Анатомический анализ положений и движений тела человека Целесообразно проводить в определенной последовательности.
1. Описание морфологии положения или движения тела.
2. Характеристика положения или движения тела с позиций
законов механики.
3. Характеристика работы двигательного аппарата.
4. Оценка механизма внешнего дыхания и состояния систем обеспечения (дыхания, пищеварения, сердечно-сосудистой и др.) и регулирования (нервная, эндокринная) движений.
5. Определение степени и характера влияния на организм рассматриваемого упражнения. Эта задача, традиционная для динамической морфологии, решается сейчас спортивной морфологией.
Морфология положения или движения тела изучается на основе зрительного образа, возникшего по данным визуального ознакомления с выполняемым упражнением, а также при использовании фото- и кинодокументации. При этом обращается внимание на симметричность положения или движения, наличие и вид опоры, взаимное расположение частей тела.
Морфология движения включает его общую характеристику, разделение на отдельные фазы и рассмотрение их.
Характеристика положения или движения тела с позиций законов механики необходима для понимания работы двигательного аппарата. Биомеханическое осмысление формы и структуры движения или положения тела человека для морфолога не самоцель, а, лишь очень важная предпосылка детального анатомического разбора движения или положения тела. При этом рассматриваются:
— действующие силы;
— положение центра тяжести (масс) тела человека и его отдельных звеньев;
— положение центра объема тела человека;
— величина удельного веса тела человека;
— состояние площади опоры;
— вид равновесия;
— условия сохранения равновесия тела и степень его устойчивости.
Действующие силы. Каждое движение, производимое человеком, и любое положение, в котором он находится, обусловлены взаимодействием ряда сил. Силы, действующие на тело человека, разделяются на внешние и внутренние.
Внешние силы приложены к человеку извне или возникают при его взаимодействии с внешними телами (противником, спортивными снарядами и др.). Наибольшее значение для анатомического анализа положений или движений человека имеют сила тяжести (сила гравитации), сила реакции опоры и сила сопротивления среды. Каждая из этих сил характеризуется величиной, направлением и точкой приложения.
Сила тяжести (сила гравитации) равна массе тела, приложена в месте положения ОЦТ тела и направлена отвесно вниз. При выполнении упражнения с отягощением (штангой, ядром) необходимо учитывать силу тяжести системы «спортсмен — снаряд».
Сила реакции опоры представляет собой противодействие опорной поверхности при давлении на нее. Сила реакции опоры при вертикальном положении тела равна силе тяжести (действие равно противодействию), но противоположна ей по направлению. При ходьбе, беге, прыжках в длину с места сила реакции опоры направлена к телу под углом от опорной поверхности и может быт разложена по правилу параллелограмма сил на две составляющие: вертикальную и горизонтальную. Вертикальная составляющая силы peaкции опоры (сила нормального давления) направлена вверх и взаимодействует с силой тяжести, горизонтальная (сила трения) влияет на перемещение тела. Если бы не существовало трения, человек не мог бы ходить и бегать: нога, которой производится отталкивание, скользила бы назад и, перемещение тела было бы невозможно (нечто подобное наблюдается при ходьбе по скользкому льду).
Сила сопротивления среды действует на тело человека при его движениях в воздушной (при сильном ветре или быстром беге) или водной среде (плавание). Она зависит от площади лобовой поверхности сопротивления тела, скорости движения и плотности среды. С уменьшением лобовой поверхности (например, при низкой посадке велосипедиста) сопротивление среды уменьшается.
Внутренние силы возникают внутри тела человека при взаимодействии частей тела. Внутренние силы разделяются на пассивные и активные. К пассивным внутренним силам относятся: сила эластической тяги мягких тканей (связок, суставных сумок, фасций, мышц и др.), которая возникает при их растяжении, сила сопротивления костей, хрящей, определяемая их физико-химическими свойствами, а также сила молекулярного сцепления синовиальной жидкости, находящейся в полости суставов.
Основной активной внутренней силой является сила сокращения мышц. Величина силы сокращения мышц зависит от анатомических и физиологических условий. Направление ее определяется равнодействующей. Точкой приложения силы сокращения мышц является центр фиксации мышцы на подвижном (перемещаемом) звене.
Если силы, действующие на тело, уравновешены, то оно находится в покое; если же их равнодействующая не равна нулю, то тело перемещается в направлении этой равнодействующей. Каждая из сил может быть движущей или тормозящей. Например, сила тяжести при движении вниз является движущей силой, а при движении вверх — тормозящей. При движении по горизонтали силу тяжести условно считают нейтральной. Сила попутного ветра, например, при ходьбе — движущая сила, а сила встречного ветра — тормозящая.
3. Общий центр тяжести (ОЦТ) или общий центр массы (ОМЦ) тела человека и его отдельных звеньев. Методы определения ОЦТ или ОЦМ тела/
Центр тяжести тела человека. Следует различать общий центр тяжести (центр масс) тела (ОЦТ тела) человека и центры тяжести отдельных частей тела.
Общим центром тяжести тела человека называется точка приложения равнодействующей всех сил тяжести составляющих его частей (звеньев тела). Каждая часть тела человека при определенной массе и специфическом расположении ее имеет собственный центр тяжести. Так, центр тяжести головы находится сзади спинки турецкого седла примерно на 7 мм; центр тяжести туловища — на 0,44 расстояния от плечевого сустава до тазобедренного, спереди от верхнего края 1-го поясничного позвонка; центр тяжести плеча — на 0,47, предплечья — на 0,42, бедра — на 0,44; голени — на 0,42 расстояния от своего проксимального конца; центр тяжести кисти с несколько согнутыми пальцами приблизительно на 1 см проксимальнее головки 3-й пястной кости; центр тяжести стопы — на ее продольной оси и отстоит от ее заднего края на 0,44 длины стопы.
