Вопросы для повторения и самоконтроля:

1. Назовите особенности строения костей нижних конечностей, от­личающие их от костей верхних конечностей. Объясните, чем обусловле­ны эти различия.

2. Назовите стенки и границы малого и большого таза.

3. Расскажите об особенностях строения мужского и женского таза. Назовите известные Вам размеры большого и малого таза.

4. Расскажите об особенностях строения крестцово-подвздошного, та­зобедренного и коленного суставов. Чем обусловлено их строение, отли­чия от аналогичных суставов верхних конечностей?

5. Какие соединения имеются между большеберцовой и малоберцовой костями, где эти соединения располагаются?

6. Что Вы знаете о строении и функциях голеностопного сустава?

7. Назовите суставы, соединяющие кости стопы, и известные Вам связки, которые укрепляют эти суставы.

8. Что Вы знаете о сводах стопы и их «затяжках»?

Глава 4. Адаптация к физическим нагрузкам систем исполнения движений.

4.1. Функциональные особенности роста, строения костей.

Рассмотрим функциональные особенности роста кости. Основное положение о функциональной обусловленности роста кости сформулировал еще в прошлом столетии П. Ф. Лесгафт, который писал, что кость уве­личивается в своих размерах тем значительнее, чем больше дея­тельность окружающих ее мышц. С позиций накопленных за столе­тие данных можно уточнить и расширить это положение.

1. Активизирующим рост кости влиянием обладают пульси­рующие, перемежающиеся по своей интенсивности и действию механические нагрузки. Так проявляют себя нагрузки, связанные с сокращением мышц (возникая при сокращении мышцы, они снима­ются при ее расслаблении). Статические нагрузки оказывают подоб­ный эффект при изменении своей интенсивности.

2. Механизмы роста кости в длину и толщину различны. Клетки, образующие новое костное вещество - остеобласты, располагаются на границе двух сред: костной и хрящевой - для продоль­ного роста, костной и соединительнотканной - для поперечного.

Смещение этих сред относительно друг друга возбуж­дает, видимо, импульс к костеобразованию. Как же это происходит? Сокращения мышц, вызывая натяжение надкостницы, в которую вплетаются сухожилия, смещают ее по отношению к костному веществу. Механические нагрузки, передающиеся на кость, вызывают в ней напряжение, которое приводит к смещению двух соприкасающихся сред (костной и хрящевой, костной и соедини­тельнотканной) относительно друг друга. Так активируется перихондральное (за счет хряща) и периостальное (за счет надкост­ницы) костеобразование.

3. Механические нагрузки в разной мере изменяют про­дольные и поперечные размеры костей. Первые в большей степени генетически детерминированы, чем вторые. Поэтому меха­нические нагрузки больше отражаются на росте костей в толщину и ширину, чем в длину.

4. При нарастании механической нагрузки до определенного уров­ня костеобразование усиливается, при превышении этого уровня активность костеобразования снижается.

5. Уровень оптимальной механической нагрузки зависит от ин­дивидуальных особенностей нормы реакции.

Таковы основные функциональные закономерности роста кости. На их основе легко осмыслить механизмы изменений, которые определяются в скелете спортсменов механическими нагрузками. Эти изменения имеют два основных источника: во-первых, сокра­щения мышц вызывают смещение надкостницы относительно кости; во-вторых, при столкновении конечности с какой-либо преградой (при отталкивании от земли в момент прыжка или ударе кулака боксера по груше и т. п.) в соответствии с законом Ньютона о равенстве сил действия и противодействия в кости возникают напряжения, которые распространяются от места удара в направлении туловища.

Рассмотрим функциональные особенности строения кости. Изменения кости под действием механических нагрузок укрепляют скелет как меха­ническую конструкцию и повышают его прочность. Главную роль в этом играют механизмы поднадкостничного роста костей. Их активи­зация и утолщение кости делают ее более прочной на изгиб и скручивание. Из законов механики известно, что полая колонна большого диаметра удерживает больший груз, чем опора малого диаметра без полости. Подобное приспособление к статическим нагрузкам наблюдается и в скелете конечностей у представителей силовых видов спорта. Образование бугристостей в местах прикреп­ления мышц улучшает условия их работы (увеличивается плечо рычага). Расширение эпифизов увеличивает площадь соприкоснове­ния костей в суставах и облегчает амортизацию механических сотрясений.

Приспособление кости к механическим нагрузкам проявляется и во внутреннем ее строении. Укреплению диафиза способствует утолщение его стенки за счет образования нового компактного вещества. Это может происходить изнутри - со стороны костномоз­говой полости или снаружи - со стороны надкостницы. Более биомеханически оправдан второй вариант, при котором прочность кости повышается за счет увеличения наружного диаметра, утол­щения компактного слоя при неизменной костномозговой полости (или даже ее расширении). Первый вариант возможен в качестве компенсаторного в условиях задержки периостального костеобразования. В местах действия особенно сильных механических нагрузок компактное вещество имеет слоистый характер. Укрепление губча­того вещества кости проявляется утолщением его перекладин и превращением из мелко- и среднеячеистого в крупноячеистое.

