Что такое движение в биологии

Биология. 6 класс

Конспект урока

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке

Движение – одно из проявлений жизнедеятельности, обеспечивающее организму возможность активного взаимодействия со средой, в частности, перемещение с места на место.

*Геотропизм – способность различных органов растения располагаться и расти в определённом направлении по отношению к центру земного шара.

Основная и дополнительная литература по теме

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Скорее всего, вы слышали высказывание: «движение – это жизнь». Так почему же так важно движение? У всех ли организмов оно одинаково? И, собственно, что такое движение? На эти вопросы сегодня мы с вами найдём ответ. Ведь тема урока: «движение животных».

Движение у растений

На первый взгляд мир растений, кажется, недвижим. Но при наблюдении можно убедиться, что это не совсем так. Движение растений происходит очень медленно. Они растут, и это доказывает то, что они совершают определенные ростовые движения. Если посадить в почву семя фасоли, при благоприятных условиях оно начинает пускаться в рост, пробуравливая почву, выносить на свет две семядоли. Под воздействием тепла и света они начинают зеленеть и двигаться вверх. Уже через два месяца на растении появляются плоды.

Скорость роста растений

У некоторых видов движение частей растений происходит быстрее, чем ростовые. Например, у кислицы или стыдливой мимозы возникают сократительные движения.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля

Задание 1. Заполните таблицу «типы движения простейших».

Какие органы участвуют

Источник

Движение (биология)

Движение (в биологии) — одно из проявлений жизнедеятельности, обеспечивающее организму возможность активного взаимодействия со средой, в частности, перемещение с места на место, захват пищи и т. п. [1]

Движение — результат взаимодействия внешних по отношению к организму сил (вниз — сила тяжести, назад — сопротивление среды) и собственных сил (обычно вперёд или вверх — напряжение мышц, сокращение миофибрилл, движение протоплазмы).

Для некоторых животных (например, гидроидных полипов) и многих растений характерны ростовые движения.

Содержание

Формы клеточной подвижности

Кроме этих основных форм, существуют и другие, слабее изученные (скользящее движение грегарин, миксобактерий и нитчатых цианобактерий, сокращение спазмонем сувоек и др.).

Двигательный аппарат и органы локомоции многоклеточных животных

Органы могут использоваться организмами, имеющие свободу движения. При отсутствии таковой (у прикреплённых водных животные — губки, кораллы и др., ведущих неподвижный образ жизни), используют реснички и жгутики для того, чтобы приводить в движение окружающую их среду, доставляющую им пищу и кислород.

Целенаправленные движения возможны лишь при согласованной работе значительного числа мышц или ресничек, координация которых, как правило, осуществляется нервной системой.

Классификация

По путям перемещения (движения)

По активности

Пассивное

В воде и воздухе движения может быть и пассивным:

Активное

Эволюция

В ходе эволюции типы движения животных усложнялись. Возникновение жёсткого скелета и поперечнополосатой мускулатуры было одним из важных этапов эволюции. В результате усложнилось строение нервной системы, появилось разнообразие движений, расширились жизненные возможности организмов.

Движения человека

Являются наиболее важным способом его взаимодействия с окружающей средой и активного воздействия на неё.

Отличаются большим разнообразием:

«…все внешние проявления мозговой деятельности действительно могут быть сведены на мышечное движение» И. М. Сеченов [2]

Изучение

Можно выделить два направления в изучении движения животных и человека:

Мышцы, осуществляющие движение, рефлекторно управляются импульсами из центральной нервной системы.

Основные локомоторные движения, будучи унаследованными (безусловно рефлекторными), развиваются в ходе индивидуального развития и вследствие постоянных упражнений. Овладение новыми движениями — сложный процесс формирования новых условнорефлекторных связей и их упрочения. При многократных повторениях произвольные движения выполняются согласованнее, экономичнее и постепенно автоматизируются. Важнейшая роль в регуляции движения принадлежит сигналам, поступающим в нервную систему от расположенных в мышцах, сухожилиях и суставах проприорецепторов, сообщающих о направлении, величине и скорости совершающегося движения, активирующих рефлекторные дуги в разных частях нервной системы, взаимодействие которых и обеспечивает координацию движения.

Движения у растений

Пассивные (гигроскопические)

Связаны с изменением содержания воды в коллоидах, составляющих оболочку клетки.

Играют большую роль для цветковых растений при распространение семян и плодов.

Активные

В основе активных движений — явления раздражимости и сократимости белков цитоплазмы растений, а также ростовые процессы. Воспринимая влияния окружающей среды, растения реагируют на них усилением интенсивности обмена, ускорением движения цитоплазмы, ростовыми и др. движениями. Воспринятое растением раздражение передаётся по цитоплазматическим тяжам — плазмодесмам, а затем уже происходит ответ растения как целого на раздражение. Слабое раздражение вызывает усиление, сильное — угнетение физиологических процессов в растении.

Медленные (ростовые)

Быстрые (сократительные)

Часто называют тургорными, являются результат взаимодействия аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) с сократительными белками. Т. о., механизм сократительных движений растений почти тот же, что и при сокращении мышц человека, движения слизевика или зооспоры водоросли.

К активным сократительным движениям относятся перемещения в пространстве некоторых низших организмов — таксисы, вызываемые, как и тропизмы, односторонним раздражением. К таксисам способны снабженные жгутиками бактерии, некоторые водоросли, антерозоиды мхов и папоротников. Многие водоросли (хламидомонады) обнаруживают положительный фототаксис, антерозоиды мхов собираются в капилляры, содержащие слабый раствор сахарозы, а папоротников — раствор яблочной кислоты (хемотаксис).

