Рассуждение о морфомеханике. 5.1.3 Кинематика человека

  

5.1.3 Кинематика человека

Скелет человека типичный пример материального тела, содержащего кинематические цепи. Всего в ОДС человека насчитывается более 200 кинематических пар (Корж А.А. и соавт., 1984). Согласно A.Morecki et al., (1969) они обеспечивают скелету человека 240 степеней свободы (Богданов В.А., 1976).

Нижняя конечность без учета суставов стопы имеет 6 степеней свободы: ТБС – 3, коленный - 2, голеностопный 1 (Недригайлова О.В., 1967). Автор, по всей видимости, учитывала только вращательные движения. В то время как в ТБС и коленном суставе возможны еще и поступательные движения. Данный вопрос нами обсуждался ранее.

Подвижность в ОДС человека обеспечивается, прежде всего, благодаря наличию отдельных видов сочленений костей скелета: синхондрозы, синдесмозы, синмиозы, суставы. Последние, наиболее сложно устроенные подвижные сочленения, и их большинство. Суставы тела человека достаточно разнообразны по своему устройству. Они позволяют в отдельных случаях совершать только вращательные, а в других, вращательные и поступательные движения. Если в подвижном сочленении присутствуют и поступательные движения, то они обычно значительно меньше по объему. Одним из примеров является ТБС, где доминируют вращательные движения вокруг трех независимых осей и имеются, небольшие по амплитуде, поступательные перемещения вдоль фронтальной оси. Исключением является лопатка, объем ее поступательных движений существенно превышает вращательные.

В качестве связей подвижных сочленений выступают суставные поверхности, хрящевые диски, мениски, хрящевые кольца (вертлужная губа, гленоид), связки, межкостные мембраны, суставные сумки, а также мышцы. В зависимости от механических характеристик указанных структур, их свойства, как связей, будут различны. Костные выступы и суставные поверхности способны жестко лимитировать величину возможного движения. Хрящевые и соединительнотканные элементы, в свою очередь дозволяют некоторый люфт в зависимости от приложенной силы. Необходимо отметить, что структуры, построенные преимущественно из коллагеновых волокон, менее растяжимы, чем те, что построены из эластических волокон. Соответственно это, приводит к тому, что связь на основе коллагеновых волокон более жестко ограничивает величину подвижности, чем связь на основе эластина. Количество и вид связей в подвижном сочленении определяют число степеней свободы.

Значительное число степеней свободы требует совершенной организации движений составных частей ОДА. Координирует движения - СУД, составными частями, которой являются рецепторный аппарат, нервы, ЦНС и эффекторы мышц. Управление движением осуществляется ЦНС через влияния на мышцы – активные элементами ОДС. Мышечные сокращения не только обуславливают наличие управляемых степеней свободы, но, что не менее значимо, устраняют не нужные виды движений.

Вопросы управления движениями рассмотрены в работах Н.А.Бернштейна. Им дано классическое определение понятия координации: «координация движений есть преодоление избыточных степеней свободы движущегося органа, иными словами – превращение его в управляемую систему». По его мнению, принципиальная схема системы управления должна содержать в себе как минимум шесть элементов:

- эффектор, функция которого регулируется,

- задающий элемент, вносящий в систему требуемое значение регулируемого параметра,

- рецептор, воспринимающий текущие значения параметра,

- прибор сличения, определяющий расхождение фактического и требуемого значения параметра,

- устройство, перешифровывающее данные прибора сличения в коррекционные импульсы,

- регулятор, управляющий по данному параметру функционированием эффектора.

Целенаправленное движение немыслимо без наличия определенной программы действий, памяти и способности представить ход событий в будущем (Бернштейн Н.А., 1966).

Движения, совершаемые человеком, можно разделить на рефлекторные и произвольные. В основе рефлекторных лежит простейший миотатический рефлекс. Он заключается в возникновении сопротивления мышцы при ее растяжении. Причем вне восприятия импульса активного движения мышца и так находится в состоянии некоторого напряжения, именуемого тонусом. Миотатический рефлекс относится к так называемым сегментальным рефлексам, дуга которых состоит из 2-3 нейронов. Конструкция простейшей из подобных рефлекторных дуг содержит рецептор, чувствительное нервное волокно, клетку спинномозгового узла, периферический двигательный нейрон передних рогов спинного мозга, центробежное нервное волокно (аксон), двигательная бляшка в мышце. Реализация произвольного движения осуществляется с участием головного мозга. Центральный двигательный нейрон располагается в коре прецентральной извилины, его аксон направляется по поводящим путям в передние рога спинного мозга, где образует синапсы с периферическим двигательным нейроном. Отростки последнего, формируя двигательные нервы, достигают мышц, оканчиваясь в них двигательными бляшками. Произвольное движение находится под контролем ЦНС, учитывающей текущую и ранее полученную информацию от анализаторов, состоящих из рецепторов, центростремительных нервных волокон, нейронов спинного и головного мозга (Скоромец А.А., 1989).

