Statika a dynamika ľudského tela: ťažisko

Vertikálna poloha ľudského tela, jeho pohyb v priestore, rôzne druhy pohybov (chôdza, beh, skákanie) sa vyvíjali v procese dlhej evolúcie spolu s formovaním človeka ako druhu. V procese antropogenézy, v súvislosti s prechodom ľudských predkov na pozemské podmienky existencie a potom na pohyb po dvoch (dolných) končatinách, sa výrazne zmenila anatómia celého organizmu, jeho jednotlivých častí, orgánov vrátane pohybového aparátu. Bipedalizmus oslobodil hornú končatinu od funkcie pohybového aparátu. Horná končatina sa zmenila na pracovný orgán - ruku a mohla sa ďalej zlepšovať v obratnosti pohybov. Tieto zmeny v dôsledku kvalitatívne novej funkcie sa prejavili v štruktúre všetkých zložiek pletenca a voľnej časti hornej končatiny. Ramenný pletenec slúži nielen ako opora pre voľnú hornú končatinu, ale výrazne zvyšuje jej pohyblivosť. Vďaka tomu, že lopatka je spojená s kostrou tela prevažne pomocou svalov, získava väčšiu slobodu pohybu. Lopatka sa zúčastňuje všetkých pohybov vykonávaných kľúčnou kosťou. Okrem toho sa lopatka môže voľne pohybovať nezávisle od kľúčnej kosti. V multiaxiálnom guľovom kĺbe ramena, ktorý je takmer zo všetkých strán obklopený svalmi, umožňujú anatomické vlastnosti štruktúry pohyby pozdĺž veľkých oblúkov vo všetkých rovinách. Špecializácia funkcií je obzvlášť viditeľná v štruktúre ruky. Vďaka vývoju dlhých, veľmi pohyblivých prstov (predovšetkým palca) sa ruka stala zložitým orgánom, ktorý vykonáva jemné, diferencované činnosti.

Dolná končatina, ktorá prevzala celú váhu tela, sa prispôsobila výlučne muskuloskeletálnej funkcii. Vertikálna poloha tela, vzpriamené držanie tela sa odráža v štruktúre a funkciách panvového pletenca a voľnej časti dolnej končatiny. Panvový pletenec dolných končatín ako silná klenutá štruktúra prispôsobená na prenos váhy trupu, hlavy, horných končatín na hlavice stehenných kostí. Sklon panvy o 45-65°, ktorý sa vytvoril v procese antropogenézy, prispieva k prenosu váhy tela na voľné dolné končatiny za najpriaznivejších biomechanických podmienok pre vertikálnu polohu tela. Chodidlo nadobudlo klenutú štruktúru, čo zvýšilo jeho schopnosť odolávať váhe tela a pôsobiť ako pružná páka pri jeho pohybe. Svaly dolnej končatiny sa silne vyvinuli, čo sa prispôsobilo vykonávaniu statického a dynamického zaťaženia. V porovnaní so svalmi hornej končatiny majú svaly dolnej končatiny väčšiu hmotnosť.

Na dolných končatinách majú svaly rozsiahle oporné plochy a miesta na vynaloženie svalovej sily. Svaly dolných končatín sú väčšie a silnejšie ako svaly horných končatín. Na dolných končatinách sú extenzory vyvinutejšie ako flexory. Je to spôsobené tým, že extenzory zohrávajú hlavnú úlohu pri udržiavaní tela vo vzpriamenej polohe a pri pohybe (chôdza, beh).

V ramene sú flexory ramena, predlaktia a ruky sústredené na prednej strane, pretože práca vykonávaná rukami sa vykonáva pred telom. Uchopovacie pohyby vykonáva ruka, ktorú ovplyvňuje väčší počet flexorov ako extenzorov. Horná končatina má tiež viac otáčacích svalov (pronátory, supinátory) ako dolná končatina. V hornej končatine sú oveľa lepšie vyvinuté ako v dolnej. Hmotnosť pronatorov a supinátorov ramena sa vzťahuje k ostatným svalom hornej končatiny v pomere 1:4,8. V dolnej končatine je pomer hmotnosti otáčacích svalov k ostatným 1:29,3.

Fascia a aponeurózy dolnej končatiny sú oveľa lepšie vyvinuté ako hornej končatiny vďaka väčšiemu prejavu sily pri statickom a dynamickom zaťažení. Dolná končatina má ďalšie mechanizmy, ktoré pomáhajú udržiavať telo vo zvislej polohe a zabezpečujú jeho pohyb v priestore. Pás dolnej končatiny je takmer nehybne spojený s krížovou kosťou a je prirodzenou oporou trupu. Tendencii panvy prevrátiť sa dozadu na hlavičky stehenných kostí bráni vysoko vyvinutý iliofemorálny väz bedrového kĺbu a silné svaly. Okrem toho vertikála tiaže tela, prechádzajúca pred priečnou osou kolenného kĺbu, mechanicky pomáha udržiavať kolenný kĺb v natiahnutej polohe.

