Στατική και δυναμική του ανθρώπινου σώματος: κέντρο βάρους

Η κατακόρυφη θέση του ανθρώπινου σώματος, η κίνησή του στο χώρο, διάφοροι τύποι κινήσεων (περπάτημα, τρέξιμο, άλμα) αναπτύχθηκαν στη διαδικασία μακράς εξέλιξης μαζί με το σχηματισμό του ανθρώπου ως είδους. Κατά τη διαδικασία της ανθρωπογένεσης, σε σχέση με τη μετάβαση των ανθρώπινων προγόνων σε επίγειες συνθήκες ύπαρξης και στη συνέχεια στην κίνηση σε δύο (κάτω) άκρα, η ανατομία ολόκληρου του οργανισμού, των επιμέρους μερών του, των οργάνων, συμπεριλαμβανομένου του μυοσκελετικού συστήματος, άλλαξε σημαντικά. Ο διποδισμός απελευθέρωσε το άνω άκρο από τη μυοσκελετική λειτουργία. Το άνω άκρο μετατράπηκε σε όργανο τοκετού - ένα χέρι και μπορούσε να βελτιωθεί περαιτέρω στην επιδεξιότητα των κινήσεων. Αυτές οι αλλαγές, ως αποτέλεσμα μιας ποιοτικά νέας λειτουργίας, αντικατοπτρίστηκαν στη δομή όλων των συστατικών της ζώνης και του ελεύθερου τμήματος του άνω άκρου. Η ωμική ζώνη δεν χρησιμεύει μόνο ως στήριγμα για το ελεύθερο άνω άκρο, αλλά αυξάνει σημαντικά την κινητικότητά του. Λόγω του γεγονότος ότι η ωμοπλάτη συνδέεται με τον σκελετό του σώματος κυρίως με τη βοήθεια των μυών, αποκτά μεγαλύτερη ελευθερία κινήσεων. Η ωμοπλάτη συμμετέχει σε όλες τις κινήσεις που πραγματοποιούνται από την κλείδα. Επιπλέον, η ωμοπλάτη μπορεί να κινείται ελεύθερα ανεξάρτητα από την κλείδα. Στην πολυαξονική σφαιρική άρθρωση του ώμου, η οποία περιβάλλεται από μύες σχεδόν από όλες τις πλευρές, τα ανατομικά χαρακτηριστικά της δομής επιτρέπουν κινήσεις κατά μήκος μεγάλων τόξων σε όλα τα επίπεδα. Η εξειδίκευση των λειτουργιών είναι ιδιαίτερα αισθητή στη δομή του χεριού. Χάρη στην ανάπτυξη μακριών, πολύ κινητών δακτύλων (κυρίως του αντίχειρα), το χέρι έχει γίνει ένα πολύπλοκο όργανο που εκτελεί λεπτές, διαφοροποιημένες κινήσεις.

Το κάτω άκρο, έχοντας αναλάβει ολόκληρο το βάρος του σώματος, προσαρμόστηκε αποκλειστικά στη μυοσκελετική λειτουργία. Η κατακόρυφη θέση του σώματος, η όρθια στάση αντανακλάται στη δομή και τις λειτουργίες της ζώνης (λεκάνης) και του ελεύθερου τμήματος του κάτω άκρου. Η ζώνη των κάτω άκρων (λεκάνη) ως ισχυρή τοξωτή δομή είναι προσαρμοσμένη στη μεταφορά του βάρους του κορμού, της κεφαλής, των άνω άκρων στις κεφαλές του μηριαίου οστού. Η κλίση της λεκάνης κατά 45-65° που δημιουργείται κατά τη διαδικασία της ανθρωπογένεσης συμβάλλει στη μεταφορά του βάρους του σώματος στα ελεύθερα κάτω άκρα στις πιο ευνοϊκές βιομηχανικές συνθήκες για την κατακόρυφη θέση του σώματος. Το πόδι απέκτησε μια τοξωτή δομή, η οποία αύξησε την ικανότητά του να αντέχει το βάρος του σώματος και να λειτουργεί ως εύκαμπτος μοχλός κατά την κίνησή του. Οι μύες του κάτω άκρου αναπτύχθηκαν έντονα, γεγονός που προσάρμοσε στην εκτέλεση στατικών και δυναμικών φορτίων. Σε σύγκριση με τους μύες του άνω άκρου, οι μύες του κάτω άκρου έχουν μεγαλύτερη μάζα.

