Вертикальное положение тела. Особенности развития скелета и мускулатуры нижней конечности в связи с приспособлением к вертикальному положению тела человека
Науку о законах движения человека и животных называют биомеханикой. Для правильного и обоснованной применения лечебной физкультуры в лечении больных необходимо понимать закономерности движений человека.
Для регистрации состояния тела человека принято различать три основные, (воображаемые) плоскости тела:
- сагиттальная, или переднезадняя, разделяет тело или любую его часть на левую и правую половины (отделы), причем сагиттальную плоскость, проходящую через середину тела, называют срединной плоскостью;
- горизонтальная плоскость пересекает тело поперечно, разделяя его на головной (краниальный) и хвостовой (каудальный) отделы. Горизонтальная плоскость, проведенная на любой конечности, делит ее на проксимальный (ближе к туловищу) и дистальный (далее от туловища) отделы;
- фронтальная плоскость (параллельная поверхности лба) делит тело и его части на передний (вентральный) и задний (дорзальный) отделы.
Все три плоскости располагаются перпендикулярно друг другу.
В суставах различают следующие движения: сгибание, разгибание, отведение (наружу), приведение (внутрь), вращение или ротация (поворот внутрь и наружу). Поворот внутрь называют еще пронацией, поворот наружу - супинацией. В некоторых суставах (например, в плечевом, тазобедренном, лучезапястном) возможны еще круговые движения.
В.соединении двух костных звеньев посредством сустава (биокинетическая пара) возможности движения определяются строением сустава, воздействием мышц, ограничивающим действием капсулы и связок сустава.
Подвижность сустава зависит от возраста, пола, индивидуальных особенностей, функционального состояния нервной системы. У женщин, молодых людей подвижность больше.
Н. А. Гукасова (1997) для специалистов ЛФК систематизировала данные одного из основных направлений биомеханики - динамической анатомии человека. Динамическая анатомия изучает функции мышц и влияние тяжести тела на его положение как в покое, так и при движениях (в статике и динамике).
Для специалистов ЛФК важны правильный выбор исходных положений в процедурах лечебной гимнастики, подбор специальных и общеразвивающих упражнений, их дозировка. Для этого необходимы знания из биомеханики законов рычагов, «степеней свободы», состояния тонуса мышц - синергистов и антагонистов.
Движения человека осуществляются по законам рычагов. Рычаги - это отдельные костные звенья человеческого тела, например кости плеча, предплечий, бедренные кости, кости голеней, стоп, головы, позвоночника. На каждое костное звено обычно действуют две силы: мышечная и сила тяжести данного костного звена. В зависимости от места приложения сил по отношению к точке опоры рычага или оси вращения различают «рычаги равновесия», «рычаги скорости» и «рычаги силы».
Рычаг I рода - «рычаг равновесия», у которого силы расположены по обе стороны от точки опоры (оси вращения) и направлены в одну сторону. Плечом рычага считают перпендикуляр, опущенный из точки опоры рычага (оси вращения) на направление мышечной силы или тяжести; плечо рычага соответствует расстоянию от точки опоры рычага до точки приложения сил (рис. 1).
Рычаги I рода: а - с равными плечами; б - с неравными плечами. О - ось вращения, или точка опоры; МА - мышечная сила; ТВ - сила тяжести данного костного звена; ОА - плечо рычага мышечной силы; ОБ - плечо рычага силы тяжести
По закону рычага I рода происходят движения головы, позвоночника. При асимметричном изменении мышечной силы, силы тяжести костного звена возникает нарушение равновесия рычага, и это клинически проявляется нарушением осанки в сагиттальной или фрронтальной плоскости.
Для правильного выбора физических упражнений необходимо знать причины, вызвавшие нарушение функции равновесия. Так, при односторонних радикулитах необходимо снизить мышечный тонус на стороне поражения мышц, осуществляющих движение головы, позвоночника, применяя упражнения на расслабление, корригирующие исходные положения, массаж. При нарушениях осанки у детей, ослабленных больных, наоборот, следует использовать упражнения и приемы массажа, способствующие укреплению ослабленных мышечных групп, повышению их тонуса. У больных после частичной или полной ампутации конечности происходит уменьшение тяжести костного звена, поэтому следует применять упражнения, способствующие наращению мышечной массы на стороне ампутации, и обучать больного расслаблять мышцы противоположной конечности и пользоваться протезом для восстановления равенства моментов вращения сил.
Когда сгибают, наклоняют, поворачивают голову, туловище, происходит выведение рычага из состояния равновесия. Момент вращения одной силы становится больше или меньше-момента вращения другой силы. Тело возвращается в состояние исходного равновесия при восстановлении первоначального равенства моментов вращения сил.
Движения конечностей происходят преимущественно по закону рычаго в II рода . Рычагом II рода называется такой рычаг, у которого силы, приложенные к нему, расположены по одну сторону от точки опоры или оси вращения и направлены в разные стороны. Этот рычаг имеет две разновидности в зависимости от того, какая сила (сила тяжести или мышечная) будет расположена ближе к точке опоры (оси вращения). Если сила тяжести находится ближе к точке Опоры и плечо ее рычага меньше плеча рычага мышечной силы, то такой рычаг II рода называется «рычагом силы» (рис. 2, а). Если мышечная сила расположена ближе к точке опоры и плечо ее рычага меньше, чем плечо рычага силы тяжести, то такой рычаг II рода называется «рычагом скорости» (рис. 2, б). Движение стопы во время подъема на носки - пример» движения по закону «рычага силы». В этом движении точкой опоры служат головки плюсневых костей, сила тяжести тела проходит через тазобедренные суставы, кости бедра, голени, таранные кости и давит вниз, а мышцы задней поверхности голени противодействуют силе тяжести и стремятся удержать тело в состоянии равновесия при его положении стоя на носках. При этом имеет место равенство моментов вращения силы тяжести и мышечной силы. Если мышцы, расположенные по задней поверхности голени, слабые, пациент не сможет удержаться в равновесии, стоя на носках, так как момент вращения мышечной силы будет меньше, чем момент вращения силы тяжести. В этом случае равновесие нарушится, и человек будет стремиться встать на полную ступню. Поэтому необходимы упражнения для укрепления мышц, расположенных на задней поверхности голени, т. е. мышц - сгибателей стопы (трехглавая мышца голени, подошвенная мышца, задняя большеберцовая мышца, длинный сгибатель пальцев, длинная и короткая малоберцовые мышцы). Кроме того, следует посоветовать пациенту уменьшить массу тела (похудеть), если вес его превышает нормальные показатели.
