III. Сравнение конечностей

Познакомившись со строением и мышечной деятельностью конечностей, мы должны снова вернуться к вопросу, с которого начали наше изложение, и точными данными подтвердить различие между верхней и нижней конечностями, априористически выведенное выше из простого наблюдения.

Уже в частном отделе костной системы и соединении костей, при разборе строения основы конечностей, было упомянуто о различии между ними, как результате их различной функции. Верхняя конечность и плечевой пояс свободно подвешены к туловищу и как по строению основы, так и по строению суставов и мышц приспособлены к свободным передвижениям во все стороны, представляя собой подвижной аппарат, приспособленный для хватания и удерживания. Многообразие движений верхней конечности делает возможным приспособление ее движений и к выражению ощущений (жесты). Нога же, являясь опорой для туловища, служит не только для его поддержки наподобие столба, но является и рычагом, обусловливающим легкое и точное передвижение туловища. Нижняя конечность требует большой мышечной массы, чтобы противодействовать большому весу самой конечности и вместе с тем уравновешивать и тяжесть туловища, в особенности при опоре на одной ноге. Общий вес мышц бедренного сустава, без группы приводящих мышц, равен 20 кг. Вес же соответственных мышц плечевого сустава, без мышц плечевого пояса, составляет только половину. Однако для исполнения всей работы, выпадающей на долю нижней конечности, и этой массы мышц было бы недостаточно, если бы в устройстве самих мышц и их суставов не находилось пассивных приспособлений.

В литературе существует большое количество сравнительных измерений, касающихся органов движения. Из иностранных авторов в этом отношении следует отвести первое место Тейле. Своими исследованиями над весом мышц у различных субъектов, занимавшихся различными профессиями, он показал связь, существующую между развитием органов движения, их взсом и условиями деятельности. Ряд русских исследователей (Варавин, Никифоров, Войшвилли, Лаврентьев, Фомин) повели дело дальше: они занимались не только определением веса мышц, но вычислили также их объем, длину волокон, физиологический поперечник, даже поверхность опоры и приложения сил. Некоторые из них (Никифоров, Войшвилли) старались также установить отношение калибра сосудов и нервов к мышцам.

Опираясь на все эти исследования, мы отметим теперь главнейшие различия в строении конечностей. Различия эти оказываются не только в костях, суставах, апоневрозах, но и в мышцах и в их отношении к костям и суставам и даже в распределении нервов и сосудов.

В нижней конечности костных частей больше как по весу, так и по объему, в верхней-меньше. Так на 1000 весовых частей мышечной ткани в верхней конечности приходится 330,8 весовых частей костно-фиброзных тканей, следовательно, треть веса мышц. На нижней конечности это отношение равно 1000: 531,6, т. е. костно-фиброзных частей здесь больше половины веса мышечных частей. Эти цифры показывают, что в верхней конечности больше мышечвой ткани сравнительно с костной, поэтому верхняя конечность и имеет меньшую крепость, проявляя большую подвижность, но не может действовать с такой продолжительностью и постоянством, как нижняя конечность, так как деятельность мышечной ткани связана с большей тратой материала и энергии, что вызывает быстрое утомление. Далее различия сказываются в суставах и в величине существующих в них движений.

Сравнительная таблица дуг движений верхней и нижней конечностей у человека

Из этой таблицы можно видеть, что все дуги движений значительно больше в суставах верхней конечности, только дуга сгибания в коленном суставе сходна с соответственной дугой локтевого сустава. Особенно эта разница замечается в пользу верхней конечности в дугах поворота, что зависит от большего участия этих движений в проявлении быстроты и ловкости.

Строение суставов в нижней конечности приспособлена к проявлению большей крепости, в верхней-к возможно большей подвижности. Пояс верхних конечностей прикреплен подвижно к туловищу, а пояс нижних конечностей соединен почти неподвижно и таким образом представляет собой естественную спору туловища. На нижней конечности имеются тормоза, каких нет в суставах верхней конечности. Так, в бедренном суставе мы имеем крепчайшую бертиньевскую связку, находящуюся под влиянием сильных мышц; в коленном суставе, при вертикальном положении, образуется ломаная ось (под влиянием изменения формы полулунного межсуставного хряща); в голеностопном суставе при вертикальном стоянии получается большая площадь соприкосновения между ямкой и головкой. При стойке с разведенными носками крепость голеностопных суставов увеличивается благодаря тому, что фронтальные оси (сгибания) их становятся друг к другу под углом. Суставы плечевой, локтевой и кистевой таких тормозов не имеют. Если верхняя конечность и может быть обращена в стойку, то только при непосредственном участии сильно развитых мышц и при большом их напряжении, что связано с относительно быстрым утомлением. Кроме того самые оси больших суставов нижней конечности ближе совпадают в своем направлении, чем в руке. В бедренном и коленном суставе поперечные оси лежат почти во фронтальной плоскости тела и только ось голеностопного сустава отклоняется от фронтальной плоскости кзади и кнаружи примерно на 30°, причем этот угол индивидуально варьирует. На этом основании при стоянии стопа стоит носком кнаружи. Для механизма стоячего положения имеет большое значение то, что у нижней конечности как тазобедренный, так и коленный суставы имеют ограниченную дугу разгибания благодаря наличию сильно развитого связочного аппарата.

