Биомеханические характеристики мышц и суставов нижних конечностей

Биомеханика мышц

Скелетные мышцы являются основными движителями нашего тела. Их количество превышает 600. С биомеханической точки зрения основными показателями их деятельности в организме человека являются сила тяги и скорость изменения длины. Следует подчеркнуть, что мышца может только тянуть, толкать она не может. Именно поэтому для управления движениями в суставах относительно той или иной степени свободы необходимы как минимум две мышцы-антагонисты. Реально их значительно больше, что создает значительные трудности в понимании того, как мозг распределяет степень участия мышц в суставных движениях. Это одна из нерешенных пока проблем организации движений человека, которая в биомеханике получила название проблема избыточности в управлении мышечной активностью.

Эксперименты на изолированных мышцах животных и человека показали, что сила тяги мышцы складывается из двух составляющих. Одна из них, назовем ее активной составляющей, обусловлена сократительными возможностями мышечной ткани. Другая составляющая силы возникает при растягивании мышцы и обусловлена наличием в ней соединительной ткани, которая ведет себя подобно пружине и способна накапливать энергию упругой деформации при растягивании мышцы. Назовем ее пассивной составляющей силы тяги мышцы. Следует подчеркнуть, что активная сила тяги сопровождается затратами химической энергии, запасенной в мышцах, и, как следствие, приводит к утомлению. Пассивная составляющая силы тяги имеет сугубо механическую природу и не требует затрат химической энергии.

Рассмотрим основные зависимости, раскрывающие сущность механики мышечного сокращения.

На рис. 6 показаны зависимости силы тяги изолированной мышцы от ее длины. Видно, что с увеличением длины мышцы суммарная сила тяги (а) увеличивается, но при этом активная (с) и пассивная (Ь) составляющие силы изменяются по-разному. Сила упругой деформации (Ь) нелинейно возрастает с увеличением длины мышцы. Активная сила (с) сначала увеличивается, а затем уменьшается, т. е. максимум силы тяги наблюдается при некоторой оптимальной длине мышцы, которая получила название длина покоя. Отметим, что в зависимости от количества соединительной ткани в мышце характер кривых «сила- длина» и доля вклада активной и пассивной силы в общую силу тяги мышцы изменяются (рис. 6-1, II, и III).

л.

Зависимость силы тяги мышцы (F) от ее длины (I).

Сплошная линия (а) — общая сила тяги; сплошная линия (Ь) — сила тяги мышцы при ее пассивном состоянии;

пунктирная линия (с) — сила тяги сократительных элементов мышцы.

Вернуться на главную страницу. или ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

185.189.13.12 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Биомеханические свойства мышц

Двигательная деятельность человека происходит при помощи мышечной ткани, обладающей сократительными структурами. Работа мышц осуществляется благодаря сокращению (укорачиванию с утолщением) миофибрилл, которые находятся в мышечных клетках. Работа мышц осуществляется посредством их присоединения к скелету при помощи сухожилий.

К биомеханическим свойствам мышц относят сократимость, упругость, жесткость, прочность и релаксацию.

Сократимость — это способность мышцы сокращаться при возбуждении. В результате сокращения происходит укорочение мышцы и возникает сила тяги.

Упругость мышцы состоит в ее способности восстанавливать первоначальную длину после устранения деформирующей силы. Существование упругих свойств объясняется тем, что при растяжении в мышце возникает энергия упругой деформации. При этом мышцу можно сравнить с пружиной: чем сильнее растянута пружина, тем большая энергия в ней запасена. Это явление широко используется в спорте. Например, в хлесте предварительно растягиваются и параллельный, и последовательный упругий компонент мышц, чем накапливается энергия. Запасенная таким образом энергия в финальной части движения (толкания, метания и т.д.) преобразуется в энергию движения (кинетическую энергию).

Аналогия мышцы с пружиной позволяет применить к ее работе закон Гука, согласно которому удлинение пружины нелинейно зависит от величины растягивающей силы. Кривую поведения мышцы в этом случае называют «сила-длина». Зависимость между силой и скоростью мышечного сокращения («сила-скорость») называют кривой Хилла.

