Само понятие «координация» можно определить как способность реализовать движение в соответствии с его замыслом или как согласование во времени и пространстве работы отдельных мышечных групп, направленное на достижение определенного двигательного эффекта через преодоление, согласно представлениям Н.А. Бернштейна, избыточных степеней свободы ОДС.

Для удобства описания координации мышечной деятельности используют такие понятия, как биокинематическая пара, биокинематическая цепь и степени свободы.

Биокинематическая пара – это два звена (кости), соединенные между собой подвижно (суставом). Примером биокинематической пары является плечо и предплечье, соединенные локтевым суставом.

Биокинематическая цепь – это последовательное или разветвленное соединение кинематических пар. Различают замкнутые и незамкнутые кинематические цепи. Примером замкнутой цепи является последовательное соединение двух ребер, грудины и позвонка в грудной клетке. К незамкнутой кинематической цепи можно отнести безопорную ногу в фазе переноса при ходьбе. Условно в теле вертикально стоящего человека можно выделить две глобальные кинематические цепи: нижнюю замкнутую, включающую нижние конечности, и верхнюю незамкнутую, в состав которой входят звенья верхних конечностей (рис. 1).

Степени свободы – это количество независимых угловых и линейных перемещений тела. Применительно к телу человека понятие степени свободы характеризует степень подвижности биокинематических пар, цепей и всего тела человека. Поскольку в суставах возможны в основном вращательные движения, то степени свободы в них определяются независимыми угловыми перемещениями, количество которых зависит от формы и строения сустава. Так, например, в локтевом суставе имеется две степени свободы (сгибание-разгибание и пронация-супинация), а в тазобедренном суставе – три степени свободы (сгибание-разгибание, отведение-приведение и пронация-супинация). Чтобы определить число степеней свободы в кинематической цепи, нужно сложить степени свободы всех суставов этой цепи. В теле человека насчитывается 244 степени свободы, что свидетельствует о его колоссальной подвижности, а значит, и необходимости управления движениями такой сложной системы.

Рис. 1. Биокинематические цепи (по Донскому Д.Д., 1971): а – открытая (незамкнутая), б – закрытая (замкнутая)

В процессе овладения двигательным навыком координация движений проходит ряд сменяющих друг друга этапов. Первый этап – активной статической (тонической) фиксации избыточных степеней свободы сочленений. Такой способ координирования крайне неэкономичен и утомителен. На следующем этапе преодоление избыточных степеней свободы совершается уже не путем непрерывной тонической фиксации, а посредством коротких фазических импульсов, посылаемых в нужный момент к определенной мышце. На последующих стадиях выработки навыка организм начинает так использовать реактивные силы, что они не только не нарушают движение, а содействуют его выполнению. В динамически устойчивом движении все степени свободы, кроме заданной, связаны реактивными силами и движение совершается без коррекционных импульсов. Такое движение экономично для мышц и ЦНС.

В осуществлении координации движений участвуют все отделы ЦНС – от спинного мозга до коры большого мозга. У человека двигательные функции достигли наивысшей сложности в результате перехода к прямостоянию и прямохождению (что осложнило задачу поддержания равновесия), специализации передних конечностей для совершения тонких движений, использования двигательного аппарата для коммуникации (речь, письмо). В управление движениями человека включены высшие формы деятельности мозга, связанные с сознанием, что дало основание называть соответствующие движения произвольными.

Для совершения сложнокоординированных движений биокинематической цепью уже недостаточно работы только изолированной мышечной группы. В таких случаях речь идет о сбалансированной работе мышечных цепей. Мышечные цепи – это линии, по которым мышечное напряжение переходит от одного участка к другому (рис. 2). Следует различать два варианта мышечных цепей: кинематические и динамические.

Кинематические мышечные цепи представляют собой реализацию базовых двигательных стереотипов, в основе которых лежит гравитационное взаимодействие тела с силой тяготения.

По утверждению профессора Д. Воон: «Гравитация есть начало и конец: все земные тела на коленях перед нею».

Рис. 2. Мышечные цепи (по Мольеру, 1938): а – вид сбоку, б – вид спереди

Именно гравитацией обусловлен правильный или неправильный, энергетически экономичный или расточительный способ решения конкретных двигательных задач, а также определяется координационный уровень и точность движений.

В преодолении гравитации (антигравитарной функции) и удержании тела параллельно вектору гравитации (постуральная функция) заключается суть деятельности мышечных кинематических цепей.

Для такого двигательного стереотипа, как опороспособность (вставание), характерна работа мышечных цепей нижней замкнутой кинематической цепи (икроножные, четырехглавые, ягодичные мышцы и мышцы-разгибателя спины). Для манипуляций (хват) – мышцы верхней открытой кинематической цепи (мышцы-сгибатели кисти, предплечья, плеча и разгибатели шеи). Следует отметить, что для человека, обучающегося ходьбе на костылях, антигравитарными мышцами становятся мышцы-разгибатели верхних конечностей. Для стереотипа ходьбы (передвижения) свойственно поочередное включение групп сгибателей и разгибателей одновременно верхних и нижних конечностей. Связующей верхние и нижние мышечные кинематические цепи мышечной группой являются мышцы живота (рис. 3).

В связи с прямохождением брюшная стенка человека не несет тяжести внутренностей, лишена костного скелета, и мощные мышцы живота, образующие брюшной пресс, компенсируют отсутствие скелета. Различают три группы мышц брюшного пресса: мышцы боковых стенок (наружная и внутренняя косые, поперечные), мышцы передней стенки (прямая, пирамидальная) и мышцы задней стенки (квадратная мышца поясницы). Именно мышцы живота – брюшной пресс – стабилизируют верхние и нижние кинематические цепи, являясь ключом к построению любого двигательного навыка и стереотипа движений.

Рис. 3. Нижняя закрытая кинематическая цепь, верхняя открытая кинематическая цепь и область брюшного пресса (по Донскому Д.Д., 1971)