Statika a dynamika lidského těla: těžiště

Vertikální poloha lidského těla, jeho pohyb v prostoru, různé druhy pohybů (chůze, běh, skákání) se vyvíjely v procesu dlouhé evoluce spolu s formováním člověka jako druhu. V procesu antropogeneze, v souvislosti s přechodem lidských předků k pozemským podmínkám existence a poté k pohybu po dvou (dolních) končetinách, se výrazně změnila anatomie celého organismu, jeho jednotlivých částí, orgánů, včetně pohybového aparátu. Bipedalismus osvobodil horní končetinu od funkce pohybového aparátu. Horní končetina se proměnila v pracovní orgán - ruku a mohla se dále zlepšovat v obratnosti pohybů. Tyto změny v důsledku kvalitativně nové funkce se odrazily ve struktuře všech složek pletence ramenního a volné části horní končetiny. Ramenní pletenec slouží nejen jako opora pro volnou horní končetinu, ale výrazně zvyšuje její pohyblivost. Vzhledem k tomu, že lopatka je spojena s kostrou těla převážně pomocí svalů, získává větší volnost pohybu. Lopatka se podílí na všech pohybech prováděných klíční kostí. Lopatka se navíc může volně pohybovat nezávisle na klíční kosti. V multiaxiálním kulovém ramenním kloubu, který je téměř ze všech stran obklopen svaly, umožňují anatomické znaky struktury pohyby podél velkých oblouků ve všech rovinách. Specializace funkcí je obzvláště patrná ve struktuře ruky. Díky vývoji dlouhých, velmi pohyblivých prstů (především palce) se ruka stala složitým orgánem, který vykonává jemné, diferencované úkony.

Dolní končetina, která převzala celou váhu těla, se přizpůsobila výhradně muskuloskeletální funkci. Vertikální poloha těla, vzpřímené držení těla se odráží ve struktuře a funkcích pletence (pánve) a volné části dolní končetiny. Pás dolních končetin (pánevní pletenec) jako silná klenutá struktura přizpůsobená k přenosu váhy trupu, hlavy a horních končetin na hlavice stehenních kostí. Sklon pánve o 45-65°, ustálený v procesu antropogeneze, přispívá k přenosu váhy těla na volné dolní končetiny za nejpříznivějších biomechanických podmínek pro vertikální polohu těla. Chodidlo získalo klenutou strukturu, což zvýšilo jeho schopnost odolávat váhě těla a působit jako pružná páka při jeho pohybu. Svaly dolní končetiny se silně vyvinuly, což se přizpůsobilo provádění statické a dynamické zátěže. Ve srovnání se svaly horní končetiny mají svaly dolní končetiny větší hmotnost.

Na dolních končetinách mají svaly rozsáhlé opěrné plochy a aplikační plochy svalové síly. Svaly dolních končetin jsou větší a silnější než svaly horních končetin. Na dolních končetinách jsou extenzory vyvinutější než flexory. To je dáno tím, že extenzory hrají hlavní roli v udržování těla ve vzpřímené poloze a v pohybu (chůze, běh).

V paži jsou flexory ramene, předloktí a ruky soustředěny na přední straně, protože práce vykonávaná rukama se odehrává před tělem. Uchopovací pohyby provádí ruka, kterou ovlivňuje větší počet flexorů než extenzorů. Horní končetina má také více otáčecích svalů (pronátory, supinátory) než dolní končetina. V horní končetině jsou mnohem lépe vyvinuté než v dolní. Hmotnost pronatorů a supinátorů paže se vztahuje k ostatním svalům horní končetiny v poměru 1:4,8. V dolní končetině je poměr hmotnosti otáčecích svalů ke zbytku 1:29,3.

Fascie a aponeurózy dolní končetiny jsou mnohem lépe vyvinuté než horní končetiny díky většímu projevu síly při statickém a dynamickém zatížení. Dolní končetina má další mechanismy, které pomáhají držet tělo ve svislé poloze a zajišťují jeho pohyb v prostoru. Pás dolní končetiny je téměř nehybně spojen s křížovou kostí a je přirozenou oporou trupu. Tendenci pánve k naklonění dozadu na hlavice stehenních kostí brání vysoce vyvinutý iliofemorální vaz kyčelního kloubu a silné svaly. Kromě toho vertikála tíhy těla, procházející před příčnou osou kolenního kloubu, mechanicky pomáhá držet kolenní kloub v natažené poloze.

