CC BY
54Научные статьи
УДК: 616. 282. 6: 796. 91
БАЗОВЫЕ ФУНКЦИИ ВЕСТИБУЛЯРНОЙ СИСТЕМЫ И ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ ВИДЫ СПОРТА В. И. Бабияк, А. Н. Пащинин, В. Н. Тулкин
ГУ ФГУ «Санкт-Петербургский НИИ уха, горла, носа и речи Росмедтехнологий» (Директор - Засл. врач РФ, проф. Ю. К. Янов)
ГОУ ВПО Санкт-Петербургская медицинская академия им. И. И. Мечникова Росздрава
(Зав. каф. оториноларингологии - Засл. врач РФ, проф. Ю. К. Янов)
В пункте концептуальные инструкции о биологическом и заявлены роли вестибулярной системы в обслуживании орудия и касаются функции организма при различном развитии в месте. Вестибулярная система представлена в форме фактора, влияющего на эволюционное развитие других органов восприятия, относительно к функции восприятия места. Вопрос на роли и заявлении вестибулярной теории в развитии методов обучения спортсменов таких чрезвычайных видов спортивных состязаний, как фигурное катание, гимнастика, изучена акробатика и этим подобный. Некоторые основные модели учебных методов ввиду законов механики и биомеханических процессов, встречающихся в вестибулярном лабиринте, рассматривают также. Пункт может быть представляющим интерес для тренеров, физиологов спортивных состязаний и спортсменов.
Ключевые слова: вестибулярная система, фигурное катание, тренер, спортсмен.
Библиография: 23 источника.
In clause conceptual regulations about biological and are stated to a role of vestibular system in maintenance of implement and touch function of an organism at various evolutions in space. The vestibular system is presented in the form of the factor influencing evolutionary development of other sense organs, concerning to function of perception of space. The question on a role and application of the vestibular theory in development of methods of training of sportsmen of such extreme kinds of sports, as figure skating, gymnastics, acrobatics and by it similar is studied. Some basic models of training techniques in view of laws of mechanics and the biomechanical processes occuring in a vestibular labyrinth are considered also. Clause can be of interest for trainers, physiologists of sports and sportsmen. Responses I ask to direct addressed to the author to address of edition of magazine.
Key words: vestibular system,figure skating,trainer, sportsman.
Bibliography: 23 sources.
Физиологическое предназначение вестибулярного анализатора (ВА) состоит в способности обеспечивать организм ощущением движения, изменения положения в пространстве, определять при закрытых глазах направление гравитационной вертикали и двумерные координаты пространства [8;10; 15]. ВА состоит из периферической до рецепторной системы, функционирующей по законам механики, собственно механорецепторов и нервных стволов; промежуточной системы (стволовых вестибулярных ядер, ретикулярной формации, подкорковых образований и центральной части - корковых зон ВА. Вестибулярная функция реализуется, в основном, в трех направлениях - сенсорном, моторном (двигательном и проприоцептивном) и вегетативном; первые направления определяют специфические модальности системы, вегетативное - адаптационно-трофическое, направленное на энергетическое обеспечение всех функций, реализуемых с участием ВА. Специфические модальности ВА взаимодействуют с тремя функциональными системами: пирамидной, экстрапирамидной и мозжечком.
Первая реализует произвольные движения, адекватность которых при помощи положительных и отрицательных обратных связей регулируется периферической частью вестибулярного аппарата. В памяти этой системы содержатся все врожденные и приобретенные
Российская оториноларингология №3 (46) 2010
формы моторных реакций, в том числе и разнообразные постуральные и кинетические модели спортивных упражнений, закрепленных в постнатальном онтогенезе в процессе соответствующей тренировки. Эти произвольные движения задаются первично на основе существующего в памяти алгоритма, все остальные системы (вестибулярная, экстрапирамидная и мозжечок) включаются в кинетический процесс вторично в виде своеобразных контролеров и корректоров, над которыми доминирует сенсорная корковая система, оценивающая правильность выполненного упражнения, запоминающая все ошибки, сличающие их с матрицей правильных упражнений и вносящая соответствующие коррективы [21]. Таким образом, пирамидная система является базисом моторной памяти всех обычных и профессиональных (спортивных) двигательных навыков.
Экстрапирамидная система реализует непроизвольные (рефлекторные) двигательные реакции, возникающие как защитный механизм. В этой функции ВА выступает как первичный механизм, дающий экстрапирамидной системе информацию о нарушении равновесия, представляющем собой угрозу падения. Возникает рефлекторная коррекция положения тела, опосредованная через «короткие» рефлекторные дуги (рецептор - вестибулярные ядра -двигательные нейроны экстраокулярных мышц и спинного мозга) [2].
Следует подчеркнуть, что экстрапирамидная система включается и в случаях функционирования пирамидной системы в тех случаях, когда выполняемое произвольное движение выходит за пределы заданной формы, обусловливая тем самым сбой упражнения. Это наглядно видно, когда, например, фигуристу не удается заданный прыжок.
Существуют и другие функции вестибулярной системы, имеющие существенное значение для процесса формирования и совершенствования навыков произвольных движений. Об этих функциях речь пойдет ниже.
Из вышеизложенного следует, что ВА является основным источником информации как при обучении двигательным навыкам, так и в случаях их реализации и коррекции. Являясь первичной в филогенетическом и онтогенетическом отношении рецепторной системой, реагирующей на инвариантный и константный внешний стимул (силу земного притяжения и гравитационную вертикаль), эта система определила модальность органа зрения, который только на основании информации, поступающей от гравирецепторов ВА, может правильно оценивать координаты пространства. Если информация о гравитационной вертикали модифицируется, например, при помощи центробежной силы, то модифицируется и восприятие зрительных координат пространства и, более того, модифицируются и ответные двигательные реакции; те и другие «подстраиваются» под новое направление равнодействующей силы, чем обеспечивают адекватное положение тела в пространстве. В невесомости, например, отсутствует понятия «верх» и «низ», поскольку отсутствует фактор гравитационной вертикали [2].
