Рассуждение о морфомеханике. 5.7.9 Движения общего центра масс и силовые характеристики ходьбы

5.7.9 Движения общего центра масс и силовые характеристики ходьбы

Ходьба процесс поступательного перемещения тела, которое может двигаться как вперед, так и назад. Здесь нами рассматривается ходьба в направлении вперед лицом, как наиболее распространенный способ передвижения.* Передвижение организма в пространстве это, прежде всего поступательное перемещение его ОЦМ. Оно складывается из сложного соотношения вращательных движений всех элементов ОДС, которое происходит по замкнутым траекториям. ОЦМ при ходьбе также «…совершает замкнутые пространственные движения…» (Шуляк И.П., 1980).

Обычная ходьба предполагает перенос ОЦМ в пространстве и, прежде всего, вынос его проекции за площадь опоры. В определенные моменты создаются условия для «падения», которые ликвидируются за счет выноса вперед свободной ноги, то есть площадь опоры в акте ходьбы по Н.А.Бернштейну догоняет ОЦМ (Айзиков Г.С., 1962).

Именно смещение ОЦМ и создает импульс для начала ходьбы, запускает механизм силового взаимодействия тела и опоры. Так у М.Ф.Иваницкий (1948) читаем, что при ходьбе «…имеется повторяющееся нарушение и восстановление равновесия тела», «…первый момент движения связан с выведением вертикали центра тяжести за переднюю границу площади опоры и нарушении равновесия».

По данным Амара, во время ходьбы смещение ОЦМ в сторону опорной ноги составляет 13 мм, вертикальное же смещение ОЦМ составляет в среднем 4 см (Николаев Л.П., 1947).

В процессе ходьбы ОЦМ движется по синусоиде, смещаясь в вертикальной и горизонтальной плоскости на 2 дюйма.**

Малая амплитуда движений ОЦМ позволяет снизить затраты энергии при ходьбе (Bowker J.H., Hall C.B., 1975). За один цикл ходьбы ОЦМ поднимается и опускается дважды. Он достигает своего максимума в середине одноопорного периода и занимает наиболее низкое положение в двухопорном периоде (Рис.5.78) (Bowker P. et al., 1993).

Средняя амплитуда колебаний ОЦМ в сагиттальной и фронтальной плоскости составляет соответственно 3.5±0.1 мм и 3.3±0.1 мм соответственно, а амплитуда максимальных колебаний ОЦМ 8.6±0.9 мм и 7.0±1.0 мм (Комплексная оценка…, 1985).

Согласно данным I.M.Troup, M.A.Wood (1982) вертикальное и горизонтальное смещение ОЦМ при ходьбе составляет 5 см.

По мнению F.Pauwels в двухопорном положении ОЦМ располагается на уровне диска Th 10/11 по средней линии, при переходе к одноопорной позиции ОЦМ смещается на 2.5 см в сторону неопорной ноги (Bombelli R., 1993). 

Рис.5.78. Вертикальное перемещение ОЦМ в процессе ходьбы. 

Ходьба – периодическое явление. В процессе ходьбы человек попеременно ступает то одной, то другой стопой на опорную поверхность. Энергичное касание стопой вынесенной вперед нижней конечности плоскости опоры получило название передний толчок. Активное же отталкивание стопой ноги, находящейся сзади от опоры, принято именовать задним толчком.

Задний толчок приходится на начало двухопорного периода шага. Передний толчок наблюдается близ конца двухопорного периода шага, на 0.1–0.2 с позже заднего. Таким образом, двухопорный период шага при ходьбе начинается задним толчком одной ноги и заканчивается передним толчком ноги противоположной. Опорное же время каждой из нижних конечностей в свою очередь начинается передним толчком и заканчивается задним. Усилия, с которыми стопы действуют на опорные поверхности, противоположны силам реакции опоры. На графике вертикальной составляющей усилий в ОЦМ обнаруживается два высоких пика, один из которых отражение переднего, а другой заднего толчка. Незадолго до заднего толчка, одноименной ногой порождается еще один так называемый вспомогательный толчок. В середине одноопорного периода, когда противоположная неопорная нога проносится мимо опорной, наблюдается главный минимум вертикальной составляющей. Давление стопы на опорную поверхность в данный момент значительно ниже веса тела, тогда как в заднем и переднем толчках существенно выше. Задний толчок порождает силу, вектор которой направлен вверх и вперед, а передний толчок порождает силу, направленную вверх и назад. Ввиду этих обстоятельств взаимодействие стопы с опорой отражается и на продольной составляющей усилий в ОЦМ (Бернштейн Н.А., 1966).

