БИОДИНАМИКА ИКРОНОЖНОЙ МЫШЦЫ В УСЛОВИЯХ ОРТОГРАДНОГО РАВНОВЕСИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

Новак С.З.

Польша

Введение. Одним из наиболее ярких проявлений функционально-морфологической специфики развития организма человека является, как известно, формирование у него в процессе онтогенеза ортоградного положения тела [11]. В установке его вертикальной позы принимают участие сложнейшие механизмы нейро-моторной регуляции [9]. Управление ортоградным положением тела человека осуществляется путем сложного рефлекторного и произвольного взаимодействия различных афферентных и эфферентных систем его организма [6]. Одним из основополагающих механизмов регуляции вертикального положения тела человека в пространстве являются взаимодействия его массы с полем земной гравитации [7, 8].

Регуляция гравитационных взаимодействий тела человека с опорой при вертикальной позе во многом зависит, как известно, от геометрии масс его тела. Одним из показателей, объективно характеризующих динамику взаимодействия той или иной геометрии масс при этом являются закономерности колебаний общего центра массы (ОЦМ) тела человека относительно плоскости опоры. Проблемы исследования закономерностей колебаний ОЦМ тела человека в различных условиях исследовались многими авторами [1, 2, 4]. Однако при этом остались не выясненными многие важнейшие механизмы миомоторной регуляции ортоградного положения тела в процессе онтогенетического развития и в результате его физической тренировки. В связи с изложенным очевидна актуальность исследования биодинамических особенностей проявления физиологических свойств антигравитационных мышц и, в частности, икроножной мышцы человека в динамике его возрастного развития и тренированности.

Методика. Целью настоящего исследования было изучение физиологических механизмов участия антигравитационных мышц в регуляции ортоградного положения тела человека. При этом изучалась зависимость изменения биодинамических характеристик m. gastrocnemius испытуемых от их возраста и физической тренированности. Эта мышца была избрана в качестве объекта исследования, прежде всего потому, что она наиболее богата интрофузальными, гравитационно чувствительными волокнами. Она также динамически участвует в обеспечении ортоградного положения тела человека (сгибает, супинирует - пронирует голень в коленном суставе, а как часть m.biceps surae, - сгибает стопу в суставе стопы).

Полученные данные анализировались с учётом выявленных ранее закономерностей колебаний ОЦМ у лиц аналогичного возраста и сходного уровня тренированности [10].

В исследованиях участвовали дети 8-11 лет (32 чел.), взрослые 19 - 24 лет (48 чел.) и пожилые мужчины 70 -79 лет (14 чел.). У всех испытуемых исследовался тонус правой и левой икроножной мышцы (m. gastrocnemius) нижних конечностей, с использованием миотонометра Sirmai (твердость мышц при этом регистрировались в усл. единицах).

Кроме того, были проведены исследования упруго-вязких свойств m. gastrocnemius, молодых, здоровых спортсменов в возрасте 17-24 лет, выполняющих в процессе тренировки упражнения, направленные на сохранение вертикального равновесия тела (упражнения с тяжелоатлетическими снарядами и акробатические стойки) и у такого же количества лиц, не тренирующихся специально в упражнениях аналогичного характера. Исследования проводились с использованием методики миотонометрии [3, 5]. При этом у испытуемых рассматривались амплитуда колебаний мышцы в состоянии изотонического напряжения (А_р, mm); частота колебаний мышцы в состоянии изотонического напряжения (f_p, Гц); амплитуда колебаний мышцы в состоянии изометрического напряжения (A_n, mm); частота колебаний мышцы в состоянии изометрического напряжения (f_n, Гц); частота колебаний мышцы после её внешнего механического возбуждения в состоянии изотонического напряжения (F_p, Гц); затухание колебаний мышцы после её внешнего механического возбуждения в состоянии изотонического напряжения (Q, Гц); частота колебаний после внешнего механического возбуждения мышцы в состоянии изометрического напряжения (F_n, Гц); затухание колебаний мышцы после её внешнего механического возбуждения в состоянии изометрического напряжения (Q_n, Гц); индекс жёсткости мышцы (IF, усл.ед.); индекс демпферности (IQ, усл.ед.); сократительная способность мышцы (F_n-F_p, усл.ед.).

