ЭЛЕМЕНТЫ СТАТИКИ И ДИНАМИКИ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА. ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ

Содержание материала

ЭЛЕМЕНТЫ СТАТИКИ И ДИНАМИКИ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА. ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ

Вертикальное положение тела человека, перемещение его в пространстве, различные виды движений (ходьба, бег, прыжки) сложились в процессе длительной эволюции вместе со станов­лением человека как вида. В процессе антропогенеза, в связи с переходом предков человека к наземным условиям существова­ния, а затем и к перемещению на двух (нижних) конечностях существенно изменилась анатомия всего организма, отдельных его частей, органов, включая и опорно-двигательный аппарат. Прямохождение освободило верхнюю конечность от опорно­двигательной функции. Верхняя конечность превратилась в орган труда — руку и в дальнейшем могла совершенствоваться в ловкости движений. Эти изменения как результат качественно новой функции отразились на строении всех составных частей пояса и свободного отдела верхней конечности. Плечевой пояс служит не только опорой свободной верхней конечности, он значительно увеличивает ее подвижность. Благодаря тому что лопатка соединяется со скелетом туловища главным образом при помощи мышц, она приобретает большую свободу движе­ний. Лопатка участвует во всех движениях, которые совершает ключица. Кроме того, лопатка может свободно перемещаться независимо от ключицы. В многоосном шаровидном плечевом суставе, который почти со всех сторон окружен мышцами, ана­томические особенности строения позволяют производить дви­жения по большим дугам во всех плоскостях. Особенно заметно специализация функций отразилась на строении кисти. Благо­даря развитию длинных, очень подвижных пальцев (в первую очередь большого пальца) кисть превратилась в сложный орган, выполняющий тонкие, дифференцированные действия.

Нижняя конечность, приняв на себя всю тяжесть тела, при­способилась исключительно к опорно-двигательной функции. Вертикальное положение тела, прямохождение отразились на строении и функциях пояса (таза) и свободного отдела нижней конечности. Пояс нижних конечностей (тазовый пояс) как прочная арочная конструкция приспособился к передаче тяжес­ти туловища, головы, верхних конечностей на головки бедрен­ных костей. Установившийся в процессе антропогенеза наклон таза на 45—65° способствует перенесению на свободные нижние конечности тяжести тела в наиболее благоприятных для верти­кального положения тела биомеханических условиях. Стопа приобрела сводчатое строение, что увеличило ее способность противостоять тяжести тела и выполнять роль гибкого рычага при его перемещении. Сильно развилась мускулатура нижней конечности, которая приспособилась к выполнению статичес­ких и динамических нагрузок. По сравнению с мышцами верх­ней конечности мышцы нижней конечности имеют большую массу.

На нижней конечности мышцы имеют обширные поверх­ности опоры и приложения мышечной силы. Мышцы нижней конечности крупнее и сильнее, чем верхней конечности. На нижней конечности разгибатели развиты больше, чем сгибате­ли. Это связано с тем, что разгибатели играют большую роль в удержании тела в вертикальном положении и при передвиже­нии (ходьба, бег).

На руке сгибатели плеча, предплечья и кисти сосредоточены на передней стороне, поскольку работа, производимая руками, совершается впереди туловища. Хватательные движения произ­водятся кистью, на которую действует большее число сгибате­лей, чем разгибателей. Поворачивающих мышц (пронаторы, су­пинаторы) у верхней конечности также больше, чем у нижней. У верхней конечности они развиты намного лучше, чем у ниж­ней. Масса пронаторов и супинаторов руки относится к осталь­ным мышцам верхней конечности как 1:4,8. У нижней конеч­ности отношение массы поворачивающих мышц к остальным равно 1:29,3.

Фасции, апоневрозы у нижней конечности в связи с большим проявлением силы при статических и динамических нагрузках развиты значительно лучше, чем у верхней конечности. У ниж­ней конечности имеются дополнительные механизмы, которые способствуют удержанию тела в вертикальном положении и обеспечивают передвижение его в пространстве. Пояс нижней конечности почти неподвижно соединен с крестцом и представ­ляет собой естественную опору туловища. Стремлению таза оп­рокинуться кзади на головках бедренных костей препятствуют сильно развитая подвздошно-бедренная связка тазобедренного сустава и сильные мышцы. Кроме того, вертикаль тяжести тела, проходящая впереди поперечной оси коленного сустава, меха­нически способствует удержанию коленного сустава в разогну­том положении.

