Statica și dinamica corpului uman: centrul de greutate

Poziția verticală a corpului uman, mișcarea sa în spațiu, diverse tipuri de mișcări (mers, alergare, sărituri) s-au dezvoltat în procesul unei lungi evoluții, odată cu formarea omului ca specie. În procesul antropogenezei, în legătură cu trecerea strămoșilor umani la condiții terestre de existență și apoi la mișcarea pe două membre (inferioare), anatomia întregului organism, părțile sale individuale, organele, inclusiv sistemul musculo-scheletic, s-au schimbat semnificativ. Bipedismul a eliberat membrul superior de funcția musculo-scheletică. Membrul superior s-a transformat într-un organ de travaliu - o mână și a putut să se îmbunătățească în continuare în dexteritatea mișcărilor. Aceste schimbări, ca urmare a unei funcții calitativ noi, s-au reflectat în structura tuturor componentelor centurii și a secțiunii libere a membrului superior. Centura scapulară nu servește doar ca suport pentru membrul superior liber, ci îi crește semnificativ mobilitatea. Datorită faptului că scapula este conectată la scheletul corpului în principal cu ajutorul mușchilor, aceasta dobândește o mai mare libertate de mișcare. Scapula participă la toate mișcările efectuate de claviculă. În plus, scapula se poate mișca liber, independent de claviculă. În articulația umărului multiaxială, de tip sferică și socket, care este înconjurată de mușchi pe aproape toate părțile, caracteristicile anatomice ale structurii permit mișcări de-a lungul unor arcuri mari în toate planurile. Specializarea funcțiilor este deosebit de remarcabilă în structura mâinii. Datorită dezvoltării degetelor lungi și foarte mobile (în principal a degetului mare), mâna a devenit un organ complex care efectuează acțiuni fine și diferențiate.

Membrul inferior, preluând întreaga greutate a corpului, s-a adaptat exclusiv funcției musculo-scheletice. Poziția verticală a corpului, postura dreaptă se reflectă în structura și funcțiile centurii (pelvisului) și ale secțiunii libere a membrului inferior. Centura membrelor inferioare (centrul pelvin) ca o structură arcuită puternică, adaptată transferului greutății trunchiului, capului, membrelor superioare către capetele femurului. Înclinarea pelvisului cu 45-65° stabilită în procesul de antropogeneză contribuie la transferul greutății corpului către membrele inferioare libere în cele mai favorabile condiții biomecanice pentru poziția verticală a corpului. Piciorul a dobândit o structură arcuită, ceea ce i-a sporit capacitatea de a suporta greutatea corpului și de a acționa ca o pârghie flexibilă la deplasarea acestuia. Mușchii membrului inferior s-au dezvoltat puternic, ceea ce s-a adaptat la efectuarea unor solicitări statice și dinamice. Comparativ cu mușchii membrului superior, mușchii membrului inferior au o masă mai mare.

La nivelul membrului inferior, mușchii au suprafețe extinse de susținere și aplicare a forței musculare. Mușchii membrului inferior sunt mai mari și mai puternici decât cei ai membrului superior. La nivelul membrului inferior, extensorii sunt mai dezvoltați decât flexorii. Acest lucru se datorează faptului că extensorii joacă un rol major în menținerea corpului în poziție verticală și în mișcare (mers, alergare).

În braț, flexorii umărului, antebrațului și mâinii sunt concentrați pe partea din față, deoarece lucrul efectuat de mâini se face în fața corpului. Mișcările de prindere sunt efectuate de mână, care este afectată de un număr mai mare de flexori decât de extensori. Membrul superior are, de asemenea, mai mulți mușchi de rotire (pronatori, supinatori) decât cel inferior. Aceștia sunt mult mai bine dezvoltați în membrul superior decât în cel inferior. Masa pronatorilor și supinatorilor brațului se raportează la restul mușchilor membrului superior ca 1:4,8. În membrul inferior, raportul de masă al mușchilor de rotire față de restul este de 1:29,3.

Fascia și aponevrozele membrului inferior sunt mult mai bine dezvoltate decât cele ale membrului superior datorită manifestării mai mari a forței sub sarcini statice și dinamice. Membrul inferior are mecanisme suplimentare care ajută la menținerea corpului în poziție verticală și asigură mișcarea acestuia în spațiu. Centura membrului inferior este conectată aproape imobil la sacrum și reprezintă un suport natural pentru trunchi. Tendința pelvisului de a se răsturna înapoi pe capetele femurului este prevenită de ligamentul iliofemural foarte dezvoltat al articulației șoldului și de mușchii puternici. În plus, verticala gravitației corpului, trecând prin fața axului transversal al articulației genunchiului, ajută mecanic la menținerea articulației genunchiului într-o poziție extinsă.

