Продолжается регистрация на учебный курс
«Анатомия движения для профессионалов» на 2018–2019 г.
Начало 13 сентября 2018 г.


Биомеханика для инструкторов

Лекция 1-я

Товарищи! Биомеханика в точном переводе значит механика жизни. В сущности это есть наука о том, как построена живая машина, т.-е. каждый из нас; о том, как устроены движущиеся части этой машины и как они работают. Знакомство с живой машиной необходимо для того, чтобы, путем умелого обращения с ней, добиться наилучшей и наиболее производительной работы.

Вы понимаете, что законы механики повсюду одни и те же, касается ли дело паровоза, станка или человеческой машины. Значит, нам не придется выводить какие-то новые, особые механические законы. Мы должны только составить описание и характеристику живой машины так, как мы сделали бы это для автомобиля, ткацкого станка и т. п.

Разница между обоими видами описания заключается только в том, что человеческая машина гораздо сложнее и прихотливее, чем любая из когда-либо существовавших искусственных машин. Поэтому в наших знаниях по биомеханике гораздо больше пробелов, чем, например, в знаниях по строительной механике или по машиноведению. Здесь еще много темных мест, много такого, о чем можно говорить только приблизительно.

Другая разница состоит вот в чем. Каждый из вас может надеяться изобрести какую-либо новую искусственную машину или приспособление, затем взять на него патент и тотчас же претворить свою мысль в дело, т.-е. построить свое изобретение. К сожалению, усовершенствовать человеческую машину, подчинить ее конструкцию своему произволу пока невозможно. Нам приходится принять ее к сведению, как она есть, со всеми ее достоинствами и недостатками. Нам предоставлены только косвенные обходные приемы, чтобы миновать ее недостатки и в полной мере использовать преимущества.

Не теряя времени, приступим же к разбору живой машины, ее устройства и способов ее использования.

Человеческое тело состоит из ряда звеньев, соединенных между собой шарнирами-сочленениями и способных вращаться одно относительно другого. Каждое такое звено мы можем на первое время считать твердым, не меняющим своей формы. Например, каждый из ваших пальцев состоит из трех звеньев. Опорою этим звеньям служат кости, но их подробное описание интересует нас очень мало. Для биомеханики гораздо важнее вопрос о том, как сочленены между собой звенья человеческой машины, и какова их взаимная подвижность.

Рис. 1. Костный скелет человека.

Скелет человека (рис. 1) состоит, круглым счетом, из 170 отдельных костей, которые, все более или менее взаимно подвижны. Однако рассматривать все имеющиеся между ними сочленения значило бы для нас зайти слишком далеко. Прежде всего мы сильно упростим скелет человеческой машины, превратив его в то, что будем называть сокращенной схемой человеческого тела.

Мы будем в дальнейшем принимать все туловище вместе с шеей за нечто целое и уже не будем обращать внимания на взаимную подвижность его частей, в действительности довольно значительную. Другим, таким же неизменяемым звеном мы будем считать голову, отвлекаясь и от ее внутренней подвижности (движения нижней челюсти и т. д.). Конечности мы будем делить каждую на три части. Тогда сокращенная схема получает следующий вид:

Сочленения между этими звеньями мы обозначим так:
1 — шейно-затылочное сочленение.
2 — плечевое с.
3 — локтевое с.
4 — лучезапястное с.
5 — тазобедренное с.
6 — коленное с.
7 — голеностопное с.

У вас должен возникнуть вопрос о том, по каким причинам человеческое тело получило вид именно такой схемы. Только ознакомивших с тем, как возник и развивался скелет позвоночных животных, можно отдать себе отчет в этих причинах. Ведь в создании человеческой машины не участвовал инженер, который мог бы представить нам проект ее конструкции и объяснительную записку с мотивировкой.

