Опорно перовой аппарат человека схема. Опорно-двигательный аппарат

Специфические черты опорно-двигательного аппарата человека . Специфические особенности физического типа человека развивались в связи с вертикальным положением его тела, прямохождением и общественно-трудовой деятельностью.

Сила тяжести человеческого тела действует в вертикальном направлении, что резко сказалось на форме и строении скелета, его соединениях и мышечной системе. Этот же фактор создал и предрасположение к таким специфическим для человека болезням, как искривление позвоночника, плоскостопие, опущение брюшных внутренностей и т. и.

Приспособления к вертикальной статике видны в строении всех отделов скелета: в позвоночнике, черепе и конечностях.

Верхняя и нижняя поверхности тел позвонков параллельны. Но под влиянием больших профессиональных нагрузок, например, у лиц, несущих тяжелый физический труд, или штангистов, тела позвонков суживаются вентрально и принимают клиновидную форму.

Чем ближе к крестцу, тем массивнее позвонки, что вызвано возрастающей нагрузкой на них. Так как тяжесть туловища, рук и головы целиком падает на крестец, то из его пяти позвонков на тазовые кости опираются три (и даже нередко часть четвертого). У животных при горизонтальном положении их тела в крестце опорным является лишь один - два позвонка (у обезьян - два).

Сила тяжести в значительной мере определяет специфические для человека изгибы позвоночника. Такие изгибы, как у четвероногих, появляются в позвоночнике человека лишь при опоре на все конечности (рис. 59, 2).

Большое затылочное отверстие и атланто-затылочный сустав черепа переместились ближе к середине его основания (рис. 42). Это позволяет удерживать голову при меньших усилиях мышц, легко вращать ее.

Нижние конечности человека выдерживают большую статическую нагрузку и целиком принимают на себя локомоторную функцию. Этим функциям соответствуют выпрямленность ног в коленном суставе, мощное развитие их связок, расширенная форма таза, поддерживающего брюшные внутренности, широко расставленные тазобедренные суставы, способствующие устойчивости туловища, и более сильное развитие мышц супинаторов по сравнению с пронаторами. Ноги человека длиннее рук, тогда как у человекообразных обезьян, наоборот, короче их (рис. 59 и 60). Однако этот признак человека развивается только после рождения, у новорожденного ноги составляют лишь 65% длины туловища (как у взрослых антропоидов), а затем растут быстрее рук и достигают у взрослого 107% длины туловища.

Ноги имеют более массивный скелет, чем руки; их мускулатура обладает большей силой, но вместе с тем меньшим разнообразием и ограниченным размахом движений. Соединения костей нижней конечности более прочны, чем верхней. Так, например, глубокая вертлужная впадина обеспечивает большую прочность тазобедренного сустава, но в известной мере ограничивает подвижность ноги. Мощная подвздошно-бедренная связка этого сустава и прочные окольные связки коленного сустава натягиваются при разгибании конечности, чем помогают ее фиксации при стоянии.

В процессе эволюции человека локомоции играли не менее существенную роль, чем вертикальная статика. Это было обусловлено необходимостью спасения бегством от хищников и погоней за добычей после перехода от растительной пищи к животной. В связи с этим среди мышц тазобедренных, коленных и голеностопных суставов развилось много мышц с косым расположением волокон. Как отмечалось, волокна таких мышц, растягиваясь, значительно удлиняются и развивают большие упругие силы. Такие мышцы отличаются большой силой, быстротой сокращения и неутомимостью.

Но самое замечательное приспособление к двуногому хождению - продольный и поперечный пружинящие своды стопы, присущие только человеку. Пружинящие своды распределяют тяжесть, падающую на стону сверху, уменьшают сотрясения и толчки при ходьбе, приспосабливают стопу к неровностям почвы, сообщают плавность походке и упругость стоянию. У новорожденного ребенка сводчатость стопы не выражена, она формируется позже, по мере того как ребенок начинает ходить.

Стопа лишена хватательной функции, хотя данные эмбриологии и анатомии (наличие слабых мышц, отводящих и приводящих большой палец) указывают на то, что I палец обезьяньих предков человека в какой-то степени обладал способностью противопоставляться остальным пальцам, I. плюсневая кость и фаланги I пальца наиболее массивны, в то время как латеральная сторона свода стопы ослаблена главным образом за счет скелета пальцев, особенно V. Последний явно редуцирован и в 40% случаев состоит только из двух фаланг (за счет утраты средней, сливающейся с ногтевой). Частичная редукция скелета V пальца стоны при вполне развитом скелете ее других пальцев - признак человека, который у животных не встречается. Фаланги укорочены, остальные кости стопы массивны и крупнее гомологичных костей кисти. Предплюсна составляет около половины длины всей стопы (рис. 59, 2).

Существенную роль в поддержании сводов стопы играют мышцы. Прикрепляясь к подошвенному апоневрозу и связкам, мышцы натягивают их и придают им устойчивость. Поэтому при стоянии, когда напряжены многие мышцы ноги, своды стоны не уплощены, а часто выражены еще лучше. В частности, поперечный свод стопы поддерживает длинная малоберцовая мышца. Она прикрепляется не только к I плюсневой кости, как у обезьян, но и к 1 клиновидной, что укрепляет поперечный свод.

