Статика і динаміка тіла людини, рух і пластика верхніх кінцівок, плечового поясу, нижніх кінцівок і тазу
Вертикальне положення тіла людини в просторі, переміщення його по поверхні, різні види рухів (ходьба, біг, стрибки) склалися в процесі тривалої еволюції разом зі становленням людини як виду. У процесі антропогенезу, у зв'язку з переходом предків людини до наземних умов існування, а потім і до переміщення на двох нижніх кінцівках (задніх) весь організм, окремі його частини, органи, включаючи й опорно-руховий апарат, перетерпіли надзвичайно складні зміни.
Прямоходіння - першооснова головних пристосувальних змін антропогенезу - звільнило верхню кінцівку від опорно-рухової функції. Верхня кінцівка перетворилася в орган праці - руку, вона могла удосконалюватися надалі в спритності рухів. Рука, таким чином, є не тільки органом праці, вона також і продукт його. Ці зміни як результат якісно нової функції відбилися на будівлі всіх складових частин пояса і вільної частини верхньої кінцівки. Плечовий пояс служить не тільки опорою вільної верхньої кінцівки. Він також значно збільшує її рухливість. Завдяки тому, що лопатка з'єднується з кістяком тулуба головним чином за допомогою м'язів, вона здобуває велику волю рухів. Лопатка бере участь у всіх рухах, що робить ключиця. Крім того, лопатка може вільно переміщатися незалежно від ключиці. У багатовісьовому кулястому плечовому суглобі, що майже з усіх боків оточений м'язами, анатомічні особливості будівлі дозволяють робити руху по великих дугах у всіх площинах. Особливо помітно відбилася спеціалізація функції на будівлі кисті. Завдяки розвитку довгих, дуже рухливих пальців, у першу чергу великого пальця, що протиставляється іншим, кисть перетворилася в складний орган, що виконує тонкі, диференційовані дії.
Нижня кінцівка, прийнявши на себе усю вагу тіла, пристосувалася винятково до опорно-рухової діяльності. Вертикальне положення тіла в просторі, Прямоходіння відбилися на будівлі і функціях і пояса (таза), і вільної частини нижньої кінцівки. Пояс нижньої кінцівки (тазовий пояс) як міцна аркова конструкція, пристосувався до передачі ваги тулуба, голови, верхніх кінцівок на голівки стегнових кіст. Сталий у процесі антропогенезу нахил таза в 45-65° сприяє перенесенню на вільні нижні кінцівки ваги тіла в найбільш сприятливих для вертикального положення тіла біомеханічних умовах. Стопа набула склепінну будову, що збільшило її міцність протистояти ваги тіла і виконувати роль гнучкого важеля в переміщенні тіла. Сильно розвилася мускулатура нижньої кінцівки, що пристосувалася до виконання статичних і динамічних навантажень. У порівнянні з верхньою кінцівкою м'яза нижньої кінцівки мають велику масу, у них значно більше щільної сполучної тканини.
Важливим механічним моментом є те, що на нижній кінцівці м'яза мають великі поверхні опори і додатка сили, прикріплюються порівняно далеко від точки опори важеля, на которий діють, але ближче до крапки опору. Неоднакові також відносини груп м'язів друг до друга на верхній і нижній кінцівках: маса розгиначів нижньої кінцівки відноситься до маси згиначів як 3:1, а на верхній кінцівці це відношення виражається як 1:1,042. На нижній кінцівці більше розвиті розгиначів, ніж згиначі. Це зв'язано з тим, що розгиначі відіграють велику роль в утриманні тіла у вертикальному положенні і при пересуванні в просторі (ходьба, біг).
На руці згиначі плеча, передпліччя і кисті зосереджені на передній стороні, оскільки робота, вироблена руками, відбувається перед тулуба. Хватальні рухи виробляються кистю також за участю згиначів. Порівняння м'язів, що повертають, (пронатори, супінатори) верхньої і нижньої кінцівок, їхнє відношення до інших м'язів даної кінцівки також свідчать про те, що на верхній кінцівці вони розвиті набагато більше, ніж на нижній. Маса пронаторів і супінаторів руки відноситься до інших м'язів верхньої кінцівки як 1:4,8. На нижній кінцівці відношення маси м'язів, що повертають, до іншим 1:29,3.