[1]

Жесткость — это способность противодействовать прикладываемым силам. Коэффициент жесткости определяется как отношение приращения восстанавливающей силы к приращению длины мышцы под действием внешней силы: K_X=DF/DI (Н/м).

Величина, обратная жесткости, называется податливостью мышцы. Коэффициент податливости: K_n=D//DF(M/H) -показывает, насколько удлинится мышца при изменении внешней силы. Например, податливость сгибателя предплечья близка к 1 мм/Н.

Прочность мышцы оценивается величиной растягивающей силы, при которой происходит разрыв мышцы. Сила, при которой происходит разрыв мышцы составляет от 0.1 до 0.3 Н/мм 2 . Предел прочности сухожилий на два порядка величины больше и составляет 50 Н/мм 2 . Однако, при очень быстрых движениях возможен разрыв более прочного сухожилия, а мышца остается целой, успев самортизировать.

Релаксация — свойство мышца, проявляющееся в постепенном уменьшении силы тяги при постоянной длине мышцы. Релаксация проявляется, например, при прыжке вверх, если во время глубокого приседа спортсмен делает паузу. Чем пауза длительнее, тем сила отталкивания и высота выпрыгивания меньше.

Существует два вида группового взаимодействия мышц: синергизм и антагонизм.

Мышцы-синергисты перемещают звенья тела в одном направлении. Например, при сгибании руки в локтевом суставе участвуют двуглавая мышца плеча, плечевая и плече-лучевая мышцы и т.д. Результатом синергического взаимодействия мышц служит увеличение результирующей силы действия. При наличии травмы, а также при локальном утомлении какой-либо мышцы ее синергисты обеспечивают выполнение двигательного действия.

Мышцы-антагонисты имеют, наоборот, разнонаправленное действие. Так, если одна из них выполняет преодолевающую работу, то другая — уступающую. Существованием мышц-антагонистов обеспечивается:

1. высокая точность двигательных действий;

2. снижение травматизма.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9432 —

| 7438 — или читать все.

185.189.13.12 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Биомеханика суставов. Классификация суставов

В суставах в зависимости от строения сочленяющихся поверхностей (форма, изогнутость и размер) движения могут осуществляться вокруг различных осей. В биомеханике суставов выделяют три оси вращения и, соответственно, три вида движения вокруг них (рис. 68).

Фронтальная ось (от лат. fronts — «лоб») проходит справа налево. Вокруг фронтальной оси выполняются сгибание и разгибание подвижного звена сустава. При сгибании один из костных рычагов движется относительно другого таким образом, что угол между сочленяющимися поверхностями уменьшается; например, в локтевом суставе уменьшается угол между плечом и предплечьем. Во время разгибания движение происходит в обратном направлении — конечность выпрямляется.

Вертикальная ось проходит сверху вниз. Вокруг сагиттальной оси кость вращается в ту или иную сторону. Для конечностей вращение разделяется на две фазы: пронация — вращение вовнутрь и супинация — вращение наружу. Последовательное движение вокруг всех осей называют круговым движением. При этом свободный конец движущейся кости или конечности (подвижное звено сустава) описывает окружность.

Классификация суставов. По строению суставы бывают:
1. Простые, образованные только двумя костями. Например, плечевой сустав, межфаланговый сустав и т.п.
2. Сложные, в образовании которых участвуют три и более костей. Например, коленный сустав, локтевой сустав.
3. Комбинированные — два или несколько анатомически изолированных сустава действуют одновременно. Например, височно-нижнечелюстной сустав, атланто-осевой сустав.
4. Комплексные суставы характеризуются наличием между суставными поверхностями суставного диска, который делит полость сустава на два этажа. При этом уве­личивается количество осей движения в данном суставе. Например, височно-нижнечелюстной сустав, грудино-ключичный сустав.

