Statica en dynamica van het menselijk lichaam: zwaartepunt

De verticale positie van het menselijk lichaam, zijn beweging in de ruimte, verschillende soorten bewegingen (lopen, rennen, springen) ontwikkelden zich in het proces van lange evolutie samen met de vorming van de mens als soort. Tijdens het proces van antropogenese, in verband met de overgang van menselijke voorouders naar aardse bestaansvoorwaarden, en vervolgens naar beweging op twee (onderste) ledematen, veranderde de anatomie van het gehele organisme, zijn afzonderlijke delen, organen, inclusief het bewegingsapparaat, aanzienlijk. Het tweevoetig leven bevrijdde het bovenste lidmaat van de bewegingsapparaatfunctie. Het bovenste lidmaat veranderde in een arbeidsorgaan - een hand - en kon verder verbeteren in behendigheid van bewegingen. Deze veranderingen als gevolg van een kwalitatief nieuwe functie werden weerspiegeld in de structuur van alle componenten van de gordel en het vrije deel van het bovenste lidmaat. De schoudergordel dient niet alleen als ondersteuning voor het vrije bovenste lidmaat, maar vergroot ook aanzienlijk de mobiliteit ervan. Doordat het schouderblad voornamelijk met behulp van spieren met het skelet van het lichaam verbonden is, verkrijgt het een grotere bewegingsvrijheid. Het schouderblad neemt deel aan alle bewegingen van het sleutelbeen. Bovendien kan het schouderblad onafhankelijk van het sleutelbeen vrij bewegen. In het multi-axiale kogelgewricht, dat aan bijna alle zijden door spieren omgeven is, maken de anatomische kenmerken van de structuur bewegingen langs grote bogen in alle vlakken mogelijk. De specialisatie van functies is vooral merkbaar in de structuur van de hand. Dankzij de ontwikkeling van lange, zeer beweeglijke vingers (vooral de duim) is de hand een complex orgaan geworden dat fijne, gedifferentieerde handelingen uitvoert.

De onderste ledematen, die het volledige lichaamsgewicht hebben gedragen, hebben zich uitsluitend aangepast aan de bewegingsapparaatfunctie. De verticale positie van het lichaam, de rechtopstaande houding, weerspiegelde zich in de structuur en functies van de gordel (bekken) en het vrije deel van de onderste ledematen. De gordel van de onderste ledematen (bekkengordel) als een sterke, gebogen structuur, aangepast aan de overdracht van het gewicht van de romp, het hoofd en de bovenste ledematen naar de koppen van het dijbeen. De kanteling van het bekken van 45-65°, die tijdens de antropogenese tot stand is gekomen, draagt bij aan de overdracht van het lichaamsgewicht naar de vrije onderste ledematen onder de meest gunstige biomechanische omstandigheden voor de verticale positie van het lichaam. De voet kreeg een gebogen structuur, waardoor deze beter bestand was tegen het lichaamsgewicht en als een flexibele hefboom kon functioneren bij beweging. De spieren van de onderste ledematen ontwikkelden zich sterk, waardoor ze zich aanpasten aan statische en dynamische belastingen. Vergeleken met de spieren van de bovenste ledematen hebben de spieren van de onderste ledematen een grotere massa.

In de onderste extremiteit hebben de spieren uitgebreide steunvlakken en een grote krachtinspanning. De spieren van de onderste extremiteit zijn groter en sterker dan die van de bovenste extremiteit. In de onderste extremiteit zijn de extensoren meer ontwikkeld dan de flexoren. Dit komt doordat de extensoren een belangrijke rol spelen bij het rechtop houden van het lichaam en het in beweging houden (lopen, rennen).