К сократительным движениям, связанным, вероятно, с сокращениями белкового вещества цитоплазмы, относятся и сейсмонастии. Близко к сейсмонастиям стоят автономные движения. Так, у семафорного инд. растения Desmodium gyrans сложный лист состоит из большой пластинки и двух меньших боковых пластинок, которые то опускаются, то поднимаются, как семафор. При неблагоприятных условиях (темнота) эти движения прекращаются. У биофитума (Biophytum sensitivum) при сильном раздражении листочки складываются, как у мимозы, совершая ряд ритмических сокращений. При этом, по-видимому, происходит распад АТФ и быстрое её восстановление, что и вызывает непрерывные движения листьев под влиянием раздражителей. Листочки кислицы складываются под влиянием сильного света, темноты, повышенной температуры. К вечеру листочки кислицы складываются, а уже ночью происходит их раскрывание, видимо, после того, как восстановится связь АТФ с сократительными белками. У растений, способных к никтинастическим (Acacia dealbata), сейсмонастическим (Mimosa pudica), а также к автономным Движения (биол.) (Desmodium gyrans), имеется высокая активность АТФ. У растений, не способных к движению, она незначительна (Desmodium canadensis). Наибольшим содержанием АТФ отличаются те ткани растений, которые связаны с движением. Прежде господствовало мнение, что движения листьев мимозы связано с потерей тургора и выходом воды в межклетники в сочленениях листа. В. А. Энгельгардт предполагает участие АТФ в осмотических явлениях, связанных с движением листьев мимозы, и дегидратацией её клеток в сочленениях.

Вызываются односторонним действием раздражителей (по направлению к раздражителю или от него): света (фототаксис), химических веществ (хемотаксис) и др.

Эволюция

Эволюция растений шла в направлении потери ими способности к локомоторному движению. В вегетативном состоянии подвижны лишь бактерии, некоторые водоросли и миксомицеты: у остальных водорослей и низших грибов Локомоторные движения присущи лишь зооспорам и сперматозоидам, у высших растений (мхи, плауны, хвощи, папоротники, саговники и гинкго) — только сперматозоидам.

Источник

Способы передвижения животных

Урок 23. Биология 7 класс. Животные. ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Способы передвижения животных»

Передвижение животных — это любой из множества методов, которые животные используют для перемещения из одного места в другое.

Некоторые виды передвижения (изначально) являются самоходными. Например, бег, плавание, прыжки, полет, подпрыгивание, парение и планирование — это самоходный вид передвижения.

Есть также много видов животных, транспортировка которых зависит от среды обитания, тип перемещения, называемый пассивным перемещением, например, парусный спорт (некоторые медузы), кайтинг (пауки), катание (некоторые жуки и пауки) или верховая езда на других животных.

Животные перемещаются по разным причинам. Например, чтобы найти пищу, партнёра, подходящую среду обитания или избежать хищников.

Для многих животных способность двигаться необходима для выживания, и в результате естественный отбор сформировал у них методы и механизмы передвижения.

Например, мигрирующие животные, которые путешествуют на большие расстояния (такие как полярная крачка), обычно имеют механизм передвижения, который требует очень мало энергии на единицу расстояния.

Движение — одно из основных свойств живых организмов. Несмотря на многообразие существующих способов передвижения, их можно разделить на 3 основные группы: амебоидное движение, движение при помощи жгутиков и ресничек, движение с помощью мышц.

Амебоидное движение присуще корненожкам — подклассу простейших животных, образующих временные цитоплазматические выросты — ложноножки, которые служат для передвижения и захвата пищи.

При этом у клеток образуются выросты цитоплазмы, число и величина которых постоянно меняются, как меняется и сама форма клетки.

Движение при помощи жгутиков и ресничек свойственно обычно мелким беспозвоночным животным, обитающим в водной среде.

Однако оно характерно не только для жгутиконосцев и инфузорий, но и некоторым многоклеточным животным и их личинкам.

У высокоорганизованных животных клетки, имеющие жгутики или реснички, встречаются в дыхательной, пищеварительной, половой системах.

Строение всех жгутиков и ресничек практически одинаково.

Вращаясь или взмахивая, жгутики и реснички создают движущую силу и закручивают тело вокруг собственной оси. Увеличение числа ресничек ускоряет передвижение.

Движение с помощью мышц осуществляется у многоклеточных животных. Мышцы образованы мышечной тканью. Главная особенность мышечной ткани — способность сокращаться. За счёт сокращения мышц и осуществляется движение.

У круглых червей поочерёдное сокращение продольных мышц вызывает характерные изгибы тела. За счёт этих телодвижений червь двигается вперёд. Кольчатые черви освоили новые способы движения в связи с тем, что в их мускулатуре, помимо продольных мышц, появились поперечные мышцы. Поочерёдно сокращая поперечные и продольные мышцы, червь, используя щетинки на сегментах тела, раздвигает частички почвы и движется вперёд.

Пиявки освоили шагающие движения, используя для прикрепления присоски.

Брюхоногие моллюски двигаются благодаря волнам сокращения, пробегающим по подошве ноги. Обильно выделяемая слизь облегчает скольжение и ускоряет движение.

Двустворчатые моллюски двигаются с помощью мускульной ноги, а головоногие освоили реактивный способ передвижения, выталкивая воду из мантийной полости.

Многие ракообразные для передвижения по грунту используют ходильные ноги, а для плавания им служит либо хвостовой плавник, либо плавательные ноги.

Любой из этих способов передвижения возможен при наличии хорошо развитой мускулатуры и подвижном сочленении конечностей с туловищем.

У большинства членистоногих специальными органами передвижения служат не только ноги, но и (в зависимости от систематической принадлежности) другие образования, например крылья у насекомых.

Движение всех позвоночных животных, имеющих внутренний скелет, также осуществляется с помощью мышц. У рыб это происходит в основном за счёт мышц хвоста и туловища, у земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих — за счёт мышц конечностей, которые осуществляют такие виды движения, как бег, прыжки, плавание, полет, лазание и т. д.

Когда птица колибри зависает в воздухе у цветка, её крылья совершают 50—80 взмахов в секунду.

Есть и другие способы перемещения в зависимости от среды обитания и образа жизни.

Животные перемещаются в четырёх типах окружающей среды: водной (в воде или на воде), воздушной (по воздуху), наземной (на земле или другой поверхности, включая деревья), ископаемой (под землёй).

Особенности перемещения животных в различных средах

На воде удержаться на плаву можно за счёт плавучести. Если тело животного менее плотное, чем вода, оно может оставаться на плаву. Это требует мало энергии для поддержания вертикального положения, но требует больше энергии для передвижения в горизонтальной плоскости по сравнению с менее плавучими животными.

Основное средство, с помощью которого рыба создаёт тягу, — это раскачивание тела из стороны в сторону, в результате чего волновое движение заканчивается большим хвостовым плавником.

