Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Литературный обзор 8
1.1. Методы исследования устойчивости тела человека 8
1.1.1. Методики регистрации колебаний и устойчивости тела человека 9
1.1.2. Методы обработки стабилограмм и показатели устойчивости 12
1.1.3. Варьирование экспериментальных условий при исследовании устойчивости тела человека 23
1.2. Основные механизмы управления движениями при сохранении равновесия 24
1.2.1. Принцип программного управления движениями 26
1.2.2. Принцип обратных связей в управлении движениями... 29
1.3. Механические и биомеханические показатели устойчивости тела человека 30
1.4. Влияние антропометрических показателей и источников внутренних сил на устойчивость тела человека 34
1.5. Управление положением тела человека 36
1.6. Устойчивость системы «стрелок-оружие» 39
Глава II. Задачи, методы и организация исследования 42'
2.1. Электромиография 43
2.2. Стабилография... 43
2.3. Методика регистрации колебаний ствола оружия 44
2.4. Организация исследования и обработка результатов измерения 44
Глава III. Управление положением системы «стрелок-оружие» при стрельбе из пневматического пистолета 53
3.1. Анализ колебаний системы «стрелок-оружие» 53
3.2. Кросскорреляционный анализ активности мышц нижних конечностей 62
Глава IV. Структура стабилографического сигнала и его связь с электрической активностью мышц нижних конечностей при сохранении устойчивого равновесия 71
4.1. Форма распределения координат центра давления 72
4.2. Общие закономерности управления мышечной активностью при сохранении положения тела 77
4.3. Внутрииндивидуальные закономерности управления мышечной активностью при сохранении положения тела 85
4.4. Стратегии и механизмы управления положением тела в стойке на ногах 93
Выводы 97
Список литературы 100
- Методики регистрации колебаний и устойчивости тела человека
- Методика регистрации колебаний ствола оружия
- Кросскорреляционный анализ активности мышц нижних конечностей
- Общие закономерности управления мышечной активностью при сохранении положения тела
Введение к работе
Актуальность. Изучение закономерностей сохранения положения тела человека является одной из наиболее важных проблем в биологии, поскольку от способности сохранять устойчивое положение тела как в условиях покоя, так и при внешних возмущающих воздействиях зависит успешность выполнения большинства двигательных действий, в том числе и спортивных. Подавляющее большинство работ, выполненных в этом направлении в основном сконцентрированы на изучении механических колебаний и динамических характеристик взаимодействия тела с опорой [11, 18, 27, 33, 39, 40, 72, 81, 91,104, 112 и др.]. Изучению межмыщечной координации и ее связи с показателями, отражающими колебание тела человека, посвящено недостаточное число исследований. В стрелковом спорте этот аспект проблемы в основном изучался на качественном уровне [1,2, 32, 46, 49, 55 ] без должного количественного обоснования.
Другим малоизученным, но не менее важным аспектом данной проблемы является исследование структуры тех данных, с помощью которых изучаются и оцениваются устойчивость тела человека и способность управлять положением тела. Речь, в частности, идет о структуре стабилографического сигнала, как о наиболее широко используемой характеристике колебаний тела человека, т.е. о типе его распределения, соответствии требованиям стационарности и т.п. Недостоточность сведений по этому вопросу ставит под сомнение правомерность использования многих статистических показателей и процедур, применяемых для изучения механизмов регуляции позы человека и оценки способности сохранять равновесие.
В стрелковом споре, где спортсмену приходится одновременно решать несколько двигательных задач, особенно важна способность сохранять устойчивое положение всей системы «стрелок-оружие». Но несмотря на то, что эта способность увеличивается с ростом спортивного мастерства, механизмы, лежащие в ее основе, до конца не изучены. Поэтому необходимы дальнейшие исследования участия мышц в управлении положением тела стрелка.
Научная новизна исследования состоит в том, что впервые получены данные о связи интегрированной электрической активности мышц как между собой, так и с механическими параметрами колебания всего тела и оружия у стрелков разной квалификации в стрельбе из пневматического пистолета. Получены новые данные о способах взаимодействия мышц нижних конечностей при сохранении положения тела в основной стойке и стойке на одной ноге у спортсменов с разным уровнем устойчивости. Проведена классификация паттернов траекторий центра давления в заданиях, связанных с сохранением равновесия, в том числе при стрельбе.
