Межфаланговый сустав имеет степеней свободы

Предлагаем ознакомится со статьей на тему: "Межфаланговый сустав имеет степеней свободы" от профессионалов для людей. Предлагаем полное описание проблематики и методологии.

Межфаланговый сустав имеет степеней свободы

Если у физического тела нет никаких ограничений (связей), оно может двигаться в пространстве во всех трех измерениях, т. е. относительно трех взаимно перпендикулярных осей (поступательно), а также вокруг них (вращательно). Следовательно, у такого тела шесть степеней свободы движения (рис. 1(в)).

Каждая связь уменьшает число степеней свободы. Зафиксировав одну точку свободного тела, сделав его звеном пары, сразу лишают его трех степеней свободы — возможных линейных перемеще­ний вдоль трех основных осей координат. Примером может служить шаровидный сустав — тазобедренный, в котором три степени свободы из шести (возможно вращение относительно трех осей) (рис. 1 (г)). Закрепление двух точек звена говорит о наличии оси, проходящей через эти точки. В таком случае остается одна степень свободы. Пример подобного ограничения — одноосный сустав, например межфаланговый (рис. 1 (д)). Закрепление третьей точки, не лежащей на этой оси, полностью лишает звено свободы движений (рис. 10 (ё)). Такое соеди­нение к суставам не относится. В анатомии выделяют также двуосные суставы; они имеют вторую степень свободы вследствие неконгруэнтности (неполного соответствия по форме) суставных поверхностей (суставы лучезапястный и пястнофаланговый 1-го пальца).

Почти во всех суставах (кроме межфаланговых, лучелоктевых и атлантоосевого) степеней свободы больше, чем одна. Поэтому ус­тройство пассивного аппарата в них обусловливает неопределенность движений, множество возможностей движений («неполносвязный механизм»). Управляющие воздействия мышц вызывают дополнительные связи и оставляют для движения только одну степень свободы («полносвязный механизм»). Так обеспечивается одна-единственная возможность движений — именно та, которая требуется.

Каждая биомеханическая пара многоосного сустава заключает в себе возможности многих механизмов (А. А. Ухтомский). Из множес­тва возможностей при помощи управляющих воздействий мышц выделяют заданное управляемое движение. Биокинематические соеди­нения богаче возможностями, чем кинематические соединения в тех­нических механизмах, но управление ими сложнее.

Следовательно, множество степеней свободы кинематической пары в многоосных суставах требует для выполнения каждого определенного движения:

а) выбора необходимой траектории,

б) управления движе­нием по траектории (направлением и величиной скорости) и

в) регу­ляции движения, понимаемой как борьба с помехами, сбивающими с траектории.

Механизм синаптической передачи
Передача осуществляется в два главных этапа. 1. Преобразование электрического сигнала в химический (электросекреторное сопряжение). ПД, поступивший в пресинаптическое окончание, вызывает его деполяризацию, открывающую потенциалзависимые .

[2]

Типы видообразования
До сих пор наше внимание было сосредоточено главным образом на скоростях молекулярной и морфологической эволюции, и нам удалось выбрать количественные показатели, приемлемые для нескольких эволюционных процессов. Однако такие показатели, .

Естественнонаучная картина мира в исторической динамике культуры. Научные картины мира и научные революции в истории естествознания
Объектами естествознания являются: природа в целом, а так же биологические (естественные) начала человека и общества. Данные объекты исследуются различными специализированными областями естествознания (биология, физика, химия, космология .

Степени свободы и связи движений

Если у физического тела нет никаких ограничений (связей), оно может двигаться в пространстве во всех трех измерениях, т. е. относительно трех взаимно перпендикулярных осей (поступательно), а также вокруг них (вращательно). Следовательно, у такого тела шесть степеней свободы движения (рис. 1(в)).

Каждая связь уменьшает число степеней свободы. Зафиксировав одну точку свободного тела, сделав его звеном пары, сразу лишают его трех степеней свободы — возможных линейных перемеще-ний вдоль трех основных осей координат. Примером может служить шаровидный сустав — тазобедренный, в котором три степени свободы из шести (возможно вращение относительно трех осей) (рис. 1 (г)). Закрепление двух точек звена говорит о наличии оси, проходящей через эти точки. В таком случае остается одна степень свободы. Пример подобного ограничения — одноосный сустав, например межфаланговый (рис. 1 (д)). Закрепление третьей точки, не лежащей на этой оси, полностью лишает звено свободы движений (рис. 10 (ё)). Такое соеди-нение к суставам не относится. В анатомии выделяют также двуосные суставы; они имеют вторую степень свободы вследствие неконгруэнтности (неполного соответствия по форме) суставных поверхностей (суставы лучезапястный и пястнофаланговый 1-го пальца).

Почти во всех суставах (кроме межфаланговых, лучелоктевых и атлантоосевого) степеней свободы больше, чем одна. Поэтому ус-тройство пассивного аппарата в них обусловливает неопределенность движений, множество возможностей движений («неполносвязный механизм»). Управляющие воздействия мышц вызывают дополнительные связи и оставляют для движения только одну степень свободы («полносвязный механизм»). Так обеспечивается одна-единственная возможность движений — именно та, которая требуется.

