Как уже говорилось, все жизненные явления реализуются во времени и пространстве. Перемещения человека в пространстве и исполнение двигательных функций обеспечивается опорно-двигательной системой человеческого тела. Опорно-двигательный аппарат человека включает три по-разному организованные подсистемы: костную, или скелет, связочно-суставную и мышечную. Первые две — скелет и связочно-суставной аппарат — представляют собой пассивную часть системы, а мышечная — активную.

Костная система (или скелет) — это комплекс костей организма, образующих его твердую основу. Скелет имеет в основном механическое значение. В образовании скелета взрослого человека принимает участие более 200 костей.
Из курса биологии известно, что структурно-функциональной единицей живых существ является клетка. В свою очередь, система клеток и неклеточных структур, обладающих общностью строения и происхождения, специализирующаяся на выполнении определенных функций, в биологии называется тканью. В функционировании опорно-двигательной системы принимают участие следующие ткани: эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная.
В состав костей входят все виды тканей, но соединительная является преобладающей. Она представлена костной и хрящевой тканями. Для строения таких тканей характерным является то, что в них мало клеток, но много неклеточных структур. Неклеточные структуры костной ткани состоят из органических соединений (осеин и оссемукоид), придающих кости эластичность, и неорганических (соли, главным образом, кальция), придающих кости прочность, упругость.

Хрящевая ткань (гиалиновый хрящ) покрывает суставные концы костей, т. е. суставные поверхности. Основная ее функция — обеспечить легкое скольжение суставных поверхностей и амортизировать толчки, передающиеся по осям суставов.
Собственно кость не является монолитным образованием, подобным камню или металлической конструкции. Микроскопически кость состоит из остеонов — костных клеток и костных пластинок (трабекул), обеспечивающих прочностные и другие механические свойства кости. Остеоны обеспечивают рост кости, ее восстановление после травм, приспособление к возрастающей нагрузке и т. д. Кроме того, в течение всей жизни человека происходит постоянная смена клеточного и солевого состава костей. Кость — живой орган, как и любой другой орган человеческого тела.
Остеоны перестраивают кость на протяжении жизни в связи с клима-то-географической средой обитания, с механическими условиями функционирования кости, возрастом, особенностями питания и другими факторами.
Возникающие в результате действия остеонов и отложения солей тра-бекулы не располагаются в теле кости хаотично. Их расположение наилучшим образом отвечает прилагаемым механическим нагрузкам. Оно отличается на разных участках кости и обеспечивает функциональную устойчивость, увеличивает прочностные свойства кости при сдавливании, изгибе и растяжении.
Кости классифицируются на трубчатые, имеющие внутри костномозговую полость; губчатые, не имеющие костномозговой полости и на разрезах похожие на поролон; плоские и смешанные.
Трубчатые кости имеют тело (диафиз) и два конца (эпифизы). Внутреннее строение эпифизов трубчатых костей имеет типичное губчатое строение. Причем костные пластинки (трабекулы) губчатого вещества ориентированы по линиям сил сжатия и растяжения, располагаются друг к другу под углом в 90°, а по отношению к равнодействующей этих сил — под углом в 45°. Двигательные функции опорно-двигательной системы обеспечиваются в основном трубчатыми костями.
Кость является довольно пластичным органом, быстро изменяющим свое строение (перестраивающимся) при повышенных или пониженных нагрузках. Перестройка происходит на молекулярном, клеточном, тканевом и органном уровнях. Макроскопически видимые изменения кости при повышенной физической нагрузке определяются на рентгенограммах уже через 1 год воздействия нагрузки тренировочного режима. Максимальные перестройки структуры кости, ее внешнего вида и формы происходят через 5-5,5 лет занятий спортом, трудом и т. п.
Изменения в строении костной системы, связанные с повышенными физическими нагрузками, обусловленные физическим трудом, физическими упражнениями, спортом, другими условиями жизни, идут однонаправленно. Если физические нагрузки не приводят к ухудшению общего функционального состояния организма, то они благоприятны. Однако определить степень функционального состояния на заданный момент времени является очень сложным, а растянутость процесса изменения костной ткани во времени делает эту задачу еще более трудной. Поэтому трудно рекомендовать конкретный объем физических нагрузок на данный момент. В ряде случаев при нагрузках на тренировках «по самочувствию», при несоблюдении принципов постепенного возрастания нагрузок, «форсировании» подготовки в костях происходят нежелательные перестройки, приводящие к артрозам суставов и прекращению занятий спортом (речь идет о боксе, каратэ, самбо, тяжелой атлетике и др.).

