Позвоночник и осанка человека
Биомеханика
1) Позвоночник как биокинематическая цепь;
2) Позвоночник и осанка;
3) Позвоночно-двигательный сегмент и его при клинических симптомах остеохондроза.
Биомеханика — это наука о законах механического движения в живых тканях. Она рассматривает движение тела как перерешение в системе взаимосвязанных двигательных сегментов, т.е. движение рассматривается не только как перемещение всего тела в пространстве, но и как движение его отдельных частей относительно друг друга.
Позвоночник как биокинематическая цепь
Позвоночник представляет собой эластичную, вертикально расположенную опору, состоящую из отдельных функциональных единиц — позвоночно-двигательных сегментов (ПДС), прочно связанных между собой межпозвонковыми дисками и мощным связочно-мышечным аппаратом.
В течение всей жизни человек подвергается различного рода нагрузкам и другим силовым факторам, действующих в самых различных плоскостях опорно-двигательного аппарата.
Опровергая общие физико-механические закономерности, отдельные составные части позвоночного столба по-разному реагируют на прилагаемые к ним силы. Так, силы, по интенсивности не превышающие порогов прочности отдельных его структур, не могут причинять каких-либо повреждений позвонкам, а наоборот вызывать их гипертрофию и укрепление структуры. Аналогичное происходит со связками и мышцами.
С точки зрения механики, основное значение приобретает понятие о пределе прочности позвоночника в условиях действия сил давления вдоль его вертикальной оси. Этот предел определяется, прежде всего, величиной и формой позвонков, а также системой физиологических изгибов позвоночного столба. На горизонтальном срезе позвонок напоминает форму буквы Т, т.е. известный в технике своей прочностью тавровый профиль (рис. 52).
Адаптация к силам давления по оси позвоночника достигается, главным образом, физиологическими изгибами, что согласуется с известной в технике характеристикой Т-образной балки, предел прочности которой в 17 раз выше, чем у простой. Средний предел прочности (подъемная сила) позвоночника у взрослого человека составляет 350 кг. Но и данный предел является различным в зависимости от отдела позвоночного столба. Так, на уровне шейного отдела он составляет около 113 кг, грудного 210 кг и поясничного – приблизительно около 400 кг. Нормальная на грузка на позвоночник, обусловленная тяжестью тела, в прямом вертикальном положении туловища гораздо ниже ее максимального уровня и составляет в шейном отделе 50 кг, в грудном — 75 и в поясничном — около 125 кг. Предел прочности отдельных позвонков к нагрузкам весьма высок и для поясничного отдела (может достигать 900 кг и более).
Прочность связок позвоночника также достаточно велика. Разрыв передней продольной связки, например, происходит при приложении силы в 2,12 кг, а задней продольной связки — 1,58 кг на 1 
поперечного сечения. Прочность связок у молодых людей, возраст которых не превышает 20 лет, приблизительно на 30% выше, чем у лиц старше 50 лет.
При удалении одного из взаимно перпендикулярных элементов остистых отростков — предел прочности позвоночника уменьшается приблизительно в шесть раз.
Позвоночник еще 
рассматривают как эластичную колонну, опирающуюся на мышцы и две камеры – брюшную и
грудную клетки 9рис. 53). По мере
повышения давления в последних и
сокращения соответствующих групп
мышц происходит стабилизация
позвоночника, он получает при этом
как бы дополнительную прочную опору
в результате своеобразного эффекта
«шинирования». Давление в грудной
клетке в результате предварительного
глубокого входа и последующей нагрузки
значительно повышается. Этому
способствуют также сокращения межре-
берных мышц, мышц плечевого пояса и
диафрагмы. Давление же в брюшной
полости в этот момент повышается
незначительно. Затем, по мере истощения
воздуха в легких, давление в грудной
клетке снижается, а в брюшной полости
возрастает и удерживается в течение
продолжительного времени — до очередного вдоха.
