Кинетическая цепь (иногда называемая кинематической цепью) — это инженерная концепция, используемая для описания движения человека. Используется в спортивной медицине, нейрореабилитации, при лечении мышечно-скелетных дисфункций, а также в ортопедии и при протезировании.
Концепция была введена инженером-механиком Franz Reuleaux в 1875 году. Он предложил, чтобы жесткие, перекрывающиеся сегменты соединялись через швы, и это создавало систему, при которой движение в одном шве вызывало или влияло на движение в другом шве в кинетическом соединении. В 1995 году доктор Arthur Steindler адаптировал теорию Franz Reuleaux и включил в нее анализ движений человека, специфических для спорта моделей деятельности и физических упражнений. Он предложил рассматривать конечности как жесткие, последовательно перекрывающиеся сегменты и определил кинетическую цепь как «комбинацию нескольких последовательно расположенных суставов, составляющих сложную двигательную единицу». Так стали выделять закрытую и открытую кинетические цепи.
Открытая кинетическая цепь
Steindler определил открытую кинетическую цепь как «комбинацию последовательно расположенных суставов, в которых терминальные сегменты могут свободно перемещаться». Таким образом, дистальный сегмент конечности может свободно двигаться в пространстве, например: можно двигать стопой во время фазы переноса в цикле ходьбы или разгибать колено в положении сидя.
Характеристики открытой кинетической цепи
- Упражнения, выполняемые в условиях открытой кинетической цепи, как правило, характеризуются вращательным паттерном движения в суставе. Например, при разгибании колена в положении сидя, основным движением в суставе является вращение дистальной большеберцовой кости относительно проксимальной бедренной кости, даже если происходят другие дополнительные движения.
- Движения в открытой цепи происходят вокруг одной основной оси – во время разгибания колена в положении сидя движение происходит в сагиттальной плоскости.
- Как правило, количество одновременно движущихся сегментов ограничено одним. «Один сегмент сустава (т.е. бедренная кость) остается неподвижным во время разгибания колена, в то время как другой сегмент, формирующий сустав (т.е. голень), является подвижным». Это добавляет контроля к упражнению из-за стабильности неподвижного сегмента (т. е. бедра).
- Упражнения данного типа обеспечивают более изолированную активацию мышц, поскольку для выполнения движения используется меньшее количество сопряженных мышц.
Характеристики активности при отсутствии весовой нагрузки
- Увеличение сил дистракции и ротации.
- Увеличенные силы ускорения.
- Сниженные силы сопротивления.
- Увеличение деформации механорецепторов суставов и мышц.
- Увеличение концентрической силы ускорения и эксцентрической силы торможения.
- Содействие функциональной активности.
- Требуется взаимодействие агонистов и антагонистов.
Упражнения с открытой цепью полезны для работы с конкретными мышцами. Ниже приводятся некоторые примеры.
Примеры упражнений
- Жим штанги лежа на скамье.
- Сгибание рук с гантелями стоя.
- Разведение гантелей на скамье.
- Тяга верхнего блока к груди.
- Разгибание рук на трицепс.
- Разгибание коленей в положении сидя.
- Полное разгибание ноги в коленном суставе.
- Сгибания ног на бицепс бедра.
- Подошвенное и тыльное сгибание стопы.
Закрытая кинетическая цепь
Определение закрытой кинетической цепи, данное Steindler, означает, что дистальный сегмент испытывает «значительное» внешнее сопротивление, препятствующее его движению. Таким образом, это система, в которой ни проксимальный, ни дистальный сегменты не могут двигаться. Движение в одном сегменте замкнутой цепи вызывает предсказуемое движение во всех других соединениях. Например, во время приседания движение в коленном суставе сопровождает движение в тазобедренном и голеностопном суставах.
К сожалению, Steindler не дал количественной оценки термина «значительное» в своем первоначальном определении, что привело к путанице и разногласиям в отношении того, что считается истинным движением в закрытой кинематической цепи.
Строго говоря, в условиях закрытой цепи вообще невозможно какое-либо движение конечностей, за исключением изометрических сокращений, которые не сопровождаются перемещением конечностей в пространстве.
Однако, в клинической практике закрытая цепь определяется как «сопротивление, оказываемое через дистальную часть конечности и остающееся неизменным на протяжении всего упражнения». Лучшим примером этого являются приседания, потому что ноги остаются неподвижными на земле, т.е. поверхность опоры создает значительное сопротивление в зависимости от массы тела спортсмена или дополнительного веса.
На протяжении 20 лет упражнения в закрытой цепи все чаще включаются в реабилитационные программы из-за присущей им функциональной стимуляции.
Характеристики закрытой кинематической цепи (на примере приседаний)
- За счет осевой нагрузки на суставы возникает линейный паттерн напряжения на бедренно-большеберцовом суставе.
- Движение происходит в нескольких суставах и по нескольким осям, в нем участвуют тазобедренный, коленный, голеностопный и подтаранный суставы.
- Двигаются оба сегмента (бедро и голень).
- Вследствие одновременного движения сегментов задействуется больше мышц, что необходимо для лучшей стабилизации и контроля во время выполнения упражнения.
Биомеханические и нейрофизиологические характеристики
- Условия для выполнения упражнений в замкнутой кинетической цепи подчеркивают необходимость последовательности движений и правильного расположения функционально связанных суставов.
- Упражнения в замкнутой цепи стимулируют проприоцептивную систему, что необходимо для инициирования и контроля паттернов активации мышц.
