Estática e dinâmica do corpo humano: centro de gravidade

A posição vertical do corpo humano, seu movimento no espaço e vários tipos de movimentos (andar, correr, pular) desenvolveram-se ao longo de uma longa evolução, juntamente com a formação do homem como espécie. No processo de antropogênese, em conexão com a transição dos ancestrais humanos para as condições terrestres de existência e, posteriormente, para o movimento sobre dois membros (inferiores), a anatomia de todo o organismo, suas partes individuais e órgãos, incluindo o sistema musculoesquelético, mudou significativamente. O bipedalismo libertou o membro superior da função musculoesquelética. O membro superior tornou-se um órgão de trabalho – a mão – e pôde aprimorar ainda mais a destreza dos movimentos. Essas mudanças, como resultado de uma função qualitativamente nova, refletiram-se na estrutura de todos os componentes da cintura escapular e da parte livre do membro superior. A cintura escapular serve não apenas como suporte para o membro superior livre, como também aumenta significativamente sua mobilidade. Devido ao fato de a escápula estar conectada ao esqueleto do corpo principalmente com a ajuda dos músculos, ela adquire maior liberdade de movimento. A escápula participa de todos os movimentos realizados pela clavícula. Além disso, a escápula pode se mover livremente, independentemente da clavícula. Na articulação esférica multiaxial do ombro, que é cercada por músculos em quase todos os lados, as características anatômicas da estrutura permitem movimentos ao longo de grandes arcos em todos os planos. A especialização de funções é especialmente perceptível na estrutura da mão. Graças ao desenvolvimento de dedos longos e muito móveis (principalmente o polegar), a mão tornou-se um órgão complexo que realiza ações finas e diferenciadas.

O membro inferior, tendo assumido todo o peso do corpo, adaptou-se exclusivamente à função musculoesquelética. A posição vertical do corpo e a postura ereta refletem-se na estrutura e nas funções da cintura pélvica e da parte livre do membro inferior. A cintura pélvica, como uma estrutura arqueada e forte, adapta-se à transferência do peso do tronco, da cabeça e dos membros superiores para as cabeças do fêmur. A inclinação da pelve de 45 a 65°, estabelecida no processo de antropogênese, contribui para a transferência do peso corporal para os membros inferiores livres nas condições biomecânicas mais favoráveis à posição vertical do corpo. O pé adquiriu uma estrutura arqueada, o que aumentou sua capacidade de suportar o peso do corpo e atuar como uma alavanca flexível ao movê-lo. Os músculos do membro inferior desenvolveram-se fortemente, adaptando-se à execução de cargas estáticas e dinâmicas. Comparados aos músculos do membro superior, os músculos do membro inferior possuem maior massa.

Nos membros inferiores, os músculos possuem amplas superfícies de apoio e aplicação de força muscular. Os músculos dos membros inferiores são maiores e mais fortes do que os dos membros superiores. Nos membros inferiores, os extensores são mais desenvolvidos do que os flexores. Isso se deve ao fato de que os extensores desempenham um papel importante na manutenção da postura ereta e em movimento (caminhada, corrida).

No braço, os flexores do ombro, antebraço e mão concentram-se na parte anterior, uma vez que o trabalho realizado pelas mãos é realizado na frente do corpo. Os movimentos de preensão são realizados pela mão, que é afetada por um número maior de flexores do que extensores. O membro superior também possui mais músculos rotacionais (pronadores e supinadores) do que o inferior. Eles são muito mais desenvolvidos no membro superior do que no inferior. A massa dos pronadores e supinadores do braço está relacionada aos demais músculos do membro superior como 1:4,8. No membro inferior, a proporção da massa dos músculos rotacionais em relação aos demais é de 1:29,3.

A fáscia e as aponeuroses do membro inferior são muito mais desenvolvidas do que as do membro superior devido à maior manifestação de força sob cargas estáticas e dinâmicas. O membro inferior possui mecanismos adicionais que ajudam a manter o corpo em posição vertical e garantem seu movimento no espaço. A cintura escapular do membro inferior está quase imóvel conectada ao sacro e é um suporte natural para o tronco. A tendência da pelve de se inclinar para trás sobre as cabeças dos fêmures é evitada pelo ligamento iliofemoral altamente desenvolvido da articulação do quadril e por músculos fortes. Além disso, a vertical da gravidade do corpo, passando à frente do eixo transversal da articulação do joelho, ajuda mecanicamente a manter a articulação do joelho em uma posição estendida.

Ao nível da articulação do tornozelo, em pé, a área de contato entre as superfícies articulares da tíbia e do tálus aumenta. Isso é facilitado pelo fato de os maléolos medial e lateral envolverem a parte anterior e mais larga do bloco do tálus. Além disso, os eixos frontais das articulações do tornozelo direito e esquerdo estão dispostos um em relação ao outro em um ângulo aberto para trás. A vertical da gravidade do corpo passa para a frente em relação às articulações do tornozelo. Isso leva a uma espécie de pinçamento da parte anterior e mais larga do bloco do tálus entre os maléolos medial e lateral. As articulações do membro superior (ombro, cotovelo, punho) não possuem tais mecanismos de frenagem.

Os ossos e músculos do tronco, especialmente o esqueleto axial – a coluna vertebral, que sustenta a cabeça, os membros superiores e os órgãos das cavidades torácica e abdominal – sofreram profundas mudanças no processo de antropogênese. Em conexão com a postura ereta, curvas na coluna vertebral foram formadas e poderosos músculos dorsais se desenvolveram. Além disso, a coluna vertebral é praticamente imóvel em uma forte articulação sacroilíaca pareada com a cintura escapular (cintura pélvica), que, em termos biomecânicos, serve como distribuidora do peso do tronco para as cabeças do fêmur (para os membros inferiores).

Juntamente com os fatores anatômicos - as características estruturais dos membros inferiores e do tronco, desenvolvidas no processo de antropogênese para manter o corpo em posição ereta, garantindo equilíbrio e dinâmica estáveis, atenção especial deve ser dada à posição do centro de gravidade do corpo.

O centro de gravidade geral (CG) de uma pessoa é o ponto de aplicação da resultante de todas as forças gravitacionais das partes do seu corpo. Segundo M. F. Ivanitsky, o CG está localizado ao nível da IV vértebra sacral e é projetado na superfície anterior do corpo acima da sínfise púbica. A posição do CG em relação ao eixo longitudinal do corpo e da coluna vertebral depende da idade, sexo, ossos esqueléticos, músculos e depósitos de gordura. Além disso, há flutuações diárias na posição do CG devido ao encurtamento ou alongamento da coluna vertebral, que ocorrem devido à atividade física irregular durante o dia e à noite. Em idosos e idosos, a posição do CG também depende da postura. Nos homens, o CG está localizado ao nível da III vértebra lombar - V vértebra sacral, nas mulheres - 4-5 cm mais baixo do que nos homens, e corresponde ao nível da V vértebra lombar à I vértebra coccígea. Isso depende, em particular, da maior deposição de gordura subcutânea na região pélvica e do quadril do que nos homens. Nos recém-nascidos, o centro de gravidade está ao nível das vértebras torácicas V-VI e, então, gradualmente (até os 16-18 anos), ele se move para baixo e ligeiramente para trás.

A posição do CG do corpo humano também depende do tipo físico. Em pessoas com um tipo físico dolicomórfico (astênicos), o CG está localizado relativamente mais abaixo do que em pessoas com um tipo físico braquimórfico (hiperstênicos).

Como resultado da pesquisa, estabeleceu-se que o centro de gravidade do corpo humano geralmente está localizado ao nível da segunda vértebra sacral. A linha de prumo do centro de gravidade passa 5 cm atrás do eixo transversal das articulações do quadril, aproximadamente 2,6 cm atrás da linha que conecta os trocanteres maiores e 3 cm à frente do eixo transversal das articulações do tornozelo. O centro de gravidade da cabeça está localizado ligeiramente à frente do eixo transversal das articulações atlanto-occipitais. O centro de gravidade comum da cabeça e do corpo está ao nível do meio da borda anterior da décima vértebra torácica.

Para manter o equilíbrio estável do corpo humano em um plano, é necessário que a perpendicular descida do seu centro de gravidade incida sobre a área ocupada por ambos os pés. O corpo fica mais firme quanto mais ampla for a área de apoio e mais baixo for o centro de gravidade. Para a posição vertical do corpo humano, manter o equilíbrio é a principal tarefa. No entanto, ao tensionar os músculos apropriados, uma pessoa pode manter o corpo em várias posições (dentro de certos limites), mesmo quando a projeção do centro de gravidade está fora da área de apoio (forte inclinação do corpo para a frente, para os lados, etc.). Ao mesmo tempo, ficar em pé e se mover não pode ser considerado estável. Com pernas relativamente longas, uma pessoa tem uma área de apoio relativamente pequena. Como o centro de gravidade geral do corpo humano está localizado relativamente alto (ao nível da segunda vértebra sacral) e a área de apoio (a área das duas solas dos pés e o espaço entre elas) é insignificante, a estabilidade do corpo é muito pequena. Em um estado de equilíbrio, o corpo é sustentado pela força das contrações musculares, o que o impede de cair. As partes do corpo (cabeça, tronco, membros) ocupam uma posição correspondente a cada uma delas. No entanto, se a proporção das partes do corpo for alterada (por exemplo, esticar os braços para a frente, dobrar a coluna ao ficar em pé, etc.), a posição e o equilíbrio das outras partes do corpo mudam de acordo. Os momentos estáticos e dinâmicos da ação muscular estão diretamente relacionados à posição do centro de gravidade do corpo. Como o centro de gravidade de todo o corpo está localizado ao nível da segunda vértebra sacral, atrás da linha transversal que conecta os centros das articulações do quadril, a tendência do tronco (junto com a pelve) de se inclinar para trás é resistida por músculos e ligamentos altamente desenvolvidos que fortalecem as articulações do quadril. Isso garante o equilíbrio de toda a parte superior do corpo, que é mantida ereta sobre as pernas.