Na úrovni hlezenního kloubu se při stání zvětšuje plocha kontaktu mezi kloubními plochami tibie a talu. To je usnadněno skutečností, že mediální a laterální malleoly obepínají přední, širší část talusového bloku. Kromě toho jsou čelní osy pravého a levého hlezenního kloubu vůči sobě nastaveny v úhlu otevřeném dozadu. Vertikála tělesné gravitace prochází dopředu vzhledem k hlezenním kloubům. To vede k jakémusi sevření přední, širší části talusového bloku mezi mediální a laterální malleoly. Klouby horní končetiny (rameno, loket, zápěstí) takové brzdné mechanismy nemají.

Kosti a svaly trupu, zejména axiální kostra - páteř, která podpírá hlavu, horní končetiny a orgány hrudní a břišní dutiny - prošly v procesu antropogeneze hlubokými změnami. V souvislosti se vzpřímeným držením těla se vytvořily zakřivení páteře a vyvinuly se mohutné hřbetní svaly. Páteř je navíc prakticky nepohyblivá v párovém silném sakroiliakálním kloubu s pletencem dolních končetin (s pánevním pletencem), který z biomechanického hlediska slouží jako rozvaděč váhy trupu k hlavicím stehenních kostí (k dolním končetinám).

Spolu s anatomickými faktory - strukturálními rysy dolních končetin a trupu, vyvinutými v procesu antropogeneze pro udržení těla ve vzpřímené poloze, zajištění stabilní rovnováhy a dynamiky, je třeba věnovat zvláštní pozornost poloze těžiště těla.

Celkové těžiště (TG) člověka je bodem působení výslednice všech gravitačních sil částí jeho těla. Podle M. F. Ivanitského se TG nachází na úrovni IV. křížového obratle a promítá se na přední povrch těla nad stydkou kostí. Poloha TG vzhledem k podélné ose těla a páteři závisí na věku, pohlaví, kostrových kostech, svalech a tukových zásobách. Kromě toho dochází k denním výkyvům v poloze TG v důsledku zkrácení nebo prodloužení páteře, ke kterým dochází v důsledku nerovnoměrné fyzické aktivity ve dne i v noci. U starších a starých lidí závisí poloha TG také na držení těla. U mužů se TG nachází na úrovni III. bederního - V. křížového obratle, u žen o 4-5 cm níže než u mužů a odpovídá úrovni od V. bederního obratle k I. kostrčnímu obratli. To závisí zejména na větším ukládání podkožního tuku v oblasti pánve a kyčlí než u mužů. U novorozenců je těžiště na úrovni V-VI hrudních obratlů a poté se postupně (až do 16-18 let) posouvá dolů a mírně dozadu.

Poloha těžiště lidského těla závisí také na typu postavy. U lidí s dolichomorfním typem postavy (astenici) je těžiště umístěno relativně níže než u lidí s brachymorfním typem postavy (hyperstenici).

V důsledku výzkumu bylo zjištěno, že těžiště lidského těla se obvykle nachází ve výši druhého křížového obratle. Olovnice těžiště prochází 5 cm za příčnou osou kyčelních kloubů, přibližně 2,6 cm za linií spojující velké trochantery a 3 cm před příčnou osou hlezenních kloubů. Těžiště hlavy se nachází mírně před příčnou osou atlantookcipitálních kloubů. Společné těžiště hlavy a těla je ve výši středu předního okraje desátého hrudního obratle.

Pro udržení stabilní rovnováhy lidského těla v rovině je nutné, aby kolmice spuštěná z jeho těžiště dopadla na plochu zabranou oběma chodidly. Tělo stojí pevněji, čím širší je opěrná plocha a tím níže je těžiště. Pro vertikální polohu lidského těla je hlavním úkolem udržování rovnováhy. Napětím příslušných svalů však člověk může udržet tělo v různých polohách (v určitých mezích), a to i tehdy, když je projekce těžiště mimo opěrnou plochu (silný předklon těla, do stran atd.). Zároveň nelze považovat stání a pohyb lidského těla za stabilní. S relativně dlouhými nohami má člověk relativně malou opěrnou plochu. Vzhledem k tomu, že celkové těžiště lidského těla je umístěno relativně vysoko (v úrovni druhého křížového obratle) a opěrná plocha (plocha dvou chodidel a prostor mezi nimi) je nevýznamná, je stabilita těla velmi malá. V rovnovážném stavu je tělo drženo silou svalových kontrakcí, což brání jeho pádu. Části těla (hlava, trup, končetiny) zaujímají polohu odpovídající každé z nich. Pokud je však poměr částí těla narušen (například natažení paží vpřed, ohýbání páteře při stání atd.), pak se odpovídajícím způsobem změní poloha a rovnováha ostatních částí těla. Statické a dynamické momenty svalové činnosti přímo souvisí s polohou těžiště těla. Vzhledem k tomu, že těžiště celého těla se nachází ve výšce druhého křížového obratle za příčnou linií spojující středy kyčelních kloubů, je tendenci trupu (spolu s pánví) k naklonění dozadu bráněno vysoce vyvinutými svaly a vazy, které posilují kyčelní klouby. Tím je zajištěna rovnováha celé horní části těla, která je držena vzpřímeně na nohou.

