Ihmiskehon statiikka ja dynamiikka: painopisteen määrittäminen

Ihmiskehon pystysuora asento, sen liike avaruudessa, erilaiset liiketyypit (kävely, juoksu, hyppy) kehittyivät pitkän evoluution aikana yhdessä ihmisen lajiksi muodostumisen kanssa. Antropogeneesin prosessissa, ihmisen esi-isien siirtyessä maanpäällisiin olosuhteisiin ja sitten liikkumiseen kahdella (ala)raajalla, koko organismin, sen yksittäisten osien, elinten, mukaan lukien tuki- ja liikuntaelimistön, anatomia muuttui merkittävästi. Kaksijalkaisuus vapautti yläraajan tuki- ja liikuntaelimistön toiminnasta. Yläraajasta tuli synnytyselin - käsi, ja sen liikkeiden näppäryys voi parantua entisestään. Nämä muutokset laadullisesti uuden toiminnan seurauksena heijastuivat kaikkien vyön osien ja yläraajan vapaan osan rakenteeseen. Olkavyö ei ainoastaan tue vapaata yläraajaa, vaan se lisää merkittävästi sen liikkuvuutta. Koska lapaluu on yhteydessä kehon luustoon pääasiassa lihasten avulla, se saa suuremman liikkumisvapauden. Lapaluu osallistuu kaikkiin solisluun tekemiin liikkeisiin. Lisäksi lapaluu voi liikkua vapaasti solisluusta riippumatta. Moniaksiaalisessa pallonivelessä, jota ympäröivät lihakset lähes kaikilta puolilta, rakenteen anatomiset ominaisuudet mahdollistavat liikkeet suuria kaaria pitkin kaikissa tasoissa. Toimintojen erikoistuminen on erityisen havaittavissa käden rakenteessa. Pitkien, erittäin liikkuvien sormien (pääasiassa peukalon) kehittymisen ansiosta kädestä on tullut monimutkainen elin, joka suorittaa hienoja, eriytettyjä toimintoja.

Alaraaja, joka kannatteli koko kehon painon, sopeutui yksinomaan tuki- ja liikuntaelimistön toimintaan. Kehon pystysuora asento, pystyasento, heijastuvat lantion ja alaraajan vapaan osan rakenteeseen ja toimintoihin. Alaraajojen lantiovyö (lantiovyö) on vahva holvimainen rakenne, joka on sopeutunut siirtämään vartalon, pään ja yläraajojen painon reisiluun päihin. Antropogeneesin prosessissa muodostunut 45–65°:n kallistus edistää kehon painon siirtymistä vapaisiin alaraajoihin suotuisimmissa biomekaanisissa olosuhteissa kehon pystysuoran asennon kannalta. Jalkaterä sai holvimaisen rakenteen, mikä lisäsi sen kykyä kestää kehon painoa ja toimia joustavana vipuna sitä liikutettaessa. Alaraajojen lihakset kehittyivät voimakkaasti, ja ne sopeutuivat sekä staattisten että dynaamisten kuormien suorittamiseen. Yläraajojen lihaksiin verrattuna alaraajojen lihaksilla on suurempi massa.

Alaraajojen lihaksilla on laajat tukipinnat ja lihasvoiman kohdistus. Alaraajojen lihakset ovat suurempia ja vahvempia kuin yläraajojen lihakset. Alaraajoissa ojentajalihakset ovat kehittyneemmät kuin koukistajalihakset. Tämä johtuu siitä, että ojentajalihaksilla on tärkeä rooli kehon pitämisessä pystyasennossa ja liikkeessä (kävely, juoksu).

Käsivarressa olkapään, kyynärvarren ja käden koukistajat keskittyvät etupuolelle, koska käsien työ tapahtuu vartalon edessä. Tartuntaliikkeet tehdään kädellä, johon vaikuttaa suurempi määrä koukistajia kuin ojentajia. Yläraajassa on myös enemmän kääntölihaksia (pronaattoreita, supinaattoreita) kuin alaraajassa. Ne ovat paljon paremmin kehittyneet yläraajassa kuin alaraajassa. Käsivarren pronaattoreiden ja supinaattoreiden massan suhde muihin yläraajan lihaksiin on 1:4,8. Alaraajassa kääntölihasten massan suhde muihin lihaksiin on 1:29,3.

