Физические свойства костей, их соединений и мышц - роль опорно-двигательного аппарата в сохранении работоспособности

ТЕМА: ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОСТЕЙ, ИХ СОЕДИНЕНИЙ И МЫШЦ. ФИЗИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА И ДВИГАТЕЛЬНЫЕ НАВЫКИ ЧЕЛОВЕКА.

Физические свойства костей и их соединений. Воздействие физических нагрузок на кости и их соединения.

Крепость кости зависит от двух её основных свойств - твердости и эластичности. Свежая кость состоит на 50% из воды, а также из органических (12,4%), неорганических (21,85%) веществ и жиров (15,75%). Органические вещества представлены главным образом оссеином, а неорганические - солями кальция и фосфора. Эластичность кости зависит от оссеина, а твердость - от минеральных солей. Методом меченых атомов установлено, что непрерывно происходит образование и разрушение костного вещества и в течение года у человека дважды обновляется состав кости.

У детей в костях имеется значительное количество оссеина, поэтому у них кости обладают большей гибкостью и при травмах переломы костей чаще всего бывают без смещения отломков (по типу "зеленой веточки").
В старости увеличивается количество солей и кости становятся более хрупкими.
На распилах видно, что они имеют в одних местах плотное (компактное), а в других губчатое строение. Распределение компактного и губчатого вещества зависит от функциональных назначений кости. Если кость или часть ее выполняет большую нагрузку, то она представлена в большей степени компактным веществом.
Известно, что бедренная кость в вертикальном положении выдерживает давление в 1,5 тонны, а большеберцовая - 1,8 тонны. Это говорит о большой прочности и высокой надежности костной системы.
Регулярные физические нагрузки вызывают изменения в костях на разных уровнях - молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом, органном, системном. На тканевом уровне отмечается повышенная остеонизация костной ткани, т.е. образование новых остеонов, что увеличивает ее прочность. На органном уровне во всех костях скелета изменяются сроки роста и окостенения.
На уровне целостного организма физические нагрузки вызывают благоприятные изменения, носящие характер рабочей гипертрофии.
Симметричное утолщение компактного вещества в костях конечностей отмечается у пловцов, бегунов, штангистов, конькобежцев, лыжников, гребцов, велосипедистов, а у фехтовальщиков, боксеров, прыгунов-легкоатлетов возникают асимметричные изменения.

Физические качества связок.

Связочный аппарат у разных суставов построен неодинаково. В одних случаях, связки представляют собой утолщенные места суставной сумки, в других - удалены от сустава на значительное расстояние, в третьих - связки находятся внутри сустава. Некоторые связки могут выдерживать нагрузку на растяжение в несколько сот килограммов. Эти связки построены в основном из клейдающих коллагеновых волокон. К таким относятся поводочно-бедренная связка (внутри тазобедренного сустава), подошвенная связка (на стопе) и др.
Связки, содержащие значительное количество эластиновых волокон, обладают меньшей крепостью, но зато имеют большую способность растягиваться. Такие связки имеются у человека в области позвоночного столба (желтые связки), что обеспечивает ему значительную степень подвижности
Под влиянием спортивной тренировки происходит морфофункциональная перестройка связок. Применение только силовых упражнений приводит к утолщению связок, при этом коллагеновые волокна в сухожильных путах - располагаются более плотно. Для многих видов спорта первостепенное значение имеет развитие гибкости, т.е. повышение подвижности в самых различных суставах. При этом происходит и растяжение связок, но без потери их прочности.
Человеку в течение всей жизни необходимо выполнять физические упражнения,, направленные на укрепление и растяжение связок, чтобы избегать болевых ощущений, нередко возникающих в отдельных суставах при перерастяжении и надрыве связок в результате физического перенапряжения (подъем тяжестей, внезапное падение в гололед и резкое сокращение мышц длительный тяжелый труд- и т.д.).

Физические свойства суставов.

Поверхности сочленяющихся костей покрыты гладким гиалиновым хрящом, что облегчает движения одной кости относительно другой. Благодаря эластичности гиалинового хряща в суставах происходит смягчение ударов и сотрясений, которые могут испытывать кости при ходьбе, беге, прыжках. Кроме того эластические свойства хряща, его способность деформироваться, позволяют увеличивать подвижность в суставах.

