Биомеханика нижней части спины

I.

;|В настоящее время повреждения, вызванные перенапряжением: • нижней части спины, составляют наиболее дорогостоящую при-? чину компенсационных выплат в промышленности США. Многие-! из этих повреждений связаны с ручным перемещением тяжестей,, особенно их подъемом, и часто обусловлены чрезмерным растя­жением в нижней части поясничного отдела позвоночного стол-0а. Считают, что многие из этих случаев вызваны чрезмерным сжатием поясничных дисков. Более того, к множеству проблем.могут приводить также относительные смещения позвонков. Возникающие в результате сложные растяжения могут быть лричиной обширных травматических повреждений. С точки зрения биомехани-

_:ки довольно интересно рас-'; смотреть действие мышц и поверхностей, несущих на­грузку, в нижней части спины. Как схематически показано на рис. 2.8, все вовлеченные доышцы развивают координи-

•.рованные тянущие действия
; для сбалансирования позво-
i; «очного столба. Это дает в ре-
Л^зультате силу сжатия, которая
I должна передаваться вдоль
| лозвоночного столба, нагру-
?: женного массами верхней час-

- ти тела и внешнего груза.
^ Вектор результирующей силы
|.-S должен передаваться в пер-
Ь вую очередь через спинальные
|_г,диски. Для простоты часто до-
|лускают, что этот вектор пер-
|пендикулярен к поверхности

|,позвонка и создает простую компрессионную нагрузку в диске., i Это, конечно, не верно, если рассматриваемые поверхности со-Нставляют углы друг к другу либо в сагиттальной, либо во фрон^

стальной плоскости, что вызывается изгибом или поворотом I спины. В поясничном отделе позвоночника нижняя поверхность |крестца составляет угол 45° в сагиттальной плоскости даже в 1прямостоящем положении. Ясно, что истинная геометрия и "угловые смещения несущих нагрузку поверхностей и характе­ристики механической деформации дисков не могут быть точно ^аппроксимированы при простом допущении о компрессионной

"нагрузке. В этой области идут активные исследования [2].

Пытаясь что-то поднять, напрягают мышцы живота, особен­но прямую мышцу живота, а также внешнюю и внутреннюю косые мышцы и создают столб сжатого воздуха в брюшной по­лости. Этот столб может нести некоторую направленную вниз нагрузку, но гораздо большая часть нагрузки передается через диски позвоночного столба с наибольшей нагрузкой в нижней части поясничного отдела. Это именно и есть причина многих повреждений, связанных с перемещением тяжестей.

В действительности, даже если работа не связана с никакой.внешней нагрузкой, нижняя часть позвоночника может перенапрягаться просто за счет передачи веса верхних частей тела. 'Очевидно, хотя еще количественно хорошо не изучено, что сгибание и поворот тела (позвоночника) могут значительно увеличивать эту нагрузку. Для довольно простого случая наклона прямо вперед в среднесагиттальной плоскости можно понять с помощью рис. 2.8, что главное противодействие смещенному вперед весу тела должно создаваться выпрямляющей мышцей спины и широкими мышцами спины. Они имеют очень короткие плечи рычага по отношению к позвоночнику. Поэтому для под­держания согнутого вперед тела в равновесии они должны соз­давать очень большие силы напряжения. Такие очень большие •силы создают, следовательно, очень большие сжатия вдоль по­звоночного столба. Следовательно, наклон тела вперед может перегружать позвоночник. Ясно, что это условие еще больше усиливается, если необходимо прикладывать силы к грузам, находящимся перед телом, особенно когда нагибаются за ними, пытаясь поднять их или опустить. На этой проблеме было со­средоточено много биомеханических исследований, и хотя неко­торые из явлений довольно хорошо поняты, другие еще требуют дальнейшего изучения.

Позвоночник является одной из наиболее уязвимых и жиз­ненно важных частей человеческого тела. Повреждения позво­ночника во время занятий спортом, при автомобильных авари­ях, а также, например, среди военных летчиков и парашютистов •пробудили большой интерес к этой области. Обзор современ­ного состояния биомеханики позвоночника сделан Казаряном J4]. Понимание механизмов повреждения дает возможность из­бежать этой опасности посредством адекватного конструирова­ния оборудования и разработки правил выполнения соответст­вующих видов работ. Стандартные вертикальные и вытянутые позы тела помогают анатомам, антропометристам и биомеханикам измерять харак­теристики тела. Однако они не являются теми позами, которые человек принимает при работе, а также не считаются действи­тельно удобными, комфортабельными или характерными. И во­обще, что такое безопасная для здоровья и подходящая поза тела при работе? Существует много необъяснимых традиций и. теорий, большинство из которых не представляются достаточно хорошо обоснованными, для того чтобы применять их в совре­менных условиях. Например, эволюцию от ходьбы на четырех конечностях к вертикальной ходьбе считают виновницей многих спинальных проблем. С юных лет дома и в школе нас призыва­ли «сидеть прямо», но обучение в расслабленном состоянии, облокотившись на спинку, является гораздо более комфорта­бельным. Хотя на многие медицинские, физиологические, орто­педические и анатомические вопросы еще необходимо ответить, уже сейчас можно пользоваться биомеханическими наблюде­ниями и жизненным опытом.