Анализ стабилографического сигнала в заданиях, требующих решения только одной двигательной задачи и разной степени трудности, выполняемых в условиях отсутствия внешних возмущающих воздействий, позволил получить новые данные о характере распределения координат центра давления. Полученные результаты ставят под сомнение предположение о стационарности и случайности стабилографического сигнала и представление о безоговорочном применении методов параметрической статистики к его обработке.
Рабочая гипотеза. При изучении механизмов сохранения положения тела человека мы исходили из предположения, что их можно выявить на основе изучения связей электрической активности с механическими колебаниями всего тела (и оружия) у спортсменов с разным уровнем мастерства и в заданиях разной степени трудности сохранения равновесия. Предполагалось также, что разный уровень устойчивости достигается различными механизмами управления движениями.
Объект исследования - колебательные процессы в системе «стрелок-оружие» у стрелков разной квалификации и не занимающихся стрелковым спортом.
Предмет исследования - механизмы управления положением тела в стрельбе из пневматического пистолета и в заданиях разной степени трудности, требующих сохранения равновесия в отсутствие внешних возмущающих воздействий.
Теоретическая значимость работы состоит в том, что результаты исследования вносят новый вклад в теорию и методику физического воспитания и стрелкового спорта, расширяя наши представления о механизмах управления положением тела при сохранении равновесия. Показано, что одна и та же стратегия поведения при сохранении равновесия может быть реализована разными механизмами управления мышечной активностью. Кроме того, внесен определенный вклад в исследование структуры сигналов, используемых для изучения и оценки колебаний тела человека.
Практическое значение исследования заключается в следующем. Закономерности изменения характера межмышечной координации в заданиях разной трудности сохранения положения тела, а также величина корреляции мышечной активности с колебаниями центра давления могут служить критериями оценки уровня устойчивости тела человека и индикатором того, какой тип управления мышечной активностью характерен для данного спортсмена.
Количественные данные по устойчивости в стрелковом спорте могут использоваться при контроле за текущим состоянием спортсменов. Кроме того, результаты исследования могут использоваться в учебном процессе, как в курсе биомеханики, так и в теории и методике стрелкового спорта.
Изучение состояния вопроса по литературным данным и результаты собственных исследований механизмов управления положением тела позволили вынести на защиту следующие основные положения:
1. Управление положением системы «стрелок-оружие» построено не за счет управляюіцих действий в каких-либо одних, ведущих, суставах, а представляет собой сложную систему межмышечных взаимодействий, имеющую выраженный индивидуальный характер.
2. Колебательные процессы при сохранении равновесия, даже в заданиях, требующих решения одной двигательной задачи, нельзя рассматривать как случайные и стационарные процессы. В стрелковом спорте это обусловлено необходимостью решения сразу несколько двигательных задач.
3. Одна и та же стратегия поведения системы при сохранении равновесия может реализовываться разными механизмами управления мышечной активностью. Это связано с уровнем устойчивости человека и трудностью двигательного задания, а в стрелковом спорте - с квалификацией спортсменов.
4. Оценка устойчивости не может проводиться по какому-либо одному обобщенному критерию, а должна быть комплексной. Необходимо по меньшей мере учитывать характер паттерна траектории центра давления, формы распределения его координат, величины стандартного отклонения колебаний этой точки.
Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты исследования отражены в публикациях и доложены на конференциях молодых ученых РГАФК (Москва, 1997 и 2000 г.) и на Научной сессии РГАФК (Москва, 2000 г.), а также внедрены в практику преподавания биомеханики в Российской Государственной Академии физической культуры.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. В тексте диссертации имеется/Утаблиц n fрисунков. Список литературы включает 129 литературных источников, из них 66 на иностранных языках.
Методики регистрации колебаний и устойчивости тела человека
По-видимому, первые попытки количественной оценки устойчивости тела человека были связаны с использованием метода кефалографии [101]. Однако этот метод отличается относительно невысокой точностью, а результаты в значительной степени зависят от антропометрических показателей испытуемых. Поэтому с появлением динамометрических платформ широкое распространение получил метод стабилографии [5].