Морские млекопитающие колеблют своё тело вверх и вниз. Другие животные, (например, пингвины, ныряющие утки), перемещаются под водой способом, который получил название «водный полёт».

Головоногие моллюски, используют реактивную тягу для быстрого перемещения, впитывая воду, а затем выбрасывая её обратно в виде взрывной волны.

Дельфины иногда катаются на носовых волнах, создаваемых лодками, или занимаются сёрфингом на естественных волнах.

Передвижение животных по поверхности воды

Парусница — колониальный представитель гидроидов — плывущий по ветру моряк, у которого нет никаких средств передвижения, кроме парусного спорта. Небольшой жёсткий парус поднимается в воздух и ловит ветер.

В то время как более крупные животные, такие как утки, могут перемещаться по воде, плывя, некоторые мелкие животные перемещаются по воде, не прорываясь через поверхность. Это поверхностное передвижение использует поверхностное натяжение воды. К таким организмам относится насекомое водомерка. Дело в том, что её конечности гидрофобны, что не позволяет им влиять на структуру воды.

Другая форма передвижения (при которой нарушен поверхностный слой) используется ящерицами василисками. Они способны бегать по поверхности воды, удерживаясь за счёт частых ударов перепончатых задних ног.

Благодаря тому, что ящерицы опускают лапы горизонтально на воду, поверхностная плёнка воды не успевает прорваться под весом тела. Каждый раз, опуская лапу, ящерица как бы захватывает пальцами пузырёк воздуха, благодаря чему не намокает при беге.

Перемещение по воздуху

Гравитация — главное препятствие для полёта. Поскольку ни один организм не может иметь такую низкую плотность, как воздух, летающие животные должны генерировать достаточную подъёмную силу, чтобы подниматься и оставаться в воздухе.

Летающие животные должны быть очень лёгкими, чтобы летать. Также животное должно иметь веретенообразную форму тела и мощные лётные мышцы.

Вместо активного полёта некоторые (полу) древесные животные снижают скорость падения, планируя.

Перемещение по земле

Формы передвижения на суше включают ходьбу, бег, подпрыгивание или прыжки, волочение и ползание или скольжение.

Для передвижения по земле животным требуется прочный скелетный и мышечный каркас. А также равновесие. Например, человеческие младенцы учатся ползать прежде, чем они смогут стоять на двух ногах, что требует хорошей координации, а также физического развития.

Прыжок можно отличить от бега, галопа и других походок, при которых все тело временно находится в воздухе, по относительно большой продолжительности воздушной фазы и большому углу начального запуска. Многие наземные животные используют прыжки, чтобы убежать от хищников или поймать добычу, однако относительно немногие животные используют это в качестве основного способа передвижения.

Некоторые животные приспособлены для передвижения по негоризонтальным поверхностям. Одна обычная среда обитания таких лазающих животных — деревья. Например, гиббон — малая человекообразная обезьяна, специализирован для передвижения по деревьям.

Животные, живущие на скалах, (например в горах), передвигаются по крутым или даже почти вертикальным поверхностям, осторожно балансируя и прыгая. Например, у каменистого горного козла есть мягкая резиновая прокладка между копытами для захвата и передвижения по горам.

У животных, передвигающихся под землёй, свои особенности в строении.

Покровы тела подземного жителя должны позволять ему беспрепятственно продвигаться в плотной почве как вперёд, так и назад (не всегда можно развернуться в узком ходу).

Передвижению способствуют слизистые выделения, позволяющие скользить в почве (как у червя), короткая шерсть, (как у крота), которая способна заглаживаться как вперёд, так и назад.

Также животные, которые передвигаются в почве, имеют короткие копательные конечности или копательные зубы (как у слепушонка).

Источник

ДВИЖЕНИЯ (в биологии)

ДВИЖЕНИЯ (в биологии) — одно из проявлений жизнедеятельности, обеспечивающее возможность активного взаимодействия составных частей организма и целого организма с окружающей средой.

Д. представлены в различных формах взаимодействия организма с окружающей средой, взаимосвязанными процессами, протекающими во внутренней среде на клеточном, тканевом, органном и системном уровнях.

Так, гладкая мускулатура обеспечивает тонус и волнообразные сокращения кровеносных сосудов, желудка, кишечника, матки и др. Д. жидкостей в организме (транспорт крови и лимфы по сосудам, передвижение межтканевой жидкости) обеспечивает процессы пищеварения и всасывания, оптимальный уровень обмена веществ.

Деятельность всех этих механизмов направлена на сохранение гомеостаза внутренней среды организма (см. Гомеостаз) и устойчивости при развертывании процессов, протекающих в органах и системах.

Возникновение физиологии Д. как раздела общей физиологии, изучающего механизмы деятельности скелетных мышц, в результате к-рой производятся Д., связано с появлением в 19 в. различных способов ее регистрации с помощью датчиков (см.) и фотографии [Э. Марей, Майбридж (Е. Muybridge)]. Началом физиол, исследования Д. человека является обстоятельное изучение ходьбы, проведенное Э. Вебером и В. Вебером (W. Weber). На развитие физиологии Д. значительное влияние оказало открытие эффекта электрического раздражения различных участков коры полушарий большого мозга [Фрич и Хитциг (G. Fritsch, E. Hitzig)], возможности осуществления Д. животными, лишенными полушарий. Большее значение имело выявление постуральных рефлексов Ч. Шеррингтоном, изучение рефлекторных механизмов регуляции позы и равновесия, проведенных Р. Магнусом. Серьезное влияние на понимание физиологии Д. оказали представления Н.А.Бернштейна о координации Д. и работы Р. Гранита о центральной регуляции проприоцептивных аппаратов.

Д., характерные для большинства животных и человека, представляют собой результат сокращения скелетных мышц, обеспечивающих поддержание позы (см.), перемещение звеньев или всего тела в пространстве. Функция зрения, мимика, речь обеспечиваются специфическими формами Д. При классификации Д. учитывают характер достигаемой позиции частей тела (напр., сгибание, разгибание и др.), функциональные значения Д. (напр., ориентировочные, защитные и др.) или их механические свойства (напр., вращательные, баллистические и др.).