Начнем с туловища. Рассмотрев строение туловища рыбы или змеи, вы увидите, что оно представляет собою цепочку из отдельных члеников, сочлененных друг с другом. От каждого членика — позвонка — в обе стороны отходят костные перекладинки — ребра, связанные между собой упругими растяжками — мышцами. Это самая первоначальная схема строения позвоночного животного. Точно так же в начале своего развития построен человеческий зародыш. Опорным стержнем его тела первоначально служит гибкая палочка — спинная струна; впоследствии на ее месте развивается цепочка костяных позвонков — позвоночный столб. Со всех сторон спинной струны возникают мышечные растяжки, который укрепляют спинную струну и в то же время обеспечивают ей гибкость.

Более новым добавлением к этой древнейшей системе являются конечности. У всех позвоночных животных: рыб, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих конечности построены по одному основному плану; по существу они не изменились.

Основная схема конечности напоминает собою кисть; она присоединена к телу посредством одной кости; с этой костью сочленены целых две и т. д., пока к концу такая конечность не превратится в целую связку лучеобразно расположенных костей. Так построены, например, передние плавники рыб.

Совершенно сходно устроены конечности и у человека. Верхнее звено конечности (плечо, бедро) состоит из одной кости, следующее звено (предплечье, голень) из двух; дальше следуют в несколько рядов мелкие косточки и, наконец, концевые звенья (кисть, стопа) из пяти лучей — пальцев.

С того времени, как конечности перестали выполнять обязанности плавников и приспособились к перемещению тела по суше, они претерпели ряд изменений. Самую первоначальную форму конечностей, приспособленных для ходьбы, находим мы у ящерицы (рис. 2 вверху). Все четыре конечности ящерицы расположены под прямым углом к позвоночному столбу, так что бедренные и плечевые кости лежат горизонтально, а голени и предплечья направлены вниз. При этом устройстве конечности еще мало работоспособны. Прежде всего, будучи раздвинуты далеко в стороны, они не могут поддерживать туловище животного на весу, и ящерица вынуждена влачить его по земле (пресмыкаться). Во-вторых, конечности ее не приспособлены к тому, чтобы качаться взад и вперед, как это необходимо для ходьбы. Для того, чтобы итти, ящерице приходится опираться на одну ногу и затем с помощью мышц всего туловища поворачиваться кругом этой ноги наподобие циркуля. Легко понять, насколько это неэкономно.

Рис. 2. Схема, изображающая развитие конечностей позвоночных. Наверху конечности ящерицы, посредине — конечности четвероного млекопитающего. Внизу — механизм пронации и супинации (см. лекцию 3). (По Браусу).

Конечности млекопитающих претерпели, по сравнению с этой схемой, любопытные изменения. Представьте себе, что задние конечности повернулись на 90° вперед, передние на столько же назад, так что получилось расположение, изображенное на средней части рис. 2. И здесь верхний отрезок конечности состоит из одной кости, средний — из двух, самый нижний — из многих мелких косточек, но положение их относительно туловища уже иное.

Прежде всего вам ясно, что при новом расположении туловище уже значительно легче поддерживать на весу, так как подпорки приходятся прямо под туловищем, а не далеко в стороны от него, как было раньше. При этом несколько подогнутые навстречу друг к другу срединные сочленения служат своего рода рессорами: они могут складываться и смягчать толчки, направленные как спереди, так и сзади.

Во-вторых, вы поймете, что теперь, когда оси всех сочленений конечностей повернулись в поперечном направлении, конечности могут уже беспрепятственно качаться вперед и назад, т.-е. совершать как раз те движения, которые необходимы для ходьбы. Очевидно, ходьба может теперь совершаться проще и с меньшими усилиями, чем это было у пресмыкающихся.

Мы оставили с вами без внимания одно событие, которое неминуемо должно было сопровождать описанный сейчас поворот конечностей. Ведь передние конечности повернулись под прямым углом назад — значит их нижние звенья (кисти) должны были бы оказаться обращенными тоже назад. Действительно, чтобы вернуть их в правильное положение — пальцами вперед — средним звеньям пришлось перекрутиться вокруг оси, так что их кости должны были скреститься наподобие буквы х. Такой поворот имеется у млекопитающих; у человека он возможен, но не постоянен: человек может совершать его по желанию. К этому движению мы еще вернемся.

