Биомеханика опорно-двигательного аппарата (ОДА)

Опорно-двигательный аппарат подразделяют на пассивный (скелет и его соединения) и активный (мышцы) компоненты.

Под скелетом вообще понимают комплекс более или менее плот­ных образований, имеющих в жизни организма преимущественно механическое значение. Вокруг частей скелета человека группи­руются мягкие ткани и органы; этим объясняется соответствие между формой скелета и формой всего тела.

Скелет человека выполняет локомоторную функцию. Пассив­ная часть аппарата движения включает в себя кости и их соеди­нения. Механические функции скелета способны обеспечивать опору, защиту и движение. Опорная функция заключается в при­крепления к скелету мышц, связок и сухожилий. Под защитой понимают ограждения внутренних органов от механических по­вреждений. Движение осуществляется благодаря наличию кост­ных рычагов, приводимых в действие мышцами.

Скелет взрослого человека состоит более чем из 200 отдельных костей, преобладающая часть их— парные.

Скелет человека (рис. 17.36) подразделяют на основные части: череп, позвоночник, грудную клетку, верхние (включая плечевой пояс) и нижние (включая тазовый пояс) конечности.

Череп состоит из неподвижно сочлененных костей (исключение составляет височно-нижнечелюстной сустав). Череп служит опо­рой и защитой многим важнейшим органам. Череп образует полость, которая представляет как бы конечное расширение по­звоночного канала и заключает в себе головной мозг с его оболочка­ми и сосудами.

Позвоночный столб составляется из всех истинных позвонков, крестца, копчика и межпозвоночных хрящей со связочным и сус­тавным аппаратом (рис. 17.37).

Движения между отдельными позвонками малы, но, суммиру­ясь, они сообщают позвоночному столбу значительные переме­щения. Причем позвоночный столб может совершать движения вокруг всех осей: фронтальной, сагиттальной, вертикальной.

Возможны следующие движения позвоночного столба: 1) вокруг фронтальной оси — сгибание и разгибание (первое — гораздо зна­чительнее), наиболее свободные из всех движений позвоночника; 2) вокруг сагиттальной оси — сгибание в сторону (иначе — отве­дение позвоночника от срединной плоскости); вокруг вертикаль­ной оси — повороты (скручивание); 4) пружинное движение, при котором измеряют величину кривизны позвоночника (например, при

прыжках). Большей подвижностью отличаются верхний пояс­ничный и шейный отделы.

Межпозвоночные хрящи уменьшают толчки и сотрясения, обра­зуют соединения прочные, но вместе с тем достаточно эластичные, допускающие движения во все стороны. Величина движений значительнее в том отделе позвоночника, где хрящи толще.

Каждому грудному позвонку соответствует пара ребер, из них 7 верхних соединяются своими передними концами с грудной костью.

Позвоночник подразделяют на пять отделов: шейный (С, — С₇), грудной (Г, — Г₁₂), поясничный (L, — L₅), крестцовый (S, — S₅), копчиковый (4—5). Длина позвоночника мужчины равняется в среднем 73 см, причем на шейный отдел приходится 13 см, на грудной — 30 см, на поясничный — 18 см и на крестцово-копчико-вый — 12 см. Позвоночник женщины имеет длину в среднем 69 см. В старческом возрасте наблюдается укорочение позвоночни­ка на 5—7 см. В общем длина позвоночного столба составляет око­ло 2/3 всей длины тела.

Функциональное значение позвоночника чрезвычайно велико: он поддерживает голову, служит гибкой осью туловища, принима­ет участие в образовании стенок грудной и брюшной полостей и таза. В позвоночном канале помещается спинной мозг, его обо­лочки и сосуды.

Опорно-двигательная функция позвоночника во многом опре­деляется структурными и механическими свойствами межпозво­ночных дисков, соединяющих тела соседних позвонков, а также связок, соединяющих тела, дуги и отростки позвонков.

Между отдельными позвонками имеются соединения, которые связывают: 1) их тела; 2) дуги и 3) отростки. Поверхности тел двух смежных позвонков, обращенные друг к другу, соединяются меж­позвоночными хрящами, который отсутствует только между I и II шейным позвонками. Число этих хрящей в позвоночнике взрос­лого равняется 23, толщина хряща от 2 мм (в средней грудной облас­ти) до 10 мм у нижних поясничных позвонков. Кроме того, толщина неодинакова и в различных пунктах одного и того же хрящевого диска. Общая высота всех хрящей составляет приблизительно чет­верть длины всего позвоночного столба (не считая крестцовой кос­ти и копчика).

Межпозвоночные хрящи прочно соединяют тела позвонков между собой, вместе с тем они допускают известную подвижность и играют роль эластических подушек.