В современной физиологии большое значение стали придавать фактору активности в поведении не только человека, но и животных. У человека Д. контролируются непрерывно всей деятельностью мозга, направленной на выполнение той или иной задачи и моделируемой в последовательных мышечных сокращениях. Эту форму активности называют произвольными, или сознательными, Д., а согласованную деятельность различных мышечных групп при осуществлении мышечного навыка — координацией Д. Координация движений имеет важное значение для проявления ловкости, силы, быстроты и выносливости человека и их взаимосвязи.

Двигательные реакции бывают простыми —- безусловнорефлекторные реакции на болевой, световой, температурный и другие раздражители и сложными — серия последовательных движений, направленных на решение определенной двигательной задачи (см. Двигательные реакции). Примером последних могут быть локомоций, т. е. движения скелетно-мышечной системы, обеспечивающей передвижение человека в пространстве (напр., бег, ходьба и др.).

Процесс формирования и регуляции двигательных реакций связан как с периферическими, так и с центральными физиологическими механизмами.

В спинном мозге (см.) имеются нейронные ансамбли, состоящие из двигательных единиц — мотонейронов, активация которых вызывает ряд относительно простых рефлексов: сгибательный, чесательный и др. На уровне спинного мозга обеспечиваются и реципрокные (ответные) взаимоотношения мышц-антагонистов. Согласованная функция мотонейронов достигается как за счет рефлекторной афферентной регуляции, так и собственными механизмами спинного мозга (пресинаптического торможения, возвратного торможения и т. д.).

В стволе головного мозга имеются четко дифференцированные образования: олива, красное ядро, черная субстанция, вестибулярные ядра, играющие важную роль в регуляции мышечного тонуса, позы и организации Д. (см. Двигательные центры, пути).

Ретикулярная формация ствола головного мозга может осуществлять как диффузное активирующее и тормозное влияние, так и дифференцированный контроль за моторной деятельностью. Эти влияния по восходящим и нисходящим путям ретикулярной формации (см.) поступают как в двигательную область коры больших полушарий, так и в двигательные центры спинного мозга.

Промежуточный мозг (см.) играет важную роль в регуляции сложных двигательных актов. При удалении таламуса (см.) двигательная активность животного становится примитивной. Гипоталамус (см.) участвует в вегетативном обеспечении многочисленных соматических функций, в т. ч. и Д.

Факты, показывающие глубокую и динамичную взаимосвязь функции скелетно-мышечного аппарата со всей системой вегетативных процессов, позволили сформулировать представления о фазах метаболизма в развивающихся организмах животного и человека, что раскрывает особую роль мышечных движений в их формировании.

Базальные ядра (см.) являются высшим надсегментарным аппаратом мозгового ствола, участвующим в регуляции Д. Они обеспечивают регуляцию двигательных актов с участием различных мышечных групп.

Одна из важнейших функций мозжечка (см.) связана с обеспечением точности движений, согласованности быстрых (фазических) и медленных (тонических) компонентов двигательных актов. Мозжечок вместе с симпатической нервной системой (см. Вегетативная нервная система) оказывает трофическое влияние на скелетные мышцы, повышая их работоспособность.

В коре больших полушарий зоны двигательного и тактильного анализаторов размещаются в прецентральной и постцентральной областях (соматосенсорная кора). Двигательная и чувствительная зоны коры больших полушарий имеют соматотопическую организацию; каждой мышечной группе соответствует определенный участок этих зон коры. Подобная взаимосвязь позволяет точно выполнять Д., соотнося их с параметрами действующих на организм факторов окружающей среды. Двигательная и чувствительная зоны коры образуют единую систему, посредством к-рой организуется работа нижележащих нервных центров и осуществляется регуляция двигательной активности человека и животного. Управление Д. схематически можно себе представить следующим образом. Задачи и цель двигательного действия формируются мышлением, что определяет направленность внимания и усилий человека. Мышление и эмоции аккумулируют и направляют эти усилия. Механизмы высшей нервной деятельности (см.) формируют взаимодействие психофизиол, механизмов управления Д. на различных нейрогуморальных уровнях. Физиол, системы на основе взаимодействия эфферентных и афферентных связей обеспечивают развертывание и коррекцию двигательной активности и восстановления. Всеобъемлющую роль в развертывании всех процессов, связанных с осуществлением Д., играет внутренняя среда организма (см.). Информация о результатах действия обеспечивает коррекцию и эффективность Д.

В зависимости от характера Д. физиол, механизмы связаны с произвольной регуляцией Д. или автономны.

Управление Д. скелетных мышц при осуществлении двигательных актов осуществляется на основе взаимодействия различных отделов ц. н. с. (спинальный, бульбарный, среднемозговой уровни, мозжечок). При этом ведущую роль играет кора больших полушарий, особенно при совершении сложных Д. человека, на основе механизмов условнорефлекторных связей и при взаимодействии первой и второй сигнальных систем (см.).

Большую роль при образовании и осуществлении двигательного навыка играют анализаторы (см.). Проприоцептивные анализатор обеспечивает динамику и взаимосвязь мышечных сокращений. Он участвует в пространственной и временной организации двигательного акта (см. Проприоцепторы). Вестибулярный анализатор (см.) взаимодействует с двигательным при формировании и осуществлении двигательного навыка, при изменении положения тела в пространстве. Слуховой анализатор (см.) обеспечивает ритмическую организацию мышечных сокращений, а зрительный анализатор (см.)— пространственную динамику мышечной активности. Все типы Д., свойственные живому организму и определяющие его жизнедеятельность, протекают в единстве и борьбе противоположных процессов расходования и восстановления биоэнергетических и структурных потенциалов организма. И. П. Павлов впервые указал, что процесс торможения способствует восстановлению истраченного раздражимого вещества.

В живых организмах процесс восстановления связан в подавляющем большинстве случаев с механизмами саморегуляции на системном, органном, тканевом и клеточном уровнях (см. Саморегуляция физиологических функций). Расход является естественным стимулятором восстановления и, следовательно, функциональная перегрузка — важным средством управления процессами восстановления.

