Om care merge

Forța de reacție a suportului este forța care acționează asupra corpului din partea laterală a suportului. Această forță este egală și opusă forței exercitate de corp asupra suportului. Dacă, în picioare, forța de reacție a suportului este egală cu greutatea corpului , atunci la mers, la această forță se adaugă forța de inerție și forța creată de mușchi atunci când sunt respinși de pe suport .

Pentru a studia forța de reacție a suportului, se folosește de obicei o platformă dinamografică (putere), care este încorporată în calea biomecanică. La sprijinirea în procesul de mers pe această platformă, se înregistrează forțele emergente - forțele de reacție ale suportului. Platforma de putere vă permite să înregistrați vectorul rezultat al forței de reacție a suportului.

Caracteristica dinamică a mersului se evaluează prin studierea reacțiilor de sprijin, care reflectă interacțiunea forțelor implicate în construcția actului locomotor: musculare, gravitaționale și inerțiale. Vectorul de reacție suport în proiecția pe planurile principale este descompus în 3 componente: verticală, longitudinală și transversală. Aceste componente fac posibilă aprecierea forțelor asociate cu mișcarea verticală, longitudinală și transversală a centrului comun de masă.

Forța de reacție a suportului include o componentă verticală care acționează în direcția sus-jos, o componentă longitudinală direcționată față-spate de-a lungul axei Y și o componentă transversală direcționată medial-lateral de-a lungul axei X. Este o derivată a forței musculare , forței gravitaționale și forța de inerție a corpului .

Graficul componentei verticale a reacției de susținere în timpul mersului normal are forma unei curbe netede simetrice cu două cocoașe. Primul maxim al curbei corespunde intervalului de timp în care, ca urmare a transferului greutății corporale la piciorul de patinaj, are loc o împingere înainte, al doilea maxim (împingere din spate) reflectă repulsia activă a piciorului de pe suprafața de sprijin. și determină mișcarea corpului în sus, înainte și către membrul de patinaj. Ambele maxime sunt situate deasupra nivelului greutății corporale și, respectiv, într-un ritm lent, aproximativ 100% din greutatea corporală, într-un ritm arbitrar - 120%, în ritm rapid - 150% și 140%.

Minimul de reacție de sprijin este situat simetric între ele sub linia greutății corporale. Apariția unui minim se datorează împingerii din spate a celuilalt picior și transferului său ulterior; în acest caz, apare o forță ascendentă, care se scade din greutatea corpului. Reacția minimă de sprijin în ritmuri diferite se bazează pe greutatea corporală, respectiv: într-un ritm lent - aproximativ 100%, într-un ritm arbitrar - 70%, într-un ritm rapid - 40%.

Astfel, tendința generală de creștere a ritmului de mers este o creștere a valorilor șocurilor față și spate și o scădere a minimului componentei verticale a reacției de sprijin.

Componenta longitudinală a vectorului de reacție suport este o forță tăietoare egală cu forța de frecare care împiedică piciorul să alunece anteroposterior. Figura prezintă un grafic al reacției longitudinale de sprijin în funcție de durata ciclului de pas într-un ritm de mers rapid (curbă portocalie), la un ritm mediu (magenta) și un ritm lent (albastru).

Graficul componentei longitudinale a reacției de sprijin are și el 2 maxime, dar direcționate diferit, corespunzătoare șocurilor față și spate și un minim egal cu zero între ele. Valoarea acestor maxime într-un ritm lent este de 12% și 6%, într-un ritm arbitrar - 16% și 24%, în ritm rapid - 21% și 30%.

Componenta longitudinală se caracterizează printr-o tendință similară de creștere a șocurilor anterioare și posterioare cu creșterea ritmului de mers.

Componenta transversală (mediolaterală) a vectorului de reacție suport, ca și cea longitudinală, este generată de forța de frecare.

Graficul componentei transversale a reacției suport are forma unui grafic inversat al componentei verticale. Curba are, de asemenea, două maxime asociate cu fazele șocurilor anterioare și posterioare și direcționate medial. Totuși, chiar la începutul ciclului, a fost dezvăluit un alt maxim, care are direcția opusă. Aceasta este o perioadă scurtă de sprijin pe partea exterioară a călcâiului.

