Punctum fixum и punctum mobile могут меняться своими местами в случае укрепления подвижной точки и освобождения фиксированной. Например, при стоянии подвижной точкой прямой мышцы живота будет ее верхний конец (сгибание верхней части туловища), а при висе тела с помощью рук на перекладине – нижний конец (сгибание нижней части туловища).
Выделяют следующие закономерности распределения мышц в теле человека:
1. Соответственно строению тела по принципу двусторонней симметрии мышцы являются парными или состоят из двух симметричных половин (например, m. trapezius).
2. В туловище, имеющем сегментарное строение, многие мышцы являются сегментарными (межреберные, короткие мышцы позвонков) или сохраняют следы метамерии (прямая мышца живота). Широкие мышцы живота слились в сплошные пласты из сегментарных межреберных вследствие редукции костных сегментов – ребер.
3. Так как производимое мышцей движение совершается по прямой линии, являющейся кратчайшим расстоянием между двумя точками, то сами мышцы располагаются по кратчайшему расстоянию между этими точками. Поэтому, зная точки прикрепления мышцы, а также то, что подвижный пункт при мышечном сокращении притягивается к неподвижному, всегда можно сказать заранее, в какую сторону будет происходить движение, производимое данной мышцей, и определить ее функцию.
4. Мышцы, перекидываясь через сустав, имеют определенное отношение к осям вращения, чем и обусловливается функция мышц. Обычно мышцы своими волокнами или равнодействующей их силы всегда перекрещивают приблизительно под прямым углом ту ось в суставе, вокруг которой они производят движение.
В функциональном аспекте мышцы делятся на сгибатели (flexores), разгибатели (extensores), приводящие (adductores), отводящие (abductores), вращатели (rotatores) кнутри (pronatores) и кнаружи (supinatores).
Кроме элементарной функции мышц, определяемой анатомическим отношением их к оси вращения данного сустава, необходимо учитывать изменения функционального состояния мышц, наблюдаемые в живом организме и связанные с сохранением положения тела и его отдельных частей и постоянно меняющейся статической и динамической нагрузки на аппарат движения. Поэтому одна и та же мышца в зависимости от положения тела или его части, при котором она действует, и фазы соответствующего двигательного акта часто меняет свою функцию. Например, трапециевидная мышца по-разному участвует своими верхней и нижней частями при подъеме руки выше горизонтального положения. Так, при отведении руки обе названные части трапециевидной мышцы одинаково активно участвуют в этом движении, затем (после подъема выше 120°) активность нижней части названного мускула прекращается, а верхней – продолжается до вертикального положения руки. При сгибании руки, т. е. при поднятии ее вперед, нижняя часть трапециевидной мышцы малоактивна, а после подъема выше 120°, наоборот, обнаруживает значительную активность.
Любое взаимодействие мышц при выполнении физических движений возникает вследствие группового действия мышц. Ни одно движение не выполняется посредством изолированной работы одиночных мышц.
Различают группы мышц: агонисты (каждая мышца имеет ту же функцию, что и вся группа в целом), антагонисты (группы мышц взаимно противоположного действия), синергисты (вспомогательные мышцы, изолированное действие каждой из них отлично от совместного действия всех мышц группы) и стабилизаторы (группа фиксирующих мышц). Если разложить силы тяги синергистов на их составляющие, то одни из них действуют как агонисты (тянут в сторону движения), а другие – как антагонисты (взаимно уравновешивают тягу противоположного направления). Антагонизм тяги мышц как между группами мышц-антагонистов, так и внутри группы мышц-синергистов обеспечивает регулирование величины и направления скорости движений.
Статическое напряжение антагонистических групп мышц обеспечивает неподвижное положение соответствующих частей тела (фиксирование суставов). Эти напряжения называются опорными, так как благодаря им неподвижные части тела служат опорой для движущихся частей тела и соответствующих мышц. Мышцы, изменяющие свою длину при движениях частей тела, имеют рабочие напряжения, совершая преодолевающую работу (укорачиваясь) и уступающую (растягиваясь).
Двусуставные и многосуставные мышцы при движениях частей тела в соответствующих суставах в естественных движениях ходьбы и бега осуществляют так называемую мышечную координацию, т. е. обусловливают сложносогласованные движения в суставах, почти не изменяя своей длины. Взаимодействие мышц в физических упражнениях обусловливает: создание опоры за счет неподвижности одних частей тела, регулирование величины скорости движения за счет антагонистического действия движущих и тормозящих мышц (их преодолевающей и уступающей работы) и определение единственного из всех возможных путей движения за счет взаимодействия антагонистической тяги внутри групп мышц-синергистов, как движущих, так и тормозящих. Таким образом, силы мышечных напряжений в соответствии со всеми остальными силами обусловливают координацию движений как согласование элементов движений с задачей движения и складывающимися условиями (Кукушкин Г.И., 1961).
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.
