Как человек двигается: теория и практика биомеханики

Движение - неотъемлемая часть нашей жизни. Но мы редко задумываемся, как устроен этот удивительный механизм человеческого тела, позволяющий нам ходить, бегать, плавать и летать. В этой статье мы разберем, как человек двигается на уровне мышц, суставов и нервной системы. Узнаем последние открытия в области биомеханики. И сделаем практические выводы о том, как улучшить подвижность своего тела с помощью простых физических упражнений.

1. Костно-мышечная система человека

Основу двигательной активности человека составляют три компонента:

• Кости скелета - опорная часть, к которой крепятся мышцы
• Мышцы - «мотор», сокращения которого приводят тело в движение
• Суставы - соединения между костями, обеспечивающие подвижность

Строение и функции костей

У взрослого человека насчитывается 206 костей. Они отличаются по форме, размерам и выполняемым функциям. Например, длинные трубчатые кости конечностей служат рычагами и опорами. Плоские кости черепа защищают мозг, а мелкие косточки в ухе передают звуковые колебания.

Химический состав костей включает 70% минеральных солей, 22% органики и 8% воды. Благодаря минералам кости обладают твердостью и прочностью, выдерживая нагрузки в несколько тонн. Например, бедренная кость может выдержать давление свыше 1,5 тонны, не ломаясь.

Основные мышцы человека

В организме насчитывается более 600 мышц. Они бывают поперечнополосатые и гладкие. Первые управляются сознательно, вторые - бессознательно. Например, сердце и кишечник состоят из гладких мышц.

Крупнейшие поперечнополосатые мышцы:

1. Ягодичные - разгибают бедро при ходьбе и беге
2. Икроножные - участвуют в прыжках и беге
3. Дельтовидные - поднимают руки в плечевых суставах
4. Широчайшие спины - отвечают за движение лопаток

Все мышцы работают парами: одна сокращается, другая растягивается. Например, сгибая локоть, бицепс сокращается, а трицепс растягивается. Это позволяет мышцам по очереди напрягаться и расслабляться.

Типы соединений костей

Между костями существуют 3 основных типа соединений:

1. Неподвижные - кости черепа, таза. Плотно прилегают друг к другу
2. Полуподвижные - позволяют небольшое скольжение. Например, между позвонками
3. Подвижные суставы - наибольшую свободу перемещений. В коленных, лучезапястных, плечевых

Строение суставов

Сустав состоит из:

• Суставных поверхностей костей
• Хряща - смягчает трение костей
• Капсулы и связок - удерживают кости вместе
• Синовиальной жидкости - смазывает хрящ

Благодаря такому строению трение в 10-50 раз меньше, чем без смазки. А связки ограничивают подвижность, не давая суставу выйти из строя.

Как человек двигается

Итак мы разобрали как человек двигается на уровне костно-мышечной системы. Дальше перейдем к тому, как мозг управляет работой мышц через нервную систему.

2. Нервная система и управление движениями

Хотя мышцы способны к сокращению, сами по себе они не могут это контролировать. За движения отвечает нервная система, отправляющая импульсы к мышцам.

Строение нервной системы

Нервная система делится на центральную и периферическую. Первая находится в головном и спинном мозге, вторая - в нервах, иннервирующих все органы и ткани.

Из клеток нервной системы состоят нейроны. Они генерируют и проводят нервные импульсы от мозга к мышцам со скоростью до 120 м/с.

Как мозг посылает сигналы к мышцам

Когда мозг принимает решение выполнить движение, он посылает импульсы к мотонейронам спинного мозга.

Мотонейроны стимулируют мышечные волокна, вызывая их сокращение. Чем выше частота импульсов от мозга, тем сильнее будет сокращение.

Рефлексы

Помимо произвольных движений существуют рефлексы - автоматические ответы мышц на внешние раздражители.

Например, укол пальца вызывает рефлекторное отдергивание руки. Сигнал при этом проходит только 2-3 нейрона, не доходя до мозга.

Формирование сложных двигательных программ

Ходьба, плавание, танцы - все это запрограммированные модели движений. Мозг координирует сотни мышц, чтобы обеспечить плавность и точность.

Для освоения новых движений требуется многократное повторение. Постепенно вырабатывается двигательный навык и движения автоматизируются.