Inimkeha staatika ja dünaamika: raskuskese

Inimkeha vertikaalne asend, liikumine ruumis, mitmesugused liikumisviisid (kõndimine, jooksmine, hüppamine) arenesid välja pika evolutsiooni käigus koos inimese kui liigi kujunemisega. Antropogeneesi käigus, seoses inimese esivanemate üleminekuga maistele elutingimustele ja seejärel liikumisele kahel (ala)jäsemel, muutus kogu organismi anatoomia, selle üksikud osad, organid, sealhulgas lihasluukond, oluliselt. Kahejalgsus vabastas ülajäseme lihasluukonna funktsioonist. Ülajäsemest sai sünnitusorgan - käsi - ja see võis veelgi paraneda liigutuste osavuses. Need muutused kvalitatiivselt uue funktsiooni tulemusena kajastusid vöö kõigi komponentide ja ülajäseme vaba osa struktuuris. Õlavöötme ei ole mitte ainult vaba ülajäseme toeks, vaid see suurendab oluliselt ka selle liikuvust. Tulenevalt asjaolust, et abaluud on keha skeletiga ühendatud peamiselt lihaste abil, omandab see suurema liikumisvabaduse. Abaluud osaleb kõigis rangluu liigutustes. Lisaks saab abaluu rangluust vabalt liikuda. Mitmeteljelises kuulliigeses, mis on peaaegu igast küljest ümbritsetud lihastega, võimaldavad struktuuri anatoomilised iseärasused liikumist mööda suuri kaarekujulisi jooni kõigis tasapindades. Funktsioonide spetsialiseerumine on eriti märgatav käe struktuuris. Tänu pikkade, väga liikuvate sõrmede (peamiselt pöidla) arengule on käest saanud keeruline organ, mis täidab peeneid, diferentseeritud toiminguid.

Alajäsemed, mis võtsid enda kanda kogu keha raskuse, kohandusid eranditult lihasluukonna funktsiooniks. Keha vertikaalne asend, püstine rüht, kajastuvad vöö (vaagna) ja alajäseme vaba osa struktuuris ja funktsioonides. Alajäsemete vöö (vaagnavöö) kui tugev võlvjas struktuur on kohanenud kere, pea ja ülajäsemete raskuse ülekandmiseks reieluu peadele. Antropogeneesi käigus tekkinud vaagna kalle 45–65° aitab kaasa keharaskuse ülekandmisele vabadele alajäsemetele keha vertikaalse asendi jaoks kõige soodsamates biomehaanilistes tingimustes. Jalg omandas võlvjas struktuuri, mis suurendas selle võimet taluda keha raskust ja toimida liigutamisel painduva kangina. Alajäsemete lihased arenesid tugevalt, mis kohandusid staatiliste ja dünaamiliste koormuste teostamiseks. Võrreldes ülajäsemete lihastega on alajäsemete lihastel suurem mass.

Alajäseme lihastel on ulatuslikud tugipinnad ja lihasjõu rakendamine. Alajäseme lihased on suuremad ja tugevamad kui ülajäseme lihased. Alajäseme sirutajalihased on rohkem arenenud kui painutajalihased. See on tingitud asjaolust, et sirutajalihastel on suur roll keha püsti hoidmisel ja liikumises (kõndimine, jooksmine).

Käes on õla, küünarvarre ja käe painutajad koondunud esiküljele, kuna käte töö toimub keha ees. Haardelihaseid sooritatakse käega, millele mõjutab suurem arv painutajaid kui sirutajalihaseid. Ülajäsemetes on ka rohkem pöördelihaseid (pronaatoreid, supinaatoreid) kui alajäsemetes. Need on ülajäsemetes palju paremini arenenud kui alajäsemetes. Käe pronaatorite ja supinaatorite mass on ülajäsemete ülejäänud lihastega seotud suhtega 1:4,8. Alajäsemetes on pöördelihaste ja ülejäänud lihaste massi suhe 1:29,3.

Alajäsemete fastsiad ja aponeuroosid on palju paremini arenenud kui ülajäsemetel, kuna staatiliste ja dünaamiliste koormuste korral avaldub jõud rohkem. Alajäsemel on täiendavad mehhanismid, mis aitavad hoida keha vertikaalses asendis ja tagavad selle liikumise ruumis. Alajäseme vöö on peaaegu liikumatult ristluuga ühendatud ja on kere loomulikuks toeks. Vaagna kalduvust reieluude peadele tahapoole kalduda takistab puusaliigese kõrgelt arenenud niude-reie side ja tugevad lihased. Lisaks aitab keha raskusjõu vertikaal, mis läbib põlveliigese põikteljest eespool, mehaaniliselt hoida põlveliigest sirutatud asendis.

