Žmogaus kūno statika ir dinamika: svorio centras

Žmogaus kūno vertikali padėtis, judėjimas erdvėje, įvairūs judesių tipai (ėjimas, bėgimas, šokinėjimas) vystėsi ilgos evoliucijos metu kartu su žmogaus, kaip rūšies, formavimusi. Antropogenezės procese, ryšium su žmogaus protėvių perėjimu prie sausumos egzistavimo sąlygų, o vėliau prie judėjimo dviem (apatinėmis) galūnėmis, viso organizmo, jo atskirų dalių, organų, įskaitant raumenų ir kaulų sistemą, anatomija labai pasikeitė. Dvikojis ėjimas išlaisvino viršutinę galūnę nuo raumenų ir kaulų sistemos funkcijos. Viršutinė galūnė virto gimdymo organu – ranka ir galėjo dar labiau pagerinti judesių miklumą. Šie pokyčiai dėl kokybiškai naujos funkcijos atsispindėjo visų diržo komponentų ir viršutinės galūnės laisvosios dalies struktūroje. Pečių juosta tarnauja ne tik kaip laisvosios viršutinės galūnės atrama, bet ir žymiai padidina jos judrumą. Dėl to, kad mentė su kūno skeletu daugiausia sujungta raumenų pagalba, ji įgyja didesnę judėjimo laisvę. Mentė dalyvauja visuose raktikaulio atliekamuose judesiuose. Be to, mentė gali laisvai judėti nepriklausomai nuo raktikaulio. Daugiaašiame rutuliniame peties sąnaryje, kurį beveik iš visų pusių supa raumenys, anatominės struktūros ypatybės leidžia judėti dideliais lankais visose plokštumose. Funkcijų specializacija ypač pastebima plaštakos struktūroje. Dėl ilgų, labai judrių pirštų (pirmiausia nykščio) išsivystymo ranka tapo sudėtingu organu, atliekančiu smulkius, diferencijuotus veiksmus.

Apatinė galūnė, perėmusi visą kūno svorį, prisitaikė išskirtinai prie raumenų ir skeleto sistemos funkcijos. Vertikali kūno padėtis, tiesi laikysena atsispindi juostos (dubens) ir laisvosios apatinės galūnės dalies struktūroje ir funkcijose. Apatinių galūnių juosta (dubens juosta) kaip tvirta arkinė struktūra, prisitaikiusi perkelti liemens, galvos, viršutinių galūnių svorį į šlaunikaulio galvas. Antropogenezės procese nustatytas dubens pakreipimas 45–65° kampu prisideda prie kūno svorio perkėlimo į laisvas apatines galūnes palankiausiomis biomechaninėmis sąlygomis vertikaliai kūno padėčiai. Pėda įgijo arkinę struktūrą, kuri padidino jos gebėjimą atlaikyti kūno svorį ir atlikti lanksčios svirties funkciją jį judinant. Stipriai išsivystė apatinės galūnės raumenys, kurie prisitaikė atlikti statines ir dinamines apkrovas. Palyginti su viršutinės galūnės raumenimis, apatinės galūnės raumenys turi didesnę masę.

Apatinėje galūnėje raumenys turi plačius atramos paviršius ir raumenų jėgos pritaikymą. Apatinės galūnės raumenys yra didesni ir stipresni nei viršutinės galūnės. Apatinėje galūnėje tiesiamieji raumenys yra labiau išsivystę nei lenkiamieji. Taip yra dėl to, kad tiesiamieji raumenys atlieka svarbų vaidmenį išlaikant kūną vertikalioje padėtyje ir judant (einant, bėgant).

