Причины травм опорно-двигательного аппарата спортсменов с точки зрения биомеханики

Рассмотрены некоторые причины травм опорно-двигательного аппарата человека с точки зрения биомеханики: непропорционально большое возрастание силы скелетных мышц и отставание изменений в сухожильно-связочном аппарате; недостаточный учет возрастных особенностей организма человека; особенности биомеханики мышечного сокращения; выполнение упражнений в нерациональных с точки зрения биомеханики условиях.

 

Самсонова А.В. Причины травм опорно-двигательного аппарата спортсменов с точки зрения биомеханики / А.В. Самсонова: Мат. VII Всероссийской с международным участием научно-практической конференции. – Москва-Малаховка, 2019.- С. 191-197.

УДК 616.728.2+796.035

ПРИЧИНЫ ТРАВМ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА СПОРТСМЕНОВ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ БИОМЕХАНИКИ

Самсонова А.В., д.п.н., профессор

 ФБГОУ ВО «Национальный государственный университет физической культуры, спорта и здоровья им. П. Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург», Россия

Аннотация

Рассмотрены некоторые причины травм опорно-двигательного аппарата человека с точки зрения биомеханики: непропорционально большое возрастание силы скелетных мышц и отставание изменений в сухожильно-связочном аппарате; недостаточный учет возрастных особенностей организма человека; особенности биомеханики мышечного сокращения; выполнение упражнений в нерациональных с точки зрения биомеханики условиях.

Ключевые слова: биомеханика, травмы

Введение

Занятия спортом предъявляют очень высокие требования к функционированию опорно-двигательного аппарата человека. Поэтому в спорте не редки травмы. Одной из задач биомеханики двигательных действий является предупреждение спортивных травм [3]. Для этого необходимо четко понимать их этиологию.

Цель исследования – выделить причины травм опорно-двигательного аппарата спортсменов с точки зрения биомеханики.

Можно выделить следующие причины травм сухожилий и менисков спортсменов с точки зрения биомеханики:

  • непропорционально большое возрастание силы скелетных мышц и отставание изменений в сухожильно-связочном аппарате;
  • недостаточный учет возрастных особенностей организма;
  • особенности биомеханики мышечного сокращения;
  • выполнение упражнений в нерациональных с точки зрения биомеханики условиях.
  1. Непропорционально большое возрастание силы скелетных мышц и отставание изменений в сухожильно-связочном аппарате

Известно, что при начальных занятиях силовой тренировкой сила мышц возрастает очень быстро. Так, по данным D.A. Jones, О.M. Rutherford, D.F. Parker [9] через четыре недели тренировки масса поднимаемого груза возрастает на 100%, а через 12 недель достигает 180% от первоначального (рис.1). В то время как поперечное сечение сухожилий меняется значительно медленнее. J.K. Sponbeck et al. [12] показали, что площадь поперечного сечения ахиллова сухожилия до начала аэробной тренировки составляла 0,439±0,081 см2, а через 6 недель – 0,471±0,092 см2, то есть возросла на 7%. На эту особенность функционирования опорно-двигательного аппарата внимание было обращено достаточно давно [1]. В результате непропорционально большого возрастания силы скелетных мышц и отставания изменений в сухожильно-связочном аппарате, механическое напряжение в сухожилии может достигать предельных значений, после которых происходит их разрыв. Так, например, показано, что отрыв сухожилия большой грудной мышцы от плечевой кости происходит в 50% при выполнении жима штанги лежа [14].

Причины травм опорно-двигательного аппарата спортсменов с точки зрения биомеханики

Рис.1. Изменение массы груза, поднимаемого в ходе тренировки [9]

  1. Недостаточный учет возрастных особенностей организма человека

Второй причиной, вызывающей травмы опорно-двигательного аппарата спортсменов является недостаточный учет возрастных особенностей их организма. Наглядным примером является появление болезни Осгуда-Шлаттера в подростковом возрасте. Синдромы боли, припухлости и болезненности в области бугристости большеберцовой кости в детском или в подростковом возрасте были впервые и независимо друг от друга описаны Робертом Осгудом [10] в Соединенных Штатах и Карлом Шлаттером [11] в Германии в 1903 году. Оба ученых считали, что травма бугристости большеберцовой кости, прямо или косвенно связана с особенностями формирования растущей голени. Теперь эта болезнь носит их имя.

Болезнь Осгуда-Шлаттера представляет собой асептический некроз бугристости большеберцовой кости или другими словами, остеохондропатию бугристости большеберцовой кости. На рентгеновском снимке болезнь Осгуда-Шлаттера проявляется в виде частичного отрыва надкостницы большеберцовой кости в месте прикрепления связки надколенника (рис. 2).