Возможность движений в живой системе подразумевает наличие в ее сочленениях некого числа степеней свободы. Целенаправленное же движение немыслимо без управления имеющимися степенями свободы. Как было показано выше, управление принадлежит ЦНС и реализуется посредством влияния на мышечные группы. Перекидываясь через подвижное сочленение, мышца, сокращаясь под влиянием сигнала от ЦНС, вызывает изменение положения звеньев кинематической пары. Существует своего рода правило гласящее «…число управляемых степеней свободы кинематической цепи равно числу независимых источников энергии, необходимых для приведения в движение того или иного звена относительно соответствующей оси вращения сустава» (Великсон В.М., 1980). Отсутствие же контроля хотя бы над одной степенью свободы подвижного сочленения переводит его в практически неуправляемое состояние.

Потеря контроля может быть вызвана дисфункцией мышцы, отсутствием проведения к ней сигнала от ЦНС, нарушением работы двигательного центра, препятствиями для получения им информации от чувствительных приборов, то есть ликвидации обратной связи. Практически на всех уровнях предусмотрен определенный «запас прочности» СУД. Это и обилие механорецепторов, и множество центростремительных (чувствительных) и центробежных (двигательных) нервов, достаточно надежная защита ЦНС, а также ряд других механизмов.

Надежность функционирования СУД повышает наличие мышц синергистов и антагонистов. В большинстве случаев каждая из степеней свободы сустава контролируется не одной мышцей, а сразу несколькими, способными вызвать однотипное движение. При этом выпадение функции одной из мышц приводит перераспределению нагрузки на оставшиеся работоспособными мышцы-синергисты. Тем самым, предотвращается полная потеря управления. Движение вокруг или вдоль избранной оси, в принципе возможно и под действием одной мышцы, однако, только в одном направлении. Обратное же движение может быть реализовано под влиянием внешней силы, например силы тяжести. Однако действием внешней силы сложно управлять и к тому же это не всегда возможно. Присутствие мышц антагонистов для каждой степени свободы обеспечивает полную независимость СУД от внешних сил. Кроме этого, наличие данных групп мышц повышает точность движения (Беленький В.Е., Куропаткин Г.В., 1994).

При сохранении позы требуется коактивация мышц-антагонистов, а для устойчивости необходимо демпфирование (Фельдман А.Г., 1979). С нашей точки зрения демпфирование статического положения обеспечивается, прежде всего, мышцами.

Взаимодействием всех без исключения элементов ОДС, создается как произвольное, так и рефлекторное движение. Важное место при этом отводится ЦНС - как одной из составных частей СУД. В настоящее время получило признание гипотеза, согласно которой движения регулируются не рефлексами, а программами «записанными» в ЦНС. Рефлексы - автоматические, стереотипные, целенаправленные реакции организма на стимул, в нашем случае реакции двигательные, составляют, как бы, «библиотеку» элементарных двигательных программ, способных составить сложное преднамеренное движение. Это в равной степени относится и к позам - определенному положению тела в пространстве. На их принятие и поддержание тратится значительная часть мышечной деятельности, что, так же как и движения требует контроля со стороны ЦНС (Циммерман М. и соавт., 1996).

««назад || СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ || вперед»»

                                                                     

Автор:

Архипов С.В. – С.В. Архипов-Балтийский является псевдонимом, который использовался до начала 2006 года с целью более точной дифференцировки на научном поле.

Цитирование:

Архипов-Балтийский СВ. Рассуждение о морфомеханике. Норма. В 2 т. Т. 1. Гл. 1-4. - Испр. и доп. изд. Калининград, 2004. [aleph.rsl.ru]

Архипов-Балтийский СВ. Рассуждение о морфомеханике. Норма. В 2 т. Т. 2. Гл. 5-6. - Испр. и доп. изд. Калининград, 2004. [aleph.rsl.ru]

Примечания:

Первая крупная публикация автора, посвященная морфомеханике живых систем, биомеханике пояса нижних конечностей и связки головки бедра, ligamentum capitis femoris (LCF).

Ключевые слова

ligamentum capitis femoris, ligamentum teres, связка головки бедра, анатомия, морфомеханика, биомеханика

СОДЕРЖАНИЕ РЕСУРСА

Биомеханика и морфомеханика