Человеческая стопа узкоспециализирована как орган опоры и передвижения, по соответствующими упражнениями подвижность ее суставов может быть увеличена. Благодаря этому стопа у некоторых народов и до сих пор используется в небольшой степени как подсобный орган труда. В такой роли она приобретает известное значение и при современном уровне техники, когда машины и станки имеют педальное управление.

Профессиональная нагрузка на стопу вызывает в ее скелете хорошо заметные морфологические изменения, которые возникают как приспособление к условиям труда. Примером может служить стопа балерин с большим стажем работы. В классическом танце при стоянии и передвижении на носках вся тяжесть тела падает на первые три пальца. Это ведет к специфической перестройке скелета стопы, особенно в области этих пальцев (Атл., 40).

Чрезмерная нагрузка стоны у людей, профессия которых связана с длительным стоянием или хождением (текстильщицы, почтальоны и др.), может привести к патологическим изменениям, например уплощению сводов стоны, плоскостопию. Это связано с упорными болями в области сводов стопы, быстрой утомляемостью и вызывает потерю трудоспособности. Плоскостопие может развиться у детей школьного возраста при физической перегрузке.

Приспособления руки к вертикальной статике выразились в облегчении конструкции ее скелета, в изменении относительной длины ее частей, в тонкой дифференцировке многообразной мускулатуры. Рука человека приобрела особую подвижность, которая обеспечивается длинными ключицами, положением лопаток, характером связи плечевого пояса с туловищем, формой грудной клетки, особенностями строения плечевого сустава. Благодаря ключице плечевой сустав отставлен от туловища и через ее сочленение с грудиной руки опирается на скелет туловища.

Лопатки занимают дорсальную поверхность грудной клетки. Это обусловливает свободу движений верхних конечностей.

Плечевой пояс связан с туловищем в основном мышцами, которыми он и фиксируется. Фиксация достигается одновременным напряжением таких антагонистических мышц, как передняя зубчатая и ромбовидная (обе прикрепляются к медиальному краю лопатки, но подходят к нему с разных сторон); мышца, поднимающая лопатку, и малая грудная, оттягивающие лопатку в противоположных направлениях; трапециевидная и дельтовидная мышцы.

Грудная клетка уплощена в сагиттальном направлении и не мешает движению рук. У большинства животных она узка, сжата с боков, и передние конечности двигаются лишь в сагиттальной плоскости.

Сочленовная ямка лопатки очень плоска и относительно мала, ее поверхность равна лишь 1 / 4 поверхности головки плечевой кости. Сустав между этими костями имеет очень свободную суставную сумку и почти лишен дополнительных связок. Все это, хотя и выдвигает сустав на первое место по частоте вывихов, в то же время обеспечивает ему хорошую подвижность, разнообразие движений и большой размах их. Сустав укрепляется напряжением двуглавой мышцы (главным образом длинной головки, сухожилие которой проходит внутри суставной сумки, где прижимает головку плечевой кости к суставной ямке), всех коротких мышц, непосредственно прилегающих к суставной сумке (надостной, подостной, подлопаточной), а также дельтовидной мышцы, охватывающей с поверхности всю область плечевого сустава.

Объем движений в локтевом суставе, как и в плечевом, у человека больше, чем у обезьян. Предплечье короче плеча (у антропоидов наоборот), что позволяет руке делать быстрые и точные движения (например, удары) и требует меньших усилий при поднятии тяжестей (рис. 59 и 60). В работе руки большое значение имеют вращательные движения лучевой кости - пронация и супинация, совершаемые совместно с кистью в локтевом и дистальном лучелоктевом суставах. Эти движения появляются уже у примитивных наземных позвоночных, совершенствуются у обезьян, но наиболее хорошо развиты у человека (особенно супинация), что связано с сильным развитием мышц - пронаторов и супинаторов.

В связи с приспособлением руки к труду в ее мускулатуре сгибатели по количеству и дифференцированности преобладают над разгибателями, пронаторы - над супинаторами и приводящие мышцы - над отводящими.

Существенное значение в работе руки имеет мощное развитие плечелучевой мышцы. Последняя, располагаясь параллельно лучевой кости, устанавливает кисть в среднее положение между состоянием пронации и супинации. При этом ладонь, оказываясь обращенной к туловищу, находится в исходном для трудовых процессов положении.

Кисть человека - высокоспециализированная структура. Она состоит из многочисленных, сочленяющихся между собой костей, соединенных прочным связочным аппаратом в сводчатое образование (рис. 30). Кисть одновременно и очень прочна, и эластична. Многочисленные мышцы обеспечивают не только большую подвижность ее, но и разнообразие, быстроту и тонкость движений. Запястье развито сильнее, чем у антропоидов, хотя кисть в целом короче (за счет фаланг) (рис. 59 и 60). Ограниченные и незначительные движения между костями запястья в сумме придают ему большую пластичность, необходимую для трудовых движений кисти как рабочего органа.