Alaraajojen faskiat ja aponeuroosit ovat paljon paremmin kehittyneet kuin yläraajojen, koska ne reagoivat voimakkaammin sekä staattisissa että dynaamisissa kuormissa. Alaraajoissa on lisämekanismeja, jotka auttavat pitämään vartalon pystyasennossa ja varmistavat sen liikkeen avaruudessa. Alaraajan vyö on lähes liikkumattomasti yhteydessä ristiluuhun ja toimii luonnollisena tukena vartalolle. Lantiota ei voi kallistua taaksepäin reisiluun päiden varaan, mikä estetään lonkkanivelen pitkälle kehittyneen lonkka- ja reisiluun välisen nivelsiteen ja vahvojen lihasten ansiosta. Lisäksi polvinivelen poikittaisakselin edestä kulkeva kehon painovoiman pystysuora suunta auttaa mekaanisesti pitämään polvinivelen ojennetussa asennossa.

Nilkan nivelen tasolla seisten sääriluun ja telaluun nivelpintojen välinen kosketuspinta-ala kasvaa. Tätä helpottaa se, että mediaalinen ja lateraalinen malleoli ympäröivät telaluulohkon etummaista, leveämpää osaa. Lisäksi oikean ja vasemman nilkan nivelten etuakselit ovat toisiinsa nähden taaksepäin avoimessa kulmassa. Kehon painovoiman pystysuora suuntaus kulkee eteenpäin nilkan niveliin nähden. Tämä johtaa ikään kuin telaluulohkon etummaisen, leveämmän osan puristumiseen mediaalisen ja lateraalisen malleolien väliin. Yläraajojen nivelissä (olkapää, kyynärpää, ranne) ei ole tällaisia jarrutusmekanismeja.

Vartalon luut ja lihakset, erityisesti aksiaalinen luuranko - selkäranka, joka tukee päätä, yläraajoja sekä rinta- ja vatsaonteloiden elimiä - kokivat merkittäviä muutoksia ihmisen kehityksen aikana. Pystyasennon myötä selkärankaan muodostui kaarevuutta ja kehittyi voimakkaita selkälihaksia. Lisäksi selkäranka on käytännössä liikkumaton parittaisessa vahvassa risti- ja iliakaalinivelessä alaraajavyön (lantiovyön) kanssa, joka biomekaanisesti toimii vartalon painon jakajana reisiluun päihin (alaraajoihin).

Anatomisten tekijöiden ohella - alaraajojen ja vartalon rakenteelliset piirteet, jotka on kehitetty antropogeneesin prosessissa kehon pitämiseksi pystyasennossa, varmistaen vakaan tasapainon ja dynamiikan, erityistä huomiota tulisi kiinnittää kehon painopisteen sijaintiin.

Ihmisen yleinen painopiste (PK) on se kohta, johon hänen kehonsa osien kaikkien painovoimien resultantti vaikuttaa. M. F. Ivanitskyn mukaan PK sijaitsee IV:n ristinikamien tasolla ja heijastuu kehon etupinnalle häpyluun yläpuolelle. PK:n sijainti suhteessa kehon ja selkärangan pituusakseliin riippuu iästä, sukupuolesta, luustosta, lihaksista ja rasvakertymistä. Lisäksi PK:n sijainnissa on päivittäisiä vaihteluita selkärangan lyhenemisen tai pidentymisen vuoksi, jotka johtuvat epätasaisesta fyysisestä aktiivisuudesta päivällä ja yöllä. Iäkkäillä ja vanhoilla ihmisillä PK:n sijainti riippuu myös ryhdistä. Miehillä PK sijaitsee III:n - V:n ristinikamien tasolla, naisilla 4-5 cm alempana kuin miehillä, ja vastaa V:n lannerangan ja I:n välistä tasoa. Tämä riippuu erityisesti ihonalaisen rasvan kertymisestä lantion ja lonkan alueelle kuin miehillä. Vastasyntyneillä painopiste on V-VI rintarangan nikamien tasolla, ja sitten vähitellen (jopa 16-18 vuoteen) se liikkuu alaspäin ja hieman taaksepäin.

