Statikk og dynamikk i menneskekroppen: tyngdepunkt

Menneskekroppens vertikale posisjon, dens bevegelse i rommet, ulike typer bevegelser (gange, løping, hopping) utviklet seg i løpet av den lange evolusjonen sammen med dannelsen av mennesket som art. I antropogeneseprosessen, i forbindelse med overgangen til menneskenes forfedre til jordiske eksistensforhold, og deretter til bevegelse på to (nedre) lemmer, endret anatomien til hele organismen, dens individuelle deler, organer, inkludert muskel- og skjelettsystemet, seg betydelig. Tobenthet frigjorde overekstremiteten fra muskel- og skjelettfunksjonen. Overekstremiteten ble til et arbeidsorgan - en hånd - og kunne ytterligere forbedre bevegelsesevnen. Disse endringene som et resultat av en kvalitativt ny funksjon gjenspeiles i strukturen til alle komponentene i skulderbeltet og den frie delen av overekstremiteten. Skulderbeltet fungerer ikke bare som en støtte for den frie overekstremiteten, det øker også mobiliteten betydelig. Fordi skulderbladet er koblet til kroppens skjelett hovedsakelig ved hjelp av muskler, får det større bevegelsesfrihet. Skulderbladet deltar i alle bevegelser utført av kragebenet. I tillegg kan skulderbladet bevege seg fritt uavhengig av kragebenet. I det multiaksiale kuleleddet i skulderen, som er omgitt av muskler på nesten alle sider, tillater strukturens anatomiske trekk bevegelser langs store buer i alle plan. Spesialiseringen av funksjoner er spesielt merkbar i håndens struktur. Takket være utviklingen av lange, svært mobile fingre (primært tommelen) har hånden blitt et komplekst organ som utfører fine, differensierte handlinger.

Underekstremiteten, som har tatt på seg hele kroppens vekt, er utelukkende tilpasset muskel- og skjelettfunksjonen. Kroppens vertikale stilling, oppreist holdning, gjenspeiles i strukturen og funksjonene til beltet (bekkenet) og den frie delen av underekstremiteten. Beltet på underekstremitetene (bekkenbeltet) er en sterk, buet struktur som er tilpasset overføring av vekten av overkroppen, hodet og overekstremitetene til lårbenshodet. Bekkenets helning på 45–65°, etablert i antropogeneseprosessen, bidrar til overføring av kroppens vekt til de frie underekstremitetene under de mest gunstige biomekaniske forholdene for kroppens vertikale stilling. Foten har fått en buet struktur, noe som øker dens evne til å motstå kroppens vekt og fungere som en fleksibel spak når den beveges. Musklene i underekstremiteten har utviklet seg kraftig, noe som har tilpasset seg statiske og dynamiske belastninger. Sammenlignet med musklene i overekstremiteten har musklene i underekstremiteten en større masse.

På underekstremiteten har musklene omfattende støtteflater og bruk av muskelkraft. Musklene i underekstremiteten er større og sterkere enn musklene i overekstremiteten. På underekstremiteten er ekstensorene mer utviklede enn fleksorene. Dette skyldes at ekstensorene spiller en viktig rolle i å holde kroppen oppreist og i bevegelse (gange, løping).

I armen er fleksorene i skulderen, underarmen og hånden konsentrert på forsiden, siden arbeidet som utføres av hendene gjøres foran kroppen. Gripebevegelser utføres av hånden, som påvirkes av et større antall fleksorer enn ekstensorer. Overekstremiteten har også flere dreiemuskler (pronatorer, supinatorer) enn underekstremiteten. De er mye bedre utviklet i overekstremiteten enn i underekstremiteten. Massen til pronatorene og supinatorene i armen forholder seg til resten av musklene i overekstremiteten som 1:4,8. I underekstremiteten er masseforholdet mellom dreiemusklene og resten 1:29,3.

Fascien og aponeurosen i underekstremiteten er mye bedre utviklet enn i overekstremiteten på grunn av den større kraftutfoldelsen under statiske og dynamiske belastninger. Underekstremiteten har ytterligere mekanismer som bidrar til å holde kroppen i en vertikal stilling og sikre dens bevegelse i rommet. Underekstremitetens belte er nesten ubevegelig forbundet med korsbenet og er en naturlig støtte for overkroppen. Bekkenets tendens til å vippe bakover på lårbenshodene forhindres av det høyt utviklede iliofemorale ligamentet i hofteleddet og sterke muskler. I tillegg bidrar den vertikale bevegelsen av kroppens tyngdekraft, som passerer foran kneleddets tverrgående akse, mekanisk til å holde kneleddet i en utstrakt stilling.