Совершенно особое значение для трудовых функций имеет I палец. Его большая подвижность и способность противопоставляться остальным пальцам, в том числе и мизинцу, обеспечиваются седловидной формой I запястно-пястного сустава. Функция I пальца настолько важна, что при утрате его кисть почти перестает быть органом труда. У древних предков человека - неандертальцев - этот сустав был уплощенным и противопоставление большого пальца не достигало такого совершенства, как у современных людей. Рука неандертальца хотя и была сильной, но тонких движений еще не совершала, о чем можно судить по грубости его примитивных каменных орудий.

У антропоидов I палец тоже противопоставляется остальным, но короток, развит очень слабо и не может обеспечить тех тонких и сильных движений, которые необходимы для трудовой деятельности (рис. 5).

У новорожденных противопоставление большого пальца остальным несовершенно, хотя цепкость пальцев поразительна. Фаланги у младенцев относительно длиннее, а запястье короче, чем у взрослого. Таким образом, в строении кисти новорожденного проступают некоторые обезьяньи черты, исчезающие впоследствии.

Решающим условием в превращении передней конечности обезьяноподобного предка человека в руку послужило освобождение ее в процессе антропогенеза от функции передвижения и опоры тела. Рука стала органом труда, выполняя совершенно новую функцию по сравнению с передней конечностью животных. Под влиянием трудовой деятельности рука первобытного человека непрерывно совершенствовалась. "Рука, таким образом, является не только органом труда, она также и продукт его " * . Так "...рука достигла той высокой ступени совершенства, на которой она смогла, как бы силой волшебства, вызвать к жизни картины Рафаэля, статуи Торвальдсена, музыку Паганини" ** .

* (Энгельс Ф. Диалектика природы, 1969, с. 145. )

** (Энгельс Ф. Диалектика природы, 1969, с. 146. )

Изменения в скелете верхней конечности человека, связанные с приспособлением ее к трудовой деятельности, видны уже в плечевом поясе. Нарастая к дистальном направлении, эти приспособления особенно резко выступают в строении кисти, т. е. в органе, непосредственно взаимодействующем с орудиями производства и предметами труда.

Под влиянием постоянных физиологических нагрузок, связанных с профессией, может наступить рабочая гипертрофия отдельных частей скелета, что несколько изменяет их форму и пропорции. Например, у шоферов увеличивается ширина пястных костей и фаланг без особого утолщения их компактного слоя, удлиняются III-V пальцы и соответствующие им пястные кости. У грузчиков увеличивается толщина компактного слоя пястных костей и удлиняется I палец с его пястной костью. У подростков - учащихся ремесленных и музыкальных училищ систематическое воздействие физического труда или постоянная тренировка в игре на музыкальных инструментах замедляет синостозирование эпифизов пястных костей и фаланг, что приводит к их удлинению. Примером поразительного удлинения большого пальца кисти, несомненно наступившего под влиянием длительной, с детских лет, напряженной профессиональной нагрузки, может служить рука гениального итальянского скрипача Ник кол о Паганини (1782-1840) (рис. 61).

Благодаря прогрессивному развитию нервной системы рука стала не только органом труда, но и органом осязания и органом выразительных движений - вспомогательных элементов членораздельной речи. Можно предполагать, что эволюция руки в этом направлении еще не закончена.

Анатомические механизмы статики и динамики . Анализ анатомо-физиологических особенностей опорно-двигательного аппарата на основе законов механики имеет большое прикладное значение и составляет предмет особой науки - биомеханики. Данные последней используются для рационализации трудовых движений, учитываются в практике физического воспитания и в спортивной тренировке. Так, при изучении структуры движений учитывается, что в любом движении принимают участие не все, а лишь определенные группы мышц (рис. 62). Эти данные служат основой для лечебной физкультуры и конструирования протезов.

Изучение механики живого тела человека начинается с определения центра его тяжести.

Общий центр тяжести тела (рис. 63) при свободном стоянии расположен в области малого таза, впереди крестца (по М. Ф. Иваницкому), у женщин ниже, чем у мужчин.

Рис. 63. Положение вертикали общего центра тяжести и напрягающиеся мышечные группы: слева - при стоянии "вольно"; справа - при стоянии "смирно". Кружком с точкой обозначен центр тяжести тела. Черными точками даны проекции фронтальных осей суставов ноги

Положение центра тяжести зависит от физических особенностей человека - его осанки, телосложения и возрастных различий (развития мускулатуры, массивности костяка, жироотложения и пр.). У детей центр тяжести располагается выше, чем у взрослых; у тяжелоатлетов ниже, чем у гимнастов, и т. д. Тело тем устойчивее, чем ниже расположен центр его тяжести. Чем длиннее ноги, тем выше центр тяжести и менее устойчиво тело, поэтому отношение их длины к туловищу имеет значение при трудовых процессах, которые связаны с откидыванием (качанием) туловища назад. Такие движения имеют наибольший производственный эффект у длинноногих людей.

Перпендикуляр, опущенный из этого центра, так называемая вертикаль тяжести , проецируется на площадь опоры, каковой является подошвенная поверхность обеих стоп и расположенное между ними пространство.