Напряжение межреберных мышц, мышц плечевого пояса и диафрагмы придают жесткость грудной клетке, которая принимает на себя половину силы давления, действующей на грудной отдел позвоночника. Подобным образом брюшная полость разгружает поясничный отдел и уменьшает давление, приходящееся на люмбальный диск, почти на 30%. В известной мере внутрибрюшное давление может быть повышено искусственно с помощью поясов и корсетов, которые используются в клинической практике. Ношение таких поясов и корсетов снижает давление в межпозвонковых дисках на 24%.
Силы, действующие на позвоночник, были измерены на добровольцах путем введения в межпозвонковый диск специальной иглы с манометром. Измерения показали, что давление внутри диска является максимальным в положении сидя, в положении стоя оно уменьшается на 30%, а лежа — на 50%. Так, в положении сидя давление в дисках колеблется в пределах 99- 171 кг, а в положении стоя 85-119 кг. По-видимому, это связано с эффектом «шинирования» — понижением давления в брюшной полости в положении сидя и переносом тяжести верхней половины туловища на поясничный отдел позвоночника.
Нагрузка на межпозвоночные диски значительно увеличивается при подъеме тяжести. Например, при подъеме тяжести на вытянутых руках нагрузка на поясничные диски повышается в 22 раза по сравнению с поднимаемой массой груза, что убедительно иллюстрирует «схема рычажных весов» по Армстронгу (рис. 54). Если человек поднимает какие-нибудь предметы на выгнутых руках, то туловище и вытянутые руки образуют рычажные весы, вертикальная ось которых приходится на пульпозное ядро. Отношение между этими двумя рычагами по Армстронгу составляет 15:1.
Другими словами, если поднимают груз весом 50 кг, то это должно уравновешиваться силой сокращения мышц 50x15 и конечная нагрузка на поясничные диски будет составлять 750+50кг (масса верхнего отдела туловища). К этому же следует добавить дополнительную нагрузку за счет скорости поднятия груза.
В биомеханике суставов различают две оси — вертикальную и горизонтальную, вокруг которых совершаются движения в трex плоскостях: сагиттальной, фронтальной и горизонтальной (рис. 55).
По числу осей, определяющих функцию сустава, различают одноосные, двуосные и многоосные суставы.
К одноосным относят блоковидные суставы: межфаланговые кисти и стопы, а также атлантоосевой суставы; в первых возможны движения вокруг фронтальной оси (сгибание, разгибание), во втором — вращение головы вокруг вертикальной оси.
Примером двуосного сустава является эллипсовидный луче-запястный сустав, в котором возможно сгибание и разгибание вокруг фронтальной оси, отведение и приведение вокруг сагиттальной оси.
К многоосным суставам можно отнести межпозвонковые суставы шейного, за исключение ПДС СI-II, и поясничного отделов позвоночника.
Объем движений позвоночника (табл. 2) зависит от пространственного расположения плоскостей суставов, образованных отростками дужек позвонков, а также от высоты и эластичности межпозвонковых дисков. Величина наклона тел позвонков прямо пропорциональна квадрату высоты межпозвонкового диска и обратно пропорциональна квадрату площади поперечного сечения тела позвонка (правило Дурхшмессера). Высота межпозвонковых дисков является переменной величиной и зависит от различных факторов. Решающее влияние на высоту межпозвонкового диска оказывает состояние студенистого ядра. Что касается площади поперечного сечения тел позвонков, то в численном выражении (в квадратных миллиметрах) в шейном, грудном и поясничном отделах она составляет соответственно 225:640:784.
Пользуясь правилом, не трудно рассчитать теоретический объем подвижности тел позвонков на протяжении всего позвоночника. Однако вычисленная таким путем подвижность позвоночника, не учитывает, конечно, объема движения заднего его отдела, образованного дужками позвонков и их отростками, с которыми эта общая подвижность, естественно, тесно связана. В этой связи, в соответствии с правилом Дурхшмессера, например, шейные позвонки, имея большую высоту дисков и сравнительно малую площадь поперечного сечения тел, обладают значительным углом наклона относительно друг друга. Это обстоятельство, а также своеобразная выгодная конфигурация межпозвонковых суставов обеспечивает большую подвижность шейного отдела позвоночника как в сагиттальной (сгибание, разгибание — 70°), фронтальной (наклоны в стороны — 35°), так и в горизонтальной (вращательные движения — 80°) плоскостях. В функциональном отношении шейный отдел позвоночника делится на три части — верхнюю, среднюю и нижнюю. При легком наклоне головы вперед участвуют сегменты 
, а при максимальном — 
(нормальная амплитуда движения в этом положении — 20-25°). При отклонении назад из вращательного движения исключается краниовертебральное сочленение и в движении участвуют преимущественно 
сегменты.
