Cilvēka ķermeņa statika un dinamika: smaguma centrs

Cilvēka ķermeņa vertikālais stāvoklis, tā kustība telpā, dažādi kustību veidi (iešana, skriešana, lēkšana) attīstījās ilgstošas evolūcijas procesā līdz ar cilvēka kā sugas veidošanos. Antropoģenēzes procesā, saistībā ar cilvēka senču pāreju uz sauszemes eksistences apstākļiem un pēc tam uz kustību uz divām (apakšējām) ekstremitātēm, būtiski mainījās visa organisma, tā atsevišķo daļu, orgānu, tostarp muskuļu un skeleta sistēmas, anatomija. Divkājainība atbrīvoja augšējo ekstremitāti no muskuļu un skeleta funkcijas. Augšējā ekstremitāte pārvērtās par dzemdību orgānu - roku un varēja vēl vairāk uzlabot kustību veiklību. Šīs izmaiņas kvalitatīvi jaunas funkcijas rezultātā atspoguļojās visu jostas sastāvdaļu un augšējās ekstremitātes brīvās daļas struktūrā. Plecu josta kalpo ne tikai kā atbalsts brīvajai augšējai ekstremitātei, bet arī ievērojami palielina tās kustīgumu. Sakarā ar to, ka lāpstiņa ir savienota ar ķermeņa skeletu galvenokārt ar muskuļu palīdzību, tā iegūst lielāku kustību brīvību. Lāpstiņa piedalās visās atslēgas kaula veiktajās kustībās. Turklāt lāpstiņa var brīvi kustēties neatkarīgi no atslēgas kaula. Daudzasu lodveida pleca locītavā, ko gandrīz no visām pusēm ieskauj muskuļi, struktūras anatomiskās īpatnības ļauj veikt kustības pa lieliem lokiem visās plaknēs. Funkciju specializācija ir īpaši manāma rokas struktūrā. Pateicoties garu, ļoti kustīgu pirkstu (galvenokārt īkšķa) attīstībai, roka ir kļuvusi par sarežģītu orgānu, kas veic smalkas, diferencētas darbības.

Apakšējās ekstremitātes, uzņemoties visu ķermeņa svaru, pielāgojās tikai balsta un kustību aparāta funkcijai. Ķermeņa vertikālais stāvoklis, vertikālā stāja atspoguļojas jostas (iegurņa) un apakšējās ekstremitātes brīvās daļas struktūrā un funkcijās. Apakšējo ekstremitāšu josta (iegurņa josta) kā spēcīga, arkveida struktūra ir pielāgojusies rumpja, galvas, augšējo ekstremitāšu svara pārnešanai uz augšstilba kaula galviņām. Antropoģenēzes procesā izveidojies iegurņa slīpums par 45–65° veicina ķermeņa svara pārnešanu uz brīvajām apakšējām ekstremitātēm vislabvēlīgākajos biomehāniskajos apstākļos ķermeņa vertikālajam stāvoklim. Pēda ieguva arkveida struktūru, kas palielināja tās spēju izturēt ķermeņa svaru un darboties kā elastīgai svirai to pārvietojot. Spēcīgi attīstījās apakšējo ekstremitāšu muskuļi, kas pielāgojās statisku un dinamisku slodžu veikšanai. Salīdzinot ar augšējo ekstremitāšu muskuļiem, apakšējo ekstremitāšu muskuļiem ir lielāka masa.

Apakšējo ekstremitāšu muskuļiem ir plašas atbalsta virsmas un muskuļu spēka pielietošana. Apakšējo ekstremitāšu muskuļi ir lielāki un spēcīgāki nekā augšējo ekstremitāšu muskuļi. Apakšējo ekstremitāšu ekstensoru muskuļi ir vairāk attīstīti nekā saliecējmuskuļi. Tas ir saistīts ar faktu, ka ekstensoriem ir liela nozīme ķermeņa noturēšanā vertikālā stāvoklī un kustībā (ejot, skrienot).