In de arm zijn de flexoren van de schouder, onderarm en hand geconcentreerd aan de voorzijde, omdat het werk van de handen zich vóór het lichaam afspeelt. Grijpbewegingen worden uitgevoerd door de hand, die wordt beïnvloed door een groter aantal flexoren dan extensoren. De bovenste extremiteit heeft ook meer draaiende spieren (pronatoren, supinatoren) dan de onderste. Deze zijn veel beter ontwikkeld in de bovenste extremiteit dan in de onderste. De massa van de pronatoren en supinatoren van de arm verhoudt zich tot de rest van de spieren van de bovenste extremiteit als 1:4,8. In de onderste extremiteit is de massaverhouding van de draaiende spieren tot de rest van de spieren 1:29,3.

De fascia en aponeurosen van de onderste extremiteit zijn veel beter ontwikkeld dan die van de bovenste extremiteit vanwege de grotere krachtontwikkeling bij statische en dynamische belasting. De onderste extremiteit beschikt over extra mechanismen die het lichaam in een verticale positie houden en de beweging in de ruimte waarborgen. De gordel van de onderste extremiteit is vrijwel onbeweeglijk verbonden met het heiligbeen en vormt een natuurlijke ondersteuning voor de romp. De neiging van het bekken om naar achteren te kantelen op de femurkoppen wordt voorkomen door het sterk ontwikkelde iliofemorale ligament van het heupgewricht en sterke spieren. Bovendien helpt de verticale zwaartekracht van het lichaam, die voor de transversale as van het kniegewricht langs loopt, mechanisch om het kniegewricht in een gestrekte positie te houden.

Ter hoogte van het enkelgewricht neemt tijdens het staan het contactoppervlak tussen de gewrichtsvlakken van de tibia en de talus toe. Dit wordt mogelijk gemaakt doordat de mediale en laterale malleoli het voorste, bredere deel van het talusblok omsluiten. Bovendien staan de frontale assen van het rechter- en linkerenkelgewricht in een hoek ten opzichte van de rug. De verticale as van de zwaartekracht van het lichaam loopt naar voren ten opzichte van de enkelgewrichten. Dit leidt tot een soort beknelling van het voorste, bredere deel van het talusblok tussen de mediale en laterale malleoli. De gewrichten van de bovenste extremiteit (schouder, elleboog, pols) beschikken niet over dergelijke remmechanismen.

De botten en spieren van de romp, met name het axiale skelet - de wervelkolom die het hoofd, de bovenste ledematen en de organen van de borst- en buikholte ondersteunt - ondergingen diepgaande veranderingen tijdens het proces van antropogenese. Door de rechtopstaande houding ontstonden er krommingen in de wervelkolom en ontwikkelden zich krachtige rugspieren. Bovendien is de wervelkolom vrijwel onbeweeglijk in een sterk sacro-iliacale gewricht, gekoppeld aan de onderste ledematengordel (met de bekkengordel), die biomechanisch gezien dient als verdeler van het gewicht van de romp naar de koppen van het femur (naar de onderste ledematen).

Naast anatomische factoren - de structurele kenmerken van de onderste ledematen en de romp, ontwikkeld tijdens het proces van de mensvorming om het lichaam in een rechtopstaande positie te houden en een stabiel evenwicht en dynamiek te garanderen - moet er speciale aandacht worden besteed aan de positie van het zwaartepunt van het lichaam.

Het algemene zwaartepunt (GC) van een persoon is het aangrijpingspunt van de resultante van alle zwaartekrachten van de delen van zijn lichaam. Volgens MF Ivanitsky bevindt de GC zich ter hoogte van de IV sacrale wervel en wordt geprojecteerd op het voorste oppervlak van het lichaam boven de symfyse. De positie van de GC ten opzichte van de longitudinale as van het lichaam en de wervelkolom is afhankelijk van leeftijd, geslacht, skeletbotten, spieren en vetafzettingen. Daarnaast zijn er dagelijkse schommelingen in de positie van de GC als gevolg van de verkorting of verlenging van de wervelkolom, die optreden als gevolg van onregelmatige fysieke activiteit overdag en 's nachts. Bij ouderen en oude mensen is de positie van de GC ook afhankelijk van de houding. Bij mannen bevindt de GC zich ter hoogte van de III lumbale - V sacrale wervel, bij vrouwen - 4-5 cm lager dan bij mannen, en komt overeen met het niveau van de V lumbale tot de I coccygeale wervel. Dit hangt met name af van de grotere afzetting van onderhuids vet in het bekken- en heupgebied dan bij mannen. Bij pasgeborenen ligt het zwaartepunt ter hoogte van de borstwervels V-VI en beweegt het zich geleidelijk (tot 16-18 jaar) naar beneden en iets naar achteren.