Odată cu creșterea ritmului de mers, toate maximele cresc (linia roșie), valorile lor se bazează pe greutatea corporală: într-un ritm lent - 7% și 5%, într-un ritm arbitrar - 9% și 8%, într-un ritm rapid - 13% și 7%. Dependența acestor valori de ritmul de mers este prezentată în figură. Astfel, cu cât este mai mare ritmul de mers, cu atât este mai mare forța și, în consecință , energia , care este cheltuită pentru depășirea forței de frecare .

Reacția solului - aceste forțe sunt aplicate piciorului. Intrând în contact cu suprafața suportului, piciorul suferă o presiune din partea laterală a suportului, egală și opusă celei pe care piciorul o exercită asupra suportului. Aceasta este reacția sprijinului piciorului. Aceste forțe sunt distribuite neuniform pe suprafața de contact. Ca toate forțele de acest fel, ele pot fi reprezentate ca un vector rezultat care are o mărime și un punct de aplicare.

Punctul de aplicare a vectorului de reacție de sprijin pe picior este altfel numit centru de presiune. Acest lucru este important pentru a ști unde este punctul de aplicare a forțelor care acționează asupra corpului din lateralul suportului. Când se examinează pe o platformă de putere, acest punct se numește punctul de aplicare al forței de reacție a suportului.

Traiectoria forței de reacție a sprijinului în procesul de mers este reprezentată sub formă de grafic: „dependența forței de reacție a sprijinului de timpul perioadei de sprijin”. Graficul reprezintă mișcarea vectorului de reacție suport sub picior.

În modelul normal , traiectoria răspunsului la sol în mers normal este de la cele cinci exterioare de-a lungul marginii exterioare a piciorului într-o direcție medială până la punctul dintre primul și al doilea deget.

Traiectoria de miscare este variabila si depinde de ritmul si tipul de mers, de relieful suprafetei de sprijin, de tipul de incaltaminte si anume de inaltimea tocului si de rigiditatea talpii. Modelul de reacție de sprijin este determinat în mare măsură de starea funcțională a mușchilor membrului inferior și de structura de inervație a mersului.

Structura de inervație a mersului

Determinarea cuplurilor externe ale articulațiilor, în principal ale membrului inferior, este în prezent singura metodă obiectivă de evaluare a cuplului intern, care este determinată de efortul muscular în diferite faze ale mersului (împreună cu alți factori: elasticitatea ligamentelor, tendoanelor, geometria suprafetei articulare). Dar distribuția eforturilor diferitelor grupe musculare, caracteristicile spațio-temporale ale muncii musculare sunt judecate în funcție de studii electromiografice . Aceste date sunt corelate cu caracteristicile de timp și putere ale fiecărei faze a pasului și obțin o imagine destul de completă a funcționării motorului uman principal și a controlului acestui proces.

Miografia multicanal cu procesare computerizată a semnalului recepționat este o metodă obiectivă tradițională pentru studiul inervației și structurii biomecanice a mersului.

Mulți mușchi și grupe de mușchi sunt implicați în mers, dar pentru mers, cei mai importanți mușchi sunt mușchii extensori ( triceps gambei , cvadriceps femural , fesier maxim și mediu) și mușchii flexori (flexori ischio-jambierii: semimembranos și semimembranos și biceps femural și tibial ). mușchiul anterior ).

Munca mușchilor extensori este principala sursă de energie pentru deplasarea centrului comun de masă. Activitatea muschilor extensori se datoreaza si nevoii de incetinire a miscarii segmentelor in faza de transfer. Contracția mușchilor flexori are ca scop corectarea poziției sau mișcării membrului în faza de transfer. În condiții normale de mers, funcția corectivă a mușchilor este minimă.

Mușchiul drept din componența cvadricepsului femural asigură amortizarea împingerii frontale și extensia ulterioară în articulația genunchiului în faza de sprijin. Gluteus maximus asigură extensia șoldului în timpul fazei de poziție. Mușchiul gastrocnemiu  - repulsie de pe suprafața de susținere și mișcare verticală a centrului comun de masă.

Flexori poplitei  - reglarea vitezei de mișcare în articulația genunchiului. tibial anterior  - corectarea poziției piciorului.

Alternarea diferitelor moduri de activitate musculară conține un anumit sens biomecanic: în timpul muncii inferioare, tensiunea musculară și activarea reflexă a acesteia crește, energia cinetică este transformată în energie potențială de deformare a mușchilor elastici. În același timp, eficiența muncii inferioare (negative) a mușchilor depășește eficiența muncii lor de depășire (pozitive) de 2-9 ori.

