Мышцы ног за что отвечают. Анатомия мышц ног. Медиальная широкая мышца

Стиль брасс вам необходимо освоить в первую очередь, так как его- военно-при­кладное значение исключительно важно. Ва­ши ноги и руки при брассе работают под во­дой, значит движение происходит бесшумно. Видимость при брассе хорошая. Этот стиль наиболее удобен и при плавании с грузами. Наконец, стиль брасс экономен по расходо­ванию физических сил пловца. При кроле на гребок приходится 3-4 толчка ногами. При брассе гребку соответствует толчок ногами.

Есть у брасса, однако, и недостатки. Пер­вый и главнейший заключается в том, что освоить его труднее, чем кроль. Пройдет значительно больше времени, прежде чем вы уверенно им овладеете. Причина про­должительности обучения та, что в кроле основная нагрузка приходится на руки, в брассе же ноги играют куда более важную роль: они движут тело вперед.

Посмотрев на плывущего брассиста, вы найдете немало сходства в его движениях с движением лягушки. Лицо опущено в во­ду. Для каждого вдоха голова припод­нимается и рот оказывается на поверхности. Обе руки одновременно делают гребок в стороны, а по окончании гребка ноги подтягиваются и дают толчок.

КАК РАБОТАЮТ НОГИ

В исходном положении ноги соединены, расслаблены и вытянуты назад. Вы подтяне­те их, согнув в тазобедренном и коленном суставах, разводя одновременно колени в стороны на ширину, чуть превышающую ши­рину ваших плеч. Ступня остается у самой поверхности. Пятки расходятся при подтя­гивании, подошва обращена вверх, а носки слегка подогнуты.

Закончив подтягивание, ступни подойдут почти вплотную к тазу, вы выпрямите и од­новременно сомкнете ноги.

Вот наиболее часто допускаемые ошибки:

Носки перед толчком не раз­водятся.

Ноги сначала вы­прямляются, а за тем соединяются.

Слишком широко раз­водятся в стороны ко­лени. Ноги подтягива­ются с разведенными носками.

Не допускайте несимметрично­сти ног - обе они должны рабо­тать одинаково. Не подтягивайте ноги слишком резко, делайте все движения мягко, но энергично.

КАК РАБОТАЮТ РУКИ

Перед гребком вытяните руки с обращен­ными внутрь ладонями вперед. Следите га тем, чтобы в локтевом суставе руки были бы немного согнуты. Так как гребку пред­шествует наплыв, выпрямляйте руки в лок­тях. Гребок делайте в сторону и вниз, сги­бая руки в локтевом суставе. Во время гребка кисть должна находиться ниже лок­тя. При приближении кистей к воображае­мой линии, проведенной через плечевые су­ставы, гребок закончится. Вы быстро опусти­те локти, поставите кисти так, чтобы паль­цы рук оказались направленными вперед. Так руки возвратятся в свое исходное поло­жение.

Стремитесь при гребке захватить воду руками. Для этого делайте гребок энергично. Выдвигайте руки вперед мягко, как бы прокалывая пальцами воду. Развертывайте кисти рук, но не делайте это слишком сильно.

Гребок делайте обязательно в сторону. Перед выносом не соединяйте руки под подбородком.

И неизменно помните - движения рук должны, быть плавными.

О ДЫХАНИИ

Вдыхайте воздух через рот во время пер­вой половины гребка. К концу гребка снова погрузите лицо в воду и тотчас начните делать выдох либо через рот, либо через нос и рот.

СОГЛАСОВАННОСТЬ ДВИЖЕНИЙ-ВОТ ГЛАВНОЕ

Согласованность движений-ключ успеха при плавании стилем брасс. Твердо помни­те последовательность работы рук, ног, ды­хания. Начинайте цикл с вытянутых рук. Во время наплыва поднимите голову. Сде­лайте гребок и вдох. Окончив вдох, опусти­те лицо. Когда гребок подходит к концу, начните подтягивать ноги. Завершайте гре­бок. Оканчивайте подтягивание ног. Развер­ните ступни. Поставьте руки в исходное положение и одновременно сделайте толчок ногами. Пауза - и начинается новый цикл.

Мы часто говорим о том, что в беге очень важна устойчивость вашего тела, поэтому, кроме упражнений для бега, нужно обязательно укреплять мышцы кора и бёдер, которые отвечают за стабильность. Достаточно много внимания уделяется работе над коленями и лодыжками, но при этом мало кто обращает внимание на саму стопу.

