إحصائيات وديناميكيات جسم الإنسان: مركز الثقل

تطور الوضع الرأسي لجسم الإنسان، وحركته في الفضاء، وأنواع مختلفة من الحركات (المشي، والجري، والقفز) في عملية التطور الطويل بالتزامن مع تكوين الإنسان كنوع. في عملية التخلق البشري، وبالتزامن مع انتقال أسلاف الإنسان إلى ظروف الوجود الأرضية، ثم إلى الحركة على طرفين (سفليين)، تغير تشريح الكائن الحي بأكمله، وأجزائه الفردية، وأعضائه، بما في ذلك الجهاز العضلي الهيكلي، بشكل كبير. حررت ثنائية القدمين الطرف العلوي من الوظيفة العضلية الهيكلية. تحول الطرف العلوي إلى عضو عمل - يد - ويمكن أن يتحسن بشكل أكبر في براعة الحركات. انعكست هذه التغييرات نتيجة لوظيفة جديدة نوعيًا في بنية جميع مكونات الحزام والجزء الحر من الطرف العلوي. لا يعمل حزام الكتف كداعم للطرف العلوي الحر فحسب، بل يزيد من حركته بشكل كبير. نظراً لارتباط لوح الكتف بالهيكل العظمي للجسم بشكل رئيسي بمساعدة العضلات، فإنه يكتسب حرية حركة أكبر. يشارك لوح الكتف في جميع حركات الترقوة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للوح الكتف أن يتحرك بحرية مستقلاً عنها. في مفصل الكتف متعدد المحاور، ذي الشكل الكروي والمقبس، والمحاط بالعضلات من جميع الجوانب تقريباً، تسمح الخصائص التشريحية للهيكل بالحركة على طول أقواس كبيرة في جميع المستويات. ويتجلى تخصص الوظائف بشكل خاص في بنية اليد. بفضل تطور الأصابع الطويلة والمتحركة للغاية (وخاصة الإبهام)، أصبحت اليد عضواً معقداً يؤدي حركات دقيقة ومتميزة.

الطرف السفلي، بعد أن تحمل وزن الجسم بالكامل، تكيف حصريًا مع الوظيفة العضلية الهيكلية. ينعكس الوضع الرأسي للجسم، والوضعية المستقيمة، في بنية ووظائف الحزام (الحوض) والجزء الحر من الطرف السفلي. يتميز حزام الأطراف السفلية (الحزام الحوضي) بكونه هيكلًا مقوسًا قويًا يتكيف مع نقل وزن الجذع والرأس والأطراف العلوية إلى رؤوس عظم الفخذ. يساهم إمالة الحوض بمقدار 45-65 درجة، والتي نشأت في عملية التخلق البشري، في نقل وزن الجسم إلى الأطراف السفلية الحرة في أفضل الظروف البيوميكانيكية للوضع الرأسي للجسم. اكتسبت القدم هيكلًا مقوسًا، مما زاد من قدرتها على تحمل وزن الجسم والعمل كرافعة مرنة عند تحريكها. تطورت عضلات الطرف السفلي بقوة، مما تكيف مع أداء الأحمال الساكنة والديناميكية. بالمقارنة مع عضلات الطرف العلوي، تتمتع عضلات الطرف السفلي بكتلة أكبر.

في الطرف السفلي، تتمتع العضلات بأسطح دعم واسعة وتطبيق للقوة العضلية. عضلات الطرف السفلي أكبر وأقوى من عضلات الطرف العلوي. في الطرف السفلي، تكون العضلات الباسطة أكثر تطورًا من العضلات المثنية. ويعود ذلك إلى أن العضلات الباسطة تلعب دورًا رئيسيًا في الحفاظ على استقامة الجسم وحركته (المشي والجري).

في الذراع، تتركز عضلات الكتف والساعد واليد في الجهة الأمامية، لأن العمل الذي تقوم به اليدان يكون أمام الجسم. تُؤدى حركات الإمساك باليد، حيث تتأثر بعدد أكبر من العضلات المثنية مقارنةً بالعضلات الباسطة. كما أن الطرف العلوي يحتوي على عضلات دوارة (الكبّات والباسطات) أكثر من الطرف السفلي. وهي أكثر تطورًا في الطرف العلوي منها في الطرف السفلي. تبلغ نسبة كتلة عضلات الكبّات والباسطات في الذراع إلى بقية عضلات الطرف العلوي 1:4.8. أما في الطرف السفلي، فتبلغ نسبة كتلة عضلات الالتفاف إلى بقية عضلات الطرف السفلي 1:29.3.