Площадь опоры увеличивается при раздвигании стоп. Равновесие человеческого тела, подчиняясь законам физики, тем устойчивее, чем больше эта площадь и чем центральное в ее пределах проецируется вертикаль тяжести. Равновесие нарушается, как только эта вертикаль выносится за пределы площади опоры.

Тело человека не монолитное целое: оно состоит из отдельных, подвижно соединенных звеньев. Сохранение им равновесия связано с особенностями строения, обеспечивающими взаимное укрепление этих звеньев. Для удержания тела в вертикальном положении главное значение имеют живые механизмы: скелет и мышцы, противодействующие силе тяжести. Соединения звеньев тела, в основном суставы, таковы, что сила тяжести действует на их фронтальные оси и вызывает сгибание или разгибание частей тела. Противодействующие этой силе механизмы действуют на те же оси, но в противоположном направлении.

Положение человеческого тела может быть статическим или динамическим. К первому относится, например, стояние; ко второму - ходьба, бег, прыжок и т. д. В обоих состояниях телу свойственна определенная поза, или осанка.

Стояние . При спокойном симметричном стоянии (в положении "вольно") тело несколько отклонено назад (рис. 63, слева). Вертикаль тяжести проходит впереди поперечных осей атланто-затылочных сочленений и позвоночника, позади поперечных осей тазобедренных суставов, впереди коленных и голеностопных суставов.

Равновесие стоящего человека обеспечивается напряжением скелетных мышц, противостоящих силе тяжести. Вся их работа носит статический характер. Голова удерживается от наклонения вперед напряжением мышц затылка, а верхняя часть туловища - работой глубоких мышц спины, главным образом мышцы - выпрямителя позвоночника.

Исключительно большое значение для поддержания равновесия тела имеют изгибы позвоночника. Так, шейный лордоз, направленный выпуклостью вперед, вместе со связочным аппаратом головы (выйная связка и др.) позволяет держать голову вертикально без значительного напряжения мышц. Чрезвычайно благоприятные условия для вертикального держания торса создаются поясничным лордозом.

Существенную роль в поддержании вертикального положения и равновесия играют межпозвонковые диски. Студенистые ядра их при стоянии человека находятся под большим давлением и благодаря эластичности поддерживают в позвоночнике постоянное равновесие, чем экономится мышечная работа. У ребенка относительная толщина межпозвонковых дисков больше, чем у взрослого, степень сжатия студенистых ядер меньше, в общем позвоночный столб очень гибок и в удержании его вертикального положения основную роль играет напряжение глубоких мышц спины. Поэтому сохранение вертикального положения детям труднее, чем взрослым.

Линия действия силы тяжести верхней части тела (туловище, голова и руки) проходит примерно на 2 см позади тазобедренного сустава, поэтому телу постоянно грозит опрокидывание в этом суставе назад. Противодействие силам тяжести оказывают своим напряжением мышцы подвздошно-поясничная, портняжная, прямая бедра, а также мышца, напрягающая широкую фасцию бедра. Существенно облегчает работу этих мышц мощная подвздошно-бедренная связка, лежащая впереди сустава и выдерживающая тягу в 350 кг. Растягиваясь, она противодействует силе тяжести, что уменьшает активную работу мышц и предупреждает их утомление.

Линия действия сил тяжести вышерасположенных частей тела проходит на 1,5 см впереди коленного сустава. Для укрепления ноги в вертикальном положении достаточно напряжения двух головок икроножной мышцы, расположенной на задней стороне голени. Механизмом, облегчающим стояние, служат связки, расположенные с боков и внутри коленного сустава, а также форма суставных поверхностей. Ввиду того что сочленовная поверхность дистального эпифиза бедренной кости распространяется на его заднюю сторону, сгибание в коленном суставе происходит легко: эпифиз скользит сначала своей дистальной, а потом задней поверхностью по сочленовной ямке, образованной менисками коленного сустава. Разгибание останавливается уже при незначительном продвижении вперед от продольной оси конечности. Остановка происходит, когда сочленовная поверхность бедренной кости упирается в передний край такой же поверхности большеберцовой кости, мениски заклиниваются между ними, а связки натягиваются.

Вертикаль сил тяжести вышерасположенных частей тела проходит на 2,5 см впереди поперечной оси голеностопного сустава. Удерживает тело в этом суставе от падения вперед главным образом трехглавая мышца голени. Ее поверхностные головки - икроножная мышца, перистая по форме и содержащая большое количество красных волокон, - мышца статического типа. Ее сухожилие (ахиллово) - одно из самых мощных в теле - выдерживает груз в 400 кг. Противостоят силе тяжести также и мышцы глубокого слоя задней группы голени: задняя большеберцовая, общий сгибатель пальцев и сгибатель большого пальца. Механизмом, облегчающим вертикальное стояние, служит форма сочленовных поверхностей голеностопного сустава. При разгибании в этом суставе передняя, более широкая часть блока таранной кости несколько больше заклинивается между охватывающими ее в форме вилки лодыжками, предотвращая дальнейшее разгибание в суставе.

Таким образом, в положении "вольно", когда все туловище откинуто несколько назад, большую роль в сохранении равновесия играют статические механизмы: натяжение подвздошно-бедренной связки в тазобедренном суставе и особенности строения коленного и голеностопного суставов. В результате для укрепления этих суставов не требуется значительной работы мышц.

В напряженном положении "смирно", в отличие от положения "вольно", тело подается вперед. Вследствие этого вертикаль тяжести проходит впереди не только коленных и голеностопных, но и тазобедренных суставов и достигает площади опоры вблизи ее передней границы (рис. 63, справа). Чтобы предохранить тело от падения, мышцы, расположенные позади поперечных осей этих суставов, должны находиться в непрерывном напряжении. Особенно велика работа большой ягодичной мышцы, удерживающей своим напряжением туловище от падения вперед в тазобедренном суставе. В нижерасположенных суставах условия сохранения равновесия те же, что и при положении "вольно". Но так как в положении "смирно" вертикаль тяжести в большей мере отклонена вперед от коленных суставов, чем в положении "вольно", то для укрепления этих суставов уже недостаточно работы только икроножной мышцы, необходимо напряжение мышц задней группы бедер.

При стоянии человек сравнительно редко равномерно опирается на обе ноги. Симметричный тип стояния утомительнее, так как требует напряжения большого числа мышц на обеих сторонах тела. Обычно люди предпочитают асимметричное стояние, нагружая одну ногу сильнее другой. При этом таз наклоняется, а поясничный отдел позвоночника изгибается в сторону менее нагруженной конечности, центр тяжести смещается, но его вертикаль остается в пределах опорной стопы. Большая часть мышц ненагруженной стороны при асимметричном типе стояния расслаблена.

Осанка . Каждому человеку свойственна специфическая для него осанка, или поза, т. е. положение тела во время стояния, сидения, ходьбы и работы. Осанка выражает уравновешенность тела в окружающей его среде и обычно поддерживается статической работой мышц. Анатомическую основу осанки составляет форма позвоночника и грудной клетки и степень развитости различных мышечных групп туловища. Осанка в не меньшей степени обусловлена также функциональными факторами - тонусом мускулатуры и состоянием нервной системы. Все, вместе взятое, определяет положение головы, плечевого пояса, рук, туловища, таза и ног. Осанка также характеризует индивидуальность взрослого человека, как, например, тембр голоса или почерк. Остановимся на двух крайних типах осанок: правильной и плохой. При правильной, или стройной, осанке физиологические изгибы позвоночника имеют равномерно-волнообразный вид. Голова держится прямо или слегка откинута назад, туловище вертикально. Грудь несколько выступает над животом (рис. 64, слева). Плечи развернуты и находятся на равной высоте, плечевой пояс умеренно опущен, руки свободно свисают вдоль туловища. Ноги выпрямлены в коленях, пятки сближены, носки развернуты.

При плохой осанке голова выдвинута и опущена вперед, шейные мышцы перенапряжены. Поясничный лордоз и грудной кифоз сильней подчеркнуты ("круглая спина"). Живот выступает, а грудь западает (рис. 64, справа). Плечи выдаются вперед. Ноги разогнуты в коленных суставах.

Осанка не относится к врожденным признакам человека. Она представляет собой своеобразный навык, т. е. определенное сочетание условных рефлексов, поддерживающих привычное положение тела. Человек сохраняет присущую ему осанку без сознательного напряжения тех или иных мышечных групп. Осанка начинает формироваться с детских лет и в течение жизни изменяется под влиянием окружающей обстановки. Правильная осанка имеет большое физиологическое значение. Она необходима для правильного развития. Благоприятствуя деятельности всего организма, особенно внутренних органов - легких и сердца, правильная осанка обеспечивает повышение работоспособности. Плохая осанка нарушает нормальное развитие организма, уменьшает работоспособность и повышает утомляемость.

Формирование осанки составляет одну из важных задач физического воспитания в среднем школьном возрасте. Основную роль при этом играют равномерное упражнение и гармоническое развитие всех мышечных групп. К 18 годам осанка стабилизируется, после чего исправление ее удается с большим трудом. Возможность нарушения у детей правильной осанки имеет определенные анатомо-функциональные предпосылки. Статические мышцы у ребенка развиваются и растут медленнее динамических, поэтому детям труднее, чем взрослым, длительно сохранять правильное положение тела при стоянии или сидении, например во время уроков. Быстро утомляясь, дети бессознательно стремятся освободить от нагрузки те или другие группы мышц туловища. Это легко превращается в привычку и ведет сначала к нарушению осанки, а затем к ослаблению мышц спины и искривлению растущего и поэтому податливого к деформациям позвоночника. Длительное сидение в классе утомляет нервную систему, ослабляет мышцы спины и может вызвать нарушения в развитии позвоночника. Руководствуясь возрастными анатомо-физиологическими особенностями опорно-двигательного аппарата, необходимо предупреждать появление нарушений осанки путем применения различных комплексов упражнений для мышц. Введение уроков труда уже в младших классах, несомненно, положительно скажется на осанке школьников. Следует учитывать, что не по возрасту подобранные физические упражнения или бесконтрольное увлечение спортом ведут к вредным перегрузкам организма. Нужно помнить, что у подростков происходит отставание в росте мышечной системы от скелета, а сердца от опорно-двигательного аппарата.