Наша стопа состоит из крупных и мелких мышц, которые расположены слоями. Есть крупные мышцы, которые проходят через всю стопу от лодыжки. Они отвечают за большую часть движений стопы, и именно на их укреплении мы сосредотачиваемся. Но кроме них есть ещё 11 мелких, которые расположены немного глубже в стопе. Они помогают стабилизировать тело при ударах стопы о землю и отталкивании во время бега. Также они деформируются, чтобы поглотить и сохранить энергию в середине позиции, и поддерживают свод стопы.

podolog.dp.ua

Что же происходит, если у вас слабое «ядро ноги»? В нижней части ноги есть четыре слоя мышц, которые поддерживают свод стопы. Если эти мышцы слабы, то нагрузка будет идти на подошвенную фасцию. Поэтому, если вы хотите избавиться от плантарного фасциита или предотвратить его появление, вам обязательно нужно укреплять внутренние мышцы стопы. В теле всё связано, и слабые подошвы могут привести к аномальным движениям, которые в итоге выльются в проблемы с коленями.

Для укрепления стопы есть несколько стандартных упражнений. Например, комкание небольшого полотенца стопами: вы тащите полотенце по полу исключительно с помощью мышц стопы. Или «мраморные пикапы» - поднятие с пола ступнями мраморных шариков. Но эти упражнения задействуют в основном крупные мышцы стопы, практически не затрагивая мелкие.

Авторы исследования предлагают другие упражнения. Поставьте стопу на пол в нейтральную позицию, а затем сожмите её, используя внутренние мышцы свода стопы. При этом постарайтесь сделать так, чтоб пальцы оставались плашмя лежать на полу. Вы можете начинать их выполнение, сидя в кресле, затем усложнить и делать это стоя, затем - на одной ноге.

Мы выполняли подобное упражнение во время тренировок по стретчингу: сидя на полу с выпрямленными ногами, вы пробуете изогнуть стопу так, чтоб образовалась дуга, но пальцы при этом должны быть оттопырены на себя.

Ещё один вариант - минималистичная беговая обувь или бег босиком. Первые положительные изменения будут заметны уже после четырёх месяцев: ступня станет немного короче, поднимется свод стопы. Именно эти изменения показывают, что мышцы стали действительно сильнее. Ещё одно преимущество - увеличение сенсорной чувствительности ступни. Это также играет немаловажную роль для выработки устойчивости.

Ходьба - это автоматизированный двигательный акт, осуществляемый в результате крайне сложной координированной деятельности скелетных мышц туловища, нижних конечностей. Ходьба человека складывается из отдельных шагов, представляющих собой простой локомоторный цикл, где выделяются две фазы:

1. Переноса.
2. Опоры.

В фазе переноса происходит непосредственно перенос стопы в воздухе на более отдаленную позицию. В фазе опоры стопа контактирует с поверхностью, по которой перемещается человек. В начале переноса нижней конечности вперед (так называемое начало фазы переноса) происходят следующие движения (рис. 1А):

1. Сгибание тазобедренного сустава, которое осуществляется при помощи пояснично-подвздошной мышцы.
2. Сгибание коленного сустава при согласованном действии двуглавой мышцы бедра и седалищно-бедренных мышц (полуперепончатая, полусухожильная мышцы, и длинная и короткая головки двуглавой мышцы бедра).
3. Сгибание голеностопного сустава с задействованием мышц-сгибателей голеностопного и передней большеберцовой и третичной малоберцовой мышц.
4. Разгибание пальцев стопы мышцами-разгибателями пальцев стопы (длинный разгибатель пальцев, длинный разгибатель большого пальца стопы, короткий разгибатель пальцев, короткий разгибатель большого пальца стопы).

При начальном контакте стопы с поверхностью наблюдаются такие процессы, как (рис. 1В):

1. Окончание процесса сгибания тазобедренного сустава пояснично-подвздошной мышцей.
2. Разгибание коленного сустава четырехглавой мышцей бедра.
3. Окончание сгибания голеностопного сустава мышцами разгибателями пальцев стопы и сгибателями голеностопного сустава.

В тот момент, когда переносимая нога полностью опирается на поверхность , то наблюдается настойчивое действие четырехглавой мышцы бедра и начало работы большой ягодичной мышцы (рис. 1С).

