Морфология положения или движения тела

Морфология положения или движения тела изучается на основе зрительного образа, возникшего по данным визуального ознакомления с выполняемым упражнением, а также при исполь­зовании фото- и кинодокументации. При этом обращается внима­ние на симметричность положения или движения, наличие и вид опоры, взаимное расположение частей тела.

Морфология движения включает его общую характеристику, разделение на отдельные фазы и рассмотрение их.

Характеристика положения или движения тела с позиций за­конов механики необходима для понимания работы двигательного аппарата. Биомеханическое осмысление формы и структуры дви­жения или положения тела человека для морфолога не самоцель, а лишь очень важная предпосылка детального анатомического раз­бора движения или положения тела. При этом рассматриваются:

- действующие силы;

- положение центра тяжести (масс) тела человека и его от­дельных звеньев;

- положение центра объема тела человека;

- величина удельного веса тела человека;

- состояние площади опоры;

- вид равновесия;

- условия сохранения равновесия тела и степень его устойчи­вости.

Действующие силы. Каждое движение, производимое чело­веком, и любое положение, в котором он находится, обусловлены взаимодействием ряда сил. Силы, действующие на тело человека, разделяются на внешние и внутренние.

Внешние силы приложены к человеку извне или возникают при его взаимодействии с внешними телами (противником, спортивными снарядами и др.). Наибольшее значение для анато­мического анализа положений или движений человека имеют сила тяжести (сила гравитации), сила реакции опоры и сила сопро­тивления среды. Каждая из этих сил характеризуется величиной, направлением и точкой приложения.

Сила тяжести (сила гравитации) равна массе тела, приложе­на в месте положения ОЦТ тела и направлена отвесно вниз. При выполнении упражнения с отягощением (штангой, ядром) необ­ходимо учитывать силу тяжести системы «спортсмен-снаряд».

Сила реакции опоры представляет собой противодействие опорной поверхности при давлении на нее. Сила реакции опоры при вертикальном положении тела равна силе тяжести (действие равно противодействию), но противоположна ей по направлению. При ходьбе, беге, прыжках в длину с места сила реакции опоры направлена к телу под углом от опорной поверхности и может быть разложена по правилу параллелограмма сил на две составляю­щие: вертикальную и горизонтальную. Вертикальная составляю­щая силы реакции опоры (сила нормального давления) направле­на вверх и взаимодействует с силой тяжести, горизонтальная (сила трения) влияет на перемещение тела. Если бы не существовало трения, человек не мог бы ходить и бегать: нога, которой произво­дится отталкивание, скользила бы назад и перемещение тела было бы невозможно (нечто подобное наблюдается при ходьбе по сколь­зкому льду).

Сила сопротивления среды действует на тело человека при его движениях в воздушной (при сильном ветре или быстром беге) или водной среде (плавание). Она зависит от площади лобовой поверх­ности сопротивления тела, скорости движения и плотности среды. С уменьшением лобовой поверхности (например, при низкой по­садке велосипедиста) сопротивление среды уменьшается.

Внутренние силы возникают внутри тела человека при взаи­модействии частей тела. Внутренние силы разделяются на пас­сивные и активные. К пассивным внутренним силам относятся: сила эластической тяги мягких тканей (связок, суставных сумок, фасций, мышц и др.), которая возникает при их растяжении, сила сопротивления костей, хрящей, определяемая их физико-химичес­кими свойствами, а также сила молекулярного сцепления синови­альной жидкости, находящейся в полости суставов.

Основной активной внутренней силой является сила сокра­щения мышц. Величина силы сокращения мышц зависит от ана­томических и физиологических условий. Направление ее опреде­ляется равнодействующей. Точкой приложения силы сокращения мышц является центр фиксации мышцы на подвижном (переме­щаемом) звене.

Если силы, действующие на тело, уравновешены, то оно на­ходится в покое; если же их равнодействующая не равна нулю, то тело перемещается в направлении этой равнодействующей. Каж­дая из сил может быть движущей или тормозящей. Например, сила тяжести при движении вниз является движущей силой, а при дви­жении вверх — тормозящей. При движении по горизонтали силу тяжести условно считают нейтральной. Сила попутного ветра, например, при ходьбе — движущая сила, а сила встречного вет­ра — тормозящая.