Системный подход
Мы назвали только несколько основных факторов, принимающих участие в анализе пространственных эволюций тела. Однако в этом физиологическом процессе принимают участие разнообразные системы, без которых движения человека напоминали бы угловатые движения робота. Организм состоит из множества элементов, объединённых в функциональные подсистемы, последние - в системы, а системы - в одну макросистему, обеспечивающую какую-либо одну выделенную функцию. К таким макросистемам могут быть отнесены органы чувств, двигательный анализатор, вегетативная нервная система и др. По определению П. К. Анохина [1], эти системы представляют собой «...динамически складывающиеся единицы интеграции целостного организма, избирательно объединяющие специальные центральные и периферические образования и направления на достижение результатов приспособительной деятельности». Именно такой системогенез обеспечивает совершенство спортивного мастерства, когда все элементы макросистемы работают как единое целое, предоставляя конечному результату именно то количество разномодальной информации, достаточное для безошибочного действия. Однако в некоторых экстремальных случаях даже самые актуальные для анализа пространства системы, например, орган зрения, не могут поддерживать вестибулярный анализатор, или даже препятствуют его адекватно-
Научные статьи
му функционированию. К возникающим при этом помехам могут быть отнесены иллюзии пространственного положения, последовательные образы, нарушения координации движений [2]. Так, например, все прыжки и вращения в фигурном катании основаны исключительно на функции вестибулярного анализатора при его взаимодействии с мышечно-суставным чувством, при этом зрительный анализатор, по определению, не может играть никакой положительной роли. Так, во время прыжка фигуриста в один оборот угловая скорость вращения головы достигает 1200°/с, при том, что зрением можно отслеживать окружающие предметы при скорости их движения не более 40°/с; при более высокой скорости они сливаются в одну серую массу. Скорость вращения при прыжке в три оборота достигает 1800°/с, что вынуждает некоторых спортсменов совершать такой прыжок с закрытыми глазами. Любопытно, однако, что непосредственно перед прыжком фигурист фиксирует зрением какой-либо объект на трибуне, а после прыжка на выезде вновь фиксирует какой-либо неподвижный относительно него объект. Этот механизм взаимодействия вестибулярного и зрительного анализаторов типичен для многих вращательных элементов у акробатов, гимнастов и балерин при производстве последними пируэтов. Так, перед пируэтом балерина фиксирует зрением зал, оставляя на некоторые доли секунды голову в направлении зала, а тело и конечности «посылая» во вращательное движение. При достижении телом определенного угла поворота (около 90-95°) она резко поворачивает голову в направлении вращения и, достигнув исходного положения, вновь на долю секунды фиксирует голову и зрение в направлении зала.
Далее мы рассмотрим гидродинамические процессы, происходящие в вестибулярном аппарате при этих вращениях, здесь же рассмотрим один из базовых механизмов системного подхода - обратную афферентацию (ОА), являющуюся универсальным явлением, свойственным самоорганизующимся системам, без которого невозможно их стабильное функционирование, а для спортсмена - и самоусовершенствование в том или ином виде спорта. Понятие «ОА» дополнило дефиницию рефлекторной дуги, превратив эту дугу в рефлекторное кольцо, в котором все узловые механизмы рефлекторной деятельности связаны в систему процессов, объединенных причинно-следственными отношениями. По П. К. Анохину [1], «Смысл обратной афферентации состоит в том, что в любом физиологическом процессе или в поведенческом акте животного обратная афферентация информирует о результате совершенного действия, давая возможность организму оценить степень успеха выполняемого им действия».
Механизм обратной афферентации реализуется несколькими физиологическими системами, наиболее близко стоящими к выполняемой задаче, что весьма характерно для любого вида спорта. Например, в фигурном катании на коньках обратная афферентация поступает по каналам зрения (ориентировка в визуальных координатах ледового пространства), слуха (восприятие музыкального образа и ритма, сопровождающих выполняемые фигуры), мышечно-суставного чувства (оценка техники выполняемых упражнений). Этот комплекс афферентных посылов относится к так называемой направляющей категории, недостаточной для исчерпывающей коррекции и «идеального» достижения результата, необходим еще один фактор, названный авторами результативная афферентация, завершающая достижение цели. Например, с помощью направляющей афферентации можно, держа иголку в одной руке, направить к ней нить другой рукой, но вдеть нить в ушко иглы можно только при помощи зрения (результативная информация).
Другой пример: перед совершением прыжка с поворотом фигурист использует зрительную направляющую афферентацию, оценивая расстояние до бортика, но совершить прыжок он может только при помощи результативной афферентации, исходящей из рецепторов глубокой чувствительности и ВА.
Обратная афферентация играет важную роль не только в коррекции результата действия, но и во фрагментации процесса достижения главной цели на ряд промежуточных действий, обеспечивающих непрерывность и плавность всего континуума действий Например, чтобы совершить прыжок или выброс партнерши, надо совершить ряд промежуточных действий, обратная афферентация которых поступает в так называемый акцептор действия (рис. 1) (система, аккумулирующая и перерабатывающая отдельные «фрагменты» направляющей афферентации - 1. 5), где происходит их подготовка для дальнейшей трансляции к очередному афферентирующему фрагменту.