Если это вообще возможно, человеку необходимо позволить, изменять позы тела часто и свободно. Поддержание некой позы, рекомендуемой оператору инструкцией, в течение значительного времени всегда и довольно быстро делает ее некомфортабель­ной и даже непереносимой.

Положение сидя более предпочтительно, чем положение стоя при условии, что работа, которую следует выполнить, не тре­бует большой ручной силы или интенсивных движений тела. Можно прилагать большие направленные вперед усилия ногами, если сидеть на стуле с жесткой спинкой. С другой стороны, положение стоя дает возможность развивать с помощью рук силу и позволяет телу более свободно двигаться, но общий вес тела, включая ноги, должен передаваться через ступни, в т» время как в положении сидя только вес верхней части тела должен передаваться к сиденью, пока ступни покоятся на полу.

Для сидения необходимо использовать комфортабельный стул. Хотя концепцию комфорта трудно сформулировать, неко­торые ее положения очевидны: иметь возможность изменять по­зу, передавать усилия через соответствующим образом приспо­собленные (но не пружинящие) поверхности, обеспечивать большую и регулируемую опору для спины с подходящей обив­кой и легко менять высоту и углы сиденья.

Положение лежа, главным образом на спине, иногда исполь­зуется в высокоскоростных самолетах и космических кораблях • при маневрах с высоким ускорением, потому что кровоток в мозге нарушается меньше, когда вектор ускорения направлен поперек тела. Кроме того, в этих случаях обеспечивается боль­шая несущая нагрузку поверхность. Положения лежа или полу­лежа также обычно принимают для расслабления, и они могут подходить даже для работы, например, с компьютером. Интерес-до, что так называемое «нейтральное положение тела в неве­сомости», показанное на рис. 2.9, отличается лишь поворотом на 90° от положения, принимаемого плавающим в воде челове­ком в расслабленном состоянии, как это обнаружили полвека тому назад. Это положение также является позой, которая по-

Рис. 2.9. «Нейтральное положение», принимаемое телом в невесомости [11].

могает определить контуры так называемых легких стульев. Эта «нейтральная» поза может быть позой, при которой мини­мальны усилия мышц, действующих на части тела, находящиеся в равновесии.

При нормальных условиях для здоровых людей положение тела считают подходящим, если оно удовлетворяет двум требо­ваниям. Во-первых, необходимо, чтобы вес частей тела переда­вался (через кинематическую цепь) наименее напряженным образом. Это означает, например, для сидящего человека, что подголовник, высокая спинка, подлокотники и сиденья должны брать на себя вес головы, рук, туловища и бедер, в то время как вес нижней части ног и ступней передается на пол или подставку для ног. Примером этого служит оборудование ра­бочего места, в частности сиденье в компьютерном центре. Во-вторых, требуется, чтобы силам, которые развиваются главным образом руками и (или) ногами по отношению к внешним объ­ектам, противостояли на возможно коротком расстоянии силы реакции, действующие со стороны опор. Типичным примером этого является водитель автомобиля, усилия ног которого зави­сят от силы реакции нижней части спинки кресла.

Для ручного перемещения тяжестей, особенно их подъема с пола, наиболее подходящей является поза с согнутыми коле­нями и слегка наклоненным вперед туловищем с последующим распрямлением ног и спины и движением туловища назад при подъеме груза перед собой и близко к телу [12]. Это уменьшает биомеханическое напряжение частей тела до минимума. Опас­ными позами при ручном перемещении тяжестей являются осо­бенно те, в которых спина сильно согнута и происходит поворот.позвоночника в сторону. Однако, чтобы избежать повреждений, вызванных перенапряжением, более предпочтительно обеспечить эргономически спланированное рабочее место и оборудование,.которые делают ненужным напряженный подъем, опускание, надавливание, подтягивание и перенос [13, 14]. Инструкции по технике безопасного подъема тяжестей являются значительно менее эффективными, чем эргономически правильно организо­ванная работа.