Какое давление выдерживает кость человека

Для характеристики прочностных свойств костей используют четыре вида механического воздействия на кость: сжатие, изгиб, растягивание и кручение.

Прочность костей на сжатие:т.е. в направлении обычной при их жизни нагрузки — достаточно велика: в продольном (нагрузка идет сверху вниз) направлении несущая способность костей следующая:

1. Бедренной кости более 4500 кг.- у мужчин и 3900 кг.- у женщин;

2. Большеберцовой кости более 3500 кг.- у мужчин и 2800 кг.- у женщин;

3. Плечевой кости более 2500 кг.- у мужчин и 2100 кг.- у женщин;

4. Лучевой кости 900 кг. — у мужчин и около 800 кг у женщин;

Прочность костей на изгиб:в переднезаднем направлении, т.е. в направлении перпендикулярно вертикально стоящей кости значительно меньше:

1. Бедренная кость выдерживает изгиб под нагрузкой 250 кг.

2. Большеберцовая кость выдерживает изгиб под нагрузкой 260 кг.

3. Плечевая кость выдерживает изгиб под нагрузкой 130 кг.

4. Лучевая кость выдерживает изгиб под нагрузкой 50 кг.

5. Более мелкие кости обладают и меньшей прочностью (Jamada, 1970).

Прочность костей на растяжение:при растягивающей продольной силе кость выдерживает напряжение 15 300 кг/см2. Подобная характеристика делает нашу кость прочнее дуба и почти равна чугуна.

Прочность костей на скручивание: при обычной ходьбе момент скручивающих сил могут достигать 1 530 кг/см2. Это величина несколько раз меньше предела прочности костей: для разрушения большеберцовой кости момент скручивающей силы должен достигать 14 280 кг/см2. Это цифры считаются сниженными т.к. были получены на трупном материале.

Подвижное соединение костей (суставы)

Сустав – элемент ОДА, обеспечивающий соединение костных звеньев и создающий подвижность костей друг относительно друга. Суставы являются наиболее совершенными видами соединения костей. У человека их около 200.

Сустав образуют суставные поверхности сочлененных костных звеньев. Между суставными поверхностями имеется суставная полость, в которую поступает синовиальная жидкость. Окружает сустав суставная капсула, состоящая из плотной соединительной ткани.

Основной функцией суставов является обеспечение подвижности костных звеньев друг относительно друга. С этой целью поверхность суставов смачивается синовиальной жидкостью (смазкой), которая выделяется суставным хрящом при увеличении нагрузки на сустав. При уменьшении нагрузки синовиальная жидкость поглощается суставным хрящом. Чтобы компенсировать разрушение суставного хряща при трении в нем постоянно происходят процессы регенерации. С позиции медико-биологических наук в спорте кости скелета человека чаще всего выступают в виде стержней, соединенных одни или несколькими суставами образующих при этом кинематические цепи. В теле человека почти 200 суставов. Более 100 костей могут перемешаться относительно друг друга благодаря наличию суставов. Различают непрерывное и прерывное соединение костей.

Суставами соединяются кости, которые выполняют функцию движения. В каждом суставе различают (см. рис. 3):

v суставная сумка (1)

v синовиальная оболочка (2)

v суставный хрящ (3)

v полость с синовиальной жидкостью (4).

5. Суставы классифицируют по следующим принципам:

По числу суставных поверхностей различают:

Простой сустав — имеющий только две суставные поверхности, например межфаланговые суставы.

Сложный сустав — имеющий более двух сочленовных поверхностей, например локтевой сустав. Сложный сустав состоит из нескольких простых сочленений, в которых движения могут совершаться отдельно.

Комплексный сустав — содержащий внутрисуставной хрящ, который разделяет сустав на две камеры (двухкамерный сустав). Деление на камеры происходит или полностью, если внутрисуставной хрящ имеет форму диска (например, в височно-нижнечелюстном суставе), или неполностью, если хрящ приобретает форму полулунного мениска (например, в коленном суставе).

Комбинированный сустав представляет комбинацию нескольких изолированных друг от друга суставов, расположенных отдельно друг от друга, но функционирующих вместе. Таковы, например, оба височно-нижнечелюстных сустава, проксимальный и дистальный лучелоктевые суставы и др.