Российская оториноларингология №3 (46) 2010
1 =
Рис. 1. Алгоритм фрагментации процесса достижения результата действия (по [2]; модифицировано)
Примечание: 1-5 - отдельные системы («фрагменты») направляющей обратной афферентации, подключаемые последовательно к процессу достижения цели; а - обратные связи к акцептору действия; б - разрешающее действие акцептора на реализацию следующего «фрагмента»; д - разрешающее действие акцептора на достижение цели, то есть на производство результата; в - сигнал к акцептору действия о завершении результата; г - сигнал на снятие мотивации.
Только после того, как акцептор действия (он же акцептор результата) получит при помощи обратной афферентации сообщение (а), что тот или иной промежуточный фрагмент (действие) реализован, например, оценено расстояние до бортика, поступает команда (б) на реализацию следующего действия. И только после того, как вся направляющая обратная афферентация реализована, из акцептора действия поступает команда (д) на завершение задачи (прыжка), качество которого определяется степенью адекватности обработки информации на промежуточных этапах обратной афферентации. По достижении результата об этом поступает информация (в) в акцептор действия, а из него - команда (г) на снятие мотивации. Не трудно заметить, что приведенный алгоритм достижения результата типичен для любого вида не только профессиональной, но и бытовой деятельности, причем для большинства из этих видов свойственен феномен предсказания результата действия, понятие которого в физиологию было введено П. К. Анохиным.
Предсказание планируемого действия является виртуальным извлечением из памяти прошлого опыта элементов того или иного действия (например, спортивных специальных движений или их элементов), их актуализация с целью подготовки организма к реальному осуществлению этих элементов. Нередко мы наблюдаем, как спортсмен имитирует то или иное движение без спортивного снаряда, сокращая это движение до каких-то основных фигур, например, имитация прыжка в высоту легкоатлетом или полуоборота фигуристом. По своей сути феномен предсказания содержит две составляющих: так называемый психологический настрой и физиологическое проторение закрепленных в процессе тренировки рефлекторных связей, обеспечивающих планируемое действие. В предсказании как психологической категории содержится суть цели. В нем же содержится оценка результата действия и, более того, - различные пути его достижения, возможная их оптимизация при использовании тех или иных промежуточных афферентаций. По сути, феномен предсказания и виртуальное моделирование содержащихся в нем воображаемых элементов есть тот «авангардный посыл», проторяющий путь к результату действия. Без предсказания невозможна постановка цели (рис. 1), поскольку само предсказание содержит в себе элементы планирования результата, учета множества факторов, их оценку и последующее реальное применение. В этом фактически и реализуется системный подход к реализации того или иного вида деятельности. В тех случаях, когда механизм предсказания по тем или иным причинам выпадает, говорят о немотивированных поступках или действиях, редко достигающих положительного результата.
Системный подход к спортивной деятельности предусматривает придание атрибутизи-рованной ценности всем системам организма - от высших мыслительных до мельчайших, находящихся на клеточном и гуморальном уровне, которые являются функциональными единицами целостной деятельности организма. Эти «единицы» являются динамические
Научные статьи
саморегулирующиеся организации, формирующиеся на метаболической основе или под влиянием факторов среды обитания. Адекватное физическое (спортивное) воздействие при выделении главного афферентирующего элемента и применении его в алгоритме действий, направленных на достижение цели, совершенствует саморегулирующиеся процессы адаптации и приспособления, закрепляя их в двигательной памяти и доводя до автоматизма. Как было отмечено выше, по нашему мнению, таким главным афферентирующим элементом является вестибулярная функциональная система и не только как «первородный» акцептор информации о направлениях и силе своих адекватных раздражителей, действующих даже в невесомости (сила инерции), но и как мощный стимулятор обменных процессов, функции которого содержат неспецифические компоненты, заключающиеся в активизации вегетативной нервной системы и выделении эндогенных адаптогенов, повышающих эффективности специфических реакций, устойчивость фиксации в памяти моторных функций, облегчающих их возврат к активным проявлениям после длительного перерыва. Средства специальной вестибулярной тренировки особенно эффективны, когда их применение начинается с раннего детского возраста. Разработка и «технология» этих средств требует дальнейшего развития и не только на базе специфических для данного вида спорта упражнений, но и с применением специфически направленных тренажеров.
Принципы методологии вестибулярной тренировки
По собственному опыту спортсмена, входившего в состав сборной СССР по легкой атлетике, один из авторов этой статьи может утверждать, что нередко тренеры в своих указаниях руководствуются интуитивным подходом, полагаясь либо на собственный опыт, либо, заимствуя его у того или иного ведущего спортсмена, достижения которого имели под собой те же «принципы» подготовки. Такой подход может быть приемлем лишь отчасти, и уж всегда должен базироваться на научных принципах, проверенных практикой. Эти принципы определяются соответствующей методологией научного подхода.
Методология и метод
Как известно, методология - это учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности, направленных в своей совокупности на достижение определенного уровня познания в любом виде научной деятельности, а само познание обеспечивает достижение определенной цели, например, повышение спортивного мастерства. «Методология в широком смысле образует необходимый компонент всякой деятельности, поскольку последняя становится предметом осознания, обучения и рационализации. Методологическое знание выступает в форме как предписаний и норм, в которых фиксируются содержание и последовательность определенных видов деятельности (нормативная методология), так и описание фактически выполненной деятельности (дескриптивная методология» [17]. Из сказанного следует, что ни одно сколько-нибудь эффективно «работающее» знание не может быть получено без: а) базисных концептуальных предшественников, присутствующих в качестве исходных постулатов для постановки новой проблемы или разработки нормативных критериев или методов; б) их описания в виде методических указаний к практическому применению. Это знание, олицетворяющее теоретическую основу для разработки конкретной методологии, может быть структурировано на некоторые составляющие компоненты, выбор которых как инструментов методологического построения должен определяться конкретикой цели. Для нашей задачи, заключающейся в обосновании роли и значения вестибулярного аппарата в тренировочном процессе некоторых экстремальных видов спорта, представляется наиболее адекватным данной задаче структурирование знания по так называемому содержательному принципу, заключающему в себе такие общие факторы, как структура знания и его теоретическое обоснование, законы, управляющие исследуемыми механизмами и явлениями, понятийный аппарат тех областей науки, которые используются в качестве дефиниций, составляющих каркас разрабатываемой методологии, элементы системного подхода и др.