Рычаги II рода: а - рычаг силы;б - рычаг скорости. О - ось вращения, или точка опоры; МА - мышечная сила; ТВ - сила тяжести данного костного звена; ОA - плечо рычага мышечной силы; ОВ - плечо рычага силы тяжести
Примером движения по закону «рычага скорости» служит сгибание руки в локтевом суставе.
Знание законов рычагов I и II рода помогает правильно выбирать наиболее оптимальные исходные положения (ИП) для выполнения физических упражнений. Так, для укрепления прямых мышц живота необходимо постепенно увеличивать момент вращения силы тяжести туловища за счет изменения длины плеча рычага, или массы туловища, или того и другого вместе. Изменение плеча рычага может быть достигнуто за счет изменения положения туловища. Сгибание и разгибание туловища сначала выполняются в исходном положении сидя на стуле, на полу. Так обеспечивают щадящее воздействие на прямую мышцу живота. По мере адаптации постепенно следует переходить к более нагрузочным ИП: лежа на спине, лежа на спине поперек гимнастической скамейки, касаясь головой и ногами пола. Такое изменение ИП дает возможность постепенно увеличивать плечо рычага силы тяжести туловища. Усилить воздействие на прямую мышцу живота можно, увеличив массу тела за счет выполнения упражнений с отягощением (гантели, медицинболы), с сопротивлением (резиновые бинты). Удлинение плеча рычага силы тяжести с одновременным увеличением самой силы тяжести - еще один вариант для укрепления силы этой мышцы.
Другой пример. У больного после перелома в верхней трети плечевой кости имеются последствия. Возникает необходимость укрепить отводящие мышцы плеча (средние пучки дельтовидной мышцы, надостную мышцу) для восстановления подвижности в плечевом суставе. В первой половине курса лечения для этих ослабленных мышц следует создать облегченные условия за счет уменьшения момента вращения силы тяжести руки и плеча рычага силы тяжести. Плечо рычага силы тяжести руки можно уменьшить за счет выполнения отведения в плечевом суставе рукой, согнутой в локтевом суставе. При этом плечо рычага силы тяжести руки уменьшится почти в 2 раза.
Для уменьшения веса конечности следует отводить руку больного с помощью руки методиста или подвесив ее на Лямках, используя блоки, выполняя упражнения в воде. Во второй половине курса лечения.необходимо укреплять и наращивать силу отводящих мышц плеча. Для этого упражнения следует выполнять с полным рычагом (отведение прямой руки в сторону), с удлиненным рычагом силы тяжести конечности (упражнения с булавами, гимнастическими палками), с отягощением, т.е. увеличением силы тяжести конечности (гантели, медицинболы), с сопротивлением (резиновые бинты, эспандеры).
Для восстановления подвижности в том или ином суставе Необходимо знать возможные направления его движений. У свободного, незакрепленного тела имеется шесть степеней свободы:
три поступательных движения в направлениях:
- переднезаднем (вперед, назад),
- поперечном (вправо, влево),
- вертикальном (вверх, вниз);
три вращательных движения вокруг указанных выше осей.
В опорно-двигательном аппарате все костные звенья соединены друг с другом.
Трехосные суставы имеют три степени свободы, это - самые подвижные суставы. К ним относятся сочленение голрвы с позвоночником, сочленение позвонков между собой, плечевой, плечелучевой, грудино-ключичный, тазобедренный суставы. Эти суставы по форме - шаровидные или ореховидные. В них возможны движения вокруг трех взаимно перпендикулярных осей (переднезадней, поперечной, вертикальной) и внутри трех взаимно перпендикулярных плоскостей (фронтальной, сагиттальной и горизонтальной). Плоскости движения располагаются перпендикулярно осям вращения.
В трехосных суставах конечностей возможно отведение, приведение, сгибание, разгибание, поворот внутрь, наружу; для позвоночника - наклоны вправо, влево, сгибание, разгибание, повороты вправо, влево.
Двухосные суставы (лучезапястный, сустав I пальца кисти, пястно-фаланговые сочленения, коленный) имеют меньшую подвижность и две степени свободы. По форме они - яйцевидные, эллипсоидные, седловидные. В них возможны следующие движения:
- ось поперечная, плоскость сагиттальная (сгибание, разгибание);
- ось переднезадняя, плоскость фронтальная (отведение, приведение).
В запястно-пястном (седловидном) суставе I пальца кисти возможны следующие движения: оппозиция (противопоставление) и репозиция (обратное движение).
В двухосных и трехосных суставах возможны круговые движения.
Одноосные суставы (плечелоктевой, лучелоктевой, межфаланговые, голеностопный, шопаров) имеют одну степень свободы. По форме они - блоковидные или цилиндрические. В них возможны следующие движения:
- ось поперечная, плоскость сагиттальная;
- если ось сустава идет наискось, например - в лучелоктевом, шопаровом суставах, возможны поворот наружу (супинация), поворот внутрь (пронация).
