Настольная книга остеопата. Основы биомеханики движения тела

Трансформация потенциальной энергии в кинетическую и обратно происходит на протяжении всего цикла ходьбы. Если ходьба механически эффективна, энергия сохраняется, и ее требуется чуть больше, чем энергии, необходимой для того, чтобы начать движение. Если изменения положения ЦТ тела оказываются выраженными и резкими, тратится больше энергии. Таким образом, затраты энергии при ходьбе часто приравниваются к движениям ЦТ тела. Однако, поскольку между сегментами тела при ходьбе тоже происходит энергообмен, более точная оценка обмена энергии при измерении механической эффективности ходьбы подразумевает посегментный расчет.

9.2. Положительная и отрицательная работа

Кинетическая энергия поставляется телу мышцами. Когда мышцы выполняют положительную работу, такую, как концентрическое сокращение, они повышают общую энергию тела и передают ее к костным компонентам. При темпе от 105 до 113 полушагов в минуту наблюдается короткий всплеск положительной работы (генерация энергии), когда происходит концентрическое сокращение разгибателей бедра между постановкой пятки и постановкой ноги на полную стопу. В это же время разгибатели колена выполняют отрицательную работу (поглощение энергии) за счет своего эксцентрического действия по контролю коленного сгибания. Негативная работа также производится подошвенными сгибателями, когда нога совершает ротацию над стопой в опорной фазе. Это наблюдается в период от постановки на полную стопу и в течение всего периода середины опоры. Однако в это же время производится положительная работа разгибателями колена (разгибание колена после постановки на полную стопу). С одной стороны, положительная работа подошвенных сгибателей и сгибателей бедра в конечной стадии опорного периода и начале переноса повышает уровень энергии тела. В середине переноса (с противоположной стороны это будет середина опоры) потенциальная энергия тела достигает максимума. С другой стороны, в конце переноса отрицательная работа выполняется разгибателями бедра. Они совершают в этот период эксцентрическую работу по замедлению ноги и подготовке ее к начальному контакту с опорой. В этой точке происходит снижение энергетического уровня тела.

Положительная энергия, генерируемая мышцами бедра во время концентрического сокращения при нормальной ходьбе мужчины с темпом 180 полушагов в минуту, почти удваивает количество энергии, поглощенной мышцами бедра во время эксцентрического сокращения. В голеностопном суставе положительная энергия, которая генерируется концентрическим мышечным действием, почти в 3 раза превышает количество энергии, поглощенной во время эксцентрического действия. В соответствии с моделью, разработанной Kepple, эксцентрическая активность подошвенных сгибателей создает ускорение вперед ГРТ и ЦТ, поскольку момент, действующий через сустав, создает в нем силу реакции, которая передается по кинематической цепочке и придает ускорение всем ее звеньям. Ускорения, создаваемые суставом, не зависят от скорости и, таким образом, от типа сокращения. Колено, в отличие от бедра и лодыжки, поглощает в цикле ходьбы при эксцентрическом мышечном действии больше энергии, чем вырабатывает. При медленной и нормальной скорости ходьбы у здоровых людей сгибатели и разгибатели бедра дают примерно 25 % всей концентрической работы. Подошвенные сгибатели лодыжки дают около 66 % и около 8 % — разгибатели колена. Сумма всех приростов энергий за данный период выражается в абсолютной величине положительной работы. Аналогичным образом сумма всех поглощенных энергий за этот же период дает количество проделанной отрицательной работы. Работа, необходимая для перемещения тела при ходьбе, есть абсолютная сумма положительных и отрицательных энергетических изменений в теле. Кривая общей энергии тела дает нам показатель затрат механической энергии при прохождении конкретной дистанции.

Eng и Winter обнаружили, что хотя 74 % всей работы бедра выполняется в сагиттальной плоскости, 23 % его работы в форме эксцентрического сокращения отводящих мышц бедра, направленного на контроль ухода таза вниз во фронтальной плоскости. Kepple показал, что моменты отводящих мышц не оказывают существенного влияния на вертикальное ускорение ГРТ во время одноопорной фазы, поскольку момент отведения бедра, удерживающий уровень ЦТ, также вызывает ускорение сгибателя колена, а это уже ведет к потере устойчивости ноги. Разгибателям колена проходится сокращаться, чтобы предотвратить такое нарушение равновесия.

Глава 10 КИНЕТИКА ХОДЬБЫ

10.1. Внешние и внутренние силы