Statika dan dinamika tubuh manusia: pusat gravitasi

Posisi vertikal tubuh manusia, gerakannya di ruang angkasa, berbagai jenis gerakan (berjalan, berlari, melompat) berkembang dalam proses evolusi yang panjang bersamaan dengan terbentuknya manusia sebagai spesies. Dalam proses antropogenesis, sehubungan dengan transisi nenek moyang manusia ke kondisi keberadaan terestrial, dan kemudian ke gerakan pada dua anggota tubuh (bawah), anatomi seluruh organisme, bagian-bagiannya, organ-organ, termasuk sistem muskuloskeletal, berubah secara signifikan. Bipedalisme membebaskan anggota tubuh bagian atas dari fungsi muskuloskeletal. Anggota tubuh bagian atas berubah menjadi organ kerja - tangan dan dapat lebih meningkatkan ketangkasan gerakan. Perubahan-perubahan ini sebagai akibat dari fungsi baru yang kualitatif tercermin dalam struktur semua komponen korset dan bagian bebas anggota tubuh bagian atas. Korset bahu tidak hanya berfungsi sebagai penopang bagi anggota tubuh bagian atas yang bebas, tetapi juga secara signifikan meningkatkan mobilitasnya. Karena skapula terhubung ke kerangka tubuh terutama dengan bantuan otot, ia memperoleh kebebasan bergerak yang lebih besar. Skapula berperan dalam semua gerakan yang dilakukan oleh klavikula. Selain itu, skapula dapat bergerak bebas tanpa bergantung pada klavikula. Pada sendi bahu multiaksial berbentuk bola dan soket, yang dikelilingi oleh otot di hampir semua sisi, fitur anatomi struktur memungkinkan gerakan sepanjang lengkung besar di semua bidang. Spesialisasi fungsi terutama terlihat pada struktur tangan. Berkat perkembangan jari-jari yang panjang dan sangat mobile (terutama ibu jari), tangan telah menjadi organ kompleks yang melakukan tindakan halus dan berbeda.

Anggota tubuh bagian bawah, yang memikul seluruh berat tubuh, beradaptasi secara eksklusif dengan fungsi muskuloskeletal. Posisi tubuh vertikal, postur tegak tercermin dalam struktur dan fungsi korset (panggul) dan bagian bebas anggota tubuh bagian bawah. Korset anggota tubuh bagian bawah (pelvic girdle) sebagai struktur melengkung yang kuat beradaptasi dengan pemindahan berat badan, kepala, anggota tubuh bagian atas ke kepala tulang paha. Kemiringan panggul sebesar 45-65° yang terbentuk dalam proses antropogenesis berkontribusi pada pemindahan berat badan ke anggota tubuh bagian bawah yang bebas dalam kondisi biomekanik yang paling menguntungkan untuk posisi vertikal tubuh. Kaki memperoleh struktur melengkung, yang meningkatkan kemampuannya untuk menahan berat badan dan bertindak sebagai tuas yang fleksibel saat menggerakkannya. Otot-otot anggota tubuh bagian bawah berkembang dengan kuat, yang beradaptasi untuk melakukan beban statis dan dinamis. Dibandingkan dengan otot-otot anggota tubuh bagian atas, otot-otot anggota tubuh bagian bawah memiliki massa yang lebih besar.

Pada tungkai bawah, otot-otot memiliki permukaan penyangga yang luas dan penerapan kekuatan otot. Otot-otot tungkai bawah lebih besar dan lebih kuat daripada otot-otot tungkai atas. Pada tungkai bawah, ekstensor lebih berkembang daripada fleksor. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa ekstensor memainkan peran utama dalam menjaga tubuh tetap tegak dan bergerak (berjalan, berlari).