Στο κάτω άκρο, οι μύες έχουν εκτεταμένες επιφάνειες στήριξης και εφαρμογή μυϊκής δύναμης. Οι μύες του κάτω άκρου είναι μεγαλύτεροι και δυνατότεροι από αυτούς του άνω άκρου. Στο κάτω άκρο, οι εκτείνοντες είναι πιο ανεπτυγμένοι από τους καμπτήρες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι εκτείνοντες παίζουν σημαντικό ρόλο στη διατήρηση του σώματος σε όρθια θέση και σε κίνηση (βάδισμα, τρέξιμο).

Στο χέρι, οι καμπτήρες του ώμου, του αντιβραχίου και της παλάμης συγκεντρώνονται στην μπροστινή πλευρά, καθώς η εργασία που εκτελείται από τα χέρια γίνεται μπροστά από το σώμα. Οι κινήσεις πιασίματος εκτελούνται από το χέρι, το οποίο επηρεάζεται από μεγαλύτερο αριθμό καμπτήρων παρά εκτεινόντων. Το άνω άκρο έχει επίσης περισσότερους στροφικούς μύες (πρηνιστές, υπτιαστές) από το κάτω. Είναι πολύ καλύτερα ανεπτυγμένοι στο άνω άκρο από ό,τι στο κάτω. Η μάζα των πρηνιστών και υπτιαστών του βραχίονα σχετίζεται με τους υπόλοιπους μύες του άνω άκρου ως 1:4,8. Στο κάτω άκρο, η αναλογία μάζας των στροφικών μυών προς τους υπόλοιπους είναι 1:29,3.

Η περιτονία και οι απονευρώσεις του κάτω άκρου είναι πολύ καλύτερα ανεπτυγμένες από εκείνες του άνω άκρου λόγω της μεγαλύτερης εκδήλωσης δύναμης υπό στατικά και δυναμικά φορτία. Το κάτω άκρο διαθέτει πρόσθετους μηχανισμούς που βοηθούν στη συγκράτηση του σώματος σε κατακόρυφη θέση και διασφαλίζουν την κίνησή του στο χώρο. Η ζώνη του κάτω άκρου συνδέεται σχεδόν ακίνητα με το ιερό οστό και αποτελεί φυσική στήριξη για τον κορμό. Η τάση της λεκάνης να γέρνει προς τα πίσω στις κεφαλές των μηριαίων οστών εμποδίζεται από τον ιδιαίτερα ανεπτυγμένο λαγονομηριαίο σύνδεσμο της άρθρωσης του ισχίου και τους ισχυρούς μύες. Επιπλέον, η κατακόρυφη κίνηση της βαρύτητας του σώματος, που διέρχεται μπροστά από τον εγκάρσιο άξονα της άρθρωσης του γονάτου, βοηθά μηχανικά στη συγκράτηση της άρθρωσης του γονάτου σε εκτεταμένη θέση.