В нейтральном положении головы биомеханика движений такова, что поворот головы начинается с сегмента . Лишь после поворота головы на 30° включаются суставы нижележащих сегментов.
В грудном отделе соотношение высоты межпозвонкового диска и площади поперечного сечения тел позвонков выглядит гораздо менее выгодно и, кроме того, поверхности тел позвонков плоские, что ограничивает их подвижность относительно друг друга. Вертикальное расположение суставных поверхностей отростков дужек во фронтальной плоскости значительно ограничивает, кроме того, вращательные движения. В грудопоясничном отделе позвоночника суставные отростки изменяют свое положение: они переходят из фронтальной плоскости в сагиттальную. В связи с тем, что здесь суставные поверхности дужек, как и в шейном отделе, устанавливаются в плоскости, представляющей сегмент круга, в поясничном отделе обеспечивается относительно большой объем движений во всех направлениях (сгибание, наклоны в стороны и ротации). Отношение высоты межпозвонковых дисков к диаметру тел позвонков в поясничном отделе является менее выгодным, чем в шейном отделе, но более выгодным, чем в грудном, что способствует относительно большому объему движений. Принимая во внимание то, что сочленения, образованные суставами дужек, располагаются в сагиттальной полости, и наибольший объем движений наблюдается при сгибании и разгибании, в то время как амплитуда вращательных движений и наклонов в стороны невелика.
Если направление движения в позвоночнике лимитируется формой суставных поверхностей, то объем их ограничивается суставными капсулами и системой связок. Так, сгибание ограничивается желтыми, межостистыми, надостистыми и межпоперечными связками, а также задней продольной связкой и задней частью фиброзного кольца. Разгибание ограничено передней продольной связкой и передней частью фиброзного кольца, а также смыканием суставных, остистых отростков и дужек позвонков.
Наклоны в стороны ограничиваются обеими продольными связками, боковыми участками фиброзного кольца, желтой связкой (с выпуклой стороны) и межпоперечными связками, а также суставными капсулами, а в грудном отделе — ребрами. Вращательные движения ограничиваются фиброзным кольцом и капсулами межпозвонковых суставов.
Одновременно все движения и их амплитуда контролируются мышцами. Объем подвижности позвоночника изменяется с возрастом, причем характер этих изменений зависит от индивидуальных особенностей, но в любом случае наибольший объем движения сохраняется в местах лордозов позвоночника , т.е. в шейном и поясничном отделах. Размеры сагиттальных изгибов позвоночника взаимообусловлены в связи с необходимостью сохранения центра тяжести тела, и кроме того, зависят от расы, пола и возраста (А. Дзяк, 1981).
Позвоночник и осанка человека
Уникальное строение позвоночного столба позволяет туловищу сгибаться и разгибаться, совершать наклоны и повороты. Благодаря координированной работе центральной нервной системы и реципрокной иннервации различных мышечных групп (антагонистов и синергистов) человек может принимать и длительно удерживать различные позы с точностью угла наклона до нескольких минут. Позвоночник, как уже упоминалось, имеет два лордотических (шейный и поясничный) и два кифотических (грудной и крестцово-копчиковый) изгибов (рис. 56). Вертикальная линия, исходящая из общего центра тяжести (ОЦТ) тела, пересекает позвоночник в двух местах на уровне ( 
и 
позвонков). Однако это пересечение зависит от осанки человека.
Осанка — это сложившаяся в течение жизни привычная поза человека в положении стоя, сохраняемая им при определенных условиях. Вертикальная поза филогенетически обусловлена развитием мощной мускулатуры разгибателей спины й ягодичных мышц на фоне совершенствования центральной нерв, ной системы. При хорошо сбалансированных и компенсирован, ных физиологических изгибах позвоночника вертикальная поза удерживается при минимальном напряжении мышц.