Pada lengan, fleksor bahu, lengan bawah, dan tangan terkonsentrasi di sisi depan, karena kerja yang dilakukan oleh tangan dilakukan di depan tubuh. Gerakan menggenggam dilakukan oleh tangan, yang dipengaruhi oleh lebih banyak fleksor daripada ekstensor. Anggota tubuh bagian atas juga memiliki lebih banyak otot pemutar (pronator, supinator) daripada bagian bawah. Otot-otot tersebut berkembang jauh lebih baik di anggota tubuh bagian atas daripada di bagian bawah. Massa pronator dan supinator lengan berhubungan dengan otot-otot anggota tubuh bagian atas lainnya sebagai 1:4,8. Pada anggota tubuh bagian bawah, rasio massa otot pemutar terhadap sisanya adalah 1:29,3.

Fasia dan aponeurosis tungkai bawah berkembang jauh lebih baik daripada tungkai atas karena manifestasi gaya yang lebih besar di bawah beban statis dan dinamis. Tungkai bawah memiliki mekanisme tambahan yang membantu menahan tubuh dalam posisi vertikal dan memastikan pergerakannya di ruang angkasa. Korset tungkai bawah hampir tidak dapat digerakkan terhubung ke sakrum dan merupakan penopang alami bagi batang tubuh. Kecenderungan panggul untuk terbalik ke belakang pada kepala femur dicegah oleh ligamen iliofemoral sendi panggul yang sangat berkembang dan otot-otot yang kuat. Selain itu, vertikal gravitasi tubuh, yang melewati depan sumbu transversal sendi lutut, secara mekanis membantu menahan sendi lutut dalam posisi terentang.

Pada tingkat sendi pergelangan kaki, saat berdiri, area kontak antara permukaan artikular tibia dan talus meningkat. Hal ini difasilitasi oleh fakta bahwa maleolus medial dan lateral merangkul bagian anterior yang lebih lebar dari blok talus. Selain itu, sumbu frontal sendi pergelangan kaki kanan dan kiri diatur satu sama lain pada sudut yang terbuka ke belakang. Vertikal gravitasi tubuh bergerak maju dalam kaitannya dengan sendi pergelangan kaki. Hal ini menyebabkan semacam jepitan pada bagian anterior yang lebih lebar dari blok talus antara maleolus medial dan lateral. Sendi tungkai atas (bahu, siku, pergelangan tangan) tidak memiliki mekanisme pengereman seperti itu.

Tulang dan otot-otot batang tubuh, terutama kerangka aksial - tulang belakang, yang menopang kepala, anggota tubuh bagian atas, dan organ-organ rongga dada dan perut - mengalami perubahan besar dalam proses antropogenesis. Sehubungan dengan postur tubuh yang tegak, lengkungan pada tulang belakang terbentuk, dan otot-otot punggung yang kuat berkembang. Selain itu, tulang belakang praktis tidak bergerak dalam sendi sakroiliaka yang kuat berpasangan dengan korset tungkai bawah (dengan korset panggul), yang dalam istilah biomekanik berfungsi sebagai distributor berat batang tubuh ke kepala tulang paha (ke tungkai bawah).

Bersamaan dengan faktor anatomi - fitur struktural anggota tubuh bagian bawah dan batang tubuh, yang berkembang dalam proses antropogenesis untuk menjaga tubuh dalam posisi tegak, memastikan keseimbangan dan dinamika yang stabil, perhatian khusus harus diberikan pada posisi pusat gravitasi tubuh.

Pusat gravitasi umum (GC) seseorang adalah titik penerapan resultan semua gaya gravitasi dari bagian-bagian tubuhnya. Menurut MF Ivanitsky, GC terletak pada tingkat vertebra sakral IV dan diproyeksikan ke permukaan anterior tubuh di atas simfisis pubis. Posisi GC dalam kaitannya dengan sumbu longitudinal tubuh dan tulang belakang tergantung pada usia, jenis kelamin, tulang rangka, otot, dan timbunan lemak. Selain itu, ada fluktuasi harian pada posisi GC karena pemendekan atau pemanjangan tulang belakang, yang terjadi karena aktivitas fisik yang tidak merata pada siang dan malam hari. Pada orang tua dan lanjut usia, posisi GC juga tergantung pada postur tubuh. Pada pria, GC terletak pada tingkat vertebra lumbar III - sakral V, pada wanita - 4-5 cm lebih rendah daripada pada pria, dan sesuai dengan tingkat dari lumbar V ke vertebra coccygeal I. Hal ini terutama bergantung pada penumpukan lemak subkutan yang lebih banyak di daerah panggul dan pinggul dibandingkan pada pria. Pada bayi baru lahir, pusat gravitasi berada pada tingkat vertebra toraks V-VI, dan kemudian secara bertahap (hingga usia 16-18 tahun) bergerak ke bawah dan sedikit ke belakang.