Различают несколько видов восстановления: периодическое, связанное с биоритмами в организме человека и животного; при этом взаимодействие эндогенных и экзогенных ритмов (смена дня и ночи, времена года и др.) оказывает на этот процесс глубокое влияние (см. Биологические ритмы); предрабочее, возникающее по механизму условного рефлекса во время предстартового состояния и характеризующее «готовность к действию», по Бейнбриджу (F. A. Bainbridge), или «предупреждающую готовность», по А. А. Ухтомскому; текущее — протекает во время работы за счет регуляторных координационных процессов и адаптационнотрофических влияний ц. н. с.; послерабочее, связанное с развитием тормозных процессов в ц. н. с. и устранением возникших во время работы изменений в химизме внутренней среды организма; в ходе послерабочего восстановления формируется конструктивный период, в течение к-рого происходит накопление структурных и биоэнергетических ресурсов — так наз. сверх-восстановление.

Характеристика устойчивости и надежности Д. при разной степени функциональной активности организма, а также приспособительных и компенсаторных систем является важной основой жизни организма как целого.

Надежность определяется рядом особенностей в структурно-функциональной иерархии систем регуляции Д. на всех уровнях.

Различные компенсаторные процессы (см.) являются важной основой устойчивости и надежности всей системы Д. в организме человека и животного. К ним относятся различные регенеративные процессы, введение в строй тканевых единиц, не функционировавших ранее, активизация функции одного из парных органов, внутрисистемная компенсация функции. Широко развита также и межсистемная компенсация двигательных и вегетативных функций, что особенно проявляется при длительной и интенсивной умственной и физической работе.

Компенсация сопровождается следующей последовательностью процессов: сигнализация о наличии дефекта, развитие компенсации при непрерывной обратной афферентации, мобилизация и улучшение компенсаторных механизмов, относительная устойчивость возникающих компенсаторных приспособлений.

Функциональная активность при выполнении физ. упражнений и других видов Д. вызывает специфические и неспецифические психофизиол. реакции. Специфические психофизиол, реакции характеризуются улучшением функции, устойчивости и надежности всех физиол, систем в упражнениях, данного вида, а также при утомлении и др. При этом может быть достигнуто совершенствование организма в процессе его онтогенеза (см.), а также оптимизация баланса расхода и восстановления биоэнергетических и структурных резервов при движениях различной интенсивности и при разных условиях.

Неспецифические психофизиол, реакции обеспечивают повышение устойчивости организма человека и животного к действию неблагоприятных факторов (ионизирующая радиация, токсические вещества, гипертермия, гипоксия, инфекции, различные патол, процессы и др.). Двигательная активность способствует адаптации организма человека к изменениям окружающей среды (климата, временных поясов, условий производства и т. д.).

Различные виды Д. характеризуются динамикой физиологических процессов, которая при их оптимизации обеспечивает наилучшее сохранение жизнедеятельности организма. Чрезмерная мобилизация функциональной активности, не обеспечиваемая необходимым уровнем координации и активности восстановительных процессов в ходе работы и в течение длительного времени после ее окончания, характеризуется как гипердинамия. Это состояние возникает при чрезмерном занятии спортом или тяжелым физ. трудом, при длительных эмоциональных стрессах и т. п. Гипердинамия развивается в результате неадекватной для функционального состояния организма мобилизации функций нервно-мышечной, сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем и может сопровождаться рядом болезненных симптомов.

Другим полюсом двигательной активности является гиподинамия (см.). Это состояние характеризуется снижением деятельности всех органов, систем и расстройством их взаимосвязей в организме. Глубоким изменениям подвергаются различные стороны обмена веществ, снижается надежность и устойчивость организма человека и животного при значительных функциональных нагрузках и действии неблагоприятных факторов окружающей среды.

В целом имеющиеся данные позволяют говорить о двигательной активности человека как процессе, во многом способствующем сохранению его здоровья и трудовой активности. Достижение же физ. совершенства — важный итог всего многообразия и взаимосвязи различных по характеру движений на всех уровнях психофизиол, регуляции целостного организма.

Содержание

Биомеханические основы движения

Основные задачи исследования биомеханики Д.: природа и характер организации силовых взаимодействий разных частей двигательных систем друг с другом и окружающей средой; координационные схемы и принципы построения Д.; энергетика двигательных актов.

Функционально наиболее простыми являются позные Д., обеспечивающие поддержание позы и неподвижного положения организма в пространстве, а также локомоторные Д., обеспечивающие пространственное перемещение организма.

В отличие от технических конструкций и сооружений, устойчивость которых обычно пассивна и статически равновесна, позы животных и человека, за немногим исключением, являются активными и динамически равновесными. Разные позы можно классифицировать по числу точек опоры к, которых может насчитываться 0, 1, 2, 3. п. Статически устойчивыми называются позы (k-позы) при k≥3, если центр тяжести организма в проекции на плоскость опоры находится внутри опорного многоугольника или треугольника (при k=3). Позу вертикального стояния человека можно рассматривать как позу, устойчивость к-рой с механической точки зрения решается организмом одновременно двумя путями: за счет фоновой активности мышц, обеспечивающей необходимую жесткость суставов (поза устойчива к малым возмущениям), и за счет корректирующей активности мышц тела, сводящей отклонения центра тяжести от положения равновесия к минимуму. Вертикальная и другие активные позы человека (напр., удержание груза отведенной конечностью) сопровождаются малоамплитудными случайными колебаниями, или позными микродвижениями, обусловленными импульсным характером активности мышц и рассогласованиями регуляции. Регистрация и анализ позных микродвижений составляют основу некоторых клин, тестов расстройства двигательных функций человека.

При большом числе опорных конечностей — четвероногие позвоночные, насекомые и др.— позы стояния являются статически устойчивыми и для их поддержания достаточно обеспечивать необходимую упругую жесткость конечностей.

Принцип обеспечения статической устойчивости взят за основной принцип анализа ходьбы четвероногих, к-рая рассматривается при этом как непрерывная смена статически устойчивых поз.

Разные формы локомоций организмов определяются свойствами физ. среды, за счет взаимодействия с к-рой осуществляется пространственное перемещение, и особенностями организации двигательных систем.

Существуют три формы локомоций: водная — плавание, осуществляемое за счет гребных движений плавников или конечностей, волнообразных движений тела или с помощью реактивных движителей; сухопутная (ползание, ходьба, бег и прыжки)— осуществляется посредством конечностей и воздушная локомоция (полет), осуществляемая с помощью крыльев.