De positie van het zwaartepunt van het menselijk lichaam is ook afhankelijk van het lichaamstype. Bij mensen met een dolichomorf lichaamstype (asthenisch) ligt het zwaartepunt relatief lager dan bij mensen met een brachymorf lichaamstype (hypersthenie).

Uit het onderzoek is gebleken dat het zwaartepunt van het menselijk lichaam zich doorgaans ter hoogte van de tweede sacrale wervel bevindt. De loodlijn van het zwaartepunt loopt 5 cm achter de dwarsas van de heupgewrichten, ongeveer 2,6 cm achter de verbindingslijn tussen de trochanters major en 3 cm vóór de dwarsas van de enkelgewrichten. Het zwaartepunt van het hoofd ligt iets vóór de dwarsas van de atlanto-occipitale gewrichten. Het gemeenschappelijke zwaartepunt van hoofd en lichaam bevindt zich ter hoogte van het midden van de voorste rand van de tiende thoracale wervel.

Om het evenwicht van het menselijk lichaam in een vlak vlak te behouden, is het noodzakelijk dat de loodlijn die vanuit het zwaartepunt valt, op het gebied valt dat door beide voeten wordt ingenomen. Het lichaam staat steviger naarmate het steunvlak breder is en het zwaartepunt lager ligt. Voor de verticale positie van het menselijk lichaam is het bewaren van het evenwicht de belangrijkste taak. Door de juiste spieren aan te spannen, kan een persoon het lichaam echter in verschillende posities houden (binnen bepaalde grenzen), zelfs wanneer de projectie van het zwaartepunt zich buiten het steunvlak bevindt (sterke vooroverhelling van het lichaam, naar de zijkanten, enz.). Tegelijkertijd kan het menselijk lichaam niet als stabiel worden beschouwd tijdens het staan en bewegen. Met relatief lange benen heeft een persoon een relatief klein steunvlak. Omdat het totale zwaartepunt van het menselijk lichaam relatief hoog ligt (ter hoogte van de tweede sacrale wervel) en het steunvlak (het oppervlak van twee voetzolen en de ruimte ertussen) onbeduidend is, is de stabiliteit van het lichaam zeer gering. In evenwicht wordt het lichaam vastgehouden door de kracht van spiercontracties, waardoor het niet kan vallen. De lichaamsdelen (hoofd, romp, ledematen) nemen een positie in die overeenkomt met elk van hen. Als de verhouding tussen de lichaamsdelen echter verstoord raakt (bijvoorbeeld door de armen naar voren te strekken, de wervelkolom te buigen tijdens het staan, enz.), veranderen de positie en het evenwicht van andere lichaamsdelen dienovereenkomstig. Statische en dynamische spiermomenten hangen rechtstreeks samen met de positie van het zwaartepunt van het lichaam. Omdat het zwaartepunt van het hele lichaam zich ter hoogte van de tweede sacrale wervel bevindt, achter de dwarslijn die de centra van de heupgewrichten verbindt, wordt de neiging van de romp (samen met het bekken) om naar achteren te kantelen tegengegaan door sterk ontwikkelde spieren en ligamenten die de heupgewrichten versterken. Dit zorgt voor het evenwicht van het hele bovenlichaam, dat rechtop op de benen wordt gehouden.