Rankoje peties, dilbio ir plaštakos lenkiamieji raumenys sutelkti priekinėje pusėje, nes rankų darbas atliekamas priešais kūną. Suėmimo judesiai atliekami ranka, kuriai įtakos turi didesnis lenkiamųjų raumenų skaičius nei tiesiamųjų. Viršutinė galūnė taip pat turi daugiau sukamųjų raumenų (pronatorių, supinatorių) nei apatinė. Jie yra daug geriau išvystyti viršutinėje galūnėje nei apatinėje. Rankos pronatorių ir supinatorių masės santykis su likusiais viršutinės galūnės raumenimis yra 1:4,8. Apatinėje galūnėje sukamųjų raumenų ir likusių raumenų masės santykis yra 1:29,3.

Apatinės galūnės fascija ir aponeurozės yra daug geriau išsivysčiusios nei viršutinės galūnės dėl didesnio jėgos pasireiškimo esant statinėms ir dinaminėms apkrovoms. Apatinė galūnė turi papildomų mechanizmų, kurie padeda išlaikyti kūną vertikalioje padėtyje ir užtikrina jo judėjimą erdvėje. Apatinės galūnės juosta yra beveik nejudriai sujungta su kryžkauliu ir yra natūrali liemens atrama. Dubens polinkio nuvirtti atgal ant šlaunikaulių galvų neleidžia labai išsivysčiusi klubo sąnario klubo ir šlaunikaulio raištis bei stiprūs raumenys. Be to, kūno sunkio vertikalė, einanti prieš kelio sąnario skersinę ašį, mechaniškai padeda išlaikyti kelio sąnarį ištiestoje padėtyje.

Čiurnos sąnario lygyje, stovint, padidėja blauzdikaulio ir šokikaulio sąnarinių paviršių sąlyčio plotas. Tai palengvina tai, kad vidurinis ir šoninis šokikauliai apima priekinę, platesnę šokikaulio bloko dalį. Be to, dešiniojo ir kairiojo čiurnos sąnarių priekinės ašys yra išdėstytos viena kitos atžvilgiu kampu, atviru į nugarą. Kūno sunkio vertikalė eina į priekį čiurnos sąnarių atžvilgiu. Dėl to priekinė, platesnė šokikaulio bloko dalis yra savotiškai suspausta tarp vidurinio ir šoninio šokikaulio. Viršutinių galūnių (peties, alkūnės, riešo) sąnariai neturi tokių stabdymo mechanizmų.

Antropogenezės procese liemens kaulai ir raumenys, ypač ašinis skeletas – stuburas, laikantis galvą, viršutines galūnes, krūtinės ląstos ir pilvo ertmių organus, patyrė didelių pokyčių. Dėl vertikalios laikysenos susiformavo stuburo išlinkimai, išsivystė galingi nugaros raumenys. Be to, stuburas praktiškai nejuda, yra suporuotas su stipriu kryžkaulio sąnariu su apatinės galūnės juosta (su dubens juosta), kuri biomechaniniu požiūriu paskirsto liemens svorį šlaunikaulio galvoms (apatinėms galūnėms).

Kartu su anatominiais veiksniais – apatinių galūnių ir liemens struktūriniais ypatumais, išsivysčiusiais antropogenezės procese, siekiant išlaikyti kūną vertikalioje padėtyje, užtikrinant stabilią pusiausvyrą ir dinamiką, ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas kūno svorio centro padėčiai.

Žmogaus bendras svorio centras (SK) yra taškas, į kurį veikia visų jo kūno dalių gravitacinių jėgų resultantė. Pasak M. F. Ivanitskio, SK yra IV kryžkaulio slankstelių lygyje ir projektuojamas į priekinį kūno paviršių virš gaktos simfizės. SK padėtis išilginės kūno ašies ir stuburo atžvilgiu priklauso nuo amžiaus, lyties, griaučių kaulų, raumenų ir riebalų sankaupų. Be to, SK padėtis kasdien kinta dėl stuburo sutrumpėjimo arba pailgėjimo, atsirandančio dėl netolygaus fizinio aktyvumo dieną ir naktį. Senyvo amžiaus ir vyresnio amžiaus žmonėms SK padėtis taip pat priklauso nuo laikysenos. Vyrams SK yra III juosmens–V kryžkaulio slankstelių lygyje, moterims – 4–5 cm žemiau nei vyrams ir atitinka lygį nuo V juosmens iki I uodegikaulio slankstelio. Tai visų pirma priklauso nuo didesnio poodinių riebalų sankaupų dubens ir klubų srityje nei vyrams. Naujagimiams svorio centras yra V-VI krūtinės slankstelių lygyje, o vėliau palaipsniui (iki 16-18 metų) jis juda žemyn ir šiek tiek atgal.