Рис. 1. Фазы ходьбы человека

Следующая фаза ходьбы заключается в переносе тела вперед . Тут мы наблюдаем такие действия (рис. 2А):

1. Разгибание тазобедренного сустава посредством воздействия большой ягодичной мышцы и седалищно-бедренных мышц.
2. Антагонизм-синергизм с четырехглавой мышцей бедра.
3. Сгибание голеностопного сустава мышцами-сгибателями в синергизме с большой годичной мышцей.

В процессе первого двигательного толчка перед опорой на две ноги наблюдаются такие процессы, как (рис. 2В):

1. Продолжающееся разгибание тазобедренного сустава большой ягодичной мышцей и седалищно-бедренными мышцами.
2. Продолжающееся разгибание коленного сустава четырехглавой мышцей бедра.
3. Разгибание голеностопного сустава двуглавой мышцей бедра и сгибателями пальцев стопы (длинный сгибатель пальцев, длинный и короткий сгибатели большого пальца стопы, короткий сгибатель пальцев.).

В фазе второго двигательного толчка , действующего на несущую ногу человека при полном разгибании, тогда как колеблющаяся конечность собирается наступить на пол наблюдается усиление действия четырехглавой мышцы бедра, большой ягодичной мышцы, седалищно-бедренных мышц, двуглавой мышцы бедра и мышц-сгибателей пальцев стопы (рис. 2С).

В начале перехода с одной несущей конечностью на другую наблюдается процесс укорочения переносимой конечности за счет сокращения седалищно-бедренных мышц и мышц-сгибателей голеностопного сустава, а также сгибание тазобедренного сустава пояснично-подвздошной мышцей (рис. 2D).

В процессе движения конечности спереди усиливается действие пояснично-подвздошной и четырехглавой мышцы бедра с расслаблением седалищно-бедренных мышц. В мести с этим происходит разгибание коленного сустава путем сокращения четырехглавой мышцы беда и поднятие пальцев стопы действием мышц-разгибателей пальцев стопы (рис. 2Е). Далее следует начало нового цикла .

Рис. 2. Фазы ходьбы

Мышцы ног - это не единственные группы мышц, которые участвуют в ходьбе.

Для удержания туловища человека в наклонном положении при переносе ноги сокращаются мышцы задней поверхности туловища такие, как:

1. Трапециевидная мышца.

2. Широчайшая мышца спины.

3. Ромбовидная мышца спины, которая состоит из большой ромбовидной мышцы и малой ромбовидной мышцы.

4. Мышца, выпрямляющая позвоночник.

5. Длиннейшая мышца спины.

С целью предотвращения падения тела назад при заднем шаге происходит напряжение мышц передней поверхности туловища, в большей степени это касается мышц живота:

1. Прямая мышца живота.
2. Наружная косая мышца живота.
3. Внутренняя косая мышца живота.
4. Поперечная мышца живота.
5. Квадратная мышца поясницы.

Данные мышцы также работаю в случае, если нужно зафиксировать таз и обеспечить тем самым опору для выноса ноги вперед.

Обратите внимание, что в процессе выноса вперед ноги туловище вместе с тазом совершает поворот вокруг вертикальной оси в направлении опорной ноги. Для этого со стороны опорной ноги напрягаются внутренняя косая мышца живота, а с противоположной стороны - наружная, поперечно-остистая и подвздошно-поясничная мышцы.

Мышцы, которые выпрямляют позвоночник, способствуют уменьшению отклонения всего туловища в одну из сторон (мышца, выпрямляющая позвоночник) и длиннейшая мышца спины.

В определенных случаях можно наблюдать сокращение задних мышц шеи. Помимо уже указанных мышц туловища требуется отметить следующие мышцы:

1. Задняя лестничная мышца.

2. Мышца, поднимающая лопатку.

3. Верхняя задняя зубчатая мышца.

4. Ременная мышца головы и ременная мышца шеи.

5. Полуостистая мышца головы.

6. Полуостистая мышца шеи.

Работа мышц верхней конечности при обычной ходьбе незначительна. Во время движения руки вперед сокращаются мышцы-сгибатели в плечевом и отчасти в локте-вом суставах, а во время движения назад - мышцы-разгибатели в этих суставах.