Использование этих факторов как атрибутов методологии определяется понятием «метод», представляющим собой совокупность приемов или операций практического или тео-
Российская оториноларингология №3 (46) 2010
ретического, а чаще их совместного освоения действительности (что равнозначно достижению цели). Становясь предметом осознания, указанная совокупность определяет способы деятельности в той или иной области, а разветвляясь и диверсифицируясь, в итоге образует свод правил и комплекс приемов, которые ложатся в основание канонических (на данном этапе развития знаний) правил, методик, способов достижения цели.
Эти положения в полной мере относятся и к научному методу, формирующему ту или иную спортивную концепцию, в конечном счете, выливающуюся в научную теорию. Формируясь на основе теоретического результата прошлого исследования, метод выступает в качестве исходного условия последующих исследований [7; 20]. Это положение постулирует принцип «бесконечности» в развитии науки и ее практических результатов как на макро, так и на микро приращениях к уже достигнутому результату, что наглядно может быть продемонстрировано рекордами в спорте, измеряемыми количественными критериями. Развитие того или иного метода основано на экспериментальной науке: именно эксперимент потребовал строгих критериев, дающих однозначный результат. С этого времени развитие метода выступает как важнейшая составная часть всего процесса науки и ее практического приложения.
Как отмечает А. Г. Спиркин [16], современная система метода как такового столь же разнообразна, как и сама наука. Этому соответствует множество различных классификаций понятия «метод». Применительно к науке о спорте, по нашему мнению, наиболее приемлемой классификацией являются методы эксперимента, обработки эмпирических данных, анализа и изложения научных результатов, наконец, методы построения научных теорий и их проверки. Для современной науки характерно углубление взаимосвязи методов (например, применение физических и химических методов в биологии и медицине, или методов механики и баллистики в спорте). Такой подход порождает проблему метода междисциплинарного исследования [23]. Так, в науке о спорте эффективным представляется взаимодействие биомеханики мышечной деятельности, гигиены питания, обмена веществ, включая общие и социальные разделы педагогики, психологии и др. При этом каждый «гетерометодический» компонент вносит свой вклад в общий результат действия, однако эффективность каждого компонента не является равнозначной другим компонентам, что обусловливает необходимость постановки вопроса о развитии метода селективной ценности каждого метода в комплексном их применении.
Например, в спорте указанная селекция основана на оценке врожденных физических и психологических особенностей спортсмена, и согласно результату этой оценки осуществляется либо подбор тех или иных методик тренировки в избранном виде спорта, либо установление для начинающего спортсмена наиболее соответствующего его данным вида спорта. Следует подчеркнуть, что метод установления селективной ценности может применяться только в индивидуальном порядке на основе глубокого анализа физических и психических качеств субъекта воздействия, при этом первоочередной задачей является выявление у него не только «слабого звена», но и наиболее сильного качества для гармоничного воздействия на них.
Разработка метода селективной ценности - задача сложная, на пути решения которой возникают такие проблемы, как взаимоусиление методов или их взаимоослабление или даже несовместимость, что не всегда учитывается тренером-педагогом, да и критерии такого подхода пока науке о спорте неизвестны. В данной статье мы ограничиваемся проблемой вестибулярной тренировки, предполагая, что именно она может явиться тем универсальным средством, покрывающим многие направления развития спортивного мастерства в аспектах проблемы селективной ценности. В качестве конкретного научного метода этой проблемы мы базируемся на положениях, составляющих основу теории вестибулярной системы, как физиологической организации, обеспечивающей базисные функции двигательного анализатора [3].
Теория вестибулярной системы
«Теория в широком смысле - это комплекс взглядов, представлений, идей, направленных на истолкование и объяснение какого-либо явления; в более узком и специальном смысле - высшая, самая развитая форма научного знания, дающая целостное представление
Научные статьи
о закономерностях и существующих связях определенной области действительности - объекта данной теории. При этом роль теории не ограничивается обобщением опыта практической деятельности и перенесением его на новые ситуации, а связана с творческой переработкой этого опыта, благодаря чему теория открывает новые перспективы перед практикой, расширяет ее горизонты» [22]. Из этой цитаты следует, что, опираясь на знание, воплощенное в теорию, человек способен создавать то, что не существует в наличии, но возможно с точки зрения открытых теорией законов. Теория должна оперировать присущими данной отрасли науки специфическими понятиями и терминами, формулировать положения (законы), проверенные опытом, как в лаборатории, так и в реальной практической деятельности. Эти положения в полной мере соответствуют достижениям в области учения о вестибулярном анализаторе, которые к настоящему времени достигли уровня, позволяющего им (достижениям) именоваться теорией. По нашему мнению, сущность этой теории может быть кратко изложена в положениях, указанных ниже.