Перемещения одиночных клеток (амеб или фибробластов) осуществляются путем последовательных локальных прикреплений к субстрату и последующих откреплений — так наз. амебоидное движение. Динамику такой локомоций можно кратко определить как ритмические подтягивания к новым местам прикрепления. Подобным образом взаимодействуют с субстратом и некоторые морские придонные животные (звезды, ежи, голотурии и др.). При ходьбе и беге Д. создаются за счет отталкивания от грунта. При плавании (за счет гребных движений плавников или конечностей) или полете (посредством машущих крыльев) движущие силы являются отталкивающими; для этих локомоций характерно проскальзывание движителей относительно среды и величина движущей силы пропорциональна скорости движения движителя относительно среды. Для гребных (при плавании) и маховых (при полете) Д. существенна специальная организация движения в разных фазах цикла: движения в активной фазе создают максимальную движущую силу, а в фазе возврата оказывают минимальное противодействие. В разных организмах по-разному решаются задачи оптимальной организации движений.

Кроме позных и локомоторных, существует большой класс произвольных специальных движений (поведенческих, трудовых, спортивных, танцевальных и пр.), биомеханические свойства которых из-за сложной и разнообразной структуры их организации трудно охарактеризовать в общем виде.

Двигательные системы

У многоклеточных организмов двигательная система формируется из скелета и мышц.

Позные задачи сами по себе являются комплексными задачами, т. к. помимо коррекции по рассогласованию здесь необходимо создавать фоновую упругую жесткость кинематических целей. Для локомоторных движений фон составляет двигательная программа реализации определенных функциональных состояний (задача последовательной смены поз организма). Кроме того, в силу разных случайных помех и рассогласований необходимы коррекции, обеспечивающие точность выполнения программы. Представления об иерархической организации движений организма и способов управления с участием разных уровней ц. н. с. составляют основу концепции Н. А. Бернштейна о принципах построения движений. Основное разделение управляющих функций осуществляется в ц. н. с. (см. Двигательный анализатор). Кроме специализированных мышечных и сухожильных рецепторов, участвующих в регуляции движений, поперечнополосатые мышцы неоднородны по механическим свойствам составляющих их волокон — наряду с более быстрыми волокнами здесь имеются более медленные, что необходимо для решения разных двигательных задач (от быстрой смены фаз движения до создания постоянного напряжения тонуса — при удержании груза или поддержании позы).

Как источники силы мышечные волокна являются асимметричными, или однонаправленными; активные силы в точках прикрепления волокна, возникающие при сокращении саркомеров, ориентированы вдоль волокна в направлении сокращения, т. е. волокно способно только уменьшать свою длину и расстояние между точками прикрепления, но не способно увеличиваться в длине. Поэтому двигательные системы организмов обычно организуются по принципу парных мышц-антагонистов (мышц-сгибателей и мышц-разгибателей).

Своеобразие задач организации Д. организмов — в избыточности степеней свободы их двигательных систем, благодаря к- рой достигается большое разнообразие форм Д. и форм двигательного поведения. С другой стороны, каждое конкретное Д.— результат редукции избыточных степеней свободы, который достигается согласованной активностью многих мышц. Дальнейшее развитие этого взгляда — определение «языка» построения Д. на основе понятия синергии, т. е. совместного участия разных мышечных групп в движении, или устойчивых двигательных стереотипов (или врожденных, приобретаемых в процессе обучения). Подобно тому как синергии произнесения слов представляют собой разные комплексы «элементарных» синергий произнесения букв и слогов, а произнесение фраз формируется из синергий-слов, так и общую задачу построения Д. организмов можно рассматривать как задачу иерархического синтеза сложных двигательных актов на основе более простых. Т. о., вопрос анализа произвольных Д. сводится к определению «словаря» Д. в виде множества элементарных синергий и способов формирования сложных синергий из элементарных.

В полной постановке задача исследования синергий является чрезвычайно сложной. На практике обычно ограничиваются анализом небольшого числа связей между основными характеристиками Д., т. е. учитывают не все реальные степени свободы двигательной системы, а только нек-рое их подмножество, характерное для изучаемого Д. Шагательные Д. конечностей можно описывать функциями суставных углов, но часто ограничиваются более простой схемой — исследованием ритмической структуры шагательных Д. Ритмическая схема является не только самой простой, но и наиболее универсальной, т. к. на ее основе можно сравнивать не только разные формы локомоций, но и вообще разные ритмические Д. Основной вопрос выбора той или иной схемы описания Д. — определение полного множества (М) независимых параметров, характеризующих данное движение в рамках выбранной схемы. Тогда М можно представлять как «двигательное пространство».

В ритмической схеме описания шагательных Д. вся конечность рассматривается как некоторый «маятник», совершающий колебания с периодом Т, но имеющий разные длительности фазы Т- — опоры, Т+ — переноса. Размах колебаний определяется или углом качания, или длиной шага l = vT, где v — скорость ходьбы. Все эти параметры меняются с изменением скорости. Локомоторная ритмика одиночной конечности полностью определяется тремя параметрами, напр. T, T+, l, которые можно принять за независимые, а остальные находить из определяющих выражений: T- = T— Т+, v = l/T, v+ = v/γ, где v+ — средняя скорость дистальной точки ноги в фазе переноса, a γ = Т+/Т- — параметр структуры цикла. Множество М = <Т, Т+, l>— простейшее Двигательное трехмерное пространство. Если аналогичным образом строить двигательное пространство ходьбы человека, то в общем случае необходимо рассматривать шестимерное пространство. Однако в норме у людей ритмика обеих ног обычно организуется одинаковым образом, а циклы ног всегда противофазны, и исходное шестимерное пространство редуцируется в трехмерное пространство. Определение зависимостей между параметрами пространства М в разных режимах ходьбы человека эквивалентно определению вида дополнительных кинематических синергий одной конечности. Кроме нормальной естественной ходьбы с разными скоростями, для данной задачи достаточно еще изучить «изоритмические режимы»— ходьбу с разными скоростями v при фиксированных значениях ритма (T = const), а также «изометрические режимы»— при фиксированных значениях длины шага (l = const). В каждом режиме ходьбы кинематические параметры являются разными однозначными функциями скорости v, но связаны нек-рой общей для всех режимов функциональной зависимостью:

Геометрически это означает, что в трехмерном пространстве М выделяют двухмерное подпространство, к-рому принадлежат все режимы ходьбы, т. е. уравнение (1) определяет общую для всех режимов кинематическую синергию ходьбы. Специальные режимы однозначно определяются в М дополнительными (искусственными) синергиями типа:

T = const, l = const, (2)

т. e. одно из условий (2) совместно с (1) выделяют в М одномерное подпространство. Для нормальной ходьбы роль условия (2) играет постоянство произведения времени переноса на длину шага (Т+l = const).