По количеству осей движения и форме суставных поверхностей различают (рис. 69):

1. Одноосные суставы (рис. 69.1). Движения в них происходят только вокруг одной оси. По форме суставных поверхностей в этой группе различают:
— Цилиндрический сустав. Выпуклая суставная поверхность представляет собой отрезок поверхности цилиндра. Сочленяющаяся с ней суставная поверхность другой кости имеет конгруэнтную ей суставную впадину. Движение в суставе происходит вокруг вертикальной оси — вращение. Например, центральный атланто осевой сустав.
— Блоковидный сустав. На суставной поверхности цилиндрической формы, как правило, имеется костный гребешок, а на суставной впадине — направляющая бороздка. Движение в суставе происходит вокруг фронтальной оси — сгибание, разгибание. Например, межфаланговые суставы.
— Винтообразный сустав. Является разновидностью блоковидного. В нем направляющий гребешок и бороздка располагаются под углом к оси вращения сустава. Движение в суставе происходит, как и в блоковидном, вокруг фронтальной оси — сгибание и разгибание, но с некоторым винтообразным смещением сочленяющихся поверхностей. Например, плечелоктевой сустав.

2. Двуосные суставы (рис. 69.2). Движения в них происходят вокруг двух осей. Кроме того, в ряде случаев возможны круговые движения. По форме суставных поверхностей в этой группе различают:

|	следующая лекция ==>
КЛАССИФИКАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ КОСТЕЙ.	|	СОЕДИНЕНИЕ КОСТЕЙ ТУЛОВИЩА. Соединения позвонков

Введение в биомеханику и биомеханические особенности строения тела человека

Биомеханика— это наука, которая изучает механические явления в живых системах.

Живые системы и механические явления в них весьма многообразны. К живым системам относят: различные ткани тела человека (костная, мышечная, соединительная и др.), органы и системы (сердечно-сосудистая, дыхательная, скелетно-мышечная и др.), человек или группа людей и т. п. Механические явления также многообразны. К ним относятся: механические свойства тканей тела человека, механика движения крови по сосудам, механика родового акта и другие. Но чаще всего основным предметом исследования биомеханики является механическое движение животных, в том числе и человека.

Биомеханика, как научная область знаний, развивается в разных направлениях. Ее знания и методы широко используются в робототехнике, при изучении двигательных действий в условиях производства, в медицине, в космонавтике и т. п. Физическая культура и спорт также нуждаются в знаниях биомеханики.

Основными задачами спортивной биомеханики являются:

1. Изучение техники тренировочных и соревновательных спортивных упражнений.

2. Изучение строения и свойств двигательного аппарата человека.

3. Изучение двигательных способностей человека (силы, быстроты, выносливости и др.).

4. Биомеханическое обоснование конструкции тренажеров и требований по их
использованию в тренировочном процессе.

5. Биомеханические аспекты и профилактика спортивного травматизма.

6. Изучение индивидуальных и групповых особенностей движений и двигательных
возможностей человека.

Соединение звеньев тела человека и степени свободы

Пассивная часть двигательного аппарата человека включает в себя кости, суставы и связки, образующие скелет человека. В биомеханике его принято рассматривать как многозвенную систему, состоящую из подвижно соединенных твердых звеньев. Известно, что скелет человека состоит из более 200 костей. Для удобства его описания используют такие понятия, как кинематическая пара, кинематическая цепь и степени свободы.

Кинематическая пара — это два звена, соединенные между собой подвижно. Примером кинематической пары является плечо и предплечье, соединенные локтевым суставом.

Кинематическая цепь — это последовательное или разветвленное соединение кинематических пар. Различают замкнутые и незамкнутые кинематические цепи. Примером замкнутой цепи является последовательное соединение двух ребер, грудины и позвонка в грудной клетке. К незамкнутой кинематической цепи можно отнести безопорную ногу в фазе переноса при ходьбе.

Степени свободы — это количество независимых угловых и линейных перемещений тела. Применительно к телу человека понятие «степени свободы» характеризует степень подвижности кинематических пар, цепей и всего тела человека. Поскольку в суставах возможны в основном вращательные движения, то степени свободы в них определяются независимыми угловыми перемещениями, количество которых зависит от формы и строения сустава. Так, например, в локтевом суставе имеется две степени свободы (сгибание-разгибание и пронация-супинация), а в тазобедренном суставе — три степени свободы

Теория и методика фитнес-тренировки

(сгибание-разгибание, отведение-приведение и пронация-супинация). Чтобы определить число степеней свободы в кинематической цепи, нужно сложить степени свободы всех суставов этой цепи. В теле человека насчитывается 244 степени свободы, что свидетельствует о его колоссальной подвижности, а значит и необходимости управления движениями такой сложной системы.