På ankelleddnivå, når man står, øker kontaktområdet mellom leddflatene på tibia og talus. Dette forenkles av at de mediale og laterale malleolene omfavner den fremre, bredere delen av talusblokken. I tillegg er frontaksene til høyre og venstre ankelledd plassert i en vinkel mot hverandre som er åpen mot baksiden. Vertikalen i kroppens tyngdekraft går fremover i forhold til ankelleddene. Dette fører til en slags klemming av den fremre, bredere delen av talusblokken mellom de mediale og laterale malleolene. Leddene i overekstremiteten (skulder, albue, håndledd) har ikke slike bremsemekanismer.

Bein og muskler i overkroppen, spesielt aksialskjelettet - ryggsøylen, som støtter hodet, overekstremitetene og organene i bryst- og bukhulen - gjennomgikk dyptgripende endringer i antropogeneseprosessen. I forbindelse med oppreist holdning ble det dannet kurver i ryggraden, og kraftige ryggmuskler utviklet seg. I tillegg er ryggraden praktisk talt ubevegelig i et parret sterkt korsbeinsledd med underekstremiteten (med bekkenbeltet), som biomekanisk sett fungerer som en fordeler av overkroppens vekt til lårbenshodene (til underekstremitetene).

Sammen med anatomiske faktorer - de strukturelle trekkene til underekstremitetene og torsoen, utviklet i prosessen med antropogenese for å holde kroppen i en oppreist stilling, og sikre stabil balanse og dynamikk, bør spesiell oppmerksomhet rettes mot kroppens tyngdepunkts posisjon.

Det generelle tyngdepunktet (GC) til en person er påvirkningspunktet for resultanten av alle gravitasjonskreftene i kroppsdelene hans. Ifølge MF Ivanitsky er GC plassert på nivå med IV korsvirvel og projiseres på kroppens fremre overflate over kjønnssymfysen. Plasseringen av GC i forhold til kroppens og ryggsøylens lengdeakse avhenger av alder, kjønn, skjelettbein, muskler og fettavleiringer. I tillegg er det daglige svingninger i GCs posisjon på grunn av forkorting eller forlengelse av ryggsøylen, som oppstår på grunn av ujevn fysisk aktivitet på dagtid og om natten. Hos eldre og gamle mennesker avhenger GCs posisjon også av holdning. Hos menn er GC plassert på nivå med III korsvirvel - V korsvirvel, hos kvinner - 4-5 cm lavere enn hos menn, og tilsvarer nivået fra V korsvirvel til I halebenvirvel. Dette avhenger spesielt av den større avsetningen av subkutant fett i bekken- og hofteområdet enn hos menn. Hos nyfødte er tyngdepunktet på nivå med V-VI brystvirvler, og deretter gradvis (opptil 16-18 år) beveger det seg nedover og litt bakover.

Plasseringen av menneskekroppens tyngdepunkt avhenger også av kroppstypen. Hos personer med dolikomorf kroppstype (astenikere) er tyngdepunktet plassert relativt lavere enn hos personer med brachymorf kroppstype (hypersthenikere).

Som et resultat av forskningen ble det fastslått at menneskekroppens tyngdepunkt vanligvis ligger på nivå med den andre korsvirvelen. Loddlinjen for tyngdepunktet går 5 cm bak den tverrgående aksen til hofteleddene, omtrent 2,6 cm bak linjen som forbinder de større trochanterene, og 3 cm foran den tverrgående aksen til ankelleddene. Hodets tyngdepunkt ligger litt foran den tverrgående aksen til atlanto-occipitalleddene. Det felles tyngdepunktet for hodet og kroppen ligger på nivå med midten av den fremre kanten av den tiende brystvirvelen.

For å opprettholde en stabil likevekt i menneskekroppen på et plan, er det nødvendig at den vertikale linjen som faller fra tyngdepunktet faller på området som opptas av begge føtter. Kroppen står fastere, jo bredere støtteområdet og desto lavere tyngdepunktet er. For menneskekroppens vertikale stilling er det å opprettholde balansen hovedoppgaven. Ved å anstrenge de riktige musklene kan en person imidlertid holde kroppen i forskjellige posisjoner (innenfor visse grenser), selv når tyngdepunktets projeksjon er utenfor støtteområdet (sterk fremoverhelling av kroppen, til sidene osv.). Samtidig kan det ikke anses som stabilt å stå og bevege menneskekroppen. Med relativt lange ben har en person et relativt lite støtteområde. Siden menneskekroppens totale tyngdepunkt ligger relativt høyt (på nivå med den andre korsvirvelen), og støtteområdet (arealet av to fotsåler og avstanden mellom dem) er ubetydelig, er kroppens stabilitet svært liten. I en likevektstilstand holdes kroppen oppe av kraften fra muskelsammentrekninger, noe som forhindrer den i å falle. Kroppsdelene (hode, torso, lemmer) inntar en posisjon som tilsvarer hver av dem. Men hvis forholdet mellom kroppsdelene forstyrres (for eksempel å strekke armene fremover, bøye ryggraden når man står, osv.), endres posisjonen og balansen til andre kroppsdeler tilsvarende. Statiske og dynamiske momenter i muskelaktiviteten er direkte relatert til plasseringen av kroppens tyngdepunkt. Siden hele kroppens tyngdepunkt ligger på nivå med den andre korsvirvelen bak den tverrgående linjen som forbinder hofteleddenes sentre, motvirkes torsoens (sammen med bekkenet) tendens til å vippe bakover av høyt utviklede muskler og leddbånd som styrker hofteleddene. Dette sikrer balansen i hele overkroppen, som holdes oppreist på beina.