В укреплении суставов участвуют мышцы, связка, суставная сумка, прилипание одной суставной поверхности к другой, атмосферное давление (внутри сустава отрицательное давление).
Степень подвижности костей в том или ином суставе зависит от формы сустава (шаровидный, эллипсовидный, блоковидный, цилиндрический, плоский), т.е. от соответствия сочленяющихся поверхностей. Чем это соответствие больше, тем подвижность в суставе меньше, и наоборот. Кроме этого объем движений в суставе зависит от возраста, пола, индивидуальных особенностей и тренированности.
На величину подвижности в суставах оказывает степень растяжимости тех мышц, которые находятся ка стороне, противоположной движению, и сила мышц, производящих движение. Подвижность в суставах зависит от температуры воздуха - в холодном помещении движения имеют меньший обьет Вот почему спортсмены перед выполнением движений с максимальной амплитудой в холодное время должны дольше разминаться и теплее одеваться.
Перестройка суставов под влиянием спортивной тренировки может идти не только в направлении увеличения амплитуды движений, необходимой для овладения рациональной техникой, но и в направлении уменьшения амплитуды (в зависимости от специфики вида спорта). Морфологическая адаптация в суставах при физических нагрузках проявляется в изменении формы и величины суставных поверхностей, Эта перестройка в большей мере отмечается в детском и юношеском возрасте.
Наблюдения показывают, что у фехтовальщиков, баскетболистов, занимающихся гандболом, художественной гимнастикой подвижность в лучезапястном суставе значительно выше, чем у нетренированных людей, тогда как у занимающихся спортивной гимнастикой - наоборот. У футболистов вертлужная впадина гораздо глубже, чем у лиц, занимающихся художественной гимнастикой.
Для увеличения активной подвижности в суставах необходимо всеми доступными средствами развивать пассивную подвижность и подъемную силу мышц, обеспечивающих движение в данных суставах. Возрастные изменения в суставах, сопровождающиеся ограничением объема движений и болевыми ощущениями при нагрузке, следует предупреждать, выполняя регулярно суставную гимнастику.

Физические свойства мышц.

Скелетные мышцы, прикрепляясь к костям, приводят их в движение, а также участвуют в образовании стенок полостей тела - грудной, брюшной таза, ротовой, входят в состав стенок некоторых внутренних органов
По характеру действия нагрузки делятся на статические и динамические. Первые обычно постоянны по величине и, как правило, относительно невелики. Вторые возникают при движениях, а когда приложены силы инерции, они изменяются и могут нарастать до очень больших величин. Нередко динамические нагрузки, действующие не в обычном направлении (например, при падении), могут превысить запас прочности того или иного звена и вызвать его повреждение (разрыв связки, мышцы, отрыв сухожилия, разрыв мениска).                                                                        
Мышцы, суставные сумки, связки, хрящи, деформируясь, уменьшают действие динамических нагрузок. Особенно большую роль в смягчении этого действия играют, благодаря своей упругости, мышцы. Если они недостаточно амортизируют нагрузку, то повреждаются связки и хрящи, а иногда даже кости и сами мышцы. Следовательно, чтобы предохранить США от возможных травм, которые могут возникнуть от профессиональных или бытовых динамических перегрузок, необходимо иметь хорошо развитую и тренированную мускулатуру тела.
Кости, как твердые тела, при передаче сил выполняют роль рычагов. Особо следует отметить такие морфофункциональные образования, как стопа и позвоночный столб. Стопа, являясь опорой тела при вертикальном его расположении, выполняет также и рессорную функцию. Последняя возможна, благодаря сводчатому строению - на стопе различают продольный и поперечный своды. В продольном своде выделяют внутреннюю и наружную части, которые носят название рессорной и опорной.
В удержании сводов стопы играют важную роль как многочисленные связки, особенно подошвенная связка, так и мышцы стопы. При положении стоя, стопа опирается о землю пяточной костью и головками плюсневых костей. Принято различать стопу нормальную, сильно сводчатую и плоскую. Между тремя формами имеются и переходные форш. При слабых или переутомленных мышцах подошвенной поверхности, стопа уплощается и нагрузка падает в большей степени на 2-3 плюсневые кости, которые, как отмечают хирурги, при возможных перегрузках чаще ломаются.
Под влиянием занятий плаванием подвижность стопы увеличивается в сторону подошвенной ее поверхности, а у штангистов уменьшается подвижность голеностопного сустава и увеличивается в тараннопяточноладьевидных суставах. Длительный тяжелый труд способствует развитию стойкого уплощения стопы. Плоская стопа чаще развивается у детей с избыточным весом. Врачам необходимо помнить о возможном развитии у детей и подростков плоскостопия и рекомендовать специальные физические упражнения, укрепляющие мышцы и связки стопы (глотка, гортань, верхняя треть пищевода). С помощью скелетных мышц человек удерживает свое тело в вертикальном положении, перемещается в пространстве, осуществляет дыхательные и глотательные движения, формирует мишку. У взрослого человека скелетные мышцы составляют около 40% от массы тела, у новорожденных - 20-22%, у пожилых людей и лиц со слабым физическим развитием - 25-30%. Мышцы могут выполнять преодолевающую, уступающую и удерживающую работу.
Форма мышц очень разнообразна. Есть мышцы длинные и тонкие, короткие и толстые, широкие и плоские. П.Ф. Лесгафт предложил делить мышцы на два основных типа - сильные мышцы и ловкие мышцы. Подъемная сила мышцы зависит от площади сечения, перпендикулярного ходу всех ее волокон. Определить на человеке подъемную силу какой-либо группы мышц можно с помощью динамометра. Подъемная сила мышцы, имеющей площадь поперечного сечения I кв.см, ориентировочно равна 10 кг. Исходя из этой величины, подъемная сила сгибателей предплечья (бицепсов) приблизительно равна 160 кг, а сгибателей голени (на задней поверхности бедра) - 480 кг. Эти цифры кажутся преувеличенными, но тяжести, которые поднимает человек, сгибая предплечье и голень, находятся на значительном расстоянии от сустава, в котором происходит движение.
Регулярная физическая нагрузка сопровождается структурной перестройкой работающих мышц, которая характеризуется увеличением объема,
веса мышцы в целом и увеличением длины и толщины мышечных волокон. В интенсивно сокращающихся мышцах активизируются процессы энергообразования и синтеза белка, что характеризуется значительным повышением потребления кислорода на единицу массы мышечной ткани и увеличением восстановления АТФ.