Схема трабекулярного строения костного эпифиза

Примечательны следующие основные закономерности роста костей:
1. Механические нагрузки в разной мере изменяют продольные и поперечные размеры костей. Первые в большей степени генетически определены, чем вторые. Поэтому механические нагрузки больше отражаются на росте костей в толщину и ширину, чем в длину.
2. При нарастании механической нагрузки до определенного уровня костеобразование усиливается, при превышении этого уровня активность костеобразования снижается.
3. Уровень оптимальной механической нагрузки зависит от индивидуальных особенностей человека, т. е. от функционального состояния организма в данный момент.
Необходимо знать, что:
– рост костей и моделизация скелета (появление и выраженность бугров, бугристостей, шероховатостей, ям и ямочек) у человека завершается к 25 годам (к моменту созревания);
– начиная с 30 лет у всех людей развивается на клеточном уровне инволюция, которая со временем становится видимой и на тканевом и органном уровнях. В костной системе идут процессы либо разрежения костной ткани (остеопороз), либо уплотнения ее (остеосклероз). Оба этих процесса негативно отражаются на прочности кости.
По своей природе кость имеет большую прочность. Один квадратный миллиметр поперечного сечения костной ткани выдерживает нагрузку на сжатие до 16 кг, а на растяжение — до 12 кг. В этом проявляется общая закономерность — лучше переносить нагрузки на сжатие, чем на растяжение. Это обусловлено постоянно действующим на организм земным тяготением (гравитацией) и приспособлением всех живых существ и тканей к этому воздействию.
В отношении сопротивления на сжатие кость в 10 раз крепче хряща. Прочность кости на сжатие раза в полтора больше прочности на растяжение. Прочность гиалинового хряща на сжатие в 3 раза больше прочности на растяжение. Свежая кость в 5 раз прочнее железобетона, как на сжатие, так и на растяжение. Для раздробления большеберцовой кости давлением нужно примерно 4000 кг.
По сравнению с прочностью костной ткани прочность сухожилия на растяжение больше в 15 раз, прочность реберного хряща — в 1,5 раза. Следует заметить, что механические свойства соединительной ткани могут быть неодинаковыми не только у разных лиц, но и одного и того же человека, изменяясь в связи с условиями питания и особенностями функционального и возрастного характера.

Связочно-суставная система является важным органом опорно-двигательного аппарата. Она обеспечивает определенный объем движения звеньев скелета друг относительно друга и относительно площади опоры.
Суставы — это прерывные, полостные, подвижные соединения костей. Каждый сустав имеет три основных элемента: суставные поверхности, суставную сумку и суставную полость.
Суставные поверхности сочленяющихся друг с другом костей покрыты суставным хрящом.
Суставная сумка (капсула) состоит из наружного (фиброзного) и внутреннего (синовиального) слоев.
Суставная полость ограничена суставной капсулой и суставными поверхностями конечностей. Это щелевидное пространство содержит небольшое количество синовиальной жидкости.
Кроме этих трех основных элементов имеется вспомогательный аппарат: суставные связки, суставные диски и мениски, синовиальные сумки.
В прочности суставов имеют значение натяжение связок сустава, тяга мышц, проходящих около сустава, атмосферное давление (если не нарушена функциональная целостность и сустав сохраняет герметичность), капиллярное натяжение синовии между суставными поверхностями костей. Благодаря этим факторам суставы представляют собой очень прочные органы. Если травмирующая нагрузка действует по оси функционального сочленения, то разрывы тела или его частей происходят в области диафизов (тел) костей и никогда в области суставов. Повреждения суставов возможны при силах, действующих под углом к осям суставов, либо на скручивание.
Несмотря на заложенный природой запас прочности, практика показывает, что суставы, вследствие часто развивающегося артроза, являются самыми лимитирующими органами в процессе подготовки бойца или спортсмена.
Постоянное сильное раздражение зоны костно-хрящевого перехода во время интенсивных тренировок без учета индивидуальных особенностей с целью быстрейшего достижения результатов (особенно у спортсменов — боксеров, каратистов, самбистов, тяжелоатлетов и т. п.) приводит к микротравмам хряща. Особенно часто это касается мелких суставов кистей рук, а также суставов, несущих максимальную осевую нагрузку: коленных, тазобедренных, межпозвонковых. Бедная клеточными элементами хрящевая ткань не успевает возобновлять функциональную целостность и готовность хрящевых поверхностей. В результате развиваются процессы дегенерации хряща, что выражается в потере амортизационных (упруго-эластичных) свойств суставных хрящей, снижении высоты гиалинового хряща, сужении суставной щели, ограничении объема и общем затруднении движений в суставе, развитии суставного и околосуставного воспаления, болевого синдрома. Достаточно длительное существование хронического суставного воспаления приводит к замещению хряща костной тканью, появлению костных выростов (шипов) по краям суставных поверхностей, обызвествлению связок и капсулы сустава. Человек испытывает сильные боли при движении и порой быстро становится инвалидом.
