимой или свободной .

Движения ног при ходьбе строго согласованы. Эти движения осуществляются по типу перекрестной координации, что способствует уменьшению вращательных движений туловища вокруг его вертикальной оси. Если человек при ходьбе не производит движений руками, то вращение туловища увеличивается, что заметно при быстрой ходьбе.

Перемещение общего центра тяжести (ОЦТ) при ходьбе происходит волнообразно. Движения каждой ноги можно разбить на 6 фаз:

· фаза приземления и переднего шага опорной ноги;

· фаза вертикали опорной ноги;

· задний шаг опорной ноги;

· задний шаг свободной ноги;

Этот раздел посвящен биомеханическим закономерностям ходьбы, бега, плавания и других циклических локомоций, бросков, ударов и других переместительных действий, а также общеразвивающих гимнастических упражнений. Рассматриваются: кинематика (длина шага и темп, позы и фазовый состав), топография работающих мышц, динамика (источники сил и их согласование), биоэнергетика и оптимальные режимы двигательной деятельности.

Глава 7. Биомеханика ходьбы и бега

Ходьба оживляет и воодушевляет мои мысли. Оставаясь в покое, я почти не могу думать. Необходимо, чтобы мое тело находилось в движении, тогда ум тоже начинает двигаться.Жан-Жак Руссо

Ходить и бегать для здоровья!

Ходьба и бег относятся к самым древним способам передвижения.

За 70 лет жизни человек совершает в среднем 500 миллионов шагов и преодолевает путь, приблизительно равный расстоянию от Земли до Луны (384 тыс. км.).

Мы привыкли, что идти пешком - это значит идти медленно. Но в наш век больших скоростей и ходьба стала стремительной. Победитель Кубка мира в спортивной ходьбе в 1983 г. прошел 20 км со средней скоростью 15,9 км/ч.

Результаты в беге также не стоят на месте. Мужчины в 100-метровом спринте перешагнули десятисекундный барьер, а женщины освоили марафон.

Будучи «фундаментальными человеческими движениями», ходьба и бег интересны сами по себе. Но, кроме того, ввиду своей общедоступности они используются для изучения общих закономерностей циклических локомоций.

Рис. 69. Скорость как произведение длины и частоты шагов; пунктир - изоспида (все точки изоспиды соответствуют одной и той же скорости)

Рис. 70. Простейшие хронограммы обычной ходьбы, спортивной ходьбы, бега трусцой и спринтерского бега; периоды опоры заштрихованы; вверху - левая нога, внизу - правая (по В. Е. Панфилову, Nigg, Denoth, M. А. Каймин, В. В. Тюпе)

Кинематика ходьбы и бега. Топография работающих мышц

Как и во всех циклических локомоциях, при ходьбе и беге скорость передвижения прямо пропорциональна длине шага и темпу (рис. 69):

где v - скорость передвижения (м/с); l - длина шага (м); п - частота шагов (1/мин). Чтобы определить темп ходьбы или бега, обычно регистрируют число шагов в минуту, или частоту шагов (Так же поступают и в конькобежном спорте. Но в плавании, гребле и велоспорте определяют темп как число циклов в минуту, а длиной шага считают расстояние, преодолеваемое за один цикл. В велоспорте это расстояние называется укладкой).

Одна и та же скорость может быть достигнута при разных сочетаниях длины и частоты шагов. Кривая, все точки которой соответствуют одной и той же скорости, называется изоспидой. На рис. 69 изображены две изоспиды. Видно, что увеличить скорость можно тремя способами: повысив длину шага, подняв темп и увеличив одновременно и длину, и частоту шагов.

Для того чтобы понять, как человек ходит или бегает, прежде всего нужно изучить фазовый состав этих локомоций. На рис. 70 представлены простейшие хронограммы ходьбы и бега. Из них видно, что по мере увеличения скорости передвижения:

при ходьбе сокращается период двойной опоры (когда обе ноги находятся на земле) вплоть до почти полного его исчезновения при спортивной ходьбе;

при беге увеличивается отношение длительности периода полета (когда обе ноги не касаются опоры) к длительности периода опоры.