Центр тяжести тела человека. Следует различать общий центр тяжести (центр масс) тела (ОЦТ тела) человека и центр тяжести отдельных частей тела.

Общим центром тяжести тела человека называется точка при­ложения равнодействующей всех сил тяжести составляющих его частей звеньев тела. Каждая часть тела человека при определен­ной массе и специфическом расположении ее имеет собственный центр тяжести. Так, центр тяжести головы находится сзади спинки турецкого седла примерно на 7 мм; центр тяжести туловища — 0.44 расстояния от плечевого сустава до тазобедренного, спереди от верхнего края 1 -го поясничного позвонка; центр тяжести плеча — на 0.47. предплечья — на 0.42. бедра — на 0.44; голени — на 0,42 расстоянии от своего проксимального конца; центр тяжести кисти с несколько согнутыми пальцами приблизительно на 1 см проксимальнее головки 3-й пястной кости; центр тяжести стопы — на ее продольной оси и отстоит от ее заднего края на 0,44 длины стопы.

Поскольку звенья тела человека даже при обычном вертикальном его положении (а особенно при движениях) не располагаются вертикально друг над другом, между ними в области со­единений образуются углы. Поэтому вертикаль ОЦГ тела прохо­дит на некотором расстоянии от центра любого сустава и возника­ет момент вращения (произведение величины силы тяжести на длину плеча ее действия). Чем больше момент вращения, тем боль­шее напряжение испытывает группа мышц, противодействующая тяжести.

Зная положение центра тяжести звена, можно определить плечо действия силы тяжести по отношению к суставам и вычис­лить момент вращения. Величина массы отдельных звеньев тела составляет: головы — 7 % массы тела, туловища — 46,4 %, плеча — 2,6 %, предплечья — 1,8 %, кисти — 0,7 %, бедра — 12,2 %, глени — 4,6 %, стопы — 1,4 %. Отсюда при общей массе (весе) тела 70 кг голова весит:

(70х7)/100=490/100=4,9 кг.

Таким образом, ОЦТ тела служит показателем распределе­ния массы тела в организме человека, определяя в той или иной мере его телосложение. Ведь ни обхваты, ни линейные размеры, обычно употребляемые в антропометрической практике, не являются достаточным показателем того количества массы, которое соответствует этим размерам. При одинаковых линейных разме­тах количество массы, определяемое ими, может быть неодинаково (в зависимости от разного удельного веса тканей и органов).

Чем выше расположен ОЦТ тела, тем масса верхней половины тела больше. Например, у гимнастов он расположен выше, чем у легкоатлетов-бегунов, так как большие физические нагрузки у гимнастов приходятся на мышцы верхних конечностей, а у бегунов — на мышцы нижних конечностей. Возникают разли­чия в распределении мышечных масс.

Когда говорят «центр тяжести человеческого тела» и имеют в виду живого человека, то подразумевают не геометрическую точ­ку, а лишь сферу, в которой эта точка расположена в зависимости от особенностей кровообращения, дыхания, пищеварения и пр. в каждый момент времени внутри тела происходит перераспределе­ние его массы, что сказывается и на положении ОЦТ: он постоян­но несколько перемещается в ту или иную сторону. Ориентиро­вочно можно считать, что диаметр сферы, внутри которой происходит перемещение ОЦТ тела при спокойном положении тела, равняется 5—10 мм.

Для установления местоположения ОЦТ тела необходимо определять его в трех плоскостях: фронтальной, горизонтальной и сагиттальной. При любом симметричном положении тела его ОЦТ расположен в медианной плоскости, поскольку правая и ле­вая половины тела весят приблизительно одинаково (хотя масса внутренних органов, расположенных справа, примерно на 500 г больше, чем расположенных слева, в связи с тем, что в правой половине находится большая часть такого массивного органа, как печень).

Впервые положение ОЦТ тела определил Борелли в 1679 г.. отметив, что в выпрямленном состоянии тела он находится между ягодицами и лобком. Для определения ОЦТ тела использовался метод уравновешивания, основанный на принципе рычага перво­го рода: лежащего на доске человека уравновешивали на острие клина; положение клина показывало расположение ОЦТ тела.