Στο επίπεδο της ποδοκνημικής άρθρωσης, κατά την όρθια στάση, η περιοχή επαφής μεταξύ των αρθρικών επιφανειών της κνήμης και του αστραγάλου αυξάνεται. Αυτό διευκολύνεται από το γεγονός ότι τα έσω και τα έξω σφυρά αγκαλιάζουν το πρόσθιο, ευρύτερο τμήμα του μπλοκ του αστραγάλου. Επιπλέον, οι μετωπικοί άξονες της δεξιάς και της αριστερής ποδοκνημικής άρθρωσης είναι τοποθετημένοι μεταξύ τους υπό γωνία ανοιχτή προς τα πίσω. Η κατακόρυφος δύναμη της βαρύτητας του σώματος περνάει προς τα εμπρός σε σχέση με τις αρθρώσεις του αστραγάλου. Αυτό οδηγεί σε ένα είδος σύσφιξης του πρόσθιου, ευρύτερου τμήματος του μπλοκ του αστραγάλου μεταξύ των έσω και των έξω σφυρών. Οι αρθρώσεις του άνω άκρου (ώμος, αγκώνας, καρπός) δεν διαθέτουν τέτοιους μηχανισμούς πέδησης.

Τα οστά και οι μύες του κορμού, ειδικά ο αξονικός σκελετός - η σπονδυλική στήλη, η οποία στηρίζει την κεφαλή, τα άνω άκρα και τα όργανα των θωρακικών και κοιλιακών κοιλοτήτων - υπέστησαν βαθιές αλλαγές κατά τη διαδικασία της ανθρωπογένεσης. Σε συνδυασμό με την όρθια στάση, σχηματίστηκαν καμπύλες στη σπονδυλική στήλη και αναπτύχθηκαν ισχυροί ραχιαίοι μύες. Επιπλέον, η σπονδυλική στήλη είναι πρακτικά ακίνητη σε μια ζευγαρωμένη ισχυρή ιερολαγόνια άρθρωση με τη ζώνη των κάτω άκρων (με τη ζώνη της πυέλου), η οποία από βιομηχανικής άποψης χρησιμεύει ως κατανεμητής του βάρους του κορμού στις κεφαλές του μηριαίου οστού (στα κάτω άκρα).

Μαζί με τους ανατομικούς παράγοντες - τα δομικά χαρακτηριστικά των κάτω άκρων και του κορμού, που αναπτύχθηκαν στη διαδικασία της ανθρωπογένεσης για να διατηρήσουν το σώμα σε όρθια θέση, εξασφαλίζοντας σταθερή ισορροπία και δυναμική, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στη θέση του κέντρου βάρους του σώματος.

Το γενικό κέντρο βάρους (ΓΚ) ενός ατόμου είναι το σημείο εφαρμογής της συνισταμένης όλων των βαρυτικών δυνάμεων των τμημάτων του σώματός του. Σύμφωνα με τον MF Ivanitsky, το ΓΚ βρίσκεται στο επίπεδο του IV ιερού σπονδύλου και προβάλλεται στην πρόσθια επιφάνεια του σώματος πάνω από την ηβική σύμφυση. Η θέση του ΓΚ σε σχέση με τον διαμήκη άξονα του σώματος και της σπονδυλικής στήλης εξαρτάται από την ηλικία, το φύλο, τα σκελετικά οστά, τους μύες και τις λιπώδεις εναποθέσεις. Επιπλέον, υπάρχουν καθημερινές διακυμάνσεις στη θέση του ΓΚ λόγω της βράχυνσης ή της επιμήκυνσης της σπονδυλικής στήλης, οι οποίες συμβαίνουν λόγω της άνισης σωματικής δραστηριότητας κατά τη διάρκεια της ημέρας και της νύχτας. Σε ηλικιωμένους και ηλικιωμένους, η θέση του ΓΚ εξαρτάται επίσης από τη στάση του σώματος. Στους άνδρες, το ΓΚ βρίσκεται στο επίπεδο του III οσφυϊκού - V ιερού σπονδύλου, στις γυναίκες - 4-5 cm χαμηλότερα από ό,τι στους άνδρες, και αντιστοιχεί στο επίπεδο από τον V οσφυϊκό έως τον I κοκκυγικό σπόνδυλο. Αυτό εξαρτάται, ειδικότερα, από τη μεγαλύτερη εναπόθεση υποδόριου λίπους στην περιοχή της πυέλου και του ισχίου από ό,τι στους άνδρες. Στα νεογνά, το κέντρο βάρους βρίσκεται στο επίπεδο των θωρακικών σπονδύλων V-VI και στη συνέχεια σταδιακά (έως 16-18 έτη) κινείται προς τα κάτω και ελαφρώς προς τα πίσω.