Posisi CG tubuh manusia juga bergantung pada tipe tubuh. Pada orang dengan tipe tubuh dolichomorphic (asthenics), CG terletak relatif lebih rendah daripada pada orang dengan tipe tubuh brachymorphic (hypersthenics).

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pusat gravitasi tubuh manusia biasanya terletak pada level vertebra sakral kedua. Garis tegak lurus pusat gravitasi melewati 5 cm di belakang sumbu transversal sendi panggul, sekitar 2,6 cm di belakang garis yang menghubungkan trokanter mayor, dan 3 cm di depan sumbu transversal sendi pergelangan kaki. Pusat gravitasi kepala terletak sedikit di depan sumbu transversal sendi atlanto-oksipital. Pusat gravitasi umum kepala dan tubuh berada pada level tengah tepi anterior vertebra toraks kesepuluh.

Untuk menjaga keseimbangan tubuh manusia yang stabil pada bidang datar, maka garis tegak lurus yang dijatuhkan dari pusat gravitasinya harus jatuh pada area yang ditempati oleh kedua kaki. Semakin lebar area tumpuan, semakin rendah pusat gravitasi, semakin kokoh tubuh berdiri. Untuk posisi tubuh manusia yang vertikal, menjaga keseimbangan merupakan tugas utama. Namun, dengan mengencangkan otot yang tepat, seseorang dapat menahan tubuh dalam berbagai posisi (dalam batas tertentu) bahkan ketika proyeksi pusat gravitasi berada di luar area tumpuan (tubuh condong ke depan, ke samping, dll.). Pada saat yang sama, berdiri dan menggerakkan tubuh manusia tidak dapat dianggap stabil. Dengan kaki yang relatif panjang, seseorang memiliki area tumpuan yang relatif kecil. Karena pusat gravitasi keseluruhan tubuh manusia terletak relatif tinggi (pada tingkat vertebra sakral kedua), dan area tumpuan (area dua telapak kaki dan ruang di antara keduanya) tidak signifikan, stabilitas tubuh menjadi sangat kecil. Dalam keadaan seimbang, tubuh ditahan oleh kekuatan kontraksi otot, yang mencegahnya jatuh. Bagian-bagian tubuh (kepala, badan, anggota badan) menempati posisi yang sesuai dengan masing-masing bagian. Namun, jika rasio bagian-bagian tubuh terganggu (misalnya, merentangkan lengan ke depan, menekuk tulang belakang saat berdiri, dll.), maka posisi dan keseimbangan bagian-bagian tubuh lainnya berubah sesuai dengan itu. Momen statis dan dinamis dari aksi otot berhubungan langsung dengan posisi pusat gravitasi tubuh. Karena pusat gravitasi seluruh tubuh terletak pada tingkat vertebra sakral kedua di belakang garis transversal yang menghubungkan pusat-pusat sendi pinggul, kecenderungan batang tubuh (bersama dengan panggul) untuk terbalik ke belakang ditentang oleh otot dan ligamen yang sangat berkembang yang memperkuat sendi pinggul. Ini memastikan keseimbangan seluruh tubuh bagian atas, yang ditopang tegak di atas kaki.

Kecenderungan tubuh untuk jatuh ke depan saat berdiri disebabkan oleh garis vertikal pusat gravitasi yang bergerak maju (3-4 cm) dari sumbu melintang sendi pergelangan kaki. Jatuhnya ditentang oleh aksi otot-otot bagian belakang kaki. Jika garis vertikal pusat gravitasi bergerak lebih jauh ke depan - ke jari-jari kaki, maka dengan mengontraksikan otot-otot bagian belakang kaki, tumit terangkat, terangkat dari bidang tumpuan, garis vertikal pusat gravitasi bergerak maju dan jari-jari kaki berfungsi sebagai tumpuan.