Физические качества опорно-двигательного аппарата.

Изучение опорно-двигательного аппарата р. процессе движений с учетом механики этих движений позволяет определить количественную меру двигательных процессов, объяснить физическую сущность механических явлений, раскрыть огромную сложность строения тела человека и его движений.
Двигательный аппарат у человека служит:
1. источником энергии-
2.механизмом для передачи энергии-
3. объектом движения-
4. системой управления.

Кости, связки, суставы, мышцы и мягкие ткани под действием нагрузок подвергаются деформации - противодействуют нагрузкам.

Различают нагрузки, вызывающие:
1. растяжение мышц, связок, мягких тканей-
2. сжатие костей и хрящей-
3. изгиб костей-
4. кручение костей.
Важное функциональное назначение выполняет позвоночный столб, защищая спинной мозг и являясь опорой для всего туловища. Кроме того, костный мозг позвонков продуцирует эритроциты, а сами позвонки участвуют в депонировании фосфора и кальция. Изгибы позвоночника (лордозы и кифозы) и хрящевые диски обеспечивают его рессорную (амортизаторную) функцию.
Изгибы позвоночного столба окончательно формируются годам к 18-20. Лордозы, кифозы и сколиозы (в норме последних не должно быть) легче всего изучать по положению линии остистых отростков при рассмотрении ее сзади и сбоку. Поскольку с возрастом эластические свойства межпозвоночных дисков уменьшаются, восстановление их формы ставится трудным. Установлено, что предупреждать сутуловатость, связанную с деформацией межпозвоночных хрящей легче, чем ее исправить.
К числу моментов, влияющих на развитие всех изгибов позвоночного столба, в том числе и боковых, относятся: а) тонус мышцы спины и асимметрия их развития- б) действие силы тяжести- в) влияние привычного держания тела. Изгибы позвоночника могут изменяться в течение дня, поэтому рост человека вечером уменьшается на 1-1,5 см, В положении лежа тело человека на 2-3 см длиннее, чем. в положении стоя.
Наиболее подвижными являются шейный и поясничный отделы позвоночного столба, меньшую подвижность имеют верхний и нижний грудной отдел, а средний отдел почти не имеет подвижности. Движения позвоночного столба могут происходить вокруг трех осей: поперечной (фронтальной) - сгибание и разгибание, переднезадней (сагиттальной) - наклон вправо и влево и вертикальной - скручивание в ту или иную сторону.
В среднем М. Ф. Иваницкий (1965) степень подвижности позвоночного столба выражает в следующих цифрах (в градусах):