Для определения положения ОЦТ тела использовался также метод Шейдта, основанный на принципе рычага второго рода; величина длины тела испытуемого, умноженная на полученный в эксперименте вес, равняется естественной массе испытуемого, умноженной на расстояние от подошвенной поверхности стопы до положения ОЦТ тела.

М.Ф.Иваницкий определил местоположение ОЦТ тела в го­ризонтальной плоскости у 650 испытуемых. Относительно про­дольной оси тела положение его обозначено индексом: отношени­ем расстояния от центра тяжести до подошвенной поверхности стопы к длине тела, умноженным на тысячу. Наиболее часто зна­чение индекса составляет 555-565. т.е. ОЦТ тела находится не­сколько выше середины тела. Другим показателем положения ОЦТ тела является его проекция на позвоночный столб и на брюшную стенку. Наблюдения М.Ф.Иваницкого показывают, что ОЦТ тела может находиться в пределах 1-5-го крестцового позвонков. По­ложение его относительно продольной оси тела и позвоночного столба зависит от многих факторов: пола, возраста, развития мус­кулатуры, массивности скелета, выраженности жироотложения и пр. Возможны и суточные колебания положения ОЦТ тела, свя­занные с деформациями, которые тело испытывает при больших физических нагрузках. Индивидуальные колебания его положе­ния относительно позвоночного столба более заметны, чем отно­сительно длины тела. На переднюю поверхность тела ОЦТ про­ецируется выше лобкового симфиза.

У новорожденных ОЦТ тела располагается на уровне 5-6-го грудных позвонков, к двум годам он опускается до уровня 1-го поясничного позвонка и продолжает опускаться до 16-18 лет. по­степенно перемещаясь не только вниз, но и кзади. У мужчин ОЦТ тела находится на уровне 3-го поясничного — 5-го крестцового позвонка, а у женщин — на уровне 5-го поясничного до 1-го коп­чикового. Средняя относительная высота ОЦТ тела (по отноше­нию к длине тела) у мужчин составляет 572, а у женщин 559. В пожилом возрасте положение ОЦТ тела зависит, кроме всего про­чего, от особенностей осанки.

Каждому типу телосложения соответствуют свои особеннос­ти положения ОЦТ тела. При долихоморфных пропорциях тела он располагается относительно ниже, чем при брахиморфных. При преимущественном отложении подкожного жирового слоя в обла­сти таза и бедер (у женщин) ОЦТ тела находится ниже, чем при более равномерном его распределении.

Особенности пропорций тела и распределения мышечной массы у спортсменов различных специализаций также обуслов­ливают различия в положении ОЦТ тела. У пловцов более высо­кое расположение его. чем у теннисистов, а у велосипедистов бо­лее низкое; у хоккеистов более низкое, чем у баскетболистов.

При анатомическом анализе движений важно знать траекто­рию центра тяжести. Без этого невозможно определить ни скорость, ни ускорение, ни усилие, испытываемые телом или его отдельны­ми звеньями при выполнении движения.

Для определения траектории ОЦТ тела при движении необходимо, пользуясь фотоотпечатками или рисунками с кинограммы человеческой фигуры, определить последовательно положе­ния ОЦТ тела в каждый момент данного движения. Линия, соединившая полученные точки, и будет траекторией ОЦТ при выполнении данного движения. Более подробно методы оценки траектории ОЦТ изучаются в курсе биомеханики.

Центр объема тела человека. Сведения о центре объема тела человека имеют особенно большое значение для анатомического анализа движений при плавании, для оценки гидродинамических качеств пловца. Центром объема тела называется место (точка) приложения всех сил давления воды на его поверхность. Центр объема тела человека располагается несколько выше, чем ОЦТ тела. Это подтверждается тем, что человек с вытянутыми вдоль тела руками, ложась в воде на спину, обычно переходит из горизон­тального положения в вертикальное, так как нижний конец его тела опускается. Лишь немногие могут, не двигаясь, сохранять такое горизонтальное положение в воде. Удержать равновесие в воде можно лишь в том случае, когда вертикаль ОЦТ тела совпа­дает с вертикалью центра его объема

Для определения проекции центра объема в горизонтальной плоскости применяется метод вытеснения воды телом в градуиро­ванном резервуаре. Регистрируется уровень воды, налитой в резер­вуар, затем определяется уровень воды при полном погружении че­ловека и уровень воды, равный половине данного объема (объем верхней части тела должен соответствовать объему нижней части тела). После этого испытуемому предлагается постепенно погружать­ся в воду до тех пор. пока вода не доходит до намеченного уровня, характеризующего положение центра объема тела. Как правило, он отстоит на 2-6 см от уровня ОЦТ тела. При вдохе общий центр объёма будет располагаться выше, чем при выдохе.