În timpul modului de depășire, mușchiul efectuează un lucru mecanic , în timp ce energia potențială a deformării elastice a mușchilor este transformată în energia cinetică a întregului corp sau a părților sale individuale.

La prima vedere, modul de depășire al muncii musculare determină apariția și accelerarea mișcărilor, în timp ce modul de cedare provoacă încetinirea sau încetarea acestora. De fapt, modul inferior de activitate musculară are un conținut mai profund. „Atunci când corpul uman a dobândit deja o anumită viteză în timpul mersului , decelerația mișcărilor unei verigi individuale duce la o redistribuire a momentului cinetic și, în consecință, la o accelerare a mișcărilor verigii adiacente. Datorită structurii multi-legături a aparatului motor, o astfel de metodă indirectă de control al mișcării se dovedește adesea a fi mai profitabilă din punct de vedere energetic decât una directă, deoarece permite o mai bună utilizare a energiei cinetice acumulate anterior ” [8] .

Fazele biomecanice de bază

O analiză a cinematicii, a reacțiilor de sprijin și a activității mușchilor din diferite părți ale corpului arată în mod convingător că o schimbare regulată a evenimentelor biomecanice are loc în timpul ciclului de mers. „Mersul oamenilor sănătoși, în ciuda unui număr de caracteristici individuale, are o structură biomecanică și de inervație tipică și stabilă, adică o anumită caracteristică spațio-temporală a mișcărilor musculare și a muncii” [9] .

Când merge, o persoană se sprijină constant pe unul sau pe celălalt picior. Acest picior se numește picior de „suport”. Piciorul contralateral în acest moment este adus înainte (acesta este piciorul „portabil”). Faza de swing se numește faza de swing. Un ciclu complet de mers - perioada unui pas dublu - este compus pentru fiecare picior din faza de sprijin si faza de transfer al membrelor. În perioada de sprijin, efortul muscular activ al membrelor creează șocuri dinamice care imprimă centrului de greutate al corpului accelerația necesară mișcării de translație. Când mergi într-un ritm mediu, faza de poziție durează aproximativ 60% din ciclul dublu pas, faza de balansare - aproximativ 40%.

Începutul unui pas dublu este considerat a fi momentul contactului călcâiului cu suportul. În mod normal, aterizarea călcâiului se efectuează pe secțiunea sa exterioară. De acum înainte, acest picior (dreapta) este considerat a fi cel de susținere. În caz contrar, această fază a mersului se numește împingere frontală - rezultatul interacțiunii gravitației unei persoane în mișcare cu un sprijin. În acest caz, pe planul de sprijin apare o reacție de sprijin, a cărei componentă verticală depășește masa corpului uman. Articulatia soldului este in pozitie de flexie, piciorul este indreptat la articulatia genunchiului, piciorul este in pozitie de usoara dorsiflexie.

Următoarea fază a mersului este odihna pe întreg piciorul. Greutatea corpului este distribuită pe secțiunile din față și din spate ale piciorului de susținere. Celălalt, în acest caz, piciorul stâng, menține contactul cu suportul. Articulatia soldului mentine pozitia de flexie, genunchiul se indoaie, inmuiind forta de inertie a corpului, piciorul ia pozitie de mijloc intre spate si flexia plantara. Apoi piciorul inferior se aplecă înainte, genunchiul este complet extins, centrul de masă al corpului se deplasează înainte. În această perioadă a pasului, mișcarea centrului de masă al corpului are loc fără participarea activă a mușchilor, datorită forței de inerție.

Suport pentru antepicior. După aproximativ 65% din timpul pasului dublu, la sfârșitul intervalului de sprijin, corpul este împins înainte și în sus datorită flexiei plantare active a piciorului - se realizează o împingere în spate. Centrul de masă se deplasează înainte ca urmare a contracției musculare active.

Următoarea etapă, faza de transfer, se caracterizează prin separarea piciorului și deplasarea centrului de masă sub influența forței de inerție. La mijlocul acestei faze, toate articulațiile majore ale piciorului sunt în poziția de flexie maximă. Ciclul de mers se termină cu momentul contactului călcâiului cu suportul.

În secvența ciclică a mersului se disting momentele când un singur picior este în contact cu suportul („perioada de un singur sprijin”) și ambele picioare, când membrul întins înainte a atins deja suportul, iar cel situat în spate nu a atins totuși se desprind ("fază de suport dublu"). Odată cu creșterea ritmului de mers, „perioadele de bi-suport” se scurtează și dispar complet la trecerea la alergare. Astfel, din punct de vedere al parametrilor cinematici, mersul diferă de alergat în prezența unei faze cu două sprijin.