Энергетическиe принципы организации движений

При описаниях Д. основными являются понятия кинетической энергии, пропорциональной квадрату скорости Д., и потенциальной энергии, пропорциональной высоте тела над поверхностью Земли (при вертикальных перемещениях в гравитационном поле Земли), или квадрату смещений от положения статического равновесия (при упругих деформациях). Кроме того, Д. всех реальных систем связаны с преодолением внешних и внутренних сил трения и потерей механической энергии — переходом ее в тепловую энергию. Источником движущих сил организмов служит хим. энергия метаболических процессов (см. Мышечное сокращение). Мерой изменения энергии является работа сил, осуществляющих Д.,— сил инерции в случае кинетической энергии или сил гравитации и упругости в случае потенциальной энергии.

Локомоторные и многие другие движения организмов являются существенно активными, т. е. связаны с постоянным расходом энергии мышц на формирование движущих и управляющих сил, но могут содержать отдельные фазы пассивного движения по инерции. Для активных Д. роль энергетического аналога двигательных синергий играет минимум затрачиваемой работы. Этот подход все чаще используется для анализа динамики ходьбы, плавания и т. д. Теоретический анализ механических моделей показывает, что условие минимизации работы накладывает ограничения на организацию двигательных актов и получающиеся при этом предсказания о кинематической картине Д. согласуются с реальной. Принцип энергетической оптимальности служит физической основой формирования двигательных синергий и (возможно) является ведущим принципом обучения разным двигательным навыкам. Конечно, этот принцип не является единственным фактором организации движения, и живой организм решает задачу двигательного поведения исходя из многих разных требований, но среди множества возможных решений каждой двигательной задачи выбираются варианты, оптимизированные энергетически. Напр., тактика организации спринтерской и стайерской локомоций различна, но поскольку двигательные циклы имеют сложную организацию, то в каждом из этих случаев существуют оптимальные локальные тактики построения Д. отдельных звеньев кинематических цепей. В зависимости от общих задач условия оптимального распределения энергозатрат могут меняться, т. е. могут меняться критерии оценки оптимальности Д. Однако независимо от критериев требование оптимальности эквивалентно требованию оптимальности на всех уровнях и подуровнях организации Д. Поэтому требование глобальной энергетической оптимальности распространяется на все звенья двигательной системы, т. е. однозначно определяет всю картину динамической и кинематической организации Д.

Системный принцип в организации движений. В классической физиологии Д. рассматривают как функцию мышечной ткани или костно-мышечного двигательного аппарата человека или животного, что является выражением общего стремления разграничить в каждом объекте исследования его структуру и функцию.

Физиол, анализ природы Д. (как механизмов их возникновения, так и путей их реализации) долгое время базировался на рефлекторной теории.

Последовавшие за этим морфофизиол. исследования сделали возможным использовать анализ Д. не только в целях углубленного изучения механизма нервной регуляции Д., но и в практике клин, диагностики заболеваний нервной системы.

Определенным своеобразием в исследовании Д. отличается подход, который сложился в этологии (см.). Наблюдая естественное сложное поведение животных, этологи пытались разложить его на простые составляющие, выделить ряд категорий поведенческих актов (ритуальные акты, защитные реакции и т. п.), однако в отличие от физиологов они не перешли на уровень анализа отдельных мышечных сокращений. Как оказалось, инстинктивные Д. животных весьма стабильны и могут быть использованы для классификационных целей.

Инстинктивное движение Крейг (W. Craig, 1908) подразделяет на подготовительное поведение и поведение завершающего акта.

На процесс развития учения о сложных двигательных актах огромное влияние оказали исследования клин.-неврол. расстройств, возникающих при различных формах патологии нервной системы.

Позднее теоретической основой понимания физиол, механизмов, лежащих в основе целенаправленного поведения, стала теория функциональных систем П. К. Анохина. С позиций этой теории Д. рассматриваются как этап поведенческого акта, целью к-рого является получение полезного приспособительного эффекта, и вне поведенческого акта Д. теряет свою биол, специфику. Теория функциональной системы рассматривает процесс управления Д. только в рамках двигательного поведенческого акта, поскольку только поведенческий акт обеспечивает получение полезного приспособительного эффекта и обладает необходимой полнотой свойств, присущих целостному объекту. Процесс управления Д. с этих позиций превращается из процесса формирования последовательности и состава команд в процесс организации специфической системы, в условиях существования к-рой данный поток действий будет необходимым и закономерным этапом ее существования.

Сам процесс формирования двигательного акта определяется по меньшей мере тремя факторами: он должен быть направлен на удовлетворение ведущей в данный момент потребности (мотивации); результат данного двигательного акта должен соответствовать запланированному и сформированному в виде его модели в акцепторе результатов действия (см.); двигательный акт характеризуется составом и последовательностью действий, необходимых для получения результата.

Если аналитический подход удовлетворял самой констатацией наличия простых составляющих в пределах сложного целостного явления, перед системным подходом стоит задача выяснения самого механизма объединения частей в более сложное целое (см. Системный анализ). Уже первые шаги в разработке методов членения сложных систем привели к пониманию необходимости отказаться как от чисто морфол., так и от чисто функционального критерия при его реализации, поскольку в рамках системного подхода сами понятия структуры и функции утрачивают свое прежнее абсолютное значение.

С современных позиций наиболее адекватным членением системного объекта на его составляющие должно быть членение, осуществляемое в соответствии с иерархической организацией объекта.

Обращая внимание на важность проблемы иерархии, П. К. Анохин (1973) писал:«. мы никогда не имеем по-настоящему изолированные функциональные системы организации, можно только с дидактической целью выбрать определенную систему, обеспечивающую полезный результат на данном уровне иерархии систем. Не трудно понять, что, раскрыв реальные физиологические механизмы объединения функциональных систем различных уровней, мы приблизились бы к решению проблемы органического объединения анализа и синтеза в самом исследовательском процессе. При образовании иерархии систем всякий более низкий уровень систем должен как-то организовывать контакт результатов, что и может составить следующий более высокий уровень систем».