Вестибулярный аппарат возник в процессе эволюционного развития как рецептор гравитации и силы инерции, являющихся его специфическими (адекватными) раздражителями, регистрирующий информацию об их направлении и интенсивности [4; 12]. В геологических условиях эволюционного развития организмов эти раздражители были константными и вездесущими, не зависящими ни от каких внешних условий (освещенности, химического состава среды и др.) то есть инвариантными, следовательно, могли действовать миллионы лет и тем самым обусловливать развитие наиболее адекватного источника информации о пространственных координатах. По указанной причине эволюционная целесообразность обеспечила вестибулярному анализатору роль системообразующего фактора в формировании двигательного анализатора и подчинила ему те органы чувств, модальности которых опирались на показания вестибулярного аппарата.
Анатомическое строение вестибулярного аппарата было обусловлено биологическими потребностями к условиям существования животных в трехмерном пространстве и формировалось под влиянием механического воздействия сил земного притяжения и инерции при прямолинейных движениях (отолитовый аппарат) и сил инерции, развивающихся при вращательных движениях (полукружные каналы). Одновременно в вестибулярном лабиринте развивалась система инерциальных масс и механорецепторов, что позволило создать орган уже на периферии, анализирующий направление и скорость (ускорение) движения, статическое положение головы и тела, получать сенсорную информацию об указанных модальностях вестибулярного анализатора.
Указанный анализ предусматривал развитие и соответствующих двигательных реакций, обеспечивающих адекватное положение организма в трехмерном пространстве (так называемых защитных движений, по В. И. Воячеку).
Для реализации такой сложной реакции возникла необходимость во взаимодействии с другими соподчиненными физиологическими системами, такими как зрительный и тактильный анализаторы, проприоцептивная и вегетативная система, и функция осознания статического и кинетического состояния организма, то есть сенсорная (корковая) функция [21].
Все указанные функции и их взаимодействие имеют прямое отношение к так называемой моторной памяти, передающейся отчасти генетическим путем, но большей частью вырабатываемой в процессе постнатального онтогенеза и обучения.
Неспецифическая функция вестибулярной системы обусловлена встроенностью в нее вегетативной иннервации, обеспечивающей нутритивные процессы всех задействованных вестибулярных реакций. Находясь под постоянным воздействием силы земного притяжения, рецепторы отолитового аппарата непрерывно генерируют импульсы, вызывающие постоянную миотоническую активность поперечно-полосатой мускулатуры [6] , что позволяет последней находиться в состоянии постоянной готовности к «защитной» реакции. Кроме того, указанная активность требует определенных энергетических затрат, следствием чего является непрекращающаяся работа вегетативной нервной системы, что также можно расценивать как фактор постоянной готовности этой системы к оперативному функционированию на более высоком уровне.
Российская оториноларингология №3 (46) 2010
Обширный раздел теории вестибулярной системы касается деталей ее специфических функций: механических процессов, происходящих в полукружных протоках и отолитовом аппарате, влияния перегрузок, знакопеременных ускорений и кориолисовых сил на организм в целом, угловых ускорений на фиксационную и следящую системы зрительного анализатора, возникновения пространственных иллюзий в условиях полета в безориентирном пространстве, функциональной межлабиринтной асимметрии (МЛА) и др. [9]. Многие из указанных разделов теории вестибулярной системы приведены в монографии [2].
Здесь лишь кратко остановимся на феномене МЛА, сущность которой состоит в некотором минимальном, но эффективном, преобладании спонтанной активности какого-либо одного вестибулярного лабиринта над другим. По данным А. Н. Пащинина [14], МЛА представляет собой физиологический механизм, обеспечивающий постоянное сканирование спонтанной вестибулярной активности относительно нормы, задающий пеленг пространственных координат, корректирующий в итоге функцию равновесия в гравитационном поле, являясь базисной функцией для всех адекватных сенсорных и моторных реакций организма. Превышение значений покоя МЛА, обусловленное выходом системы из состояния равновесия, является мощным афферентным сигналом для всех адаптационных систем, направленным на восстановление адекватного пространственного положения организма. Из сказанного следует полагать, что именно МЛА может служить качественным и количественным критерием качественной оценки функционального состояния ВА и его готовности к адекватному реагированию на экстремальные пространственные эволюции организма.
Пространственные эволюции вестибулярного лабиринта при некоторых элементах фигурного катания.
Фигурное катание является одним из наиболее типичных видов спорта, в котором ВА играет решающую роль в координации двигательных реакций, составляющих основу всех без исключения элементов этого вида спорта. Эти элементы касательно ушного лабиринта частично или полностью могут входить в состав других видов спорта, например, художественной гимнастики, акробатики, прыжков на батуте, фристайла и многих других видов.
Во всех указанных видах спорта вращательное движение (ВД) является тем фактором, который воздействует на ВА, вызывая с его стороны реакции, необходимые для реализации того или иного спортивного упражнения [13]. В равной степени это касается и прямолинейных движений с ускорениями и сменой их направления. При ВД, в зависимости от положения головы на ВА могут воздействовать инерционные силы, вызываемые угловым или прямолинейным ускорением, кориолисовые силы, перегрузки, обусловленные центробежной силой, изменения направления силы земного притяжения. Угловые ускорения воздействуют на полукружные каналы, перегрузки и изменения направления гравитационной вертикали -на отолитовый аппарат, кориолисовые силы возникают при вращениях и одновременном изменении плоскости вращения. Указанные воздействия, в зависимости от исполняемой фигуры, могут выступать во взаимодействии, вызывая сложные сенсорные и моторные реакции, которые управляются двигательным анализатором - сложной сенсомоторной системой, включающей наряду с ВА также пирамидную (произвольную), экстрапирамидную (рефлекторную) и проприоцептивную системы.