На уровне голеностопного сустава при стоянии увеличивается площадь соприкосновения между суставными поверхностями костей голени и таранной кости. Этому способствует тот факт, что медиальная и латеральная лодыжки охватывают передний, более широкий отдел блока таранной кости. Кроме того, фронтальные оси правого и левого голеностопных суставов устанавливаются друг к другу под углом, открытым кзади. Вертикаль тяжести тела проходит кпереди по отношению к голеностопным суставам. Это приводит как бы к ущемлению переднего, более широкого отрез­ка блока таранной кости между медиальной и латеральной ло­дыжками. Суставы верхней конечности (плечевой, локтевой, лу­чезапястный) таких тормозных механизмов не имеют.

Глубоким изменениям в процессе антропогенеза подвер­глись кости, мышцы туловища, особенно осевого скелета — по­звоночного столба, который является опорой для головы, верх­них конечностей, органов грудной и брюшной полостей. В связи с прямохождением образовались изгибы позвоночника, развилась мощная дорсальная мускулатура. Кроме того, позво­ночник практически неподвижно соединен в парном прочном крестцово-подвздошном сочленении с поясом нижних конеч­ностей (с тазовым поясом), который в биомеханическом отно­шении служит распределителем тяжести туловища на головки бедренных костей (на нижние конечности).

Наряду с анатомическими факторами — особенностями строения нижней конечности, туловища, выработанными в процессе антропогенеза для поддержания тела в вертикальном положении, обеспечения устойчивого равновесия и динамики, особое внимание должно быть уделено положению центра тя­жести тела.

Общим центром тяжести (ОЦТ) человека называют точку приложения равнодействующих всех сил тяжести частей его тела. Согласно данным М.Ф.Иваницкого, ОЦТ располагается на уровне I—V крестцовых позвонков и проецируется на перед­нюю поверхность тела выше лобкового симфиза. Положение ОЦТ по отношению к продольной оси тела и позвоночного столба зависит от возраста, пола, костей скелета, мышц и отло­жений жира. Кроме того, наблюдаются суточные колебания по­ложения ОЦТ в связи с укорочением или удлинением позвоноч­ного столба, которые возникают из-за неравномерных физичес­ких нагрузок днем и ночью. У пожилых и старых людей положе­ние ОЦТ зависит также от осанки. У мужчин ОЦТ располагает­ся на уровне III поясничного — V крестцового позвонков, у женщин — на 4—5 см ниже, чем у мужчин, и соответствует уровню от V поясничного до I копчикового позвонка. Это зави­сит, в частности, от большего, чем у мужчин, отложения под­кожного жира в области таза и бедер. У новорожденных ОЦТ находится на уровне V—VI грудных позвонков, а затем посте­пенно (до 16—18 лет) опускается вниз и перемещается несколь­ко кзади.

Положение ОЦТ тела человека зависит также от типа тело­сложения. У лиц долихоморфного типа телосложения (у астени­ков) ОЦТ располагается относительно ниже, чем у лиц брахи­морфного типа телосложения (у гиперстеников).

В результате исследований было установлено, что ОЦТ тела человека находится обычно на уровне II крестцового позвонка. Отвесная линия центра тяжести проходит на 5 см позади по­перечной оси тазобедренных суставов, примерно на 2,6 см кзади от линии, соединяющей большие вертелы, и на 3 см кпе­реди от поперечной оси голеностопных суставов. Центр тяжести головы располагается немного кпереди от поперечной оси ат­лантозатылочных суставов. Общий центр тяжести головы и ту­ловища находится на уровне середины переднего края X грудно­го позвонка.

Для сохранения устойчивого равновесия тела человека на плоскости необходимо, чтобы перпендикуляр, опущенный из его центра тяжести, падал на площадь, занимаемую обеими ступнями. Тело стоит тем прочнее, чем шире площадь опоры и чем ниже расположен центр тяжести. Для вертикального поло­жения тела человека сохранение равновесия является главной задачей. Однако, напрягая соответствующие мышцы, человек может удержать тело в различных положениях (в известных пре­делах) даже тогда, когда проекция центра тяжести выведена за пределы площади опоры (сильный наклон туловища вперед, в стороны и т.д.). Вместе с тем стояние и передвижение тела че­ловека нельзя считать устойчивыми. При относительно длин­ных ногах человек имеет сравнительно небольшую площадь опоры. Поскольку общий центр тяжести тела у человека распо­ложен сравнительно высоко (на уровне II крестцового позвон­ка), а опорная площадь (площадь двух подошв и пространства между ними) незначительна, устойчивость тела очень невелика. В состоянии равновесия тело удерживается силой мышечных сокращений, что предотвращает его от падения. Части тела (го­лова, туловище, конечности) при этом занимают соответствую­щее каждой из них положение. Однако если будет нарушено со­отношение частей тела (например, вытягивание рук вперед, сги­бание позвоночника при стоянии и т.д.), то соответственно из­меняются положение и равновесие других частей тела. Стати­ческие и динамические моменты действия мускулатуры нахо­дятся в прямой связи с положением центра тяжести тела. По­скольку центр тяжести всего тела располагается на уровне II крестцового позвонка позади поперечной линии, соединяющей центры тазобедренных суставов, стремлению туловища (вместе с тазом) опрокинуться назад противостоят сильно развитые мышцы и связки, укрепляющие тазобедренные суставы. Так обеспечивается равновесие всей верхней части тела, удерживаю­щейся на ногах в вертикальном положении.