К мышцам сгибателям плеча относятся :

1. Передняя часть дельтовидной мышцы.
2. Большая грудная мышца.
3. Клювовидно-плечевая мышца.
4. Двуглавая мышца плеча.

К мышцам-разгибателям плеча относятся :

1. Задняя часть дельтовидной мышцы.
2. Широчайшая мышца спины.
3. Подкостная мышца.
4. Малая круглая.
5. Большая круглая.
6. Длинная головка трехглавой мышцы плеча.

Мышцы-сгибатели плечевого сустава :

1. Плечевая мышца.
2. Плечелучевая мышца.
3. Двуглавая мышца плеча.
4. Длинный разгибатель лучезапястного сустава.
5. Локтевая мышца.
6. Круглый пронатор.

Мышцы-разгибатели локтевого сустава - это трехглавая мышца плеча.

Работа мышц регулирует маятникообразного движения свободной верхней конечности, что возможно в результате одного попеременного сокращения передней и задней частей дельтовидной мышцы.

Когда все перечисленные мышцы не имеют проблем с растяжением и сокращением, то человек ходит и бегает правильно и легко. Таких людей в мире очень мало . В основном, мышцы имеют те или иные дефекты, связанные с каких-то участков мышц. Отек участка мышцы не дает ей растянутся полностью.

Внутри мышечного волокна, который полностью не растягивается, происходит смещение ядер мышечных клеток в одно место и уменьшение количества митохондрий, которые вырабатывают энергию для полного растяжения мышцы. В зависимости от того, какие мышцы отекшие, а какие остались нормальные, проявляются те или иные дефекты: неправильная походка, неровные ноги, походка на носочках, искривление позвоночника.

Например , мышцы спины, рук и ног не двигаются при тетрапарезе (одна из форм ).

При помощи ног человек перемещается в пространстве за счет сложного строения. Во взаимном расположении у человека находятся кости, мышцы, отходящие от них сухожилия, а также суставы, нервы и сосуды. Природа создала ногу таким образом, что во время ходьбы возникает минимальная нагрузка на органы.

Несмотря на всю сложность своего строения, нога имеет четыре отдела. Первый носит название «пояса верхних конечностей» и включает в себя кости таза, второй – бедро, третий – голень и, наконец, замыкает все стопа. Классификация топографическая, ее наиболее часто использует клиническая практика.

Первый отдел

Начало нога берет от пояса нижней конечности, которым являются кости таза, именно к ним происходит фиксация при помощи тазобедренного сустава, его образовывает головка бедренной кости. Таз состоит из двух костей таза и крестца, при помощи которого все соединяется сзади. Сами кости таза включают в себя лобковую, седалищную, подвздошную кости, тела которых срастаются в области вертлужной впадины примерно к 16 годам.

Весь каркас из кости покрывается мышцами, они могут отходить от таза, достигать бедра. Некоторые мышцы перекрывают одна другую, чтобы обеспечить движение тазобедренного сустава и укрепить его. Из пространства малого таза на нижнюю конечность выходят многочисленные сосуды, рядом расположены нервы, они имеют свои анатомические особенности.

Начать правильно описывать строение этого участка ноги человека следует с бедренной кости. У любого человека правая или левая нижняя конечность имеет одинаковое строение. Особенности состоят в том, что бедренная кость является наиболее крупным образованием в скелете. В вертикальном положении может выдержать значительный вес за счет своего уникального строения.

Костное основание

Строение бедра будет неполным без костного основания – бедренной кости. Она имеет тело, два конца, один из которых принимает участие в образовании тазобедренного сустава. В нем различают головку, шейку, два вертела (малый, большой) - все эти составляющие участвуют в образовании тазобедренного сустава. Капсула тазобедренного сустава дополнительно укрепляется связками. У человека связки настолько мощные, что препятствуют вывиху и способны выдерживать вес тела.

Тело бедренной кости представляет собой прочную трубку, искривленную под углом. Стенки ее толстые и крепкие, внутри содержится желтый костный мозг. К телу бедренной кости крепятся связки сустава, сухожилия мышц, обеспечивающие движения тазобедренного сустава.

Нижняя часть бедренной кости участвует в образовании коленного сустава. Тело плавно переходит в мыщелки, по бокам от которых располагаются надмыщелки. Есть и суставные поверхности, представляющие собой две суставные площадки с вырезкой в центре. Ко всем костным выступам прикрепляются связки, сухожилия мышц. В отличие от тазобедренного, в коленном суставе капсула крепится по краю суставной поверхности, а спереди располагается надколенник.