Несмотря на наличие поступательных перемещений таза во фронтальной плоскости и присутствии поперечной составляющей усилий, действующих в ОЦМ, его перемещения во фронтальной плоскости оказываются невелики. Так исследования O.Fischer показали, что пределы миграции ОЦМ во фронтальной плоскости составляют всего около 23 мм. Причем, как считает F.Pauwels (1951), колебания его проекции на плоскость опоры ограничены внутренними краями стоп и не заходят под подошву (Шуляк И.П., 1980). Согласно A.G.Fischer (1950) вертикальное перемещение ОЦМ при ходьбе составляет 10.99 см (Гурьев В.Н., 1975).

Ходьба не мыслима без действия внешних и внутренних сил. На тело идущего человека действуют «…аэродинамические силы сопротивления атмосферы, силы и моменты сил реакции опоры». При ходьбе сила реакции опоры направлена вверх, вперед и внутрь (Богданов В.А., Гурфинкель В.С., 1976).

В момент переднего толчка опорная реакция направлена не только вверх и назад, но еще и медиально (движение в целом притормаживается). При заднем толчке опорная реакция имеет направление вверх, вперед и медиально. В среднем темпе ходьбы вертикальная составляющая опорной реакции равна 110-120% от веса тела, продольная составляющая 15-20%, а поперечная составляющая 3-5% (Рис.5.79) (Беленький В.Е., Куропаткин Г.В., 1994). 

Рис. 5.79. Опорные реакции ног при ходьбе. По оси абсцисс – время в % к длительности двойного шага, по оси ординат – сила опорной реакции в % от веса тела; а) вертикальная, б) – продольная, в) – поперечная составляющие опорной реакции; г) подограмма. 

Нагрузка на пятку в фазу переднего толчка 110-116% от массы тела, а нагрузка на носок в фазу заднего толчка 118-120% (Комплексная оценка…, 1985). С возрастом происходит уменьшение амплитуды реакции опоры соответствующих переднему и заднему толчкам (Троценко В.В. и соавт., 2000).

Вертикальная составляющая опорных реакций в момент заднего толчка 108.5±0.66%, переднего толчка 101.0±0.60%, в одноопорный период 84.3±0.65%. С ускорением темпа ходьбы сила толчков возрастает, а нагрузка в одноопорный период падает. При замедлении темпа ходьбы наблюдается обратная закономерность, все три показателя каждой конечности становятся близкими по значению (Мякотина Л.И. и соавт., 1978). 

По данным Paul (1965) в процессе ходьбы нагрузка на ТБС достигает шестикратного веса тела (Bowker P. et al., 1993).

Вертикальная составляющая сил инерции достигает 1.10-1.25 Р, продольная составляющая 0.25 Р, поперечная составляющая всегда направлена латерально и достигает 8-10% массы тела (Рис.5.80). Для совершения одного двойного шага в среднем необходимо 250 Дж. При этом в опорный период тратится 80% энергии, а в переносной 20% (Морейнис И.Ш., 1988).

Согласно G.Cavagna, M.Kaneko (1977), при нормальной ходьбе, «…благодаря сохранению части механической энергии тела мышечные источники ее при каждом двойном шаге подводят лишь 20-30% необходимой энергии, а остальная энергия экономится от шага к шагу». При этом согласно С.Н.Никитину и соавт., (1981), в норме, коэффициент рекуперации энергии при ходьбе в оптимальном темпе, в среднем, равен 0.7 (Якобсон Я.С. и соавт., 2001).

Учитывая целый комплекс характеристик ходьбы, введен «показатель качества ходьбы», который в норме равен 0.34 (Великсон В.М., Викулин В.М., 1987).

Рис.5.80. Силы, воздействующие на нижнюю конечность в момент опоры.

---

* При отдельных травмах или заболеваниях ОДА человек предпочитает перемещаться спиной вперед, например, при повреждениях лобкового сочленения у рожениц.

** 1 дюйм равен 25.4 мм.

««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