Круговые движения в одноосных суставах невозможны.
Все крупные мышцы, осуществляющие движения в суставах, едины с анатомической точки зрения. В то же время в функциональном отношении они не едины. Различные отделы одной и той же крупной мышцы выполняют различные движения. Так, сгибание руки в плечевом суставе осуществляют передние пучки дельтовидной мышцы, отведение руки в сторону до горизонтали - средние пучки, разгибание - задние пучки. Верхний отдел большой грудной мышцы поднимает плечевую кость, нижний ее отдел - опускает. Эти знания для больных с нарушениями функций движения помогают целенаправленно подбирать упражнения для тренировки определенных порций мышц.
Мышечный тонус - это непроизвольное напряжение мышц в состоянии покоя. Мышечный тонус обеспечивает возможность принимать различные положения тела в пространстве. Мышца может находиться в четырех состояниях: покоя, сокращения, расслабления, растяжения. Любое движение осуществляется в результате содружественной работы мышц. Синергистами обозначают мышцы, участвующие в однонаправленном движении. Антагонистами называют мышцы, производящие движение в противо-положном направлении. Синергистами, например, являются мышцы - локтевой и лучевой сгибатели, выполняющие одноонаправленное движение - сгибание кисти, а мышцы - локтевой и лучевой разгибатели - их антагонистами, так как осуществляют противоположно направленное движение - разгибание кисти.
Тонус мышц при всех движениях меняется: при сгибании повышается тонус мышц-сгибателей и на столько же снижается тонус мышц-разгибателей.
В ЛФК существуют три основных вида мышечной работы:
- уступающая динамическая (сопротивление),
- преодолевающая динамическая,
- статическая.
Первый и второй виды работы осуществляются в изотоническом режиме, третий - в изометрическом.
Измерение движений в суставах
Измерение углов вращения производится с помощью измерительных инструментов. Простейший из них называется угломером, или гониометром; он состоит из транспортира со шкалой 180°, соединенного с двумя браншами. Одна из бранш подвижна (рис. 3). При измерении ось угломера совмещается с осью сустава, а бранши размещаются по оси сочленяющихся проксимального и дистального сегментов.
Для преемственности и сравнимости результатов измерений, исключения ошибок необходимы одинаковые методики измерения (рис. 4, 5, табл. 1). Угол максимального разгибания-сгибания сустава в одной плоскости называется амплитудой движения.
Положение угломера при измерении подвижности в суставах: а-г - плечевом; д, е - локтевом; ж, з - тазобедренном
Положение угломера при измерении подвижности в суставах: а, б - лучезапястном; в, г - коленном; д, е - голеностопном
Таблица 1. Измерение амплитуды движения в некоторых суставах
| Положение оси вращения угломера (см. рис. 4, 5, точка 0) | Положение бранш угломера | ||
| Движение в суставе | 1 бранша (см. рис. 4, 5, линия 0-А) | II бранша (см. рис. 4, 5, линия О-В) | |
| Сгибание, разгибание, отведение в плечевом суставе (см. рис. 4, а-г) | Головка плечевой кости | Акромион - высшая точка подвздошной кости | Акромион - мыщелок плеча |
| Сгибание и разгибание в локтевом суставе (см. рис. 4, д-е) | Мыщелок плеча | Мыщелок плеча - акромион | Мыщелок плеча -шиловидный отросток лучевой кости |
| Сгибание и разгибание в лучезапястном суставе (см. рис. 5, а) | Шиловидный отросток локтевой кости | По наружному краю локтевой кости | По наружному краю V пястной кости |
| Отведение и приведение в лучезапястном суставе (рис. 5, б) | Между дисталь-ными концами костей предплечья | На середине между локтевой и лучевой костями | На середине между III и IV пальцами |
| Сгибание и разгибание в коленном суставе (см. рис. 5, в, г) | Латеральный мыщелок бедренной кости | Латеральный мыщелок бедренной кости -большой вертел | Латеральный мыщелок бедренной кости - латеральная лодыжка |
| Сгибание и разгибание в голеностопном суставе (см. рис. 5, д, е) | Медиальная лодыжка | Медиальная лодыжка - медиальный мыщелок бедренной кости | Медиальная лодыжка - середина 1-го плюснефалангового сустава |
При измерении движений в плечевом суставе за исходную величину принимают 0° при опущенной руке и сомкнутых браншах угломера. При.измерении движений в локтевом, лучезапястном, тазобедренном и коленном суставах за исходную величину берется 180°. Измерения в голеностопном суставе принято проводить от исходной величины 90°. Средняя нормальная подвижность в суставах конечностей представлена в табл. 2.
Таблица 2. Средняя подвижность в некоторых суставах конечностей (в rnanvcax от исходного положения)
Движения туловища в сагиттальной, фронтальной и горизонтальной плоскостях - наклоны, повороты, вращения - осуществляются благодаря подвижным соединениям между позвонками. Подвижность между ними невелика, но в сумме оказывается значительной. Наиболее подвижны шейный и поясничный отделы позвоночника, менее - грудной. Возможны следующие движения туловища: сгибание и разгибание (наклон вперед и разгибание назад), наклоны в стороны (вправо и влево), ротация вокруг вертикальной оси (поворот вправо и влево) и круговые движения.
Исходное положение для измерения движений в суставах шейного отдела позвоночника - сидя на стуле с выпрямленным туловищем и головой; измерение проводят по положению головы. Движения в грудном и поясничном отделах измеряют в положении стоя прямо со слегка расставленными ногами и свободно свисающими руками по линии остистых отростков. При измерении ротации в поясничном отделе необходимо фиксировать таз, предварительно усадив больного «верхом» на сиденье стула. Движения позвоночника определяют и в градусах (что более сложно), и по максимальным движениям различных отделов.