Фасції, апоневрози на нижній кінцівці в зв'язку з великим проявом сили при статичних і динамічних навантаженнях розвиті значно більше, ніж на верхній кінцівці. На нижній кінцівці маються додаткові механізми, що сприяють утриманню тіла у вертикальному положенні і забезпечують пересування його в просторі. Поряд з тим що пояс нижньої кінцівки майже нерухомо з'єднаний із хрестцем і представляє природну опору тулуба, тенденції таза перекинутися назад на голівках стегнових кіст перешкоджає сильно розвите повздовжно-стегнове зв'язування тазостегнового суглоба. У розігнутому колінному суглобі в поперечному напрямку утвориться ламана лінія внаслідок зміни форми латерального і медіального менісків.На рівні гомілковостопного суглоба при стоянні збільшується площа зіткнення між суглобними поверхнями кіст гомілки і таранної кісти, тому що медіальна і латеральна щиколотки охоплюють передній, більш широкий відділ блоку таранної кісти. Фронтальні осі гомілковостопних суглобів установлюються друг до друга під кутом, відкритим до заду. Разом з тим вертикаль ваги тіла обходить гомілковостопний суглоб попереду, приводячи як би до обмеження переднього, більш широкого відрізка блоку таранної кісти між медіальною і латеральною щиколотками. Суглоби верхньої кінцівки (плечовий, ліктьовий, променевопясний) таких гальмових механізмів не мають. Глибоким змінам у процесі антропогенезу піддалися кісти, м'язи тулуба, особливо осьового кістяка хребетного стовпа, що є опорою для голови, верхніх кінцівок, органів грудної і черевної порожнин. У зв'язку з прямоходінням утворилися вигини хребта, розвилася могутня дорсальна мускулатура. Крім того, хребет практично нерухомо з'єднаний у парному міцному хрестцево-подвздовжному зчленуванні з поясом нижніх кінцівок (з тазовим поясом), що у біомеханічному відношенні служить розподільником ваги тулуба на голівки стегнових кіст. Поряд з викладеними анатомічними факторами - особливостями будівлі нижньої кінцівки, тулуба, виробленими в процесі антропогенезу для підтримки тіла у вертикальному положенні, забезпечення стійкої рівноваги і динаміки, особлива увага повинна бути приділена положенню центра ваги тіла.
У живому організмі положення центра ваги змінюється в залежності від переміщення рухливих його частин (руху кінцівок, зміна положення голови, нахили тулуба, переміщення внутрішніх органів і ін.).
Центр ваги тіла людини знаходиться на рівні II крижового хребця; стрімка лінія центра ваги проходить на 5 см за поперечній осі тазостегнових суглобів (приблизно на 2,6 см кзади від великого вертела) і на 3 див перед від поперечної осі гомілковостопного суглоба. Центр ваги голови розташовується небагато на перед від поперечної осі атлантозатилочного суглоба. Загальний центр ваги голови і тулуби знаходиться на рівні середини переднього краю Х грудного хребця.
З метою збереження стійкої рівноваги тіла людини на площині необхідно, щоб перпендикуляр, опущений з центра ваги, падав на площу, займану обома ступнями. Тіло стоїть тим міцніше, чим ширша площа опори і чим нижче розташований центр ваги. Тому для усіх випадків вертикального положення тіла людини збереження рівноваги є головною задачею, тому що в противному випадку повинне піти падіння. Однак, напружуючи відповідні м’язи, ми можемо удержати тіло в різних положеннях (у відомих межах) навіть тоді, коли проекція центра ваги виведена за межі площі опори (сильний нахил тулуба вперед, у сторони і т.д.). Разом з тим стояння і пересування людського тіла не можна вважати стійким, при відносно довгих ногах людин має порівняно невелику площу опори. Оскільки центр ваги тіла людини розташований відносно високо (на рівні II крижового хребця), а опорна площа (площа двох підошов і простору між ними) незначна, стійкість тіла дуже невелика. Тому утримання тіла в стані рівноваги силою м'язових скорочень запобігає його падіння, і частини тіла (голова, тулуб, кінцівки) утримуються в належному співвідношенні для кожного положення тіла. Наприклад, якщо при стоянні буде порушене співвідношення частин тіла (витягування вперед рук, згинання хребта і т.д.), те відповідно змінюються положення і рівновага інших частин тіла. Статистичні і динамічні моменти дії мускулатури знаходяться в прямого зв'язку зі станом положення центра ваги тіла. Оскільки центр ваги всього тіла розташовується на рівні II крижового хребця за поперечною лінією, що з'єднує центри тазостегнових суглобів, тенденції тулуба (разом з тазом.) перекинутися назад протистоять сильно розвиті м'язи і зв'язування, що зміцнюють тазостегнові суглоби. Так забезпечується рівновага усієї верхньої частини тіла, що спочиває на ногах у вертикальному положенні.