Подвижность позвоночника в первую очередь зависит от состояния межпозвоночных дисков. Основные механические свойства этих дисков заключаются в их высокой эластичности. Под воздействием давления диски расширяются в поперечном и передне-заднем направлениях, несколько уменьшаясь в вертикальном направлении. После снятия давления диски приходят в первоначальное положение. При слабости мышц спины (при гипокинезии, в старческом возрасте) давление на межпозвоночные диски становится постоянным, что сопровождается ухудшением их кровоснабжения, структурными патологическими изменениями и приводит к значительному снижению степени подвижности позвоночного столба.
Регулярные физические нагрузки, занятия спортом оказывают большое влияние на формирование позвоночного столба в детском и подростковом возрасте, предупреждая образование сутулости и сколиозов. На развитие последних, помимо асимметрии функции, мышц и асимметрии положения тела (неправильное сидение в школе за партой), может влиять и некоторая разница длины ног. С помощью физических упражнений любой человек может противостоять развитию остеохондроза и продлять период активной физической деятельности. Общеразвивающее упражнения, а также упражнения с отягощениями (гантели, эспандеры, штанга и др.), позволяют укреплять различные группы, мышц спины, поддерживающие позвоночный столб в растянутом состоянии, а пружинящие упражнения (бег) и висы улучшают кровоснабжение межпозвоночных дисков, что способствует их восстановлению и нормальному функционированию.

Физические качества человека.

Совокупная деятельность ОДА и систем, обеспечивающих эту деятельность (ССС, ДС, пищеварение, кроветворение и др.) У каждого человека представляет определенный запас возможностей организма выполнять физическую нагрузку. Проявляются эти возможности у людей по разному: одни обладают большой силой мышц, другие могут выполнять движения с большой амплитудой в суставах, третьи способны совершать движения очень быстро, четвертые выдерживают длительную умеренную нагрузку без выраженной усталости, пятые обладают хорошей координацией. Нередко перечисленные возможности выполнять различные по характеру физические нагрузки встречаются у человека в различных сочетаниях и степенях.
Возможности человека к выполнению физических нагрузок в теории физической культуры принято называть физическими качествами: сила, гибкость, быстрота, выносливость, ловкость. Каждое физическое качество имеет морфологическую основу, сопряжено со специфическими и физиологическими процессами в различных органах и тканях и может развиваться при целенаправленной тренировке.
Физические качества играют важную роль в профессиональной деятельности и в быту. От степени развития силы, ловкости, выносливости, гибкости и быстроты зависит способность человека к овладению различными специальностями, его профессиональное мастерство и материальный достаток. Невнимание в семье к развитию физических качеств у детей приводит к слабому физическому развитию и низкому уровню физической подготовленности, что является, нередко, ограничением при выборе многих специальностей и не позволяет достичь высокого мастерства в осваиваемой профессии.

Двигательные навыки человек.

Двигательные навыки - это произвольные движения, которые в результате многократного повторения становятся привычными. Отдельные элементы сложных двигательных навыков могут выполняться без сосредоточенного внимания, т.е, автоматизированно. Автоматизация двигательных навыков очень нужна для повышения эффективности двигательной деятельности человека (количества и качества труда). Формирование и совершенствование двигательных навыков происходит по механизму рефлексов. Двигательные навыки являются довольно прочными. Новые навыки формируются на базе уже имеющихся, но более простых,- Следовательно, чем большим запасом навыков владеет человек, тем легче у него формируются новые, но более сложные по структуре.
Наибольшее значение при любых движениях имеет двигательный анализатор, Чем лучше развиты у человека физические качества, например, сила, ловкость, тем быстрее он освоит ноше движения - разучит, доведет до автоматизма. При освоении любой профессии необходимо частое практическое повторение тех движений, которые являются составной частью профессиональной деятельности. Практика является основным мерилом профессионального мастерства. Нельзя, например, научиться быстро и грамотно делать операции без обширной хирургической практики.