Ihmiskehon painopisteen sijainti riippuu myös ruumiintyypistä. Dolichomorfisen ruumiintyypin omaavilla (asteenikoilla) painopiste sijaitsee suhteellisen alempana kuin brachymorfisen ruumiintyypin omaavilla (hypersteenikoilla).

Tutkimuksen tuloksena todettiin, että ihmiskehon painopiste sijaitsee yleensä toisen ristinikaman tasolla. Painopisteen luotiviiva kulkee 5 cm lonkkanivelten poikittaisakselin takaa, noin 2,6 cm suurempia sarvennoisia yhdistävän linjan takaa ja 3 cm nilkanivelten poikittaisakselin edestä. Pään painopiste sijaitsee hieman atlanto-okkipitaalinivelten poikittaisakselin edessä. Pään ja vartalon yhteinen painopiste on kymmenennen rintanikaman etureunan keskikohdan tasolla.

Jotta ihmiskeho säilyttäisi vakaan tasapainon tasossa, on välttämätöntä, että painopisteestään pudotettu kohtisuora osuu molempien jalkojen käyttämälle alueelle. Mitä tukevammin vartalo seisoo, sitä leveämpi on tukipinta-ala ja mitä matalampi painopiste. Ihmiskehon pystyasennon kannalta tasapainon ylläpitäminen on tärkein tehtävä. Rasittamalla asianmukaisia lihaksia ihminen voi kuitenkin pitää vartalonsa eri asennoissa (tiettyjen rajojen sisällä), vaikka painopisteen projektio olisi tukipinnan ulkopuolella (vartalon voimakas kallistus eteenpäin, sivuille jne.). Samanaikaisesti seisomista ja ihmiskehon liikuttamista ei voida pitää vakaana. Suhteellisen pitkillä jaloilla ihmisellä on suhteellisen pieni tukipinta-ala. Koska ihmiskehon kokonaispainopiste sijaitsee suhteellisen korkealla (toisen ristiluunikaman tasolla) ja tukipinta-ala (kahden jalkapohjan pinta-ala ja niiden välinen tila) on merkityksetön, vartalon vakaus on hyvin pieni. Tasapainotilassa vartaloa pitää paikallaan lihasten supistumisvoima, joka estää sitä kaatumasta. Ruumiinosat (pää, vartalo, raajat) sijaitsevat kutakin osaa vastaavassa asennossa. Jos ruumiinosien suhde kuitenkin häiriintyy (esimerkiksi käsien ojentaminen eteenpäin, selkärangan taivuttaminen seistessä jne.), muiden ruumiinosien asento ja tasapaino muuttuvat vastaavasti. Lihastoiminnan staattiset ja dynaamiset momentit liittyvät suoraan kehon painopisteen sijaintiin. Koska koko kehon painopiste sijaitsee toisen ristinikaman tasolla lonkkanivelten keskipisteitä yhdistävän poikittaisviivan takana, vartalon (ja lantion) taipumusta kallistua taaksepäin vastustavat erittäin kehittyneet lihakset ja nivelsiteet, jotka vahvistavat lonkkaniveliä. Tämä varmistaa koko ylävartalon tasapainon, joka pysyy pystyasennossa jalkojen varassa.

Kehon taipumus kaatua eteenpäin seistessä johtuu painopisteen pystysuorasta linjasta, joka kulkee eteenpäin (3-4 cm) nilkkojen nivelten poikittaisakselista. Kaatumista vastustavat jalan takaosan lihasten toiminta. Jos painopisteen pystysuora linja liikkuu vielä pidemmälle eteenpäin - varpaisiin, niin jalan takaosan lihasten supistuessa kantapää nousee, nousee tukitasosta, painopisteen pystysuora linja liikkuu eteenpäin ja varpaat toimivat tukena.