Поэтому надо постоянно думать о режиме и интенсивности движения, режиме отдыха с позиции нормализации функционального состояния связочно-суставной системы тренирующихся.
Грамотно организованные тренировки могут без патологических проявлений значительно увеличить объем движения в суставах либо его уменьшить. Фактор движения может изменить форму сустава, что проявится большим объемом движения.
Целесообразно использовать такие упражнения, которые будут способствовать увеличению амплитуды движений в суставах по всем его физиологическим осям, т. е. максимально развивать все степени свободы.

Если костная ткань обеспечивает механическую прочность опорно-двигательной системы, а связочно-суставной аппарат — возможность перемещения в пространстве, то мышечная ткань эту возможность реализует.
Основным свойством мышечной ткани является ее сократимость. Существует три разновидности мышечной ткани: неисчерченная (гладкая), исчерченная (поперечно-полосатая, скелетная) и сердечная.
Неисчерченная мышечная ткань находится в стенках кровеносных сосудов, выводных протоков желез, стенке желудка, кишки, бронхов, мочеточников, мочевого пузыря и других органов, а также в коже. Структурной единицей этого вида тканей является клетка-миоцит. Сокращения гладкой мышечной ткани происходят медленно, ритмично и непроизвольно.
Исчерченная мышечная ткань называется так благодаря характерной, видимой под микроскопом исчерченности. Эта ткань образует мышцы, приводящие в движение скелет, и поэтому называется еще скелетной мышечной тканью. По функции она является произвольной, поскольку ее сокращения и расслабления подчинены воле человека.
Клетки этой ткани или волокна являются ее структурными единицами и напоминают цилиндры. Сокращение мышцы происходит благодаря укорочению мышечных волокон (клеток). Укорочение волокон происходит по типу складывания складной подзорной трубы. Мышечные волокна могут иметь различное строение и функциональные способности.
Выделяют волокна первого типа (красные) и волокна второго типа (белые).
Мышцы с преобладанием красных волокон способны длительное время находиться в работе, в сокращении, при этом они не развивают большой мышечной силы и мало устают.
Мышцы, в которых преобладают белые волокна, считаются быстрыми. Они способны быстро развивать максимальную силу, но не могут работать продолжительное время, быстро устают.
Сердечная мышечная ткань имеет в своем строении черты неисчерченной и исчерченной мышечной ткани. Функционально сердечная мышца унаследовала от неисчерченной мышечной ткани — непроизвольность и силу сокращения, а от исчерченной — быстроту сокращения.
Мышца — это орган, основу которого составляют поперечнополосатые мышечные волокна. Кроме того, в ее состав входят соединительная ткань, сосуды и нервы. Мышца окружена соединительнотканным футляром — фасцией.
В организме человека насчитывается свыше 600 отдельных мышц. Каждая из них состоит из тела (брюшка), которое является активной (сократимой) частью, и сухожилий (пассивная часть), посредством которых мышцы прикрепляются к костям.
Сравнение ряда мышц конечностей выявило мозаичный характер в распределении волокон первого и второго типов.
Для мышечной системы, как и для костной, при занятиях физическим трудом, рукопашным боем характерны однонаправленные перестройки, которые имеют два механизма увеличения размера органа: гипертрофия (за счет увеличения объема клеток) и гиперплазия (за счет увеличения числа клеток), причем ресурсы этих изменений не беспредельны и во многом определены генетически. Первый механизм чаще реализуется в зрелом организме, после завершения процессов роста, второй более характерен для растущего организма. Поэтому становится ясным необходимость дозированных физических нагрузок в подростковом и призывном возрасте, которые закладывают фундамент дальнейшего развития мышечной системы и силовых качеств.
Из описанного становится очевидным, насколько важным является знание строения мышечной системы человека для подготовки специалиста рукопашного боя, для развития необходимых групп мышц на тренировках, а также для умения правильно расходовать энергоресурсы во время рукопашного боя, их перераспределения и восстановления.