Между строением тела человека и четвероногих млекопитающих нет существенной разницы, кроме некоторого изменения пропорций. Между тем человеку приходится стоять вертикально и ходить на двух ногах, так что механические условия работы его тела совершенно иные, чем у четвероногих. Все строение человеческого скелета приспособлено, между тем, к условиям четвероногого образа жизни. В нем масса остатков, еще до сих пор не переделанных для двуногого существования. Многие детали человеческой машины, которые были бы совершенно понятны, если бы мы ходили на четырех ногах, оказываются совершенно неподходящими и прямо вредными при двуногом образе жизни. Достаточно будет упомянуть о строении женского таза; каждый из вас знает, насколько труднее, болезненнее и опаснее совершаются роды у человека, чем у четвероногих. Необходимость в акушерских больницах сильно зависит от того, что человек стал ходить вертикально, не переделав своих двигательных конструкций.

Перейдем теперь к строению сочленений.

Сочленяемые кости не соприкасаются непосредственно друг с другом; они выстланы в месте сочленения упругим сочленовным хрящом. Хрящи обеих костей очень точно пригнаны друг к другу: если одна кость имеет на конце головку, то вторая оканчивается впадиной как раз подходящего размера и формы. Все сочленение заключено в непроницаемую сумку, внутри которой, таким образом, получается маленькая полость. Сумка эта укрепляет сочленение и в то же время служит для него смазочным аппаратом: внутренняя оболочка ее выделяет, капля за каплей, жидкость, постоянно смазывающую трущиеся поверхности хрящей.

Рис. 3. Продольный распил трех позвонков. Слева — губчатые тела позвонков, соединенные хрящевыми подушками; справа — остистые отростки позвонков, сращенные между собою связками. Посредине — канал для спинного мозга с отверстиями для входа и выхода нервов. (По Шпальтегольцу).

Сочленений только что описанного вида в человеческом теле большинство. Это наиболее совершенная конструкция, но у человека попадаются и более грубые старинные формы. На рис. 3 изображен продольный распил трех позвонков. Вы видите, что их соединение осуществлено очень просто: между ними проложена гибкая хрящевая подушка, которая обеспечивает позвонкам небольшую взаимную подвижность. Между таким тугоподвижным хрящевым сращением и настоящим сочленением существуют всевозможные переходные формы, на которых мы останавливаться не будем.

Важная разница между человеческими сочленениями и машинными соединениями заключается в способе закрепления соединенных частей. Машинные подшипники по большей части строятся так, что одна часть целиком охватывает другую, так что между ними получается жесткая связь. У человека таких охватывающих приспособлений нет, и потому закрепляющая связь осуществляется иначе. Вы помните, что все сочленение бывает заключено в непроницаемую сумку. Эта сумка состоит из довольно прочной сухожильной ткани, которая большей частью бывает еще укреплена вспомогательными связками. Таким образом сама сумка может уже обеспечить сочленению некоторую прочность. Но этого мало. Представьте себе, что мы попытаемся растянуть сочлененные кости в стороны друг от друга. Но так как сочленовная сумка непроницаема для воздуха, то у вас получится попытка увеличить размер сочленовной полости, не впуская в нее воздуха. Этому будет препятствовать воздушное давление. Раздвинуть сочлененные кости окажется так же трудно, как разнять два сложенные вместе полые полушария, из которых выкачан воздух. Сила воздушного давления в тазобедренном сочленении достигает полутора пудов, т.-е. вдвое превышает вес всей нижней конечности. Ученые проделали такой опыт. Нижнюю конечность трупа совершенно освобождали от мышц, заставляя ее висеть на одной только сочленовной сумке. К этой конечности подвешивали снизу еще груз. Конечность прочно держалась на своем месте; но достаточно было прорезать маленькое отверстие в сумке, как сейчас же в полость сочленения с шумом входил воздух, и сочленовные поверхности немедленно расходились.

Это еще не все. Сочленения окружены со всех сторон мышцами, которые сращены с обеими сочлененными костями. Мышцы со своей стороны обладают большой прочностью на растяжение. Притом они постоянно несколько натянуты и содействуют закреплению сочленения в еще большей мере, чем воздушное давление.