В контексте данного раздела мы не ставили своей задачей подробное рассмотрение механизмов функционирования вестибулярного лабиринта, оно достаточно подробно изложено во многих литературных источниках. Мы лишь попытались изложить некоторые принципиальные положения, указывающие на то, при каких элементах фигурного катания, используемых нами как пример экстремального воздействия на ВА, в нем возникают динамические изменения, определяющие модальности ответных сенсорных и моторных реакций. При этом следует указать на ряд принципиальных положений, отражающих сущность этого взаимодействия и, возможно, раскрывающих механизм «противоборства» или «содружества» в нем этих реакций.
Для начала рассмотрим один из обязательных и наиболее сложных элементов фигурного катания, выполняемых во время вращения (пируэт с заклоном; рис. 2).
Рис. 2. Пируэт с заклоном.
Этому элементу присуще интенсивное влияние ускорения Кориолиса на полукружные каналы, поскольку во время начавшегося вращения фигурист осуществляет прогиб назад с наклон головы кзади. Как пишет А. Н. Мишин [11], «Вращение с необычным положением головы усложняет пространственную ориентировку, вызывает нарушение координации движений, порой сопровождается головокружением. В то же время заклоны - очень ценное упражнение для совершенствования равновесия. Прежде, чем осваивать заклоны, фигурист должен научиться уверенно принимать нужную позу без коньков». Дело в том, что даже без вращения у многих лиц, не имеющих отношения к фигурному катанию или другим аналогичным по воздействию на вестибулярный аппарат видам спорта при заклонах возникает головокружение, дезориентировка в пространстве и нередко реакция падения. Эти же лица воспроизводить наклоны головы в какую бы то ни было сторону во время вращения без серьезной угрозы падения вообще не могут.
В области авиационной медицины на основе наклонов головы, производимых во время вращения на специальных вращающихся креслах, разработан ряд вестибулярных проб, применяемых при профессиональном отборе на летную службу. Эти пробы применяются также для тренировки вестибулярного аппарата.
В. М. Зациорский и А. Н. Мишин в [19] подробно рассматривают вопросы биомеханики вращательных движений тела фигуриста, при этом решающее значение для правильного выполнения этого элемента фигурного катания они отводят моменту инерции, определяемому массой тела: «Во вращательном движении особое значение приобретает распределение массы тела относительно оси вращения: удаление массы от оси вращения увеличивает инертность тела, а приближение к оси уменьшает». Это же положение в полной мере справедливо не только в отношении членов человеческого тела (конечностей, туловища и головы), но и в отношении инерциальных элементов вестибулярного аппарата - эндолимфы полукружных протоков и ото-коний отолитовых мембран. Авторы отмечают, что причинами изменения скорости вращения фигуриста вызывают «внутренние силы», которые обусловлены «группировками» и «разгруп-пировками», то есть хорошо известными вестибулологам силами инерции Кориолиса [5]. Именно воздействие этих сил при вращениях с наклонами обусловливают те сенсорные и моторные реакции вестибулярного генеза, которые нарушают адекватное пространственное положение организма, а применительно к фигурному катанию, - и правильное выполнение того или иного
Российская оториноларингология №3 (46) 2010
элемента. Примеры разнообразия фигур, при которых в вестибулярном аппарате возникают добавочные (Кориолисовы) и центробежные ускорения, приведены на рисунке 3.
Рис. 3. Вращения с элементами заклона (по А. Н. Мишину, 1985 [19]; модифицировано и добавлено)
Примечание: а - вращение (пируэт) с заклоном и прогибом; б - вращение с заклоном в ласточке; в - вращение с захватом ноги; г - вращение с заклоном и захватом ноги (фигура Бильман); О - положение вестибулярного лабиринта при отртоградном положении головы; З - положение вестибулярного лабиринта при заклоне; MN -гравитационная вертикаль, она же - ось вращения; г- Расстояние вестибулярного лабиринта (радиус описываемой им окружности) от оси вращения; 1 - боковой («горизонтальный») полукружный канал; 2 - задний («сагиттальный») полукружный канал; 3 - верхний (передний, «фронтальный») полукружный канал;
4,5 - соответственно эллиптический и сферический мешочки отолитового аппарата.
Рассмотрим положение вестибулярного лабиринта при выполнении фигуры заклона с пируэтом. Добавочные ускорения (b) возникают в результате того, что во время вращения при проведении заклона меняется положение плоскости полукружных каналов, измеряемое углом ±, относительно плоскости вращения:
b =m2wVSina,
cor 7
где bcor - ускорение Кориолиса, m - масса инерциальных структур вестибулярного лабиринта (эндолимфа полукружных протоков, отоконии отолитоваых мембран эллиптического и сферического мешочков), w - угловая скорость вращения спортсмена, V - линейная скорость перемещения головы в позицию заклона, a - угол заклона головы относительно плоскости вращения спортсмена.
Фактор bcor вызывает иллюзию падение в плоскости того канала, изменение положения которого относительно исходной позиции было наибольшим; одновременно присоединяются сенсорные ощущения со стороны других каналов. Степень этих ощущений пропорциональна изменению их положения. В результате возникает сложная пространственная иллюзия, сопровождающаяся ложной защитной двигательной реакцией (функция экстрапирамидной непроизвольной двигательной системы), определяемой как потеря равновесия. Кроме ускорения Кориолиса на вестибулярный аппарат действует и линейное ускорение, вызываемое центробежной силой (I), возникающей при смещении лабиринтного вестибулярного узла от оси вращения (MN) на расстояние, измеряемое радиусом r (см. рис. 3):
I=mr2x a,
где I - сила, действующая на отолитовый аппарат, m - масса отолитовой мембраны; r - радиус мембраны от оси вращения, a - ускорение, развиваемое в результате достижения данного радиуса.
