Statica e dinamica del corpo umano: centro di gravità

La posizione verticale del corpo umano, il suo movimento nello spazio, i vari tipi di movimento (camminare, correre, saltare) si sono sviluppati nel corso di una lunga evoluzione, parallelamente alla formazione dell'uomo come specie. Nel processo di antropogenesi, in relazione al passaggio degli antenati umani alle condizioni di esistenza terrestri e, successivamente, al movimento su due arti (inferiori), l'anatomia dell'intero organismo, le sue singole parti, gli organi, compreso il sistema muscolo-scheletrico, sono cambiati significativamente. Il bipedismo ha liberato l'arto superiore dalla funzione muscolo-scheletrica. L'arto superiore si è trasformato in un organo del lavoro – una mano – e ha potuto migliorare ulteriormente la destrezza nei movimenti. Questi cambiamenti, derivanti da una funzione qualitativamente nuova, si sono riflessi nella struttura di tutti i componenti del cingolo scapolare e della sezione libera dell'arto superiore. Il cingolo scapolare non serve solo da supporto per l'arto superiore libero, ma ne aumenta significativamente la mobilità. Grazie al collegamento della scapola allo scheletro del corpo principalmente tramite i muscoli, essa acquisisce una maggiore libertà di movimento. La scapola partecipa a tutti i movimenti eseguiti dalla clavicola. Inoltre, la scapola può muoversi liberamente indipendentemente dalla clavicola. Nell'articolazione multiassiale della spalla, a forma di sfera e cavità, circondata da muscoli su quasi tutti i lati, le caratteristiche anatomiche della struttura consentono movimenti lungo ampi archi su tutti i piani. La specializzazione delle funzioni è particolarmente evidente nella struttura della mano. Grazie allo sviluppo di dita lunghe e molto mobili (principalmente il pollice), la mano è diventata un organo complesso che esegue azioni fini e differenziate.

L'arto inferiore, avendo sostenuto l'intero peso corporeo, si è adattato esclusivamente alla funzione muscolo-scheletrica. La posizione verticale del corpo, la postura eretta, si riflette nella struttura e nelle funzioni della cintura pelvica e della sezione libera dell'arto inferiore. La cintura pelvica, come una robusta struttura arcuata, si adatta al trasferimento del peso del tronco, della testa e degli arti superiori sulle teste del femore. L'inclinazione del bacino di 45-65°, stabilita nel processo di antropogenesi, contribuisce al trasferimento del peso corporeo sugli arti inferiori liberi nelle condizioni biomeccaniche più favorevoli per la posizione verticale del corpo. Il piede ha acquisito una struttura arcuata, che ne ha aumentato la capacità di sopportare il peso corporeo e di agire come una leva flessibile durante il movimento. I muscoli dell'arto inferiore si sono sviluppati fortemente, adattandosi all'esecuzione di carichi statici e dinamici. Rispetto ai muscoli dell'arto superiore, i muscoli dell'arto inferiore presentano una massa maggiore.

Agli arti inferiori, i muscoli presentano ampie superfici di supporto e un'ampia applicazione della forza muscolare. I muscoli degli arti inferiori sono più grandi e più forti di quelli degli arti superiori. Agli arti inferiori, gli estensori sono più sviluppati dei flessori. Ciò è dovuto al fatto che gli estensori svolgono un ruolo fondamentale nel mantenere il corpo in posizione eretta e in movimento (camminando, correndo).

Nel braccio, i flessori di spalla, avambraccio e mano sono concentrati nella parte anteriore, poiché il lavoro svolto dalle mani viene eseguito davanti al corpo. I movimenti di presa sono eseguiti dalla mano, che è influenzata da un numero maggiore di flessori rispetto agli estensori. L'arto superiore presenta anche più muscoli rotatori (pronatori, supinatori) rispetto all'arto inferiore. Sono molto più sviluppati nell'arto superiore che in quello inferiore. Il rapporto tra la massa dei pronatori e dei supinatori del braccio e quella dei restanti muscoli dell'arto superiore è di 1:4,8. Nell'arto inferiore, il rapporto tra la massa dei muscoli rotatori e quella dei restanti muscoli è di 1:29,3.