Одним из пионеров в изучении способности человека сохранять равновесие с использованием динамометрической платформы был F.A. Hellebrandt [84]. В настоящее время этот метод получил наибольшее распространение [68, 80, 86,]. С помощью динамометрической платформы можно регистрировать разные характеристики, которые используются исследователями для изучения устойчивости. Чаще всего исследователи регистрируют положения точки приложения силы реакции опоры, которая называется центром давления (ЦД). Изучению различных параметров движения ЦД посвящено подавляющее большинство работ [94, ПО, 114, 115]. В последнее время наряду с регистрацией траектории центра давления и его проекций на продольную и поперечную оси системы координат, связанной с поверхностью платформы, исследователи стали регистрировать горизонтальные составляющие силы реакции опоры. В совокупности с данными о движении ЦД горизонтальные силы дают возможность получить дополнительную информацию о колебаниях тела человека при сохранении равновесия [70, 74, 76, 91, 95,113, 129].
Центр давления лишь косвенно отражает движение общего центра масс тела человека. Еще D.P. Thomas и R.J. Witney [121] в 1959 году указывали на то, что положение центра давления, измеренное с помощью динамографической платформы, и положение проекции ОЦМ тела на горизонтальную плоскость не совпадают. Позднее эта мысль была экспериментально подтверждена многими исследователями [76, 102, 117, 118, 123, 126]. Так, Например, J.J. Eng и D.A. Winter [76] получили существенно разные кривые перемещения ЦД и проекции ОЦМ тела в задании поднять руку с небольшим грузом до горизонтального положения. Как показано в других работах [88, 98, 118, 121], различия между положениями ЦД и ОЦМ тела наблюдаются как по амплитуде, так и по фазе и частоте. Только в исключительно статических условиях сохранения равновесия изменение положения обсуждаемых показателей совпадает [84].
По мнению ряда специалистов [79, 81, 87, 121, 122, 129], стабилограмма содержит в себе не только статический компонент, обусловленный движением ОЦМ тела, но и динамическую составляющую, вызванную действием инерционных сил. Чем выше частота колебаний тела, тем больше ускорение и тем больше вклад инерционных сил в стабилограмму. Даже в обычной стойке этот вклад довольно существенный [109]. По оценкам C.V. Gurfinkel [81], при частоте колебаний тела около 0,2 Гц вклад сил, вызывающих горизонтальное ускорение, в стабилограмму равен 10%. Если частота колебаний увеличивается до 0,5 Гц, то вклад инерционных сил достигает 50%, а при частотах колебания в 1 Гц и выше стабилограмма практически полностью обусловлена действием инерционных сил. Так, например, в работе [77] было показано, что, по данным спектрального анализа, средняя частота спектра колебаний ЦД в обычной стойке составляет 0,7 Гц. На этой частоте вклад инерционных сил достигает 50%.
Использование других методик, в частности оптических (киносъемка, видеосъемка или телевизионная съемка), для изучения устойчивости тела человека, особенно в основной стойке, менее предпочтительно, поскольку горизонтальные колебания ОЦМ находятся в пределах нескольких миллиметров и точность этих методов, зависящая от точности расположения маркеров на теле человека, для определения положения ОЦМ тела явно недостаточна [91, 92, 129]. Кроме того, для определения положения ОЦМ тела необходимы данные о распределении масс в теле человека, оценки которых в настоящее время также приближенные, что особенно важно при изучении межиндивидуальных различий. Исключение составляют задания, выполняемые в усложненных условиях (например, стойка на одной ноге, стойка на ограниченной по своим размерам опоре и т.п.), в которых колебания ОЦМ тела более выраженны. В остальных случаях эти методики более целесообразно использовать для анализа взаимосвязей между положением центра давления и колебаниями отдельных звеньев тела, что, несомненно, будет полезно для изучения механизмов управления движениями при сохранении равновесия.
Были попытки избавиться от динамической составляющей в стабилограмме и таким образом получить действительные колебания ОЦМ тела в проекции на горизонтальную плоскость путем фильтрации стабилографического сигнала, однако, как отмечается в [129], этот метод не учитывает фазовых различий между стабилограммой- и механограммой колебаний ОЦМ тела. Кроме того, результаты применения этого метода зависят от величины граничной частоты фильтра, которая часто выбирается произвольно, а не на основе каких-либо содержательных предположений. 1.1.2. Методы обработки стабилограмм и показатели устойчивости
В литературе приводится большое количество методов обработки и анализа данных, относящихся к изучению устойчивости тела человека. Процесс обработки данных, в частности стабилограмм, можно разделить на два этапа. Первый этап связан с так называемой первичной обработкой, задача которого состоит в фильтрации помех, которые неизбежно возникают в работе любой измерительной системы. Второй этап связан с непосредственной обработкой отфильтрованных данных с применением различных статистических процедур, выбор которых во многом зависит от задач исследования. Кроме того, этот этап включает различные методы анализа структуры самих данных. Например, в какой мере изучаемый процесс является стационарным, каково распределение изучаемой величины, имеет ли место в ее изменении тренд и т.п.? Сюда же следует отнести попытки некоторых исследователей разработать нетрадиционные методы обработки данных, которые включают в себя совместное использование статистических и механико-математических подходов.
