Біодинаміка опорно-рухового апарату людини.

Позвоночный столб человека последовательно проходит перепончатую, хрящевую и костную стадии своего развития. Элементы позвоночника появляются еще на ранних этапах развития зародыша. Вначале закладки тел позвонков располагаются еще далеко друг от друга, разделяясь прослойками зародышевой мезенхимы. Затем начинают развиваться дуги позвонков, формируются поперечные и суставные отростки, далее позвонки дифференцируются почти полностью, а остистые отростки еще отсутствуют.

Хорда у эмбриона редуцируется и сохраняется лишь в виде студенистого ядра межпозвоночных дисков. Характерной особенностью позвоночника на раннем этапе внутриутробного развития является сходство тел позвонков по их форме. В конце второго месяца внутриутробного развития резко увеличивается размер тел шейных позвонков. Увеличение тел поясничных и крестцовых позвонков не наблюдается даже у новорожденных в связи с отсутствием внутриутробных гравитационных воздействий.

Закладка продольной связки происходит у эмбрионов на дорсаль­ной поверхности тел позвонков. Межпозвоночный диск у эмбрионов формируется из мезенхимы. Центры окостенения в позвоночнике эм­бриона появляются в начале в нижних грудных и верхних пояс­ничных позвонках, а затем прослеживается и в других отделах.

После рождения ребенок сразу же начинает борьбу со многими внешними воздействиями. И самым главным стимулом, который будет формировать его осанку, является гравитация. С момента рождения и до формирования осанки, присущей взрослому человеку, каждый ребенок, по мнению Потапчука и Дидура (2001), проходит следующие уровни формирования движений:

уровень А – ребенок, лежа на животе, поднимает голову, при этом за счет шейно-тонических рефлексов формируется уровень, обеспечивающий равновесие тела и базовый порог напряжения мышц;

уровень В – формирование мышечно-суставных связей, предопределяющих развитие автоматизма двигательных циклов. Этот период соответствует этапу: обучения ползанию и сиденью; начинает формироваться механизм одностороннего, а затем и разностороннего включения мышц конечностей, что в дальнейшем обеспечивает формирование оптимального стереотипа ходьбы и стояния;

уровень С – формируется к концу первого года жизни и позволяет ребенку оперативно ориентироваться в пространстве с использованием имеющегося арсенала двигательных навыков;

уровень Д – создается вертикальная модель тела, при которой мышечный баланс в положении стоя обеспечивается при минимальных мышечных затратах.

По мере изменения уровней формирования движения изменяется и форма позвоночного столба. Известно, что позвоночный столб новорожденного, за исключением небольшой крестцовой кривизны, почти не имеет физиологических изгибов. Высота головы в этом периоде соответствует примерно 1/4 длины тела. Центр тяжести головы у младенцев расположен непосредственно впереди от синхондроза между клиновидной и затылочной костью и на сравнительно большом расстоянии кпереди от сустава между черепом и атлантом.

Задние шейные мышцы развиты еще слабо. По этим причинам тяжелая, большая (по отношению к остальным частям тела) голова отвисает вперед, и новорожденный не может ее поднять. Попытки поднять голову приводят через 6-7 недель к образованию шейного лордоза, который устанавливается в последующие месяцы, в связи с первыми попытками удержать тело в равновесии в сидячем положении. Шейный лордоз захватывает все шейные позвонки и два верхних грудных, а его вершина приходится на пятый – шестой шейный позвонки.

В 6 месяцев, когда ребенок начинает сидеть, образуется изгиб в грудном отделе выпуклостью кзади. В течение 1 года, во время начала стояния и ходьбы у ребенка образуется изгиб в поясничном отделе, направленный вперед (лордоз).

