Существуют ли генетические причины, лежащие в основе различий в окружности плеча и предплечья?

Первый ответ объясняет, что проксимальные сегменты конечностей выполняют больше «работы» * с использованием кавычек, чтобы быть осторожным с техническими определениями работы. Генетически это правильно — это наследственное состояние четвероногих. Стоит также ответить, почему это выгодно, почему проксимальные сегменты становятся громоздкими, чтобы выполнять эту работу, а не их дистальные аналоги, т. е. почему естественный отбор в первую очередь благоприятствовал такому расположению.

Существует биомеханическая причина того, что дистальные сегменты конечностей менее массивны, чем проксимальные сегменты конечностей, особенно у четвероногих: перемещение масс дальше от центра вращения, когда сила приложена между центром вращения и массой, занимает НАМНОГО больше времени. сила.

Рассмотрим руку из вашего примера. Мы будем рассматривать предплечье как «груз», поддерживаемый плечом и плечом.

В этом случае вся рука представляет собой рычаг Типа 3 с усилием, приложенным (предплечьем и плечом) между центром тяжести нагрузки и точкой опоры (суставом). Изображение с https://alexeinstein.wordpress.com/2014/09/03/lever-of-human-body/ : На картинке рука (может быть и груз в руке) в качестве груза, но для пустой руки центр масс предплечья, вероятно, немного проксимальнее (но не проксимальнее места прикрепления мышцы).

Чтобы выдерживать нагрузку, которую представляет собой предплечье, крутящие моменты вокруг сустава должны быть сбалансированы. Таким образом, крутящий момент, создаваемый мышцами (силой AF на диаграмме), должен быть равен (или превышать для сгибаний на бицепс) противодействующий крутящий момент, создаваемый массой груза.

Крутящий момент представляет собой произведение силы вращения, действующей перпендикулярно рычагу, и расстояния вдоль рычага до точки опоры. (Ссылка на Википедию , но нет никаких аргументов по поводу определения крутящего момента.)

Давайте составим несколько чисел и поработаем с примером. Скажем, вес предплечья (R на диаграмме) равен 10. И расстояние от центра масс до локтя также равно 10. Тогда бицепс на этом изображении должен создавать противодействующий крутящий момент не менее 100. Но вставка бицепса происходит очень близко к точке опоры, скажем, на расстоянии 1. Таким образом , для создания уравновешивающего крутящего момента требуется усилие, в 100 раз превышающее вес нагрузки . Для большинства суставов в теле мышца прикрепляется ближе к суставу, чем к нагрузке, поэтому мышце ВСЕГДА нужно производить больше, чем нагрузка. Таким образом, вы можете видеть, как было бы полезно иметь более легкое предплечье.

Теперь рассмотрим всю руку относительно плеча. Я нарисовал нам картинку.Предположим, нам нужно всего 10 мышечной массы, чтобы совершать повседневные движения. Давайте представим мир, в котором эти 10 мышечных масс находятся в нижней части руки. Если у нас есть плечо длиной 10 и нижнее плечо длиной 10, и мы держим руку перпендикулярно перед собой (таким образом, центр массы мышечной массы 10 находится примерно в середине плеча (15 длина от плеча), вес руки создает крутящий момент в 150. Этому должны соответствовать мышцы-вращатели манжеты плеча, а это много. плечо), поэтому эти мышцы должны производить 150 крутящих моментов / 2 длины = 75 сил перпендикулярно руке, что означает еще большую общую силу, потому что мышца действует не перпендикулярно руке. Это большая сила (PS:

Теперь предположим, что вместо этого мы помещаем 10 необходимых мышц в плечо. (Еще один рисунок для вас. Мы скажем, что центр масс всей руки теперь, вероятно, находится прямо перед локтем, на расстоянии 9 от плеча. Вся рука создает крутящий момент 10 * 9 = 90 в плече. Мышцы плечевого пояса (с тем же расстоянием введения, что и 2) должны производить 90 крутящих моментов / 2 длины = 45 перпендикулярных сил — гораздо меньше. если нагрузка находится дальше от сустава.

Таким образом, размещение мышечной массы дистально означает, что центр масс всей конечности находится дальше от тела, а это означает, что тело должно производить намного больше силы, чтобы поддерживать массу, чем если бы нагрузка находилась ближе к телу. По этой же причине легче нести тяжелый рюкзак на руках, чем на концах рук. В эволюционной шкале времени имеет смысл то, что большая часть мышечной массы была расположена ближе к центру массы.

Да, для этого есть генетические причины. Но ваше наблюдение либо неверно, либо ненормально .

Мышцы плеч (и бедер) выполняют более тяжелую работу, поэтому имеют более крупные (и объемные) мышцы. Чем дистальнее мышцы, тем больше задействована мелкая моторика (да, даже в стопе), так что здесь нам нужна ловкость, а не сила. Вы можете набрать 100 фунтов в первую очередь благодаря плечам. Вы можете поднимать вес (не 100 фунтов для большинства людей) из-за дистальных мышц рук. Вы можете удерживать вес благодаря мышцам кисти и предплечья.

Так обстоит дело с большинством позвоночных. Вы когда-нибудь видели собаку, кошку, лошадь или другое животное с тощими «бедрами» и толстыми «голенями»? Бедра лошади (между спиной и коленом) огромны, их прокладки (между коленом и лодыжкой, также называемые скакательными суставами ) выступают, остальные едва видны.

Вот медведь гризли:

Вот лягушка:

Таков план почти всех наземных позвоночных, включая человека. Некоторые позвоночные могут иметь различную мускулатуру в зависимости от того, как они живут.

Если верно то, что ваши предплечья больше, чем ваше плечо, то это просто означает, что вы используете свои предплечья гораздо больше, чем ваши плечи, что не характерно для человека до настоящего времени.

Лошадь: http://thinklikeahorse.org
Гризли: лягушка -медведь гризли
: старинный рисунок, французский язык.