Они могут образовывать напряженно-жесткие стержни в четырехзвенных ЗКЦ, обеспечивая прямую передачу движения с одного сустава на другой, то есть, по сути, один сустав может управлять движением другого. Так, например, задние ноги копытных животных, как правило, имеют относительно короткие мышцы, которые всего лишь изометрически сокращаются внутри своих собственных четырехзвенных систем, направляя, стабилизируя и балансируя движения колена и голеностопа в зоне непосредственных креплений, но они также через длинные сухожилия и другие четырехзвенные системы дистанционно контролируют более дистальные суставы стопы (van Ingen Schenau, 1994) (рис. 8.9 A и B). Двусуставные мышцы в конечностях людей связаны между собой сходным образом. Обратите внимание, что для иллюстрации работы четырехзвенных ЗКЦ мы выбрали именно те движения, в которых имеет место кажущееся противоречие. Большие амплитуды движения суставов при малых изменениях длины мышц, почти нулевых, то есть мышцы работают изометрически, без изменения своей длины, но при этом позволяют обеспечивать большой диапазон движения суставов, причем на значительном удалении от мест непосредственного крепления этих мышц. Таким образом, понимание принципов работы четырехзвенной ЗКЦ позволяет разрешить загадку, как достигаются большие диапазоны движения в суставах при минимальном изменении длины мышц (рис. 8.9. C и D). Длинные сухожилия дают преимущества в том, что они могут удлиняться до 6 % своей длины, накапливая энергию упругой деформации, которая в дальнейшем может высвобождаться. Кроме того, у них есть свойство пружинного отскока к исходной длине, который происходит намного быстрее, чем собственно мышечное сокращение. Рис. 8.9. (A и B). Движение составов дистальной части задней ноги лошади кинематически контролируется геометрией замкнутых цепей многосуставных мышц и соединительных тканей, соответствующих четырехзвенных шарнирных системах. (Перерисовано с van den Bogert, 2003). (C и D) Человеческие мышцы бедра и голени в их соответствующих четырехзвенных системах.
(Воспроизведено с изменениями, Levin et al., 2017; © Elsevier) Сочетание этих двух факторов обеспечивает способность к прыжкам у лошадей, кенгуру-валлаби и людей гораздо лучшую, чем можно предположить, исходя только лишь из мышечного усилия (Levin et al., 2017). Расположение мышц по направлению к более проксимальной части конечности, с длинными сухожилиями, контролирующими дистальные части и работающими как локальные сети ЗКЦ, также является преимуществом, поскольку оно уменьшает инерцию конечности, мешающую эффективности движения. Таким образом, минимизируются усилия, необходимые животному для перемещения в пространстве. Поскольку взаимоориентация тканей вокруг каждого сустава неизбежно изменяется во время движения, а значит, влияет и на ориентацию всех окружающих его ЗЦК, то этот modus operandi применим регионально к каждому суставу конечностей и глобально для всего организма в целом. История до настоящего момента (Где мы сейчас находимся) В предыдущих главах этой книги мы рассматривали геометрию, анатомию и биомеханику в масштабах разного порядка и использовали простые модели механики, кинематики замкнутой цепи, чтобы продемонстрировать простейшие характеристики биотенсегрити-моделей и их применимость к анализу функциональной анатомии. Однако необходимо помнить, что эти упрощенные модели далеко не в полной мере передают музыку биотенсегрити. Это всего лишь гриф от гитары и гитарные струны, а отнюдь не полная гамма биотенсегрити вариаций или репертуара. А это связано с тем, что, во-первых, в живых организмах отсутствуют наглядные прямые линии и нет четкой неизменной границы между твердым и мягким, натяжением и компрессией. Все биологические состояния текучи и транзиентны во времени и пространстве. Во-вторых, как мы уже указали в этой главе, наиболее важны в биологическом контексте относительные роли взаимодействующих элементов, их взаиможесткость и взаимоподатливость по отношению друг к другу, а также градиент этих изменений. Наша главная мотивация в более подробном исследовании упрощенных тенсегрити-моделей заключается в иллюстрации именно принципов биотенсегрити, позволяющей дать наглядное представление о динамических процессах в самонапряженных и самостабилизирующихся системах.