Eficiența mersului

Principalul mecanism care determină eficacitatea mersului este mișcarea centrului comun de masă.

Mișcarea centrului comun de masă (MCM) este un proces sinusoidal tipic cu o frecvență corespunzătoare unui pas dublu în direcția mediolaterală și cu o frecvență dublă în direcția antero-posterior și verticală. Deplasarea centrului de masă este determinată prin metoda ciclografică tradițională, indicând centrul general de masă pe corpul subiectului cu puncte luminoase.

Totuși, se poate face într-un mod mai simplu, matematic, cunoscând componenta verticală a forței de reacție a suportului. Din legile dinamicii , accelerația mișcării verticale este egală cu raportul dintre forța de reacție a suportului și masa corpului, viteza mișcării verticale este egală cu raportul dintre produsul accelerației și intervalul de timp, iar mișcarea în sine este egală cu produsul viteză în timp. Cunoscând acești parametri, se poate calcula cu ușurință energia cinetică și potențială a fiecărei etape.

Curbele de energie potențială și cinetică sunt, parcă, imagini în oglindă una ale celeilalte și au o schimbare de fază de aproximativ 180°.

Se știe că pendulul are o energie potențială maximă în punctul cel mai înalt și o transformă în energie cinetică, deviând în jos. În acest caz, o parte din energie este cheltuită pe frecare . În timpul mersului, deja la începutul perioadei de sprijin, de îndată ce GCM începe să crească, energia cinetică a mișcării noastre se transformă în energie potențială și invers se transformă în energie cinetică atunci când GCM scade. Acest lucru economisește aproximativ 65% din energie. Mușchii trebuie să compenseze în mod constant pierderea de energie, care este de aproximativ 35 la sută [10] . Mușchii se activează pentru a muta centrul de masă din poziția inferioară în cea superioară, refacend energia pierdută.

Eficiența mersului este legată de minimizarea mișcării verticale a centrului comun de masă. Cu toate acestea, o creștere a energiei mersului este indisolubil legată de o creștere a amplitudinii mișcărilor verticale, adică cu o creștere a vitezei de mers și a lungimii pasului, componenta verticală a mișcării centrului de masă crește inevitabil.

În timpul fazei de poziție a pasului, se observă mișcări compensatorii constante, care minimizează mișcările verticale și asigură o mers lină.

Aceste mișcări includ:

• rotația pelvisului față de piciorul de susținere;
• înclinarea bazinului spre membrul nesuportant;
• îndoirea genunchiului piciorului de sprijin la ridicarea GCM;
• extensie la coborârea CCM.

Fapte interesante

• Caracteristicile oamenilor sănătoși care merg în ritmuri diferite [11] :

• La un ritm arbitrar de mers, activitatea musculară este minimă. Acest fenomen se explică prin coincidența frecvenței acțiunii forțelor musculare motrice cu frecvența naturală a oscilațiilor membrului inferior. [12]
• Ritmul optim de mers este programat de caracteristicile de frecvență ale corpului uman, adică de geometria membrului inferior și de elasticitatea aparatului ligamento-muscular. Este aproximativ egală cu frecvența de rezonanță a membrului inferior.
• La mers, stabilitatea corpului crește de câteva ori în comparație cu stabilitatea în picioare. Acest fenomen biomecanic nu a fost încă studiat. Există o ipoteză care explică stabilitatea corpului la mers cu mișcări oscilatorii ale centrului articulației gleznei. Corpul uman este reprezentat din poziția unui pendul inversat cu un centru în zona articulațiilor gleznei, care capătă stabilitate în poziție verticală dacă centrul său oscilează în sus și în jos cu o frecvență suficient de mare ( pendulul Kapitza ).
• Câștigătorul Cupei Mondiale la mersul pe curse din 1983 a mers 20 km cu o viteză medie de 15,9 km/h. [13]
• Locomoția copiilor sub 6 ani este instabilă, ceea ce este asociat cu un stereotip motor neformat. Potrivit lui N. Bernstein, aceasta nu este nici mersul pe jos, nici alergarea, ci ceva care nu a fost încă determinat. [paisprezece]
• Medicul sportiv Kenneth Cooper credea că pentru a obține o condiție fizică satisfăcătoare, trebuie să mergi pe o distanță de cel puțin 6,5 km într-un ritm accelerat. [cincisprezece]
• Rețetă de sănătate de la Nikolai Mihailovici Amosov : „Trebuie doar să mergi repede, întotdeauna repede, astfel încât pulsul să se accelereze cel puțin până la 100, acoperind o distanță de 4-5 km” [16]
• Riscul de a dezvolta osteoporoză postmenopauză este semnificativ mai mic dacă o femeie merge mai mult de 12 kilometri pe săptămână.
• Capacitatea de a se mișca pe picioare drepte (cățărare pe membrele întinse [17] ) pe suporturi înguste de copac a fost deținută de Danuvius guggenmosi , înrudit cu driopithecus , care a trăit acum 11,62 milioane de ani [18] .