Перейдем теперь к тому, какова взаимная подвижность сочлененных костей и как определить эту подвижность. Предупреждаю вас, что это довольно сложный вопрос. Пусть кто-нибудь из товарищей выйдет сюда и покажет, как движется у него плечевое звено в плечевом сочленении. Вы видите, что он может поворачивать плечо вперед, назад и в стороны. Вы знаете, что стержень, который одним концом закреплен, а другим концом может свободно двигаться во все стороны, будет постоянно двигаться этим концом по поверхности шара. По такой шаровой поверхности движется и нижний конец плечевого звена. Так как его подвижность не ограничена при этом какой-нибудь одной линией, а целой поверхностью, то мы говорим, что он имеет две степени подвижности. Но это еще не все. Я буду удерживать нижний конец плечевого звена нашего испытуемого неподвижно в каком-нибудь одном положении. Может ли он при этом еще как-нибудь двигать плечом?

Слушатели. Нет, не может.

Лектор. Так ли? Согните руку в локте под прямым углом. Можете ли вы двигать рукою так, как если бы предплечье было спицей, а плечо осью, поворачивающейся кругом самой себя?

Испытуемый. Могу.

Лектор. При этом нижний конец вашего плеча, который я удерживаю пальцами, не меняет своего положения в пространстве. Значит, плечо имеет всего целых три степени подвижности. Итак мы говорим об одной степени подвижности, когда звено может двигаться только по одной линии; о двух степенях, когда его конец может двигаться по целой поверхности; и о трех степенях, когда звено может при этом поворачиваться еще вокруг своей продольной оси. Теперь испробуйте сами и скажите, сколько степеней подвижности имеет ваше локтевое сочленение?

Слушатели. Одну степень.

Лектор. Совершенно верно, это будет сгибание и разгибание локтя: ведь нижний конец предплечья может двигаться только по дуге круга. В человеческом теле есть сочленения и с двумя степенями подвижности, — таково, например, голеностопное сочленение. Держите голени неподвижно и попробуйте сделать всевозможные движения стопой. Вы видите, что носок ноги может двигаться в разных направлениях по какой-то поверхности, но вращаться вокруг своей продольной оси стопа уже не в состоянии.

Теперь поставим себе вопрос о том, какие формы должны иметь сочленовные окончания для того, чтобы давать различные степени подвижности. Начнем с одной степени подвижности.

Будет всего удобнее, если мы рассмотрим сначала машинные соединения. Очевидно, простой цилиндрический подшипник имеет только одну степень подвижности. Действительно, если ось колеса соединена с помощью такого подшипника со станиной, то каждая точка колеса может двигаться только по одной единственной линии — окружности. Значит, соединение цилиндрического типа будет обладать одной степенью подвижности. Однако, если бы наш цилиндр не имел закраин, то он мог бы смещаться еще и вдоль своей оси, т.-е. обнаружил бы и вторую степень подвижности. Так ведут себя, например, шестерни автомобильной коробки скоростей. Если же цилиндр снабжен закраинами, то, очевидно, форма у этих закраин может быть какая угодно, лишь бы все тело в целом было круглым, представляло бы собой то, что называют телом вращения.

К телам вращения относятся, например, такие тела, как блок, катушка, круглый самовар, колонна и т. д. Все сочленения, в состав которых входят тела вращения, будут, следовательно, обладать одной степенью подвижности.

Рис. 4. Локтевое сочленение правой руки, вскрытое спереди. Хорошо видны блок плече-локтевого и шарик плече-лучевого сочленения. А — плечо, Б — локтевая, В — лучевая кость. (По Тольдту).

Рассмотрим для примера сочленения между плечевой и локтевой костями. Вы видите (рис. 4), что плечевая кость оканчивается внизу катушкой. На том конце локтевой кости, который сочленяется с плечом, имеется соответствующей формы выемка, ограниченная сверху и снизу двумя выступами кости. Если катушка и выемка точно пригнаны друг к другу, то они будут взаимно подвижны в одном направлении; значит, любое тело, плотно соединенное с катушкой, будет и само иметь только одну степень подвижности в рассматриваемом сочленении. Мы уже имели случай убедиться, что локтевое сочленение действительно относится к одностепенным.