Na úrovni členkového kĺbu sa pri státí zväčšuje plocha kontaktu medzi kĺbovými plochami holennej kosti a talu. Toto je uľahčené tým, že mediálne a laterálne členkové kĺby obopínajú prednú, širšiu časť bloku talu. Okrem toho sú predné osi pravého a ľavého členkového kĺbu voči sebe nastavené v uhle otvorenom smerom dozadu. Vertikála tiaže tela prechádza dopredu vzhľadom na členkové kĺby. To vedie k akémusi zovretiu prednej, širšej časti bloku talu medzi mediálnymi a laterálnymi členkovými kĺbmi. Kĺby hornej končatiny (rameno, lakeť, zápästie) takéto brzdné mechanizmy nemajú.

Kosti a svaly trupu, najmä axiálna kostra - chrbtica, ktorá podopiera hlavu, horné končatiny a orgány hrudnej a brušnej dutiny - prešli v procese antropogenézy hlbokými zmenami. V súvislosti so vzpriameným držaním tela sa vytvorili krivky v chrbtici a vyvinuli sa silné chrbtové svaly. Chrbtica je navyše prakticky nehybná v párovom silnom krížovo-bedrovom kĺbe s pletencom dolných končatín (s panvovým pletencom), ktorý z biomechanického hľadiska slúži ako rozdeľovač hmotnosti trupu na hlavice stehenných kostí (na dolné končatiny).

Spolu s anatomickými faktormi - štrukturálnymi znakmi dolných končatín a trupu, vyvinutými v procese antropogenézy na udržanie tela vo vzpriamenej polohe, zabezpečenie stabilnej rovnováhy a dynamiky, by sa mala venovať osobitná pozornosť polohe ťažiska tela.

Všeobecné ťažisko (VT) človeka je bodom pôsobenia výslednice všetkých gravitačných síl častí jeho tela. Podľa M. F. Ivanitského sa VT nachádza na úrovni IV. krížového stavca a premieta sa na predný povrch tela nad lonovou kosťou. Poloha VT vo vzťahu k pozdĺžnej osi tela a chrbtice závisí od veku, pohlavia, kostí, svalov a tukových usadenín. Okrem toho dochádza k denným výkyvom v polohe VT v dôsledku skrátenia alebo predĺženia chrbtice, ku ktorým dochádza v dôsledku nerovnomernej fyzickej aktivity počas dňa a noci. U starších a starých ľudí závisí poloha VT aj od držania tela. U mužov sa VT nachádza na úrovni III. bedrového - V. krížového stavca, u žien o 4-5 cm nižšie ako u mužov a zodpovedá úrovni od V. bedrového po I. kostrčový stavec. To závisí najmä od väčšieho ukladania podkožného tuku v panvovej a bedrovej oblasti ako u mužov. U novorodencov je ťažisko na úrovni hrudných stavcov V-VI a potom sa postupne (do 16-18 rokov) posúva smerom nadol a mierne dozadu.

Poloha ťažiska ľudského tela závisí aj od typu postavy. U ľudí s dolichomorfným typom postavy (astenici) je ťažisko umiestnené relatívne nižšie ako u ľudí s brachymorfným typom postavy (hyperstenici).

Výskum zistil, že ťažisko ľudského tela sa zvyčajne nachádza na úrovni druhého krížového stavca. Olovnica ťažiska prechádza 5 cm za priečnou osou bedrových kĺbov, približne 2,6 cm za čiarou spájajúcou veľké trochantery a 3 cm pred priečnou osou členkových kĺbov. Ťažisko hlavy sa nachádza mierne pred priečnou osou atlantookcipitálnych kĺbov. Spoločné ťažisko hlavy a tela je na úrovni stredu predného okraja desiateho hrudného stavca.

Pre udržanie stabilnej rovnováhy ľudského tela v rovine je potrebné, aby kolmica zhodená z jeho ťažiska dopadla na plochu, ktorú zaberajú obe chodidlá. Čím pevnejšie stojí telo, tým širšia je oporná plocha a tým nižšie je ťažisko. Pre vertikálnu polohu ľudského tela je hlavnou úlohou udržiavanie rovnováhy. Napätím príslušných svalov však človek dokáže udržať telo v rôznych polohách (v rámci určitých limitov), aj keď je projekcia ťažiska mimo opornej plochy (silný predklon tela, do strán atď.). Zároveň nemožno považovať státie a pohyb ľudského tela za stabilné. S relatívne dlhými nohami má človek relatívne malú opornú plochu. Keďže celkové ťažisko ľudského tela je umiestnené relatívne vysoko (na úrovni druhého krížového stavca) a oporná plocha (plocha dvoch chodidiel a priestor medzi nimi) je nevýznamná, stabilita tela je veľmi malá. V stave rovnováhy je telo držané silou svalových kontrakcií, čo bráni jeho pádu. Časti tela (hlava, trup, končatiny) zaujímajú polohu zodpovedajúcu každej z nich. Ak je však pomer častí tela narušený (napríklad natiahnutie rúk dopredu, ohýbanie chrbtice pri stoji atď.), potom sa zodpovedajúcim spôsobom zmení poloha a rovnováha ostatných častí tela. Statické a dynamické momenty svalovej činnosti priamo súvisia s polohou ťažiska tela. Keďže ťažisko celého tela sa nachádza na úrovni druhého krížového stavca za priečnou čiarou spájajúcou stredy bedrových kĺbov, tendencii trupu (spolu s panvou) nakláňať sa dozadu odolávajú vysoko vyvinuté svaly a väzy, ktoré posilňujú bedrové kĺby. To zabezpečuje rovnováhu celej hornej časti tela, ktorá je držaná vzpriamene na nohách.

