Все наши движения состоят из отдельных звеньев. Каждое звено есть вращательное движение той или иной части тела вокруг определенного центра – сустава. Сустав – это прерывное соединение двух или нескольких костей. Суставы, образованные двумя костями, называются простыми. В сложном суставе одновременно сочленяется не менее трех костей. Место их соединения обязательно заключено в двухслойную сумку сустава. Внутренний слой выделяет синовиальную жидкость – смазку сустава. Между сочленяющимися костями есть суставная полость (щель), где содержится эта жидкость (некоторые суставы, например межпозвоночные соединения, суставной щели не имеют). Назначение сумки – герметизировать полость сустава и продуцировать синовиальную жидкость.
Синовиальная жидкость как смазка обладает качествами, о которых инженерам пока только приходится мечтать. Ее вязкость изменяется в точном соответствии с объемом нагрузки и температурой окружающей среды. При выполнении быстрых и легких движений вязкость уменьшается, что резко уменьшает коэффициент трения, от которого в данных условиях зависит эффективность деятельности (темп и амплитуда движения). При большой динамической нагрузке и сильном давлении вязкость синовиальной жидкости увеличивается, что повышает амортизационные свойства сустава, снижает возможность жестких соударений сочленяющихся костей, выравнивает давление и распределяет его на возможно большей площади. Эти изменения вязкости осуществляются почти мгновенно.
Пассивный, обездвиженный сустав примерно через две недели «подсыхает», количество синовиальной жидкости в нем заметно уменьшается. Наоборот, при значительной нагрузке количество синовиальной жидкости возрастает в 2–3 раза.
Суставные поверхности покрыты гладким хрящом, обладающим хорошей упругостью. Он снижает трение и амортизирует давление костей при толчках и сотрясениях, возникающих в процессе выполнения любых движений. Хрящом покрыта только та часть суставной поверхности, которая постоянно используется. При хроническом снижении амплитуды движений (например, в пожилом возрасте или пассивном образе жизни) происходит рассасывание хряща и обнажение кости, прежде всего на краях суставной поверхности.
Конец кости с выпуклой поверхностью называется головкой сустава, с вогнутой – ямкой. Несовпадение радиусов кривизны головки и ямки может служить структурной основой увеличения амплитуды движений.
Важным компонентом сустава являются связки. Эти волокнистые пучки, обеспечивающие костям определенное положение относительно друг друга, – своего рода мягкая, упругая «арматура» сустава. Связки расположены таким образом, что не препятствуют выполнению свойственных данному суставу движений с умеренной амплитудой.
Прочность связок невелика, поэтому лучше ее не испытывать. Например, во время предельного сгибания стопы связки взрослого человека начинают рваться даже при небольшой нагрузке. Связки обладают некоторой эластичностью. После прекращения действия растягивающей силы связки немедленно возвращаются к своей исходной длине. В связи с этим при совершенствовании гибкости рекомендуется тренировать связки. После тренировок связки действительно могут удлиниться за счет разрастания костной ткани в местах прикрепления связок к костям. В пожилом возрасте и при гиподинамии концы связок окостеневают, эластичность их снижается и может возникнуть патологическая разболтанность сустава, которая приводит к хроническим повреждениям даже в безобидных ситуациях.
В некоторых суставах имеются хрящевые пластинки – диски, которые делят область сустава на два отделения. Диски, имеющие отверстия, называются суставными менисками. Сустав – орган движения, но сам по себе он не может функционировать, его приводят в движение мышцы. Именно они с точки зрения механики являются первоисточником движения и потому могут быть названы вечными двигателями. Мышцы не принадлежат собственно суставу, они находятся вне его. Однако функционально сустав и мышцы не могут существовать друг без друга – они образуют строго организованную систему органов движения, которую называют «суставной аппарат». Управлять важнейшими свойствами сустава можно, особым образом воздействуя на мышцы, хотя предельные пространственные характеристики движения зависят главным образом от строения и формы костей, наличия и расположения связок, менисков и других компонентов сустава.
Амплитуда и форма осуществляемых в суставе движений зависят прежде всего от размеров и конфигурации сочленяющихся суставных поверхностей. Поскольку все движения вращательные, принято классифицировать суставы по их сходству с так называемыми телами вращения – шаром, блоком, цилиндром и некоторыми более сложными телами.