La fascia e le aponeurosi dell'arto inferiore sono molto più sviluppate di quelle dell'arto superiore a causa della maggiore espressione di forza sotto carichi statici e dinamici. L'arto inferiore possiede meccanismi aggiuntivi che contribuiscono a mantenere il corpo in posizione verticale e a garantirne il movimento nello spazio. La cintura dell'arto inferiore è collegata quasi immobile al sacro e costituisce un supporto naturale per il tronco. La tendenza del bacino a inclinarsi all'indietro sulle teste dei femori è impedita dal legamento ileo-femorale altamente sviluppato dell'articolazione dell'anca e da una muscolatura forte. Inoltre, la verticale della gravità corporea, che passa davanti all'asse trasverso dell'articolazione del ginocchio, contribuisce meccanicamente a mantenere l'articolazione del ginocchio in posizione estesa.

A livello dell'articolazione della caviglia, in posizione eretta, l'area di contatto tra le superfici articolari di tibia e astragalo aumenta. Ciò è facilitato dal fatto che i malleoli mediale e laterale abbracciano la sezione anteriore, più ampia, del blocco astragalico. Inoltre, gli assi frontali delle articolazioni della caviglia destra e sinistra sono disposti l'uno rispetto all'altro formando un angolo aperto verso la parte posteriore. La verticale della gravità corporea passa in avanti rispetto alle articolazioni della caviglia. Ciò determina una sorta di schiacciamento della sezione anteriore, più ampia, del blocco astragalico tra i malleoli mediale e laterale. Le articolazioni dell'arto superiore (spalla, gomito, polso) non dispongono di tali meccanismi frenanti.

Le ossa e i muscoli del tronco, in particolare lo scheletro assiale - la colonna vertebrale, che sostiene la testa, gli arti superiori e gli organi delle cavità toracica e addominale - hanno subito profondi cambiamenti nel processo di antropogenesi. In relazione alla postura eretta, si sono formate curve nella colonna vertebrale e si sono sviluppati potenti muscoli dorsali. Inoltre, la colonna vertebrale è praticamente immobile in una robusta articolazione sacroiliaca, appaiata alla cintura degli arti inferiori (con la cintura pelvica), che in termini biomeccanici funge da ripartitore del peso del tronco sulle teste dei femori (agli arti inferiori).

Oltre ai fattori anatomici, ovvero alle caratteristiche strutturali degli arti inferiori e del busto, sviluppate nel processo di antropogenesi per mantenere il corpo in posizione eretta, garantendo equilibrio e dinamica stabili, occorre prestare particolare attenzione alla posizione del baricentro del corpo.

Il baricentro generale (CG) di una persona è il punto di applicazione della risultante di tutte le forze gravitazionali delle varie parti del suo corpo. Secondo MF Ivanitsky, il CG si trova a livello della IV vertebra sacrale e si proietta sulla superficie anteriore del corpo sopra la sinfisi pubica. La posizione del CG rispetto all'asse longitudinale del corpo e alla colonna vertebrale dipende da età, sesso, struttura ossea, muscoli e depositi di grasso. Inoltre, si verificano fluttuazioni giornaliere nella posizione del CG dovute all'accorciamento o all'allungamento della colonna vertebrale, che si verificano a causa di un'attività fisica irregolare durante il giorno e la notte. Negli anziani, la posizione del CG dipende anche dalla postura. Negli uomini, il CG si trova a livello della III vertebra lombare - V vertebra sacrale, nelle donne - 4-5 cm più in basso rispetto agli uomini, e corrisponde al livello dalla V vertebra lombare alla I vertebra coccigea. Ciò dipende, in particolare, dal maggiore accumulo di grasso sottocutaneo nella zona pelvica e dei fianchi rispetto agli uomini. Nei neonati, il baricentro si trova a livello delle vertebre toraciche V-VI, per poi spostarsi gradualmente (fino ai 16-18 anni) verso il basso e leggermente all'indietro.