Биомеханика мышц

Скелетные мышцы являются основными движителями нашего тела. Их количество превышает 600. С биомеханической точки зрения основными показателями их деятельности в организме человека являются сила тяги и скорость изменения длины. Следует подчеркнуть, что мышца может только тянуть, толкать она не может. Именно поэтому для управления движениями в суставах относительно той или иной степени свободы необходимы как минимум две мышцы-антагонисты. Реально их значительно больше, что создает значительные трудности в понимании того, как мозг распределяет степень участия мышц в суставных движениях. Это одна из нерешенных пока проблем организации движений человека, которая в биомеханике получила название проблема избыточности в управлении мышечной активностью.

Эксперименты на изолированных мышцах животных и человека показали, что сила тяги мышцы складывается из двух составляющих. Одна из них, назовем ее активной составляющей, обусловлена сократительными возможностями мышечной ткани. Другая составляющая силы возникает при растягивании мышцы и обусловлена наличием в ней соединительной ткани, которая ведет себя подобно пружине и способна накапливать энергию упругой деформации при растягивании мышцы. Назовем ее пассивной составляющей силы тяги мышцы. Следует подчеркнуть, что активная сила тяги сопровождается затратами химической энергии, запасенной в мышцах, и, как следствие, приводит к утомлению. Пассивная составляющая силы тяги имеет сугубо механическую природу и не требует затрат химической энергии.

Рассмотрим основные зависимости, раскрывающие сущность механики мышечного сокращения.

На рис. 6 показаны зависимости силы тяги изолированной мышцы от ее длины. Видно, что с увеличением длины мышцы суммарная сила тяги (а) увеличивается, но при этом активная (с) и пассивная (Ь) составляющие силы изменяются по-разному. Сила упругой деформации (Ь) нелинейно возрастает с увеличением длины мышцы. Активная сила (с) сначала увеличивается, а затем уменьшается, т. е. максимум силы тяги наблюдается при некоторой оптимальной длине мышцы, которая получила название длина покоя. Отметим, что в зависимости от количества соединительной ткани в мышце характер кривых «сила- длина» и доля вклада активной и пассивной силы в общую силу тяги мышцы изменяются (рис. 6-1, II, и III).

[3]

л.

Основы биомеханики работы мышц

В основе биомеханики работы мышц лежит сократительная способность мышечной ткани. Движение конечностей осуществляется посредством приближения подвижной точки к неподвижной, а мышечная сила зависит от угла расположения волокон к сухожилию, площади сечения, величины опоры и других факторов.

Работа, выполняемая мышцами, основана на стандартных принципах механики: чем дальше от оси прикладывается сила, тем больше КПД.

Тело человека, подобно любому физическому телу, находящемуся на поверхности земли, подвержено действию силы тяготения, величина которой равна массе тела. Эта сила притягивает тело к земле и стремится опрокинуть его из неустойчивого вертикального положения на двух ногах.

О том, как работают мышцы тела человека, подробно рассказывается в данной статье.

Какую работу выполняют мышцы конечностей: биология и физиология

Как известно, устойчивость тела определяется положением его общего центра тяжести (ОЦТ), которым служит точка приложения силы тяжести в организме, относительно поверхности опоры тела.

Масса тела образуется из масс составляющих его частей: туловища, головы и конечностей. Поэтому говорят, что ОЦТ — это точка приложения равнодействующей сил тяжести всех частей тела. И характеристика работы мышц зависит именно от положения общего центра тяжести.

В положении стоя ОЦТ тела человека расположен примерно в центре малого таза. Каждая часть тела имеет свой центр тяжести.

Если ОЦТ находится ниже опорной поверхности (т. е. тело подвешено к верхней опоре), то тело занимает устойчивое положение. Такое положение свойственно маятнику и подобным ему телам.

В случае нижней опоры ОЦТ располагается выше опорной поверхности, и тело занимает неустойчивое положение. В таком неустойчивом положении находится тело человека при вертикальном положении.

Поэтому требуется огромная работа мышц всего тела человека, и особенно нижних конечностей (сгибателей и разгибателей главных суставов), по удержанию тела в вертикальном положении.