Tendencia tela padať dopredu pri státí je spôsobená zvislou čiarou ťažiska, ktorá prechádza dopredu (o 3-4 cm) od priečnej osi členkových kĺbov. Pádu sa bráni činnosťou svalov zadnej časti nohy. Ak sa zvislá čiara ťažiska posunie ešte ďalej dopredu - k prstom na nohách, potom sa stiahnutím chrbtových svalov nohy zdvihne päta, zdvihne sa z roviny opory, zvislá čiara ťažiska sa posunie dopredu a prsty na nohách slúžia ako opora.

Okrem opornej funkcie plnia dolné končatiny aj pohybovú funkciu, pohybujú telom v priestore. Napríklad pri chôdzi sa ľudské telo pohybuje dopredu, striedavo sa opiera o jednu nohu a potom o druhú. V tomto prípade nohy striedavo vykonávajú kyvadlové pohyby. Pri chôdzi je jedna z dolných končatín v určitom okamihu oporná (zadná), druhá je voľná (predná). S každým novým krokom sa voľná noha stáva opornou a oporná noha sa vysunie dopredu a stane sa voľnou.

Kontrakcia svalov dolnej končatiny počas chôdze výrazne zvyšuje zakrivenie chodidla, zvyšuje zakrivenie jeho priečnych a pozdĺžnych klenieb. Zároveň sa v tomto okamihu trup mierne nakloní dopredu spolu s panvou na hlaviciach stehenných kostí. Ak sa prvý krok začne pravou nohou, potom sa pravá päta, potom stred chodidla a prsty zdvihnú nad rovinu opory, pravá noha sa ohne v bedrovom a kolennom kĺbe a je posunutá dopredu. Súčasne bedrový kĺb tejto strany a trup nasledujú dopredu za voľnou nohou. Táto (pravá) noha sa energickým stiahnutím štvorhlavého stehenného svalu narovná v kolennom kĺbe, dotkne sa plochy opory a stane sa oporou. V tomto okamihu sa druhá, ľavá noha (dovtedy zadná, oporná noha) oddelí od roviny opory, posunie sa dopredu a stane sa prednou, voľnou nohou. V tomto okamihu zostáva pravá noha vzadu ako oporná noha. Spolu s dolnou končatinou sa telo pohybuje dopredu a mierne nahor. Obe končatiny teda striedavo vykonávajú rovnaké pohyby v presne definovanej postupnosti, pričom telo podopierajú najprv na jednej strane, potom na druhej a tlačia ho dopredu. Pri chôdzi však nenastane moment, kedy by sa obe nohy súčasne odtrhli od zeme (roviny opory). Predná (voľná) končatina sa vždy stihne dotknúť roviny opory pätou skôr, ako sa od nej úplne oddelí zadná (podporná) noha. Týmto sa chôdza líši od behu a skákania. Zároveň pri chôdzi nastane moment, kedy sa obe nohy súčasne dotknú zeme, pričom oporná noha sa dotýka celej chodidla a voľná noha sa dotýka prstov na nohách. Čím rýchlejšia je chôdza, tým kratší je moment súčasného kontaktu oboch nôh s rovinou opory.

Sledovaním zmien polohy ťažiska počas chôdze možno pozorovať pohyb celého tela dopredu, nahor a do strán v horizontálnej, frontálnej a sagitálnej rovine. Najväčší posun nastáva vpred v horizontálnej rovine. Posun hore a nadol je 3-4 cm a do strán (bočné výkyvy) - 1-2 cm. Povaha a rozsah týchto posunov podliehajú značným výkyvom a závisia od veku, pohlavia a individuálnych charakteristík. Kombinácia týchto faktorov určuje individualitu chôdze, ktorá sa môže meniť pod vplyvom tréningu. V priemere je dĺžka normálneho pokojného kroku 66 cm a trvá 0,6 s.

Keď sa chôdza zrýchli, krok sa zmení na beh. Beh sa od chôdze líši tým, že zahŕňa striedavú oporu a dotyk opornej plochy jednou nohou a potom druhou.

[ 1 ], [ 2 ]