La posizione del baricentro del corpo umano dipende anche dalla tipologia corporea. Nelle persone con corporatura dolicomorfa (astenici), il baricentro è situato relativamente più in basso rispetto alle persone con corporatura brachimorfa (iperstenici).

Grazie alla ricerca, è stato stabilito che il baricentro del corpo umano si trova solitamente a livello della seconda vertebra sacrale. Il filo a piombo del baricentro passa 5 cm dietro l'asse trasverso delle articolazioni dell'anca, circa 2,6 cm dietro la linea che collega i grandi trocanteri e 3 cm davanti all'asse trasverso delle articolazioni della caviglia. Il baricentro della testa si trova leggermente davanti all'asse trasverso delle articolazioni atlanto-occipitali. Il baricentro comune della testa e del corpo si trova a livello del centro del bordo anteriore della decima vertebra toracica.

Per mantenere un equilibrio stabile del corpo umano su un piano, è necessario che la perpendicolare lasciata cadere dal suo baricentro cada sull'area occupata da entrambi i piedi. Il corpo è tanto più stabile quanto più ampia è l'area di appoggio e più basso è il baricentro. Per la posizione verticale del corpo umano, il mantenimento dell'equilibrio è il compito principale. Tuttavia, tendendo i muscoli appropriati, una persona può mantenere il corpo in varie posizioni (entro certi limiti) anche quando la proiezione del baricentro è al di fuori dell'area di appoggio (forte inclinazione del corpo in avanti, lateralmente, ecc.). Allo stesso tempo, la posizione eretta e il movimento del corpo umano non possono essere considerati stabili. Con gambe relativamente lunghe, una persona ha un'area di appoggio relativamente piccola. Poiché il baricentro complessivo del corpo umano si trova relativamente in alto (a livello della seconda vertebra sacrale) e l'area di appoggio (l'area di due piante dei piedi e lo spazio tra di esse) è insignificante, la stabilità del corpo è molto ridotta. In uno stato di equilibrio, il corpo è mantenuto dalla forza delle contrazioni muscolari, che gli impedisce di cadere. Le parti del corpo (testa, busto, arti) occupano una posizione corrispondente a ciascuna di esse. Tuttavia, se il rapporto tra le parti del corpo viene alterato (ad esempio, allungando le braccia in avanti, piegando la colonna vertebrale in posizione eretta, ecc.), la posizione e l'equilibrio delle altre parti del corpo cambiano di conseguenza. I momenti statici e dinamici dell'azione muscolare sono direttamente correlati alla posizione del baricentro del corpo. Poiché il baricentro dell'intero corpo si trova a livello della seconda vertebra sacrale, dietro la linea trasversale che collega i centri delle articolazioni dell'anca, la tendenza del busto (insieme al bacino) a inclinarsi all'indietro è contrastata da muscoli e legamenti altamente sviluppati che rinforzano le articolazioni dell'anca. Ciò garantisce l'equilibrio dell'intera parte superiore del corpo, che viene mantenuta in posizione eretta sulle gambe.

La tendenza del corpo a cadere in avanti quando si è in posizione eretta è dovuta alla linea verticale del baricentro che passa in avanti (di 3-4 cm) rispetto all'asse trasversale delle articolazioni della caviglia. La caduta è contrastata dall'azione dei muscoli della parte posteriore della gamba. Se la linea verticale del baricentro si sposta ancora più in avanti, fino alle dita dei piedi, allora, contraendo i muscoli posteriori della gamba, il tallone viene sollevato, sollevato dal piano di appoggio, la linea verticale del baricentro si sposta in avanti e le dita dei piedi fungono da supporto.