Примеры упражнений
- Отжимания или подтягивания. Эти упражнения подразумевают совместное сокращение трицепсов, бицепсов, дельтовидных мышц, большой и малой грудных мышц, мышц спины. Это необходимо для стабилизации в различных соотношениях в зависимости от значений угла и рычага.
- Приседания, выпады, жимы ногами, становые тяги, силовое взятие на грудь. Эти упражнения подразумевают сокращение квадрицепсов, хамстрингов, флексоров бедра, камбаловидной и икроножной мышц. В движении участвуют тазобедренный, коленный и голеностопный суставы.
Особенности концепции кинетической цепи
Некоторые упражнения сложнее классифицировать по отношению к открытой или закрытой кинематической цепи. Примером может служить тренажер, имитирующий ходьбу по лестнице, поскольку каждая ступня «фиксируется» на педали, которая непрерывно движется во время выполнения упражнения. То же самое можно сказать и о езде на велосипеде, хотя это и закрытая система, но исследователи и клиницисты не классифицируют это как упражнение, осуществляемое в условиях закрытой цепи.
В своем блоге под названием «Проблема кинетической цепи» Mike Reinold бросает вызов идее кинетической цепи двумя способами. Во-первых, не все звенья цепи одинаково важны, поэтому следует думать о ней как о цепной реакции, а не просто как кинетической цепи. «Возьмем в качестве примера тазобедренный сустав. Любая тугоподвижность, нестабильность или дисбаланс тазобедренного сустава будут иметь большое влияние на поясницу и колени, и гораздо меньшее воздействие на суставы, расположенные от него на некотором расстоянии». Во-вторых, кинетическая цепь должна включать структуры между каждым звеном (т.е. мышцы, фасции, связки, сухожилия и т.д.). «Сустав не должен просто влиять на суставы, а мышцы — на мышцы. Все эти структуры работают и взаимодействуют друг с другом. Отличным примером этого является верхний перекрестный синдром».
Butler и Major предложили проводить четкое различие между положением с активным нейромышечным контролем (например, положение сидя с прямой спиной) и положением с недостатком контроля (например, положение сидя ссутулившись). Авторы ввели новую терминологию: (1) контролируемые замкнутые кинематические цепи (КЗКЦ) и (2) контролируемые открытые кинематические цепи (КОКЦ). КОКЦ подразумевает активный контроль всех суставов, где одна часть цепи «может соприкасаться с опорной поверхностью», но это не является обязательным требованием.
Примеры назначения упражнений с открытой и закрытой цепью
Восстановление после травмы ПКС
Достаточно долгое время считалось, что упражнения с закрытой цепью являются более предпочтительным вариантом восстановления после травмы передней крестообразной связки (ПКС). Это связано с тем, что во время выполнения упражнений в условиях открытой цепи возникают нестабильность сустава, передняя трансляция большеберцовой кости и повышенное натяжение ПКС. Glass и соавт. сделали систематический обзор 6 рандомизированных контролируемых исследований о влиянии упражнений с открытой и закрытой цепью на поврежденную и реконструированную ПКС.
Результаты обзора показали, что упражнения с открытой и закрытой цепью могут быть использованы для реабилитации при повреждении и реконструкции ПКС. Оба типа упражнений имели сходные результаты по боли в колене, нестабильности и функции коленного сустава. В одном исследовании предлагалось начать реабилитацию с упражнений с открытой цепью, а затем перейти к прогрессии. Рецензенты обнаружили, что подход, использующий упражнения с открытой и закрытой цепью, должен быть оправдан при реабилитации ПКС, особенно в спорте, где существуют сложные модели движения, которые включают как действия с открытой цепью, так и действия с закрытой цепью.
Это подтверждает еще один систематический обзор, проведенный на 12 исследованиях «которые не обнаружили никаких различий между упражнениями с открытой и закрытой цепью в их влиянии на ускоренную реабилитацию после реконструкции ПКС». Они также обнаружили, что сочетание упражнений с открытой и закрытой цепью может быть более эффективным для ускорения реабилитации.
Mikkelsen и соавт. пришли к выводу, что сочетание упражнений с открытой и закрытой цепью для квадрицепсов лучше, чем только упражнения с закрытой цепью при реабилитации после реконструкции ПКС. Авторы обнаружили, что сочетание упражнений привело к «значительно лучшему крутящему моменту четырехглавой мышцы и значительно более раннему возвращению к спорту (на тот же уровень, что и до травмы), без ущерба для стабильности коленного сустава».
Реабилитация плеча
Так сложилось, что реабилитация плеча в основном проводилась с использованием упражнений с открытой цепью. Причиной была легкость выполнения упражнений и убеждение в том, что большинство спортивных занятий представляют собой естественно открытые кинетические цепочки движений.
В различных исследованиях было установлено, что упражнения с закрытой цепью более полезны при реабилитации плеча, чем упражнения с открытой цепью. Для этого есть несколько причин:
- данные упражнения обеспечивают содружественное сокращение мышц вокруг лопатки и плеча;
- они позволяют ротаторной манжете работать как «компрессорная манжета»;
- они требуют калибровки, координации и последовательной активации мышц, их содружественного сокращения и проприоцептивной обратной связи.
В начале реабилитации плеча упражнения с открытой цепью менее желательны, потому что генерируют значительную силу сдвига и требуют большего диапазона движений. Сочетание упражнений для стабилизации лопатки и упражнений с замкнутой цепью обеспечивает стабильность лопатки и быстрое укрепление ротаторной манжеты, что необходимо для перехода к упражнениям с открытой цепью. В целом, реабилитация плеча требует тщательной оценки всей кинетической цепи.
Таким образом, прежде чем принять решение о назначении физических упражнений, следует учесть множество факторов.