В шейном отделе позвоночника сгибание в норме совершается до соприкосновения подбородка с грудиной, разгибание - до горизонтального положения затылка, наклоны в стороны - до соприкосновения ушной раковины с над-плечьем, при максимальной ротации подбородок касается акромиона. Тренированный взрослый человек при наклоне вперед может коснуться кончиками пальцев рук пола, не сгибая коленных суставов, при наклоне в сторону кончики пальцев, скользя по наружной поверхности бедра, могут коснуться соответствующего коленного сустава. Нормальными объемами движений в шейном отделе позво-ночника принято считать: разгибание 70°, сгибание 60°, пово-роты в стороны по 45°. Наклоны в стороны в грудном и поясничном отделах вместе составляют по 50°. Общая амплитуда сгибания и разгибания в поясничном отделе позвоночника до-стигает 80°. Суммарные движения всего позвоночного столба возможны в пределах: до 160° - сгибание, до 45° - разгиба-ние, общая амплитуда движения во фронтальной плоско-сти - до 165°, поворотов в каждую сторону - до 120°.
Исходные положения тела для выполнения упражнений
Поза больного может облегчать, усложнять или отягощать выполнение физических упражнений, а в зависимости от цели тренировки - способствовать повышению ее эффективности. Исходное положение у лиц со сниженными функциональными возможностями должно упрощать и облегчать исполнение движений. В лечебной физкультуре применяют различные ИП, но чаще - положения лежа, сидя и стоя. Положение лежа применяют чаще для больных, находящихся на постельном режиме, при некоторых заболеваниях позвоночника; лежа и сидя - для слабых больных и при заболеваниях нижних конечностей, стоя - для окрепших, подвижных больных, при заболеваниях верхних конечностей.
Исходное положение лежа - самая простая поза, или облегченное ИП. В этом положении нет борьбы с гравитационными силами, возможно максимальное расслабление скелетной мускулатуры, устойчивость равновесия обеспечивается большой площадью опоры и низким положением общего центра тяжести тела. Верхние и нижние конечности свободны для выполнения движений. Положение лежа в зависимости от состояния больного и характера предстоящих упражнений может, быть на спине или животе, при специальных показаниях - на боку.
Исходное положение сидя - поза тела со значительной площадью опоры. В этой позе сравнительно легко (автоматически) удерживается равновесие тела, исключаются значительные статические мышечные усилия нижних конечностей. Эта поза позволяет производить значительные движения свободными сегментами конечностей и включать в упражнения группы мышц шеи и туловища.
В исходном положении стоя отмечаются высокое положение общего центра тяжести тела и малая площадь опоры. В регулировании такого (вертикального) положения тела участвуют различные части нервной системы. Вертикальная поза зависит от взаимного расположения различных звеньев тела, постоянного воздействия, гравитации и других внешних сил. Поддерживается она благодаря сокращению определенных мышц, которые автоматически на уровне подсознания корригируют отклонения тела от положения равновесия. В поддержании вертикального положения тела участвуют четырехглавые мышцы бедер, разгибатели тазобедренных суставов, мышцы голеней и стоп, живота, туловища, шеи и др. Стопы опираются на пяточные кости и головки плюсневых костей. Разновидности позы, стоя зависят от размеров площади опоры, положения общего центра тяжести и линии гравитации, имеют различную степень устойчивости равновесия (например, положение ног: одна впереди другой, стопы на одной линии, на носках, в положении «смирно» и др.). Наиболее устойчивым и легко управляемым является положение стоя с широкой расстановкой ног.
Упоры, висы, ходьба, бег, приседания, прыжки, подскоки с точки зрения биомеханики
Упоры относятся к положениям тела с неустойчивым равновесием. Наиболее типичным является упор лежа. Тело выпрямлено и занимает наклонное положение, голова держится прямо, шейный отдел позвоночника в состоянии небольшого разгибания. Верхние конечности выпрямлены, расположены почти под прямым утлом к туловищу и соприкасаются с опорной поверхностью. Нижние конечности также выпрямлены, но находятся под острым углом к опорной поверхности. Все части тела образуют замкнутую кинематическую цепь. Степень устойчивости равновесия сравнительно большая, так как площадь опоры - значительных размеров, а высота, общего центра тяжести - небольшая (30-35 см). Поэтому в таком положении можно производить различные движения с перемещением частей тела без нарушения равновесия.
К положениям тела при верхней опоре относятся различные висы. Эти положения являются устойчивыми. Наиболее просты из них - «чистые» висы на выпрямленных руках. Тело человека занимает выпрямленное вертикальное положение. Руки подняты вверх, выпрямлены и фиксированы к снаряду. Сила тяжести как бы стремится растянуть тело. Вис противодействует силе мышечной тяги. Работа аппа-рата движения в этом положении сложна, так как совершается в необычных для организма условиях. Висы относятся к силовым упражнениям. Если в положении вискисполъзу-ется опора ног (смешанный вис), то масса тела равномерно распределяется на мышечные группы, не нарушается функция дыхания. Смешанные висы широко применяют в ЛФК.
Хoдьба - обычная двигательная деятельность человека, Это постоянная попеременная активность ног. Когда одна нога, опираясь на землю, служит для поддержки и последующего отталкивания тела (опорная фаза одной ноги), другая, поднятая и висящая в воздухе, перемещается вперед (пере-носная или маховая фаза другой ноги). Каждая нога после-довательно проходит обе фазы - опорную и переносную. Два шага составляют цикл.