Žmogaus kūno svorio centro padėtis taip pat priklauso nuo kūno tipo. Žmonėms, turintiems dolichomorfinį kūno tipą (astenikams), svorio centras yra santykinai žemiau nei žmonėms, turintiems brachimorfinį kūno tipą (hiperstenikams).

Tyrimo metu nustatyta, kad žmogaus kūno svorio centras paprastai yra antrojo kryžkaulio slankstelio lygyje. Svorio centro svambalas yra 5 cm už klubo sąnarių skersinės ašies, maždaug 2,6 cm už linijos, jungiančios didžiuosius gūbrius, ir 3 cm prieš čiurnos sąnarių skersinę ašį. Galvos svorio centras yra šiek tiek prieš atlanto-pakaušio sąnarių skersinę ašį. Bendras galvos ir kūno svorio centras yra dešimtojo krūtinės slankstelio priekinio krašto vidurio lygyje.

Norint išlaikyti stabilią žmogaus kūno pusiausvyrą plokštumoje, būtina, kad statmuo, nukritęs nuo jo svorio centro, kristų ant abiejų pėdų užimamos srities. Kuo kūnas stovi tvirčiau, kuo platesnis atramos plotas ir kuo žemesnis svorio centras. Žmogaus kūno vertikaliai padėčiai svarbiausia išlaikyti pusiausvyrą. Tačiau įtempdamas atitinkamus raumenis, žmogus gali išlaikyti kūną įvairiose padėtyse (tam tikrose ribose) net kai svorio centro projekcija yra už atramos srities ribų (stiprus kūno pasvirimas į priekį, į šonus ir pan.). Tuo pačiu metu stovėjimas ir žmogaus kūno judėjimas negali būti laikomas stabiliu. Turint santykinai ilgas kojas, žmogus turi santykinai mažą atramos plotą. Kadangi bendras žmogaus kūno svorio centras yra santykinai aukštai (antrojo kryžkaulio slankstelio lygyje), o atramos plotas (dviejų padų plotas ir tarpas tarp jų) yra nereikšmingas, kūno stabilumas yra labai mažas. Pusiausvyros būsenoje kūną laiko raumenų susitraukimų jėga, kuri neleidžia jam nukristi. Kūno dalys (galva, liemuo, galūnės) užima kiekvienai iš jų atitinkamą padėtį. Tačiau jei kūno dalių santykis sutrinka (pavyzdžiui, tiesiamos rankos į priekį, sulenkiamas stuburas stovint ir pan.), atitinkamai pasikeičia ir kitų kūno dalių padėtis bei pusiausvyra. Statiniai ir dinaminiai raumenų veikimo momentai yra tiesiogiai susiję su kūno svorio centro padėtimi. Kadangi viso kūno svorio centras yra antrojo kryžkaulio slankstelio lygyje už skersinės linijos, jungiančios klubo sąnarių centrus, liemens (kartu su dubeniu) polinkį pasvirti atgal priešinasi labai išsivystę raumenys ir raiščiai, stiprinantys klubo sąnarius. Tai užtikrina visos viršutinės kūno dalies, kuri vertikaliai laikoma ant kojų, pusiausvyrą.

Kūno polinkis kristi į priekį stovint atsiranda dėl vertikalios svorio centro linijos, einančios į priekį (3–4 cm) nuo čiurnos sąnarių skersinės ašies. Kritimui priešinasi užpakalinės kojos raumenų veiksmai. Jei vertikali svorio centro linija pasislenka dar toliau į priekį – į pirštus, tai susitraukiant užpakaliniams kojos raumenims, kulnas pakeliamas, pakeliamas nuo atramos plokštumos, vertikali svorio centro linija pasislenka į priekį, o pirštai tarnauja kaip atrama.