Мы можем представить себе и другие виды одностепенных соединений: таково будет, например, соединение между крейц-копфом и его направляющими в паровой машине, соединение между винтом и гайкой и т. д. Однако, в живой машине эти типы одностепенных соединений не встречаются. Обратимся теперь к соединениям трехстепенным. После всего рассказанного вы легко поймете, что соединение с помощью так называемой шаровой головки имеет три степени подвижности. Все трехстепенные сочленения человеческой машины как раз и построены по типу шаровых соединений)[1]. На рис. 5 изображен разрез тазобедренного сочленения человека. Вы видите, что бедро вверху кончается правильной шаровой головкой, и что эта головка плотно входит во впадину тазовой кости, имеющую форму полушария. Сделав проверку на самих себе, вы легко убедитесь, что бедро имеет относительно туловища три степени подвижности, точно так же, как и плечо.

Рис. 5. Разрез шарового тазобедренного сочленения (по Моллиеру).

В природе не существует таких поверхностей, которые могли бы дать две, и только две, степени подвижности друг относительно друга, оставаясь в то же время плотно приложенными одна к другой)[2]. Какую бы поверхность вы ни брали, она даст вам непременно или одну степень подвижности относительно другой подобной или уже сразу целых три степени (или, может быть, ни одной, если одну поверхность никак нельзя сдвинуть с другой, не нарушив их соприкосновения).

Проверим себя на примере. Возьмем две соприкасающиеся плоскости, например вот этот диапозитив, положенный на стол. Сколько степеней подвижности имеет он относительно стола?

Слушатели. Две степени.

Лектор. Какие же две степени?

Слушатель. Он может двигаться по поверхности.

Лектор. Вы хотите сопоставить его движение с движением конца плечевой кости по шаровой поверхности? В этом вы совершенно правы, но ведь диапозитив может в каждой точке поверхности стола, куда вы его приведете благодаря двум степеням его подвижности, еще вращаться вокруг самого себя, как и плечо. Это будет уже третья степень подвижности. Впрочем, плоскость есть ведь только частный случай шара: ее можно рассматривать, как часть шара бесконечно большого поперечника. Рассмотрим какие-нибудь другие поверхности. Предложите сами.

Слушатели. Какую подвижность имеет колесо на рельсе?

Лектор. Если колесо может только катиться по рельсу, но не скользить, то его подвижность одностепенна. Однако, этот пример нам не подходит, так как колесо не прикасается к рельсу целой поверхностью. Дайте другой пример.

Слушатель. Пробка в графине?

Лектор. Как вам кажется?

Слушатель. Одну степень?

Лектор. Если пробка имеет форму конуса, то конечно одну степень, — вращение вокруг оси. Когда вы вынимаете пробку из графина, вы сейчас же нарушаете ее соприкосновение с ним. А не найдете ли вы примера поверхности, не имеющей ни одной степени подвижности относительно другой подобной поверхности? Вас это затрудняет? Например, печатный стереотип и матрица, из которой он отливается. Можете ли вы, наложивши один на другую, сдвинуть их, не нарушая их соприкосновения? Очевидно, нет. В человеческом теле есть соединения костей как раз по этому типу, лишенные всякой подвижности. Таковы, например, соединения костей черепа между собою.

Вернемся однако к подвижным сочленениям живой машины. Я уже упоминал, что в ней встречаются двухстепенные сочленения, и притом не цилиндрического типа. Как же согласовать это с только что высказанным правилом о подвижности поверхностей?

Дело в том, что сочленовные поверхности человеческой машины несколько податливы и гибки. Поэтому они могут сохранять взаимное соприкосновение и тогда, когда они не вполне точно подходят друг к другу. Живая машина знает несколько типов сочленений, которые становятся возможны только благодаря хрящевой гибкости. Сюда относятся т. н. седловидные и яйцеобразные сочленения.