Hüppeliigese tasandil suureneb seistes sääreluu ja tallaluu liigespindade kokkupuuteala. Seda soodustab asjaolu, et mediaalne ja lateraalne pahkluuliigese eesmine, laiem osa ümbritsevad tallaluuploki eesmist, laiemat osa. Lisaks on parema ja vasaku pahkluuliigese frontaalteljed teineteise suhtes asetatud tahapoole avatud nurga all. Keha raskusjõu vertikaal liigub pahkluuliigese suhtes ettepoole. See viib tallaluuploki eesmise, laiema osa omamoodi pigistamiseni mediaalse ja lateraalse tallaluu vahel. Ülajäsemete liigestel (õlg, küünarnukk, randme) selliseid pidurdusmehhanisme ei ole.

Kere luud ja lihased, eriti aksiaalne skelett - selgroog, mis toetab pead, ülajäsemeid ning rindkere ja kõhuõõne organeid - läbisid antropogeneesi käigus põhjalikud muutused. Seoses püstise kehahoiakuga tekkisid selgroo kõverused ja arenesid võimsad seljalihased. Lisaks on selg praktiliselt liikumatu paaris tugevas sakroiliakaalses liigeses alajäsemete vööga (koos vaagnavööga), mis biomehaanilises mõttes toimib kere raskuse jaoturina reieluu peadele (alajäsemetele).

Lisaks anatoomilistele teguritele - alajäsemete ja torso struktuurilistele iseärasustele, mis on antropogeneesi käigus välja töötatud keha püstises asendis hoidmiseks, stabiilse tasakaalu ja dünaamika tagamiseks, tuleks erilist tähelepanu pöörata keha raskuskeskme asukohale.

Inimese üldine raskuskese (GK) on punkt, kuhu rakenduvad tema kehaosade kõigi gravitatsioonijõudude resultantjõud. M. F. Ivanitski sõnul asub GK IV ristluulülide tasemel ja projitseerub keha esipinnale häbemeluu sümfüüsi kohal. GK asukoht keha pikitelje ja selgroo suhtes sõltub vanusest, soost, skeleti luudest, lihastest ja rasvkoest. Lisaks esinevad GK asendis igapäevased kõikumised selgroo lühenemise või pikenemise tõttu, mis tekivad ebaühtlase füüsilise aktiivsuse tõttu nii päeval kui ka öösel. Eakatel ja vanadel inimestel sõltub GK asend ka kehahoiakust. Meestel asub GK III nimme-V ristluulülide tasemel, naistel 4-5 cm madalamal kui meestel ja vastab tasemele V nimmelülist I sabalülini. See sõltub eelkõige nahaaluse rasva suuremast ladestumisest vaagna- ja puusapiirkonnas kui meestel. Vastsündinutel asub raskuskese V-VI rindkere selgroolülide tasemel ja seejärel järk-järgult (kuni 16-18 aastani) liigub see allapoole ja veidi tahapoole.

Inimese keha raskuskeskme asukoht sõltub ka kehatüübist. Dolihomorfse kehatüübiga inimestel (asteenikutel) asub raskuskeskme suhteliselt madalamal kui brahhümorfse kehatüübiga inimestel (hüpersteenikutel).

Uurimistöö tulemusena tehti kindlaks, et inimkeha raskuskese asub tavaliselt teise ristluulüli kõrgusel. Raskuskeskme loodjoon kulgeb puusaliigeste põikteljest 5 cm taga, suuri trohantereid ühendavast joonest ligikaudu 2,6 cm taga ja hüppeliigeste põikteljest 3 cm ees. Pea raskuskese asub atlanto-oktsipitaalliigeste põikteljest veidi eespool. Pea ja keha ühine raskuskese asub kümnenda rindkerelüli eesmise serva keskkoha kõrgusel.

Inimkeha stabiilse tasakaalu säilitamiseks tasapinnal on vajalik, et raskuskeskmest langetatud perpendikulaar langeks mõlema jala poolt hõivatud alale. Keha seisab kindlamalt, mida laiem on toetuspind ja mida madalam on raskuskese. Inimkeha vertikaalse asendi puhul on peamine ülesanne tasakaalu säilitamine. Kuid sobivate lihaste pingutamise abil saab inimene hoida keha erinevates asendites (teatud piirides) isegi siis, kui raskuskeskme projektsioon on väljaspool toetuspinda (keha tugev ettepoole kallutamine, külgedele jne). Samal ajal ei saa inimkeha seismist ja liigutamist pidada stabiilseks. Suhteliselt pikkade jalgadega inimesel on suhteliselt väike toetuspind. Kuna inimkeha üldine raskuskese asub suhteliselt kõrgel (teise ristluulüli tasemel) ja toetuspind (kahe jalatalla pindala ja nende vaheline ruum) on ebaoluline, on keha stabiilsus väga väike. Tasakaaluseisundis hoiab keha paigal lihaste kokkutõmbumise jõud, mis takistab selle kukkumist. Kehaosad (pea, torso, jäsemed) hõivavad igaühele neist vastava asendi. Kui aga kehaosade suhe on häiritud (näiteks käte ette sirutamine, selgroo painutamine seistes jne), siis muutuvad vastavalt ka teiste kehaosade asend ja tasakaal. Lihastegevuse staatilised ja dünaamilised momendid on otseselt seotud keha raskuskeskme asukohaga. Kuna kogu keha raskuskese asub teise ristluulüli tasemel puusaliigeste keskpunkte ühendava põikjoone taga, siis torso (koos vaagnaga) tahapoole kaldumise vastu seisavad kõrgelt arenenud lihased ja sidemed, mis tugevdavad puusaliigeseid. See tagab kogu ülakeha tasakaalu, mis püsib jalgadel püsti.