Общие понятия
Движения человека в значительной мере зависят от того, каково строение его тела и каковы его свойства. Чрезвычайная сложность строения и многообразие свойств тела человека, с одной стороны, делают очень сложными и сами движения и управление ими. Но, с другой стороны, они обусловливают необычайное богатство, разнообразие движений, до сих пор недоступное в полном объеме ни одной, самой совершенной, машине.
Биомеханика — наука, изучающая механические движения самих биологических тел и в этих биологических телах. Однако тело человека и сверхсложный управляющий орган — нервная система — делают анализ всей системы движений чрезвычайно сложным и трудоемким. Кроме того, при изучении движений человека и причин, их вызывающих, было бы неправильно ограничиваться только представлениями механики. Необходимо иметь в виду биологическую природу «механизмов» человеческого тела. Анализ деятельности двигательного аппарата с биологической точки зрения позволяет вскрыть своеобразие устройства и принципа действий «живых механизмов». Главнейшие биологические особенности, отличающие двигательный аппарат животных и человека от неживых технических механизмов, состоят в следующем:
1. Аппарат движения животных существ построен из живых тканей и органов, в которых постоянно, в том числе и в покое, происходит обмен веществ. Химические превращения молекул, вступающих в разнообразные реакции с другими органическими и неорганическими веществами, являются сутью внутриклеточного обмена веществ и специфической рабочей деятельности клеток (например, сократительной). В связи с этим становится понятной чрезвычайная зависимость строения и функции клеток и органов от их рабочего использования, от интенсивности протекающего в них обмена веществ. Для поддержания тканей и органов двигательного аппарата в состоянии высокой работоспособности необходимо их постоянное и должное использование. Морфологическое и функциональное совершенствование под влиянием работы и деградация при бездеятельности являются важной особенностью двигательного аппарата животных и человека.
2. В технической машине производимые ею движения предопределены раз и навсегда самой формой сочленений между движущимися частями. Напротив, двигательный аппарат человека построен так, что из одних и тех же структурных единиц (костей, суставов, связок, мышц) может быть образовано множество различных механизмов с различными рабочими заданиями, разными скоростями и траекториями движения.
3. Двигательная деятельность животных и человека, в том числе произвольная, представляет собой систему безусловных и условных рефлексов на раздражения из внешнего и внутреннего мира, действующих в данное время или действовавших ранее и сохранившихся в нервных центрах в виде следов.
Таким образом, двигательная деятельность обеспечивается не только работой собственно двигательного аппарата, но и работой органов чувств и центральной нервной системы. Многообразное использование одних и тех же структур двигательного аппарата обеспечивается способностью рефлекторного механизма к образованию временных связей. Происходит непрерывное приспособление движений к текущим условиям среды, т. е. «уравновешивание» организма со средой.
Все двигательные действия человека и животных выполняются в результате напряжений и расслаблений мышц, которые вызваны нервными импульсами, поступающими к мышцам по двигательным нервам.
Но для многих исследовательских целей и не нужен такой всеобъемлющий анализ. Отвлекаясь от деталей анатомического строения и физиологических механизмов управления двигательным актом, рассматривается упрощенная модель тела человека — биомеханическая система. Она обладает всеми основными свойствами, существенными для выполнения двигательной функции.
Таким образом, биомеханическая система — это копия, упрощенная модель тела человека, на которой можно изучать закономерности движений.
С точки зрения механики, двигательный аппарат человека представляет собой механизм, состоящий из сложной системы рычагов, приводимых в действие мышцами.
Первым шагом от понятий анатомических к механическим является представление о биокинематической паре.
Биокинематическая пара — это подвижное (кинематическое) соединение двух костных звеньев, в котором возможности движений определяются его строением и управляющим воздействием мышц.
В технических механизмах соединение двух звеньев — кинематические пары — устроены обычно так, что возможны лишь определенные, заранее заданные движения. Одни возможности не ограничены (их характеризуют степени свободы тела), другие полностью ограничены (их характеризуют степени связи).
Под степенями свободы понимают независимые перемещения тела или его частей в пространстве. Эти независимые перемещения могут носить либо поступательный характер, либо вращательный (простые формы механического движения). В случае сложного (составного) движения его всегда раскладывают на составляющие простые формы. Поступающим понимают движение, при котором линия, мысленно проведенная в теле, перемещается параллельно самой себе. А при вращательном движении все точки тела описывают окружности, центры которых находятся на одной прямой, называемой осью вращения.