Поясничный лордоз захватывает все поясничные позвонки и XI – XII грудные, а его вершина соответствует третьему – четвертому поясничному позвонкам. Образование поясничного лордоза способствует изменению положения таза и соответствующему перемещению общего центра тяжести (ОЦТ) тела человека кзади от оси тазобедренного сустава, препятствуя, таким образом, падению тела при его вертикальном положении. Форма позвоночного столба у ребенка 2 – 3 лет характеризуется еще недостаточно развитым поясничным лордозом. С возрастом эта особенность усиливается и достигает своего наибольшего развития у взрослого.

Крестцово-копчиковый изгиб появляется еще у зародышей. Однако, он начинает развиваться лишь в связи с первыми попытками прямо хождения и с появлением поясничного лордоза. В образовании этого изгиба играют сила тяжести, передающаяся на основании крестца через свободный отдел позвоночника и стремящаяся вклинить крестец между подвздошными костями и тяга связок, расположенных между крестцом и седалищной костью. Эти связки фиксируют нижнюю часть крестца к бугру и ости седалищной кости. Взаимодействие этих двух сил является главным фактором, обусловливающим развитие крестцово-копчикового изгиба.

По мере формирования физиологических изгибов позвоночного столба меняется и форма межпозвоночных дисков. Если у новорожденного диски имеют одинаковую высоту как спереди, так и сзади, то с образованием изгибов их форма меняется, и хрящи в сагиттальном разрезе приобретают несколько клиновидную форму. В области лордозов большая высота этого клина обращена кпереди, а меньшая кзади, а в области грудного кифоза, наоборот, большая высота находится сзади и меньшая спереди. В крестцовом и копчиковом отделах позвоночный столб имеет изгиб, обращенный кзади. Межпозвоночные диски крестцового отдела имеют временное значение и замещаются на 17 – 25 году костной тканью, вследствие чего подвижность крестцовых позвонков друг относительно друга становится невозможной.

Рост позвоночного столба происходит особенно интенсивно впервые два года жизни. В длину при этом он достигается 30–34% конечного размера. В этом периоде, как и в дальнейшем, различные отделы позвоночника растут неравномерно. Интенсивнее всего растет поясничный отдел, затем крестцовый, шейный, грудной и менее всех копчиковый. С 1,5 до 3 лет относительно замедляется рост шейных и верхних грудных позвонков. Дальнейший рост позвоночного столба наблюдается в 7-9 лет. В 10 лет усиленно растут поясничные и нижние грудные позвонки. Увеличение темпов роста позвоночного столба отмечается также в период полового созревания.

До двух лет общая длина костной и хрящевой части позвоночника увеличивается с одинаковой интенсивностью; затем рост хрящевой части относительно замедляется.

Тела позвонков новорожденного относительно шире и короче, чем у взрослого. У детей с 3 до 15 лет размеры отдельных позвонков, как в высоту, так и в ширину увеличивается сверху вниз от верхних грудных к нижним поясничным. Эти различия (во всяком случае, связанные с ростом в ширину) зависят от усиления весовой нагрузки, испытываемой расположенными ниже позвонками. К 6 годам в верхнем и нижнем отделах позвонков, а также на концах остистых и поперечных отростков имеются самостоятельные точки окостенения.

Общий рост позвонков в среднем с 3-6 лет протекает с одинаковой интенсивностью в высоту и ширину. В 5-7 лет увеличение позвонков в ширину несколько отстает от увеличения в высоту, а в последующих возрастах увеличение позвонков во всех направлениях повышается.

Процесс окостенения позвоночного столба происходит поэтапно. На 1-2-ом годах сливаются обе половины дуг, на 3-м году дуги с телами позвонков. В 6-9 лет образуются самостоятельные центры окостенения для верхней и нижней поверхности тел позвонков, а также концов остистых и поперечных отростков. К 14 годам окостеневают средние части тел позвонков. Полное окостенение отдельных позвонков заканчивается к 21-23 годам (Путилова, 1975).

По мере формирования изгибов позвоночного столба происходит увеличение размеров грудной и тазовой полостей, что в свою очередь способствует сохранению вертикальной позы и улучшению рессорных свойств позвоночника при ходьбе и прыжках.