Вопросы для самоконтроля знаний

1) Как можно отличить ходьбу от бега?

2) Почему на соревнованиях по спортивной ходьбе спортсмена снимают с дистанции, если в хронограмме его действий появляется период полета?

Сведения о скорости, темпе, длине шага, длительностях опоры, переноса ноги и полета необходимы для совершенствования тактики ходьбы и бега и дают самое общее представление о технике. Но их недостаточно, чтобы ответить на два очень важных вопроса:

1) Как организовано двигательное действие?

2) Как им овладеть?

Для ответа на эти вопросы прежде всего нужны более подробные хронограммы.

На рис. 71 показано, что каждый полуцикл обычной ходьбы состоит из пяти фаз (римские цифры). Фазы отделены друг от друга пятью граничными позами (арабские цифры). Шагающий человек на рисунке изображен в граничных позах. Назовем эти позы и фазы между ними для одного полуцикла:

1 - отрыв стопы правой ноги от опоры;

I - подседание на левой (опорной) ноге, ее сгибание в коленном суставе;

2 - начало разгибания левой ноги;

II - выпрямление левой ноги, ее разгибание в коленном суставе;

3 - момент, когда правая нога в процессе переноса начала опережать левую;

III - вынос правой ноги с опорой на всю стопу левой ноги;

4 - отрыв пятки левой ноги от опоры;

IV - вынос правой ноги с опорой на носок левой ноги;

5 - постановка правой ноги на опору;

V - двойная опора, переход опоры с левой ноги на правую.

Во втором полуцикле фазы и граничные позы те же, только в их названиях правую ногу нужно заменить левой, а левую - правой.

Рис. 71. Фазы ходьбы, граничные позы и элементарные действия

Рис. 72. Мышцы туловища и ног, на которые приходится основная нагрузка при ходьбе (по В. С. Гурфинкелю):

1 - прямая м. живота; 2 - четырехглавая м. бедра; 3 - передняя большеберцовая м.;4 -длинная малоберцовая м.; 5 - трехглавая м. голени; 6 - полусухожильная м.; 7 - двуглавая м. бедра; 8 - большая ягодичная м.; 9 - напрягатель широкой фасции; 10 - средняя ягодичная м.; 11 - м., выпрямляющаяпозвоночник; цифры в кружках - номера граничных поз в соответствии с рис. 71

Рис. 73. Фазы и граничные позы бега (по Д. Д. Донскому, переработано)

Когда говорят о фазовом составе двигательного действия, имеют в виду движения всего тела (в данном случае обеих ног). Но для понимания механизмов ходьбы нужно знать, какие элементарные действия выполняются каждой ногой. По времени они не всегда совпадают с фазами ходьбы (см. рис. 71). В периоде опоры выполняются: амортизация, перекат с пятки на всю ступню, отталкивание и перекат со всей ступни на носок. В периоде переноса нога сначала сгибается, а затем разгибается в коленном суставе. Из элементарных действий формируются фазы.

Топография мышц, работающих при ходьбе, показана на рис. 72.

Фазовый состав бега показан на рис. 73. Каждая половина цикла состоит из четырех фаз (римские цифры), отделенных друг от друга граничными позами (арабские цифры). В том числе:

1 - отрыв левой стопы от опоры;

I - разведение стоп;

2 - начало выноса левой ноги вперед;

II - сведение стоп с выносом левой ноги вперед;

3 - постановка правой стопы на опору;

III - амортизация, или подседание со сгибанием правой (опорной) ноги;

4 - начало разгибания правой ноги;

IV - отталкивание с выпрямлением правой ноги до отрыва от опоры.

Вторая половина цикла симметрична первой. В названиях фаз и граничных поз правая нога заменяется левой и наоборот.