Бег - циклические движения шагом, сложный рефлекторный двигательный акт, требующий участия всей скелетной мускулатуры тела, значительного напряжения нервной системы и достаточной физической подготовки человека. Он может дозироваться по скорости, длительности, ширине шага.
Приседания - упражнения, выполняемые преимущественно за счет работы мышц нижних конечностей. Стопы могут опираться на площадь опоры всей подошвенной поверхностью или только на головки плюсневых костей и пальцы. Упражнения могут быть облегчены опорой руками в передние поверхности бедер, поддержкой за какой-нибудь предмет. Величина нагрузки дозируется глубиной приседаний, темпом и числом повторений. Упражнения могут быть усложнены и отягощены нагрузкой на свободные руки.
Прыжки характеризуются свободным полетом тела в воздухе в результате отталкивания от опорной поверхности. Основная работа выполняется мышцами нижних конечностей, вспомогательная - мускулатурой туловища и верхних конечностей. Выполнение упражнения обеспечивается одновременным сокращением крупных мышечных групп нижних конечностей, большой амплитудой движений в крупных суставах ног и плечевых суставах.
Подскоки - это простые прыжки на месте. Основная на-грузка при подскоках приходится на сгибатели стопы. В голеностопном суставе при подскоках используется максимальная амплитуда движений. Мышцы тазобедренного и коленного суставов выполняют вспомогательную роль. Движения в этих суставах совершаются с небольшой амплитудой.
Положение тела стоя (стойки)
Это естественное положение человека, выработавшееся в процессе длительного эволюционного развития. Оно является исходным для рабочих движений, в том числе спортивных, выполняемых на месте, без перемещения тела в пространстве, для начала поступательных движений, для создания поз, обеспечивающих последующие движения. Оно является также положением, завершающим упражнения или движения.
При симметричном стоянии тело человека находится в вертикальном положении, голова держится прямо, руки опущены вдоль туловища, ноги выпрямлены, пятки сомкнуты, носки разведены под углом 65-70°.
Из внешних сил наибольшее значение для анализа работы двигательного аппарата в этом положении имеет сила тяжести, действие которой увеличивается сверху вниз и направлено на сжатие (сдавливание) звеньев тела в их соединениях. Наибольшую нагрузку испытывают таз и нижние конечности, а из звеньев последних - стопы. Причем на задний отдел стопы приходится примерно 3 / 4 тяжести тела, а на передний - 1 / 4 часть.
Площадь опоры представлена площадью опорных поверхностей стоп и площадью пространства между ними и составляет примерно 250-350 см 2 . При этом наиболее "жесткими" местами опорной поверхности, способными выдерживать значительную нагрузку, являются пяточный бугор и головки плюсневых костей, преимущественно 2-й и 3-й. О.ц.т. тела соответственно индивидуальным особенностям человека расположен в области 1-5-го крестцовых позвонков, выше площади опоры.
Устойчивость тела в данном положении зависит, как и во всех положениях тела, от величины площади опоры, высоты расположения о.ц.т. тела и проекции вертикали, опущенной из о.ц.т. тела на площадь опоры. Устойчивость будет больше, если стопы расположены на ширине плеч, меньше - если они сомкнуты; больше при опоре на всю стону, меньше - при опоре на пальцы. У людей высокого роста устойчивость меньше, чем у людей низкого роста. Сохранение равновесия возможно лишь в том случае, если вертикаль о.ц.т. тела не выходит за пределы площади опоры. Однако равновесие может быть нарушено раньше, чем эта вертикаль выйдет за площадь опоры, так как мягкие ткани стопы и даже пальцы не выдерживают нагрузки вышележащих частей тела, причем без обуви нарушение равновесия наступает раньше, чем в обуви, особенно с жесткой подошвой.
Симметричное стояние относится к неустойчивому виду равновесия. Степень устойчивости при движениях тела вперед и назад больше, чем при движениях в стороны (величина переднего и заднего углов устойчивости около 10°, а правого и левого значительно меньше), в связи с чем возможность выполнения движения тела вперед и назад больше, чем в стороны.
В зависимости от положения отдельных звеньев тела (туловища, головы, конечностей), а следовательно, от того, как проходит вертикаль тяжести вышележащего звена по отношению к нижележащему, различают три вида положения стоя: антропометрическое, спокойное и напряженное (рис. 69). Работа двигательного аппарата в каждом виде положения тела стоя зависит от того, как проходит вертикаль о.ц.т. тела по отношению к осям вращения в отдельных суставах. Поскольку тяжесть тела при симметричном стоянии распределена равномерно на правую и левую половины тела и перемещение вертикали о.ц.т. тела происходит в основном в передне-заднем направлении, наибольшее участие в удержании тела в равновесии принимают мышцы, расположенные спереди и сзади поперечной оси суставов, т. е. сгибатели и разгибатели.
Антропометрическое положение является исходным при измерениях длины тела, длины его отдельных звеньев, при изучении строения тела (в анатомии).
В антропометрическом положении тело несколько отклонено назад и соприкасается с ростомером (отвесом или стеной) областью затылка, лопаток, ягодиц и пяток. Несомненно, это положение вынужденное, малоудобное и утомительное. Вертикаль о.ц.т. тела расположена в одной фронтальной плоскости с центрами тяжести отдельных звеньев тела и центрами суставов. На площади опоры она проходит ближе к ее заднему краю. Угол устойчивости сзади очень мал, поэтому устойчивость тела в направлении назад невелика и при небольшой силе, приложенной в этом направлении, тело падает. Вместе с тем впереди запас опорной поверхности, внутри которой можно изменять положение тела без нарушения равновесия, довольно большой.
Нагрузка на мышцы, расположенные спереди и сзади поперечных осей суставов, распределяется более или менее равномерно. Анализ работы двигательного аппарата удобнее производить сверху вниз, начиная с готовы.