Tendence těla padat dopředu při stání je způsobena svislou linií těžiště, která prochází dopředu (o 3-4 cm) od příčné osy hlezenních kloubů. Pádu se brání činností svalů zadní strany nohy. Pokud se svislá linie těžiště posune ještě dále dopředu - k prstům, pak se stahováním zádových svalů nohy zvedne pata, zvedne se z roviny opory, svislá linie těžiště se posune dopředu a prsty slouží jako opora.

Kromě podpěrné funkce plní dolní končetiny i pohybovou funkci, kdy pohybují tělem v prostoru. Například při chůzi se lidské tělo pohybuje vpřed, střídavě se opírá o jednu nohu a poté o druhou. V tomto případě nohy střídavě vykonávají kyvadlové pohyby. Při chůzi je jedna z dolních končetin v určitém okamžiku oporou (zadní), druhá je volná (přední). S každým novým krokem se volná noha stává oporou a podpěrná noha se posune dopředu a uvolní se.

Kontrakce svalů dolní končetiny při chůzi výrazně zvětšuje zakřivení chodidla, zvyšuje zakřivení jeho příčné a podélné klenby. Zároveň se v tomto okamžiku trup mírně nakloní dopředu spolu s pánví na hlavicích stehenních kostí. Pokud se první krok začne pravou nohou, pak se pravá pata, poté střed chodidla a prsty zvednou nad rovinu opory, pravá noha se ohne v kyčelním a kolenním kloubu a je přivedena dopředu. Současně kyčelní kloub této strany a trup následují vpřed za volnou nohou. Tato (pravá) noha se energickou kontrakcí čtyřhlavého svalu stehna narovná v kolenním kloubu, dotkne se opěrné plochy a stane se oporou. V tomto okamžiku se druhá, levá noha (do tohoto okamžiku zadní, opěrná noha) oddělí od roviny opory, je přivedena dopředu a stane se přední, volnou nohou. V tomto okamžiku zůstává pravá noha vzadu jako opěrná noha. Spolu s dolní končetinou se tělo pohybuje dopředu a mírně nahoru. Obě končetiny tedy střídavě vykonávají stejné pohyby v striktně definované posloupnosti, přičemž tělo podpírají nejprve na jedné, poté na druhé straně a tlačí ho dopředu. Při chůzi však nenastává okamžik, kdy by se obě nohy současně odtrhly od země (roviny opory). Přední (volná) končetina se vždy stihne dotknout roviny opory patou dříve, než se od ní zadní (podpůrná) noha zcela oddělí. Tím se chůze liší od běhu a skoku. Zároveň při chůzi nastává okamžik, kdy se obě nohy současně dotknou země, přičemž podpůrná noha se dotýká celou chodidlem a volná noha se dotýká prstů. Čím rychlejší je chůze, tím kratší je okamžik současného kontaktu obou nohou s rovinou opory.

Sledováním změn polohy těžiště během chůze lze zaznamenat pohyb celého těla dopředu, nahoru a do stran v horizontální, frontální a sagitální rovině. Největší posun nastává vpřed v horizontální rovině. Posun nahoru a dolů je 3-4 cm a do stran (laterální výkyvy) - 1-2 cm. Povaha a rozsah těchto posunů podléhají značným výkyvům a závisí na věku, pohlaví a individuálních charakteristikách. Kombinace těchto faktorů určuje individualitu chůze, která se může měnit pod vlivem tréninku. Délka normálního klidného kroku je v průměru 66 cm a trvá 0,6 s.

Při zrychlení chůze se krok změní v běh. Běh se od chůze liší tím, že zahrnuje střídavou oporu a dotýkání se opěrné plochy jednou a poté druhou nohou.

[ 1 ], [ 2 ]