Каждая биомеханическая пара многоосного сустава заключает в себе возможности многих механизмов (А. А. Ухтомский). Из множес-тва возможностей при помощи управляющих воздействий мышц выделяют заданное управляемое движение. Биокинематические соеди-нения богаче возможностями, чем кинематические соединения в тех-нических механизмах, но управление ими сложнее.

Следовательно, множество степеней свободы кинематической пары в многоосных суставах требует для выполнения каждого определенного движения:

а) выбора необходимой траектории,

б) управления движе-нием по траектории (направлением и величиной скорости) и

в) регу-ляции движения, понимаемой как борьба с помехами, сбивающими с траектории.

Звенья тела как рычаги и маятники

Разбиение тела человека на звенья позволяет представить эти звенья как механические рычаги и маятники, потому что все эти звенья имеют точки соединения, которые можно рассматривать либо как точки опоры (для рычага), либо как точки отвеса (для маятника).

Рычаг характеризуется расстоянием между точкой приложения силы и точкой вращения. Рычаги бывают первого и второго рода.

Рычаг первого рода или рычаг равновесия состоит только из одного звена. Пример — крепление черепа к позвоночнику.

Рычаг второго рода характеризуется наличием двух звеньев. Условно можно выделить рычаг скорости и рычаг силы в зависимости от того, что преобладает в их действиях. Рычаг скорости дает выигрыш в скорости при совершенствовании работы. Пример — локтевой сустав с грузом на ладони. Рычаг силы дает выигрыш в силе. Пример — стопа на пальцах.

Читайте так же:  Очередь на замену коленного сустава по квоте

Поскольку тело человека выполняет свои движения в трехмерном пространстве, то его звенья характеризуются степенями свободы, т.е. возможностью совершать поступательные и вращательные движения во всех измерениях. Если звено закреплено в одной точке, то оно способно совершать вращательные движения и мы можем сказать, что оно имеет три степени свободы.

Закрепление звена приводит к образованию связи, т.е. связанному движению закрепленного звена с точкой закрепления.

Поскольку руки и ноги человека могут совершать колебательные движения, то к механике их движения применимы те же формулы, что и для простых механических маятников. Основные вывод их них — собственная частота колебаний не зависит от массы качающегося тела, но зависит от его длины (при увеличении длины частота колебаний уменьшается).

Делая частоту шагов при ходьбе или беге или гребков при плавании или гребле резонансной (т.е. близкой к собственной частоте колебаний руки или ноги), удается минимизировать затраты энергии. При наиболее экономичном сочетании частоты и длины шагов или гребков человек демонстрирует существенный рост работоспособности. Простой пример: при беге высокий спортсмен имеет большую длину шага и меньшую частоту шагов, чем более низкорослый спортсмен, при равной с ним скорости передвижения.

Пястно-фаланговые суставы

Это суставы мыщелкового типа (рис. 26, пястно-фаланговые суставы, вид сзади) с движениями по отношению к двум осям, расположенным под прямым углом, и с двумя степенями свободы:

  • сгибание и разгибание в сагиттальной плоскости по отношению к поперечной оси YY′ (красный цвет);
  • приведение и отведение во фронтальной плоскости по отношению к переднезадней оси XX′ (синий цвет).

Головка пястной кости А имеет двояковыпуклую суставную поверхность, более широкую спереди, чем сзади.

Основание проксимальной фаланги В имеет двояковогнутую суставную поверхность В , значительно меньшую по площади по сравнению с головкой пястной кости. Эта поверхность увеличивается спереди за счет фиброзно-хрящевой пластинки или связки 2 , прикрепляющейся к передней поверхности основания фаланги. Ее прикрепление к суставному хрящу фаланги обеспечивается маленьким фиброзным тяжом, называемым «вырезкой» 3 , который функционирует по типу дверной петли.

При разгибании (рис. 27) внутренняя хрящевая половина фиброзно-хрящевой пластинки сочленяется с головкой пястной кости. При сгибании (рис. 28) пластинка перемещается за головку пястной кости и поворачивается на петлеобразной «вырезке» (шарнир) 3 , осуществляя скользящее движение по ладонной поверхности пястной кости. Совершенно ясно, что если заменить фиброзно-хрящевую пластинку костной, прочно прикрепляющейся к основанию фаланги, то сгибание прекращалось бы раньше из-за контакта костей. Поэтому фиброзно-хрящевая пластинка удовлетворяет двум, казалось бы, взаимоисключающим требованиям:

  1. Обеспечение максимального контакта между двумя костными поверхностями.
  2. Исключение ограничивающего амплитуду движений столкновения между костями.

Однако есть еще одно существенное условие для предоставления свободы движений, а именно некоторая «податливость» капсулы и синовиальной оболочки. Это обеспечивается наличием заднего 4 и переднего 5 карманов капсулы. Глубокий карман нужен для скользящего движения фиброзно-хрящевой пластинки во время флексии. На задней поверхности основания фаланги находится глубокое прикрепление 6 сухожилия разгибателя.