Be atramos, apatinės galūnės atlieka ir judėjimo funkciją, judindamos kūną erdvėje. Pavyzdžiui, einant žmogaus kūnas juda į priekį, pakaitomis remdamasis į vieną koją, paskui į kitą. Tokiu atveju kojos pakaitomis atlieka švytuoklės tipo judesius. Einant viena iš apatinių galūnių tam tikru momentu yra atrama (gale), kita – laisva (priekyje). Su kiekvienu nauju žingsniu laisva koja tampa atrama, o atraminė koja stumiama į priekį ir tampa laisva.

Apatinės galūnės raumenų susitraukimas einant žymiai padidina pėdos pado išlinkimą, padidina jos skersinių ir išilginių lankų išlinkimą. Tuo pačiu metu, šiuo momentu, liemuo šiek tiek pakrypsta į priekį kartu su dubeniu ant šlaunikaulių galvų. Jei pirmas žingsnis pradedamas dešine koja, tai dešinė kulnas, tada pado vidurys ir pirštai pakyla virš atramos plokštumos, dešinė koja sulenkiama ties klubo ir kelio sąnariais ir traukiama į priekį. Tuo pačiu metu šios pusės klubo sąnarys ir liemuo seka į priekį po laisvos kojos. Ši (dešinė) koja, energingai susitraukus šlaunies keturgalviam raumeniui, ištiesinama ties kelio sąnariu, paliečia atramos paviršių ir tampa atrama. Šiuo metu kita, kairė koja (iki šiol užpakalinė, atraminė koja) atitrūksta nuo atramos plokštumos, traukiama į priekį, tapdama priekine, laisva koja. Šiuo metu dešinė koja lieka už nugaros kaip atraminė koja. Kartu su apatine galūne kūnas juda į priekį ir šiek tiek aukštyn. Taigi, abi galūnės pakaitomis atlieka tuos pačius judesius griežtai apibrėžta seka, pirmiausia remdamos kūną iš vienos pusės, paskui iš kitos ir stumdamos jį į priekį. Tačiau einant nebūna momento, kai abi kojos vienu metu atitrūktų nuo žemės (atraminės plokštumos). Priekinė (laisva) galūnė visada spėja kulnu paliesti atramos plokštumą, kol užpakalinė (atraminė) koja visiškai nuo jos neatsiskiria. Tuo ėjimas skiriasi nuo bėgimo ir šokinėjimo. Tuo pačiu metu einant yra momentas, kai abi kojos vienu metu paliečia žemę, atraminė koja liečia visą padą, o laisva koja – pirštus. Kuo greitesnis ėjimas, tuo trumpesnis abiejų kojų vienu metu liečiasi su atramos plokštuma.

Sekant svorio centro padėties pokyčius einant, galima pastebėti viso kūno judėjimą į priekį, aukštyn ir į šoną horizontalioje, priekinėje ir sagitalinėje plokštumose. Didžiausias poslinkis įvyksta į priekį horizontalioje plokštumoje. Poslinkis aukštyn ir žemyn yra 3–4 cm, o į šonus (šoniniai svyravimai) – 1–2 cm. Šių poslinkių pobūdis ir mastas gali smarkiai svyruoti ir priklauso nuo amžiaus, lyties ir individualių savybių. Šių veiksnių derinys lemia eisenos individualumą, kuris gali keistis treniruočių metu. Vidutiniškai normalaus ramaus žingsnio ilgis yra 66 cm ir trunka 0,6 s.

Kai ėjimas greitėja, žingsnis virsta bėgimu. Bėgimas nuo ėjimo skiriasi tuo, kad jame remiamasi pakaitomis ir atramos paviršius liečiamas viena koja, o paskui kita.

[ 1 ], [ 2 ]