Второй этап обработки данных, который в основном включает в себя использование различных статистических процедур (методов параметрической и непараметрической статистики), решает две задачи. Во-первых, это исследование структуры самих данных, а во-вторых, применение используемых методов для решения различных исследовательских задач и связанных с ними проблем.
Методика регистрации колебаний ствола оружия
Для регистрации колебаний ствола оружия использована оптико-электронная система "Selspot" (Швеция), позволяющая регистрировать координаты объекта с помощью источников инфракрасного излучения (светодиодов). В состав установки входят также телевизионная камера, воспринимающая излучение светодиода, и блок обработки сигналов, предназначенный для измерения вертикальных и горизонтальных координат объекта измерения.
Светодиод закреплялся под стволом пистолета на специальном кронштейне и был ориентирован вдоль линии прицеливания на мишень. Мишень располагалась на расстоянии 10 м. Перед свето диодом на расстоянии 20 см располагалась камера, воспринимающая излучение светодиода и регистрирующая колебания ствола оружия во фронтальной плоскости. Сигналы с аналогового выхода измерительного устройства поступали на вход аналого-цифрового преобразователя, а затем в персональный компьютер. Частота дискретизации сигнала - 2000 Гц.
Всего в исследовании было проведено четыре серии экспериментов. В первом эксперименте изучались связи между электрической активностью основных мышц нижних конечностей, туловища и руки, удерживающей оружие, характеристиками стабилограммы и колебаниями ствола оружия при стрельбе из пневматического пистолета на дистанции 10 м.
В эксперименте приняли участие 12 стрелков из пистолета различной квалификации ( 3 - КМС, 4-І - разряда и 5 - спортсмены, не занимающиеся стрелковым спортом). Средний возраст - 26,6 (8=+13,2) лет, средний рост 175,1 (8=±6,3) см и средний вес - 77,8 (5=+15,1) кг. Каждый спортсмен выполнил по 10 зачетных выстрелов из пневматического пистолета на дистанции 10 м. В процессе каждого выстрела регистрировали колебания ствола оружия, центра давления и ЭМГ мышц. Система координат, связанная с поверхностью стабилографической платформы, выбрана так, что ось X направлена перпендикулярно линии прицеливания (колебания вдоль этой оси будем называть продольными), а ось У направлена вдоль линии прицеливания (колебания вдоль этой оси будем называть поперечными). Положительное направление оси У - вдоль линии прицеливания к мишени, положительное направление оси X - вправо от мишени.
При последующей обработке получали интегрированную электромиограмму - ИЭМГ (постоянная времени интегрирования - 0,04 с), координаты центра давления и ствола оружия. Специально написанная для обработки этого эксперимента программа (разработчик - руководитель ЦДИП по биомеханике К.А. Анненков) позволяла рассчитывать основные статистические показатели и кросскорреляционную функцию для любой пары сигналов. При этом время всего выстрела делилось на интервалы длительностью 1 с, начиная от выстрела до начала прицеливания, и в каждом интервале рассчитывались корреляционная функция и соответствующие статистические показатели. Временной сдвиг сигналов относительно друг друга изменялся от -0,6 до +0,6 с и от -0,3 до +0,3 с. Из полученного графика определяли экстремальное значение коэффициента корреляции и временной сдвиг этого экстремума от нуля .
Кросскорреляционный анализ активности мышц нижних конечностей
Перейдем к рассмотрению связи электрической активности мышц нижних конечностей с колебаниями системы «стрелок-оружие». Качественный анализ показал, что некоторые из обследованных мышц практически не проявляют заметной активности во время стрельбы. К ним относятся передние болынеберцовые мышцы, четырехглавые мышцы бедра, мышцы задней поверхности бедра. Даже при очень высокой чувствительности усилителя (около 100, 200 мкВ) ЭМГ практически отсутствовала. Постоянная активность наблюдается у икроножньж мышц, больших ягодичных мышц и натягивателей широкой фасции бедра. Это говорит о том, что во время изготовки ОЦМ тела больше смещен в сторону носков стоп.