Например, если у физического тела нет никаких ограничений (связей), оно может двигаться в пространстве относительно трех взаимно перпендикулярных осей (поступательно), а также вокруг них (вращатель-но). Следовательно, у такого тела шесть (3+3) степеней свободы.
Каждая связь уменьшает число степеней свободы. Зафиксировав одну точку свободного тела, сделав его звеном биокинематической пары, можно сразу лишить его трех степеней свободы — возможных линейных перемещений вдоль трех основных осей координат.
Почти во всех суставах (кроме межфаланговых, лучелоктевых и атлан-тоосевого) степеней свободы больше чем одна. Поэтому устройство пассивного аппарата в них обусловливает неопределенность движений, множество возможных перемещений («неполносвязный механизм»). Управляющие воздействия мышц формируют дополнительные связи и оставляют для движения только одну степень свободы («полносвязный механизм»). Так обеспечивается одна-единственная возможность движений — именно та, которая требуется. Множество степеней свободы биокинематической пары в многоосных суставах требует для выполнения каждого определенного движения:
а) выбора необходимой траектории,
б) управления движением по траектории (направлением и величиной скорости),
в) регуляции движения, понимаемой как борьба с помехами, сбивающими с траектории.
Биокинематические пары, соединяясь последовательно или параллельно, образуют биокинематические цепи.
Биокинематическая цепь, в которой конечное звено свободно, называется незамкнутой. Например, свободные конечности, когда их концевые звенья свободны.
Если в биокинематической цепи нет свободного конечного звена, то она является замкнутой (например, два противника, сцепившиеся в захвате друг с другом).
В замкнутой или незамкнутой цепи невозможно одиночное, изолированное движение, т. е. движение в одном соединении. Так, сгибая и разгибая ногу для удара, можно убедиться в том, что движение в любом суставе непременно вызывает движение в других. Таким образом, в замкнутых цепях возможностей движений меньше, но управление ими точнее, чем в незамкнутых.
Рассматривая тело человека как сложный биомеханизм, кости как жесткие звенья, а суставы как кинематические пары определенных классов, для всего человека имеем:
– подвижных костей—148,
– суставов с 3-мя степенями свободы — 29,
– суставов с 2-мя степенями свободы — 33,
– суставов с 1-й степенью свободы — 85,
– всего степеней свободы для всего биомеханизма — 244.
Понятие «кинематическая цепь» перенесено в биомеханику из технической механики, где применяется для описания и анализа кинематики механизмов. Под кинематикой понимают внешнюю картину движения, происходящего в пространстве и во времени. Соответственно и в биомеханике оно применимо для изучения и анализа кинематики опорно-двигательного аппарата, т. е. в процессе рассмотрения линейных и угловых перемещений, скоростей, ускорений звеньев тела — относительных и абсолютных (в выбранной системе отсчета).
В тех же случаях, когда представляет интерес динамика движений, развиваемые моменты суставных сил и силы взаимодействия звеньев тела между собой и с другими телами, когда анализируются силовые и энергетические возможности двигательного аппарата, понятие «биокинематическая цепь» уже не может удовлетворять. Здесь вводится понятие «динамическая цепь», обозначающее систему последовательно или параллельно соединенных силовых звеньев.
Под динамикой понимают сущность движения, его причины: прежде всего силовые и масс-инерционные характеристики.
Как биокинематические, так и биодинамические цепи могут быть последовательными (простыми) и разветвленными. Однако для динамических цепей понятие «замкнутая» лишено целесообразности, так как оно означает лишь наложение новых динамических (силовых) факторов, т. е. не вносит ничего принципиально нового.
Функциональные характеристики одинаковых силовых звеньев у разных людей неодинаковы. Это связано с различиями в росте, конституции, массе и физическом развитии. В связи с этим наиболее целесообразная структура заданного движений очень часто индивидуальна, т. е. отличается от общепринятой структуры движения, определяемой рациональной техникой управления. В основе этого лежит стремление компенсировать функциональную недостаточность одних звеньев за счет функциональной избыточности других звеньев динамической цепи. Компенсация осуществляется за счет:
– изменения нагрузки на силовые звенья;
– перераспределения скоростей движений звеньев.
Движения звеньев — суставные движения — совершаются в результате наличия суставных моментов.
Механическое движение биологических тел называют двигательным действием.
Для того чтобы количественно оценить двигательное действие, в том числе рассчитать суставные моменты, следует перейти к механическому представлению о рычаге.

Отредактировано Sainy (2012-10-24 21:47:52)