Kroppens tendens til å falle forover når man står, skyldes at den vertikale linjen i tyngdepunktet går fremover (3–4 cm) fra ankelleddets tverrgående akse. Fallet motvirkes av musklene på baksiden av beinet. Hvis den vertikale linjen i tyngdepunktet beveger seg enda lenger fremover – til tærne, løftes hælen ved å trekke sammen ryggmusklene i beinet, løftes fra støtteplanet, den vertikale linjen i tyngdepunktet beveger seg fremover og tærne fungerer som støtte.

I tillegg til å støtte, utfører underekstremitetene en lokomotorisk funksjon, ved å bevege kroppen i rommet. For eksempel, når man går, gjør menneskekroppen en fremoverbevegelse, vekselvis lenende på det ene benet, deretter på det andre. I dette tilfellet gjør beina vekselvis pendellignende bevegelser. Når man går, er en av underekstremitetene i et bestemt øyeblikk en støtte (bak), den andre er fri (foran). Med hvert nytt skritt blir det frie benet en støtte, og støttebenet føres fremover og blir fritt.

Sammentrekning av musklene i underekstremiteten under gange øker krumningen av fotsålen betydelig, og øker krumningen av dens tverrgående og langsgående buer. Samtidig, i dette øyeblikket, vipper overkroppen litt fremover sammen med bekkenet på lårbenshodene. Hvis det første steget startes med høyre fot, hever høyre hæl, deretter midten av fotsålen og tærne seg over støtteplanet, høyre ben bøyer seg i hofte- og kneleddene og føres fremover. Samtidig følger hofteleddet på denne siden og overkroppen fremover etter det frie benet. Dette (høyre) benet, med en energisk sammentrekning av lårets quadriceps-muskel, retter seg ut i kneleddet, berører støtteflaten og blir støtten. I dette øyeblikket kommer det andre, venstre benet (frem til dette øyeblikket det bakre, støttende benet) av støtteplanet, føres fremover og blir det fremre, frie benet. I dette øyeblikket forblir høyre ben bak som et støtteben. Sammen med underekstremiteten beveger kroppen seg fremover og litt oppover. Dermed utfører begge lemmene vekselvis de samme bevegelsene i en strengt definert sekvens, og støtter kroppen først på den ene siden, deretter på den andre, og skyver den fremover. Under gange er det imidlertid ikke noe øyeblikk hvor begge bena samtidig rives av bakken (støtteplanet). Den fremre (frie) lemmen klarer alltid å berøre støtteplanet med hælen før det bakre (støtte)benet er helt atskilt fra den. Dette er hvordan gange skiller seg fra løping og hopping. Samtidig, når man går, er det et øyeblikk hvor begge bena samtidig berører bakken, hvor støttebenet berører hele sålen, og det frie benet berører tærne. Jo raskere gange, desto kortere er øyeblikket for samtidig kontakt mellom begge bena og støtteplanet.

Ved å følge endringene i tyngdepunktets posisjon under gange, kan man se bevegelsen av hele kroppen fremover, oppover og til siden i horisontal-, frontal- og sagittalplanet. Den største forskyvningen skjer fremover i horisontalplanet. Forskyvningen opp og ned er 3–4 cm, og til sidene (laterale svingninger) – 1–2 cm. Arten og omfanget av disse forskyvningene er utsatt for betydelige svingninger og avhenger av alder, kjønn og individuelle egenskaper. Kombinasjonen av disse faktorene bestemmer gangartens individualitet, som kan endre seg under påvirkning av trening. I gjennomsnitt er lengden på et normalt rolig skritt 66 cm og tar 0,6 sekunder.

Når gange akselererer, blir steget til løping. Løping skiller seg fra gange ved at det innebærer vekselvis støtte og berøring av støtteflaten med én fot og deretter den andre.

[ 1 ], [ 2 ]