Топография работающих мышц у бегуна ясна из рис. 41. Из сравнения рис. 41 и 72 видно, что нагрузка при беге ложится в основном на те же мышцы, что и при ходьбе. Однако неодинакова межмышечная координация (последовательность включения и выключения мышц). И кроме того, степень напряжения мышц при беге существенно больше.

Ходьба - это сложное, локомоторное, симметричное, цикличное движение, связанное с отталкиванием тела от опорной поверхности и перемещением его в пространстве. При ходьбе тело никогда не теряет связи с опорной поверхностью. Опора происходит то на одну ногу (одноопорный период), то на обе ноги (двуопорный период). Циклом движений при ходьбе является двойной шаг, который состоит из двух одиночных шагов - одного, произведенного одной ногой, и другого, произведенного другой ногой.

Каждый одиночный шаг, в свою очередь, состоит из двух простых шагов - заднего и переднего. Задний шаг - это та часть одиночного шага, при которой нога находится сзади фронтальной плоскости, проходящей через туловище, а передний шаг - это та часть, при которой нога находится впереди фронтальной плоскости. Границей между задним и передним шагом является момент вертикали.

Если из положения "стойка ноги имеете" вынести вперед левую ногу, будет сделан простой передний шаг, при этом левая нога будет находиться спереди туловища, а правая сзади (двухопорный период). Если затем правую ногу поставить впереди левой, будет сделан одиночный шаг, в котором можно выделить двухопорный период, задний шаг, период вертикали и передний шаг. Два таких одиночных шага(один, сделанный левой другой - правой ногой) и составляют двойной шаг. Таким образом, двойной шаг состоит из двух одиночных или четырех простых шагов. Но поскольку во время ходьбы происходит "наложение" одного шага на другой (заднего на передний), то по пройденному расстоянию двойной шаг состоит из трех простых шагов.

Двойной шаг - сложное движение, поэтому для удобства анализа его целесообразно разделить на отдельные фазы, - менее сложные движения. Двойной шаг состоит из шести фаз, три из них относятся к опорной ноге, три - к свободной:

* (Хотя момент вертикали очень кратковременный, по важности и особенности работы двигательного аппарата его относят условно к фазам. )

Эти шесть фаз двойного шага относятся к одной какой-либо ноге, так как каждая нога в цикле движений при ходьбе (двойном шаге) бывает то опорной, то свободной, повторяя последовательно аналогичные движения (рис. 73).

Рис. 73. Фазы ходьбы: 1, 2, 8, 9, 12 - периоды двойной опоры; 3, 4, 5, 6, 7 - периоды одинарной опоры на правой ноге; 10, 11 - периоды одинарной опоры на левой ноге; 5, 11 - момент вертикали (по М. Ф. Иваницкому)

Ходьба, как и любое другое движение, происходит в результате взаимодействия внешних и внутренних сил. Взаимодействие силы тяжести и силы реакции опоры различно в этом движении в зависимости от его фаз. Сила тяжести действует на протяжении всего цикла движения, а сила реакции опоры - лишь в фазе опорной ноги. В первой фазе - фазе переднего шага опорной ноги, когда тело соприкасается пяткой с опорной поверхностью, - действие силы тяжести направлено вниз-вперед, а силы реакции опоры - вверх-назад. Силу реакции опоры можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие.

Вертикальная составляющая направлена вверх и противодействует силе тяжести. Если эта составляющая больше силы тяжести, то тело испытывает толчок, направленный вверх, если меньше, то тело, а следовательно и о.ц.т. тела, опускается. Уменьшение толчков, плавность движений при ходьбе достигается использованием амортизационных свойств нижней конечности (приземление на несколько согнутую ногу), мышц-антагонистов и силы инерции.

Горизонтальная составляющая силы реакции опоры в первой фазе опорной ноги направлена назад и несколько уменьшает скорость движения тела. В фазе заднего шага опорной ноги она направлена вперед и способствует увеличению скорости движения, достигая максимума при толчке. Сила реакции опоры передается на о, ц. т. тела, который испытывает колебания в трех плоскостях: вверх-вниз, в стороны и вперед. Наиболее высокое положение о.ц.т. тела занимает в момент вертикали опорной ноги, наиболее низкое - в период двойной опоры. Вертикальные колебания о.ц.т. тела при ходьбе могут достигать 4-6 см, причем чем больше выпрямлена опорная нога, тем колебания о.ц.т. тела больше.