В результате действия центробежной силы на отолитовый аппарат возникают дополнительные вестибулосенсорные реакции, которые в свою очередь «требуют» коррекции пространственного положения за счет подключения экстрапирамидной системы, а также реакций со стороны вестибулярных ядер и двигательных ядер спинного мозга.
Значительные нагрузки на вестибулярный аппарат ложатся при выполнении прыжков во вращение и многооборотных прыжков. Первые (рис. 4) характеризуются тем, что после приземления фигурист продолжает совершать вращательное движение в какой-либо одной из стандартных позиций (волчок, ласточка и др.)
Рис. 4. Прыжок в волчок через положение «ласточка».
Примечание: 1 - фаза разбега; 2 - толчок; 3 - взлет; 4 - начало вращения; 5 - фаза полета;
6 - фаза снижения; 7 - касание льда; 8 - фаза вращения в позиции «волчок».
В фазе разбега (1) на отолитовый аппарат действует линейное ускорение, меняющее свой вектор в фазе толчка (2). При этих фазе 1 статолитовые мембраны, обладающие определенной массой, смещаются в сторону, противоположную движению фигуриста, при фазе 2 - возникает сложение сил - гравитационной Р и инерционной F при этом равнодействующая (Я) оказывает на отолитовый аппарат более интенсивное воздействие. Векториальные составляющие указанных сил вызывают соответствующую афферентацию в ЦНС, реализуемую посредством определенных сенсорных и моторных реакции. В последующих фазах прыжка к воздействию на отолитовый аппарата присоединяется стимуляция полукружных каналов, что значительно усложняет модальности вестибулярных реакций, особенно в 8 фазе. Многооборотные прыжки характеризуются тем, что вращение совершается в полете от 0,5 до 4 оборотов, после приземления фигурист совершает длинный выезд без вращения.
Из вышеизложенного следует, что во время прыжков с вращением на вестибулярный аппарат действуют (когда последовательно, когда одновременно, в зависимости от стадии фигуры), угловые, кориолисовы и прямолинейные ускорения, значительно превышающие по своей интенсивности физиологические величины, причем особенно повышенные требования к функции равновесия предъявляются на стадии приземления после совершения многооборотного прыжка. При многооборотном прыжке во время вращения функция зрения выключается, поэтому многие фигуристы совершают эти прыжки с закрытыми глазами, но при приземлении зрительный анализатор начинает играть важную роль в оценке пространственных координат, что способствует блокированию возникающих ложных вестибу-лосенсорных реакций типа ощущения противовращения.
Это ощущение преодолевается в результате тренировочного процесса, в результате чего в двигательном анализаторе при непосредственном участи многих систем двигательного анализатора (пирамидная и экстрапирамидная, мозжечок, центры проприоцептивной чувствительности и др.) формируется определенная двигательная память на коррекцию пространственного положения тела. Приведенный механизм нервного регулирования двигательных реакций нами чрезвычайно упрощен, поскольку его изложение не являлось основной целью настоящей статьи. Он обозначен лишь для того, чтобы продемонстрировать роль и значение вестибулярного аппарата в таком сложном виде спорта, каким является фигурное катание на коньках и других видах спорта. Из изложенного следует, что для совершенствования спортивного мастерства в тех видах спорта, в которых вестибулосенсорные и вестибуломоторные реакции имеют решающее значение, роль специальной вестибулярной тренировки может быть значительной.
Вестибулярная тренировка
Основная цель вестибулярной тренировки спортсменов, в действиях которых вращения занимают ведущее место, должна быть направлена на блокирование ощущения проти-
Российская оториноларингология №3 (46) 2010
1
вовращения, возникающего при прекращении вращения или изменениях его направлениях. В клинике отоларингологии проф. В. И. Воячека Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова проблеме вестибулярной тренировки для отбора и совершенствования летного мастерства военных летчиков уделяли большое внимание. Для этой цели использовали такие устройства и снаряды как кресло Барани, батут, допинг, рейнское колесо (рис. 5), рекомендовались такие приемы, как скручивание и раскручивание на висе на гимнастических кольцах с различными наклонами и поворотами головы, центрифугирование испытуемых, двубрусковые (финские) и обычные (русские) качели. Специальной задачей авиационной медицины являлась тренировка к «слепым» полетам на тренажере (в кабине Линка1).
Все эти методы давали высокие результаты и позволяли повышать мастерство пилотов в высшем пилотаже, и нет сомнения в том, что они, при соответствующих инновационных подходах, могут быть использованы в указанных выше видах спорта и, в частности, в фигурном катании на конька.
Рис. 5. Вестибулярная тренировка посредством круговых движений на лопинге (а) и рейнском колесе (б) (по [5])
Эффективной методикой для тренировки спортсменов, испытывающих во время выполнения своих упражнений ускорения Кориолиса, может быть способ применения вращающейся платформы, на котором испытуемый во время вращения принимает специфические для его вида спорта положения (рис. 6).