Всего, таким образом, было обследовано 61 человек. Полученные данные обрабатывались статистически с использованием ЭВМ.

Результаты исследований и их обсуждение. Проведенные опыты показали, что m. gastrocnemius существенным образом реагирует на изменение динамики ортоградного равновесия тела человека в различных условиях - как в процессе его онтогенетического развития, так и под воздействием специально направленной физической тренировки. Так, оказалось, что поперечная твёрдость (тонус) этой мышцы с возрастом изменяется по определённому закону (табл. 1).

Таблица 1

Статистический показатель	8-11 лет			19-24 лет			70-79 лет
	А		С	А		С	А		С
х	88,47	108,34	88,03	86,60	110,98	84,94	87,29	107,93	83,43
2	81,35	71,01	48,55	51,52	74,36	58,66	94,53	28,07	80,26
	6,81	6,38	5,15	5,55	7,15	5,61	7,18	4,22	6,12

В группе испытуемых 19 - 24 лет в состоянии изотонического напряжения он был значительно ниже, чем в группе испытуемых 8 - 11 лет. Это объясняется, по-видимому, тем, что к этому возрасту у человека в норме обычно заканчивается формирование основных взаимно подвижных масс тела. Такое положение приводит все его биозвенья в более устойчивое равновесие относительно опоры, что снижает нагрузку на антигравитационную мускулатуру. В проведенных опытах было обнаружено также, что у пожилых людей в таких же условиях тонус исследуемых мышц значительно повышается, что свидетельствует о перенапряжении мышц голени, компенсирующих у этих лиц нарушения равновесия, вызванное, по-видимому, различными возрастными отклонениями в состоянии здоровья, приводящими к нарушению осанки (Рис. 1, А). В состоянии изометрического напряжения тонус исследуемых мышц выше всего в группе испытуемых 19 - 24 года, ниже всего у испытуемых 70 - 79 лет. Это свидетельствует о функциональных возможностях и двигательных ресурсах каждой возрастной группы испытуемых и о их возможностях по управлению равновесием своего тела в пространстве (Рис. 1, В). Аналогичные данные подтверждаются также результатами измерения тонуса исследуемых мышц в состоянии их максимального расслабления (Рис. 1, С).

А

В

С

Результаты углублённых исследований динамики изменения упруго-вязких свойств m. gastrocnemius показали, что под влиянием специальных тренировок, направленных на повышение устойчивости ортоградного равновесия можно добиться существенного повышения сократительных возможностей антигравитационных мышц и этим самым эффективно способствовать длительному сохранению вертикального положения и естественной здоровой осанки тела человека. В процессе исследований было обнаружено, что у большинства испытуемых и контрольной и экспериментальной группы, тренирующейся специальными упражнениями наблюдалась асимметрия развития m. gastrocnemius правой и левой конечностей. Так, у лиц контрольной группы индекс жёсткости мышцы правой ноги был в среднем равен 0,29±0,016 усл.ед., а левой 0,32±0,025 усл.ед.; индекс демпферности мышцы правой ноги был 1,24±0,093 усл.ед., а левой 1,19±0,095 усл.ед. У лиц экспериментальной группы эти же показатели для мышцы правой ноги соответственно были равны 0,645±0,019 усл.ед. и 0,61±0,018 усл.ед.; а для мышцы левой ноги-0,52±0,2 усл.ед. и 0,62 ±0,042 усл.ед. Эти показатели, по-видимому, отражают также и естественную асимметрию сформировавшуюся у всех испытуемых в ходе их онтогенетического развития геометрии масс их тела. Такое положение должно адекватно отражаться на характере колебаний ОЦМ тела и на общих условиях их ортоградного равновесия.