Эта косточка является самой большой сесамовидной, она выступает в виде дополнительного рычага, который вплетается в сухожилия четырехглавой мышцы. Внутри поверхность этой кости у человека гладкая, что обеспечивает скольжение по поверхности мыщелков бедра.

Мышцы

Анатомия этого отдела, помимо бедренной кости, включает в себя еще мышцы. Мясистая часть красного цвета является мышцей, а белая часть - это сухожилия. Это связывающее звено, которое соединяет кость и мышечные волокна. Именно благодаря мышцам, ноги имеют красивую форму, если они постоянно в тонусе. Основными на бедре являются:

Сосуды и нервы бедра

Имеет этот участок свои особенности кровоснабжения и иннервации. Сосуды и нервы занимают особые пространства между мышцами, которые помогают сориентироваться. Самой крупной артерией является бедренная, рядом с ней расположена вена, имеющая такое же точно название. Особенности артерии состоят в том, что она берет свое начало практически от аорты и имеет колоссальное давление в своей полости. Занимая определенные пространства, она отдает ветви на рядом расположенные образования.

А вот в области заднего отдела проходит наиболее крупный нерв, который носит название седалищного. Помимо него, есть ее бедренный нерв, который расположен в области внутреннего отдела, и много других. Все они обеспечивают чувствительность, иннервируют мышцы, за счет чего происходит движение.

Голень не только красота

После бедренной кости и тканей следует голень, которая содержит свои анатомические образования. Как и в бедренной области, тут также есть свой скелет, мышцы и сухожилия, а также кровоснабжение и иннервация.

Скелет

В состав голени входят две кости: одна, которая несет на себе нагрузку, носит название большеберцовой, вторая - малая берцовая. Первая участвует в формировании коленного сустава, для чего на верхней площадке, именуемой мыщелками, есть соответствующие суставные поля. В области этого отдела кости есть свои выступы, к которым крепятся сухожилия. Малоберцовая кость укрепляется несколько ниже и в строении коленного сустава участия не принимает.

У человека кости голени формируют вилку, которая охватывает блок таранной кости. По бокам в суставе располагаются лодыжки, одна внутренняя, а вторая наружная. В средней части между костями натянута сухожильная мембрана, которая ограничивает анатомические пространства.

Мышцы

Всего в области голени расположено двадцать мышц, они обеспечивают передвижение, выполнение ногой движений.У любого человека в области этого отдела они позволяют поднять или опустить ногу, совершить движение пальцами. Некоторые мышцы берут свое начало позади коленного сустава, оканчиваются в области стопы.

Есть и топографическая классификация, которая позволяет разделить все мышцы на переднюю, наружную и заднюю группы. Передняя группа отвечает за разгибание пальцев и стопы. Наружные, или малоберцовые, позволяет совершать движения в области наружного края стопы. При помощи задних становится возможным сгибать пальцы и стопу.

В области этого отдела наиболее мощной считается икроножная, она берет свое начало от пятки в виде ахиллова сухожилия. Далее следует сам мышца, которая хорошо видна под кожей, образуя характерный рельеф у человека. Особенности ее в том, что она состоит он из двуглавой, которая, собственно говоря, и видна, а также камбаловидной, располагающейся под ней.

Также есть длинные сгибатели и разгибатели пальцев, которые обеспечивают движения пальцами. Они, конечно, не такие сложные, как на кисти, все связано с их функциональным назначением, которое состоит в опоре.

Кровоснабжение и иннервация

Сосуды и нервы голени берут свое начало от тех, которые проходят на бедре. Они заполняют определенные пространства, которые называются каналами. Артериальное кровоснабжение обеспечивается за счет передней и задней большеберцовой артерии, которая отделяется от подколенной.
В свою очередь коленный сустав кровоснабжается восьмью артериальными стволами. Вены в области этого отдела две (одна большая, а вторая малая подкожная), которые соединяются со множеством мелких вен, в конечном итоге впадают в бедренную.

Иннервацию обеспечивают большеберцовый нерв и малоберцовый нерв, которые отходят от более крупных стволов. Иннервируют они мышцы, а чувствительность обеспечивается кожными нервами.

