Биомеханика нижней части спины

;|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-

Внешняя и внутренняя косые мышцы

• .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-

Рис. 2.8. Схематический разрез туловища на уровне поясницы с указанием основных мышц и позвоночника (модифицированный эскиз из рукописи А. Шульца (A. Schultz)^ около 1980 г.).

- 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.