Среди отдельных головок трехглавой мышцы голени наибольшая активность проявляется у камбаловидных мышц, причем активность мышц голени впередистоящей ноги значительно меньше, чем стоящей сзади. Это связано с тем, что спортсмены больше распределяют вес на сзадистоящую ногу.
Анализ кросскорреляционных связей между электромиограммой мышц нижних конечностей и механограммами центра давления системы привел к несколько неожиданным результатам. Практически у всех испытуемых наблюдается довольно слабая корреляция колебаний тела с электрической активностью мышц - разгибателей стопы и полное отсутствие связи у остальных электрически активных мышц нижних конечностей с колебаниями центра давления. Так, у квалифицированных стрелков экстремальное значение коэффициента корреляции ЭМГ камбаловидной мышцы сзадистоящей ноги с поперечными колебаниями центра давления изменяется в пределах от 0,23 до 0,57 (по абсолютной величине). Причем средние коэффициенты корреляции наблюдаются очень редко. Чаще всего их величина колеблется около 0,3 - 0,4.
Приблизительно такая же картина характерна для связи ЭМГ других головок трехглавой мышцы голени с механограммами центра давления с тем лишь отличием, что эти связи выражены еще слабее.
У не занимающихся стрельбой средние величины обсуждаемых коэффициентов корреляции (от 0,3 до 0,5) встречаются еще реже, и это несмотря на то, что колебания тела выражены в большей степени.
Полученные результаты говорят о том, что управление устойчивостью системы «стрелок-оружие» осуществляется гораздо сложнее, чем это может показаться на первый взгляд, и раскрытие механизмов, лежащих в основе этого управления, следует искать в межмышечной координации.
Для изучения связей мышечной активности были рассчитаны кросскорреляционные зависимости между интегрированными ЭМГ различных мышц. Отметим, что характер связей у разных спортсменов весьма индивидуален, но есть и некоторые общие закономерности. Одной из них является наличие довольно большой корреляции (от 0,62 до 0,83) между ИЭМГ икроножной и камбаловидной мышц сзадистоящей ноги. Это говорит о том, что отдельные головки трехглавой мышцы голени сокращаются как одна мышца. Имеется, хотя и менее сильная, корреляция между камбаловидными мышцами ног (от 0,4 до 0,63). Также существенная корреляция обнаружена между ЭМГ натягивателей широкой фасции бедра правой и левой ног (от 0,55 до 0,76). По-видимому, активность этих мышц связана с регуляцией положения тела при отмеченном выше диагональном перемещении ЦД по поверхности платформы. Среди индивидуально наблюдаемых корреляций интересно отметить наличие высокой связи между ИЭМГ длинной мышцы спины и прямой мышцы живота у одного из стрелков I разряда (- 0,76). Это объясняется довольно своеобразной стойкой этого спортсмена, которая заключается в сильном наклоне туловища назад.
Отличительной особенностью одного из спортсменов высокой квалификации является довольно высокая корреляция (от -0,72 до -0,81) между ИЭМГ камбаловидной мышцы и натягивателем широкой фасции бедра впередистоящей ноги.
Спортсменов, не занимающихся стрельбой, отличают слабые корреляции между интегрированными ЭМГ икроножных мышц (от 0,23 до 0,36) и практически полное отсутствие корреляций между другими обследованными мышцами.
Результаты проведенных исследований убеждают в том, что управление устойчивостью системы «стрелок-оружие» построено не за счет управляющих действий в каких-либо одних ведущих суставах, как это было, например, показано в исследованиях устойчивости акробатов в стойке на руках [51], где ведущими являются мышцы лучезапястных суставов, а представляет собой сложную систему межмышечных взаимодействий, отчасти индивидуальную для каждого спортсмена. Отсутствие электрической активности мышц передней и задней поверхности бедра во время прицеливания говорит о том, что поддержание вертикальной позы возможно за счет пассивного "замыкания" коленных суставов. Данный механизм, по-видимому, является одним из основных способов борьбы с излишними степенями свободы в многозвенной системе, которой является тело человека, особенно при сохранении равновесия в отсутствие внешних возмущающих воздействий. Отсюда можно сделать вывод о том, что стрелок должен принимать такую изготовку (позу), при которой коленные суставы ног и локтевой сустав руки, удерживающей оружие, фиксируются не за счет активности мышц-антагонистов, а за счет распределения нагрузки на пассивные структуры опорно-двигательного аппарата (кости, связки и др.).