Поскольку стопы при ходьбе несколько развернуты кнаружи, сила реакции опоры направлена не строго в передне-заднем направлении и о. ц. т. тела с переносом тяжести тела на опорную ногу перемещается то вправо, то влево. При выносе ноги вперед (в 1-ю фазу опорной ноги) о. ц. т. тела несколько смещается вперед. Скорость движения о. ц. т. тела при ходьбе неодинакова: в фазе переднего шага опорной ноги она несколько уменьшается, а в фазе заднего шага увеличивается.

Площадь опоры при ходьбе изменяется. В период одиночной опоры она наименьшая и соответствует площади одной стопы, в двухопорный период - наибольшая и представлена площадью опорных поверхностей стоп и площадью пространства между ними.

Опорная поверхность при ходьбе должна обладать определенной плотностью и шероховатостью. Так, ходьба по рыхлому снегу затруднена из-за невысокой плотности, а ходьба по льду - из-за незначительного трения. Тело при ходьбе находится в состоянии неустойчивого равновесия. Степень устойчивости в зависимости от величины площади опоры и высоты расположения о. ц. т. тела различна. В период одинарной опоры она невелика (площадь опоры меньше, и о. ц. т. тела расположен выше), в период двойной опоры значительно больше (о. ц. т. тела ниже, и площадь опоры больше).

Различия в направлении, величине и взаимодействии внешних сил в отдельные фазы ходьбы обусловливают и неодинаковое функционирование опорно-двигательного аппарата. Следует заметить, что при ходьбе в работе участвуют почти все мышцы тела человека, но больше других - мышцы нижних конечностей. Для установления особенностей работы двигательного аппарата при ходьбе проводят анализ одного цикла. Вначале рассматривается работа органов движения: нижних конечностей, затем туловища и, наконец, верхних конечностей.

Работа мышц опорной ноги. Во всех фазах опорного периода нижняя конечность выполняет функции амортизатора, опоры всего тела и обеспечивает отталкивание. Соответственно последовательность включения мышц и их напряжение будут различными в отдельные фазы этого периода. В первую фазу, когда необходимо обеспечить амортизацию и фиксацию звеньев нижней конечности, наиболее напряженными оказываются мышцы передней поверхности голени (разгибатели стопы и пальцев), которые выполняют уступающую работу, способствуя плавному опусканию стопы, и малоберцовые мышцы, которые вместе с передней большеберцовой мышцей увеличивают поперечный свод стопы. Несколько согнутое положение ноги в коленном суставе удерживается сокращением мышц задней поверхности бедра, а в тазобедренном суставе - мышц передней поверхности бедра (четыреглавой мышцы бедра, портняжной и других мышц, осуществляющих сгибание бедра). Однако напряжение последних невелико. К концу первой фазы усиливается напряжение задней группы мышц голени, мышц передней поверхности бедра и мышц, окружающих тазобедренный сустав (рис. 74).

Рис. 74. Напряжение мышц при ходьбе: черный цвет - максимальное напряжение; двойной штрих - сильное напряжение; одинарный штрих - среднее напряжение; точки - слабое напряжение; белый цвет - расслабленное состояние; 1 - прямая мышца живота; 2 - прямая мышца бедра; 3 - передняя большеберцовая мышца; 4 - длинная малоберцовая мышца; 5 - икроножная мышца; 6 - полусухо-жильная мышца; 7 - двуглавая мышца бедра; 8 - большая ягодичная мышца; 9 - мышца-напрягатель широкой фасции; 10 - средняя ягодичная мышца; 11 - мышца, выпрямляющая туловище

В момент вертикали особенность работы мышц состоит в том, что кроме мышц, фиксирующих голено-стопный, коленный и тазобедренный суставы, напрягаются мышцы, отводящие бедро, которые, работая при дистальной опоре, препятствуют наклону таза в сторону свободной ноги (вокруг передне-задней оси). В фазе заднего шага опорной ноги в наибольшей мере напрягаются мышцы- сгибатели стопы (мышцы задней поверхности голени), разгибатели голени (в основном бедренные головки четырехглавой мышцы бедра) и разгибатели бедра (главным образом большая ягодичная мышца).

