Физиологические механизмы формирования двигательных навыков

1. Физиологические механизмы формирования двигательных

навыков.

 

В понимание физиологических  механизмов двигательных навыков особый вклад внесли отечественные физиологи - И.П. Павлов, В.М. Бехтерев, А.А. Ухтомский, П.К. Анохин, Н.А. Бернштейн, А.Н. Крестовников, Н.В. Зимкин, B.C. Фарфель и др.

 

1.1. Функциональная система, доминанта, двигательный динамический стереотип.

Любые навыки - бытовые, профессиональные, спортивные - не являются врожденными движениями. Они приобретены в ходе индивидуального развития. Возникая в результате подражания, условных рефлексов или по речевой инструкции, двигательные акты осуществляются специальной функциональной системой нервных центров (Анохин П. К., 1975). Деятельность этой системы включает следующие процессы: синтез афферентных раздражений (информации из внешней и внутренней среды), учет доминирующей мотивации (предпочтение действий), использование памятных следов (арсенала движений и изученных тактических комбинаций); формирование моторной программы и образа результата действий; внесение сенсорных коррекций в программу, если результат не достигнут.

Комплекс нейронов, обеспечивающих эти процессы, располагается на различных  этажах нервной системы, становясь  доминантой, т. е. господствующим очагом в центральной нервной системе. Он подавляет деятельность посторонних нервных центров и, соответственно, лишних скелетных мышц (Ухтомский А. А., 1923). В результате движения выполняются все более экономно, при включении лишь самых необходимых мышечных групп и лишь в те моменты, которые нужны для его осуществления. Происходит экономизация энерготрат.

Порядок возбуждения в  доминирующих нервных центрах закрепляется в виде определенной системы условных и безусловных рефлексов и  сопровождающих их вегетативных реакций, образуя двигательный динамический стереотип (Павлов И.П.; Крестовников А.Н., 1954). Каждый предшествующий двигательный акт в этой системе запускает следующий. Это облегчает выполнение целостного упражнения и освобождает сознание человека от мелочного контроля за каждым его элементом. Роль условно-рефлекторного механизма образования двигательных навыков доказывается, в частности, тем, что выработанные навыки во многом угасают при перерывах в тренировке (при отсутствии подкрепления). Однако двигательные навыки отличаются от классических слюнных условных рефлексов, описанных И. П. Павловым (сенсорных или рефлексов 1 рода). Навыки, в основном, представляют условные рефлексы 2 рода - оперантные или инструментальные условные рефлексы (Конорский Ю. М., 1970). В них новым отделом рефлекторной дуги является ее эффекторная часть, т. е. создается новая форма движения или новая комбинация из ранее освоенных действий. Построение новой формы движений на основе имеющихся элементов Н. В. Зимкин (1975) отнес к явлениям экстраполяции (использования предшествующего опыта).

1.2. Стабильность и вариативность компонентов двигательного навыка.

Возникшие в первой половине XX века представления о доминанте, функциональной системе и двигательном динамическом стереотипе легли в основу понимания механизмов формирования двигательных навыков в процессе обучения человека. Дальнейшие исследования позволили уточнить эти классические представления.

Уже Н. А. Бернштейн отмечал, что даже достаточно простые навыко-вые действия не являются полностью стереотипными. При многократных повторениях они могут различаться по амплитуде, скорости выполнения отдельных элементов и т. д. Как оказалось, еще больше они различаются по внутренней структуре. Многоканальная регистрация ЭМГ различных мышц при выполнении спортивных упражнений показала, что в одних и тех же освоенных движениях значительно варьирует состав активных мышечных групп. Одни мышцы включаются в движения постоянно, а другие -лишь периодически (табл.1).

Варьируют длительность фаз, мышечные усилия, последовательность включения мышц. Это позволило  говорить о закономерной вариативности внешних и внутренних компонентов двигательного навыка (Зимкин Н.В., 1975). Наличие вариаций позволяет отбирать оптимальные и отбрасывать неадекватные моторные программы, учитывать не только внешние изменения ситуации, но и сократительные возможности мышц. Вариативность особенно выражена в периоды врабатывания, перед отказом от работы и в восстановительном периоде.

Регистрация активности отдельных  нейронов головного мозга (в экспериментах на животных и в клинике при лечебных мероприятиях) показала значительную вариативность их включения в одни и те же освоенные действия. При этом между ними образуются как "жесткие" (стабильные), так и "гибкие" (вариативные) связи (Бехтерева Н. П., 1980).

Сохранение основных черт двигательного навыка в условиях изменяющейся внешней среды и перестроек внутренней среды организма возможно лишь при варьировании "гибких" связей в системе управления движениями. Так хорошо освоенный навык ходьбы осуществляется при разном наклоне туловища, переменных усилиях ног, неодинаковом составе скелетных мышц и нервных центров, различных вегетативных реакциях в зависимости от рельефа дороги, качества грунта, силы встречного ветра, степени отягощения, утомления человека и прочих причин. "Гибкие" элементы функциональной системы составляют основную ее часть, так как в любых условиях они обеспечивают выполнение навыка, достижение требуемого результата.

Таблица 1.

Стабильность  и вариативность включения различных  мышц у

квалифицированного  тяжелоатлета при многократных

рывках штанги (по: Н. В. Зимкин, 1973)

Мышцы	Наличие активности (+) при десяти повторных рывках
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Четырехглавая мышца бедра, наружн.	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
То же, средний пучок	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
То же, внутренний пучок	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Длинная спины	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Дельтовидная, средний пучок	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Трехглавая плеча	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Трапециевидная	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Двуглавая плеча	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Икроножная	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Двуглавая бедра	-	-	-	+	+	-	+	-	+	+
Ягодичная	+	+	-	-	+	-	-	-	-	+
Широчайшая спины	+	-	-	-	-	-	-	-	-	+
Дельтовидная, передний пучок	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Большая грудная	-	-	-	-	-	-	-	-	-	+

 

 

Навыки циклических движений более стабильны по сравнению  с ациклическими, так как в их основе лежат повторения одинаковых циклов:

Элементы циклических                       Элементы ациклических

движений                                              движений

1 – 2 – 1 – 2 – 1 –  2...   1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6...