Рассмотрим результаты корреляционного анализа электрической активности различных мышц с колебаниями ствола оружия. Прежде всего отметим, что большинство мышц руки, удерживающей оружие, проявляют достаточную активность во время прицеливания. К ним относятся средняя и задняя головки дельтовидной мышцы, трапециевидная мышца и разгибатель кисти. Активность передних пучков дельтовидной мышцы проявляется в меньшей степени и непостоянно. Данный факт вполне понятен, поскольку первая группа мышц участвует в удержании оружия, тогда как передние пучки дельтовидной мышцы, вероятно, участвуют в управлении положением ствола оружия по горизонтали.
Общие закономерности управления мышечной активностью при сохранении положения тела
Характер изменения положения ЦД при поддержании равновесия во многом зависит от управляющего действия мышц нижних конечностей, которое можно оценить с помощью кросскорреляционного анализа. В табл. 9 представлен размах экстремальных значений коэффициента корреляции ИЭМГ мышц нижних конечностей, обслуживающих голеностопные суставы, с координатами ЦД и взаимосвязи между ИЭМГ этих мышц, рассчитанные для всей группы испытуемых.
Например, коэффициент корреляции ИЭМГ длинной малоберцовой мышцы правой ноги с продольными координатами ЦД изменяется от -0,70 до 0,50. Это говорит о том, что в одних случаях (отрицательная корреляция) изменение электрической активности приводит к изменению положения ЦД, а в других (положительная корреляция) изменение положения ЦД является причиной увеличения мышечной активности. Разумеется, данное утверждение справедливо в отношении связи мышечной активности с какой-либо одной из координат ЦД. Аналогичная картина наблюдается во взаимосвязях ИЭМГ длинной малоберцовой мышцы правой ноги, камбаловидной и передней болыпеберцовой мышц правой ноги.
Следует подчеркнуть, что, как и в эксперименте со стрельбой из пистолета, величины коэффициентов корреляции в большинстве случаев не превышают средних значений. Это говорит о том, что управление положением тела за счет моментов сил в голеностопном суставе, так называемая ankle strategy [33,104], может реализовываться разными способами.
Что касается связей между ИЭМГ мышц нижних конечностей, то здесь в основном преобладают положительные коэффициенты корреляции, и в тех случаях, когда они достаточно велики, можно говорить о том, что мышцы действуют как синергисты. Это характерно для камбаловидной и длинной малоберцовой мышц правой ноги (коэффициенты корреляции от 0,40 до 0,75), камбаловидной и икроножной мышц правой ноги (от 0,4 до 0,74), икроножной и камбаловидной мышц левой ноги (от 0,35 до 0,73). Отметим, что практически полное отсутствие отрицательной корреляции между ИЭМГ мышц передней и задней поверхности голени свидетельствует об отсутствии реципрокного характера взаимодействия между ними при управлении положением тела в стойке на двух ногах. Еще более выраженные связи меду ИЭМГ мышц нижних конечностей и положением ЦД обнаружены в стойке на одной (левой) ноге (табл. 10). Как уже отмечалось, это задание отличается большей трудностью сохранения равновесия и как следствие - большими взаимосвязями между ИЭМГ мышц и колебаниями тела. Так, например, величины коэффициентов корреляции между ИЭМГ и координатами ЦД изменяются от -0,75 до 0,68, а связь ИЭМГ передней болынеберцовой и икроножной мышц достигает 0,79. Высокая связь ИЭМГ мышц с координатами ЦД (рис. 13 и 14) и положительная связь между ИЭМГ мышц (рис. 15), которая наблюдается при нулевом сдвиге кросскорреляционной функции, говорят о том, что мышцы голени действуют как синергисты, увеличивающие жесткость голеностопного сустава при отклонениях тела от устойчивого положения.