اللفافة واللفائف الحرقفية في الطرف السفلي أكثر تطورًا بكثير من تلك الموجودة في الطرف العلوي نظرًا لزيادة قوة الشد تحت الأحمال الساكنة والديناميكية. يتمتع الطرف السفلي بآليات إضافية تساعد على تثبيت الجسم في وضع رأسي وضمان حركته في الفضاء. يتصل حزام الطرف السفلي بشكل شبه ثابت بالعجز، وهو دعامة طبيعية للجذع. يمنع الرباط الحرقفي الفخذي المتطور للغاية في مفصل الورك والعضلات القوية ميل الحوض للميل للخلف على رؤوس عظام الفخذ. بالإضافة إلى ذلك، يساعد الوضع الرأسي لجاذبية الجسم، الذي يمر أمام المحور العرضي لمفصل الركبة، ميكانيكيًا على تثبيت مفصل الركبة في وضعية ممتدة.

عند مستوى مفصل الكاحل، عند الوقوف، تزداد مساحة التلامس بين السطحين المفصليين لعظمي الظنبوب والكاحل. ويسهل ذلك احتضان الكاحلين الإنسي والجانبي للجزء الأمامي الأوسع من كتلة الكاحل. بالإضافة إلى ذلك، يتقابل المحوران الأماميان لمفصلي الكاحل الأيمن والأيسر بزاوية مفتوحة على الظهر. ويمرّ اتجاه الجاذبية الرأسي للجسم للأمام بالنسبة لمفاصل الكاحل. يؤدي هذا إلى نوع من انضغاط الجزء الأمامي الأوسع من كتلة الكاحل بين الكاحلين الإنسي والجانبي. لا تمتلك مفاصل الطرف العلوي (الكتف، الكوع، الرسغ) آليات كبح كهذه.

شهدت عظام وعضلات الجذع، وخاصة الهيكل العظمي المحوري - العمود الفقري الذي يدعم الرأس والأطراف العلوية وأعضاء التجويفين الصدري والبطني - تغيرات جذرية في عملية التكوين البشري. وتزامنًا مع الوضعية المستقيمة، تشكلت انحناءات في العمود الفقري، وتطورت عضلات ظهرية قوية. علاوة على ذلك، يكاد العمود الفقري يكون ثابتًا في مفصل عجزي حرقفي قوي مقترن بحزام الأطراف السفلية (حزام الحوض)، والذي يعمل، من الناحية البيوميكانيكية، كموزع لوزن الجذع على رؤوس عظم الفخذ (إلى الأطراف السفلية).

إلى جانب العوامل التشريحية - السمات الهيكلية للأطراف السفلية والجذع، التي تطورت في عملية التكوين البشري للحفاظ على الجسم في وضع مستقيم، وضمان التوازن والديناميكيات المستقرة، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لموضع مركز ثقل الجسم.

مركز الثقل العام (GC) للشخص هو نقطة تطبيق محصلة جميع قوى الجاذبية لأجزاء جسمه. وفقًا لـ MF Ivanitsky، يقع مركز الثقل العام على مستوى الفقرات العجزية الرابعة ويتم إسقاطه على السطح الأمامي للجسم فوق عظم العانة. يعتمد موضع مركز الثقل العام بالنسبة للمحور الطولي للجسم والعمود الفقري على العمر والجنس والعظام الهيكلية والعضلات ورواسب الدهون. بالإضافة إلى ذلك، هناك تقلبات يومية في موضع مركز الثقل العام بسبب تقصير أو إطالة العمود الفقري، والتي تحدث بسبب النشاط البدني غير المتكافئ أثناء النهار والليل. في كبار السن وكبار السن، يعتمد موضع مركز الثقل العام أيضًا على الوضعية. عند الرجال، يقع مركز الثقل عند مستوى الفقرات القطنية الثالثة - العجزية الخامسة، وعند النساء يكون أقل بمقدار 4-5 سم منه عند الرجال، ويتوافق مع المستوى بين الفقرة القطنية الخامسة والفقرة العصعصية الأولى. ويعتمد هذا، تحديدًا، على ترسب الدهون تحت الجلد بشكل أكبر في منطقة الحوض والورك مقارنةً بالرجال. عند حديثي الولادة، يكون مركز الثقل عند مستوى الفقرات الصدرية الخامسة والسادسة، ثم يتحرك تدريجيًا (حتى سن 16-18 عامًا) إلى الأسفل وإلى الخلف قليلًا.