Ходьба - это одно из основных движений тела в динамике. Она представляет собой сложное поступательное передвижение, в котором нарушение равновесия тела чередуется с его восстановлением. Ходьба состоит из попеременной опоры тела то на обе ноги (фаза двойной опоры), то на одну (фазы переднего и заднего шага). Таким образом, при ходьбе тело не теряет соприкосновения с опорной поверхностью, что отличает ходьбу от других, локомоторных движений (например, бега). Начинается ходьба с выведения вертикали тяжести за переднюю границу площади опоры, вследствие чего теряется равновесие. Одна из ног сокращением передних групп мышц бедра и голени выносится вперед для создания новой площади опоры, тело же от падения удерживается напряжением большой ягодичной мышцы другой, опорной ноги. Когда вынесенная вперед нога соприкасается с опорной поверхностью (пяткой), кончается фаза переднего шага и наступает фаза двойной опоры. Теперь начавшееся передвижение тела продолжается по инерции и благодаря отталкиванию от земли второй, оставшейся позади ногой; так начинается третья фаза заднего шага. Отталкивание производится сначала пяткой, которая отрывается от земли в результате сокращения трехглавой мышцы голени, после чего носком, отрывающимся благодаря сокращению длинного сгибателя большого пальца. Тело снова оказывается выведенным из равновесия, в результате чего сокращением сгибателей тазобедренного сустава "задней" ноги последняя переносится вперед. После того как переносная нога пройдет мимо опорной (момент вертикали), она вступает в фазу нового переднего шага.

Как ни дно из всего сказанного, помимо поступательного движения вперед, при ходьбе происходит также движение в той же сагиттальной плоскости вертикально вверх и вниз благодаря "перекатыванию" стопы с пятки на носок. Кроме того, перемещение происходит еще и. во фронтальной плоскости. Оно осуществляется в тазобедренном суставе опорной ноги вследствие сокращения отводящих мышц (средней и малой ягодичных). Благодаря этому туловище отводится в сторону опорной ноги, поднимает двигающуюся ногу над землей и не дает ей волочиться, как это наблюдается у стариков с ослабленной мускулатурой.

Бег . Основное отличие бега от ходьбы заключается в отсутствии периода двойной опоры тела на ногу, уже вынесенную вперед, и на "заднюю", еще не оторванную от земли. Более сильное отталкивание тела "задней" ногой замещает двойную опору тела периодом полета его в воздухе.

Толчки при ходьбе, а особенно при беге и прыжках доходят до внутренних органов и головного мозга резко ослабленными. Это объясняется способностью нижних конечностей и особенно позвоночника пружинить. Изгибы позвоночника и особенности межпозвоночных дисков способствуют плавности движения тела.

Основными морфофункциональными системами человека, интегрирующими все органы и ткани организма в единое целое являются: нервная, сердечно-сосудистая, пищеварительная, выделительная, эндокринная и костно-мышечная. Опорно-двигательный аппарат (ОДА) является частью костно-мышечной системы. Опорно-двигательный аппарат включает в себя всю совокупность органов и тканей опоры и движения: кости, суставы и другие виды соединения костей, мышцы, сухожилия, фасции, кожу и клетчатку со всеми особенностями их строения, кровоснабжения, иннервации и лимфооттока. Согласно международной клинической классификации выделяют 7 областей тела (голова, шея, грудь, живот, таз, позвоночник, верхние и нижние конечности), имеющих значимые анатомо-физиологические особенности. К ОДА относят позвоночник, таз, верхние и нижние конечности. Их рассматривают как особые структурные элементы опорно-двигательного аппарата, причем каждый из них состоит из морфофункциональных и биомеханических звеньев (сегментов, отделов):

Верхняя конечность – плечо, предплечье, кисть;
- нижняя конечность – бедро, голень, стопа;
- позвоночник – шейный, грудной, поясничный отделы;
- таз – крестец, копчик, тазовые кости.

В опорно-двигательном аппарате человека роль механически наиболее прочного пространственного каркаса для мышц, сухожилий, связок, фасций выполняют кости (костный скелет), а всевозможные виды движений происходят в суставах, полусуставах и в зонах мягкотканного соединения костей. Наиболее совершенным видом соединения костей являются суставы, представляющие собой пример анатомо-физиологического единства в организме человека. Любое нарушение этого единства со стороны морфофункциональной триады (суставной хрящ, синовиальная оболочка, синовиальная жидкость) сустава на почве повреждения, хронической травматизации или заболевания может закончиться развитием того или иного патологического состояния (хронический синовит, контрактура, деформирующий артроз и т.д.).

Опорно-двигательный аппарат в целом и костный скелет в частности в организме человека обеспечивают выполнение ряда важных функций:

Опоры и движения;

Защиты жизненно важных органов от воздействия внешних травмирующих сил, преимущественно механической природы;

Кроветворения;

Депо минеральных солей и микроэлементов.