Rokā pleca, apakšdelma un plaukstas saliecējmuskuļi ir koncentrēti priekšpusē, jo roku veiktais darbs tiek veikts ķermeņa priekšā. Satveršanas kustības veic roka, uz kuru iedarbojas lielāks saliecējmuskuļu skaits nekā ekstensoru. Augšējā ekstremitātē ir arī vairāk pagrieziena muskuļu (pronatoru, supinatoru) nekā apakšējā. Tie ir daudz labāk attīstīti augšējā ekstremitātē nekā apakšējā. Rokas pronatoru un supinatoru masa attiecībā pret pārējiem augšējās ekstremitātes muskuļiem ir 1:4,8. Apakšējā ekstremitātē pagrieziena muskuļu masas attiecība pret pārējiem muskuļiem ir 1:29,3.

Apakšējo ekstremitāšu fascija un aponeirozes ir daudz labāk attīstītas nekā augšējām ekstremitātēm, pateicoties lielākai spēka izpausmei statiskās un dinamiskās slodzes apstākļos. Apakšējām ekstremitātēm ir papildu mehānismi, kas palīdz noturēt ķermeni vertikālā stāvoklī un nodrošina tā kustību telpā. Apakšējo ekstremitāšu josta ir gandrīz nekustīgi savienota ar krustu kaulu un ir dabisks atbalsts rumpim. Iegurņa tieksmi sasvērties atpakaļ uz augšstilba kaulu galviņām novērš augsti attīstītā gūžas locītavas gūžas-ciskas kaula saite un spēcīgie muskuļi. Turklāt ķermeņa smaguma vertikāle, kas iet ceļa locītavas šķērsass priekšā, mehāniski palīdz noturēt ceļa locītavu izstieptā stāvoklī.

Potītes locītavas līmenī, stāvot, palielinās stilba kaula un papēža kaula locītavu virsmu saskares laukums. To veicina fakts, ka mediālie un laterālie malleoli aptver papēža kaula bloka priekšējo, platāko daļu. Turklāt labās un kreisās potītes locītavas frontālās asis ir novietotas viena pret otru leņķī, kas atvērts uz aizmuguri. Ķermeņa gravitācijas vertikāle virzās uz priekšu attiecībā pret potītes locītavām. Tas noved pie sava veida papēža kaula bloka priekšējās, platākās daļas saspiešanas starp mediālajiem un laterālajiem malleoliem. Augšējo ekstremitāšu (pleca, elkoņa, plaukstas locītavas) locītavām nav šādu bremzēšanas mehānismu.

Antropoģenēzes procesā rumpja kauli un muskuļi, īpaši aksiālais skelets - mugurkauls, kas atbalsta galvu, augšējās ekstremitātes, kā arī krūšu kurvja un vēdera dobuma orgānus, piedzīvoja būtiskas izmaiņas. Saistībā ar vertikālo stāju veidojās mugurkaula izliekumi un attīstījās spēcīgi muguras muskuļi. Turklāt mugurkauls ir praktiski nekustīgs pārī savienotā spēcīgā sakroiliālajā locītavā ar apakšējo ekstremitāšu jostu (ar iegurņa joslu), kas biomehāniskā ziņā kalpo kā rumpja svara sadalītājs augšstilba kaula galviņām (apakšējām ekstremitātēm).

Līdztekus anatomiskiem faktoriem - apakšējo ekstremitāšu un rumpja strukturālajām iezīmēm, kas attīstījušās antropoģenēzes procesā, lai uzturētu ķermeni vertikālā stāvoklī, nodrošinot stabilu līdzsvaru un dinamiku, īpaša uzmanība jāpievērš ķermeņa smaguma centra novietojumam.

Cilvēka vispārējais smaguma centrs (SK) ir punkts, uz kuru iedarbojas visu viņa ķermeņa daļu gravitācijas spēku rezultējošais spēks. Pēc M. F. Ivanitska domām, SK atrodas IV krustu skriemeļa līmenī un ir projicēts uz ķermeņa priekšējās virsmas virs kaunuma simfizes. SK novietojums attiecībā pret ķermeņa garenisko asi un mugurkaulu ir atkarīgs no vecuma, dzimuma, skeleta kauliem, muskuļiem un tauku nogulsnēm. Turklāt SK novietojumā ir ikdienas svārstības mugurkaula saīsināšanās vai pagarināšanās dēļ, kas rodas nevienmērīgas fiziskās aktivitātes dēļ dienā un naktī. Gados vecākiem un veciem cilvēkiem SK novietojums ir atkarīgs arī no stājas. Vīriešiem SK atrodas III jostas - V krustu skriemeļa līmenī, sievietēm - 4-5 cm zemāk nekā vīriešiem, un atbilst līmenim no V jostas līdz I astes skriemelim. Tas jo īpaši ir atkarīgs no lielākas zemādas tauku nogulsnēšanās iegurņa un gūžas rajonā nekā vīriešiem. Jaundzimušajiem smaguma centrs atrodas V-VI krūšu skriemeļu līmenī, un pēc tam pakāpeniski (līdz 16-18 gadiem) tas virzās uz leju un nedaudz atpakaļ.