Причины травм опорно-двигательного аппарата спортсменов с точки зрения биомеханики

Рис. 2. Рентгеновский снимок голени и коленного сустава при болезни Осгуда-Шлаттера [8]

Выделяют три основных фактора риска возникновения этой болезни: возраст, пол и занятия спортом.

Возраст

Доказано, что болезнь Осгуда-Шлаттера чаще всего проявляется в период полового созревания детей и подростков, что соответствует возрасту 10-12 лет у девушек и 12-15 лет у юношей [6,8,7]. В этом возрасте длина трубчатых костей резко увеличивается. Эти изменения являются следствием значительного повышения (более чем в два раза) в крови подростков концентрации гормона роста [13].


О взаимосвязи гормонов и мышечной массы можно прочесть в моей книге "Гормоны и гипертрофия скелетных мышц человека"


Пол

Доказано, что болезнь Осгуда-Шлаттера значительно чаще встречается среди юношей, чем среди девушек. Причиной этой диспропорции является значительное повышение в крови юношей концентрации тестостерона. Это приводит к гипертрофии скелетных мышц и увеличению их силы. Следствием этого является увеличение механического напряжения в сухожилии четырехглавой мышцы бедра.

Занятия спортом

Третьим фактором риска появления болезни Осгуда-Шлаттера являются занятия спортом. Доказано, что у юношей, активно занимающихся спортом, эта болезнь встречается достаточно часто и составляет приблизительно 13% [2]. На проявление этой болезни также оказывает влияние вид спорта, которым занимаются подростки. Лидирующие позиции занимают скоростно-силовые виды спорта: футбол, легкая и тяжелая атлетика, большой теннис, баскетбол и волейбол. В этих видах спорта возникают большие динамические нагрузки на суставы. Также они появляются при выполнении скоростно-силовых упражнений: прыжков с ноги на ногу, многоскоков, прыжков через барьеры, спрыгиваний с возвышения, приседаний и прыжков на одной ноге. В результате возросшие силовые показатели четырехглавой мышцы бедра вызывают появление значительных моментов силы относительно коленного сустава и больших значений механического напряжения в области прикрепления связки надколенника.

  1. Особенности биомеханики мышечного сокращения

Третьей существенной причиной спортивных травм являются особенности биомеханики мышечного сокращения. Как известно, скелетная мышца окружена соединительно-тканными оболочками, благодаря которым проявляются её упруго-вязкие свойства. Поэтому при растягивании возбужденной скелетной мышцы согласно зависимости «длина-сила» резко возрастают её силовые показатели и этот момент является ключевым в проявлении травм.

Также травмированию способствует функционирование мышцы в эксцентрическом режиме. Установлено, что при спринтерском и барьерном беге скорость растяжения возбужденных мышц задней поверхности бедра может составлять более 1 м/с [4]. При этом, согласно зависимости «скорость-сила» при растягивании мышцы с большой скоростью резко возрастает сила тяги мышцы, что и приводит к её травмированию.

  1. Выполнение упражнения в нерациональных с точки зрения биомеханики условиях

Известно, что при выполнении глубоких приседаний со штангой, приседаний со штангой на груди, а также глубоких выпадов с гантелями не редки травмы менисков коленного сустава. Особенностью этих движений является очень небольшой угол между голенью и бедром. Так, в наших исследованиях установлено, что угол между голенью и бедром при выполнении глубокого приседания со штангой на плечах может составлять всего 30 град. В этом положении бедренная кость растягивает капсулу коленного сустава и сжимает мениски наподобие «кнопки». Давление на мениски из-за уменьшения площади опоры резко возрастает (рис. 3). Это приводит к их повреждению.

Причины травм опорно-двигательного аппарата спортсменов с точки зрения биомеханики

Рис 3. Схема функционирования коленного сустава при сильном сгибании [5]

Выводы:

Можно выделить следующие причины травм сухожилий и менисков с точки зрения биомеханики:

  1. Непропорционально большое возрастание силы скелетных мышц и отставание изменений в сухожильно-связочном аппарате. Это приводит к увеличению механического напряжения в сухожилиях, превышению пороговых значений и повреждению.
  2. Причиной появления болезни Осгуда-Шлаттера является недостаточный учет возрастных особенностей организма. Основными факторами риска являются: возраст, пол и занятия спортом.
  3. Особенности биомеханики мышечного сокращения (зависимости «длина-сила» и «скорость сила» вызывают повреждения при максимальном растягивании возбужденной мышцы и при растягивании мышц с большой скоростью.
  4. Выполнение упражнений в нерациональных с точки зрения биомеханики условиях повреждают мениски при выполнении глубоких приседаний со штангой на плечах и груди, а также выпадов со штангой и с гантелями.