Циклические движения превращаются в навык при переходе от отдельных двигательных актов к последовательной их цепи - от отдельных шагов к ходьбе и бегу, от начертания отдельных букв к письму и т. п. При этом к процессам коркового управления движениями подключаются древние автоматизмы, так называемые циклоидные движения, осуществляемые подкорковыми ядрами головного мозга.

Навыки в ситуационных видах спорта (спортивных играх, единоборствах) отличаются наибольшей вариативностью. Стереотипы в этих видах спорта формируются лишь при овладении отдельными элементами техники (например, в штрафных бросках). Автоматизация этих навыков позволяет быстрее включать их в новые движения. В стандартных видах спорта навыки более стереотипны. Их стабильность повышается по мере роста спортивного мастерства. Но и здесь необходимо сохранение определенного уровня вариативности навыков для их адаптации к разным условиям выполнения.

 

2.Физиологическая характеристика лыжных гонок

 

Лыжные гонки представляют собой передвижение на скорость по местности на определенные дистанции  различными способами. Все способы  передвижения на лыжах в зависимости  от целей, условий их применения и  способов выполнения разделяются на следующие группы: строевые упражнения с лыжами и на лыжах, лыжные ходы, переходы с хода на ход, подъемы, спуски со склона, торможения, повороты на месте  и в движении.

 

В классификации техники  передвижения лыжника насчитывается  более 50 способов, среди которых  доминирующее положение как по количеству, так и по значимости занимают лыжные ходы, которые подразделяются на две подгруппы: классические и коньковые.

 

Как классические, так и  коньковые способы передвижения на лыжах технически сложны. Чтобы  достичь высоких результатов  в гонках, спортсмены должны овладеть всеми способами передвижения на лыжах и уметь рационально  чередовать их при изменении рельефа  трассы.

 

Двигательной деятельностью  управляет центральная нервная  система. При этом решающую роль играет информация, поступающая в мозг от сенсорных систем организма. Важнейшее  значение при беге на лыжах имеют  импульсы от двигательной (проприоцептивной), вестибулярной и зрительной сенсорных систем. Чем сложнее рельеф трассы, тем выше требования к сенсорным функциям. На основе поступающей в мозг информации осуществляется управление двигательной деятельностью, эффективность которой определяется степенью сокращения и расслабления мышц.

 

Лыжник-гонщик выполняет  на дистанции циклическую скоростно-силовую  работу различной мощности. Мощность работы характеризуется скоростью  передвижения спортсмена, объемом потребления  кислорода и частотой сердечных  сокращений (ЧСС). На подъемах в гору скорость передвижения снижается, мощность же работы, потребление кислорода  и ЧСС возрастают. Взрослый квалифицированный  лыжник потребляет на дистанции 4—5 л  кислорода в минуту (около 80—90 % максимального  потребления кислорода — МПК).

 

ЧСС при беге на лыжах  составляет 160—190 уд/мин, повышаясь  на подъемах в гору и при ускорениях до 200 уд/мин и более.

 

Энергообеспечение при лыжных гонках происходит преимущественно  аэробным путем. При этом примерно 80—95 % энергии освобождается в результате окислительных процессов.

 

По величине МПК лыжники-гонщики  занимают первое место среди спортсменов. У наиболее квалифицированных лыжников МПК составляет 5,5—6,5 л/мин, или 75—90 мл/мин/кг. МПК и скорость, передвижения на лыжах тесно связаны (коэффициент  корреляции составляет в среднем 0,87).

 

При таком большом потреблении  кислорода потребность в нем  на дистанции удовлетворяется не полностью, что ведет к повышению  концентрации молочной кислоты в  крови и к образованию кислородного долга (6—10 л к концу гонки). Такие  особенности энергообеспечения  свидетельствуют о необходимости  совершенствовать не только аэробные, но и анаэробные возможности лыжников.

 

Общее потребление кислорода  при лыжных гонках очень велико. Чем длиннее дистанция, тем больше его нужно. Объем потребления  кислорода показывает затраты энергии. Они составляют в среднем 20—25 ккал/мин.

 

Кислород к тканям, в  том числе и скелетным мышцам, доставляют органы дыхания, кровообращения и кровь.

 

Органы дыхания лыжников хорошо развиты. Об этом свидетельствуют  большая жизненная емкость и  хорошая вентиляция легких, а также  другие показатели.

 

Тренировка лыжника-гонщика  благотворно влияет на морфофункциональное  состояние сердца. Объем сердца лыжников составляет в среднем 1070 см, не занимающихся спортом мужчин — 760 см. Большой объем  сердца (при сохранении сократимости миокарда) обеспечивает минутный объем  крови при беге на лыжах в среднем 25—30 л.

 

При мышечном покое сердце тренированных лыжников работает экономно. ЧСС составляет у них в среднем  около 40 уд/мин. Урежение сердцебиения лыжников сочетается с физиологической (синусовой) аритмией. Длительность сердечных циклов при этом неодинакова, что обусловлено усилением влияния блуждающего нерва на сердце.

 

Кровеносные сосуды (артерии  и артериолы) играют большую роль в кровоснабжении работающих мышц. Суживаясь в неактивных областях тела и расширяясь в активных, сосуды обеспечивают перераспределение крови  и увеличение мышечного кровотока  при выполнении работы.