По обе стороны сустава располагаются два типа связок:

  • связка, соединяющая пястную кость с фиброзно-хрящевой пластиной и контролирующая движения последней (см. далее);
  • коллатеральные связки (на рис. 26 1 они пересечены), удерживающие суставные поверхности в контакте и ограничивающие их движения.

Их прикрепление к головке пястной кости (рис. 29) находится отчетливо кзади от центра дуги суставной поверхности (A), причем из-за вариабельности радиуса дуги головки пястной кости мы, по существу, имеем дело не с одним, а с несколькими центрами дуги, расположенными по спирали (красная стрелка). Вследствие этого расстояние между проксимальным прикреплением коллатеральной связки и ее дистальным прикреплением к первой фаланге при разгибании составляет 20-30°. Одни связки расслабляются, а другие натягиваются рис. 32).

Амплитуда сгибания (рис. 29) приближается к 90°, но нужно отметить, что если амплитуда сгибания указательного пальца достигает ровно 90°, то вплоть до мизинца она возрастает. К тому же изолированное сгибание одного пальца (среднего) ограничивается натяжением межпальцевой ладонной связки.

Амплитуда активного разгибания различна в соответствии с определенными целями — может достигать 30-40°. Амплитуда пассивного разгибания может достигать 90° в случае слабости связок.

Рассмотрим сгибание четырех сегментов суставной цепи, состоящей из пястья и трех фаланг. Это движение происходит как сворачивание (рис. 30), следуя логарифмической спирали, что и доказал американский хирург Литтлер. Эта спираль также называется равноугольной и построена по принципу золотого сечения, когда пропорция между длиной и шириной равна «золотому числу» Ф = 1,618. Это число было известно со времен Платона, являясь эзотерическим, открытым «Божьим провидением». Только итальянский математик Фибоначчи (1180-1250) доказал существование числа Ф посредством последовательности Фибоначчи: 1 — 2 — 3 — 5 — 8 — 13. где каждое число является суммой двух предыдущих. Начиная с 25-го числа, отношение между двумя последовательными числами постоянно составляет 1,618 (проверьте это на своем компьютере!).

Все это доказывает, что отношение между четырьмя костными элементами выбранной цепи соответствует данной пропорции. В действительности это условие нормального сворачивания фаланг! Примечание. Для краткости далее в тексте и на схемах будут использоваться следующие сокращения: Р1 — проксимальная фаланга, Р2 — средняя фаланга, Р3 — дистальная фаланга, MP — пястно-фаланговый сустав, PIP — проксимальный межфаланговый сустав, DIP-дистальный межфаланговый сустав, FDS — поверхностный сгибатель пальцев, FDP — глубокий сгибатель пальцев, EDC — общий разгибатель пальцев, М1, М2. — пястные кости. Нетрудно понять, что при разгибании пястно-фалангового сустава (рис. 31, фронтальный срез) расслабление коллатеральных связок позволяет боковые движения в суставах (рис. 32), причем одна связка натягивается, а другая расслабляется.

Итак, стабилизация пястно-фаланговых суставов обеспечивается коллатеральными связками при сгибании и межкостными мышцами при разгибании. Из сказанного вытекает еще один важный момент: пястно-фаланговые суставы никогда не следует иммобилизировать в положении разгибания, чтобы не получить почти необратимой тугоподвижности. Коллатеральные связки способны к ретракции при экстензии, чего не бывает при флексии.

Форма головок пястных костей, а также длина и направление связок влияют на наклон согнутых пальцев (см. далее) и их локтевую девиацию при ревматоидном артрите (согласно Tubiana).

Читайте так же:  Как часто можно делать лазер на суставы

Головка второй пястной кости М2 (рис. 33, вид снизу справа) отчетливо асимметрична, будучи выпуклой в задневнутренней части и уплощенной в наружной. Внутренняя коллатеральная связка толще и длиннее наружной, прикрепляющейся дальше кзади.

Головка третьей пястной кости М3 (рис. 34) также асимметрична, причем эта асимметрия еще более выражена. Ее связки идентичны.

Головка четвертой пятой кости М4 (рис. 35) более симметрична с равномерной выпуклостью кзади с обеих сторон. Ее связки одинаковы по толщине и степени наклона, но наружная слегка длиннее.

Головка пятой пястной кости М5 (рис. 36) показывает асимметрию, противоположную М2 и М3. Коллатеральные связки идентичны связкам М4.

«Верхняя конечность. Физиология суставов»
А.И. Капанджи

Разгибание II — V пальцев

Разгибание этих пальцев обеспечивается сочетанным действием общего разгибателя пальцев (EDC), межкостных (Iх) и червеобразных (Lx) мышц и до некоторой степени FDC. Эти мышцы работают как синергисты и антагонисты в зависимости от положения пястно-фаланговых и лучезапястного суставов. Ретинакулярная связка пальца играет чисто пассивную роль при разгибании и координирует движения двух дистальных фаланг.

Общий разгибатель пальцев (EDC)

Как было показано ранее, EDC является истинным разгибателем пястно-фалангового сустава и осуществляет разгибание в межфаланговых суставах только при расслабленном состоянии сгибателей (например, при согнутом положении лучезапястного сустава, пястно-фаланговых суставов или при перерезанных сухожилиях сгибателей). На анатомической модели тракция, испытываемая EDC, приводит к полному разгибанию в пястно-фаланговом суставе и частичному разгибанию в межфаланговых суставах.

Степень натяжения, развиваемого в различных точках прикрепления EDC, непосредственно зависит от амплитуды сгибания фаланг.

  • Сгибание только в дистальном межфаланговом суставе (рис. 90) приводит к удлинению срединного тяжа и глубокого растяжения сухожилия EDC на 3 мм, так что теперь оно не оказывает никакого влияния на проксимальные межфаланговые и пястно-фаланговые суставы.
  • Сгибание в проксимальном межфаланговом суставе (рис. 91) оказывает два действия.
    • Оно удлиняет коллатеральные растяжения а на 3 мм, и они «забрасываются» b кпереди под действием тяги растяжения капсулы ( 11 , рис. 88). При осуществлении разгибания в проксимальном межфаланговом суставе эти связки возвращаются назад благодаря эластичности треугольного тяжа ( 10 , рис. 87).
    • Оно удлиняет на 7-8 мм глубокое растяжение сухожилия EDC с , так что оно перестает влиять на пястно-фаланговый сустав. Однако EDC может опосредованно разгибать пястно-фаланговый сустав, воздействуя на проксимальный межфаланговый сустав, если последний стабилизирован во флексии напряжением FDS, который действует как синергист EDC при экстензии в пястно- фаланговом суставе (рис. 92). Компоненты е′′ и f′ уменьшают это воздействие, а е′ и f′ усиливают его. Два последних компонента могут, кроме того, разрешаться в осевой компонент А и в нормальный компонент В (для экстензии), причем последний включает часть усилия, развиваемого FDS (Р. Тубьяна, В. Валентин).

Межкостные мышцы (IO)

Эти мышцы осуществляют сгибание в пястно-фаланговых и разгибание в межфаланговых суставах, но их воздействие на фаланги зависит от величины сгибания в пястно-фаланговых суставах и от степени сокращения EDC.

  • При разгибании в пястно-фаланговом суставе (рис. 93), обусловленном сокращением EDC, сухожильное растяжение а отодвигается проксимально за пястно-фаланговый сустав по направлению к задней поверхности пястной кости (Бюннель) с тем, чтобы латеральное растяжение могло напрячься b и разогнуть оба межфаланговых сустава.
  • При сгибании в пястно-фаланговом суставе (рис. 94) и расслабленном состоянии EDC а сокращение червеобразных мышц (на схеме не показаны) приводит к следующему:
    • сухожильное растяжение перемещается дистально по задней поверхности P1 b на расстояние 7 мм (Бюннель);
    • межкостные мышцы с , воздействуя на сухожильное растяжение, мощно сгибают межфаланговый сустав;
    • в результате этого латеральные растяжения, удерживаемые растяжением разгибателей, расслабляются d и уже не могут разогнуть межфаланговые суставы, причем это становится тем заметнее, чем больше величина сгибания в пястно-фаланговых суставах;
    • на данной стадии EDC становится эффективным разгибателем межфаланговых суставов.

Таким образом, между EDC и межкостными мышцами существует синергическое равновесие (Бюннель) в отношении разгибания в межфаланговых суставах:

  • пястно-фаланговый сустав согнут на 90° — разгибающее воздействие межкостных мышц на межфаланговые суставы равно нулю, а действие EDC максимально;
  • пястно-фаланговый сустав разогнут — разгибающее воздействие EDC на межфаланговые суставы равно нулю, а эффект межкостных мышц, которые снова напрягают латеральные тяжи (рис. 96, b), максимален;
  • пястно-фаланговые суставы находятся в среднем положении — сочетанное действие EDC и межкостных мышц (рис. 93, 95).

Червеобразные мышцы (Lx)

Они осуществляют сгибание в пястно-фаланговом суставе и разгибание в межфаланговых суставах, причем в отличие от межкостных мышц делают это при любой величине сгибания в пястно-фаланговых суставах. Поэтому червеобразные мышцы чрезвычайно важны для движений пальцев. Они обязаны своей эффективностью двум анатомическим факторам.

  • Будучи расположенными кпереди от межкостных мышц, они контактируют с Р1 под углом 35° (рис. 95), так что они могут сгибать пястно-фаланговый сустав даже из положения переразгибания. Поэтому они являются «зачинателями» сгибания в пястно-фаланговом суставе, а межкостные мышцы воздействуют вторично на растяжения сухожилий разгибателей.
  • Прикрепляясь к боковым растяжениям сухожилий разгибателей (рис. 96) дистальнее сухожильного растяжения разгибателей, они не испытывают тяги с их стороны. Поэтому червеобразные мышцы могут натягивать сухожильные растяжения разгибателей Р2 и Р3 при любой величине флексии в пястно-фаланговом суставе.

Эйлер и Марк, а также Ландсмеер показали, что у некоторых людей межкостные мышцы имеют два раздельных прикрепления: одно для растяжения разгибателей и другое для латерального растяжения.

Червеобразные мышцы, по Реклингхаузену, способствуют разгибанию в межфаланговых суставах (рис. 97), расслабляя дистальную часть сухожилий FDP а , от которой они берут начало b . Благодаря их диагональному расположению сокращение червеобразных мышц «функционально» смещает прикрепление FDP с передней поверхности Р3 на заднюю поверхность и тем самым превращает эту мышцу в разгибатель, подобный межкостной мышце. Эта система напоминает транзистор, который переключает электрической ток в том или другом направлении в зависимости от состояния возбуждения. Этот «транзисторный эффект» использует слабую мышцу (червеобразную), чтобы переключить силу мощной мышцы (FDP) в экстензорный режим. От многочисленных проприоцептивных рецепторов червеобразные мышцы получают важную информацию, необходимую для координации разгибателей и сгибателей, между которыми они проходят в поперечном направлении.

Удерживающая связка пальцев (RL)

[1]

Эта связка (Ландсмеер, 1949) представляет собой тяж волокон (рис. 98), отходящих от передней поверхности P1 а и сливающихся с латеральным сухожильным растяжением разгибателей b над Р2 и Р3 . Но в отличие от латеральных растяжений ее волокна проходят кпереди от оси проксимального межфалангового сустава. Поэтому (рис. 99) разгибание этого сустава вызывает натяжение волокон RL и приводит к пассивному разгибанию в дистальном межфаланговом суставе наполовину максимальной амплитуды. Другими словами, дистальный межфаланговый сустав переходит из положения сгибания на 80° в положение сгибания под углом 40°. Это натяжение RL под действием разгибания в проксимальном межфаланговом суставе можно легко продемонстрировать (рис. 100). Если пересечь RL в точке В , то за разгибанием в проксимальном межфаланговом суставе не последует автоматического разгибания в дистальном межфаланговом суставе, и культи перерезанной связки разойдутся на расстояние CD (где D является конечным положением, которое займет точка В после ротации вокруг центра А , а С соответствует положению точки В после ротации вокруг центра О ).

Читайте так же:  Вода в коленном суставе причины

При интактной RL пассивное сгибание в дистальном межфаланговом суставе приводит к автоматическому сгибанию в проксимальном межфаланговом суставе.

Патологическая ретракция RL после разрыва сухожильного растяжения разгибателей фиксирует кисть в положении «бутоньерки», а при тяжелой контрактуре Дюпюитрена приводит к гиперэкстензии в дистальном межфаланговом суставе.

Обобщенная характеристика функции мышц сгибателей и разгибателей пальцев

Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

Когда пальцы приобретают форму крючка (рис. 104), FDS и FDP сокращаются, а межкостные мышцы расслабляются. Это движение существенно для скалолаза, взбирающегося по отвесной скале. Когда пальцы принимают молотообразную форму (рис. 105), EDC разгибает пястно-фаланговый сустав, a FDS и FDP сгибают проксимальный и дистальный межфаланговые суставы. Таково исходное положение пальцев пианиста. Пальцы ударяют по клавишам в результате сокращения межкостных и червеобразных мышц, которые сгибают пястно-фаланговые суставы при расслаблении EDC.

«Верхняя конечность. Физиология суставов»
А.И. Капанджи

Степени свободы движений

Число степеней свободы движений соответствует количеству возможных независимых линейных и угловых перемещений тела.

Тело, ничем не ограниченное в движениях (может двигаться в любом направлении), называется свободным. Движение свободного тела воз­можно в трех основных направлениях — вдоль осей координат, а также вокруг этих трех осей; оно имеет 6 степеней свободы движения (рис. 5, а).

Наложение связей уменьшает количество степеней свободы (табл. 1). Если закрепить одну точку тела, то сразу снимается 3 степени сво­боды: тело не сможет двигаться вдоль трех осей координат; у него останутся только возможности вращения вокруг этих осей, т. е. только три степени свободы (см. рис. 5, б). Так соединены кости трехосных (ша­ровидных) с у с т а в о в.

При закреплении двух точек в теле возможно вращение лишь вокруг линии (оси), проходящей через обе точки (см. рис. 5, в). Так соединены кости одно­осных суставов, обеспечивающих одну степень свободы. Если же закреп­лены три точки (не лежащие на одной линии), то движения тела совсем невоз­можны (см. рис. 5, г). Та кое соединение неподвижно и, следовательно, не яв­ляется суставом.

Как известно, двуосные суставы (эллип­совидный — лучезапястный, седловидный — первый запястно-пястный) обеспечивают вторую степень свободы благодаря неполному взаимно­му соответствию своих суставных поверхностей (неконгруэнтность). По этой же причине, если рука в локтевом суставе согнута, возможны приведение и отведение локтевой кости в плечелоктевом сочленении (например, при поворотах отвертки, штопора, ключа вокруг оси, проходящей вдоль второй пястной кости. в преобладающей части суставов тела человека 2 или 3 степени свободы. При нескольких степенях свободы движений (двух и более) возможно бесчисленное множество траекто­рий. Значит, в движениях в неодноосных суставах отсутствует определенность, задаваемаяспо­собом соединения. Тем более это характерно для цепей с несколькими неодноосными суставами.

Множество возможностей движений в суста­вах кинематической пары более чем с одной степенью свободы в отли­чие от технической пары требует для выполнения каж­дого определенного движения: а) выбор необ­ходимой траектории, б) управления движением по траектории (направлением и величиной скорости) и в) регуляции движения, понимаемой как борьба с помехами, сбивающими с траектории (см. гл. IV).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 8759 —

| 7147 — или читать все.

Различают суставы с 1, 2 и 3 степенями свободы

Примеры: плече-локтевой сустав — одна степень свободы;

лучезапястный сустав — две степени свободы;

тазобедренный сустав, лопаточно-плечевое сочленение — три степени свободы (сгибание и разгибание, приведение и отведение, вращение).

*Человек с помощью мышц совершает механическую работу, которая обусловлена силой мышц и развиваемой ими мощностью. Средняя мощность, развиваемая человеком, не занятым специально физическим трудом, весьма невелика и, например, при ходьбе по ровной местности составляет 100-200 вт в зависимости от скорости.

Усталость свидетельствует о том, что мышцы совершают работу, хотя перемещения нет и работа равна нулю. Такую работу называют статической работой мышц.

Исследование работоспособности мышц называется эргометрией, а соответствующие приборы — эргометрами.

Пример: тормозной велосипед (велоэргометр). F — сила трения между лентой и ободом колеса, измеряемая динамометром. Вся работа испытуемого затрачивается на преодоление силы трения.

Тогда A = Fтр l = Fтр 2 r — за один оборот,

A = n Fтр 2 r — за n оборотов — средняя мощность.

[3]

Когда мышцы совершают работу, в них освобождается химическая энергия, накопленная в процессе метаболизма; она частично превращается в механическую работу, а частично теряется в виде тепла.

11. Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сопротивления и сообщение крови кинетической энергии.Рассчитаем работу, совершаемую при однократном сокращении левого желудочка.Vу – ударный объем крови в виде цилиндра. Можно считать, что сердце поставляет этот объем по аорте сечением S на расстояние I при среднем давлении р. Совершаемая при этом работа равна:A1 = FI = pSI = pVy.На сообщение кинетической энергии этому объему крови затрачена работа:


где р – плотность крови;

υ – скорость крови в аорте.

Читайте так же:  Лекарство для суставов аркоксиа

Таким образом, работа левого желудочка сердца при сокращении равна:

Так как работа правого желудочка принимается равной 0,2 от работы левого, то работа всего сердца при однократном сокращении равна:

12. Центрифугирование — разделение неоднородных систем на фракции по плотности при помощи центробежных сил. Центрифугирование осуществляется в аппаратах, называемых центрифугами. Центрифугирование применяется для отделения осадка от раствора, для отделения загрязненных жидкостей,

Используют центрифуги фильтрующие и отстойные. В фильтрующих центрифугах разделяют суспензии. Стенки фильтрующих центрифуг имеют отверстия, а на их внутренней стороне укладывается фильтровальная перегородка. Эта перегородка пропускает фильтрат, который движется под действием центробежной силы, задерживая осадок. Отстойныецентрифуги имеют сплошные стенки, и разделение суспензий и эмульсий происходит по принципу отстаивания, но под действием центробежной силы. Фаза с большей плотностью располагается ближе к стенкам ротора, а фаза меньшей плотности (фугат) располагается ближе к оси.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.001 с) .

Степени свободы и связи движений в биомеханических цепях

Степени свободы и связи движений

Если у физического тела нет никаких ограничений (связей), оно может двигаться в пространстве во всех трех измерениях, т. е. г относительно трех взаимно перпендикулярных осей (поступательно), а также вокруг них (вращательно). Следовательно, у такого тела шесть степеней свободы движения.

Каждая связь уменьшает число степеней свободы. Зафиксировав одну точку свободного тела, сделав его звеном пары, фазу лишают его трех степеней свободы — возможных линейных перемеще­ний вдоль трех основных осей координат. Примером может служить шаровидный сустав — тазобедренный, в котором три степени свободы из шести (возможно вращение относительно трех осей) . Закрепление двух точек звена говорит о наличии оси, проходящей через эти точки. В таком случае остается одна степень свободы. Пример подобного ограничения— одноосный сустав, например межфаланговый . Закрепление третьей точки, не лежащей на этой оси, полностью лишает звено свободы движений . Такое соеди­нение к суставам не относится. В анатомии выделяют также двуосные суставы; они имеют вторую степень свободы вследствие неконгруэнтности (неполного соответствия по форме) суставных поверхностей (суставы лучезапястный и пястнофаланговый 1-го пальца).

Почти во всех суставах (кроме межфаланговых, лучелоктевых и атлантоосевого) степеней свободы больше, чем одна. Поэтому ус­тройство пассивного аппарата в них обусловливает неопределенность движений, множество возможностей движений («неполносвязный механизм»). Управляющие воздействия мышц вызывают

дополнительные связи и оставляют для движения только одну степень свободы («полносвязный механизм»). Так обеспечивается одна-единственная возможность движений — именно та, которая требуется.

Каждая биомеханическая пара многоосного сустава заключает в себе возможности многих

Межфаланговые суставы

Это шаровидные суставы с движениями по отношению только к одной оси и с одной степенью свободы.

  • Головка фаланги А (рис. 49) — блоковидная, только с одной поперечной осью XX′ (рис. 50), по отношению к которой в сагиттальной плоскости осуществляются сгибание и разгибание.
  • Основание прилежащей к ней дистальной фаланги В имеет две неглубокие суставные поверхности, отделенные друг от друга срединным гребнем. Эти фасетки сочленяются с блоковидной головкой проксимальной фаланги, а невысокий гребень оказывается в центральной борозде.
  • Как и в пястно-фаланговых суставах, по тем же самым механическим причинам суставная поверхность увеличивается за счет фиброзно-хрящевой пластинки 2 . (Цифры означают то же самое, что и на рис. 53.)

Во время сгибания (рис. 51) пластинка скользит вдоль ладонной поверхности проксимальной фаланги Р1.

На рис. 52 (вид сбоку) показаны коллатеральные связки 1 , растяжения сухожилий мышц разгибателей 6 и связки капсулы 7 , соединяющие первую фалангу Р1 с фиброзно-хрящевой пластинкой. Обратите внимание на то, что коллатеральные связки натягиваются во время сгибания в большей степени, чем связки пястно-фаланговых суставов.

Блоковидная фаланга (А, рис. 50) спереди шире, чем сзади, что усиливает натяжение связок и обеспечивает большую по площади суставную поверхность для головки дистальной фаланги. При согнутом суставе боковые движения невозможны. Отметьте также, что коллатеральные связки натягиваются при полном разгибании, которое тоже является положением абсолютной устойчивости в отношении отсутствия боковых движений. И наоборот, на промежуточных градусах сгибания они расслабляются, поэтому данное положение ни в коем случае нельзя использовать при иммобилизации, чтобы не вызвать ретракцию связок с последующей тугоподвижностью сустава.

Сгибательная контрактура может быть также обусловлена ретракцией «связок-вожжей», недавно описанных английскими авторами. Они представлены (рис. 53, проксимальный межфаланговый сустав, вид со стороны ладони и сверху) пучками продольных волокон 8 , проходящими над ладонной поверхностью фиброзно-хрящевой пластинки 2 по обе стороны от сухожилий глубокого сгибателя пальцев FDP 11 и поверхностного сгибателя пальцев FDS 12 , соединяя «лигаментозные блоки» первой Р110 и второй фаланг Р2 (не показаны) и образуя наружный край диагональных волокон 9 блока проксимального межфалангового сустава. Эти «связки-вожжи» препятствуют переразгибанию в проксимальных межфаланговых суставах, и их ретракция при иммобилизации во флексии является основной причиной ограничения подвижности. В этом случае требуется их хирургическая резекция. Итак, межфаланговые суставы, особенно проксимальные, следует иммобилизировать в положении, близком к полному разгибанию.

Амплитуда сгибания в проксимальных межфаланговых суставах (рис. 54) превышает 90°, так что при флексии Р1 и Р2 образуют острый угол (на рис. фаланги видны под углом сбоку, поэтому угол кажется тупым). Как и в пястно-фаланговых суставах, амплитуда сгибания возрастает от второго к пятому пальцу, достигая максимума, составляющего 135°.

Амплитуда сгибания в дистальных межфаланговых суставах (рис. 55) составляет несколько менее 90°, поэтому углы, образуемые Р2 и Р3, остаются тупыми. Как и в проксимальных суставах, ее величина возрастает от второго к пятому пальцу, где она достигает максимума в 90°.

Активное разгибание (рис. 56) в проксимальных межфаланговых суставах Р отсутствует, а в дистальных D отсутствует или ничтожно — 5°.

Пассивное разгибание (рис. 57) равно нулю в проксимальных межфаланговых суставах, но довольно значительное (30°) в дистальных межфаланговых суставах D .

Поскольку межфаланговые суставы имеют только одну степень свободы, то в них нет активных боковых движений, но присутствуют небольшие пассивные боковые движения (рис. 58), особенно в дистальных суставах.

Читайте так же:  Разрушение плечевого сустава

Стоит отдельно остановиться на плоскости сгибания II—IV пальцев (рис. 59).

Сгибание указательного пальца происходит в строго сагиттальной плоскости (Р) по направлению к основанию возвышения большого пальца (длинная белая стрелка).

Как было показано ранее (рис. 13), оси пальцев при флексии сходятся в точке, соответствующей месту, где обычно оценивают пульсацию лучевой артерии. Это возможно только в том случае, когда остальные пальцы согнуты не в сагиттальной плоскости, как указательный, а в наклонной с постепенно возрастающим наклоном.

Наибольшую степень наклона при сгибании демонстрирует пятый палец (маленькая белая стрелка). Важность такой «наклонной» флексии состоит в том, что она позволяет медиальным пальцам, а не только указательному, противопоставляться большому.

На рис. 60 показано, каким образом происходит эта «наклонная» флексия.

Узкая полоска картона представляет весь палец с пястной костью М и тремя фалангами Р1 , Р2 , Р3 .