Центр тяжести головы, находящийся в области турецкого седла, расположен несколько впереди точки опоры (центра затылочного сустава), что обусловливает наклон головы вперед. Для сохранения ее в определенном положении необходимо напряжение мышц, разгибающих голову в атланто-затылочном сочленении. Степень напряжения их невелика, так как плечо силы тяжести небольшое (0,7- 0,8 см), а плечо их тяги довольно велико.
В области туловища линия тяжести по отношению к различным отделам позвоночного столба проходит неодинаково. В шейном отделе она идет спереди центров тел позвонков, плечо ее небольшое и напряжение разгибателей этого отдела позвоночника также невелико.
В грудном отделе наличие кифоза увеличивает плечо силы тяжести, а следовательно, и ее момент вращения, поэтому нагрузка на мышцы, разгибающие позвоночный столб, возрастает.
В поясничном отделе линия силы тяжести проходит несколько сзади центров тел позвонков, ее момент вращения стремится разогнуть этот отдел. Сохранение равновесия обеспечивается напряжением мышц живота, которое не так значительно, поскольку их плечо во много раз больше, чем плечо силы тяжести.
В области нижних конечностей расположение линии тяжести совпадает с центрами поперечных осей тазобедренного, коленного и голено-стопного суставов. Поэтому нагрузка на мышцы-сгибатели и разгибатели распределяется более или менее равномерно. Но эти мышцы развиты неодинаково, менее сильные, например мышцы передней поверхности голени, быстро устают, в связи с чем антропометрическое положение довольно невыгодно.
Работа двигательного аппарата верхней конечности несколько иная. При этом положении она имеет верхнюю опору. Сила тяжести, направленная вниз, стремится отделить нижележащую часть от вышележащей, а всю конечность - от туловища. Поэтому мышцы работают при проксимальной опоре (в области нижней конечности они работали при дистальной опоре, фиксируя вышележащую часть к нижележащей). Пояс верхней конечности фиксируют мышцы, поднимающие его, и мышцы, приводящие лопатку к позвоночному столбу. В области плечевого, локтевого, луче-запястного суставов и суставов кисти напряжены все мышцы, окружающие их. Например, в плечевом суставе - большая грудная, дельтовидная, широчайшая мышца спины, надостная, подостная и др.
Спокойное положение иначе называется удобным и приближается к осанке, т. е. к привычному для каждого человека способу держать свое тело. Голова при спокойном положении несколько наклонена вперед, грудной кифоз увеличен, поясничный лордоз, наоборот, уменьшен, грудная клетка уплощена, ребра опущены и приближены к позвоночнику. Увеличенное плечо силы тяжести головы увеличивает напряжение мышц, разгибающих голову, но они несколько растянуты и напряжены не сильно.
Положение грудной клетки уменьшает плечо силы тяжести, действующей на позвоночный столб, отсюда нагрузка на мышцы-разгибатели позвоночного столба не столь существенна.
В области нижних конечностей линия тяжести тела проходит позади центра поперечной оси тазобедренного, впереди коленного и голено-стопного суставов. На площади опоры она находится приблизительно в середине, что создает одинаковую устойчивость как при движениях вперед, так и при движениях назад, т. е. площадь опоры используется наиболее выгодно. В тазобедренном суставе действие силы тяжести направлено назад; это уменьшает наклон таза, мышцы живота поэтому менее растянуты и напряжены. Горизонтальное положение таза увеличивает действие силы тяжести на мышцы тазового дна, растяжение которых может повести к опущению органов таза. В коленном и голено-стопном суставах плечо силы тяжести также невелико. Равновесие в первом из них обеспечивается в основном натяжением крестообразных связок, а во втором - спецификой строения костей, образующих сустав. Поскольку блок таранной кости спереди шире, чем сзади, наклон голени вперед под действием силы тяжести создает необходимую фиксацию ее по отношению к стоне.
Естественно, с помощью одного связочного аппарата сохранить расположение звеньев тела невозможно. Определенное участие в удержании их в необходимом положении принимают и мышцы, хотя нагрузка на них невелика.
Напряженное положение - стойка "смирно", - мобилизуя внимание человека, создает наиболее благоприятные условия для выполнения движений и перемещений тела. Голова в напряженном положение тела держится более прямо, так что лицо занимает почти вертикальное положение, позвоночный столб разогнут, шейный лордоз и грудной кифоз уменьшены, поясничный лордоз, увеличен, грудная клетка приподнята, туловище как бы вынесено вперед, пояс верхних конечностей отведен назад.
Вертикаль о.ц.т. тела проходит спереди поперечных осей суставов и находится ближе к переднему краю площади опоры, в области головок плюсневых костей. Устойчивость при движениях вперед очень мала, достаточно небольшого расслабления мышц, как равновесие нарушается, создаются удобные условия для перехода в ходьбу. Нагрузка на мышцы задней поверхности тела резко возрастает. Удерживающую работу выполняют мышцы-разгибатели головы и позвоночного столба. Напряжение мышц-разгибателей позвоночного столба увеличивает наклон таза, что создает более выгодные условия для опоры внутренних органов. Мышцы живота несколько растянуты и напряжены. В области тазобедренного сустава напряжены мышцы-разгибатели бедра, работающие при дистальной опоре, что препятствует наклону таза вперед. В коленном суставе момент силы тяжести действует на переразгибание, чему препятствуют боковые и крестообразные связки. Напряжение четырехглавой мышцы бедра удерживает разогнутое положение конечности. Наибольший момент силы тяжести оказывается в области голеностопного сустава и суставов стопы. Для противодействия ему сильно напряжены мышцы-сгибатели стопы - задней поверхности голени и подошвенной поверхности стопы.