Проведенные опыты позволили подтвердить предположение о том, что тренировка специальными упражнениями, направленными на сохранение устойчивого равновесия вертикального положения тела, повысит сократительные возможности антигравитационных мышц испытуемых (Таблица 2, Рис. 2). Так, в частности, было экспериментально установлено, что сократительные возможности m. gastrocnemius левой конечности у лиц, занимавшихся специальными упражнениями достигали 6,33+0,44 усл.ед., в то время, как у испытуемых контрольной группы они в среднем достигали только 2,8+0,084 усл.ед. Те же закономерности наблюдались в исследуемой мышце правой конечности испытуемых. Её сократительная способность у лиц экспериментальной группы достигала 7,7±0,43 усл.ед., то у испытуемых контрольной группы, не занимающихся специальными упражнениями эти показатели не превышали 3,0±0,06 усл.ед. Таким образом, полученные данные позволяют заключить, что занятия специальными физическими упражнениями способствуют повышению ортоградной устойчивости тела человека. Повышение же сократительных возможностей антигравитационных мышц способствует сохранению динамического равновесия тела человека, что особенно важно в постоянно меняющихся условиях внешней среды, связанных с трудовой и профессиональной деятельностью человека.

Таблица 2

А

ПРАВАЯ КОНЕЧНОСТЬ
Статистические показатели	Характеристики упруго-вязких свойств m. gastrocnemius.
	Ар	Fp	Fp	Q	An	Fp	Fn	Qn	IF	IQ	Fn-Fp
	0,0335	47,95	11,3	0,78	0,039	58,2	14,25	0,79	0,29	1,24	3.0
	0,0023	1,43	0,56	0,052	0,00175	2,21	0,41	0,039	0,016	0,093	0,06
2	5.29Е-06	2,0449	0,314	0,0027	0,0000031	4,884	0,1681	0,0015	0,0003	0,0086	3,1600
m	0,000869	2,51	0,52	0,12	0,001625	2,90	0,68	0,09	0,04	0,21	0,4
Tst	2,55*	1,7**	3,93*	0,04**	2,02*	5,63*	0,83**	4,33*	2,91*	2,65*	3,95*

ЛЕВАЯ КОНЕЧНОСТЬ
Статистические показатели	Характеристики упруго-вязких свойств m. gastrocnemius.
	Ар	Fp	Fp	Q	An	Fp	Fn	Qn	IF	IQ	Fn-Fp
	0,0355	52,75	10,7	0,71	0,03935	59,9	13,5	0,86	0,32	1,19	2,8
	0,0023	1,038	0,21	0,035	0,003148	1,2	0,57	0,034	0,025	0,095	0,084
2	5,29Е-06	1,0774	0,0441	0,0012	9,91E-06	1,44	0,3249	0,0012	0,0006	0,009	0,0071
m	0,00108	1,87	0,56	0,1	0,0025	1,52	0,35	0,13	0,08	0,23	0,38
Tst	3,76*	4,3*	2,41*	2,38*	1,36**	3,9*	1,57*	1,22**	1,77**	2,36*	3,38*

B

ПРАВАЯ КОНЕЧНОСТЬ
Статистические показатели	Характеристики упруго-вязких свойств m. gastrocnemius.
	Ар	fp	Fp	Q	An	fp	Fn	Qn	IF	iq	Fn-Fp
	0,031	42,85	7,55	0,77	0,046	77,65	15,25	1,39	0,65	0,61	7,7
	0,00182	3,42	0,22	0,021	0,00107	5,33	0,76	0,049	0,019	0,018	0,43
2	3.312Е-06	11,696	0,0484	0,0004	1,14E-06	28,40 89	0,5776	0,0024	0,0004	0,0003	0,1849
M	0,000407	1,64	0,78	0,05	0,00238	1,87	0,99	0,11	0,12	0,12	1,12

