Рассуждение о морфомеханике. 5.3.3 Механика двухопорного ортостатического положения

 

5.3.3 Механика двухопорного ортостатического положения

С точки зрения классической механики, ОДА в двухопорном ортостатическом положении представляет собой объемную ферму,* имеющую вид арки. Действительно, все кости – жесткие элементы, соединяются между собой подвижно как в ферме. Обеспечение устойчивости достигается не только расположением проекции ОЦМ в пределах площади опоры, но и ликвидацией подвижности в суставах. За счет замыкания суставов ОДА приобретает определенную жесткость, что обеспечивает возможность его пребывания в покое неопределенно долго.

В ортостатическом положении с равномерной нагрузкой на ноги на каждую из ГБК приходится половина веса тела, лежащего выше ТБС (Wilson F.C., 1983).

Механика двухопорного ортостатического положения подробно изучена F.Pauwels. В своей, ставшей классической работе, автор указывает, что таз в этом положении опирается на обе ГБК. При этом нагрузка на них распределяется равномерно (Рис.5.6). Она обусловлена, прежде всего, действием силы тяжести. Для поддержания стабильности во фронтальной плоскости участие мышц не требуется. В сагиттальной плоскости в поддержании равновесия участвуют мышцы, однако плечо их силы невелико, посему вклад мышц в нагрузку ГБК невелик, и им можно пренебречь. При симметричном двухопорном ортостатическом положении сила, действующая на обе ГБК вертикальна, и зависит от массы вышележащей части тела (туловище, две руки, голова). Соответственно на каждую ГБК приходится около трети массы всего тела. В области лобкового сращения в двухопорном ортостатическом положении действуют растягивающие силы. Это обусловлено тем, что сила тяжести, воздействующая на таз, представляющий собой замкнутый свод, стремиться разобщить лобковые кости, чему препятствует волокнистый хрящ лобкового сращения. В области КПС, наоборот, возникают силы сжатия (Pauwels F., 1965).

Замыкание суставов возможно за счет силы тяжести, а также скелетной мускулатуры. Данные силы задействуют связи присутствующие у подвижных сочленений, которые ограничивают перемещение соединенных посредством них костей. Число связей в каждом из суставов достаточно много, так в ТБС их можно насчитать не менее девяти: суставная сумка, ПБС, ЛБС, СБС, круговая зона, СГБ, вертлужная губа, ВВ, ГБК. 

Рис.5.6. Распределение нагрузки на тазобедренные суставы при двухопорном ортостатическом положении. 

Непосредственно в пояс нижних конечностей, несущий основную опорную нагрузку при двухопорном ортостатическом положении, входит более 30 суставов. Каждый, из которых содержит порой значительное число связей. Расчет реакции каждой из связей, читай механически активных элементов сустава, представляет значительные трудности. Он крайне неточен и практически невозможен. Все это позволяет говорить об ОДА в ортостатическом положении на двух конечностях как о статически неопределимой системе.**

Известные методики моделирования и расчета сил, действующих в ОДА, допускают ряд упрощений. Аналогичным методом воспользуемся и мы, в нашем рассмотрении двухопорного ортостатического положения. Примем, что ОЦМ располагается кпереди от пульпозного ядра сегмента L_V-S_I и кзади от ТБС. Все звенья ОДА не деформируемы. В качестве значимых будут рассматриваться только: крестец, две тазовые кости, две бедренные кости, большеберцовые, малоберцовые и таранные кости, а прочие кости стопы как единое целое. Итого 13 сегментов, которые, с целью упрощения, будут представляться соединенными 15 суставами. Лобковое сращение и КПС рассматриваются как плоские суставы, ТБС как шаровые шарниры, коленный, голеностопный, а также подтаранные суставы, как одноосевые шарниры. Максимальное число действующих связей рассмотрим у ТБС и смежных с ним. Это позволит до известной степени упростить задачу и, хотя бы отчасти, показать всю сложность изучения взаимодействия элементов ОДА.

У вертикально стоящего на двух нога человека равнодействующая сил тяжести приложена к ОЦМ и направлена отвесно вниз. Для сохранения устойчивого равновесия, при расположении ОЦМ выше плоскости опоры, необходимо чтобы его проекция находилась в ее пределах. В случае двухопорного стояния проекция ОЦМ расположена между стопами несколько кпереди от линии, соединяющей голеностопные суставы. Линия действия силы тяжести идет вертикально вниз от ОЦМ, располагаясь кпереди от межпозвонковых дисков и крестцово-подвздошных суставов КПС, кзади от лобкового сращения и ТБС, кпереди от плоскости, в которой лежат коленный и голеностопный сустав (Рис.5.7). Следовательно, ни один из центров суставов пояса нижних конечностей не лежит в одной плоскости с ОЦМ. Это обуславливает появление моментов силы тяжести стремящихся вызвать вращение в суставах нижней конечности. Однако вращение в них происходит до определенных пределов, будучи ограниченно связями этих подвижных сочленений - связки, суставные сумки, хрящевые элементы, суставные поверхности, костные выступы.

Рис.5.7. Линия действия силы тяжести. 

Главными и единственными опорами для таза и всей верхней половины тела являются ГБК. Равнодействующая сил тяжести относительно них стремиться развернуть таз, вызывать его отклонение кзади. Весь таз (тазовые кости и крестец), отклоняясь назад, увлекают в этом же направлении и позвоночный столб. С целью обеспечения устойчивости и компенсации указанных отклонений возникает поясничный лордоз и происходит вращение тазовых костей в КПС. Возникающие движения в КПС можно описать как сгибание тазовых костей, при этом крестец наклоняется вперед и вниз. Другими словами, в обоих КПС наблюдается симметричное скручивание. Следует учесть также и то, что под действием силы тяжести крестец стремиться сместиться вниз, как бы раздвигая тазовые кости, и оказывается подвешенным на крестцово-подвздошных связках (Рис.5.8). С учетом наклона крестца вперед наибольшая нагрузка падает на межкостные крестцово-подвздошные связки. Главными ограничителями сгибания в КПС выступает их связочный аппарат и связки таза в целом. Достаточно прочные связки КПС являются элементами его замыкающими, препятствующие неограниченному вращению крестца в нем.  

Рис.5.8. Распределение нагрузки в области таза при двухопорном ортостатическом положении и в положении сидя. 

---

* Фермой называется жесткая конструкция из прямолинейных стержней, соединенных на концах шарнирами (Тарг С.М., 1998).

** Системы тел, в которых число неизвестных реакций связей больше числа уравнений равновесия, содержащих эти реакции, называются статически неопределимыми (Тарг С.М., 1998).

««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