Η θέση του καρδιακού κέντρου του ανθρώπινου σώματος εξαρτάται επίσης από τον σωματότυπο. Σε άτομα με δολιχόμορφο σωματότυπο (ασθενικοί), το καρδιακό κέντρο βρίσκεται σχετικά χαμηλότερα από ό,τι σε άτομα με βραχυμορφικό σωματότυπο (υπερσθενικοί).

Ως αποτέλεσμα της έρευνας, διαπιστώθηκε ότι το κέντρο βάρους του ανθρώπινου σώματος βρίσκεται συνήθως στο επίπεδο του δεύτερου ιερού σπονδύλου. Η κατακόρυφη γραμμή του κέντρου βάρους διέρχεται 5 cm πίσω από τον εγκάρσιο άξονα των αρθρώσεων του ισχίου, περίπου 2,6 cm πίσω από τη γραμμή που συνδέει τους μείζονες τροχαντήρες και 3 cm μπροστά από τον εγκάρσιο άξονα των αρθρώσεων του αστραγάλου. Το κέντρο βάρους της κεφαλής βρίσκεται ελαφρώς μπροστά από τον εγκάρσιο άξονα των ατλαντοϊνιακών αρθρώσεων. Το κοινό κέντρο βάρους της κεφαλής και του σώματος βρίσκεται στο επίπεδο του μέσου του πρόσθιου άκρου του δέκατου θωρακικού σπονδύλου.

Για να διατηρηθεί σταθερή ισορροπία του ανθρώπινου σώματος σε ένα επίπεδο, είναι απαραίτητο η κάθετος που πέφτει από το κέντρο βάρους του να πέφτει στην περιοχή που καταλαμβάνουν και τα δύο πόδια. Όσο πιο σταθερά στέκεται το σώμα, τόσο πιο φαρδιά είναι η περιοχή στήριξης και τόσο χαμηλότερο είναι το κέντρο βάρους. Για την κατακόρυφη θέση του ανθρώπινου σώματος, η διατήρηση της ισορροπίας είναι το κύριο καθήκον. Ωστόσο, τεντώνοντας τους κατάλληλους μύες, ένα άτομο μπορεί να κρατήσει το σώμα σε διάφορες θέσεις (εντός ορισμένων ορίων) ακόμη και όταν η προβολή του κέντρου βάρους βρίσκεται εκτός της περιοχής στήριξης (έντονη κλίση του σώματος προς τα εμπρός, προς τα πλάγια κ.λπ.). Ταυτόχρονα, η ορθοστασία και η κίνηση του ανθρώπινου σώματος δεν μπορούν να θεωρηθούν σταθερές. Με σχετικά μακριά πόδια, ένα άτομο έχει μια σχετικά μικρή περιοχή στήριξης. Δεδομένου ότι το συνολικό κέντρο βάρους του ανθρώπινου σώματος βρίσκεται σχετικά ψηλά (στο επίπεδο του δεύτερου ιερού σπονδύλου) και η περιοχή στήριξης (η περιοχή των δύο πελμάτων και ο χώρος μεταξύ τους) είναι ασήμαντη, η σταθερότητα του σώματος είναι πολύ μικρή. Σε κατάσταση ισορροπίας, το σώμα συγκρατείται από τη δύναμη των μυϊκών συσπάσεων, η οποία το εμποδίζει να πέσει. Τα μέρη του σώματος (κεφάλι, κορμός, άκρα) καταλαμβάνουν μια θέση που αντιστοιχεί σε καθένα από αυτά. Ωστόσο, εάν η αναλογία των μερών του σώματος διαταραχθεί (για παράδειγμα, τέντωμα των χεριών προς τα εμπρός, κάμψη της σπονδυλικής στήλης κατά την όρθια στάση κ.λπ.), τότε η θέση και η ισορροπία των άλλων μερών του σώματος αλλάζουν ανάλογα. Οι στατικές και δυναμικές ροπές μυϊκής δράσης σχετίζονται άμεσα με τη θέση του κέντρου βάρους του σώματος. Δεδομένου ότι το κέντρο βάρους ολόκληρου του σώματος βρίσκεται στο επίπεδο του δεύτερου ιερού σπονδύλου πίσω από την εγκάρσια γραμμή που συνδέει τα κέντρα των αρθρώσεων του ισχίου, η τάση του κορμού (μαζί με τη λεκάνη) να γέρνει προς τα πίσω αντιστέκεται από ιδιαίτερα ανεπτυγμένους μύες και συνδέσμους που ενισχύουν τις αρθρώσεις του ισχίου. Αυτό εξασφαλίζει την ισορροπία ολόκληρου του άνω μέρους του σώματος, το οποίο συγκρατείται σε όρθια θέση στα πόδια.