Cilvēka ķermeņa CG pozīcija ir atkarīga arī no ķermeņa tipa. Cilvēkiem ar dolihomorfisku ķermeņa tipu (astēniskiem cilvēkiem) CG atrodas relatīvi zemāk nekā cilvēkiem ar brahimorfisku ķermeņa tipu (hiperstēniķiem).

Pētījuma rezultātā tika noskaidrots, ka cilvēka ķermeņa smaguma centrs parasti atrodas otrā krustu skriemeļa līmenī. Smaguma centra svērtene atrodas 5 cm aiz gūžas locītavu šķērsass, aptuveni 2,6 cm aiz līnijas, kas savieno lielos trohanterus, un 3 cm pirms potītes locītavu šķērsass. Galvas smaguma centrs atrodas nedaudz priekšā atlanto-pakauša locītavu šķērsass. Galvas un ķermeņa kopīgais smaguma centrs atrodas desmitā krūšu skriemeļa priekšējās malas vidusdaļā.

Lai saglabātu stabilu cilvēka ķermeņa līdzsvaru plaknē, ir nepieciešams, lai no tā smaguma centra nomests perpendikuls kristu uz abu pēdu aizņemto laukumu. Jo stabilāk ķermenis stāv, jo platāks ir atbalsta laukums un jo zemāks ir smaguma centrs. Cilvēka ķermeņa vertikālajam stāvoklim galvenais uzdevums ir līdzsvara saglabāšana. Tomēr, sasprindzinot atbilstošos muskuļus, cilvēks var noturēt ķermeni dažādās pozīcijās (noteiktās robežās) pat tad, ja smaguma centra projekcija atrodas ārpus atbalsta laukuma (spēcīga ķermeņa noliekšanās uz priekšu, uz sāniem utt.). Tajā pašā laikā cilvēka ķermeņa stāvēšanu un pārvietošanu nevar uzskatīt par stabilu. Ar relatīvi garām kājām cilvēkam ir relatīvi mazs atbalsta laukums. Tā kā cilvēka ķermeņa kopējais smaguma centrs atrodas relatīvi augstu (otrā krustu skriemeļa līmenī), un atbalsta laukums (divu pēdu laukums un atstarpe starp tām) ir niecīgs, ķermeņa stabilitāte ir ļoti maza. Līdzsvara stāvoklī ķermeni notur muskuļu kontrakciju spēks, kas neļauj tam nokrist. Ķermeņa daļas (galva, rumpis, ekstremitātes) ieņem katrai no tām atbilstošu pozīciju. Tomēr, ja ķermeņa daļu attiecība tiek traucēta (piemēram, roku izstiepšana uz priekšu, mugurkaula saliekšana stāvot utt.), tad attiecīgi mainās arī citu ķermeņa daļu pozīcija un līdzsvars. Muskuļu darbības statiskie un dinamiskie momenti ir tieši saistīti ar ķermeņa smaguma centra pozīciju. Tā kā visa ķermeņa smaguma centrs atrodas otrā krustu skriemeļa līmenī aiz šķērsvirziena līnijas, kas savieno gūžas locītavu centrus, rumpja (kopā ar iegurni) tieksmi sasvērties atpakaļ pretojas augsti attīstīti muskuļi un saites, kas stiprina gūžas locītavas. Tas nodrošina visas ķermeņa augšdaļas līdzsvaru, kas tiek turēta vertikāli uz kājām.

Ķermeņa tieksme krist uz priekšu stāvus ir saistīta ar smaguma centra vertikālo līniju, kas iet uz priekšu (par 3-4 cm) no potīšu locītavu šķērsass. Kritienam pretojas kājas aizmugurējās daļas muskuļu darbība. Ja smaguma centra vertikālā līnija virzās vēl tālāk uz priekšu - uz pirkstgaliem, tad, saraujot kājas aizmugurējos muskuļus, papēdis tiek pacelts, pacelts no atbalsta plaknes, smaguma centra vertikālā līnija virzās uz priekšu un pirkstgali kalpo kā atbalsts.