Тенденція тіла упасти вперед при стоянні зв'язана також із проходженням вертикалі центра ваги перед (на 3-4 див) від поперечної осі гомілковостопних суглобів. Падінню протистоять дії м'язів задньої поверхні гомілки. Якщо стрімка лінія центра ваги переміститься ще далі на перед до пальців, то скороченням задніх м'язів гомілки п’ятка піднімається, відривається від площини опори і тоді стрімка лінія центра ваги переміщається вперед і опорою служать пальці стопи:
Крім опорної, нижні кінцівки виконують локомоторну функцію, переміщаючи тіло в просторі. Наприклад, при ходьбі тіло людини робить поступальний рух, поперемінно спираючи те на одну, то на іншу ногу; останні по черзі роблять маятникообразні рухи. При ходьбі одна з нижніх кінцівок у визначений момент є опорною (задня), вільною (передня). При кожнім новому кроці вільна нога стає опорної, а опорна виноситься вперед і робиться вільною.Скорочення м'язів нижньої кінцівки при ходьбі помітно підсилюють зігнутість підошви стопи, збільшують кривизну її поперечного і подовжнього зводів. У цей же момент тулуб трохи нахиляється вперед разом з тазом на голівках стегнових кіст. Якщо перший крок початий правою ногою, то права п'ята, потім середина підошви і пальці піднімаються над площиною опори, права нога згинається в тазостегновому і колінному суглобах і виноситься вперед. Одночасно тазостегновий суглоб цієї сторони і тулуб випливають уперед за вільною ногою. Ця (права) нога енергійним скороченням чотириглавого м'яза стегна випрямляється в колінному суглобі, стосується поверхні опори і стає опорною. У цей момент інша (ліва) нога (до початку моменту задня, чи опорна) відривається від площини опори, виноситься вперед, стаючи передньою, вільною ногою. Права нога в цей час залишається за у якості опорної. Разом з нижньою кінцівкою пересувається і тіло вперед і трохи нагору. Так обидві кінцівки по черзі проробляють ті самі рухи в строго визначеній послідовності, підпираючи тіло те з одного боку, то з інший і штовхаючи його вперед. Однак під час ходьби не буває моменту, щоб обидві ноги були одночасно відірвані від поверхні землі (площини опори). Передня (вільна) кінцівка встигає завжди торкнутися площини опори п'ятою раніш, ніж задня (опорна) нога цілком відокремиться від її. Цим ходьба відрізняється від бігу і стрибків. Разом з тим при ходьбі існує момент, коли обидві ноги одночасно стосуються землі, причому опорна всією підошвою, а вільна пальцями, перед тим як останні відокремляться від землі. Ніж швидше ходьба, тим коротше момент одночасного дотику обох ніг до площини опори.
Просліджуючи при ходьбі зміни положення центра ваги, можна відзначити рух усього тіла вперед, нагору й у сторони в горизонтальної, фронтальної і сагіттальної площинах. Найбільший зсув уперед відбувається в горизонтальній площині. Зсув нагору і вниз складає 3-4 див, а в сторони (бічні хитання) - на 1-2 див. Характер і ступінь цих зсувів піддаються значним коливанням і залежать від віку, підлоги й індивідуальних особливостей. Сукупність цих факторів визначає індивідуальність ходи, хоча остання не є щось постійне, тому що може змінюватися під впливом тренування. У середньому довжина звичайного спокійного кроку 66 див і за часом займає 0,6с.
При прискоренні ходьби момент одночасного торкання ґрунту обома ногами випадає, крок переходить у біг. Тому біг відрізняється від ходьби тим, що при ньому мають місце тільки поперемінна опора і торкання площі опори то однієї, то іншою ногою.
Використана література:
1. Медична енциклопедія. В 4-х томах. – М., 1986.
2. Анатомія. Посібник. – К., 1994.