Чому передпліччя складається з двох кісток
У всіх земних хребетних кістяках передпліччя, як і гомілки, складається з двох кісток. Це очевидно, але зовсім не багато анатомій ставили собі питання - чому?
Щоб дати цьому факту логічне пояснення, зробимо аргументацію шляхом абсурдних припущень. Уявимо фантастичну біомеханічну модель передпліччя, що складається з однієї-єдиної кістки CubRadius.
Щоб захоплювати предмети, рука повинна приймати численні положення, що вимагає від суглобів верхньої кінцівки мати сім ступенів свободи, ні більше ні менше! Детально: три ступені свободи плечового суглоба для руху верхньої кінцівки у всіх напрямках простору, один ступінь ліктьового суглоба, щоб наближати або видаляти передпліччя від плеча, а отже, працювати і в області рота. і три ступені свободи для зап'ястя, щоб функціонувала кисть. Логічним рішенням є енартроз, сферичний суглоб, як плечовий, який розташовувався по краях кістки CubRadius. Спробуємо припустити біомеханічні наслідки такої структури.
Насамперед уявімо, що сферичний компонент розташовується або дистально на зап'ясті (рис. 113), або проксимально на кінці CubRadius. Чи завдасть перше припущення менше складностей для побудови зап'ястя? У той же час уявімо друге.
Незручність енартрозу цьому рівні очевидно: обертання двох складових у невеликому просторі призводить до зрізування, звільнення структур, необхідні роботи суглоба. Почнемо з сухожиль: схема будови зап'ястяапоказує ефект укороченняr, що виник через повне обертання дистального сегмента. На зрізі зверхуbобертання у напрямкусабо внапряміdзмушує сухожилля проходити більш довгий шлях, звідки виникає скорочення та непотрібний ефект псевдоскорочення м'язів. Це складно компенсувати, особливо якщо під час руху з прямого положення (рис. 116) додається латеральна спрямованість (рис. 117). У цьому випадку ефект укорочування подвоюється і непотрібні рухи, що виникають, неможливо компенсувати. Такі ж механічні проблеми стосуються побудови судин такої кінцівки (рис. 118). Судини теж зазнали укорочення через розворот, але це легше компенсується завдяки їхньому спіралеподібному розташуванню. У разі «двох кісток» (рис. 119) променева кістка по всьому ходу оточена променевою артерією.
Проблема укорочення сухожиль перешкоджає розміщенню потужних м'язів-розгиначів, а особливо згиначів пальців на передпліччі. Ці м'язи, назвемо їх зовнішні, повинні розташовуватися в самій кисті і, у свою чергу, перетворюватися на внутрішні. Наслідки вимальовуються катастрофічні, оскільки сила м'яза пропорційна його обсягу. І тут достатньо уявити масу згиначів, розташованих у пензлі (рис. 121), щоб зрозуміти її абсолютну непридатність для функціонування, тоді як на рис. 120 представлена нормальна кисть, здатна захопити досить об'ємний предмет.
Контури та розмір руки будуть повністю змінені (рис. 122): рука перетвориться на «руку-скалку»а,b, об'ємну, громіздку, яка втратить практично всю функціональну цінність , не кажучи вже про естетикус,d!
Така структура руки позначиться на анатомічній перебудові всього організму у бік збільшення кінцівок загалом (рис. 123). Центр ваги верхньої кінцівки, зазвичай розташований в області ліктя (синя стрілка), при перебудові зміститься ближче до зап'ястя(червона стрілка). Збільшення моментів сили при роботі м'язів верхньої кінцівки призведе до зміцнення та збільшення лопатково-плечового поясу, що, отже, станеться і з нижньою кінцівкою. В результаті вийде новий вид людини, який представлений на комбінованій схемі, де ліва сторона ілюструє нормальну будову тіла, а права - модифіковане, яке походить лише із заміни зап'ясткового суглоба енартрозом. Ця модель далека від нормальної людини (рис. 126)! Винахід CubRadius не представив практичного інтересу. Тоді розкладемо цю кістку на дві - cubitus (ліктьова) та radius (променева). То як же розмістити ці дві кістки (рис. 124)? Розташування їх один за одним не практично, так як цей проміжний суглоб здається менш витривалим; з ним неможливо підняти піаніно чи важкий рюкзак! Залишається тільки паралельне розташування двох кісток, але тут виникають дві можливості: одна перед іншоюbабо одна поряд з іншоюс. Якщо променева кістка розташована перед ліктьовою, то згинання ліктя може бути обмеженим. Розташування променевої кістки в площині ліктьової кістки є найбільш практичним, особливо якщо вона розташована назовні від ліктьової кістки; але не всередині, тому що тут буде використано перевагу ліктьового каналу і буде зміна напряму осі руки.
Використання двох кісток незаперечно ускладнить роботу ліктьового суглоба та зап'ястя, утворюючи два додаткові суглоби: верхній та нижній променелоктьові. Так само вирішаться і проблеми з судинами та нервами, вони більше не будуть скручені протягом короткої ділянки. Але насамперед це рішення дозволить розташувати потужні м'язи в межах передпліччя. Таким чином, зовнішні м'язи відповідного розміру наблизять центр ваги до основиверхньої кінцівки. Внутрішні м'язи, розташовані в пензлі, будуть здійснювати лише «уточнюючі рухи», будуть менш потужними та витонченими. Більшість м'язів, прикріплених до променевої кістки, повертатимуться разом з нею і не змінюватимуться у довжині. Отже, більше не виникне непотрібних рухів пальців під час роботи зап'ястя. Рідкісні м'язи-згиначі, прикріплені до ліктьової кістки, піддадуться до повороту по всій довжині без ефекту зайвих рухів.
Поява двох кісток на середній ділянці кінцівок відбулася близько 400 млн років тому (рис. 125), коли в епоху середнього девону наш далекий предок, невідома кістепера риба Eusthenopteron вийшла з моря внаслідок трансформації грудних плавців і перетворилася на чотириногу, схожу на ящірку або сучасну . Елементи плавників послідовно перебудовувалисяа-b-с; безпосередньо одна з кісток перетворилася на плечовуh, дві поряд розташовані частини дали початок ліктьовійuі променевійrкісткам, наступні кістки п'ястя дали початок п'яти пальцям. З тих пір всі хребетні, що мешкають на суші, мають дві кістки передпліччя та гомілки. І лише з ходом часу у вищих хребетних пронація-супінація почала грати таку важливу роль. І лише у приматів та людини (рис. 125) ця функція досягла найбільшої ефективності.
"Верхня кінцівка. Фізіологія суглобів" А.І. Капанджі