Данные электромиографии (Е. Г. Котельникова) подтверждают эти положения.
Поскольку положение тела стоя выработалось в процессе длительного эволюционного развития человека, сформировались не только координационные механизмы в работе мышц, но и условия, обеспечивающие нормальное функционирование внутренних органов. Поэтому в положении стоя отклонений от нормального, присущего данному человеку, механизма дыхания нет, хотя при стойке "смирно" уменьшение грудного кифоза и выпрямление позвоночного столба создают условия, способствующие усилению вдоха и ограничению выдоха, а при спокойном стоянии - усилению выдоха. Изменение в положении верхних конечностей изменяет и механизм дыхания: если руки закрепить на поясе, то увеличивается экскурсия как верхнего, так и нижнего отдела грудной клетки, так как большая грудная, малая грудная, передняя зубчатая мышцы и широчайшая мышца спины, работая при дистальной опоре, способствуют движению ребер, т. е. являются вспомогательными мышцами вдоха; отведение рук в стороны до горизонтального уровня из-за участия грудных мышц в фиксации верхней конечности затрудняет верхнегрудное дыхание (для нижнегрудного дыхания затруднений нет, поскольку передняя зубчатая мышца и широчайшая мышца спины, находясь в несколько растянутом состоянии и фиксируясь на конечности, способствуют движению нижних ребер); аналогичное положение создается и при поднятых вверх руках.
Хотя положение тела стоя существенного влияния на развитие двигательного аппарата не оказывает, тем не менее напряженное положение - стойка "смирно" - создает определенные условия для формирования правильной осанки.
Осанкой называется привычный способ держать свое тело. Осанка имеет не только эстетическое значение, но и создает предпосылки для правильного функционирования внутренних органов. Осанку определяют строение скелета, развитие мышц, положение внутренних органов, состояние нервной системы и другие факторы. Если говорить о скелетных образованиях, то на осанку влияют состояние позвоночного столба, а именно выраженность его изгибов, положение пояса верхних конечностей, неодинаковая длина нижних конечностей и др.
Неравномерность в развитии мышц правой или левой половины тела может приводить к сколиозам, сопровождающимся не только искривлением позвоночника, но и неравномерным расположением костей пояса верхней конечности правой и левой сторон.
При более сильном развитии мышц передней поверхности груди (большой и малой грудных мышц) по сравнению с мышцами, супинирующими плечо (надостной, задней частью дельтовидной), а также мышц, фиксирующих лопатку к позвоночному столбу, возникает дефект осанки - так называемая сутуловатость, сопровождающаяся обычно и увеличением грудного кифоза.
Изменения в расположении внутренних органов брюшной полости также могут способствовать нарушению правильной осанки (например, опущение - птозы).
При нормальном состоянии нервной системы осанка хорошая, при подавленном, угнетенном состоянии она ухудшается.
Имеется несколько классификаций осанки.
В основе одной из классификаций лежит соотношение плоскостей грудной клетки и живота. По этой классификации различают четыре типа осанки: очень хорошую, хорошую, среднюю и плохую. При очень хорошей осанке передняя поверхность грудной клетки несколько выступает вперед по сравнению с передней поверхностью живота (он как бы втянут).
Хорошая осанка характеризуется тем, что передние поверхности груди и живота лежат в одной плоскости, голова немного наклонена вперед.
При средней осанке передняя поверхность живота несколько выступает вперед по сравнению с передней поверхностью груди, поясничный лордоз увеличен, продольные оси нижних конечностей наклонены вперед.
Плохая осанка характеризуется тем, что передняя поверхность живота сильно выдается вперед, грудная клетка уплощена, грудной кифоз и поясничный лордоз увеличены.
Наиболее объективной классификацией осанки является классификация, предложенная Л. П. Николаевым, в основу которой положена выраженность изгибов позвоночного столба. По этой классификации различают пять типов осанки: нормальную, выпрямленную, сутуловатую, лордотическую и кифотическую.
При нормальной осанке величина изгибов позвоночника находится в пределах средних значений. При выпрямленной осанке позвоночный столб прямой, изгибы плохо выражены. Сутуловатая осанка характеризуется увеличенным шейным лордозом, в связи с чем голова несколько выдвинута вперед, грудной кифоз увеличен. Лордотическая осанка отличается сильно выраженным поясничным лордозом. При кифотической осанке резко увеличен грудной кифоз.
О. Н. Аксенова кроме этих крайних типов выделяет еще промежуточные.
Наличие искривлений позвоночника (сколиоза) легко обнаружить визуально по линии остистых отростков. Сутуловатость определяют по так называемому плечевому показателю, который представляет собой отношение ширины плеч к плечевой дуге, измеренной сзади между акромиальными точками (во избежание дробных величин его умножают на 100). Он особенно удобен при динамических наблюдениях. Уменьшение величины показателя указывает на сутуловатость. Асимметричность в расположении пояса верхней конечности можно определить антропометром по расположению правой и левой акромиальных точек над спорной поверхностью.
Дефекты осанки довольно распространены, особенно среди детей школьного возраста. Так, А. Б. Гандельсман указывает, что 40,9% школьников имеют сколиозы, 17,8% - увеличенные кифозы и 23,4% -плоскую спину.
Большое значение в формировании осанки и в предупреждении возникновения ее дефектов имеют занятия физическими упражнениями. Однако и в процессе этих занятий необходим строгий контроль. Асимметричные движения в ряде видов спорта, усиленное развитие отдельных групп мышц без учета развития их антагонистов также могут привести к нарушению осанки. Задача тренера - не только исправлять имеющиеся дефекты осанки, но и предупреждать их.
Из мышц туловища большое значение для формирования хорошей осанки имеют мышцы задней поверхности туловища, особенно мышца, выпрямляющая туловище, а также мышцы живота.