Keha kalduvus seistes ettepoole kukkuda tuleneb raskuskeskme vertikaalsest joonest, mis liigub pahkluu liigeste põikteljest ettepoole (3-4 cm võrra). Kukkumisele peavad vastu sääre tagakülje lihased. Kui raskuskeskme vertikaalne joon liigub veelgi edasi - varvaste suunas, siis sääre tagalihaste kokkutõmbumisega tõstetakse kand, tõstetakse see tugitasandilt üles, raskuskeskme vertikaalne joon liigub ettepoole ja varbad toimivad toena.

Lisaks toetamisele täidavad alajäsemed liikumisfunktsiooni, liigutades keha ruumis. Näiteks kõndimisel teeb inimkeha ettepoole liikumise, toetudes vaheldumisi ühele jalale, seejärel teisele. Sel juhul teevad jalad vaheldumisi pendli sarnaseid liigutusi. Kõndimisel on üks alajäsemetest teatud hetkel toeks (taga), teine on vaba (ees). Iga uue sammuga saab vaba jalg toeks ja tugijalg tuuakse ette ning muutub vabaks.

Alajäsemete lihaste kokkutõmbumine kõndimise ajal suurendab oluliselt jalatalla kõverust, suurendab selle põiki- ja pikivõlvi kõverust. Samal ajal kaldub torso sel hetkel koos reieluupeadel asuva vaagnaga veidi ettepoole. Kui esimest sammu alustatakse parema jalaga, siis parem kand, seejärel talla keskosa ja varbad tõusevad tugipinnast kõrgemale, parem jalg paindub puusa- ja põlveliigestest ning tuuakse ette. Samal ajal järgnevad selle poole puusaliiges ja torso vabale jalale ettepoole. See (parem) jalg reie nelipealihase energilise kokkutõmbumise abil sirgub põlveliigesest, puudutab tugipinda ja saab toeks. Sel hetkel tuleb teine, vasak jalg (seni tagumine, tugijalg) tugipinnalt lahti, tuuakse ette, saades esimeseks, vabaks jalaks. Sel ajal jääb parem jalg tugijalaks. Koos alajäsemega liigub keha ette ja veidi ülespoole. Seega sooritavad mõlemad jäsemed vaheldumisi samu liigutusi rangelt määratletud järjestuses, toetades keha esmalt ühelt, seejärel teiselt poolt ja lükates seda ettepoole. Kõndimise ajal ei teki aga hetke, mil mõlemad jalad samaaegselt maast (tugitasandist) lahti rebitakse. Eesmine (vaba) jäse jõuab alati kannaga tugitasandit puudutada enne, kui tagumine (tugi)jalg sellest täielikult eraldub. Nii erinebki kõndimine jooksmisest ja hüppamisest. Samal ajal on kõndimisel hetk, mil mõlemad jalad puudutavad samaaegselt maad, kusjuures tugijalg puudutab kogu jalatalla ja vaba jalg varbaid. Mida kiirem on kõndimine, seda lühem on mõlema jala samaaegse kokkupuute hetk tugitasandiga.

Jälgides raskuskeskme asukoha muutusi kõndimise ajal, võib täheldada kogu keha liikumist ette, üles ja küljele horisontaal-, frontaal- ja sagitaaltasandis. Suurim nihe toimub ettepoole horisontaaltasandis. Nihe üles ja alla on 3-4 cm ning külgedele (külgmised kiiged) - 1-2 cm. Nende nihete iseloom ja ulatus kõikuvad oluliselt ning sõltuvad vanusest, soost ja individuaalsetest omadustest. Nende tegurite kombinatsioon määrab kõnnaku individuaalsuse, mis võib treeningu mõjul muutuda. Keskmiselt on normaalse rahuliku sammu pikkus 66 cm ja see võtab aega 0,6 sekundit.

Kui kõndimine kiireneb, muutub samm jooksuks. Jooksmine erineb kõndimisest selle poolest, et see hõlmab vahelduvat toetumist ja tugipinna puudutamist ühe ja seejärel teise jalaga.

[ 1 ], [ 2 ]