Selain sebagai penopang, tungkai bawah juga memiliki fungsi lokomotor, yaitu menggerakkan tubuh di ruang angkasa. Misalnya, saat berjalan, tubuh manusia bergerak maju, secara bergantian bertumpu pada satu kaki, kemudian pada kaki lainnya. Dalam hal ini, kaki secara bergantian melakukan gerakan seperti bandul. Saat berjalan, salah satu tungkai bawah pada saat tertentu menjadi tumpuan (belakang), yang lain bebas (depan). Pada setiap langkah berikutnya, kaki yang bebas menjadi tumpuan, dan kaki yang menjadi tumpuan dimajukan dan menjadi bebas.

Kontraksi otot-otot tungkai bawah saat berjalan secara signifikan meningkatkan kelengkungan telapak kaki, meningkatkan kelengkungan lengkung melintang dan membujurnya. Pada saat yang sama, pada saat ini, badan sedikit miring ke depan bersama dengan panggul di kepala tulang paha. Jika langkah pertama dimulai dengan kaki kanan, maka tumit kanan, kemudian bagian tengah telapak kaki dan jari-jari kaki naik di atas bidang tumpuan, kaki kanan ditekuk pada sendi pinggul dan lutut dan dibawa ke depan. Pada saat yang sama, sendi pinggul sisi ini dan badan mengikuti ke depan setelah kaki yang bebas. Kaki (kanan) ini, dengan kontraksi otot paha depan yang kuat, diluruskan pada sendi lutut, menyentuh permukaan tumpuan dan menjadi tumpuan. Pada saat ini, kaki kiri lainnya (sampai saat ini kaki belakang, tumpuan) keluar dari bidang tumpuan, dibawa ke depan, menjadi kaki depan, kaki yang bebas. Pada saat ini, kaki kanan tetap berada di belakang sebagai kaki tumpuan. Bersama dengan tungkai bawah, tubuh bergerak maju dan sedikit ke atas. Dengan demikian, kedua anggota badan secara bergantian melakukan gerakan yang sama dalam urutan yang ditentukan secara ketat, menopang tubuh terlebih dahulu di satu sisi, lalu di sisi lain, dan mendorongnya ke depan. Namun, selama berjalan, tidak ada momen ketika kedua kaki secara bersamaan robek dari tanah (bidang tumpuan). Anggota badan depan (bebas) selalu berhasil menyentuh bidang tumpuan dengan tumitnya sebelum kaki belakang (penopang) terpisah sepenuhnya darinya. Inilah yang membedakan berjalan dari berlari dan melompat. Pada saat yang sama, saat berjalan, ada momen ketika kedua kaki secara bersamaan menyentuh tanah, dengan kaki penopang menyentuh seluruh telapak kaki, dan kaki bebas menyentuh jari-jari kaki. Semakin cepat berjalan, semakin pendek momen kontak simultan kedua kaki dengan bidang tumpuan.

Dengan menelusuri perubahan posisi pusat gravitasi saat berjalan, seseorang dapat melihat gerakan seluruh tubuh ke depan, ke atas, dan ke samping pada bidang horizontal, frontal, dan sagital. Perpindahan terbesar terjadi ke depan pada bidang horizontal. Perpindahan ke atas dan ke bawah adalah 3-4 cm, dan ke samping (ayunan lateral) - 1-2 cm. Sifat dan tingkat perpindahan ini dapat berfluktuasi secara signifikan dan bergantung pada usia, jenis kelamin, dan karakteristik individu. Kombinasi faktor-faktor ini menentukan individualitas gaya berjalan, yang dapat berubah di bawah pengaruh pelatihan. Rata-rata, panjang langkah tenang normal adalah 66 cm dan membutuhkan waktu 0,6 detik.

Saat berjalan dipercepat, langkah berubah menjadi lari. Berlari berbeda dari berjalan karena berlari melibatkan dukungan bergantian dan menyentuh permukaan penyangga dengan satu kaki lalu kaki lainnya.

[ 1 ], [ 2 ]