Костное вещество человека содержит большое количество кост­ных трубочек - остеонов. Приспосабливаясь к существующим меха­ническим условиям, кость перестраивается. При этом вновь образо­ванные остеоны изменяют свой диаметр и направление.

В процессе занятий спортом происходят характерные изменения скелета спортсменов. Причем более раннее начало занятий ведет к большей выраженности изменений.

Череп. Общая гипертрофия мускулатуры тела спортсмена повы­шает напряжение в костях и вызывает их генерализованные изме­нения. Например, у дзюдоистов увеличиваются обхват головы, про­дольный и поперечный ее диаметры, а также размеры лица по сравнению с людьми, не занимающимися спортом. Это вызвано изменениями самого черепа, в основном за счет губчатого слоя, тогда как наружная и внутренняя пластинки почти не подверга­ются перестройке.

Верхняя конечность. Плечевая кость подвергается значи­тельным изменениям у представителей силовых видов спорта - штангистов и борцов. У штангистов форма ее диафиза приближа­ется к цилиндрической (хотя у некоторых спортсменов при дли­тельных занятиях спортом сохраняется исходная форма) за счет расширения дистальной части диафиза. Различие в ширине средней и нижней трети кости составляет у людей, не занимающихся спор­том, 3,8 мм, у штангистов лишь 0,6 мм. Расширение диафиза свя­зано с утолщением компактного слоя, который приобретает слоистый характер. По латеральному краю кости расслоение компактного вещества начинается проксимальнее, чем по медиальному. Видимо, это обусловлено большим разнообразием движений в плечелучевом суставе (две оси вращения), чем в плечелоктевом (одна ось).

Поперечные размеры костей предплечья у спортсменов изменены в большей степени, чем продольные. В процессе занятий гимнастикой и борьбой поперечные размеры увеличиваются в боль­шей мере у локтевой кости, а спортивными играми и боксом - у лучевой. У боксеров и гимнастов головка лучевой кости достигает наибольших размеров. У боксеров сокращения мышц пред­плечья продолжительны и локтевая кость как место начала мышц укрепляется. У гимнастов в костях кисти возникают напряжения, имеющие переменный характер и передающиеся в основном на лучевую кость (локтевая кость имеет меньшую зону соприкосновения

с кистью).

При сравнении кисти акробатов, пловцов, штангистов и стрел­ков из лука установлено, что длина ее наибольшая у пловцов, наи­меньшая - у штангистов. Удлинение и укорочение ее происходят в основном за счет пясти. При преимущественно динамических воздействиях на кисть (волейбол, бокс, плавание) изменяются главным образом продольные размеры костей, их головка и основа­ние. Так, у боксеров подвергаются нагрузкам II и III пястные кости. Головка их расширяется, а при чрезмерной нагрузке начинает суживаться. Преимущественно статические воздействия (в гимна­стике, тяжелой атлетике, борьбе) изменяют в основном диафиз кости: он расширяется, компактное вещество утолщается иногда за счет костномозговой полости, которая может суживаться. Отме­чено удлинение костей пясти, причем даже тогда, когда эпифизарные зоны у дистального конца зарастают костной тканью. Рост этих костей в длину продолжается за счет суставного хряща. Причем проксимальные концы пястных костей при выполнении упражнений работают на растяжение и на сжатие, тогда как дистальные в основ­ном на растяжение. Следовательно, проксимальные концы подверга­ются большим нагрузкам, чем дистальные.

Различия в изменениях отдельных размеров костей кисти обнару­живаются при анализе распределения механических нагрузок на них у боксеров и гимнастов. У гимнастов нагрузкам подвергается диафиз пястной кости (при упоре) или проксимальной фаланги (при висе на перекладине), у боксеров - головка пястной кости и основание проксимальной фаланги. Поэтому у боксеров отмечаются большие изменения в эпифизах, а у гимнастов - в диафизах костей. Удлинение пястных костей у гимнастов имеет опреде­ленный функциональный смысл. Дело в том, что между пястными костями располагаются, как известно, межкостные мышцы. На их долю приходится половина силы мышц, сгибающих II-V пальцы. Суммарное удлинение пястных костей на 1 см приводит к увеличению физиологического поперечника мышц на 2 см² и приросту силы на 20 кг (для двух рук - на 40 кг). Для гимнастов сила мышц-сгибателей пальцев имеет первостепенное значение, так как при выполнении большого оборота развивается центробежная сила, пре­вышающая вес спортсмена в 3-4 раза.

Нижняя конечность. У гимнасток поперечные и переднезадние размеры таза меньше, чем у женщин, не занимающихся спортив­ной гимнастикой. Как правило, размеры женского таза больше, чем мужского. Однако оказалось, что у женщин, специализирующихся в плавании и спортивных играх, расстояние между гребнями под­вздошных костей и между большими вертелами бедренных костей меньше, чем у мужчин той же специализации. Рост костей таза зависит от содержания в крови половых гормонов. При интенсивной мышечной деятельности повышается выработка мужских половых гормонов, что может повлиять на размеры таза.