На формирование позвоночного столба человека и его вертикальную позу, по мнению многих авторов Болобан (1990), Бретз (1997), Бычук (2001) и др., оказывает высота расположения ОЦТ тела.

Возрастные особенности расположения ОЦТ тела обусловлены неравномерным изменением размеров биозвеньев, изменением соотношения масс этих звеньев тела в период роста. Они связаны, также, с характерными особенностями, приобретаемыми в каждом возрастном периоде, начиная с момента первого стояния ребенка и заканчивая преклонным возрастом, когда в результате старческой инволюции одновременно с морфологическими изменениями происходят и биомеханические.

По данным Козырева (1947), у новорожденных ОЦТ тела располагается на уровне V – VI грудных позвонков (определялся в положении максимально возможного выпрямления нижних конечностей путем бинтования). Такое краниальное расположение ОЦТ тела объясняется характерными пропорциями тела новорожденных.

С ростом организма ОЦТ тела постепенно снижается. Так, у 6-ме­сяч­ного ребенка он располагается на уровне Х грудного позвонка. В
9-ме­сячном возрасте, когда большинство детей может самостоятельно стоять, уровень ОЦТ тела достигает XI – XII грудных позвонков.

В биомеханическом отношении наиболее интересным является процесс перехода к вертикальному удержанию тела. Первое стояние характеризуется чрезмерным напряжением всей мускулатуры, не только той, которая непосредственно удерживает тело в вертикальном положении, но и той, которая в акте стояния совсем не играет роли или оказывает только посредственное влияние. Это указывает на недостаточность дифференцировки мускулатуры и отсутствие необходимой регуляции тонуса. Кроме того, неустойчивость обусловлена также высоким расположением ОЦТ и малой площадью опоры, затрудняющими сохранение равновесия.

У 9-месячного ребенка отмечается своеобразная осанка в сагиттальной плоскости. Она характерна тем, что нижние конечности ребенка находятся в полусогнутом положении (угол сгибания коленного сустава у 9-месячного ребенка достигает – 162°, у годовалого – 165°), а туловище, относительно вертикальной оси несколько наклонено кпереди (7 – 10°). Полусогнутое положение нижних конечностей обусловлено не наклоном таза и не ограничением разгибания в тазобедренных суставах, а тем, что ребенок приспособляется к удержанию тела в таком равновесии, при котором была бы исключена возможность неожиданного нарушения равновесия и обеспечена безопасность падения. И возникновение своеобразной осанки в этом возрасте, прежде всего, вызвано отсутствием закрепленного навыка к стоянию. По мере приобретения такого навыка постепенно исчезает и неуверенность в статической устойчивости тела.

К двум годам ребенок стоит уже более уверенно и значительно свободнее перемещает центр тяжести в пределах площади опоры. Высота ОЦТ тела располагается на уровне I поясничного позвонка. Постепенно исчезает полусогнутость нижних конечностей (угол сгибания в коленных суставах достигает 170°).

Осанка трехлетнего ребенка при стоянии характеризуется вертикальным положением туловища и небольшим сгибанием нижних конечностей (угол сгибания в коленном суставе равен 175°). В области позвоночника отчетливо заметен грудной кифоз и намечающийся поясничный лордоз.

Горизонтальная плоскость ОЦТ тела располагается на уровне II поясничного позвонка. Продольные оси стоп образуют угол примерно 25 – 30°, как у взрослых.

В осанке детей пятилетнего возраста уже отсутствуют признаки полусогнутости нижних конечностей (угол в коленном суставе равен – 180°). Горизонтальная плоскость ОЦТ тела располагается на уровне III поясничного позвонка. В последующие годы роста организма изменения в локализации ОЦТ тела заключаются, главным образом, в постепенном его снижении и более устойчивой регуляции в сагиттальной плоскости.

В результате старения организма происходят как анатомо-физио­логические, так и биомеханические изменения в опорно-двигательном аппарате.