Почему предплечье состоит из двух костей?

20 Марта в 18:58 1781 0


У всех земных позвоночных скелет предплечья, как и голени, состоит из двух костей. Это очевидно, но совсем не многие анатомии ставили перед собой вопрос - почему?

Для того чтобы дать этому факту логичное объяснение, произведем аргументацию путем абсурдных предположений. Представим фантастическую биомеханическую модель предплечья, состоящего из одной-единственной кости CubRadius. 

Чтобы захватывать предметы, рука должна принимать многочисленные положения, что требует от суставов верхней конечности обладать семью степенями свободы, ни больше ни меньше! Детально: три степени свободы плечевого сустава для движения верхней конечности во всех направления пространства, одна степень локтевого сустава, чтобы приближать или удалять предплечье от плеча, а следовательно, работать и в области рта... и три степени свободы для запястья, чтобы функционировала кисть. Логическим решением является энартроз, сферический сустав, как плечевой, который располагался бы по краям кости CubRadius... Попробуем предположить биомеханические последствия такой структуры.

fs1_3_113-119.jpg


В первую очередь представим, что сферический компонент располагается или дистально на запястье (рис. 113), или проксимально на конце CubRadius. Доставит ли первое предположение меньше сложностей для построения запястья? В то же время представим себе второе...

Неудобство энартроза на этом уровне очевидно: вращение двух составляющих в маленьком пространстве приводит к срезыванию, освобождению структур, необходимых для работы сустава. Начнем с сухожилий: схема строения запястья апоказывает эффект укорочения r, возникший из-за полного вращения дистального сегмента. На срезе сверху b вращение в направлении с или в направлении d заставляет сухожилие проходить более долгий путь, откуда возникает укорочение и ненужный эффект псевдосокращения мышц. Это сложно компенсировать, особенно если при движении из прямого положения (рис. 116) добавляется латеральная направленность (рис. 117). В этом случае эффект укорачивания удваивается и возникающие ненужные движения невозможно компенсировать. Такие же механические проблемы касаются и построения сосудов такой конечности (рис. 118). Сосуды тоже подверглись укорочению из-за разворота, но это легче компенсируется благодаря их спиралеобразному расположению. В случае «двух костей» (рис. 119) лучевая кость по всему ходу окружена лучевой артерией.

Проблема укорочения сухожилий препятствует расположению мощных мышц-разгибателей, а особенно сгибателей пальцев на предплечье. Эти мышцы, назовем их внешние, должны располагаться в самой кисти и, в свою очередь, превращаться во внутренние. Последствия вырисовываются катастрофические, поскольку сила мышцы пропорциональна ее объему. И тут достаточно представить массу сгибателей, расположенных в кисти (рис. 121), чтобы понять ее абсолютную непригодность для функционирования, тогда как на рис. 120 представлена нормальная кисть, способная захватить довольно объемный предмет.

fs1_3_120-126.jpg


Контуры и размер руки будут совершенно изменены (рис. 122): рука превратится в «руку-скалку» аb, объемную, громоздкую, которая потеряет практически всю функциональную ценность, не говоря уже об эстетике сd!



Такая структура руки отразится на анатомической перестройке всего организма в сторону увеличения конечностей в целом (рис. 123). Центр тяжести верхней конечности, обычно расположенный в области локтя (синяя стрелка), при перестройке сместится ближе к запястью (красная стрелка). Увеличение моментов силы при работе мышц верхней конечности приведет к укреплению и увеличению лопаточно-плечевого пояса, что, следовательно, произойдет и с нижней конечностью. В результате получится новый вид человека, который представлен на комбинированной схеме, где левая сторона иллюстрирует нормальное строение тела, а правая - модифицированное, которое проистекает всего лишь из замены запястного сустава энартрозом. Эта модель далека от нормального человека (рис. 126)! Изобретение CubRadius не представило практического интереса. Тогда разложим эту кость на две - cubitus (локтевая) и radius (лучевая). Так как же расположить эти две кости (рис. 124)? Расположение их друг за другом а не практично, так как этот промежуточный сустав кажется менее выносливым; с ним невозможно приподнять пианино или тяжелый рюкзак! Остается только параллельное расположение двух костей, но тут возникают две возможности: одна перед другой b или одна рядом с другой с. Если лучевая кость расположена перед локтевой, то сгибание локтя может быть ограниченным. Расположение лучевой кости в плоскости локтевой кости представляется наиболее практичным, особенно если она расположена кнаружи от локтевой кости; но не кнутри, так как тут будет использовано преимущество локтевого канала и последует изменение направления оси руки.

Использование двух костей неоспоримо усложнит работу локтевого сустава и запястья, образуя два дополнительных сустава: верхний и нижний лучелоктевые. Так же решатся и проблемы с сосудами и нервами, они больше не будут скручены на протяжении короткого участка. Но в первую очередь это решение позволит расположить мощные мышцы в пределах предплечья. Таким образом, внешние мышцы соответствующего размера приблизят центр тяжести к основанию верхней конечности. Внутренние мышцы, расположенные в кисти, станут осуществлять только «уточняющие движения», будут менее мощными и изящными. Большинство мышц, прикрепленных к лучевой кости, будут поворачиваться вместе с ней и не будут изменяться в длине. Следовательно, больше не возникнет ненужных движений пальцев при работе запястья. Редкие мышцы- сгибатели, прикрепленные к локтевой кости, подвергнутся к повороту по всей длине без эффекта лишних движений.

Появление двух костей на среднем участке конечностей произошло около 400 млн лет назад (рис. 125), когда в эпоху среднего девона наш далекий предок, безвестная кистеперая рыба Eusthenopteron вышла из моря вследствие трансформации грудных плавников и превратилась в четвероногое, похожее на ящерицу или современного крокодила. Элементы плавников последовательно перестраивались а-b-с; непосредственно одна из костей превратилась в плечевую h, две рядом расположенные части дали начало локтевой u и лучевой r костям, следующие кости пястья дали начало пяти пальцам. С тех пор все позвоночные, обитающие на суше, имеют две кости предплечья и голени. И только с ходом времени у высших позвоночных пронация-супинация стала играть такую важную роль. И лишь у приматов и человека (рис. 125) эта функция достигла наибольшей эффективности.


"Верхняя конечность. Физиология суставов"
А.И. Капанджи
Похожие статьи
показать еще
 
Анатомия и патанатомия