يعتمد موضع مركز الثقل في جسم الإنسان أيضًا على نوع الجسم. ففي الأشخاص ذوي الجسم المائل (الوهن)، يكون مركز الثقل في موضع أدنى نسبيًا منه في الأشخاص ذوي الجسم القصير (فرط الوهن).

نتيجةً للبحث، ثَبُتَ أن مركز ثقل جسم الإنسان يقع عادةً عند مستوى الفقرة العجزية الثانية. يمر خط ثقل مركز الثقل على بُعد 5 سم خلف المحور المستعرض لمفاصل الورك، وحوالي 2.6 سم خلف الخط الواصل بين المدورين الكبيرين، و3 سم أمام المحور المستعرض لمفاصل الكاحل. يقع مركز ثقل الرأس أمام المحور المستعرض لمفاصل الأطلسي القذالي قليلاً. يقع مركز الثقل المشترك للرأس والجسم عند مستوى منتصف الحافة الأمامية للفقرة الصدرية العاشرة.

للحفاظ على توازن مستقر لجسم الإنسان على مستوى مستوٍ، من الضروري أن يسقط العمودي الساقط من مركز ثقله على المنطقة التي تشغلها كلتا القدمين. يقف الجسم بثبات أكبر، كلما اتسعت منطقة الدعم وانخفض مركز الثقل. بالنسبة للوضع الرأسي لجسم الإنسان، فإن الحفاظ على التوازن هو المهمة الرئيسية. ومع ذلك، من خلال شد العضلات المناسبة، يمكن للشخص تثبيت الجسم في أوضاع مختلفة (ضمن حدود معينة) حتى عندما يكون إسقاط مركز الثقل خارج منطقة الدعم (ميل قوي للأمام للجسم، إلى الجانبين، إلخ). في الوقت نفسه، لا يمكن اعتبار الوقوف والحركة مستقرين. مع أرجل طويلة نسبيًا، يكون لدى الشخص منطقة دعم صغيرة نسبيًا. نظرًا لأن مركز الثقل الكلي لجسم الإنسان يقع في مستوى مرتفع نسبيًا (عند مستوى الفقرة العجزية الثانية)، ومنطقة الدعم (مساحة باطن القدمين والمسافة بينهما) ضئيلة، فإن استقرار الجسم صغير جدًا. في حالة التوازن، يُمسك الجسم بقوة انقباضات العضلات، مما يمنعه من السقوط. تشغل أجزاء الجسم (الرأس والجذع والأطراف) موضعًا يتوافق مع كل منها. ومع ذلك، إذا تم إزعاج نسبة أجزاء الجسم (على سبيل المثال، مد الذراعين للأمام، وثني العمود الفقري عند الوقوف، وما إلى ذلك)، فإن موضع وتوازن أجزاء الجسم الأخرى يتغير وفقًا لذلك. ترتبط لحظات العمل العضلي الثابتة والديناميكية ارتباطًا مباشرًا بموضع مركز ثقل الجسم. نظرًا لأن مركز ثقل الجسم بأكمله يقع عند مستوى الفقرة العجزية الثانية خلف الخط المستعرض الذي يربط مراكز مفاصل الورك، فإن ميل الجذع (إلى جانب الحوض) للميل للخلف يقاومه عضلات وأربطة متطورة للغاية تقوي مفاصل الورك. وهذا يضمن توازن الجزء العلوي من الجسم بالكامل، والذي يتم تثبيته منتصبًا على الساقين.

يميل الجسم إلى السقوط للأمام عند الوقوف بسبب مرور الخط العمودي لمركز الثقل للأمام (بمسافة 3-4 سم) من المحور العرضي لمفاصل الكاحل. تُقاوم عضلات الجزء الخلفي من الساق السقوط. إذا تحرك الخط العمودي لمركز الثقل للأمام أكثر - نحو أصابع القدم - فإن انقباض عضلات الجزء الخلفي من الساق يرفع الكعب عن مستوى الدعم، ويتحرك الخط العمودي لمركز الثقل للأمام، وتعمل أصابع القدم كدعامة.