За последние 150 лет интенсивного развития научной медицины точка зрения на роль и значимость костного скелета человека в жизнедеятельности организма постоянно менялась от неизменной субстанции и законченного продукта развития, до одной из самых лабильных систем организма. По современным воззрениям ни одна система, за исключением разве только циркулирующей крови, не подвержена таким глубоким и главное быстрым сдвигам и изменениям как костная.

В природе среди множества разнообразных факторов внешней среды, постоянно влияющих на организм человека и животных, огромная роль принадлежит механической энергии. Академик И.П. Павлов (1921), касаясь этого вопроса, писал, что «…принципы механической самозащиты, принцип механического иммунитета должен был достигнуть высочайшего совершенства». И это совершенство просматривается повсюду. Так, жизненно важные органы груди и живота, спинной и головной мозг в организме человека от воздействия различных видов внешней механической энергии надежно защищены целым рядом анатомических образований и механизмов самозащиты.

Толчки и неровности при ходьбе, беге, прыжках и любых других ударах, действующих вдоль вертикальной оси человека, первоначально гасят стопы – совершеннейшие биологические рессоры (демпферы) человека.

Эстафетную палочку противодействия деформирующим механическим воздействиям на организм человека на следующем этапе принимают коленные и тазобедренные суставы. Но, даже потеряв значительную часть первоначальной своей величины на передовых рубежах, ударный импульс все еще остается очень опасным для спинного и головного мозга. Огромная площадь и большая масса костей таза и крестца способствуют тому, что повреждающий импульс теряет свою остроконечную направленность и тем ослабляется.

Однако среди комплекса анатомических структур и физиологических механизмов механического иммунитета ведущая роль принадлежит самому сложному и эффективному демпферу человеческого тела – позвоночному столбу, но прежде всего межпозвонковым дискам. Их роль в организме человека огромна. Сумма 23 межпозвонковых полухрящевых дисков у взрослого человека составляет от 1 / 5 до ¼ высоты позвоночного столба. Межпозвонковые диски в шейном отделе позвоночника составляют 40% его высоты, в грудном отделе – 20% и в поясничном отделе – 33,3%. Чем выраженнее подвижность в том или ином отделе позвоночника (шейный, поясничный), тем большей массой межпозвонковых дисков он обеспечен.

Огромная роль в амортизирующих возможностях позвоночника принадлежит пульпозным ядрам межпозвонковых дисков, т.к. именно они обеспечивают оптимальную противоударную сводчатую форму замыкательных пластинок тел позвонков. Многочисленные специально выполненные биомеханические исследования человека, предпринятые в интересах развития реактивной авиации и космонавтики в 50-60 годы прошлого века, показали, что межпозвонковые диски не являются пассивными амортизирующими образованиями, а имеют свою тонкую систему регуляции, в результате которой функциональные свойства диска могут изменяться в зависимости от меняющихся условий нагрузки.

О значимости защитной функции опорно-двигательного аппарата по отношению к жизненно важным органам и системам человеческого организма, об изумительных возможностях «механической самозащиты» человека и амортизирующих способностях нижних конечностей и позвоночника убедительно говорят данные, впервые полученные в 1968 году, а затем неоднократно проверенные и подтвержденные. Было установлено, что величина ускорений на пятках, регистрируемых при беге и ходьбе, в 17 раз уменьшается на уровне поясничного отдела позвоночника и в 27 раз на уровне головы.

Современные представления о значении опорно-двигательного аппарата и костного скелета, как составной его части, в жизнедеятельности организма базируются на научных данных, полученных многими поколениями исследователей, сумевших доказать взаимосвязь и взаимозависимость формы, архитектоники кости от ее функции, зависимость внутренней структуры скелета от работы мышц и направления силовых нагрузок. Были заложены основы современной биомеханики, установил прочностные характеристики разных костей, их снижения в процессе старения человека. Так, если предел прочности на сжатие диафиза бедренной кости составляет 15-30 кг/см², то головки бедра – 0,7-1,5 кг/см², а шейки и того меньше – 0,33-0,45 кг/см². Если статическая нагрузка, приводящая к разрушению головки и шейки бедренной кости, в возрасте 25 лет составляет 1350 кг, то к 32 годам она снижается до 852 кг, а к 82 годам – до 446 кг.

Форма, строение и физиологические отправления всех органов человеческого организма пребывают в тесном анатомо-физиологическом единстве и взаимозависимости. Видный отечественный анатом и один из основателей русской школы спортивной медицины П.Ф. Лесгафт писал, что «…все органы человеческого тела устроены таким образом, что при наименьшем объеме и наименьшей трате материала они в состоянии проявить наибольшую деятельность». Однако, в указанном единстве в организме человека, в опорно-двигательном аппарате в том числе, пребывают различные ткани, значительно отличающиеся друг от друга не только по строению и конкретной физиологической принадлежности, но и по прочностным характеристикам. Так, биомеханические особенности нервной ткани резко отличаются от таковых мышечной, костной – от всех других разновидностей соединительной ткани (сухожилия, связки, фасции и др.). По этой причине порог механического повреждения каждой из них определяется степенью их прочности на разрыв, сжатие, сдвиг, а также их эластичностью, упругостью, вязкостью. По этой причине каждый из этих показателей будет влиять как на результат естественной статической и динамической нагрузки, так и на исход любого повреждающего импульса. Многоплановые биомеханические исследования позволили установить, что компактная кость при действии деформирующего усилия на разрыв в 230 раз прочнее мускулатуры с одинаковой площадью поперечного сечения, что максимальное напряжение всех мышц бедра может развить усилие эквивалентное только 1 / 7 части запаса прочности, свойственной диафизу бедренной кости у человека средних физических возможностей. Такое разительное отличие обусловлено не только тем, что плотность, модуль упругости и другие биомеханические характеристики бедренной кости во много раз выше таковых у мягких тканей, но и тем, что внутренняя архитектоника и внешняя форма данной кости способствуют повышению сопротивления к действию поперечных и осевых нагрузок, а также к нагрузкам на изгиб, которые чаще всего встречаются в повседневной деятельности человека.