Учет иерархической структуры особенно необходим при анализе целостных двигательных актов человека, т. к. локальный двигательный акт’ становится возможным и оправданным в его приспособительном смысле только во взаимодействии с позной деятельностью.

В любом целостном двигательном акте необходимо учитывать специфику взаимоотношений в последовательности двигательных актов, поскольку поведение в целом представляет собой непрерывную функцию, так наз. истинный континиум результатов. Говоря о таком континиуме результатов, необходимо подчеркнуть, что в любом целенаправленном поведении четко выделяют завершающий акт, который наиболее ярко выражает цель поведения и группу подготовительных актов, которые создают условия для достижения поставленных целей.

Большой вклад в изучение механизма управления двигательными системами внесли исследования Н. А. Бернштейна. Он показал, что управление двигательными системами сигналами, исходящими только из моторной области коры головного мозга, принципиально невозможно. Двигательный акт — это всегда «многоуровневое» образование, где каждый уровень вносит свою долю в реализацию «двигательной задачи».

Патология движений

Патол, изменения Д., встречающиеся в клинике, многообразны. Они могут касаться нарушений темпа Д., их характера, координации, чаще — ограничения объема и силы Д. (см. Параличи, парезы), наличия насильственных избыточных Д. (см. Гиперкинезы) или замедления и ограничения Д. (см. Брадикинезия). Поражение периферического звена двигательного анализатора приводит к периферическому параличу: выпадают и произвольные и рефлекторные Д., развивается атония и атрофия мышц, изменения электровозбудимости. Иначе проявляются поражения пирамидной системы: глубокие рефлексы не угасают, а повышаются, развивается спастическая мышечная гипертония, появляются так наз. патологические рефлексы (см. Рефлексы патологические).

Акинeз

Термин «акинез» используется для обозначения различных проявлений обездвиженности в двигательной сфере у человека и животных. Менее выраженные степени обездвиженности обозначаются как гипокинезия (см.). Во врачебной практике акинезией называют состояния, проявляющиеся снижением динамики Д. в целом, общим падением уровня моторных функций и двигательной инициативы.

Картина акинеза наиболее типична при акинетико-ригидной форме паркинсонизма (см.). В таких случаях больной неподвижно лежит или сидит в постели, моторика его чрезвычайно ограничена, он испытывает состояние общей скованности, произвольные Д. замедлены, склонны к застыванию; лицо маловыразительно, маскообразно. Двигательная задержка изменяет почерк больного; он пишет медленно мелким почерком (микрография).

В происхождении акинезии, по-видимому, имеет значение своеобразное повышение тонуса мышц тела и конечностей и развитие в них ригидности, т. е. пластической гипертонии. Она отличается от пирамидной спастичности тем, что возникает и держится во всех фазах растяжения мышц.

Акинез развивается при поражениях глубинных структур мозга (черная субстанция, ретикулярная формация ствола мозга, бледный шар, лобно-подкорковые связи), контролирующих Экстрапирамидную двигательную активность и мышечный тонус. Электрофизиол, исследования указывают на значительное удлинение времени проведения возбуждений с коры головного мозга на сегментарные аппараты спинного мозга.

Установлено, что низкий уровень функциональной активности глубинных областей головного мозга при акинезе обусловлен не только органическими изменениями в этих структурах, но и нарушением в них биохим, процессов. Существует параллелизм между выраженностью акинеза и падением концентрации дофамина в стриарных образованиях и черной субстанции ствола головного мозга. Дефицит дофамина снижает активность дофаминергических нейронов в подкорковых узлах и ведет к «разладу» двигательных программ.

У больных с акинезом под влиянием различных стрессовых состояний могут иметь место двигательные кризы, которые носят общее название «парадоксальной кинезии»; обездвиженный больной растормаживается, становится активным, способен совершать сложные по построению Д. (бег, ходьба, игры и пр.), однако затем вновь впадает в состояние акинеза. Приступы парадоксальной кинезии следует рассматривать как периодическую активацию корковых моторных зон с подавлением патологической доминанты.

Особую форму заболевания представляет собой так наз. акинетический мутизм. Он может наступить при поражении оральных отделов ствола мозга и ретикулярной формации, лимбикоретикулярного комплекса; протекает подостро или хронически. Больной в состоянии акинетического мутизма в фазе заторможенности, лежит в постели неподвижно, команды не выполняет, эмоции отсутствуют, речь шепотная, еле слышная. Иногда отмечаются небольшие движения глаз. На ЭЭГ наблюдается значительная депрессия альфа-ритма. Состояние глобального торможения прерывается иногда судорожными кризами и гиперкинезами (см. Миоклонии, Торсионная дистония и др.).

Летальный исход при этих состояниях может быть обусловлен нарушением витальных функций и развитием дыхательной и сердечно-сосудистой недостаточности.

Состояние обездвиженности может сопутствовать и другим заболеваниям нервной системы, напр, у больных с неврозами в результате фиксации болезненных состояний и навязчивости в двигательной сфере, фобий и т. д. Истерические проявления обездвиженности носят название «симптома мнимой смерти» по аналогии с застыванием животных в ответ на ситуацию, опасную для жизни. Значительное торможение двигательных реакций нередко дополняет картину психоза (шизофрения, маниакально-депрессивный психоз, сенильный психоз).

Акинезия может развиться как результат интоксикации подкорковых узлов при длительном применении нейролептиков (аминазин, резерпин, стеллазин и др.)— так наз. акинетическая форма аминазинового паркинсонизма, резерпинового паркинсонизма и т. п.

Akinesia algera — болезненная неподвижность. Движения отсутствуют из-за значительной болезненности, хотя заметных признаков органического поражения не обнаруживается; это может быть связано с диффузными мышечными заболеваниями (напр., миозитом, дерматомиозитом и др.). Больные месяцами не расстаются с постелью. Все случаи акинезии такой формы требуют тщательного клин.-физиол, анализа.

Нарушения координации движений

Координация Д. в норме у человека осуществляется на всех уровнях ц. н. с.— спинного мозга, среднего мозга, лабиринта, мозжечка, таламуса, лобного отдела полушарий большого мозга.

Источник