Вообразите себе поверхность, имеющую форму английского седла, т.-е. выпуклую в одном направлении и вогнутую в другом. Если с этой поверхностью соприкасается другая, подобной же формы и лишенная всякой гибкости, то они не будут иметь вообще никакой взаимной подвижности. Если же они могут несколько менять свою форму, то подвижность будет как раз двухстепенной. Раз мы уже взяли в качестве одной поверхности седло, то в качестве второй возьмем всадника. Действительно, всадник может, не меняя положения ног, наклоняться вперед и назад и съезжать с седла в стороны, но уже не может вращать свое тело вокруг оси, т.-е. поворачиваться вправо и влево. Таким седловидным устройством обладает, например, сочленение между запястьем и пястной костью большого пальца руки (рис. 6).

Рис. 6. Седловидное сочленение между костями А и Б, дающее две степени подвижности.

Другой вид двухстепенного сочленения, также возможный только благодаря податливости хрящей, есть т. н. яйцевидное сочленение. Представьте себе впадину, вырезанную из боковой, более плоской части яичной скорлупы. Если вы вложите в такую впадину боком целое яйцо, то оно также будет иметь в ней две степени подвижности: его можно будет несколько качать во все стороны, но нельзя будет вертеть во впадине вокруг вертикальной оси, наподобие волчка. К такому типу принадлежит, например, сочленение между головой и первым шейным позвонком.

Рис. 7. Схематизированный продольный разрез коленного сочленения. Видна двояковогнутая хрящевая прокладка. (По Моллиеру).

В человеческом теле есть сочленения, которые еще в большей мере пользуются гибкостью хрящей. На рис. 7 изображен продольный распил коленного сочленения. Вы видите, что поверхности обеих соединяющих здесь костей ни в какой мере не подходят друг к другу; начать с того, что обе они выпуклы. Для того, чтобы обеспечить широкое соприкосновение таких несходных поверхностей, между обеими костями (бедренной и большой берцовой) проложен третий промежуточный хрящ двояковогнутой формы. Благодаря ему сочленение в целом получает не то одну, не то две степени подвижности в зависимости от своего положения и от степени податливости сочленовных связок данного лица.

Все, что говорилось до сих пор, относится только к способу или характеру подвижности соединенных частей. Здесь ничего еще не предрешено о том, в каких границах возможны движения в данном сочленении. Очевидно, что одностепенные и трехстепенные сочленения могут быть и широко подвижными и очень малоподвижными. Например, хрящевое сращение двух позвонков обладает, по крайней мере, тремя степенями подвижности, так как упругий хрящ одинаково податлив во всех возможных направлениях. Но по каждому из этих направлений позвонки подвижны очень мало: всего на 5°–10°. С другой стороны локтевое сочленение с одной единственной степенью подвижности имеет очень широкие границы подвижности: 140° и выше. Мы еще рассмотрим впоследствии границы подвижности отдельных главных сочленений человеческого тела и способы описания этих границ.

Пока что мы пересмотрели с вами, какие формы сочленений вообще пущены в дело при конструкции живой машины. Мы познакомились с прейс-курантом возможных сочленений. Как они в действительности размещены и как действуют, мы разберем в третьей лекции; а сейчас вкратце познакомимся со строением и механическими свойствами костей, которые связываются этими сочленениями и представляют собою главную жесткую опору тела.

Кость обладает огромной и разносторонней механической прочностью. Ее крепость на разрыв мало отличается от крепости чугуна. Ее сопротивление раздавливанию или излому превышает сопротивление дуба. В общем прочность кости приближается к прочности латуни. В то же время костные сооружения чрезвычайно легки. Удельный вес кости немногим меньше двух. Чем же достигается такая крепость кости? Из какого же вещества она состоит?

Химический состав кости не сложен: она состоит в наибольшей части из разных известковых солей, главным образом из фосфорно-кислой извести. Это вещество знакомо нам и из мертвой природы и не отличается никакой особой прочностью.

Ответить на наш вопрос можно только, если рассмотреть внутреннее строение кости. Прочность кости зависит не от того, что она построена из прочного вещества, а от того, что она умно построена. Если отшлифовать маленькую и тоненькую пластинку кости и изучать ее под микроскопом, то можно увидеть, что костное вещество состоит целиком из тончайших трубочек, пронизанных очень тонкими каналами. Просвет этих каналов так мал, что в него не прошел бы и волос. Весь секрет прочности кости заключается в строении стенок этих костных канальцев.

Стенка такого канальца состоит из ряда слоев, и каждый слой представляет собою сеточку из тончайших волоконец, пропитанную известковыми солями. Если вы знакомы с железо-бетонными конструкциями, то вы увидите в строении стенок костных канальцев большое сходство с этими конструкциями. Волокнистые сеточки соответствуют арматуре железо-бетонных балок, а известковые соли соответствуют бетону. Вот за счет такого сочетания и достигается громадная прочность, которая примерно впятеро превышает прочность железо-бетона. Такое строение кости из двух материалов можно доказать и не прибегая к микроскопу.

Если положить кость в раскаленную печь и прожечь ее, то органические волоконца прогорят, и останется только известковая часть кости, только ее «бетон». Такая прожженная кость окажется очень хрупкой и легко раздробляющейся в порошок. Можно сделать обратное: положить кость в слабый раствор кислоты, в котором растворятся все известковые соли; после такой процедуры кость сделается мягкой, как тряпка: ее можно будет намотать на палку.

Из таких составных элементов организм строит не сплошные колонны, а сложные решетчатые сооружения, напоминающие подъемные краны. Живая кость обладает одним замечательным свойством. Она развивается сильнее всего там и в тех направлениях, где на нее воздействуют наибольшие силы, и вырождается в тех местах и направлениях, где силы не действуют. Поэтому получается, что кость есть своего рода самостроящийся автоматический мост. В ней постепенно исчезают, недоразвиваются все части, кроме тех, которые нужны для достижения наибольшей прочности при наибольшей же легкости.

Рис. 8. Поперечный распил костей голени. Слева — малая, справа — большая берцовая кость. (По Шпальтегольцу).

Посмотрите на поперечный распил большой берцовой кости, изображенный на рис. 8. Вы видите, что кость эта имеет внутри полость, окруженную толстой стенкой. Значит, вся кость в целом имеет строение трубки. Она построена точно так же, как трубы, из которых состоит велосипедная рама, и так же, как и последняя, соединяет прочность с экономией материала. Концы кости, в которых взаимоотношения механических воздействий разнообразнее и сложнее, обладают и более сложным строением. Они одеты с поверхности тонким сплошным слоем костного вещества, а внутри это костное вещество образует систему взаимно-пересекающихся перегородок, нечто вроде мелких ячеек. Если кто-нибудь из вас имел дело со строительной механикой, то он слышал о так называемых траекториях напряжений, которые определяют направления наибольших воздействующих сил. И оказывается, что костные перегородки концов кости располагаются как раз в направлении таких траекторий напряжений. Вычисления показали, что соответствие получается здесь очень близкое. На рис. 9 изображен продольный распил верхнего конца бедренной кости человека; рядом дано для сравнения расположение траекторий напряжений в верхнем конце подъемного крана, который подвергается усилиям, очень сходным с усилиями бедра. Сходство обоих рисунков говорит само за себя. Интересно, что там, где несколько смежных костей в общей совокупности подвергаются одним и тем же усилиям, перегородки в них представляют собою как бы непосредственное продолжение друг друга. Так происходит, например, в костях, составляющих стопу. Стопа есть свод, который опирается на землю тремя точками: основаниями большого пальца и мизинца, и пяткой. На эти своды сверху давит тяжесть всего тела. Сообразно с этим перегородки костей стопы расположены как раз так, как располагались бы в соответствующем случае элементы железной сводчатой постройки.

Рис. 9. Расположение костных перегородок в головке бедренной кости (справа), в сопоставлении с линиями напряжений в подъемном кране (слева).

1 Трехстепенное межчелюстное сочленение много сложнее и не относится к шаровым.

2 Единственное исключение, как уже раньше было сказано, представляет собою цилиндр.