В тесном анатомо-физиологическом единстве с функцией защиты жизненно важных органов человека находятся, такие функции скелета как кроветворная и депо минеральных солей. Как в филогенезе, так и в онтогенезе четко просматривается единая родословная (мезодерма) костной ткани и источников гемопоэза. Один из основных кроветворных органов животных и человека, каковым является красный костный мозг, природа разместила ни в каком-либо отдельном органе, а именно в костях, причем не в одной-двух, а в их большинстве, гарантировав тем самым максимальную устойчивость и непрерывность процесса кроветворения на протяжении всей жизни от внешних механических, термических и химических повреждающих воздействий.

Аналогичным образом природа распорядилась и в отношении участия костной ткани в минеральном обмене. Хорошо известно, что 99% всего кальция, составляющего в свою очередь 2% массы тела взрослого человека, содержится в скелете, и лишь 1% – в крови и мышцах. Были получены неопровержимые факты высокой лабильности, быстрых и глубоких изменений костной ткани. Доказано, что в эпифизах бедренной и большеберцовой костей экспериментальных животных за 50 дней обновляется 29% всего минерального состава, тогда как в диафизах этих же костей – всего 7% минеральных компонентов. Научные данные по биомеханике, анатомии и физиологии ОДА, накопленные фундаментальной наукой имеют важное прикладное значение в повседневной клинической практике травматологов-ортопедов:

1. У взрослого человека в метаэпифизарных отделах длинных трубчатых костей кровоток интенсивнее и осуществляется он за счет не одного, а нескольких дублирующих источников кровоснабжения. Именно поэтому сохраняется красный костный мозг, постоянно нуждающийся в полноценном поступлении питательных веществ и кислорода.

2. При участии скелета, как наиболее прочной механической составляющей опорно-двигательного аппарата в повседневной физиологической нагрузке (ходьба, бег, занятия спортом, труд), метаэпифизарные зоны длинных трубчатых костей, обладающие значительно меньшими прочностными характеристиками на сжатие и растяжение, способны выполнять возложенные на них функции только при условии постоянных и более интенсивных процессов физиологической регенерации костной ткани. Доказательством этого и является более интенсивная замена минерального компонента кости в эпифизах.

3. Возраст, сопутствующие заболевания, несбалансированное питание, длительная гиподинамия – основные факторы, способствующие развитию системного остеопороза. Боль и обусловленное ею дальнейшее снижение естественной подвижности человека, в свою очередь, все более усугубляют степень остеопороза – формируется стойкий замкнутый патологический круг, для «разрыва» которого требуется много времени при активном участии пациента и настойчивости врача.

4. Приступив к интенсивному освоению морских глубин и космического пространства, человечество столкнулось с патогенным влиянием новых экстремальных факторов внешней среды, а именно отсутствия привычного гравитационного давления (невесомость) или, наоборот, пребывания в течение длительного времени под повышенным давлением. Так, первый длительный (18 суток) космический полет А. Николаева воочию показал необходимость срочной замены ранее принятой концепции реадаптации космонавтов к земным условиям. Аналогичную проблему позже пришлось решать и США. В 1967 г. были опубликованы данные, свидетельствующие о том, что у астронавтов корабля «Джемени-5» за 8 суток пребывания в космическом пространстве деминерализация в центральном сегменте пяточной кости составила 15,1%, а во второй фаланге V пальца левой кисти – 23,2%. Применяя рентгенофотометрический метод определения минеральной насыщенности костей, было установлено, что за 70-73 дней организм животного при обычной гиподинамии теряет в среднем 110-120 грамм фосфатно-кальциевых солей.

5. Как представители фундаментальных дисциплин, так и клиницисты практически полностью отказались от чисто механистических подходов к оценке роли скелета и костной ткани в организме человека. Без мускулатуры, иннервации, адекватного кровоснабжения и лимфооттока скелет немыслим в качестве системы опоры и движения. Более того, исходя из опыта лечения пострадавших с множественными и сочетанными повреждениями ОДА, стало ясно, что клиническую и прогностическую тяжесть механической травмы в итоге определяет не столько сложность и распространенность костных разрушений, сколько выраженность, стойкость и глубина повреждений и некомпенсированных расстройств мягких тканей – мышц, сосудов, нервов и т.д.