Vezi și

• Mers  - trăsături ale posturilor și mișcărilor la mers, caracteristice unei anumite persoane
• Postura  este poziția obișnuită a corpului uman în repaus și în mișcare, inclusiv în timpul mersului.
• Mersul pe jos
• mersul nordic
• Mersul desculț (desculț)
• postură ortogradă
• Săritură mare
• transport durabil
• brahiatie
• carare

Note

1. ↑ Dubrovsky V.I., Fedorova V.N., Biomecanica . Manual pentru licee. - M .: Vlados, 2003. - ISBN 5-305-00101-3 . - p. 388
2. ↑ Oreshkin Yu. A., La sănătate prin educație fizică . - M., 1990
3. ↑ Bernstein N.A.,  Eseuri despre fiziologia mișcărilor și fiziologia activității . - M., 1966
4. ↑ Bernstein N.A.,  Research on the biodynamics of walking, running, jumping . - M .: Cultură fizică și sport, 1940
5. ↑ Martie // Micul Dicționar Enciclopedic al lui Brockhaus și Efron  : în 4 volume - Sankt Petersburg. , 1907-1909.
6. ↑ Uşakov Dmitri Nikolaevici . Dicționar explicativ al limbii ruse Ushakov .
7. ↑ Vitenzon A.S.,  Patterns of normal and pathological human walking . - M .: SRL „Zerkalo-M”. — 271 p. — ISBN 5-89853-006-1
8. ↑ Vitenzon A.S. Modele ale mersului uman normal și patologic. - M .: SRL „Zerkalo-M”. - ISBN 5-89853-006-1 . - S. 83.
9. ↑ Vitenzon A. S., Petrushanskaya K. A. De la controlul natural la controlul artificial al locomoției. — M.: MBN, 2003. — 448 p.: ill.
10. ↑ Cavagna, G.A., H. Thys și A. Zamboni. Sursele muncii externe în mers și alergare la nivel. J Physiol. Lond. 262:639-57, 1976. [1]
11. ↑ Vitenzon A.S. Dependența parametrilor biomecanici de viteza de mers // Protetice și protetice. - M.: TsNIIPP, 1974. - S. 53-65.
12. ↑ Sarantsev A. V., Vitenzon A. S. Fenomene de rezonanță în timpul mersului uman // Proteze și proteze. sat. lucrări. Problema. 31. - M.: TsNIIPP, 1973. - S. 62-71.
13. ↑ Utkin V. M. Biomecanica exercițiilor fizice.  - M .: Educaţie, 1989. - 210 p.
14. ↑ Biomecanica clinică / Ed. V. I. Filatov. - L .: Medicină, 1980. - S. 50-52.
15. ↑ Cooper K. Nou aerobic: Un sistem de exerciții fizice care îmbunătățesc sănătatea pentru toate vârstele. Pe. din engleza. S. Shenkman. a 2-a ed. - M .: Cultură fizică și sport, 1979. - 125 p.
16. ↑ Amosov N. M. Sistemul meu de sănătate. - K .: Sănătate, 1997. - 56 p. — ISBN 5-311-02742-8 .
17. ↑ Drobyshevsky S. Și din nou despre driopithecusul „dreapt”: Danuvius
18. ↑ Madelaine Böhme și colab. O nouă maimuță miocenă și locomoție în strămoșul marilor maimuțe și al oamenilor , 2019

Link -uri

• Biomecanica mersului
• Utkin V. L. Biomecanica exercițiilor fizice
• Despre apariția bipedismului la strămoșii umani

Dicționare și enciclopedii	mare danez Britannica (online) Britannica (online) Britannica (online) Universalis
În cataloagele bibliografice BNF : 131627530 GND : 4140871-8 J9U : 987007548863005171 LCCN : sh85144900 NDL : 00563376 , 01189098 NKC : ph119237