بالإضافة إلى دورها الداعم، تؤدي الأطراف السفلية وظيفة حركية، إذ تحرك الجسم في الفراغ. على سبيل المثال، عند المشي، يتحرك جسم الإنسان للأمام، متكئًا بالتناوب على ساق، ثم على الأخرى. في هذه الحالة، تتحرك الساقين بالتناوب حركة البندول. عند المشي، يكون أحد الطرفين السفليين في لحظة معينة داعمًا (خلفيًا)، والآخر حرًا (أماميًا). مع كل خطوة جديدة، تصبح الساق الحرة داعمة، وتتحرك الساق الداعمة للأمام وتصبح حرة.

يؤدي انقباض عضلات الطرف السفلي أثناء المشي إلى زيادة انحناء باطن القدم بشكل ملحوظ، ويزيد من انحناء أقواسه العرضية والطولية. وفي الوقت نفسه، يميل الجذع قليلاً إلى الأمام مع الحوض على رؤوس عظام الفخذ. إذا بدأت الخطوة الأولى بالقدم اليمنى، ثم الكعب الأيمن، ثم منتصف باطن القدم وأصابع القدم فوق مستوى الدعم، تنحني الساق اليمنى عند مفصلي الورك والركبة وتُقدم إلى الأمام. وفي الوقت نفسه، يتبع مفصل الورك من هذا الجانب والجذع إلى الأمام بعد الساق الحرة. تستقيم هذه الساق (اليمنى)، مع انقباض قوي لعضلة الفخذ الرباعية، عند مفصل الركبة، وتلامس سطح الدعم وتصبح الداعم. في هذه اللحظة، تخرج الساق الأخرى اليسرى (حتى هذه اللحظة الساق الخلفية الداعمة) من مستوى الدعم، وتُقدم إلى الأمام، لتصبح الساق الأمامية الحرة. في هذا الوقت، تبقى الساق اليمنى خلفها كساق داعمة. يتحرك الجسم للأمام وللأعلى قليلًا مع الطرف السفلي. وهكذا، يؤدي كلا الطرفين نفس الحركات بالتناوب في تسلسل محدد بدقة، داعمين الجسم أولًا من جانب واحد، ثم من الجانب الآخر، ودفعه للأمام. ومع ذلك، أثناء المشي، لا توجد لحظة يتم فيها رفع كلتا الساقين في نفس الوقت عن الأرض (مستوى الدعم). يتمكن الطرف الأمامي (الحر) دائمًا من لمس مستوى الدعم بكعبه قبل أن تنفصل الساق الخلفية (الداعمة) عنه تمامًا. وهكذا يختلف المشي عن الجري والقفز. في الوقت نفسه، عند المشي، توجد لحظة تلامس فيها كلتا الساقين الأرض في نفس الوقت، حيث تلامس الساق الداعمة باطن القدم بالكامل، وتلامس الساق الحرة أصابع القدم. كلما كانت المشية أسرع، كانت لحظة التلامس المتزامن لكلا الساقين مع مستوى الدعم أقصر.

بتتبع تغيرات موضع مركز الثقل أثناء المشي، يمكن ملاحظة حركة الجسم بالكامل للأمام، وللأعلى، وللجانب في المستويات الأفقية والأمامية والسهمية. تحدث أكبر إزاحة للأمام في المستوى الأفقي. تتراوح الإزاحة لأعلى ولأسفل بين 3 و4 سم، وللجانبين (التأرجحات الجانبية) بين 1 و2 سم. تخضع طبيعة ومدى هذه الإزاحات لتقلبات كبيرة، وتعتمد على العمر والجنس والخصائص الفردية. يُحدد تضافر هذه العوامل خصوصية المشية، والتي قد تتغير بتأثير التدريب. يبلغ متوسط طول الخطوة الهادئة الطبيعية 66 سم، وتستغرق 0.6 ثانية.

عندما يتسارع المشي، تتحول الخطوة إلى جري. يختلف الجري عن المشي في أنه يتضمن التناوب على الدعم ولمس سطح الدعم بقدم واحدة ثم الأخرى.

[ 1 ]، [ 2 ]