Межпозвоночные хрящи выдерживают вес вышерасположен­ных отделов тела, а также демпфируют в силу своего строения удар­ные нагрузки, возникающие при ходьбе и беге, при постановке ноги на землю, при приземлении и др.

На среднем распиле позвоночника видно, что размеры тел позвонков увеличиваются в направлении сверху вниз; и можно выделить кривизны позвоночника в передне-заднем направле­нии — физиологический лордоз — изгиб, обращенный выпук­лостью кпереди; физиологический кифоз — изгиб выпуклости кзади и незначительное искривление позвоночника вбок — физио­логический сколиоз. Различают: лордозы — шейный и поясничный, кифоз — грудной и крестцовый (рис. 17.38). Кривизны позвоночни­ка возникают у человека в связи с вертикальным положением его тела (рис. 17.39).

Кости соединяются между собой с помощью: 1) непрерывных со­единений (при помощи соединительной ткани (синдесмозы) и посредством хряща (синхондрозы); 2) полусуставов (где соедине­ние осуществляется посредством хряща); 3) прерывных соединений (суставов, обеспечивающих высокую подвижность всего тела).

Суставы различаются по форме суставных поверхностей и сте­пени подвижности сочленяющихся костей (см. табл. 17.7).

Сустав называется простым, если в его образовании участвуют две кости, и сложным, если его образуют три кости и более. Сустав включает основные структурные элементы (хрящи, капсулу, сустав­ную полость) и вспомогательные образования (синовиальные склад­ки, внутрисуставные связки, внутрисуставные хрящи, суставные губы, сесамовидные кости).

К простым суставам относятся блоковидный сустав (см. табл. 17.7). К суставам со сложной кинематикой движения относят коленный сустав.

Наличие синовиальной жидкости в суставе, ее физико-механи­ческие свойства и свойства хряща обеспечивают функциональную конгруэнтность суставных поверхностей при локомоциях (движе­ниях). Питание внутрисуставного хряща происходит за счет интер-стициальной и синовиальной жидкостей. Синовиальная жидкость обладает важными свойствами для функционирования сустава (суставов), например, высокой упругостью. Удельный вес синовии

равен 1,07-10⁴ Н/м³, а относительная вязкость (по отношению к вязкости воды, которая составляет 1,002) колеблется от 5,7 до 1160.

От наличия синовиальной жидкости в суставе и ее свойств за­висит функция сустава.

С точки зрения кинематики, соединения (суставы) между от­дельными звеньями (костями) представляют собой кинематиче­ские пары, идеализированные схемы которых представлены в таб­лице 17.7.

Подвижность кинематических цепей обеспечивается работой мышц. Равнодействующая мышечных сил действует на кости, вра­щающиеся вокруг осей суставов.

Движение в суставах обеспечивается парой функциональных рабочих групп мышц: одноостные суставы обслуживает одна пара (две функциональные группы мышц); двухостные — две пары (четыре группы мышц); трехостные — три пары (шесть групп мышц).

Локомоторные движения осуществляет нервно-мышечный ап­парат (НМА). Для анализа движений и исследования их динамики необходимо знать размеры тела человека и отдельных его частей. Они измеряются в зависимости от пола, возраста, вида деятельно­сти и др.

В анатомо-физиологической практике принята классификация движений в суставах, связанных с осями плоскостей. Различают движения: 1) вокруг фронтальной оси (сгибание, разгибание); 2) вокруг сагиттальной оси (отведение, приведение); 3) вокруг про­дольной оси (вращение внутрь и вперед, вращение наружу).

Круговое движение совершается при переходе движения с од­ной оси на другую. При анализе движений в суставе, необходимо учитывать ограничения на эти движения.

Грудная клетка

Грудную клетку образуют 12 грудных позвонков, 12 пар ребер с их хрящами, грудная кость и сложный связочный аппарат. Фор­му грудной клетки сравнивают с усеченным конусом, основание которого обращено книзу. Через верхнее отверстие грудной полос­ти проходят: дыхательное горло, пищевод, кровеносные сосуды и нервы. Нижнее отверстие закрыто грудобрюшной прегра­дой — диафрагмой — тонкой мускульно-сухожильной пластинкой,

отделяющей грудную полость от брюшной. Полость грудной клет­ки содержит сердце и легкие с их серозными оболочками.

форма и особенно размеры грудной клетки подвержены значительным индивидуальным колебаниям, крайние степени ко­торых граничат с патологическими состояниями.

С пятнадцатилетнего возраста начинают обрисовываться поло­вые различия. У мужчины все размеры грудной клетки значитель­нее и она имеет более близкое сходство с конусом, у женщин раз­ница в диаметре верхней и нижней частей не так велика, грудная клетка короче и закругленнее. Упругость грудной клетки в по­жилом возрасте уменьшается (реберные хрящи омелевают, под­вижность ослабевает, грудная клетка становится более длинной и плоской).