Рис. 6. Схема действия сил Кориолиса при вращении испытуемого вправо на вращающейся платформе (по [5] с добавлениями из [5])
Примечание: НО - вертикальная ось вращения платформы; ВС и ДЕ сагиттальная и фронтальная горизонтальные оси вращения; НМ - касательная к траектории движения полукружного протока. На рисунке испытуемый совершает наклон в сагиттальной плоскости ВОС. При наклоне (из позиции 2) в позицию г) эндолимфа в верхнем полукружном протоке совершает движение вправо, указанное стрелками. Это движение эндолимфы обусловлено разностью радиусов точек т и п полукружного протока по отношению к вертикальной оси вращения платформы, что обеспечивает возникновение эффективной разности между равнонаправленными силами Кориолиса F и/ в этих точках. Указанное направление движения эндолимфы в верхнем («фронтальном») полукружном протоке, согласно гидродинамической теории куполоэндолимфатической системы и «железного» закона В. И. Воячека о зависимости направления головокружения (ложной сенсорной реакции - головокружения) и защитных движений (быстрый компонент нистагма защитные движения конечностей и туловища) от направления движения эндолимфы, головокружение будет направлено в сторону стрелки Ре, а двигательные реакции - в сторону стрелки Ни.
н
Научные статьи
Применение принципа вращающейся платформы в целях тренировки спортсменов таит в себе большие методологические возможности, поскольку позволяет сочетать физиологические механизмы приспособления организма к реакциям, вызываемым ускорениями Кориолиса, со специфическими спортивными элементами, возможность выполнения которых обеспечивается размерами площади платформы. Например, на платформе можно выполнять различные фигуры на роликовых коньках или на искусственном льду, как это имело место в исполнении Е. Плющенко во время «Евровидения-2009»), на котором победу одержал певец Дима Билан.
Заключение
Методология обучения спортсменов, занимающихся экстремальными видами спорта, должна, помимо прочих научных направлений, должна базироваться на учении о вестибулярном анализаторе, его физиологических функциях, методах тренировки и реабилитации спортсменов. Для этой цели должны разрабатываться специальные методы отбора, тренировки, контроля за состоянием, как самого вестибулярного анализатора, так и его взаимоотношений с кожно-двигательным анализатором с учетом того, все специализированные спортивные двигательные упражнения, в которых присутствует фактор ускорения, базируются на афферента-ции, исходящей из механорецепторов вестибулярного лабиринта.
В методиках вестибулярной тренировки целесообразно использовать различные механические устройства, позволяющие воспроизводить вращения, наклоны и другие воздействия на спортсмена, имитирующие его работу.
ЛИТЕРАТУРА
1. Анохин П. К. Системогенез как общая закономерность эволюционного процесса // Бюлл. экспер. биол. и мед.
- 1948. - №8. С. 81.
2. Бабияк В. И., Янов Ю. К.. Вестибулярная функциональная система. СПб.: Гиппократ, 2007. - 432 с.
3. Батуев А. С. О взаимодействии зрительного, вестибулярного и кожно-двигательного анализаторов при анализе
пространства у кошек // Вопросы сравнительной физиологии анализаторов. - Л., 1960. Вып. 1. - С. 55-71.
4. Винников Я. А., Газенко Щ. Г., Титова Л. К. Рецептор гравитации // Пробл. космич. биол. - Т. 12 / Под. ред.
В. Н. Черниговского. - Л.: Наука, 1971. - 522 с.
5. Воячек В. И. Военная оториноларингология. Л.: Медгиз, 1941 - 255 с.
6. Кликс Ф. Проблемы психофизики восприятия пространства: Пер. с немецк. М.: И. Л., 1965, - 135 с.
7. Копнин П. В. Логические основы науки. Киев: Наукова Думка 1968. - 283 с. (АН УССР. Ин-т философии).
8. Курашвили А. Е., Бабияк В. И. Физиологические функции вестибулярной системы. Л.: Медицина, 1975. - 279 с.
9. Левашов М. М. Нистагмометрия в оценке состояния вестибулярной функции. Проблемы космической биологии. Л.: Наука, 1984. - Е. 50. - 221 с.
10. Магнус Р. Установка тела. М.: АН СССР, 1962. /пер. с немецк. / Под ред. Э. Ш. Айрапетянца, В. А. Кислякова.
- 759 с.
11. Мишин А. Н. Вращательный компонент движения в подкрутках. Биомеханика движений фигуриста. М.: Физкультура и спорт, 1981. - 144 с.
12. Орлов И. В. Вестибулярная функция. СПб.: Наука, 1998. -242 с.
13. Панин Н. А. Искусство фигуриста. М.: Физкультура и спорт, 1956. - 327 с.
14. ПащининА. Н. Межлабиринтная асимметрия при нормальных и патологических состояниях вестибулярной системы: автореф. дис. ... докт. мед. наук. - СПб, 2007. - 38 с.
15. Разумеев А. И., Шипов А. А. Нервные механизмы вестибулярных реакций. М.: Наука, 1969. - 292 с.
16. Спиркин А. Г. Метод. М.: Советская Энциклопедия, 1976 /БСЭ, Третье изд. - Т. 16. - С. 162.
17. Спиркин А. Г.,Юдин Э. Г. Методология. М.: Советская Энциклопедия, 1976 /БСЭ, Третье изд. - Т. 16. - С. 164-166.
18. Фигурное катание на коньках / Под ред. А. Б. Гандельсмана. - М.: Физкультура и спорт, 1975. - 183 с.
19. Фигурное катание на коньках: Учебн. для ин-тов физ. культ. /. Под ред. А. Н. Мишина. - М.: Физкультура и спорт, 1985, 271 с.
20. Фролов И. Т. Очерки методологии биологического исследования. М.: Мысль, 1965. - 286 с.
21. Хилов К. Л. Кора головного мозга в функции вестибулярного анализатора. Л.: Медгиз, 1952. - 84 с.
22. Швырёв В. С. Теория. М.: Советская Энциклопедия, 1976 /БСЭ, Третье изд. - Т. 25. - С. 434-436.
23. Штофф В. А. Введение в методологию научного познания. - Л.: Изд. Ленингр. ун-та, 1972. - 191 с.