Стопа – опора и устойчивость

За счет стопы происходит опора на поверхность, человек имеет возможность максимально устойчиво передвигаться в пространстве. Всего стопа имеет три отдела, на которые проецируются кости: предплюсна, плюсна и пальцы. Кости предплюсны состоят из таранной и пяточной, которые являются наиболее крупными. За ними следуют более мелкие кости:

• ладьевидная;
• кубовидная;
• три кубовидные кости.

Все кости этого отдела имеют свои особенности, между ними образуются пространства и суставы со своими связками.

Кости плюсны представлены пятью трубчатыми костями, которые имеют тело, головку и основание. Наиболее массивной является первая, а вот маленькая - пятая.
Потом следуют кости фаланг пальцев, которые имеют по три кости в своем составе. Исключение составляет первая фаланга, которая содержит ногтевую и основную фалангу, остальные имеют между ними среднюю.

Мышечный аппарат

Всего выделяют мышцы тыла и подошвенной поверхности, которые способствуют сгибанию и разгибанию пальцев, дополнительное поддержание свода.На тыле проходят:

1. Короткий разгибатель пальцев стопы, задача которого состоит в том, чтобы пальцы двигались в плюснефаланговых суставах и отводились наружу. Мышца отдает свои сухожилия от второго к четвертому пальцам.
2. Короткий разгибатель большого пальца не только разгибает его, но и отводит кнаружи.

По подошвенной стороне мышцы имеют свои особенности, в области этого отдела их больше. Список можно представить так:

1. У мизинца есть своя мышца, которая отводит и сгибает его.
2. Есть короткий сгибатель пальцев, функция которого понятна из названия.
3. Мышца, отводящая большой палец, сгибает и отводит его в сторону, способствует укреплению внутренней части свода стопы.
4. В области этого отдела есть короткий сгибатель большого пальца.
5. Червеобразные мышцы также способствуют сгибанию пальцев.
6. Короткий сгибатель мизинца не только сгибает этот палец, но и отводит его и способствует укреплению свода стопы.
   

Между плюсневыми костями в области этого отдела также есть свои мышцы. Они расположены по тыльной поверхности, занимая пространства между костями. Помимо того, что в области этого отдела они укрепляют свод стопы, занимая свои пространства, они способствуют движению пальцев.

Кровоснабжение и иннервация

Определенные пространства занимают на стопе сосуды и нервы. В области подошвы есть несколько артериальных дуг, которые обеспечивают нормальное кровоснабжение тканей при нагрузке на стопы. Большее количество нервов сосредоточено в области тыла, этот участок наиболее чувствителен.

Строение ноги человека настолько сложное, что обеспечивает максимально возможную функциональность. Все составные части находятся в тесной взаимосвязи, осуществляя определенные функции. Если выходит из строя какая-либо составляющая, то нарушается работа всей ноги.

Искусственные конечности, управляемые искусственным интеллектом, способны самостоятельно оценивать окружающую обстановку и предугадывать намерения своего хозяина. Легко представить себе день, когда построенные на их основе механизмы смогут пригодиться и абсолютно здоровым людям.

Потерявший ногу Дэвид Джонсон работает инженером в компании?ssur. Он испытывает протез Power Knee, и у него есть все возможности для самостоятельной настройки протезной электроники и испытания ее алгоритмов в реальных условиях. Сегодня мы стоим на пороге реализации давних фантазий о «механическом силаче», то есть о настоящих бионических усилителях человеческих мышц. Достаточно добавить к технологиям «умных протезов» и экзоскелетов подходящий нейро-машинный интерфейс, который не будет связан с вторжением в мозг.

Эрик Софдж

По земле пока ходит не так уж много субъектов, которых можно было бы назвать настоящими биомеханическими гибридами, так что встреча с фермером Дэвидом для любого станет сюрпризом. Рыжий, пышущий здоровьем и неугасимым весельем здоровяк встречает нас на посыпанном гравием проезде, ведущем к его мастерской. 30-летний механик без колебаний спрыгивает со своего огромного трактора, пробирается среди вездеходов и раскиданных повсюду тракторных запчастей. Он хватается то за одно, то за другое дело, даже не задумываясь, что в некоторой степени он уже не человек, а машина.

Потерявший ногу Дэвид Джонсон работает инженером в компании Ossur. Он испытывает протез Power Knee и у него есть все возможности для самостоятельной настройки протезной электроники и для испытания ее алгоритмов в реальных условиях.