Удельный вес тела человека. Удельный вес характеризует плотность тела и представляет собой его массу, приведенную к единице объема (1 см³). Это один из важных показателей физи­ческого развития и состояния здоровья человека, зависящий от многих факторов. В частности, он связан с дыхательными движе­ниями, в период вдоха уменьшается, а в период выдоха увеличи­вается. Мужчины высокого роста имеют удельный вес меньший, чем мужчины низкого роста. У лиц с хорошо развитыми мышца­ми удельный вес больше, чем у тех. кто имеет слабое развитие мускулатуры. Удельный вес тела женщин меньше, чем у мужчин, за счет большего жироотложения.

В детстве удельный вес тела с возрастом увеличивается, у маль­чиков 11 лет он равен 1,019, в 13 лет— 1,026, в 15 лет— 1,033, в 17 дет — 1,040. Это связано с возрастными изменениями компонентов массы тела. У девочек удельный вес тела увеличивается лишь до 13 лет, после чего уменьшается. Различия в возрастной динамике удель­ного веса тела между мальчиками и девочками объясняются неравномерностью темпов роста и развития организма.

По динамике удельного веса можно следить за изменением компонентов массы тела: нарастание удельного веса говорит об увеличении мышечной (активной) массы тела и. наоборот, сниже­ние его — об увеличении жирового компонента,

Площадь опоры. Площадь опоры определяется площадью : опорных поверхностей тела и величиной пространства, заключен­ного между ними. Площадь опоры всегда учитывается при анато­мическом анализе физических упражнений. От нее зависит устой­чивость тела: она тем больше, чем больше площадь опоры. Так, устойчивость тела в стойке ноги врозь больше, чем в стойке ноги вместе в стойке на двух ногах — чем в стойке на одной ноге; на лыжах — чем на коньках; в стойке фехтовальщика или боксера при расставленных ногах — чем в обычном положении стоя (по­этому и маневренность движений без потери равновесия в спортив­ном поединке достаточно велика).

Виды равновесия. Вид равновесия определяется по соотно­шению площади опоры с положением ОЦТ тела. Если площадь : горы расположена ниже ОЦТ тела, то равновесие неустойчивое или. по определению Д.Д.Донского, ограниченно устойчивое. Если площадь опоры находится выше ОЦТ тела, равновесие устойчи­вое (тело, выведенное из этого положения, может без участия внутренних сил прийти в исходное).

В зависимости от вида равновесия действующие, силы веса на себя различно. Так, сила тяжести при неустойчивом или ограниченно устойчивом равновесии оказывает сдавливающее вли­яние на отдельные звенья тела, при устойчивом — растягивающее (на разрыв).

Условия сохранения равновесия тела и степень его устойчивости. Равновесие тела в том или ином положении сохраняется при условии, если вертикаль ОЦТ тела проходит внутри площади опоры. Если же она выходит за пределы границ площади :поры. равновесие нарушается — тело падает. Степень устойчи­вости тела при выполнении упражнения зависит от высоты рас­положения ОЦТ тела и от величины площади опоры. Чем ниже расположен ОЦТ тела и больше площадь опоры, тем устойчи­вость больше. Количественной характеристикой степени устой­чивости тела является угол устойчивости. Он образован вертикально, опущенной из ОЦТ тела, и линией, проведенной из него к краю площади опоры. Чем больше угол устойчивости, тем устойчивость тела больше Величина угла устойчивости определяет возможности перемещения тела без потери равновесия.

Для правильной анатомической трактовки работы двигательного аппарата необходимо предварительно выяснить условия дви­жения с учетом равенства действия противодействию, проявлений инерции, сохранения момента количества движений и друг и закономерностей.