Площадь опоры всего тела образуется площадью, занятой поверхностями стоп, на которые тело опирается, и площадью пространства между ними. Чем шире расставлены ноги, тем больше его площадь опоры и тем устойчивее тело.

Работают мышцы так, как обусловлено физическим законом: тело до тех пор сохраняет устойчивое вертикальное положение, пока ОЦТ тела проецируется в пределах площади опоры (т. е. вертикаль, опущенная из ОЦТ тела, находится в пределах площади опоры).

Если проекция ОЦТ тела выходит за пределы площади опоры, то тело опрокидывается. В тех случаях, когда проекция ОЦТ приближается к краю площади опоры, механическая работа мышц, их напряжение резко возрастает, т. к. приходится выполнять сложную миссию по преодолению силы тяжести.

В биомеханическом отношении любое перемещение тела в пространстве, а также сохранение его позы есть результат сложной координации сокращения отдельных мышц и согласования развиваемых мышечных усилий с силами тяготения, действующими на тело и его части.

В основе биомеханики мышц человека и самого процесса локомоции (ходьбы, бега и т. п.) у человека лежит скоординированная работа почти всех мышц, в результате которой осуществляется перемещение ОЦТ тела относительно площади опоры, а также активное изменение площади опоры при перестановке ног.

У человека нижние конечности являются органами движения. В отличие от них верхние конечности — органы обслуживания тела, которые у человека в процессе эволюции преобразовались в органы труда.

Для работы мышц нижней конечности человека и степени их напряжения как в положении стоя, так и при ходьбе (основном виде локомоции у человека) определяющим фактором является отношение вертикали, проходящей через ОЦТ, к поперечным осям главных суставов (тазобедренного, коленного и голеностопного).

Благодаря небольшим перемещениям туловища вперед или назад достигается соответствующее смещение ОЦТ, в результате чего сила тяжести тела используется для облегчения работы мышц. Подобная координация движений и сокращений осуществляется нервной системой.

Важно отметить, что физиология координации работы мышц при выполнении любых движений вырабатывается у ребенка постепенно в процессе обучения и по мере развития опорно-двигательного аппарата.

Основной модус развития заключается в том, что путем проб и ошибок вырабатывается наиболее рациональный для каждого индивидуума способ выполнения движений при минимальной затрате мышечных усилий.

Кости, подобно механическим рычагам, передают усилия мышечных сокращений соответствующим частям тела. Каждый сустав является точкой опоры для соединенных в нем костей. При сокращении мышца укорачивается, в результате чего две точки на костях, к которым она прикрепляется, сближаются.

При этом мышца совершает механическую работу, определяемую как произведение силы мышцы на расстояние перемещения точек ее прикрепления.

Механизм работы мышц: от чего зависит мышечная сила

Сила мышцы, развиваемая при ее сокращении, противодействует силе тяжести, действующей на тело в целом и на отдельные его части. Поскольку мышцы прикрепляются к костям под углом, то лишь часть мышечной силы идет на преодоление силы тяжести.

Биология работы мышц, их сила непосредственно зависит от следующих факторов:

• Площадь ее поперечного сечения и число участвующих в сокращении мышечных волокон
• Протяженность места начала и места прикрепления мышцы (площадь ее опоры)
• Архитектоника пучков мышечных волокон, т. е. угол, под которым они располагаются к сухожилию мышцы, что хорошо выражено в мышцах, имеющих перистое строение
• Другие факторы (содержание миоглобина, особенности васкуляризации мышечных волокон и т. п.)

Места прикрепления мышц к костям и отношение их к осям суставов, на которые они действуют, играют ключевую роль в биомеханике мыщц в частности и всего опорнодвигательного аппарата в целом, т. к. от этих анатомических факторов непосредственно зависит величина плеча силы мышечной тяги.

Согласно законам механики, чем больше плечо мышечной тяги, тем меньшее усилие необходимо затратить на выполнение движения. Кости, подобно механическим рычагам, передают усилия мышечных сокращений соответствующим частям тела.

Какую работу выполняют мышцы, зависит от рычага.

