Тема 6. Физиология двигательного аппарата

I. Двигательный аппарат, его функции и строение

В условиях автоматизации и комплексной механизации меняется характер рабочих движений человека, но их роль при этом не уменьшается. Изучение физиологических особенностей двигательного аппарата человека и его использования в процессе труда необходимо при решении ряда вопросов: обучении рабочих новым приемам и методам работы, определении норм времени, правильной организации рабочего места и т.д.

Человеческое тело, несмотря на относительно небольшое количество двигательных приспособлений, может совершать множество разнообразных движений, связанных с трудовой деятельностью, спортивными упражнениями, различными развлечениями и т.д. При этом один и тот же двигательный аппарат применяется для выполнения различных задач. Универсальность - одно из главных отличий двигательного аппарата человека от самой совершенной машины.

Двигательный аппарат человека представляет собой сложную систему, состоящую из расположенных в головном и спинном мозге нервных центров, которые направляют и регулируют все движения, нервов и костно-мышечных органов.

Двигательный аппарат выполняет все движения, входит в состав рабочего механизма речи и мышления, в нем превращается химическая энергия в механическую и тепловую, вырабатываются нервные импульсы, тонизирующие мозг. Только ряд движений выполняет человеческий организм в порядке безусловных рефлексов под контролем низших отделов центральной нервной системы. Рабочие движения регулируются корой больших полушарий головного мозга.

Особая отрасль физиологии - биомеханика изучает закономерности работы двигательного аппарата человека с учетом его анатомо-физиологических свойств, регулирующей роли центральной нервной системы и общих законов механики.

Простейшим элементом исполнительного органа двигательного аппарата является кинематическая пара, т.е. совокупность двух звеньев, взаимно ограничивающих движения и соединенных друг с другом посредством сустава, напоминающего шарнир (плечо - предплечье, бедро - голень и т.д.). Конечность человека представляет собой открытую цепь последовательно соединенных кинематических пар.

Для характеристики кинематической цепи указывают количество степеней свободы, которыми обладает эта цепь. Степень свободы - это направление, в котором может совершать движение данное тело. Совершенно свободное тело может двигаться в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и вращаться вокруг трех взаимно перпендикулярных осей, следовательно, оно имеет шесть степеней свободы.

Различные сочленения человеческого тела обладают разными двигательными возможностями. В зависимости от анатомического строения сустава принято различать сочленения с одной, двумя и тремя степенями свободы.

К сочленениям с одной степенью свободы относятся одноосные суставы, например, межфаланговые сочленения пальцев, плечелоктевые сочленения. Эти суставы позволяют перемещение в одной плоскости (сгибание, разгибание).

Двумя степенями свободы обладают двухосные суставы, такие, как лучезапястный, плечелучевой, пястнофаланговый и др. Эти суставы позволяют передвижение звеньев кинематической пары в двух взаимно перпендикулярных направлениях (сгибание - разгибание, приведение - отведение).

К сочленениям с тремя степенями свободы относятся трехосные суставы, например, лопаточно-плечевой, тазобедренный. Эти суставы допускают сгибание - разгибание, приведение - отведение и вращение вокруг продольной оси.

В открытой кинематической цепи свобода движений любого звена будет равна сумме степеней свободы всех промежуточных звеньев. Например, лопаточно-плечевой сустав имеет три степени свободы, локтевая кость - четыре, лучевая - пять, а кисть по отношению к туловищу - уже семь степеней. Практически это значит, что кисть руки в границах длины верхних конечностей обладает неограниченной свободой движений, так как по законам механики неограниченность свободы движений обеспечивается шестью степенями.

Если же мы суммируем все степени свободы конечностей и головы по отношению к туловищу, то общая сумма их составит огромную цифру - свыше 100 (верхние конечности 7 х 2 + нижние конечности 6 х 2 + голова 3+ движения в пястно-фаланговых и межфаланговых суставах 19 х 4 =105). Ни один даже самый совершенный механизм не может соперничать в этом отношении с «человеческой машиной». Но если бы организм использовал одновременно все имеющиеся степени свободы, то получился бы хаос движений. Благодаря регулирующей и координирующей роли центральной нервной системы устанавливается порядок и последовательность в использовании двигательного аппарата при выполнении различных задач в процессе труда.

Анализ рабочих движений показывает, что в каждое мгновение в каждом сочленении исключаются все возможные движения, все степени свободы, кроме соответствующей целесообразному движению. Благодаря переменному распределению мышечных напряжений одна и та же верхняя конечность может выполнять множество разнообразных движений. В технике для каждой конкретной задачи изготавливается соответствующий механизм, специальное приспособление или перестраивается универсальное (замена деталей, изменение размеров и т.д.). Переменное распределение мышечных напряжений - это основной биомеханический закон координации рабочих движений.

Распределение мышечных напряжений обусловлено притоком нервных импульсов из центральной нервной системы, а он, в свою очередь, представляет собой последовательность быстро сменяющих друг друга условных двигательных рефлексов. Эти рефлексы вырабатываются в процессе обучения и входят в динамический стереотип.