Скелет конечностей человека

Скелет каждой конечности разделяется на пояс и свободный отдел (см. рис. 2.14). Пояс расположен в пределах туловища, яв­ляется для конечностей опорой и соединяет их свободный отдел со скелетом туловища.

Пояс верхней конечности состоит из двух отдельных парных костей — ключицы и лопатки.

Свободный отдел состоит из трех частей: проксимальный (плечо), средний (предплечье) и дистальный (кисть).

Пояс нижней конечности образован с каждой стороны одной тазовой костью. Тазовая кость сочленяется с крестцом и с ближай­шей костью свободного отдела конечности (бедренной костью).

Свободный отдел состоит из трех частей: проксимальной (бед­ро), средней (голень) и дистальной (стопа).

Кости человеческого тела соединяются между собой посредст­вом плотной волокнистой соединительной ткани, эластической ткани и хряща.

Все соединения костей можно разделить на две группы: в пер­вой связующая ткань представляет сплошную прослойку между костями; это непрерывные соединения — синартрозы, большей частью малоподвижные или неподвижные. Подвижность их оп­ределяется растяжимостью той ткани, которая соединяет кости. Вторую группу составляют прерывные соединения более или менее подвижные, иначе сочленения, или суставы; здесь в ткани,

соединяющей кости, имеется полость, непрерывность связи меж­ду костями нарушается.

Некоторые кости, например, позвонки, связаны между собой различными видами соединений, среди которых имеются суставы, синхондрозы, синдесмозы.

Следует отметить, что суставы верхней конечности отличают­ся большей свободой и разнообразием движений, суставы нижней конечности также весьма подвижны при меньших степенях свобо­ды в некоторых из них (например, в тазобедренном по сравнению с плечевым, или в голеностопном по сравнению с лучезапястным и т. д.).

Нижние конечности человека служат исключительно для опо­ры и передвижения тела, а верхние, свободные от этой работы, раз­вились в орган трудовой деятельности.

Кроме скелета, система органов движения включает муску­латуру (см. рис. 13.2). Мышца соединяется с костью сухожилием посредством врастания коллагеновых волокон в надкостницу или надхрящницу, либо непосредственно в кость или хрящ. Сухожи­лия обеспечивают крепление мышц к костям, а также передачу мы­шечных усилий.

Прочность сухожилия при растяжении достигает от 44 до 67 МПа, хотя для дельтовидного сухожилия было получено значение раз­рушающего напряжения порядка 0,6 МПа.

Поперечнополосатые мышцы теснейшим образом (анатомичес­ки и физиологически) связаны со скелетом, образуя вместе с ним систему органов опоры и движения.

Общее число скелетных мышц в теле человека — более 600. Масса их составляет у женщин до 28—35% от массы тела, у муж­чин — до 40—45%, у спортсменов — 55—65%. Приблизительно 50% общей массы скелетных мышц приходится на нижние конеч­ности, 30% — на верхние конечности и 20% — на мышцы головы и туловища.

Скелетные мускулы, которые начинаются от костей (иногда от фасций и их производных), к костям и прикрепляются.

Важным в механике является вспомогательный аппарат мышц, включающий фасции, синовиальные сумки, влагалища сухожилий, блоки мышц, сесамовидные кости.

Фасции — фиброзные оболочки, покрывающие мышцы и отдель­ные группы мышц. Фасции выполняют опорную функцию, крепятся к кости образуя фасциальные футляры.

Синовиальные сумки — тонкостенные изолированные мешоч­ки, не связанные с полостью сустава и содержащие синовиальную жидкость.

Влагалища сухожилий — защитные приспособления сухожи­лий мышц в местах их наиболее тесного прилегания к кости (в об­ласти кисти и стопы). Они уменьшают трение, облегчая работу мышц.

Обычно мышцы действуют на кости, соединенные между сус­тавами, так что получается тот или иной род рычага. Особенно ясно выражено это на конечностях: здесь длинные кости образуют сис­тему легких и прочных рычагов, и в то же время представляют об­ширную поверхность, где прикрепляется высокодифференцирован-ная мускулатура.

Примером рычага первого рода может служить работа мышц при удержании головы (рис. 17.40) или тела в тазобедренном сус­таве. При удержании груза в руке, согнутой в локтевом суставе, образуется рычаг второго рода (рис. 17.41).

В механике подвижное соединение двух звеньев, находящихся в непосредственном соприкосновении, называют кинематической парой. Кинематические пары могут быть вращательными и посту­пательными. В зависимости от числа ограничений, накладываемых на движение, звенья могут совершать от одного до пяти движе­ний. В человеческом организме число независимых движений кос­тей в суставах может составлять от одного до трех. На рис. 17.42 показана кинематическая схема ОДА человека, на которой кости представлены в виде звеньев кинематической цепи, а суставы — кинематических пар.

При исследовании движений человека широко применяют кине­матические модели на основе уравнений движения системы твер­дых тел, которые соответствуют отдельным сегментам тела по гео­метрическим и масс-инерционным характеристикам; элементы модели соединяются вращательными шарнирами, диапазоны по­воротов которых соответствуют амплитудам угловых движений суставов; механические связи модели с окружающей средой час­то заменяют действием сил реакции, что позволяет сохранять структуру модели при различных движениях.

Важной особенностью таких биомеханических моделей явля­ется их ветвящаяся структура типа «дерево». Отсчет координат может начинаться от различных элементов в зависимости от того, какие из них находятся в контакте с опорой.

В зависимости от целей исследования можно условно разделить модели такого типа на две группы: кинематические и динамиче­ские (И.Ф. Образцов и др., 1983). Кинематическими называют модели, предназначенные для описания движений тела человека и дающие зависимости угловых и линейных перемещений (скоро­стей, ускорений) отдельных его точек в функции времени. Дина­мические модели позволяют оценивать распределение сил, напря­жений и деформаций в различных сегментах, структурах и тканях тела человека, в частности, для модельной оценки переносимости различных динамических воздействий.