ЛЕВАЯ КОНЕЧНОСТЬ
Статистические показатели	Характеристики упруго-вязких свойств m. gastrocnemius.
	Ар	fp	Fp	Q	An	fp	Fn	Qn	IF	IQ	Fn-Fp
	0,031	42,55	8,7	0,45	0,44	72,3	14,9	1,04	0,52	0,615	6,33
	0,0018	2,12	0,78	0,031	0,0022	5,78	0,29	0,062	0,021	0,042	0,44
2	3,24Е-06	4,4944	0,6084	0,001	4.84E-06	33,40	0,0841	0,0038	0,0004	0,0018	0,1936
m	0,000473	1,45	0,61	0,03	0,002113	2,79	0,82	0,09	0,08	0,09	0,98

Рис.2 Изменение упруго-вязких свойств m gastrocnemius, под влиянием специальных тренировок( К- испытуемые контрольной группы; Э -испытуемые экспериментальной группы ), I -правая конечность, II- левая конечность.

Выводы

1. Проведенные исследования показали, что функциональная активность m.gastrocnemius действительно объективно отражает состояние регуляторных нейро-моторных физиологических механизмов управления ортоградным положением тела человека в гравитационном поле Земли. Наличие в этой мышце большого количества интрафузальных мышечных волокон, продольная ориентация которых параллельна вектору гравитации, позволяет нервной системе в масштабе реального времени осуществлять постоянную афферентацию всех возможных отклонений положения продольной оси нижних конечностей от вектора гравитации. Эти самым для нейро-моторной системы обеспечивается возможность эфферентной коррекции положения тела человека в пространстве относительно плоскости поверхности Земли.

2. Обнаруженные закономерности изменения тонуса m.gastrocnemius в онтогенезе отражают общую динамику формирования ортоградного положения тела человека в процессе его возрастного развития. В частности, это в первую очередь касается тех мышечных стимулов, которые осуществляют коррекцию положения тела в ответ на возмущающие воздействия физических факторов внешней и внутренней среды организма. О степени собственно мышечного участия в коррекции ортоградного положения тела человека в онтогенезе возможно судить по степени тонической активности этой мышцы.

3. Наибольшая тоническая активность m.gastrocnemius наблюдается в те же возрастные периоды развития организма, в которые происходит наибольший прирост массы тела (в 19-24 года). В то же время, тоническое перенапряжение и, как следствие этого, чрезмерная гипертрофия этой мышцы наблюдаются в тех случаях, когда в период старения организма в нем происходят возрастные нарушения осанки и изменения геометрии масс. В таких условиях m.gastrocnemius находится в состоянии перенапряжения вследствие активного участия в механизмах компенсационной гипертрофии антигравитационных мышц человека, обусловленной действием рефлекторных факторов, поддержания и сохранения равновесия тела.

4. Результаты проведенных экспериментов показали, что физические упражнения, направленные на сохранение и поддержание вертикальной позы тела человека существенным образом влияют на изменение упруго-вязких свойств m.gastrocnemius. Во многом благодаря этому значительно расширяются возможности данной мышцы и ее синергистов, что позволяет человеку более длительное время в процессе своего жизненного цикла сохранить здоровье и без излишних произвольных усилий поддерживать свое ортоградное положение. Это также обеспечивает для него необходимые условия проявления тех механизмов его двигательной активности, которые он не мог бы реализовать без сохранения вертикальной позы.

5. Установлено, что специальные физические упражнения, направленные на сохранение ортоградного положения тела способствуют увеличению жесткости m.gastrocnemius (в среднем с 0,29 ± 0,016 усл.ед. до 0,65 ± 0,019 усл.ед.) в правой конечности и соответственно с 0,32 ± 0,25 усл.ед. до 0,52 ± 0,04 усл.ед. - в левой конечности и снижению демпферности с 1,24 ± 0,093 усл.ед. до 0,6 ± 0,018 усл.ед. в мышцах правой конечности и с 1,19 ± 0,095 усл.ед. до 0,615 ± 0,042 усл.ед. в левой конечности. Это свидетельствует о улучшении ее функциональных возможностей, повышении способности человека к произвольной и непроизвольной коррекции колебаний общего центра масс и, как следствие этого расширении резервов вертикальной устойчивости своего тела.

Поступила в редакцию 12.06.2001г.

  На главную    В библиотеку    Обсудить в форуме 

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!

Реклама: