WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |
  • основная биомеханическая характеристика управления устойчивостью вертикального положения – вращательная суставная жесткость голеностопного сустава, обоснованная и рассчитанная методом механо-математического моделирования и равная в среднем 180 Нм/рад;
  • представление о механизме сохранения вертикальной позы – квазистатического колебательного процесса, качество которого определяется не минимизацией амплитудных характеристик колебаний, а оптимизацией динамических параметров движения;
  • отличие биомеханизма сохранения ортоградной стойки от механизма вестибулярного равновесия, которое заключается в различии зон функционирования этих механизмов и принципиально противоположных требованиях к сенсорным системам;
  • результаты исследования вертикальной устойчивости человека дополняют разделы курсов биомеханики и теории физического воспитания и спорта;
  • научное обоснование способа и разработка комплекса технических средств расширяют возможности эргономического и метрологического подходов к контролю и оценке устойчивости спортсменов и людей других профессий, где требуется высокое чувство равновесия.

Практическая значимость

  1. Даны рекомендации по количественной оценке качества вертикальной устойчивости тела человека, что важно для диагностики, обучения и совершенствования механизма равновесия.
  2. Разработанный комплекс «Тариус» применен для контроля устойчивости в ряде видов двигательной деятельности человека:
  • для оценки и развития механизма вертикального равновесия детей-дошкольников, занимающихся фигурным катанием, гимнастикой и теннисом, больных с дефектами в развитии двигательного аппарата;
  • для спортсменов любой квалификации и вида деятельности, работающих над совершенствованием сенсомоторной системы;
  • для оценки координационной готовности к экстремальной профессиональной деятельности: водителей транспорта, операторов на атомных станциях, авиадиспетчеров, высотников, спортсменов в прыжковых и игровых видах спорта, акробатике и тому подобных.
  1. Результаты исследования внедрены (подтверждено актами внедрения):
  • в учебный процесс (курсы биомеханики, спортивной метрологии);
  • в практику массового спорта (ЛОС ДСО «Динамо», ЦС «Динамо»);
  • в сборные команды страны по синхронному плаванию и прыжкам в воду.

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Положение о характере процесса удержания позы, который является квазистатическим колебательного типа и должен изучаться как динамический на малоподвижной опоре. В этом случае качество устойчивости зависит от минимизации скорости отклонения тела от вертикали, а не минимизации амплитуды колебаний, что ограничивает естественную, оптимальную для каждого человека, колебательность.
  2. Представление о суставной жесткости и возможности изучения ее на биомеханической модели малоподвижной опоры как механического аналога подвижности голеностопного сустава, жесткость которого нелинейна и экспериментально определена в виде зависимости времени условного равновесия (t) и восстанавливающего момента (МВ) измерительной платформы:

t = 6,1ln(eMB).

  1. Сущность требований к аппаратурному комплексу контроля и оценки устойчивости человека, позволяющему:
  • достоверно измерять характеристики колебательности тела;
  • объективно оценивать качество вертикальной устойчивости;
  • соответствовать требованиям комфортного состояния при управлении позой путем подбора оптимальных параметров платформы;
  1. Показатель устойчивости, пропорциональный времени условного равновесия, нормированный в зависимости от индивидуальных особенностей человека и характеристик платформы, отражающий:
  • качество вертикальной устойчивости человека в различных условиях;
  • воздействие тренировочного процесса на устойчивость;
  • степень функционального напряжения;
  • готовности спортсмена к соревнованию;
  1. Результаты педэксперимента, доказывающие пригодность использования комплекса «Тариус» как эффективного средства контроля и оценки качества вертикальной устойчивости и способа развития ее у детей и взрослых, у спортсменов различных видов спорта и уровня мастерства.

Достоверность результатов исследования подтверждена патентной экспертизой и метрологическим контролем использованной для экспериментов аппаратуры, а также объемом проведенных экспериментов и их проверкой на статистическую значимость результатов.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, 5 глав, выводов и приложения, в списке литературы содержится 147 источников.

Диссертация изложена на 212 страницах компьютерной верстки, включает 46 таблиц и 47 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I, в которой дается представление специалистов разных научных направлений о понятии вертикальной устойчивости как способности предотвращать падение, вызванное действием сил тяжести или других механических воздействий. Тело человека многозвенно с наличием управляемых нелинейных связей, что существенно усложняет процесс изучения равновесия биологической системы. В удержании равновесия ведущая роль отдается двигательному анализатору, формирующему команды управления на основе проприоцептивных сигналов о взаимоположении звеньев тела и взаимодействии стоп с опорой (В.С. Гурфинкель, 1985; Ю.С. Левик, 2007). При малых возмущающих воздействиях и, как следствие, отклонениях вертикальной оси тела до 2° работает периферический механизм управления, отличающийся от центрального большой чувствительностью и быстродействием (В.С. Гурфинкель, М.Л. Шик, 1982). Двигательный анализатор признается основным в регуляции позы человека: анализаторы зрения, слуха и вестибулярной устойчивости – безусловные участники сохранения ортоградной позы, но при малых углах отклонений они даже создают помеху регуляции своим вмешательством, ибо их реакция на механическое возмущение продолжительнее на 100-150 мс, чем от механорецепции (L.М. Nashner, J.F. Peters, 1990). Один из ведущих исполнительных механизмов сохранения квазистатического равновесия (по нашей терминологии) – короткодиапазонная жесткость (short range stiffness), которая возникает при растяжениях мышцы до 0,1% исходной длины, когда сила растет линейно деформации и не зависит от скорости ее изменения. Короткодиапазонная жесткость имеет большое значение, так как именно она определяет поведение мышц при малых изменениях длины (B. Walmsley, U. Proske, 1981; В.С. Гурфинкель, Ю.С. Левик, 1985). В условиях поддержания позы короткодиапазонная жесткость может обеспечивать стабилизацию взаимного положения звеньев тела при малых возмущениях без дополнительного вмешательства со стороны нервной системы (В.С. Гурфинкель, М.И. Липшиц, К.Е. Попов, 1974).

Существует, по мнению А.В. Александрова (2002), две стратегии управления движением: одна – для основного движения, а вторая – для стабилизации позы. К основным движениям относятся те, которые программируются центральными командами, включая и вестибулярный анализатор. Регуляция позы осуществляется в основном на периферическом уровне и зависит от упруговязких свойств мышц, температуры и механических характеристик опоры.

Попытку моделирования устойчивости многозвенной системы тела человека предпринимали многие исследователи, но для нашей задачи, мы предполагаем, что лучше остановиться на простейшей однозвенной модели перевернутого маятника. А.В. Александров (2002) в этой модели выделяет голеностопный сустав, который обуславливает 98% сонастройки, а система управления при малых углах отклонения тела в этом случае может быть названа "голеностопной стратегией" (Д.В. Скворцов, 2000).

Собственная статическая устойчивость тела человека, учитывая высоту расположения ОЦТ и площадь опоры, ничтожна. Статическая система удерживания вертикального равновесия заведомо неустойчива, поэтому процесс регуляции позы является динамическим, основными критериями устойчивости которого должны быть характеристики устойчивости движения. Запас устойчивости определяется скоростью отклонения от траектории движения, а потому важнейшая информация для регуляции позы возникает от механорецепторов, реагирующих на изменение длин или углов, то есть на скоростные характеристики. В нашем случае процесс удержания равновесия, по мнению В.В. Кузнецова (1986), является автоколебательным с большим количеством взаимно компенсаторных действий.

Способы измерения устойчивости за последние годы усовершенствовались от кефалографии до стабилографических компьютерных комплексов. Однако существующие способы оценки качества устойчивости по стабилометрическим данным имеют, с нашей точки зрения, принципиальные недостатки.

  1. Процесс регуляции позы квазистатический колебательного типа, для которого необходима оптимизация показателей, а не их минимизация.
  2. В принятой ранее модели перевернутого маятника истинным исполнительным механизмом регуляции позы является вращательная жесткость шарнира, а для биологической системы – жесткость голеностопного сустава, которую контролирует и которой управляет живая система, но никак не оценивает существующая стабилометрическая аппаратура. Поэтому стабилограмму, с точки зрения живой системы, следует трактовать как кривую мгновенного значения вращательной суставной жесткости ОДА.
  3. Недостаток в том, что биологическая система практически не контролирует неподвижное положение, а оценивает степень "потери" равновесного состояния (П.О. Макаров, 1968), притом, чем больше величина этих отклонений, тем активнее реагируют анализаторы. Живая система в условиях неподвижной опоры при установке "стоять предельно ровно" начинает минимизировать колебания ОЦТ, что естественно приводит к уменьшению афферентации равновесия, а отсюда – к отсутствию стабилизирующих пространственное положение действий, поиску и подключению несвойственных этому движению анализаторов и механизмов удерживания равновесия. "Жизненная динамика только и возможна, если есть на лицо неуравновешенный остаток" (Н.А. Бернштейн, 1968).
  4. Для изучения и тренировки равновесия человека необходимо создать измерительные системы на базе малоустойчивой опоры, приближая человека к реальным жизненным ситуациям. Так В.Г. Стрельцом (1972) был разработан прибор «педограф» (рацпредложение №112295).

Вывод: на сегодняшний день необходимо на базе существующих наработок сформировать новое видение механизма вертикальной устойчивости тела человека, как квазистатического равновесия колебательного типа, и контролировать, оценивать и, может быть, тренировать равновесие на малоподвижной опоре с пока неизвестными механическими параметрами.

В главе II формулируется гипотеза работы, излагаются цели, задачи и организация биомеханического и педагогического экспериментов.

Глава III посвящена разработке методики биомеханических исследований вертикальной устойчивости человека. Реализация способа исследования устойчивости на малоподвижной опоре связана с созданием подвижного устройства, адекватного по механическим параметрам естественным колебаниям тела в голеностопном суставе. Этот биомеханизм был смоделирован в виде подвижной платформы с нелинейными блоками жесткости (3) – экспоненциальной характеристикой, которые стягивают верхнюю (1) и нижнюю (2) пластины платформы (рис. 1) (патент 59955 РФ).

Рис. 1. Конструкции блока нелинейной жесткости и

малоподвижной измерительной платформы

В предлагаемом способе вертикальную устойчивость тела определяют через вращательную суставную жесткость, которую можно получить по равенству импедансов ОДА и измерительной системы. Для получения более гибкой системы изучения биомеханизмов устойчивости была разработана модифицированная конструкция малоподвижной платформы с фиксированными значениями вращательной жесткости и углов наклона верхней пластины (рис. 2), на базе которой создан ряд игровых тренажеров равновесия.

С целью проведения сравнительного анализа традиционных показателей качества регуляции позы и разработанного нами показателя устойчивости – У и, учитывая недостатки существующих стабилографических платформ, пришлось разработать новую конструкцию неподвижной стабилодинамометрической площадки с центральной шаровой опорой, которая функционировала одновременно как стабило, так и тензоустройство. Разработанная площадка (патент 2270603 РФ) позволила записывать, как годографы, так и реакции опоры по двум осям (рис. 3).

Запатентованная конструкция измерительной платформы с центральной опорой дала большие преимущества по сравнению с ранее существующими и позволила изучать равновесие не только в неподвижных стойках, но и при выполнении различных движений на месте, например, наклонах корпуса, головы, приседаниях.

Рис. 2. Внешний вид и конструкция тренажерно-анализаторного устройства

«Тариус» на базе модифицированной малоподвижной платформы

Все известные измеряемые параметры равновесия характеризуют мгновенные значения количественных показателей устойчивости, что приводит к стремлению уменьшить амплитудные характеристики колебаний тела, а это противоречит принципам устойчивости динамических систем регулирования, а с биологической точки зрения желание минимизировать раскачивание приводит к нарушению естественных навыков регуляции позы. Поэтому был разработан комплекс измерительных устройств «Тариус», в которых интегральным количественным показателем устойчивости выбрано, так называемое, время условно устойчивого равновесия. На рисунке 4 показан рабочий момент тренировки гимнастов на разработанном тренажерно-анализаторном устройстве.

Рис. 3. Годографы и стабилограммы в ортоградной стойке при постоянном моменте платформы МВ = const = 2,0 (Нм),

X – фронтальная ось тела, Y – сагиттальная ось тела, f = частота в Гц

Рис. 4. Рабочий момент тренировки с использованием

тренажерно-анализаторного устройства «Тариус»

В итоге была установлена зависимость между восстанавливающим моментом платформы (МВ) и реакцией на этот момент живой системы – временем условного равновесия (t) (табл. 1).

Таблица 1

Зависимость времени условного равновесия (t)

и восстанавливающего момента (МВ) измерительной платформы

МВ (Нм)

0,42

0,84

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»