La nivelul articulației gleznei, în ortostatism, zona de contact dintre suprafețele articulare ale tibiei și astragalului crește. Acest lucru este facilitat de faptul că maleolele mediale și laterale îmbrățișează secțiunea anterioară, mai lată, a blocului astragal. În plus, axele frontale ale articulațiilor gleznei drepte și stângi sunt poziționate una față de cealaltă într-un unghi deschis spre spate. Verticala gravitației corpului trece înainte în raport cu articulațiile gleznei. Acest lucru duce la un fel de ciupire a secțiunii anterioare, mai late, a blocului astragal între maleolele mediale și laterale. Articulațiile membrului superior (umăr, cot, încheietura mâinii) nu au astfel de mecanisme de frânare.

Oasele și mușchii trunchiului, în special scheletul axial - coloana vertebrală, care susține capul, membrele superioare și organele cavităților toracice și abdominale - au suferit schimbări profunde în procesul antropogenezei. În legătură cu postura verticală, s-au format curburi ale coloanei vertebrale și s-au dezvoltat mușchi dorsali puternici. În plus, coloana vertebrală este practic imobilă într-o articulație sacroiliacă puternică, pereche cu centura membrelor inferioare (cu centura pelviană), care, din punct de vedere biomecanic, servește ca distribuitor al greutății trunchiului către capetele femurului (către membrele inferioare).

Alături de factorii anatomici - caracteristicile structurale ale membrelor inferioare și ale trunchiului, dezvoltate în procesul de antropogeneză pentru a menține corpul într-o poziție verticală, asigurând un echilibru și o dinamică stabile, o atenție deosebită trebuie acordată poziției centrului de greutate al corpului.

Centrul general de greutate (CG) al unei persoane este punctul de aplicare a rezultantei tuturor forțelor gravitaționale ale părților corpului său. Conform lui MF Ivanitsky, CG este situat la nivelul vertebrelor sacrale IV și este proiectat pe suprafața anterioară a corpului, deasupra simfizei pubiene. Poziția CG în raport cu axa longitudinală a corpului și a coloanei vertebrale depinde de vârstă, sex, oase scheletice, mușchi și depozite de grăsime. În plus, există fluctuații zilnice ale poziției CG datorită scurtării sau alungirii coloanei vertebrale, care apar din cauza activității fizice inegale din timpul zilei și al nopții. La vârstnici și persoanele în vârstă, poziția CG depinde și de postură. La bărbați, CG este situat la nivelul vertebrelor lombare III - sacrale V, la femei - cu 4-5 cm mai jos decât la bărbați și corespunde nivelului de la vertebra lombară V la vertebra coccigiană I. Acest lucru depinde, în special, de depunerea mai mare de grăsime subcutanată în zona pelviană și a șoldului decât la bărbați. La nou-născuți, centrul de greutate se află la nivelul vertebrelor toracice V-VI, apoi treptat (până la 16-18 ani) se deplasează în jos și ușor înapoi.

Poziția CG-ului corpului uman depinde și de tipul de corp. La persoanele cu un corp dolichomorf (astenici), CG-ul este situat relativ mai jos decât la persoanele cu un corp brahimorf (hiperstenici).

În urma cercetărilor, s-a stabilit că centrul de greutate al corpului uman este de obicei situat la nivelul celei de-a doua vertebre sacrale. Linia verticală a centrului de greutate trece la 5 cm în spatele axei transversale a articulațiilor șoldului, la aproximativ 2,6 cm în spatele liniei care leagă trohanterii mari și la 3 cm în fața axei transversale a articulațiilor gleznei. Centrul de greutate al capului este situat puțin în fața axei transversale a articulațiilor atlanto-occipitale. Centrul de greutate comun al capului și corpului se află la nivelul mijlocului marginii anterioare a celei de-a zecea vertebre toracice.

Pentru a menține echilibrul stabil al corpului uman pe un plan, este necesar ca perpendiculara căzută de la centrul său de greutate să cadă pe zona ocupată de ambele picioare. Cu cât corpul stă mai ferm, cu atât suprafața de sprijin este mai largă și centrul de greutate este mai jos. Pentru poziția verticală a corpului uman, menținerea echilibrului este sarcina principală. Cu toate acestea, prin încordarea mușchilor corespunzători, o persoană poate menține corpul în diverse poziții (în anumite limite) chiar și atunci când proiecția centrului de greutate este în afara zonei de sprijin (înclinare puternică înainte a corpului, în lateral etc.). În același timp, statul în picioare și mișcarea corpului uman nu pot fi considerate stabile. Cu picioare relativ lungi, o persoană are o suprafață de sprijin relativ mică. Deoarece centrul de greutate general al corpului uman este situat relativ sus (la nivelul celei de-a doua vertebre sacrale), iar suprafața de sprijin (suprafața a două tălpi și spațiul dintre ele) este nesemnificativă, stabilitatea corpului este foarte mică. Într-o stare de echilibru, corpul este susținut de forța contracțiilor musculare, ceea ce îl împiedică să cadă. Părțile corpului (cap, trunchi, membre) ocupă o poziție corespunzătoare fiecăreia dintre ele. Totuși, dacă raportul dintre părțile corpului este perturbat (de exemplu, întinderea brațelor înainte, îndoirea coloanei vertebrale în picioare etc.), atunci poziția și echilibrul celorlalte părți ale corpului se schimbă în mod corespunzător. Momentele statice și dinamice ale acțiunii musculare sunt direct legate de poziția centrului de greutate al corpului. Deoarece centrul de greutate al întregului corp este situat la nivelul celei de-a doua vertebre sacrale, în spatele liniei transversale care leagă centrele articulațiilor șoldului, tendința trunchiului (împreună cu pelvisul) de a se înclina înapoi este contracarată de mușchi și ligamente foarte dezvoltate care întăresc articulațiile șoldului. Acest lucru asigură echilibrul întregului corp superior, care este ținut în poziție verticală pe picioare.