Tukemisen lisäksi alaraajat suorittavat liikkumistoiminnon, joka liikuttaa kehoa avaruudessa. Esimerkiksi kävellessä ihmiskeho tekee eteenpäin suuntautuvan liikkeen nojaten vuorotellen yhteen ja sitten toiseen jalkaan. Tässä tapauksessa jalat tekevät vuorotellen heilurimaisia liikkeitä. Kävellessä toinen alaraajoista on tietyllä hetkellä tuki (takana), toinen on vapaa (edessä). Jokaisella uudella askeleella vapaasta jalasta tulee tuki, ja tukijalka tuodaan eteenpäin ja vapautuu.

Alaraajojen lihasten supistuminen kävelyn aikana lisää merkittävästi jalkapohjan kaarevuutta, mikä lisää sen poikittais- ja pitkittäiskaaren kaarevuutta. Samanaikaisesti vartalo kallistuu hieman eteenpäin yhdessä lantion kanssa reisiluiden päiden varassa. Jos ensimmäinen askel aloitetaan oikealla jalalla, niin oikea kantapää, sitten jalkapohjan keskiosa ja varpaat nousevat tukitason yläpuolelle, oikea jalka taipuu lonkka- ja polvinivelistä ja siirtyy eteenpäin. Samanaikaisesti tämän puolen lonkkanivel ja vartalo seuraavat eteenpäin vapaan jalan perässä. Tämä (oikea) jalka suoristuu polvinivelestä reiteen nelipäisen reisilihaksen energisen supistuksen myötä, koskettaa tukipintaa ja siitä tulee tuki. Tällä hetkellä toinen, vasen jalka (tähän asti takimmainen, tukijalka) irtoaa tukitasosta, siirtyy eteenpäin ja siitä tulee etummainen, vapaa jalka. Tällä hetkellä oikea jalka jää taakse tukijalkana. Yhdessä alaraajan kanssa vartalo liikkuu eteenpäin ja hieman ylöspäin. Näin ollen molemmat raajat suorittavat vuorotellen samoja liikkeitä tiukasti määritellyssä järjestyksessä tukemalla vartaloa ensin toiselta puolelta, sitten toiselta ja työntämällä sitä eteenpäin. Kävelyn aikana ei kuitenkaan ole hetkeä, jolloin molemmat jalat irtoaisivat samanaikaisesti maasta (tukitasosta). Etu- (vapaa) raaja ehtii aina koskettaa tukitasoa kantapäällään ennen kuin takimmainen (tuki-) jalka irtoaa siitä kokonaan. Näin kävely eroaa juoksemisesta ja hyppäämisestä. Samalla kävellessä on hetki, jolloin molemmat jalat koskettavat maata samanaikaisesti, tukijalka koskettaa koko jalkapohjaa ja vapaa jalka varpaita. Mitä nopeampi kävely, sitä lyhyempi on molempien jalkojen samanaikainen kosketushetki tukitasoon.

Jäljittämällä painopisteen sijainnin muutoksia kävelyn aikana voidaan havaita koko vartalon liike eteen-, ylöspäin ja sivulle vaakasuorassa, otsa- ja sagittaalitasossa. Suurin siirtymä tapahtuu eteenpäin vaakatasossa. Siirtymä ylös ja alas on 3-4 cm ja sivuille (sivuttaisheilahdukset) 1-2 cm. Näiden siirtymien luonne ja laajuus vaihtelevat merkittävästi ja riippuvat iästä, sukupuolesta ja yksilöllisistä ominaisuuksista. Näiden tekijöiden yhdistelmä määrää kävelyn yksilöllisyyden, joka voi muuttua harjoittelun vaikutuksesta. Normaalin rauhallisen askeleen pituus on keskimäärin 66 cm ja se kestää 0,6 sekuntia.

Kun kävely kiihtyy, askel muuttuu juoksuksi. Juoksu eroaa kävelystä siinä, että siinä tuetaan vuorotellen ja kosketetaan tukipintaa ensin yhdellä jalalla ja sitten toisella.

[ 1 ], [ 2 ]