Η τάση του σώματος να πέφτει προς τα εμπρός όταν στέκεται κάποιος όρθιος οφείλεται στην κατακόρυφη γραμμή του κέντρου βάρους που διέρχεται προς τα εμπρός (κατά 3-4 cm) από τον εγκάρσιο άξονα των αρθρώσεων του αστραγάλου. Η πτώση αντιστέκεται στις δράσεις των μυών του πίσω μέρους του ποδιού. Εάν η κατακόρυφη γραμμή του κέντρου βάρους κινηθεί ακόμη πιο μπροστά - προς τα δάχτυλα των ποδιών, τότε με τη σύσπαση των οπίσθιων μυών του ποδιού η φτέρνα ανυψώνεται, ανυψώνεται από το επίπεδο στήριξης, η κατακόρυφη γραμμή του κέντρου βάρους κινείται προς τα εμπρός και τα δάχτυλα των ποδιών χρησιμεύουν ως στήριγμα.

Εκτός από τη στήριξη, τα κάτω άκρα εκτελούν κινητική λειτουργία, μετακινώντας το σώμα στο χώρο. Για παράδειγμα, κατά το περπάτημα, το ανθρώπινο σώμα κάνει μια κίνηση προς τα εμπρός, ακουμπώντας εναλλάξ στο ένα πόδι και μετά στο άλλο. Σε αυτήν την περίπτωση, τα πόδια κάνουν εναλλάξ κινήσεις που μοιάζουν με εκκρεμές. Κατά το περπάτημα, ένα από τα κάτω άκρα σε μια συγκεκριμένη στιγμή είναι στήριγμα (πίσω), το άλλο είναι ελεύθερο (μπροστά). Με κάθε νέο βήμα, το ελεύθερο πόδι γίνεται στήριγμα και το πόδι στήριξης φέρεται προς τα εμπρός και γίνεται ελεύθερο.