Если сила тяжести и сила мышечной тяги прикладываются с двух сторон отточки опоры рычага, то мы имеем дело с рычагом равновесия (рычаг I рода). Подобная конструкция широко используется в теле человека.

Примерами служат соединение головы с позвоночным столбом и согласованная работа передней и задней групп мышц шеи по удерживанию головы в горизонтальном положении; соединение туловища с нижними конечностями в тазобедренных суставах и согласованная работа сгибателей и разгибателей бедра в сочетании с другими мышцами по удерживанию туловища в вертикальном положении.

Если сила тяжести и сила мышечной тяги располагаются по одну сторону от точки опоры рычага, то мы имеем дело с рычагом II рода. Это наиболее распространенный способ соединения и динамической работы мышц отдельных сегментов конечностей.

Точкой опоры рычага является место соединения костей в суставе. Особенности работы рычагов II рода определяются местом прикрепления мышц по отношению к осям суставов, на которые они действуют, т. е. величиной плеча мышечной тяги.

Если плечо мышечной тяги меньше плеча силы тяжести, как это имеет место в случае сокращения двуглавой мышцы плеча и сгибания в локтевом суставе, то для движения предплечья и кисти требуется большое усилие, но при этом достигается большой размах движения и относительно высокая угловая скорость перемещения предплечья.

Такую разновидность рычага II рода называют рычагом скорости.

В том случае, если плечо силы мышечной тяги больше, чем плечо силы тяжести, то мы имеем другую разновидность рычага II рода — рычаг силы. Одним из примеров использования такого рычага силы является работа стоп, на которые действует вся масса тела.

При подъеме на носки происходит разгибание в плюснефаланговых суставах, сила тяжести тела передается на стопу через голеностопный сустав, плечо силы тяжести будет равняться расстоянию между осями обоих суставов.

Трехглавая мышца голени, производящая это движение, прикрепляется к пяточному бугру пяточной кости, и плечо силы мышечной тяги будет равно расстоянию между пяточным бугром и осью плюснефаланговых суставов. Размах движений небольшой, но при этом эффективно используется сила трехглавых мышц голени, которая противостоит силе тяжести всего тела.

Механическая работа мышц синергистов и антагонистов

Поскольку выполнение любого движения является результатом содружественного (сочетанного) действия целого ряда мышц, принято выделять мышцы синергисты и антагонисты.

Особенность работы мышц-синергистов заключается в том, что они совместно выполняют одно и то же движение в суставе (например, все мышцы, которые участвуют в сгибании кисти).

[2]

А как работают мышцы-антагонисты?

Эти мышцы участвуют в противоположных движениях (например, сгибают и разгибают кисть).

Как правило, мышцы-синергисты расположены на одной поверхности тела или конечности, а мышцы-антагонисты — на противоположных (например, мышцы-сгибатели — на передней поверхности плеча и предплечья, а мышцы-разгибатели — на задней).

Понятие синергизма и антагонизма мышц относится к их функциональной характеристике. Так, мышцы, работающие в одном движении как синергисты, в другом движении могут быть антагонистами. Согласование работы, совершаемой группами мышц, достигается за счет координации их сокращений со стороны нервной системы.

БИОМЕХАНИКА СУСТАВОВ и их классификация по функции

В суставах, в зависимости от строения (формы, изогнутости, размеров) сочленяющихся поверхностей, движения могут осуществляться вокруг трех осей вращения:

— фронтальной (ось, соответствующая фронтальной плоскости, разделяющей тело на переднюю и заднюю поверхности);

— сагиттальной (ось, соответствующая сагиттальной плоскости, разделяющей тело на правую и левую половину);

— вертикальной или своей собственной оси.

Движение в суставах вокруг осей вращения определяются геометрической формой суставной поверхности. Например, цилиндр и блок вращаются только вокруг одной оси; эллипс, овал, – вокруг двух осей; шар или плоская поверхность – вокруг трех.

Оси вращения, количество и виды возможных движений

Оси вращения, вокруг которых совершаются движения	Количество возможных движений	Виды возможных движений
Фронтальная	Сгибание (flexio), разгибание (extensio).
Сагиттальная	Приведение (adductio), отведение (abductio).
Фронтальная и сагиттальная	Сгибание, разгибание, приведение, отведение, коническое круговое движение (circumductio).
Вертикальная	Вращение (rotatio): внутрь пронация (pronatio), наружу –, супинация (supinatio).