Работа мышц свободной ноги. После толчка свободная нога переносится вперед в согнутом положении для уменьшения момента инерции. Поэтому в четвертой фазе - заднем шаге свободной ноги - сокращаются мышцы-сгибатели в коленном суставе (в основном мышцы задней поверхности бедра). В пятой фазе - момент вертикали свободной ноги - происходит сокращение мышц-разгибателей стопы, уменьшающих возможность соприкосновения ее с опорной поверхностью, и сгибателей бедра, способствующих переносу ноги вперед. В шестой фазе к указанным мышцам присоединяется четырехглавая мышца бедра. Ее специфическая так называемая "баллистическая" работа - быстрое сокращение мышцы, сменяющееся столь же быстрым их расслаблением, - обусловливает движение голени вперед по инерции.

Работа мышц туловища. Во время ходьбы движения туловища происходят вокруг трех осей вращения - поперечной, передне-задней и вертикальной. Этим объясняется своеобразие в напряжении отдельных групп мышц. В первой фазе опорной ноги (передний шаг) туловище под влиянием действующих сил несколько наклоняется вперед. Для удержания его напрягаются мышцы задней поверхности туловища (разгибатели). В фазе заднего шага опорной ноги для предотвращения падения тела назад напрягаются мышцы передней поверхности туловища (сгибатели), преимущественно мышцы живота. Они напряжены и в первой фазе свободной ноги. Сокращаясь при верхней опоре, они фиксируют таз и создают опору для выноса вперед маховой ноги.

В момент вертикали опорной ноги происходят наклоны туловища в сторону. При этом мышцы туловища, сокращаясь, закрепляют его к нижней конечности, а напряжение мышцы, выпрямляющей позвоночник, на противоположной стороне (на стороне свободной ноги) препятствует опусканию таза и уменьшает наклон туловища в сторону опорной ноги.

В наибольшей мере выражены повороты туловища - скручивание. При выносе вперед свободной ноги (передний шаг) туловище вместе с тазом поворачивается вокруг вертикальной оси в сторону опорной ноги. При этом напрягаются внутренняя косая мышца живота с той стороны, в которую поворачивается туловище, а также наружная косая мышца живота, поперечно-остистая (особенно подвздошно-реберная), подвздошно-поясничная и другие - с противоположной стороны.

Голова при ходьбе держится прямо. Этому способствуют мышцы, расположенные в верхнем отделе задней поверхности туловища (трапециевидная, пластырная и др.).

Работа мышц верхних конечностей. Большое значение при ходьбе имеет согласованное движение верхних и нижних конечностей, так называемая "перекрестная координация", при которой вынос вперед правой ноги сочетается с выносом вперед левой руки, и наоборот. Перекрестная координация уменьшает вращательные движения туловища. Движения рук при обычной ходьбе не требуют больших усилий. Движение руки вперед происходит благодаря напряжению мышц, расположенных спереди плечевого сустава (большой грудной, передней части дельтовидной мышцы и клювовидно-плечевой), движение назад обусловлено мышцами, находящимися на задней поверхности плечевого сустава, - задней частью дельтовидной мышцы, широчайшей мышцей спины и длинной головкой трехглавой мышцы плеча. Для этих движений может быть достаточно поочередного сокращения передней и задней частей дельтовидной мышцы. Небольшие сгибания и разгибания в локтевом суставе происходят при сокращении двуглавой мышцы плеча и плечевой мышцы (движение вперед), а также трехглавой мышцы плеча (движение назад).