Максимально быстрых точностных движений

Одним из несомненных преимуществ регистрации и анализа особенностей электрической активности (ЭА) мышц во время выполнения точностных движений как метода изучения программ точностных двигательных действий является то, что она "однозначно характеризует возбуждение мотонейронов, иннервирующих работающие мышцы", являющееся непосредственным показателем двигательных программ (И.М. Козлов, 1999).

Ещё на раннем этапе использования электромиографии были проведены исследования особенностей ЭА мышц в движениях, совершаемых с различной скоростью против сил упругости и значительной инерции. Работы, выполненные на фоне почти безоговорочного признания абсолютности принципа реципрокности при произвольных движениях, показали поочерёдную, альтернирующую активность мышц-антагонистов как в одиночных, так и в ритмических движениях (R. Wagner, 1925; K. Wacholder, H. Altenburger, 1926). Так, R. Wagner (1925) наблюдал поочерёдную ЭА мышц при ритмических движениях предплечья. Случаи одновременной активности антагонистов в движениях рассматривались как исключение (K. Wacholder, 1923). Однако технические возможности не позволяли изучать предельно быстрые движения, осуществляемые преимущественно без коррекции ЦНС.

Прогресс электромиографической методики привёл к эволюции воззрений на активность мышц-антагонистов. Исследования M.G. Levine, H. Kabat (1952), Л.В. Донской (1956), Л.В. Чхаидзе (1959), Р.С. Персон (1965) и др. позволили рассматривать их одновременную активность скорее как правило, чем исключение. Однако считалось, что в большинстве случаев эта активность проявляется лишь во второй половине движения.

Современные взгляды на активность мышц-антагонистов предполагают возможность начала электрической активности антагониста не только в первой половине движения, но и, в зависимости от кинематических и динамических характеристик и особенностей двигательной задачи, даже до его начала (И.М. Козлов, 1999; Н.Б. Кичайкина, И.М. Козлов, Я.К. Коблев, А.В. Самсонова, 2000).

Меньше исследований электрической активности мышц при выполнении точностных движений. В этой области также общепризнанным считается факт одновременной активности антагонистов (В.М. Зациорский, С.В. Голомазов, 1972; С.В. Голомазов, 1996 и др.). Необходимо отметить, что одновременная активность антагонистов наблюдалась в быстрых движениях (баскетбольный бросок, удар футболиста) и, учитывая, что активация тех или иных мышечных групп и даже рекрутирование сегментов тела (J.J. Schillings, R.G.J. Meulenbroek, A.J. Thomassen, 1996) зависят от скорости, направления и амплитуды движения, сложно объяснить такую ЭА мышц только точностной задачей движения.

Для обоснования зависимости одновременной активности мышц-антагонистов от точностного характера двигательной задачи С.В. Голомазовым (1996) было проведено электромиографическое исследование точностного и не точностного движения. Однако для корректности такого сравнения необходимо было бы добиться, чтобы точностное и не точностное движение имели одинаковые кинематические характеристики (иначе особенности ЭА могли быть обусловлены именно различными требованиями ко времени, амплитуде движения). Но достижение кинематических характеристик другого (предыдущего) движения есть не что иное, как новая точностная задача.

Поэтому, имея соответствующее оборудование, мы нашли целесообразным изучение ЭА мышц-антагонистов в максимально быстрых точностных движениях при изменении биомеханической ситуации на периферии и стабильной точностной задаче.

В данном разделе рассмотрены особенности электрической активности мышц при осуществлении максимально быстрых точностных движений со средней и большой амплитудой и сопротивлением сил различной природы.

На рис. 26 (подробное описание эксперимента – в приложении – пятый педагогический эксперимент) представлены характерные огибающие электромиограмм (ЭМ) при выполнении испытуемыми максимально быстрого точностного движения с амплитудой 10 см в стандартных условиях. Из рисунка видно, что m. triceps brachii (антагонист) имеет три выраженных периода активности, первый из которых начинается до начала движения и заканчивается непосредственно перед началом активности m. biceps brachii (Т₁) или на 0,02 – 0,03 с позже. Очевидно, активность в этот период направлена на создание внешней (по отношению к бицепсу) силы, способствующей более полной реализации усилия бицепса. Далее следует период повышенной, по сравнению с исходным уровнем, но пониженной, по сравнению пс ериодом Т₁, ЭА (Т₂). Второй период соответствует движению к цели в реверсивном максимально быстром точностном движении (испытуемая М-ва) или движению к цели и обратному движению (испытуемая К-ва). Его целью является, во-первых, решение точностной подзадачи фазы доставки (занятие наилучшего положения для осуществления движения в фазе реализации), агонист – бицепс, решая скоростную задачу, может лишь косвенно участвовать в решении точностной задачи – его активность снижается гораздо позже достижения максимума перемещения; во-вторых, накопление энергии упругого сопротивления для осуществления движения в фазе завершения и, в-третьих, препятствование излишнему (несовместимому с анатомическим строением) сгибанию сустава. Наконец, следует третий период, во время которого электрическая активность m. triceps brachii увеличивается (Т₃). Очевидно, целью этого периода ЭА трицепса является активная (связанная с сокращением мышцы) работа по осуществлению обратного движения. В максимально быстрых точностных движениях с амплитудой 10 см интеграция трёх периодов активности m. triceps brachii в единую структуру представляет для испытуемых значительную трудность. Из рисунка видно, что у испытуемой К-вой период Т₃ начался уже после обратного достижения старта, т.е. после выполнения задач максимально быстрого точностного движения.