Количество и возможные виды движений вокруг существующих осей вращения представлены в табл. 4.2. Так, вокруг фронтальной оси выполняется 2 вида движений – сгибание (flexio) и разгибание (extensio). Вокруг сагиттальной оси осуществляются также два вида движений – приведение (adductio) и отведение (abductio). Вокруг вертикальной оси еще одно движение – вращение (rotatio), но у него могут быть подвиды: вращение внутрь (пронация, pronatio) и наружу (супинация, supinatio). При переходе с одной оси на другую возникает еще одно движение – круговое или коническое (circumductio).

Следует отметить, что суставная поверхность одной из сочленяющихся костей, имеющая форму головки, может быть представлена в виде шара, эллипса, седла, цилиндра или блока. Суставная поверхность может быть образована несколькими костями, придающими ей в совокупности определенную форму, например, суставная поверхность, сформированная костями проксимального ряда запястья (рис. 4.6)

Вернуться на главную страницу. или ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

185.189.13.12 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Научная электронная библиотека

Рябчиков И. В., Панков И. О.,

Анатомо-биомеханические особенности коленного сустава

Коленный сустав по своему анатомическому строению и биомеханическим условиям является одним из самых сложных суставов человека. В образовании коленного сустава принимают участие суставные концы бедренной, большеберцовой костей, а также надколенник. Суставные поверхности мыщелков бедра эллипсоидной формы. При этом кривизна медиального мыщелка больше латерального. Верхние суставные поверхности мыщелков большеберцовой кости слегка вогнуты и не соответствуют кривизне суставных поверхностей мыщелков бедренной кости. Такое несоответствие несколько выравнивают располагающиеся между мыщелками бедра и большеберцовой кости межсуставные хрящи, или мениски (Синельников Р.Д., 1967).

Различия в параметрах кривизны медиального и латерального мыщелков бедренной кости, а также несоответствие их параметрам кривизны суставных поверхностей плато большеберцовой кости определяет характер движений в коленном суставе, где наряду с движением относительно фронтальной оси («сгибание – разгибание») имеет место ротационное движение. Таким образом, коленный сустав представляет собой сочетание блоковидного сустава с вращательным и относится к вращательно-блоковидным суставам (Синельников Р.Д., 1967).

Известно, что угол между продольными осями бедренной и большеберцовой костями открыт кнаружи и в норме составляет 170–172°. В этом случае биомеханическая ось нижней конечности проходит через середины тазобедренного и коленного суставов и близко к наружному краю блока таранной кости, что определяет равномерную нагрузку на суставы и функцию всей конечности (Гафаров Х.З., 1990).

Исследованиями Х.З. Гафарова (1984, 1990) установлено, что при нормальном развитии нижней конечности дистальный конец продольной оси большеберцовой кости в процессе торсионного развития отклоняется от вертикальной оси кнаружи во фронтальной плоскости на 10–12 градусов, а ее проксимальный конец – кнутри на 4–6 градусов, при этом величина угла отклонения зависит от величины приведения бедра. Таким образом, угол отклонения продольной оси большеберцовой кости составляет 14–16°. Данное положение определяется тонусом и работой мышц нижней конечности. Отклонение проксимального конца голени кнутри, а дистального кнаружи происходит при внутренней торсии коленного сустава во фронтальной плоскости и по спирали снаружи кнутри, при этом проксимальный конец костей голени отклоняется снаружи кнутри и спереди назад (Гафаров Х.З., 1990). По этой причине коленный сустав получает физиологическое вальгусное положение.

При внутреннем скручивании коленного сустава поперечные оси мыщелков бедренной и большеберцовой костей в горизонтальной плоскости описывают дугу 18–22° по определенному радиусу, который находится в зависимости от длины сегментов бедра и голени. При этом поперечные оси мыщелков бедренной и большеберцовой костей в процессе внутреннего скручивания образуют с фронтальной плоскостью угол 4–8°, пересекая ее спереди назад. Дистальный отдел костей голени, скручиваясь кнаружи, отклоняется латерально (кнаружи), при этом обеспечивается физиологический вальгус в коленном суставе. В результате этого биомеханическая ось нижней конечности проходит у наружного края блока таранной кости, что определяет равномерную нагрузку в над- и подтаранном суставах, и способствует правильному развитию сводов стопы и ее рессорной функции (Гафаров Х.З., 1990).