Список использованной литературы

  1. Зациорский, В. М. Биомеханика двигательного аппарата человека / В. М. Зациорский, А. С. Аруин, В. Н. Селуянов. – М.: Физкультура и спорт, 1981. – 143 с., ил.
  2. Климовицкий, В. Г. Опыт консервативного лечения болезни Осгуд – Шляттера у спортсменов подросткового возраста / В. Г. Климовицкий, А. И. Кравченко, А. В. Агарков, Л. В. Богданова, Т. В. Валюшко // Спортивна медицина. – 2013.– № 1.– С. 78-80.
  3. Попов, Г.И. Биомеханика двигательной деятельности: учебник / Г. И. Попов, А. В. Самсонова. – М.: Академия, 2014. – 320 c.
  4. Самсонова, А. В. Моторные и сенсорные компоненты биомеханической структуры физических упражнений / А. В. Самсонова: Дисс. докт. пед. наук / НГУ им. П.Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург, Санкт-Петербург, 1997. – 365 с.
  5. Cailliet, R. The rejuvenation strategy / R. Cailliet, L. Gross. – New York, NY: Doubleday & Company Inc., 1987. pp. 50–59.
  6. Fairbank, J. C. T. Mechanical factors in the incidence of knee pain in adolescents and young adults / J. C. T. Fairbank, P. B. Pynsent, J. A. van Poortvliet, H. Phillips // The Journal of bone and joint surgery (Br), 1984.– Vol. 66.– No. 5.– 685-693.
  7. Georgieva, D. Osgood-Schlatter disease a common problem in young Athletes / D. Georgieva, A. Poposka, R. Dzoleva-Tolevska et al. // Research in Physical Education, Sport and Health, 2015.– Vol. 4.– 2.– P.47-49.
  8. Jakovljević, A. Osgood Schlatter’s disease in young basketball players / A. Jakovljević, P. Grubor, S. Simović et al. // SportLogia, 2010.– Vol.6.– No. 2.– 74-79.
  9. Jones, D. A. Physiological changes in skeletal muscle as a result of strength training / D. A. Jones, O. M. Rutherford, D. F. Parker //Quarterly Journal of Experimental Physiology, 1989.– Vol. 74.– P. 233-256.
  10. Osgood, R. Lesions of the tibial tubercle occurring during adolescence / R. Osgood // Boston Medical and Surgical Journal, 1903.– Vol. 148.– P.114–117.
  11. Schlatter, C. Verletzungen des schnabelförmigen Fortsatzes der oberen Tibiaepiphyse / C. Schlatter // Beiträge zur klinischen Chirurgie. 1903.– Vol. 38.– P. 874–887.
  12. Sponbeck, J. K. Achilles Tendon Cross Sectional Area Changes Over a Division I NCAA Cross Country Season / J. K. Sponbeck, C. L. Perkins, M. J. Berg, J. H. Rigby // International Journal of Exercise Science, 2017.– Vol. 10.– No 38.– P. 1226-1234.
  13. Veldhuis, J. D. Gender and Sexual Maturation-Dependent Contrasts in the Neuroregulation of Growth Hormone Secretion in Prepubertal and Late Adolescent Males and Females – A General Clinical Research Center-Based Study / J. D. Veldhuis, J. N. Roemmich, A. D. Rogol // The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, 2000. – Vol. 85.– No. 7.– P. 2385-2394.
  14. Zvijac, J. E. Pectoralis Major Tears Correlation of Magnetic Resonance Imaging and Treatment Strategies / J. E. Zvijac M. R. Schurhoff K. S. Hechtman, J. W. Uribe // The American Journal of Sports Medicine, 2006.– Vol. 34.– No 2.- P. 289-294.

CAUSES OF THE MUSCULOSKETELAL SYSTEM INJURIES OF ATHLETES FROM THE BIOMECHANICS POINT OF VIEW

Alla Samsonova, Ph. D, Doctor of Science, Professor and the Head of the Department of Biomechanics at Lesgaft National State University, Saint-Petersburg, Russia, alla.samsonova.spb@gmail.com

Annotation

Some causes of injuries of the musculoskeletal system of a person are examined from the point of view of biomechanics: a disproportionately large increase in the strength of skeletal muscles accompanied by the delay in the tendon-ligamentous apparatus adaptation; insufficient consideration of age-related characteristics of the human body; the character of muscle contraction biomechanics; performing exercises in non-optimal conditions from the point of view of biomechanics.

Keywords: biomechanics, injuries