Поскольку звенья тела человека даже при обычном вертикальном его положении (а особенно при движениях) не располагаются строго вертикально друг над другом, между ними в области соединений образуются углы. Поэтому вертикаль ОЦТ тела проходит на некотором расстоянии от центра любого сустава и возникает момент вращения (произведение величины силы тяжести на длину плеча ее действия). Чем больше момент вращения, тем большее напряжение испытывает группа мышц, противодействующая силе тяжести.
Зная положение центра тяжести звена, можно определить плечо действия силы тяжести по отношению к суставам и вычислить момент вращения. Величина массы отдельных звеньев тела составляет: головы — 7% массы тела, туловища — 46,4%, плеча — 2,6%, предплечья — 1,8%, кисти — 0,7%, бедра — 12,2%, голени — 4,6%, стопы — 1,4%. Отсюда при общей массе (весе) тела 70 кг голова весит:
Таким образом, ОЦТ тела служит показателем распределения массы тела в организме человека, определяя в той или иной мере его телосложение. Ведь ни обхваты, ни линейные размеры, обычно употребляемые в антропометрической практике, не являются достаточным показателем того количества массы, которое соответствует этим размерам. При одинаковых линейных размерах количество массы, определяемое ими, может быть неодинаково (в зависимости от разного удельного веса тканей и органов).
Чем выше расположен ОЦТ тела, тем масса верхней половины тела больше. Например, у гимнастов он расположен выше, чем у легкоатлетов-бегунов, так как большие физические нагрузки у гимнастов приходятся на мышцы верхних конечностей, а у бегунов — на мышцы нижних конечностей. Возникают различия в распределении мышечных масс.
Когда говорят «центр тяжести человеческого тела» и имеют в виду живого человека, то подразумевают не геометрическую точку, а лишь сферу, в которой эта точка расположена. В зависимости от особенностей кровообращения, дыхания, пищеварения и пр. в каждый момент времени внутри тела происходит перераспределение его массы, что сказывается и на положении ОЦТ: он постоянно несколько перемещается в ту или иную сторону. Ориентировочно можно считать, что диаметр сферы, внутри которой происходит перемещение ОЦТ тела при спокойном положении тела, равняется 5—10 мм.
Для установления местоположения ОЦТ тела необходимо определять его в трех плоскостях фронтальной, горизонтальной и сагитальной. При любом симметричном положении тела его ОЦТ расположен в медианной плоскости, поскольку правая и левая половины тела весят приблизительно одинаково (хотя масса внутренних органов, расположенных справа, примерно на 500 г больше, чем расположенных слева, в связи с тем, что в правой половине находится большая часть такого массивного органа, как печень).
Впервые положение ОЦТ тела определил Борелли в 1679 г., отметив, что в выпрямленном состоянии тела он находится между ягодицами и лобком. Для определения ОЦТ тела использовался метод уравновешивания, основанный на принципе рычага первого рода: лежащего на доске человека уравновешивали на острие клина; положение клина показывало расположение ОЦТ тела.
Для определения положения ОЦТ тела использовался также метод Шейдта, основанный на принципе рычага второго рода; величина длины тела испытуемого, умноженная на полученный в эксперименте вес, равняется естественной массе испытуемого, умноженной на расстояние от подошвенной поверхности стопы до положения ОЦТ тела.
М. Ф. Иваницкий определил местоположение ОЦТ тела в горизонтальной плоскости у 650 испытуемых. Относительно продольной оси тела положение его обозначено индексом: отношением расстояния от центра тяжести до подошвенной поверхности стопы к длине тела, умноженным на тысячу. Наиболее часто значение индекса составляет 555—565, т. е. ОЦТ тела находится несколько выше середины тела. Другим показателем положения ОЦТ тела является его проекция на позвоночный столб и на брюшную стенку. Наблюдения М. Ф. Иваницкого показывают, что ОЦТ тела может находиться в пределах 1—5-го крестцового позвонков. Положение его относительно продольной оси тела и позвоночного столба зависит от многих факторов: пола, возраста, развития мускулатуры, массивности скелета, выраженности жироотложения и пр. Возможны и суточные колебания положения ОЦТ тела, связанные с деформациями, которые тело испытывает при больших физических нагрузках. Индивидуальные колебания его положения относительно позвоночного столба более заметны, чем относительно длины тела. На переднюю поверхность тела ОЦТ проецируется выше лобкового симфиза.
У новорожденных ОЦТ тела располагается на уровне 5—6-го грудных позвонков, к двум годам он опускается до уровня 1-го поясничного позвонка и продолжает опускаться до 16—18 лет, постепенно перемещаясь не только вниз, но и кзади. У мужчин ОЦТ тела находится на уровне 3-го поясничного — 5-го крестцового позвонка, а у женщин — на уровне 5-го поясничного до 1-го копчикового. Средняя относительная высота ОЦТ тела (по отношению к длине тела) у мужчин составляет 572, а у женщин 559. В пожилом возрасте положение ОЦТ тела зависит, кроме всего прочего, от особенностей осанки. Каждому типу телосложения соответствуют свои особенности положения ОЦТ тела. При долихоморфных пропорциях тела он располагается относительно ниже, чем при брахиморфных. При преимущественном отложении подкожного жирового слоя в области таза и бедер (у женщин) ОЦТ тела находится ниже, чем при более равномерном его распределении.