Отклонение дистального конца голени в процессе торсионного развития уменьшает нагрузку на внутренний отдел ростковых пластин бедренной и большеберцовой костей. Это способствует большему развитию внутреннего мыщелка бедра, что в дальнейшем обеспечивает сохранение параллельности щели коленного сустава по отношению к горизонтальной плоскости и равномерную нагрузку на суставы нижней конечности (закон Вольфа, Гюнтера, Фолькманна).

Исследования биомеханики движений в коленном суставе последних десятилетий XX века выявили более сложный характер движений. Этот характер определяется как совокупность смещений (скольжений – перекатываний) между мыщелками бедренной и большеберцовой костей и вращений в коленном суставе в трех плоскостях.

Несомненно, что величина вращательного движения значительно преобладает над остальными видами движений, которые составляют: в передне – заднем направлении 5–10 мм, во внутренне – наружном направлении 2–5 мм и так называемая «компрессия – дистракция» при нагрузке 1–2 мм. При этом само вращательное движение является сложным и происходит в трёх плоскостях: во фронтальной плоскости (ротационное движение), в сагиттальной плоскости «сгибание – разгибание», и в вертикальной плоскости «отведение – приведение» (Johnson R.J., 1988; Lafortune M.A., Cavanaugh P.R., Sommer H.J., 1992; Woo S.L.Y., Livesay G.A., 1994; Putz R., 1995).

Вращательное движение в коленном суставе, которое осуществляется между суставными поверхностями мыщелков бедренной и большеберцовой костей сопряжено с движением «скольжение – перекатывание». При этом движении суставная поверхность мыщелков большеберцовой кости проходит сложный путь перемещений по суставным поверхностям мыщелков бедра, различающимися между собой размерами и радиусами кривизны. Описанная кривая траектории движения между суставными поверхностями мыщелков бедра и большеберцовой кости получила название «вершина кубика» («vertex cubis») (Menshik A., 1974, 1975).

Таким образом, при максимальном сгибании в коленном суставе осуществляется вращение относительно фронтальной оси 135° с одновременным (4–8°) вращением мыщелков большеберцовой кости кнутри и перемещением в переднее – заднем направлении до 10 мм.

При этом проксимальный конец большеберцовой кости оказывается развернутым кнутри и выдвинутым кпереди относительно дистального суставного конца бедра.

Рис. 1.1. наглядно демонстрирует величину и направление перемещений мыщелков бедренной и большеберцовой костей при максимальном сгибании в коленном суставе.

Рис. 1.1. Перемещение мыщелков большеберцовой кости относительно мыщелков бедра при максимальном сгибании в коленном суставе: а – положение разгибания; б – сгибание 90° в – максимальное сгибание в суставе

При полном разгибании в коленном суставе мыщелки бедренной кости выстоят несколько кпереди относительно мыщелков бедра (рис. 1а); сгибание 90° – незначительное выдвижение мыщелков большеберцовой кости кпереди от бедренной кости (рис. 1б). При максимальном сгибании – выдвижение мыщелков большеберцовой кости относительно мыщелков бедра кпереди на 10 мм с внутренней ротацией относительно вертикальной оси – перемещение и наслоение малоберцовой кости на большеберцовую, при этом кпереди выдвигается наружный мыщелок большеберцовой кости (рис. 1в).

Данные положения имеют принципиальное прикладное значение в клинике, так как объясняют механизм и особенности переломов костей, составляющих коленный сустав при травме.

Источники

1. 
   Заболотных, И. И. Болезни суставов / И. И. Заболотных. — М. : СпецЛит, 2010. — 256 c.
2. 
   Псориаз и псориатический артрит / В. А. Молочков и др. — М. : КМК, Авторская академия, 2007. — 332 c.
3. 
   Гринев, М. В. Остеомиелит / М. В. Гринев. — М. : Медицина, 2011. — 152 c.