Если складка в картонной полоске, соответствующая оси сгибания в межфаланговом суставе, перпендикулярна хх′′ ее продольной оси, то сгибание фаланги будет происходить в сагиттальной плоскости d , и она ляжет точно на проксимальную фалангу. Если же складка пройдет слегка наклонно кнутри хх′ , то сгибание реализуется не в сагиттальной плоскости, и согнутая фаланга b пойдет кнаружи по отношению к проксимальной.

Поэтому требуется лишь небольшой наклон оси сгибания, поскольку он умножается на фактор 3 хх′ , уу′ , zz′ , вследствие чего при полном сгибании мизинца с наклонная ориентация позволяет его контакт с большим пальцем.

То же самое, но в меньшей степени, справедливо для безымянного и среднего пальцев. В реальных условиях оси сгибания пястно-фаланговых и межфаланговых суставов не являются фиксированными и неизменными. Они перпендикулярны суставам в положении полного разгибания и становятся все более наклонными при сгибании. Это изменение ориентации оси сгибания происходит вследствие асимметрии суставных поверхностей пястных костей (см. выше) и фаланг, а также из-за разной степени натяжения коллатеральных связок, что будет показано далее на примере пястно-фалангового и межфалангового суставов большого пальца.

«Верхняя конечность. Физиология суставов»
А.И. Капанджи

Межфаланговый сустав имеет степеней свободы

Я пересчитывал степени свободы в моей руке снова и снова, и я продолжаю получать число 19.

Предположим, что каждый палец имеет 3 степени свободы. Тогда 5 * 3 = 15. Запястье может вращаться вокруг или назад и вперед, что способствует 4 степеням свободы. Всего рука имеет 19 степеней свободы.

По беглому поиску в Google я могу заметить, что общепринято, что человеческая рука имеет 27 степеней свободы. Может ли кто-нибудь дать хорошую ссылку и объяснение этому?

Учитывая, что я ничего не знаю об этом, я попытаюсь объяснить, почему рука может быть смоделирована с 27 степенями свободы. Это только моя интерпретация этой статьи, которая гласит:

Человеческая рука имеет 27 степеней свободы: по 4 на каждый палец, 3 для разгибания и сгибания и одну для похищения и отведения; большой палец более сложен и имеет 5 степеней свободы, оставляя 6 степеней свободы для вращения и перемещения запястья.

Для точного моделирования руки необходима полная модель мышц, сухожилий, костей и структуры неврологического контроля. Динамика такой сложной модели до сих пор плохо изучена, что вынуждает использовать упрощенные модели. Текущие модели слишком упрощены для нашей цели, поэтому мы обратимся к недавней работе медицинского сообщества, чтобы мотивировать предположения, используемые в новой модели, которую мы предлагаем здесь. Мы используем модель руки с 27 степенями свободы со следующими упрощающими допущениями: 1. Большой палец не зависит от других пальцев. 2. Приведение / похищение пальцевых суставов не зависит. 3. Частота движения не влияет на совместную взаимозависимость. 4. Обе руки имеют одинаковую модель взаимозависимости. 5. Положение запястья и остальной части руки не влияет на основную структуру взаимозависимости.

Кстати, для меня это означает, что существуют разные модели руки с разными допущениями, которые используют разное количество степеней свободы.

В любом случае, посмотрите на эту руку:

А теперь следуйте вместе со своей рукой!

  • палец (4 DOF) : каждый палец имеет 2 межфаланговых сустава между дистальной, средней и проксимальной фалангами, которые допускают сгибание / разгибание (2 DOF); у каждого пальца также есть пястно-фаланговый сустав между проксимальной фалангой и пястной костью, который допускает сгибание / разгибание, а также отведение / отведение (2 DOF)
  • большой палец (5 DOF) : межфаланговый сустав между дистальной и проксимальной фалангами, обеспечивающий сгибание / разгибание (1 DOF); пястно-фаланговый сустав между проксимальной фалангой и пястной костью, обеспечивающий сгибание / разгибание и отведение / отведение (2 степени свободы); запястно-пястный сустав между пястной кости и трапецией, обеспечивающий сгибание / разгибание и отведение / отведение (2 DOF)
  • запястье (6 DOF) : между запястьями и радиусом, обеспечивающими сгибание / разгибание, отведение / отведение и супинацию / пронацию (3 DOF); Я думаю, что когда авторы ссылаются на перевод запястья, они просто говорят, что рука может перемещаться во всех плоскостях трехмерного пространства (то есть вверх / вниз, из стороны в сторону, вперед / назад — 3 DOF)
Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

Так как у нас 4 пальца, они дают 16 степеней свободы. Добавляя 5 степеней свободы большого пальца и 6 запястья, мы получаем 27. Пожалуйста, никто не ставит под сомнение мои рассуждения. Спасибо.

Источники


  1. Замятин, Е. Е. Замятин. Уездное. Мы. А. Платонов. Ювенильное море. Котлован. Критика и комментарии. Темы и развернутые планы сочинений. Материалы для подготовки к уроку / Е. Замятин, А. Платонов. — М. : АСТ, 2015. — 608 c.

  2. Справочник по ревматологии. — М. : Медицина, 2009. — 256 c.

  3. Анатомия человека / ред. А. А. Гладышева. — М. : Физкультура и спорт, 2008. — 303 c.
Межфаланговый сустав имеет степеней свободы
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here