Papildus atbalstam apakšējās ekstremitātes veic arī kustību funkciju, pārvietojot ķermeni telpā. Piemēram, ejot, cilvēka ķermenis veic kustību uz priekšu, pārmaiņus atbalstoties uz vienas kājas, tad uz otras. Šajā gadījumā kājas pārmaiņus veic svārsta kustības. Ejot, viena no apakšējām ekstremitātēm noteiktā brīdī ir balsts (aizmugurē), otra ir brīva (priekšpusē). Ar katru jaunu soli brīvā kāja kļūst par balstu, un atbalsta kāja tiek virzīta uz priekšu un kļūst brīva.

Apakšējo ekstremitāšu muskuļu saraušanās ejot ievērojami palielina pēdas pamatnes izliekumu, palielina tās šķērsvirziena un gareniskās arkas izliekumu. Vienlaikus šajā brīdī rumpis nedaudz noliecas uz priekšu kopā ar iegurni uz augšstilba kaulu galviņām. Ja pirmo soli sāk ar labo pēdu, tad labais papēdis, tad pēdas vidusdaļa un pirksti paceļas virs atbalsta plaknes, labā kāja noliecas gūžas un ceļa locītavās un tiek izvirzīta uz priekšu. Vienlaikus šīs puses gūžas locītava un rumpis seko uz priekšu aiz brīvās kājas. Šī (labā) kāja, enerģiski saraujoties augšstilba četrgalvu muskulim, iztaisnojas ceļa locītavā, pieskaras atbalsta virsmai un kļūst par atbalstu. Šajā brīdī otra, kreisā kāja (līdz šim brīdim aizmugurējā, atbalsta kāja) atraujas no atbalsta plaknes, tiek izvirzīta uz priekšu, kļūstot par priekšējo, brīvo kāju. Šajā laikā labā kāja paliek aizmugurē kā atbalsta kāja. Kopā ar apakšējo ekstremitāti ķermenis virzās uz priekšu un nedaudz uz augšu. Tādējādi abas ekstremitātes pārmaiņus veic vienas un tās pašas kustības stingri noteiktā secībā, vispirms atbalstot ķermeni no vienas puses, tad no otras un spiežot to uz priekšu. Tomēr iešanas laikā nav brīža, kad abas kājas vienlaikus atrautos no zemes (atbalsta plaknes). Priekšējā (brīvā) ekstremitāte vienmēr paspēj pieskarties atbalsta plaknei ar papēdi, pirms aizmugurējā (atbalsta) kāja pilnībā atdalās no tās. Ar to iešana atšķiras no skriešanas un lēkšanas. Tajā pašā laikā, ejot, ir brīdis, kad abas kājas vienlaikus pieskaras zemei, atbalsta kājai pieskaroties visai pēdai, bet brīvajai kājai - kāju pirkstiem. Jo ātrāka iešana, jo īsāks ir abu kāju vienlaicīgas saskares brīdis ar atbalsta plakni.

Izsekojot smaguma centra stāvokļa izmaiņām iešanas laikā, var atzīmēt visa ķermeņa kustību uz priekšu, uz augšu un uz sāniem horizontālajā, frontālajā un sagitālajā plaknē. Vislielākā nobīde notiek uz priekšu horizontālajā plaknē. Nobīde uz augšu un uz leju ir 3–4 cm, bet uz sāniem (sānu šūpoles) – 1–2 cm. Šo nobīdes raksturs un apjoms ir pakļauts ievērojamām svārstībām un ir atkarīgs no vecuma, dzimuma un individuālajām īpašībām. Šo faktoru kombinācija nosaka gaitas individualitāti, kas var mainīties treniņu ietekmē. Vidēji normāla mierīga soļa garums ir 66 cm un tas aizņem 0,6 s.

Kad iešana paātrinās, solis pārvēršas skrējienā. Skriešana atšķiras no iešanas ar to, ka tā ietver pārmaiņus atbalstu un pieskaršanos atbalsta virsmai ar vienu un pēc tam otru kāju.

[ 1 ], [ 2 ]