Мышцы верхней и нижней конечности также представляют резкие различия не только по весу, но и по величине поверхностей опоры и приложения сил. На нижней конечности, большая опора и большая поверхность приложения сил мышц обеспечивают большую точность движения, и, следовательно, дают возможность в определенном направлении проявить большую силу. На верхней конечности поверхность опоры значительно меньше.

Сравнительная таблица поверхностей опоры и приложения сил верхних и нижних конечностей (по Варавину)

В этой таблице собраныщифры, получаемые при верхней (центральной) опоре; периферическая опора нижней конечности значительно больше, а периферическая опора мышц верхней конечности значительно меньше. Это указывает, что при употреблении верхней конечности в качестве стойки необходима гораздо большая затрата мышечной энергии.

Далее, отношение мышечных групп друг к другу на верхней и нижней конечностях неодинаково. Так, по измерениям братьев Вебер разгибатели нижней конечности относятся к сгибателям как 2403,2:180,9, или как 3:1. Эти цифры получаются, если взять мышцы, переходящие только один сустав. Если же присоединить сюда и мышцы, переходящие через два сустава, то отношение разгибателей к сгибателям равно 2:1. Измерения, произведенные доктором Цураном у проф. Лесгафта, доказали, что разгибатели нижней конечности относятся к сгибателям как 1:0,57. Сопоставляя результаты братьев Вебер и Цурана, мы получаем почти сходные цифры, так как 2:1 почти 1 :0,57. Отсюда следует, что на нижней конечности более развиты разгибатели, которые располагаются на ней, как известно, в каждых двух соседних суставах с противоположных сторон: разгибатели бедра - сзади, голени - спереди, стопы - опять сзади. Преобладание разгибателей подтверждает значение нижней конечности как стойки. При том же во время ходьбы и бега действуют главным образом разгибательные мышцы. При ходьбе, во время опоры на одну ногу, нога вытягивается (разгибается), другой ногой производится отталкивание (разгибание) от почвы, и все тело передвигается вперед.

На верхней конечности существуют другие отношения: разгибатели там относятся к сгибателям как 1:1,042. По Р. Фику это отношение у взрослого равно 1:1,3. На руке сгибатели всех суставов располагаются на передней стороне. Это вполне соответствует деятельности конечности: всякая физическая работа, производимая руками, совершается впереди туловища, хватательные движения кистью производятся также сгибателями. В связи с этой деятельностью стоит и развитие соответствующих мышц. Так, и весовые отношения поворачивающих мышц к остальным указывают на приспособление верхней конечности к ловким движениям. На верхней конечности это отношение равно 1:4,8, на нижней - 1:29,3. Следовательно, поворачивающих мышц на верхней конечности приблизительно в 6 раз больше, чем на нижней.

Если, наконец, сравнить апоневрозы обеих конечностей, то и здесь скажется соответственное различие: в связи с большим проявлением силы апоневрозы нижних конечностей будут сильнее развиты, чем апоневрозы верхних.

По исследованиям Никифорова, оказывается, что калибр плечевой артерии по отношению к весу верхних конечностей больше калибра бедренных артерий по отношению к весу нижних конечностей. Такое же отношение наблюдается и при сравнении толщины стенок этих сосудов. Явление это может быть объяснено тем, что хотя в общем мышечная масса верхней конечности меньше, но ее динамическая высокодифференцированная работа вследствие большей траты материала требует большего притока питательных веществ.

Для решения вопроса о количестве нервных волокон, подходящих к той или другой мышце, Войшвилли было произведено сравнительное исследование мышц глаза, нижней и верхней конечности (см. общую часть), по которому оказалось, что количество нервных волокон, подходящих к мышце, зависит не столько от массы мышечных волокон, сколько от ее функций.