A tendência do corpo a cair para a frente em pé deve-se à linha vertical do centro de gravidade que se desloca para a frente (3 a 4 cm) a partir do eixo transversal das articulações do tornozelo. A queda é resistida pela ação dos músculos da parte posterior da perna. Se a linha vertical do centro de gravidade se deslocar ainda mais para a frente – em direção aos dedos dos pés –, então, ao contrair os músculos da parte posterior da perna, o calcanhar é elevado, desviado do plano de apoio, a linha vertical do centro de gravidade se desloca para a frente e os dedos dos pés servem de apoio.

Além de apoiar, os membros inferiores desempenham uma função locomotora, movimentando o corpo no espaço. Por exemplo, ao caminhar, o corpo humano se move para a frente, apoiando-se alternadamente em uma perna e depois na outra. Nesse caso, as pernas alternadamente realizam movimentos pendulares. Ao caminhar, um dos membros inferiores, em determinado momento, é um apoio (atrás), enquanto o outro está livre (à frente). A cada novo passo, a perna livre se torna um apoio, e a perna de apoio é trazida para a frente e se torna livre.

A contração dos músculos do membro inferior durante a caminhada aumenta significativamente a curvatura da planta do pé, aumentando a curvatura de seus arcos transversais e longitudinais. Ao mesmo tempo, neste momento, o tronco se inclina ligeiramente para a frente, juntamente com a pelve sobre as cabeças dos fêmures. Se o primeiro passo for iniciado com o pé direito, depois o calcanhar direito, depois o meio da planta e os dedos do pé se elevam acima do plano de apoio, a perna direita flexiona as articulações do quadril e do joelho e é trazida para a frente. Ao mesmo tempo, a articulação do quadril deste lado e o tronco seguem para a frente, seguindo a perna livre. Esta perna (direita), com uma contração vigorosa do músculo quadríceps da coxa, se endireita na articulação do joelho, toca a superfície de apoio e se torna o suporte. Neste momento, a outra perna esquerda (até este momento a perna de apoio traseira) sai do plano de apoio, é trazida para a frente, tornando-se a perna livre da frente. Neste momento, a perna direita permanece atrás como perna de apoio. Juntamente com o membro inferior, o corpo se move para a frente e ligeiramente para cima. Assim, ambos os membros realizam alternadamente os mesmos movimentos em uma sequência estritamente definida, apoiando o corpo primeiro de um lado, depois do outro, e empurrando-o para a frente. No entanto, durante a caminhada, não há um momento em que ambas as pernas sejam arrancadas simultaneamente do chão (o plano de apoio). O membro anterior (livre) sempre consegue tocar o plano de apoio com o calcanhar antes que a perna traseira (de apoio) seja completamente separada dele. É assim que caminhar difere de correr e pular. Ao mesmo tempo, ao caminhar, há um momento em que ambas as pernas tocam o chão simultaneamente, com a perna de apoio tocando toda a sola e a perna livre tocando os dedos dos pés. Quanto mais rápido for a caminhada, menor será o momento de contato simultâneo de ambas as pernas com o plano de apoio.

Ao traçar as mudanças na posição do centro de gravidade durante a caminhada, pode-se notar o movimento de todo o corpo para a frente, para cima e para os lados nos planos horizontal, frontal e sagital. O maior deslocamento ocorre para a frente no plano horizontal. O deslocamento para cima e para baixo é de 3 a 4 cm, e para os lados (oscilações laterais) - 1 a 2 cm. A natureza e a extensão desses deslocamentos estão sujeitas a flutuações significativas e dependem da idade, sexo e características individuais. A combinação desses fatores determina a individualidade da marcha, que pode mudar sob a influência do treinamento. Em média, o comprimento de um passo calmo normal é de 66 cm e leva 0,6 s.

Quando a caminhada acelera, o passo se transforma em corrida. Correr difere de caminhar porque envolve apoio alternado e contato com a superfície de apoio com um pé e depois com o outro.

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