77. Общий центр тяжести тела: возрастные, половые и индивидуальные особенности его расположения.
Общим центром тяжести (ОЦТ) человека называют точку приложения равнодействующих всех сил тяжести частей его тела. 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.
Вокруг фронтальной оси осуществляются разгибание и сгибание туловища. Основными мышцами, обеспечивающими разгибание туловища, являются мышца, выпрямляющая позвоночник, и поперечно-остистая мышца.
Мышца, выпрямляющая позвоночник, составляет главную массу мускулатуры спины. Эта мышца имеет широкое начало от крестца, от гребня подвздошной кости, от остистых отростков поясничных позвонков. Далее она делится на 3 части: наружную (подвздошно-реберную), среднюю (длиннейшую) и внутреннюю (остистую). Подвздошно-реберная мышца прикрепляется к поперечным отросткам грудных позвонков и углам ребер. Длиннейшая мышца прикрепляется к поперечным отросткам грудного и шейного отделов и к сосцевидному отростку. Остистая мышца прикрепляется к остистым отросткам грудных позвонков. Мышца, выпрямляющая позвоночник, является мощным разгибателем туловища и шеи, отклоняет голову назад. При одностороннем сокращении вместе с сокращением мышц живота той же стороны она производит ускоренный наклон туловища в свою сторону. Мышца удерживает тело человека в вертикальном положении, препятствуя падению туловища вперед под действием силы тяжести. Большая нагрузка на эту мышцу падает при разгибании туловища во время подъема тяжести. При этом мышца сокращается, выполняя преодолевающую работу.
Цоперечно-остистая мышца располагается под мышцей, выпрямляющей позвоночник. Пучки поперечно-остистой мышцы направляются косо и лежат в 3 слоя. Они начинаются от поперечных отростков позвонков и прикрепляются к остистым (соседнего позвонка, через один позвонок, через 5-6 позвонков). При двустороннем сокращении мышца производит разгибание туловища, при одностороннем сокращении совместно с мышцами живота обеспечивает ускоренный наклон туловища в свою сторону, а также поворот туловища в свою сторону.
Основными мышцами, обеспечивающими сгибание туловища при ускоренном движении, являются прямая мышца живота, наружная косая мышца живота, внутренняя косая мышца живота, подвздошно-поясничная мышца при опоре на бедренной кости.
Мышцы живота образуют переднюю и боковую стенки брюшной полости.
Прямая мышца живота располагается в толще передней брюшной стенки (рис. 12). Она начинается от хрящей нижних ребер и прикрепляется к лобковой кости. Мышца обеспечивает сгибание туловища при его ускоренном движении вперед (вниз).
Наружная косая мышца живота располагается поверхностно на боковой стенке живота. Она начинается зубцами от нижних ребер, направляется косо внутрь вниз и прикрепляется к гребню подвздошной кости и к лобковой кости. При двустороннем сокращении мышца сгибает туловище при его ускоренном движении вперед; при одностороннем сокращении поворачивает туловище в противоположную сторону; сокращаясь вместе с мышцами спины той же стороны, наклоняет туловище в свою сторону при его ускоренном движении.
Внутренняя косая мышца живота располагается под наружной. Ее волокна направляются перпендикулярно к наружной. Она начинается от гребня подвздошной кости и прикрепляется к нижним ребрам. При двустороннем сокращении она сгибает туловище при его ускоренном движении вперед; при одностороннем сокращении совместно с мышцами спины той же стороны наклоняет туловище в ту же сторону при его ускоренном движении, а также поворачивает туловище в свою сторону.
Подвздошно-поясничная мышца начинается от тел и поперечных отростков XII грудного и всех поясничных позвонков, а также от ямки тазовой кости, прикрепляется к малому вертелу бедра. При опоре на позвоночнике сгибает и супинирует бедро. При опоре на бедре, сокращаясь с двух сторон, сгибает туловище при ускоренном его движении вперед.
В положении стоя при одностороннем сокращении мышцы с опорой на бедре производится поворот туловища в противоположную сторону. При совместном сокращении мышц живота и спины той же стороны обеспечивается ускоренный наклон туловища в свою сторону.
При медленном сгибании туловища перечисленные мышцы не напрягаются, так как движение вперед осуществляется под действием тяжести туловища, а сдерживает туловище от падения вперед мышца, выпрямляющая позвоночник, которая при этом растягивается, выполняя уступающую работу.
Вокруг сагиттальной оси осуществляются наклоны туловища вправо и влево.
Наклоны туловища происходят при одновременном сокращении сгибателей и разгибателей одной стороны. Так, ускоренный наклон туловища вправо производится сокращением прямой мышцы живота (правой), наружной косой мышцы живота (правой), мышцей, выпрямляющей позвоночник (правой), поперечно-остистой мышцей (правой), внутренней косой мышцей живота (правой).
При медленном наклоне туловища движущей силой является тяжесть туловища. Противодействуют ей одноименные мышцы-сгибатели и разгибатели противоположной стороны, которые, растягиваясь, производят уступающую работу. Возвращение в исходное положение обеспечивают эти же растянутые мышцы, которые, сокращаясь, будут производить уже преодолевающую работу.
Вокруг вертикальной оси осуществляются повороты туловища вправо и влево. Повороты туловища производят мышцы с косым направлением волокон при их одностороннем сокращении. Так, поворот туловища вправо обеспечивается сокращением наружной косой мышцы живота (левой), внутренней косой мышцы живота (правой), поперечно-остистой мышцы (правой) и подвздошно-поясничной мышцы (левой).
M. Дeвятoвa
Основные мышцы, обеспечивающие движения поясничного отдела и другие материалы по неврологии.