Характерны различия размеров вертлужной впадины тазовой кости и головки бедренной кости при занятиях разными видами спорта. Так, диаметр впадины и головки бедренной кости у футболистов большой и с повышением спортивной квалификации увеличивается, а у гимнастов, наоборот, он меньше и с ростом ква­лификации уменьшается. Для футболистов характерны сравнительно большие переднезадний и поперечный размеры диафиза бедренной кости. Однако наибольших значений эти размеры достигают у штан­гистов и метателей молота. Ширина дистального эпифиза бедра меж­ду надмыщелками самая большая у футболистов и велосипедистов. Поперечник диафиза бедренной кости и компактного вещества наи­больший у прыгунов в длину. Характерные для всех различия между правой и левой сторонами усиливаются. На толчковой ноге эти размеры оказываются больше, чем на маховой.

Большую массивность имеют кости бедра и голени у велосипе­дистов. По краям бедренной кости компактное вещество гипертро­фировано относительно равномерно, а на костях голени - неравномерно, причем распределение его зависит от «амплуа» спорт­сменов: у выступающих на треке компактный слой утолщается на передней поверхности большеберцовой (средняя треть) и задней поверхности малоберцовой (нижняя треть) костей; у шоссейников характерно утолщение компактного вещества в средней трети голени по соприкасающимся краям (в этом случае сокращения мышц перед­ней группы голени длительны и для них требуется большая опора).

Из костей плюсны наиболее утолщенный компактный слой имеет I плюсневая кость, тогда как II-IV кости изменены незна­чительно.

Рассмотрим влияние физической нагрузки на соединения костей. Форма соединений костей определяется как унаследованными особенностями, так и действием механических факторов, среди которых преобладающую роль играет фактор движения. Подтверждает это образование новых (ложных) суставов в местах перелома костей, где один обломок кости постоянно трется о другой. Соприкасающиеся поверхности при этом шлифуются, и образуется сустав.

В процессе специальной тренировки подвижность в суставах и их форма могут существенно изменяться. Так, эллипсовидный лучезапястный сустав у представительниц, художественной гимнастики становится более шаровидным, что обеспечивает больший размах движений. У баскетболистов и гандболистов суммарная под­вижность по четырем движениям в лучезапястном суставе больше 200°, а у гимнастов и гребцов - меньше. У первых этот сустав более конгруэнтен и его головка имеет форму вытянутого эллип­соида, у вторых степень соответствия суставных поверхностей мень­ше и головка более выпуклая.

У гимнастов развивается уплощение вертлужной впадины, обеспе­чивающее разницу в кривизне суставных поверхностей и увеличение подвижности в тазобедренном суставе. Можно значи­тельно развить гибкость позвоночного столба, достигающую «сверх­выраженности» у исполнительниц циркового номера «женщина-змея».

У спортсменов ряда специализаций подвижность в суставах уменьшена. Так, у футболистов (по сравнению с гимнастами) тазо­бедренный сустав адаптируется к повышенной статической надеж­ности в ущерб подвижности. Это необходимо для обеспечения ста­бильности тазового кольца в одноопорном положении футболиста при ударе по мячу. У футболистов также меньше объем пассив­ного движения в коленном суставе. У представителей сило­вых видов спорта (тяжелоатлетов, борцов) уменьшение подвижности в голеностопном суставе и повышение его статической надежности обеспечиваются за счет уплощения блока таранной кости. Наблюдения за легкоатлетами, тяжелоатлетами, гимнастами, пловцами, футболистами и гандболистами показали, что наименьшая гибкость позвоночного столба характерна для пловцов и тяжело­атлетов.

Не только теоретический, но и практический интерес представ­ляет изучение топ аграфии подвижности в суставах у спортсменов разных специализаций. Так, для отбора в ДЮСШ по плаванию рекомендуется уделять большое внимание подвижности в плечевом и тазобедренном суставах, При отборе в спортивной гимнастике определенную диагностическую значимость имеет тот факт, что у ведущих гимнастов страны интегральная (суммарная) подвижность в суставах (тазобедренном, плечевом, позвоночнике) составляет свыше 900°, у 10-летних гимнастов - более 750°, у не занимающихся спортом детей 10 лет - более 650°.

Сопоставление данных по суммарной величине сгибания и раз­гибания в плечевом, тазобедренном и голеностопном суставах у представителей разных видов спорта показало, что эта величина уменьшается в следующей последовательности: в плечевом суставе у гандболистов, не занимающихся спортом, лыжников-гонщиков, велосипедистов; в тазобедренном суставе - у гандболистов, лыжни­ков-гонщиков, велосипедистов, не занимающихся спортом; в голено­стопном суставе - у велосипедистов, лыжников-гонщиков, гандбо­листов, не занимающихся спортом.

Амплитуда движений сгибание-разгибание в плечевом и тазобедренном суставах была наибольшей у гандболистов, наименьшей- у велосипедистов, что объясняется особенностями посадки велосипедистов. Наоборот, в голеностопном суставе наибольшая подвижность определяется у велосипедистов, а наименьшая- у гандболистов.