5.1 По форме и функции суставных поверхностей различают:

В спортивной биомеханике пользуются вторым способом классификации как наиболее удобным в расчетах перемещения в пространстве. «Форма суставных поверхностей определяет характер движений сустава» (П.Ф. Лесгафт). Исходя из этого, суставы классифицируют (см. рис. 4).

Трехосные суставы — осуществляется движение вокруг трех осей. Одна из суставных поверхностей образует выпуклую, шаровидной формы головку, другая вогнутую суставную впадину. Различают:

1. Шаровидные (Плечевой сустав)

2. Чашеобразные (Тазобедренный сустав)

Двухосные суставы — осуществляется движение вокруг двух осей. Сочленовные поверхности представляют отрезки эллипса: одна из них выпуклая, овальной формы с неодинаковой кривизной в двух направлениях, другая соответственно вогнутая. Они обеспечивают движения вокруг 2 горизонтальных осей, перпендикулярных друг другу: вокруг фронтальной — сгибание и разгибание и вокруг сагиттальной — отведение и приведение. Связки в эллипсовидных суставах располагаются перпендикулярно осям вращения, на их концах. Различают:

1. Седловидные (запястнопястный сустав)

2. Эллипсоидные (затылочная кость и I шейным позвонком)

Одноосные суставы—цилиндрическая суставная поверхность, ось которой располагается вертикально, параллельно длинной оси сочленяющихся костей или вертикальной оси тела, обеспечивает движение вокруг одной вертикальной оси. Различают:

1. Плоские (суставы между суставными отростками позвонков);

2. Цилиндрические (сочленение между локтевой и лучевой костями);

3. Блоковидные (межфаланговые суставы)

Для тренера, кроме знаний в анатомии важно знать и углы движений суставов, характеризующие границы подвижности суставов. Необходимо подчеркнуть, что подвижность в суставах зависит от следующих факторов:

1. от краев суставных поверхностей;

2. от растяжимости связок;

3. от связности со стороны мышц.

Трения в суставах

В суставах чрезвычайно низок коэффициент трения, составляющий приблизительно 0,01. По современным научным представлениям, низкие коэффициенты трения в суставах объясняются трем причинами:

Первая причина: микроскопические исследования показывают, что внешне гладкая поверхность гиалинового хряща напоминает губку с очень тонкими порами, пропитанную синовиальной жидкостью, которую можно из неё выжать. В месте контакта губчатых хрящей большую площадь занимает не сам хрящ, а жидкость, заключенная в порах. Пока жидкость не выдавилась из пор, трение контактируемых поверхностей невелико. Выдавливание происходит значительно медленнее, чем всасывание после освобождения поверхностей. Это обусловлено тем, что жидкость на участке контакта частей одного сустава движется преимущественно вдоль соприкасающихся поверхностей, тогда как в освободившиеся поверхности она входит в перпендикулярном к ним направлении.

Вторая причина: состоит в особенностях самой синовиальной жидкости. Синовия отличается от плазмы крови в основном тем, что в ней имеется «присадка» — гиалуроновая кислота (полисахарид с длинными цепями). Этот разбавленный раствор обладает некоторыми упругими свойствами.

Третья причинам: при сжатии его между гладкими поверхностями он выдавливается в стороны лишь до некоторого минимального расстояния. Дальше поверхности перестают сближаться, а при освобождении даже слегка отходят друг от друга. При сжатии синовии между хрящевыми губками молекулы гиалуроновой кислоты проходят в поры много хуже, чем растворяющаяся плазма. Концентрация полимеров в месте контакта возрастает и это ещё в большей степени способствует удержанию поверхностей от непосредственного контакта.

Четвертая причина: выявлено, что с увеличением скорости движения в суставе вязкость синовии снижается, и трение в суставе уменьшается. Это явление обусловлено дроблением содержащихся в синовии полимерных молекул. При уменьшении скорости цепочки молекул полисахарида вновь восстанавливаются

Перечисленные процессы создают так называемую — «эластогидро динамическую смазку суставов с низким коэффициентом трения (около 0,01)» (Bazznet, 1961 Dentenfuss 1963, Swan Son, 1969).

Расчеты показали, что при ходьбе работа против сил трения в тазобедренном суставе эквивалентна работе по подъему тела человека на высоту равную 0,32 мм. Эта значит, что величина энергии на преодоление трения в соединениях опорного аппарата сравнительно невелика даже при значительных нагрузках.