4. Механічні властивості кісток і суглобів.

Механічні властивості кісток визначаються їхніми різноманітними функціями; крім рухової, вони виконують захисну й опорну функції.

Кісти черепа, грудної клітки і таза захищають внутрішні органи. Опорну функцію виконують кістки кінцівок і хребта.

Кістки ніг і рук довгасті і трубчасті. Трубчаста будівля кісток забезпечує протидію значним навантаженням і разом з тим у 2-2,5 рази знижує їхню масу і значно зменшує моменти, інерції.

Розрізняють чотири види механічного впливу на кісту: розтягання, стиск, вигин і крутіння.

При подовжній силі, що розтягує, кіста витримує напруга 150 Н/мм². Це в 30 разів більше, ніж тиск, що руйнує цеглу. Установлено, що міцність кісти на розтягання вище, ніж у дуба, і майже дорівнює міцності чавуна.

На стиск міцність кісток ще вища. Так, сама масивна кістка – великогомілкова витримує вагу 27 чоловік. Гранична сила стиску складає 16000 – 18 000 Н.

При вигині кісти людини також витримують значні навантаження. Наприклад, сили 12000 Н (1,2 т) недостатньо, щоб зламати стегнову кісту. Подібний вид деформації широко зустрічається й у повсякденному житті, і в спортивній практиці. Наприклад, сегменти верхньої кінцівки деформуються на вигин при утриманні положення «хрест» у висі на кільцях.

При рухах кістки не тільки розтягуються, стискуються і згинаються, але також і скручуються. Наприклад, при ходьбі людини моменти сил, що скручують, можуть досягти 15 Нм. Ця величина в декілька разів менша межі міцності кісток. Дійсно, для руйнування, наприклад, великогомілкової кісти момент сили, що скручує повинний досягти 30 – 140 Нм.

Особливо великі припустимі механічні навантаження у спортсменів, тому що регулярні тренування призводять до робочої гіпертрофії кісток. Відомо, що у штангістів товщають кісти ніг і хребта, у футболістів – зовнішня частина кісти плюсни, у тенісистів – кісти передпліччя тощо.

Механічні властивості суглобів залежать від їхньої будови. Суглобна поверхня змочується синовіальною рідиною, що, як у капсулі, зберігає суглобна сумка. Синовіальна рідина забезпечує зменшення коефіцієнта тертя в суглобі приблизно в 20 разів. Разючий характер дії змащення, що “вичавлюється”, що при зниженні навантаження на суглоб поглинається губчатими утвореннями суглоба, а при збільшенні навантаження вичавлюється для змочування поверхні суглоба і зменшення коефіцієнта тертя.

Дійсно, величини сил, що впливають на суглобні поверхні, величезні і залежать від виду діяльності і її інтенсивності (табл. 1.2).

Таблиця 1.2

Величини сили, що діє на головку стегнової кістки

Вид рухової діяльності	Величина сили (щодо відношення до сили тяжіння тіла)
Сидіння	0,08
Стояння на двох ногах	0,25
Стояння на одній нозі	2,00
Ходьба по рівній поверхні	1,66
Підйом та спуск по похилій поверхні	2,08
Швидка ходьба	3,58

Примітка. Ще вище сили, що діють на колінний суглоб; при масі тіла 90 кг вони досягають: при ходьбі 7000 Н, при бігу 20000 Н.

Міцність суглобів, як і міцність кісток має межі. Так, тиск у суглобному хрящі не повинне перевищувати 350 Н/см². При більш високому тиску припиняється змащення суглобного хряща і збільшується небезпека його механічного стирання. Це потрібно враховувати особливо при проведенні туристичних походів (коли людина несе важкий вантаж) і при організації оздоровчих занять з людьми середнього і літнього віку. Відомо, що з віком змазування суглобної сумки стає менш рясним.