Ломай — не стесняйся

Дэвид носит хитроумный протез левой ноги, которую потерял в автомобильной аварии. Сегодня протез должны заменить. Вот почему на ферму, где живет и работает Дэвид Ингвасон, приехали инженеры из компании Еssur. Штаб-квартира этого крупного производителя протезов расположена в Рейкьявике (Исландия), в часе езды от фермы Дэвида. Обычный исландский крестьянин, он оказался в избранном кругу инвалидов, которых обеспечили протезом марки Symbionic Leg. Это интегральная бионическая конструкция, включающая в себя искусственные колено, лодыжку и стопу.

Свою искусственную ногу Ингвасон регулярно ломает, хозяйничая на ферме, разъезжая по окружающим пустошам, поросшим высокой травой, лазая по затянутым мхом вулканическим плоскогорьям. Приводы забиваются глиной, механика стонет под непрерывными нагрузками, пока технический шедевр стоимостью больше иного седана не превращается в мертвую железяку, набитую электроникой. Как объясняет Магнус Оддсон, отвечающий за разработку новой техники в компании Еssur, при любых осложнениях от Ингвасона требуется всего лишь позвонить, и сотрудники компании тут же привезут ему новую ногу, причем совершенно бесплатно. Ведь для фирмы все повреждения, которые испытатель наносит протезу в результате крайне небрежного обращения, — источник весьма ценной информации.

Сегодня мы мы стоим на пороге реализации давних фантазий о «механическом силаче», то есть о настоящих бионических усилителях человеческих мышц. Достаточно добавить к технологиям «умных протезов» и экзоскелетов подходящий нейро-машинный интерфейс, который не будет связан с вторжением в мозг.

Когда ноге не нужен мозг

Прошлой осенью компания Еssur выпустила в продажу модель Symbionic — первую в мире искусственную ногу с электронным управлением, доработанную до уровня массового производства. Это выдающаяся веха в истории разработки протезов. Нога Ингвасона выступает, по сути, в роли самостоятельного робота, напичканного датчиками, которые исследуют окружающую среду и угадывают намерения хозяина. Специальные процессоры вычисляют, на какой угол должна выдвинуться при шаге искусственная нога. Та же идеология закладывается в конструкции искусственных рук, когда сложнейшие алгоритмы помогают определить, с каким усилием нужно схватить пластиковую бутылку с водой или как спружинить, упершись в пол при падении. Протезы, чье действие основано на самостоятельном видении и слухе, полностью обходятся без поврежденных органов чувств. Все эти бионические системы способны активно подстраиваться под характер своих владельцев. Служа человеческому телу, они восстанавливают его функции.

Система Modular Prosthetic Limb выглядит просто как хороший бионический протез. На самом же деле это целый рой из автономных роботов. Каждый съемный сегмент с собственным электроприводом содержит вдобавок и свой процессор, который согласует свою работу с остальными элементами.

Возьмем один из характерных случаев, когда человека может подвести протез традиционной конструкции. Обычно механическое колено фиксируется намертво, когда пятка касается земли. Таким образом, протез поддерживает вес человеческого тела. Когда вес переходит на носок, колено разблокируется. Но если носок касается земли слишком рано, искусственная нога может самопроизвольно сложиться под весом хозяина. Протез типа Symbionic Leg обмануть не просто. Датчики усилия и акселерометры постоянно отслеживают положение ноги по отношению к ее владельцу и к окружающим предметам. Встроенные процессоры анализируют все входные данные с частотой 1000 замеров в секунду и оперативно принимают оптимальные решения — когда приложить усилие, а когда его снять. Для того чтобы фиксировать или отпускать коленный сустав, здесь нужно нечто большее, чем просто чувствительное касание земли носком ступни.

Но, допустим, умный протез как-то ошибется, просчитывая ситуацию, — тогда первый же импульс, указывающий на то, что его владелец готов упасть, запускает в действие программу по восстановлению равновесия. Приводы сразу же вдвое замедлят свое движение, а магнитная жидкость, заполняющая колено, станет более вязкой, повышая сопротивление. Если верить Ингвасону, вся система работает так, что он почти никогда не падает — по крайней мере реже, чем это бывало, когда он ходил на своих ногах.