Кросскорреляция между нтегрированными электромио граммами малоберцовой и икроножной мышц в стойке на левой ноге. Приведенные значения коэффициентов корреляции являются лишь предельными величинами, наблюдавшимися у обследованных нами спортсменов, среди которых было немало случаев низких взаимосвязей. Как и в стойке на двух ногах, связь между активностью мышц нижних конечностей во всех случаях, кроме одного, положительна, а это значит, что и здесь отсутствуют реципрокные взаимодействия между мышцами передней и задней поверхности голени. Более того, у одного из спортсменов наблюдалась высокая положительная корреляция (0,80) между ИЭМГ передней большеберцовой и икроножной мышц.
Сравнительный анализ величины электрической активности мышц в стойке на двух и одной ноге в сочетании с данными корреляционного анализа позволил выделить еще один механизм, лежащий в основе управления положением тела человека.
Показано, что для сохранения устойчивого положения тела в стойке на одной ноге резко увеличивается активность мышц-антагонистов голеностопного сустава, особенно передней большеберцовой мышцы, что повышает жесткость связи в этом суставе. Об этом свидетельствуют данные средней интегрированной ЭМГ мышц, приведенные в табл 11. Из таблицы видно, что увеличение колебаний ЦД в стойке на одной ноге сопровождается статистически значимым (Р 0,05) увеличением мышечной активности. Например, среднее арифметическое ИЭМГ передней большеберцовой мышцы левой ноги достоверно (р 0,001) увеличивается с 9,8 до 82,5 мВ, а икроножной мышцы с 69,2 до 209,6 мВ (р 0,001). Таким образом, помимо управляющего действия со стороны мышц голени для поддержания равновесия используется механизм закрепления голеностопного сустава мышцами антагонистами.
Тот факт, что во многих случаях ( в стойке как на двух, так и на одной ноге) не наблюдается заметных взаимосвязей между активностью мышц нижних конечностей, а также связей ИЭМГ мышц с положением ЦД свидетельствует о необходимости индивидуального подхода в изучении механизмов сохранения положения тела. В связи с этим перейдем к рассмотрению внутрииндивидуальных закономерностей управления мышечной активностью при поддержании вертикального положения тела.
Прежде чем приступить к рассмотрению индивидуальных особенностей управления мышечной активностью, отметим, что в представленных ниже таблицах матриц коэффициентов корреляции приведены данные двух попыток каждого испытуемого с целью оценки воспроизводимости наблюдаемых взаимосвязей. Для каждого из показателей верхняя цифра соответствует первой попытке, нижняя - третьей. Сразу же подчеркнем, что заметные и особенно высокие связи имеют достаточно высокую воспроизводимость от попытки к попытке.
Анализ корреляций между колебаниями центра давления и интегрированной ЭМГ мышц показал, что у спортсменов-стрелков, особенно высокой квалификации, наблюдаются довольно низкие взаимосвязи в стойке на двух ногах. Так, например, у одного из стрелков высокой квалификации (КМС) заметные связи с координатами ЦД (табл. 12) обнаружены только для длинной малоберцовой мышцы левой ноги и передней большеберцовой мышцы правой ноги. Корреляция остальных мышц пренебрежимо мала. Что касается взаимосвязей между ИЭМГ мышц, то и здесь заметные связи наблюдаются очень редко.
При выполнении стойки на левой ноге способность сохранять равновесие уменьшается и возрастает корреляция между активностью некоторых мышц (индивидуально для каждого спортсмена) и колебаниями ЦД. Так, например, для того же испытуемого, результаты которого представлены в таб. 13, такими мышцами являются длинная малоберцовая, икроножная и передняя болынеберцовая. Особенно выражена взаимосвязь икроножной мышцы с поперечными координатами ЦД (0,55 и 0,76). Кроме того, возрастают связи между ИЭМГ мышц. Коэффициент корреляции между длинной малоберцовой и икроножной мышцами увеличивается до 0,40, а между передней большеберцовой и камбаловидной мышцами - до 0,43. Отметим также, что в активности мышц передней и задней поверхности голени имеет место слабо выраженное реципрокное взаимодействие. Об этом свидетельствует отрицательная корреляция (до -0,37) между икроножной и передней большеберцовой мышцами, а также противоположная по знаку связь между активностью этих мышц с продольными координатами центра давления.
Аналогичная ситуация характерна для двух других спортсменов такой же квалификации, с той лишь разницей, что заметные и средние связи между обсуждаемыми показателями носят индивидуальный характер.