Стремление тела упасть вперед при стоянии обусловлено прохождением вертикали центра тяжести впереди (на 3—4 см) от поперечной оси голеностопных суставов. Падению противо­стоят действия мышц задней поверхности голени. Если отвес­ная линия центра тяжести переместится еще дальше кпереди — к пальцам, то сокращением задних мышц голени пятка припод­нимается, отрывается от плоскости опоры, отвесная линия центра тяжести перемещается вперед и опорой служат пальцы стопы.

Кроме опорной, нижние конечности выполняют локомотор­ную функцию, перемещая тело в пространстве. Например, при ходьбе тело человека совершает поступательное движение, по­переменно опираясь то на одну, то на другую ногу. При этом ноги поочередно совершают маятникообразные движения. При ходьбе одна из нижних конечностей в определенный момент яв­ляется опорой (задней), другая — свободной (передней). При каждом новом шаге свободная нога становится опорной, а опорная выносится вперед и делается свободной.

Сокращение мышц нижней конечности при ходьбе заметно усиливают изогнутость подошвы стопы, увеличивают кривизну ее поперечного и продольных сводов. Одновременно в этот мо­мент туловище несколько наклоняется вперед вместе с тазом на головках бедренных костей. Если первый шаг начат правой ногой, то правая пятка, затем середина подошвы и пальцы под­нимаются над плоскостью опоры, правая нога сгибается в тазо­бедренном и коленном суставах и выносится вперед. Одновре­менно тазобедренный сустав этой стороны и туловище следуют вперед за свободной ногой. Эта (правая) нога энергичным со­кращением четырехглавой мышцы бедра выпрямляется в колен­ном суставе, касается поверхности опоры и становится опор­ной. В этот момент другая, левая нога (до этого момента задняя, опорная) отрывается от плоскости опоры, выносится вперед, становясь передней, свободной ногой. Правая нога в это время остается позади в качестве опорной. Вместе с нижней конеч­ностью и тело передвигается вперед и несколько вверх. Так обе конечности поочередно проделывают одни и те же движения в строго определенной последовательности, подпирая тело то с одной, то с другой стороны и толкая его вперед. Однако во время ходьбы не бывает момента, чтобы обе ноги были одно­временно оторваны от поверхности земли (плоскость опоры). Передняя (свободная) конечность всегда успевает коснуться плоскости опоры пяткой раньше, чем задняя (опорная) нога полностью отделится от нее. Этим ходьба отличается от бега и прыжков. Вместе с тем при ходьбе присутствует момент, когда обе ноги одновременно касаются земли, причем опорная — всей подошвы, а свободная — пальцами. Чем быстрее ходьба, тем короче момент одновременного прикосновения обеих ног к плоскости опоры.

Прослеживая при ходьбе изменения положения центра тяжес­ти, можно отметить движение всего тела вперед, вверх и стороны в горизонтальной, фронтальной и сагиттальной плоскостях. Наи­большее смещение происходит вперед в горизонтальной плоскос­ти. Смещение вверх и вниз составляет 3—4 см, а в стороны (боко­вые качания) — 1—2 см. Характер и степень этих смещений под­вержены значительным колебаниям и зависят от возраста, пола и индивидуальных особенностей. Совокупность этих факторов обу­словливает индивидуальность походки, которая может изменять­ся под влиянием тренировки. В среднем длина обычного спокой­ного шага составляет 66 см и занимает время 0,6 с.

При ускорении ходьбы шаг переходит в бег. Бег отличается от ходьбы тем, что при нем имеют место попеременно только опора и касание площади опоры то одной, то другой ногой.