ЭА m. biceps brachii (агониста) сфокусирована в один импульс, начинающийся до начала движения и заканчивающийся во время обратного движения. Её активность во время обратного движения необходима, очевидно, для оперативного гашения импульса звена.

Итак, основная функция двуглавой мышцы плеча – достижение максимальной скорости, а трёхглавой: 1) до начала движения – создание условий для реализации функции бицепса, 2) во время движения – регуляция положения. В связи с этим резко различается длительность их электрической активности – у двуглавой мышцы плеча она достоверно меньше (p<0,001).

Огибающая ЭМ m. flexor carpi radialis подобна огибающей ЭМ m. triceps brachii, имеет те же, хотя и менее выраженные, периоды активности. Это объясняется тем, что эта мышца двусуставная и при фиксированном запястье может частично дублировать функцию трицепса.

ЭА m. extensor carpi radialis brevis начинается обычно до начала движения и заканчивается лишь после его окончания. Это вызвано необходимостью фиксировать кисть при начале движения предплечья, противодействовать её смещению вниз.

M. extensor carpi radialis brevis и flexor carpi radialis в этом движении в основном выполняют пассивную работу по фиксации кисти, цель которой – избежать травм в моменты начала и изменения направления движения, а также – повышение предсказуемости движения кисти в фазе реализации. Но моменты, когда необходимо усилие агониста или антагониста, и величина этих усилий различаются. Различаются и длительность ЭА этих мышц – у m. flexor carpi radialis она достоверно больше (p<0,01).

Таким образом, в максимально быстром точностном движении с амплитудой 10 см действительно наблюдается одновременная активность мышц-антагонистов. Но одновременность подразумевает лишь то, что в одни и те же моменты времени активны мышцы, сила тяги которых направлена в разные стороны. Функции мышц-антагонистов не совпадают (даже если это касается фиксации звена), поэтому их электрическая активность имеет различные количественные и качественные показатели (растёт – снижается).

Одновременная ЭА мышц-антагонистов обусловлена требованиями к кинематическим параметрам движения и способностью мышцы к быстрому сокращению, она отражает степень последовательности актуализации двигательных программ во время переходных процессов, которая является показателем сложности программирования и осуществления быстрого движения.

Подробный анализ ЭА в максимально быстром точностном движении с амплитудой 10 см позволяет рассмотреть лишь её динамику при изменении внешних сил и амплитуды движения.

При увеличении массы щупа на 150 г и сопротивлении трёх упругих элементов произошли следующие изменения: 1) паттерн огибающей ЭМ m. triceps brachii, описанный выше, отчётливо проявился даже у испытуемых, у которых без внешнего сопротивления он наблюдался менее отчётливо (рис. 27); 2) длительность электрической активности двуглавой (p<0,05) и трёхглавой (p<0,05) мышц плеча достоверно уменьшилась.

Длительность ЭА m. extensor carpi radialis brevis и flexor carpi radialis при увеличении массы щупа (p>0,05) и сопротивлении упругого элемента (p>0,05) не изменилась.

При увеличении амплитуды точностного движения до 20 см достоверно уменьшилась длительность ЭА m. triceps brachii (p<0,05). Длительность ЭА остальных исследуемых мышц достоверно не изменилась.

В максимально быстром точностном движении с амплитудой 20 см при увеличении массы щупа на 150 г и сопротивлении трёх упругих элементов достоверно увеличилась длительность ЭА m. biceps brachii (p<0,05) при стабильности этого показателя у остальных мышц. Это объясняется, очевидно, тем, что в движении с большей амплитудой больше время движения к цели, и ЦНС может планировать более длительную активность основного движителя, что и приводит к увеличению T_{max v}, но и к более высокой скорости движения (см. раздел 3.2)_.

Полученные данные о неоднозначности динамики ЭА мышц, происходящих при изменении кинематических характеристик движения, согласуются с данными И.М. Козлова (1966), Ю.В. Мелькова (1973), B.S. Elliott, B.A. Blanksby (1979), G. Moran, S. Dougerty, R.A. Mann (1988), А.В. Самсоновой (1997), которые при изменении темпа, частоты движений отмечали как увеличение длительности ЭА одних мышц, так и её уменьшение у других.

В максимально быстром точностном движении двигательная задача подразумевает не только быстрое напряжение мышцы, осуществляющей

движение к цели, но и как можно более точное согласование его по величине и времени с напряжением мышцы, изменяющей направление движения, а также с прогнозируемым изменением механической ситуации (действием сил тяжести, инерции, упругого сопротивления). Более того, ЭА мышцы может быть направлена на создание наилучших условий для функционирования другой мышцы (в нашем примере это – активность m. triceps brachii, антагониста первой фазы реверсивного движения, начинающаяся раньше активности m. biceps brachii), а также на сохранение целостности опорно-двигательного аппарата. Таким образом, для мышц, обеспечивающих транспортную функцию звена в фазе доставки максимально быстрого точностного движения, характерна последовательная активность агониста и антагониста. В то же время силССИлллллллы инерции, возникающие при выполнении максимально быстрого точностного движения, часто несовместимы с прочностью опорно-двигательного аппарата, осуществляющего движение. Это затрудняет использование крайних положений в дистальных суставах (движения из которых легко предсказуемы) для решения точностной задачи и делает оправданной фиксацию дистальных звеньев в срединных положениях за счёт ярко выраженной одновременной активности мышц-антагонистов с целью уменьшения подвижности и повышения предсказуемости движений, не управляемых центрально в фазе реализации.