Осанка человека считается физиологичной (рис. 57), когда все крупные суставы находятся спереди от отвесной линии, проходящей через голеностопные суставы. При этом голени отклонены вперед от вертикали на 4-5°, ноги слегка согнуты в коленных суставах (2-3°), стопы развернуты на 30-40°, расстояние между пятками колеблется в пределах 3-5 см. В этой стойке проекция ОЦТ проходит на 1 -3 см позади от тазобедренного сустава, на 0,5-1,5 см впереди от коленного сустава и на 4-5 см впереди от голеностопного сустава. Из-за небольшой разницы в длине ног ОЦТ может иметь отклонения до 5 см от сагиттальной плоскости. Выявлена зависимость между устойчивостью и колебанием ОЦТ. Устойчивость считается высокой, когда колебание ОЦТ малы (средняя величина отклонения равняется в сагиттальной плоскости 3,5 мм, во фронтальной — 3,3 мм), а частота основных колебаний тела составляет 23-25 в минуту. Увеличение веса испытуемого грузом в 12 кг сопровождается увеличением амплитуды колебания ОЦТ до 20 градусов.
Переход к стоянию на одной ноге сопровождается смещением верхней части туловища (и меньше таза) в сторону опорной ноги. Кроме того, происходит кифозирование позвоночника и напряжение контлатеральной многораздельной мышцы спины. Вертикальная поза становится неустойчивой, когда колебания ОЦТ выходят за границы площади опоры. При утрате возможности моментального возвращения проекции ОЦТ на опорный контур (из-за моторной и сенсорной атаксии) возникает падение человека в ту или другую сторону.
Следует помнить, что кроме ОЦТ тела, каждая часть туловища имеет свой центр тяжести (ЦТ), проекция которого не совпадает с проекцией ОЦТ. Так, например, у мужчины с ростом 165 см и весом 60 кг ЦТ для верхней половины туловища (до таза) располагается выше тела позвоночника LI на 14 см, а от пресакрального диска — на 32 см. При вытянутых вперед руках этот ЦТ смещается вперед на 6 см и расстояние увеличивается от пресакрального диска до 37 см.
Физиологическая осанка зиждется на основных законах симметрии человеческого тела, потому не лишним будет привести здесь краткие биомеханические данные.
Существует физиологическая и патологическая асимметрия туловища и позвоночника. Основная особенность нормального (здорового) позвоночника заключается в его способности к быстрому активному и полному возврату из асимметрического положения к полной симметрии. Патологическая асимметрия удерживается стойко и может быть определена клинически с помощью ориентировочных плоскостей и линий (рис. 58). При этом, у здорового человека, перпендикулярная плоскость (а) в переднезаднем направлении разделяет тело на две симметричные половины, перпендикулярная плоскость (б) разделяет тело на переднюю и заднюю половины, а плоскость (в), проходящая через центр тяжести позвоночника 
, будет строго горизонтальна. В данном случае падающий сверху вес не может оказать вращательного действия на позвоночный столб, пока последний находится в состоянии полной симметрии и не обнаруживает 
боковых отклонений.
Однако, как только позвоночник выходит из симметричного положения, начинает проявляться вращающее воздействие на его сочленения — образуются боковые искривления (сколиоз). Основные позвонки на вершине сколиоза будут наиболее удалены отлинии ОЦТ во фронтальной плоскости, поэтому на них приходится наибольшее вращающееся воздействие и здесь, как раз, и проявляется наибольшая степень деформации.
Вес, приходящийся на грудные позвонки, представляет собой силу, которая состоит из вертикального давления в каудальном направлении и силы вращения, стремящиеся согнуть позвонки вперед. В поясничном отделе позвоночника линия тяжести проходит позади центра межпозвонковых движений и сила тяжести стремится разогнуть позвоночник назад.
Для сохранения симметрии тела в положении стоя требуется известный мышечный тонус. Но, кроме того, при этом действуют также пассивные эластичные структуры ПДС — связочносумочный аппарат суставов (рис. 59).
Дата добавления: 2020-11-27; просмотров: 330; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!