Как работает робот-протез

Использование протезов влечет за собой, как правило, новые проблемы со здоровьем. В чисто механических ножных протезах используется сложная система рычагов и защелок. Именно она позволяет инвалидам ходить, но свободной эта походка никогда не будет, так как владелец протеза вынужден при каждом шаге поддергивать бедро вверх чтобы не цепляться носком протеза за дорогу. Ручные протезы с электроприводом при ходьбе приходится как-то фиксировать, и этот балласт нарушает осанку и равновесие при ходьбе. Примерно у 70% инвалидов, пользующихся протезами, развиваются осложнения в позвоночнике и суставах.
Специалисты считают, что подобные побочные следствия приводят к тому, что тучные или страдающие хроническими болями пациенты становятся еще менее подвижными, что подрывает их здоровье и укорачивает жизнь. Решение этой проблемы нашли в специальных алгоритмах. При использовании протеза Symbionic Leg компании Ossur пациент уже не должен поддергивать бедром. Все необходимые движения выполняет за него роботизированный протез. При каждом шаге носок приподнимается вверх, выполняя движение, которое принято называть «тыльное сгибание».
Другие алгоритмы оказываются посложнее — с их помощью робот анализирует поток поступающих извне данных, а они постоянно меняются в зависимости от характера местности, по которой приходится шагать. Если нога при движении вниз упирается в приподнятую поверхность, когда колено еще до конца не разогнулось, робот делает вывод, что перед ним ступенька лестницы, и соответственным образом подстраивает свои движения. Если при контакте с землей носок задирается, а пятка несколько проваливается, искусственный интеллект делает вывод, что под ногами склон и он меняет углы и усилия так, чтобы оптимальным образом преодолеть это препятствие.

Новый протез Ингвасона — это следующая модель Symbionic Leg, заряженная модернизированными программами. С их помощью колено и лодыжка смогут осмысленно взаимодействовать между собой. В ближайшие годы компания Еssur собирается создать своего рода «сетевой разум». Но вот новый протез уже на ноге. Поначалу Ингвасон довольно неуклюже заковылял через свой грязный двор, заваленный ржавыми останками тракторов и легковушек. Но всего через несколько минут робот подстроился под своего хозяина.

Для того чтобы заново воссоздать человеческий орган, например мочевой пузырь, в Институте регенеративной медицины Уэйк-Форест болванку из биоразлагаемого материала заселяют клетками, взятыми у пациента. Этой лабораторией руководит Энтони Атала, лауреат приза PM Breakthrough Award от 2006 года. Сейчас здесь заняты выращиванием более сложных органов — таких как печень и сердце.

Сначала строить, потом — выращивать

Каким в компании Еssur видят будущее? «Хорошо было бы, говорит Оддсон, — собрать все знания, которые накоплены в компании Еssur, и разработать нечто, вообще игнорирующее нервную систему человека. Это будет не экзоскелет. Правильнее было бы назвать такую концепцию «Умные штаны». На первых порах она может быть подспорьем для парализованных. Такое устройство стало бы стимулировать мускулы, генерируя те команды, которые уже не способны выдавать мозг или поврежденные нервы. Можно было бы использовать уже имеющиеся приводы, то есть человеческие мускулы, но приладить к ним новый центральный контроллер».

В компании Еssur инженер диагностирует моторизированный сустав Rheo Knee. Этот элемент является частью протеза Symbionic Leg и содержит датчики угла и усилия. С них данные поступают на бортовой компьютер.

А в самой дальней перспективе, считает Оддсон, протезирование как отдельная отрасль науки и техники должно исчезнуть вообще, уступив место будущим технологиям восстановления утраченных органов. К 2050 году, предсказывает он, конечности можно будет создавать с нуля. Кто знает, будут ли их выращивать или строить на основе печатной технологии? Все сокровенные биомеханические тайны, раскрытые такими компаниями, как, к примеру, Еssur, будут сведены в единую упряжку для восстановления человеческой плоти по новым технологиям.

Забавно слушать такие оптимистические прогнозы, в которых специалист предсказывает, что его отрасль уйдет со сцены благодаря ее же собственному эффективному развитию и уступит свое место другим областям знания. Правда, вся наработанная изощреннейшая техника не пропадет втуне — она будет реализована в новых устройствах, которые изменят жизнь миллионов людей, как больных, так и вполне здоровых.