Tendința corpului de a cădea înainte în picioare se datorează liniei verticale a centrului de greutate care trece înainte (cu 3-4 cm) de la axa transversală a articulațiilor gleznei. Căderea este rezistată de acțiunile mușchilor din spatele piciorului. Dacă linia verticală a centrului de greutate se deplasează și mai înainte - spre degetele de la picioare, atunci prin contracția mușchilor spatelui piciorului, călcâiul este ridicat, ridicat de pe planul de sprijin, linia verticală a centrului de greutate se deplasează înainte, iar degetele de la picioare servesc drept sprijin.

Pe lângă susținere, membrele inferioare îndeplinesc o funcție locomotorie, mișcând corpul în spațiu. De exemplu, atunci când merge, corpul uman face o mișcare înainte, sprijinindu-se alternativ pe un picior, apoi pe celălalt. În acest caz, picioarele fac alternativ mișcări asemănătoare pendulului. La mers, unul dintre membrele inferioare la un moment dat este sprijin (posterior), celălalt este liber (față). Cu fiecare nou pas, piciorul liber devine sprijin, iar piciorul de sprijin este adus înainte și devine liber.

Contracția mușchilor membrului inferior în timpul mersului crește semnificativ curbura tălpii piciorului, crește curbura arcurilor transversale și longitudinale ale acestuia. În același timp, în acest moment, trunchiul se înclină ușor înainte împreună cu pelvisul pe capetele femurale. Dacă primul pas este început cu piciorul drept, apoi călcâiul drept, apoi mijlocul tălpii și degetele de la picioare se ridică deasupra planului de sprijin, piciorul drept se îndoaie la nivelul articulațiilor șoldului și genunchiului și este adus înainte. În același timp, articulația șoldului acestei părți și trunchiul urmează înainte după piciorul liber. Acest picior (drept), cu o contracție energică a mușchiului cvadriceps al coapsei, se îndreaptă la nivelul articulației genunchiului, atinge suprafața de sprijin și devine suport. În acest moment, celălalt picior, stâng (până în acest moment piciorul de sprijin din spate), se desprinde de planul de sprijin, este adus înainte, devenind piciorul liber din față. În acest moment, piciorul drept rămâne în spate ca picior de sprijin. Împreună cu membrul inferior, corpul se mișcă înainte și ușor în sus. Astfel, ambele membre execută alternativ aceleași mișcări într-o secvență strict definită, sprijinind corpul mai întâi pe o parte, apoi pe cealaltă și împingându-l înainte. Cu toate acestea, în timpul mersului, nu există niciun moment în care ambele picioare să fie smulse simultan de pe sol (planul de susținere). Membrul anterior (liber) reușește întotdeauna să atingă planul de susținere cu călcâiul înainte ca piciorul din spate (de susținere) să fie complet separat de acesta. Așa se diferențiază mersul de alergare și sărituri. În același timp, la mers, există un moment în care ambele picioare ating simultan pământul, piciorul de susținere atingând întreaga talpă, iar piciorul liber atingând degetele de la picioare. Cu cât mersul este mai rapid, cu atât este mai scurt momentul de contact simultan al ambelor picioare cu planul de susținere.

Urmărind schimbările poziției centrului de greutate în timpul mersului, se poate observa mișcarea întregului corp înainte, în sus și lateral în planurile orizontal, frontal și sagital. Cea mai mare deplasare are loc înainte în planul orizontal. Deplasarea în sus și în jos este de 3-4 cm, iar în lateral (balansări laterale) - 1-2 cm. Natura și amploarea acestor deplasări sunt supuse unor fluctuații semnificative și depind de vârstă, sex și caracteristici individuale. Combinația acestor factori determină individualitatea mersului, care se poate schimba sub influența antrenamentului. În medie, lungimea unui pas normal calm este de 66 cm și durează 0,6 s.

Când mersul accelerează, pasul se transformă într-o alergare. Alergarea diferă de mers prin faptul că implică sprijin alternativ și atingerea suprafeței de sprijin cu un picior și apoi cu celălalt.

[ 1 ], [ 2 ]