Η συστολή των μυών του κάτω άκρου κατά τη βάδιση αυξάνει σημαντικά την καμπυλότητα του πέλματος, αυξάνει την καμπυλότητα των εγκάρσιων και διαμήκων καμάρων του. Ταυτόχρονα, αυτή τη στιγμή, ο κορμός γέρνει ελαφρώς προς τα εμπρός μαζί με τη λεκάνη στις κεφαλές των μηριαίων οστών. Εάν το πρώτο βήμα ξεκινήσει με το δεξί πόδι, τότε η δεξιά φτέρνα, στη συνέχεια η μέση της σόλας και τα δάχτυλα ανεβαίνουν πάνω από το επίπεδο στήριξης, το δεξί πόδι λυγίζει στις αρθρώσεις του ισχίου και του γονάτου και φέρεται προς τα εμπρός. Ταυτόχρονα, η άρθρωση του ισχίου αυτής της πλευράς και ο κορμός ακολουθούν προς τα εμπρός μετά το ελεύθερο πόδι. Αυτό το (δεξί) πόδι, με μια ενεργητική συστολή του τετρακέφαλου μυός του μηρού, ισιώνει στην άρθρωση του γονάτου, αγγίζει την επιφάνεια στήριξης και γίνεται το στήριγμα. Αυτή τη στιγμή, το άλλο, αριστερό πόδι (μέχρι αυτή τη στιγμή το πίσω, πόδι στήριξης) βγαίνει από το επίπεδο στήριξης, φέρεται προς τα εμπρός, καθιστώντας το μπροστινό, ελεύθερο πόδι. Αυτή τη στιγμή, το δεξί πόδι παραμένει πίσω ως πόδι στήριξης. Μαζί με το κάτω άκρο, το σώμα κινείται προς τα εμπρός και ελαφρώς προς τα πάνω. Έτσι, και τα δύο άκρα εκτελούν εναλλάξ τις ίδιες κινήσεις σε μια αυστηρά καθορισμένη ακολουθία, υποστηρίζοντας το σώμα πρώτα από τη μία πλευρά, μετά από την άλλη, και σπρώχνοντάς το προς τα εμπρός. Ωστόσο, κατά το περπάτημα, δεν υπάρχει στιγμή που και τα δύο πόδια να αποκολλώνται ταυτόχρονα από το έδαφος (το επίπεδο στήριξης). Το μπροστινό (ελεύθερο) άκρο καταφέρνει πάντα να αγγίξει το επίπεδο στήριξης με τη φτέρνα του πριν το πίσω (υποστηρικτικό) πόδι αποχωριστεί πλήρως από αυτό. Έτσι διαφέρει το περπάτημα από το τρέξιμο και το άλμα. Ταυτόχρονα, κατά το περπάτημα, υπάρχει μια στιγμή που και τα δύο πόδια αγγίζουν ταυτόχρονα το έδαφος, με το πόδι στήριξης να αγγίζει ολόκληρο το πέλμα και το ελεύθερο πόδι να αγγίζει τα δάχτυλα των ποδιών. Όσο πιο γρήγορο είναι το περπάτημα, τόσο μικρότερη είναι η στιγμή ταυτόχρονης επαφής και των δύο ποδιών με το επίπεδο στήριξης.

Παρατηρώντας τις αλλαγές στη θέση του κέντρου βάρους κατά το περπάτημα, μπορεί κανείς να παρατηρήσει την κίνηση ολόκληρου του σώματος προς τα εμπρός, προς τα πάνω και προς τα πλάγια στα οριζόντια, μετωπιαία και οβελιαία επίπεδα. Η μεγαλύτερη μετατόπιση συμβαίνει προς τα εμπρός στο οριζόντιο επίπεδο. Η μετατόπιση προς τα πάνω και προς τα κάτω είναι 3-4 cm, και προς τα πλάγια (πλευρικές ταλαντώσεις) - 1-2 cm. Η φύση και η έκταση αυτών των μετατοπίσεων υπόκεινται σε σημαντικές διακυμάνσεις και εξαρτώνται από την ηλικία, το φύλο και τα ατομικά χαρακτηριστικά. Ο συνδυασμός αυτών των παραγόντων καθορίζει την ατομικότητα του βαδίσματος, το οποίο μπορεί να αλλάξει υπό την επίδραση της προπόνησης. Κατά μέσο όρο, το μήκος ενός φυσιολογικού ήρεμου βήματος είναι 66 cm και διαρκεί 0,6 s.

Όταν το περπάτημα επιταχύνεται, το βήμα μετατρέπεται σε τρέξιμο. Το τρέξιμο διαφέρει από το περπάτημα στο ότι περιλαμβάνει εναλλασσόμενη στήριξη και άγγιγμα της επιφάνειας στήριξης με το ένα πόδι και μετά με το άλλο.

[ 1 ], [ 2 ]