Кинематические цепи. Множество частей тела, соединенных подвижно, образуют биокинематические или артикуляционные цепи. К ним приложены силы (нагрузки), которые вызывают деформации и изменение движений. Механические свойства (особенности строения и функции) этих цепей влияют на выполнение движений.

При изучении статики и динамики человеческого тела анатомические сведения о скелетно-мышечной системе можно выразить в терминах механики. Например, понятия «кость» и «мышца» заменимы понятиями «рычаг» и «сила».

Движения в суставах осуществляются путем сокращения мышц. Иными словами, суставы являются только шарнирами, приводимыми в движение мышцами. Независимо от природы мышцы и способа прикрепления ее сухожилий к костным элементам участок прикрепления одного ее конца остается неподвижным, тогда как противоположный участок прикрепления приходит в движение при изменении мышцей своей длины. В результате происходит перемещение участка скелета, который служит местом прикрепления подвижного конца мышцы. При всем разнообразии производимых таким образом перемещений все они укладываются в схему перемещений, осуществляемых рычагом, точка приложения действия которого образована суставом.

Принципы мышечно-суставной биодинамики рассмотрим на работе M. biceps (рис. 2).

Точкой прикрепления этой мышцы является передняя поверхность плечевой кости, ее сокращение вызывает или стремится вызвать вращение предплечья в локтевом суставе вокруг оси, направление которой приближается к поперечной плоскости этого сустава.

Сила или момент (М) вращения зависит от трех факторов:

– собственной силы мышцы (F_>m);

– угла приложения мышечной силы, который образуют между собой предплечье и мышца (угол á);

– длины плеча костного рычага, идущего от оси вращения локтевого сустава к месту прикрепления сухожилия (l).

Рис. 2. Биодинамика М. biсерs (стрелкой указано направление сгибания)

Момент вращения на уровне оси локтевого сустава определяется по формуле:

Значение sin á для угла 90° составляет единицу, тогда сила вращения равняется произведению F_>m · l, если направление мышечной силы перпендикулярно правлению предплечья. Чем меньше плечо тяги и чем больше угол, под которым действует сила тяжести, тем большее требуется напряжение мышц. Для локтевого сустава минимальная сила – при 10°, средняя – при 30°, максимальная – при 90° (sin 90° = 1).

При 90° рычаг формируется таким образом, что плечо тяги мышцы имеет длину порядка 3 см, т. е. бицепс прикрепляется к кости несколько ниже плечевого сустава. Плечо же груза, удерживаемого кистью, составляет около 30 см. Отношения плеч рычага составляют 1: 10. В итоге это приводит к тому, что происходит проигрыш в силе в 10 раз, т. е. чтобы удержать груз весом 10 кг при согнутой руке, мышца должна развить усилие в 100 кг. Аналогичные отношения имеются и в других суставах, например в голеностопном. Там проигрыш в силе составляет 6 раз. Поэтому при поднятии на носки человека весом 60 кг икроножная мышца должна развивать усилие в 420 кг. Не случайно ахиллово сухожилие является самым мощным – ему приходится выдерживать нагрузки до 500 кг. Проигрыш в силе в костно-мышечных рычагах не является ошибкой эволюции, ибо он сопровождается выигрышем в скорости движений. Таким образом, наши мышцы фактически развивают более интенсивные усилия, чем это проявляется в отношении внешних нагрузок и чем это представляется в обыденной жизни.

При изучении естественных движений невозможно рассматривать изолированные сегменты тела или отдельные мышцы. В этих случаях речь идет о сложной системе рычагов, приводимых в движение совместным действием мышечных групп. Любое движение является результатом совместной деятельности мышц трех функциональных категорий: