БИОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ С БОЕВОЙ

НАГРУЗКОЙ (РЮКЗАК/БРОНЕЖИЛЕТ): СТРАТЕГИЯ СНИЖЕНИЯ

КОМПРЕССИОННОЙ НАГРУЗКИ НА ПОЗВОНОЧНИК

Ветохин Александр Николаевич, старший преподаватель Военный учебно-

научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия

имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)

Галыгин Игорь Андреевич, курсант,

Военный учебно-научный центр

Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора

Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)

Аннотация.

В статье рассматриваются биомеханические аспекты перемещения

военнослужащих с боевой нагрузкой, включающей рюкзак и бронежилет.

Проведён анализ компрессионного воздействия переносимого снаряжения

на позвоночный столб, выявлены ключевые факторы, определяющие

величину осевой нагрузки на межпозвонковые диски и тела позвонков.

Особое внимание уделено изменению биомеханики ходьбы и бега,

смещению центра масс тела и компенсаторным реакциям опорно-

двигательного аппарата. На основе выполненного анализа предложена

систематизированная

стратегия

снижения

компрессионной

нагрузки,

включающая

конструктивные,

эргономические,

тренировочные

и

организационные мероприятия. Обоснована необходимость комплексного

подхода

к

профилактике

дегенеративно-дистрофических

изменений

позвоночника у военнослужащих.

Ключевые слова: биомеханика, боевая нагрузка, рюкзак, бронежилет,

компрессионная

нагрузка,

позвоночник,

профилактика

травматизма,

военнослужащие, эргономика.

Введение.

Современные условия ведения боевых действий предъявляют

высокие требования к мобильности и автономности военнослужащих.

Полная

боевая

выкладка,

включающая

средства

индивидуальной

бронезащиты, оружие, боеприпасы, средства связи, воду и продовольствие,

достигает массы тридцати – пятидесяти килограммов и более. Длительное

перемещение с такой нагрузкой оказывает выраженное негативное

воздействие на опорно-двигательный аппарат, в первую очередь на

позвоночный

столб.

Компрессионная

нагрузка,

возникающая

при

переноске рюкзака и ношении бронежилета, является одним из ведущих

факторов риска развития хронических болей в спине, протрузий и грыж

межпозвонковых дисков, компрессионных переломов позвонков, а также

снижения

общей

боеспособности

подразделений.

В

этой

связи

биомеханический анализ перемещения с боевой нагрузкой и разработка

стратегии

снижения

компрессионной

нагрузки

на

позвоночник

представляют собой актуальную научно-практическую задачу военной

медицины и эргономики.

Позвоночный столб человека в вертикальном положении испытывает

осевую компрессию, обусловленную весом вышележащих сегментов тела.

При

переноске

дополнительного

груза

эта

нагрузка

возрастает

пропорционально массе снаряжения, однако её распределение зависит от

способа размещения груза и биомеханической реакции тела.

Рюкзак, закреплённый на спине, смещает общий центр масс тела кзади и

вверх.

Для

сохранения

равновесия

военнослужащий

вынужден

компенсаторно наклонять туловище вперёд, что увеличивает плечо силы

тяжести относительно оси позвоночника в поясничном отделе. В

результате возрастает изгибающий момент, который уравновешивается

усиленной работой мышц-разгибателей спины. Повышенное мышечное

напряжение, в свою очередь, создаёт дополнительную осевую нагрузку на

межпозвонковые диски и суставы. Кроме того, лямки рюкзака передают

часть веса на плечевой пояс, что вызывает сгибание грудного отдела и

сглаживание поясничного лордоза, изменяя естественные кривизны

позвоночника и снижая его амортизационные свойства.

Бронежилет, в отличие от рюкзака, распределяет массу более

равномерно по туловищу, однако его вес, приходящийся на плечи и

грудную клетку, также увеличивает общую осевую нагрузку. Жёсткие

бронепластины ограничивают подвижность позвоночника, особенно при

наклонах и поворотах, что приводит к перегрузке смежных сегментов и

нарушению естественной кинематики движений. При одновременном

ношении рюкзака и бронежилета происходит суммирование негативных

эффектов: смещение центра масс кзади усугубляется, а компенсаторный

наклон туловища вперёд ещё более увеличивается, что резко повышает

нагрузку на задние структуры поясничного отдела.

Компрессионная нагрузка на позвоночник не является статической

величиной.

При

ходьбе,

беге,

прыжках,

преодолении

препятствий

возникают

динамические

пики

силы,

значительно

превышающие

статическую нагрузку. Во время обычной ходьбы с рюкзаком массой

тридцать килограммов пиковая осевая сила в поясничном отделе может

достигать значений, в два – три раза превышающих вес тела без нагрузки.

При беге и прыжках вследствие ударных взаимодействий стопы с опорой

вертикальные ускорения таза и туловища резко возрастают, что приводит к

многократному увеличению компрессионной нагрузки на межпозвонковые

диски. Дополнительное влияние оказывают вибрации, передающиеся от

поверхности через нижние конечности на позвоночник, особенно при

движении по пересечённой местности или маршах по твёрдому покрытию.

Важным биомеханическим фактором является расположение центра масс

переносимого груза. Чем дальше от оси позвоночника находится груз, тем

больше создаваемый им момент силы и тем выше компенсаторные

мышечные усилия. Рюкзаки с неэргономичной подвесной системой, в

которых основной вес сосредоточен в нижней части и удалён от спины,

обусловливают наибольший изгибающий момент. Напротив, размещение

тяжёлых предметов ближе к спине и выше (в зоне грудного отдела)

снижает

плечо

силы

и

уменьшает

компрессионную

нагрузку

на

поясничный отдел.

Существенное значение имеет и длительность воздействия. Даже

относительно небольшая, но продолжительная компрессия приводит к

постепенному

вытеснению

жидкости

из

межпозвонковых

дисков,

снижению их высоты и упругости. Это делает диски более уязвимыми к

резким нагрузкам и ускоряет развитие дегенеративных изменений.

Поэтому длительные марши с боевой выкладкой представляют собой

кумулятивный фактор риска патологии позвоночника..

На

основе

проведённого

биомеханического

анализа

можно

сформулировать

систематизированную

стратегию,

направленную

на

уменьшение

компрессионного

воздействия

боевой

нагрузки

на

позвоночник. Стратегия включает четыре взаимосвязанных направления:

конструктивные

и

эргономические

решения,

технику

перемещения,

физическую подготовку и организационные мероприятия.

Первое направление — оптимизация конструкции носимого снаряжения.

Ключевым принципом является максимальное приближение центра масс

груза к оси позвоночника и перераспределение веса с плечевого пояса на

тазовый пояс. Для рюкзаков это достигается использованием жёсткой

анатомической

спинки,

широкого

поясного

ремня,

правильно

расположенных лямок и системы регулировки, позволяющей фиксировать

груз вплотную к спине. Тяжёлые предметы должны размещаться в средней

части рюкзака на уровне лопаток, а не в нижнем отделе. Для бронежилетов

перспективным

является

модульная

конструкция

с

возможностью

перераспределения бронепластин и использования разгрузочных поясов,

переносящих часть веса на таз. Применение экзоскелетных устройств,

поддерживающих туловище и передающих нагрузку непосредственно на

тазовый

пояс,

позволяет

существенно

снизить

компрессионное

воздействие на позвоночник.

Второе направление — обучение рациональной технике перемещения.

Военнослужащий

должен

сохранять

нейтральное

положение

позвоночника, избегая избыточного наклона туловища вперёд. При ходьбе

с грузом рекомендуется использовать короткие шаги, не допуская

чрезмерного разгибания в пояснице в фазе опоры. Подъём по лестнице или

склону следует осуществлять за счёт работы мышц ног, а не наклоном

туловища. Важно исключать резкие скручивания и наклоны, особенно с

грузом на спине, так как сочетание компрессии и ротации резко повышает

риск повреждения межпозвонковых дисков. Регулярное обучение и

контроль

техники

перемещения

являются

необходимым

элементом

подготовки личного состава.

Третье направление — развитие мышечного корсета. Сильные мышцы

спины, брюшного пресса, ягодичной области и нижних конечностей

выполняют функцию естественного стабилизатора позвоночника, снижая

долю нагрузки, приходящейся на пассивные структуры (диски, связки,

суставы). Целенаправленные силовые тренировки, направленные на

укрепление

глубоких

мышц

спины

и

мышц

живота,

повышают

устойчивость позвоночника к компрессионным воздействиям. Особое

внимание следует уделять упражнениям на статическую выносливость,

имитирующим удержание правильной осанки под нагрузкой. Развитие

общей выносливости также способствует более экономичной технике

перемещения и снижению пиковых нагрузок.

Четвёртое

направление

—

организационные

и

профилактические

мероприятия. К ним относятся: рациональное распределение груза между

военнослужащими

подразделения

с

учётом

индивидуальных

антропометрических

данных

и

физической

подготовленности;

установление допустимой массы носимого снаряжения для различных

видов маршей; планирование регулярных привалов с полным снятием

рюкзака и бронежилета для восстановления высоты межпозвонковых

дисков; проведение разгрузочных упражнений и самомассажа спины;

использование

амортизирующих

стелек

и

обуви

с

хорошими

демпфирующими свойствами для снижения ударных нагрузок. Важным

элементом является медицинский контроль состояния позвоночника,

включающий периодические осмотры и раннее выявление признаков

перегрузки..

Предложенная

стратегия

носит

комплексный

характер,

поскольку

изолированное применение какого-либо одного мероприятия не позволяет

в полной мере решить проблему компрессионной нагрузки. Например,

самая совершенная конструкция рюкзака не скомпенсирует слабость

мышечного корсета или грубые ошибки в технике движения. В то же

время

хорошо

подготовленный

физически

военнослужащий

с

рациональной

техникой

перемещения

может

существенно

снизить

негативное воздействие даже неидеального снаряжения. Эффективность

стратегии

подтверждается

данными

эргономических

исследований,

показывающих, что перенос части веса рюкзака на тазовый пояс

уменьшает компрессионную нагрузку на поясничный отдел на двадцать –

тридцать процентов, а тренировка мышц кора снижает риск болей в спине

на сорок – пятьдесят процентов.

Особую значимость приобретает внедрение экзоскелетных систем,

которые

позволяют

перераспределить

нагрузку

с

позвоночника

на

несущую раму, соединённую с тазом и нижними конечностями. Опытные

образцы

таких

устройств

демонстрируют

снижение

пиковой

компрессионной силы в поясничном отделе при переноске груза до

пятидесяти

процентов.

Однако

широкое

применение

экзоскелетов

ограничивается их массой, энергопотреблением и стоимостью, поэтому

основным

направлением

на

ближайшую

перспективу

остаётся

оптимизация конструкции штатного снаряжения и совершенствование

физической подготовки личного состава.

Биомеханический

анализ

перемещения

с

боевой

нагрузкой

показывает, что сочетание рюкзака и бронежилета создаёт значительную

компрессионную нагрузку на позвоночник, которая усиливается при

динамических режимах движения и длительном воздействии. Ключевыми

патогенетическими факторами являются смещение центра масс кзади,

компенсаторный наклон туловища вперёд, увеличение изгибающего

момента в поясничном отделе, а также ударные и вибрационные

воздействия.

Предложенная

стратегия

снижения

компрессионной

нагрузки,

включающая

эргономическую

оптимизацию

снаряжения,

обучение рациональной технике перемещения, развитие мышечного

корсета

и

организационные

мероприятия,

позволяет

существенно

уменьшить риск поражения позвоночника и сохранить боеспособность

военнослужащих. Дальнейшие исследования должны быть направлены на

количественную оценку эффективности отдельных компонентов стратегии

и разработку научно обоснованных нормативов допустимой боевой

нагрузки.

Список литературы.

1. Григорьев А.И., Козловская И.Б. Биомеханика движений человека:

учебное пособие. – Москва: Наука, 2010. – 352 с.

2. Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: учебник для институтов

физической культуры. – Москва: Физкультура и спорт, 1979. – 264 с.

3. Капанджи А.И. Позвоночник. Физиология суставов. – Москва: Эксмо,

2009. – 344 с.

4. Смирнов В.М., Дубровский В.И. Физиология физического воспитания и

спорта: учебник. – Москва: Владос, 2002. – 608 с.

5. Харитонов В.И., Кузнецов А.Н., Сорокин Ю.Г. Эргономическое

обеспечение боевой экипировки военнослужащих. – Москва: Воениздат,

2005. – 240 с.

6.

Шаповалов

К.А.,

Борисов

А.В.

Профилактика

повреждений

позвоночника у военнослужащих при переноске тяжестей. – Санкт-

Петербург: ВМедА, 2018. – 176 с.