Oltre a sostenere, gli arti inferiori svolgono una funzione locomotoria, muovendo il corpo nello spazio. Ad esempio, quando si cammina, il corpo umano compie un movimento in avanti, appoggiandosi alternativamente su una gamba e poi sull'altra. In questo caso, le gambe compiono alternativamente movimenti simili a quelli di un pendolo. Durante la camminata, uno degli arti inferiori in un dato momento funge da appoggio (posteriore), l'altro è libero (anteriore). A ogni nuovo passo, la gamba libera diventa un appoggio e la gamba d'appoggio viene portata in avanti e diventa libera.

La contrazione dei muscoli dell'arto inferiore durante la deambulazione aumenta significativamente la curvatura della pianta del piede, aumentando la curvatura dei suoi archi trasversali e longitudinali. Allo stesso tempo, in questo momento, il busto si inclina leggermente in avanti insieme al bacino sulle teste dei femori. Se il primo passo viene eseguito con il piede destro, poi il tallone destro, poi la parte centrale della pianta e le dita del piede si sollevano sopra il piano di appoggio, la gamba destra si piega all'altezza delle articolazioni dell'anca e del ginocchio e viene portata in avanti. Allo stesso tempo, l'articolazione dell'anca di questo lato e il busto seguono in avanti la gamba libera. Questa gamba (destra), con una contrazione energica del muscolo quadricipite della coscia, si raddrizza all'altezza dell'articolazione del ginocchio, tocca la superficie di appoggio e diventa la gamba di appoggio. In questo momento, l'altra gamba, la sinistra (fino a questo momento la gamba posteriore, di appoggio) si stacca dal piano di appoggio, viene portata in avanti, diventando la gamba libera anteriore. In questo momento, la gamba destra rimane indietro come gamba di appoggio. Insieme all'arto inferiore, il corpo si muove in avanti e leggermente verso l'alto. Pertanto, entrambi gli arti eseguono alternativamente gli stessi movimenti in una sequenza rigorosamente definita, sostenendo il corpo prima da un lato, poi dall'altro, e spingendolo in avanti. Tuttavia, durante la camminata, non c'è un momento in cui entrambe le gambe vengano staccate simultaneamente dal terreno (il piano di appoggio). L'arto anteriore (libero) riesce sempre a toccare il piano di appoggio con il tallone prima che la gamba posteriore (di appoggio) si stacchi completamente da esso. Ecco perché camminare differisce dalla corsa e dal salto. Allo stesso tempo, durante la camminata, c'è un momento in cui entrambe le gambe toccano simultaneamente il terreno, con la gamba di appoggio che tocca l'intera pianta del piede e la gamba libera che tocca le dita del piede. Più veloce è la camminata, più breve è il momento di contatto simultaneo di entrambe le gambe con il piano di appoggio.

Tracciando i cambiamenti nella posizione del baricentro durante la deambulazione, si può notare il movimento dell'intero corpo in avanti, verso l'alto e lateralmente sui piani orizzontale, frontale e sagittale. Lo spostamento maggiore si verifica in avanti sul piano orizzontale. Lo spostamento verso l'alto e verso il basso è di 3-4 cm, e lateralmente (oscillazioni laterali) di 1-2 cm. La natura e l'entità di questi spostamenti sono soggette a fluttuazioni significative e dipendono da età, sesso e caratteristiche individuali. La combinazione di questi fattori determina l'individualità dell'andatura, che può variare sotto l'influenza dell'allenamento. In media, la lunghezza di un passo normale a riposo è di 66 cm e impiega 0,6 secondi.

Accelerando la camminata, il passo si trasforma in una corsa. Correre differisce dalla camminata in quanto prevede appoggi alternati e il contatto con la superficie di appoggio prima con un piede e poi con l'altro.

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