De neiging van het lichaam om voorover te vallen tijdens het staan wordt veroorzaakt door de verticale lijn van het zwaartepunt die 3-4 cm naar voren loopt ten opzichte van de dwarsas van de enkelgewrichten. De val wordt tegengegaan door de spieren in de achterkant van het been. Als de verticale lijn van het zwaartepunt nog verder naar voren beweegt - naar de tenen - dan wordt door het aanspannen van de rugspieren de hiel opgetild, waardoor deze uit het steunvlak komt. De verticale lijn van het zwaartepunt beweegt naar voren en de tenen dienen als steun.

Naast het ondersteunen vervullen de onderste ledematen een locomotorische functie, waarbij ze het lichaam in de ruimte verplaatsen. Bijvoorbeeld, tijdens het lopen maakt het menselijk lichaam een voorwaartse beweging, waarbij het afwisselend op het ene been en dan weer op het andere leunt. In dit geval maken de benen afwisselend slingerbewegingen. Tijdens het lopen is het ene onderste ledemaat op een bepaald moment een steun (achterkant), het andere is vrij (voorkant). Bij elke nieuwe stap wordt het vrije been een steun, en wordt het steunbeen naar voren gebracht en vrij.

De contractie van de spieren van het onderbeen tijdens het lopen vergroot de kromming van de voetzool aanzienlijk, evenals de kromming van de dwars- en lengtebogen. Tegelijkertijd kantelt de romp licht naar voren, samen met het bekken op de koppen van de dijbenen. Als de eerste stap met de rechtervoet wordt gezet, komen de rechterhiel, het midden van de voetzool en de tenen boven het steunvlak uit, buigt het rechterbeen bij de heup- en kniegewrichten en wordt naar voren gebracht. Tegelijkertijd volgen het heupgewricht van deze zijde en de romp het vrije been naar voren. Dit (rechter) been strekt zich, met een krachtige contractie van de quadriceps van het dijbeen, uit bij het kniegewricht, raakt het steunvlak en wordt het steunbeen. Op dit moment komt het andere, linkerbeen (tot dat moment het achterste, steunbeen) los van het steunvlak, wordt naar voren gebracht en wordt het voorste, vrije been. Op dit moment blijft het rechterbeen achter als steunbeen. Samen met het onderste lidmaat beweegt het lichaam naar voren en lichtjes omhoog. Zo voeren beide ledematen afwisselend dezelfde bewegingen uit in een strikt gedefinieerde volgorde, waarbij ze het lichaam eerst aan de ene kant ondersteunen, dan aan de andere kant, en het naar voren duwen. Tijdens het lopen is er echter geen moment waarop beide benen tegelijkertijd van de grond worden gerukt (het steunvlak). Het voorste (vrije) lidmaat slaagt er altijd in om het steunvlak met zijn hiel te raken voordat het achterste (steunende) been er volledig van los is. Zo verschilt lopen van rennen en springen. Tegelijkertijd is er tijdens het lopen een moment waarop beide benen tegelijkertijd de grond raken, waarbij het steunbeen de hele zool raakt en het vrije been de tenen. Hoe sneller de stap, hoe korter het moment van gelijktijdig contact van beide benen met het steunvlak.

Door de veranderingen in de positie van het zwaartepunt tijdens het lopen te volgen, kan men de beweging van het hele lichaam naar voren, omhoog en zijwaarts in het horizontale, frontale en sagittale vlak waarnemen. De grootste verplaatsing vindt naar voren plaats in het horizontale vlak. De verplaatsing omhoog en omlaag is 3-4 cm, en naar de zijkanten (laterale zwaai) - 1-2 cm. De aard en omvang van deze verplaatsingen zijn onderhevig aan aanzienlijke schommelingen en zijn afhankelijk van leeftijd, geslacht en individuele kenmerken. De combinatie van deze factoren bepaalt de individualiteit van het looppatroon, dat kan veranderen onder invloed van training. Gemiddeld is de lengte van een normale rustige stap 66 cm en duurt deze 0,6 s.

Wanneer het lopen versnelt, verandert de stap in een rennen. Rennen verschilt van wandelen doordat het afwisselend steunt en het steunvlak met één voet en vervolgens met de andere aanraakt.

[ 1 ], [ 2 ]