Leonardo da Vinci mozgás- és járásvizsgálatai

Az állatok mozgását, hely- és helyzetváltoztatását elsőként Arisztotelész [2] próbálta meg elemezni. Állatrendszertanában, éppen mozgási sajátosságaik alapján osztotta négy osztályba (négylábúak, madarak, csúszómászók, halak) az állatvilágot. Az állatok mozgásairól külön könyvet írt, amelyben arra törekszik, hogy sajátos mozgásritmusukat matematikai módszerrel interpretálhassa. Mozgáselemzéséhez a mozgásszervek makroanatómiai felépítését vette alapul (eltekintve most a halak és csúszómászók lokomóciójától), megkülönböztette a két és négy lábon járást, de a járófelület (egy vagy több ujj, pata, köröm, talp stb.) vizsgálatába nem merült bele. Arisztotelész nem foglalkozott sem az ember, sem az emberszabásúak helyváltoztatásának vizsgálatával. Noha kutatási módszerei kitűnő alapokat teremtettek, a mozgás- és járáskutatások több mint két évezredre megszakadtak, illetve feledésbe merültek. [15][16]

Leonardo da Vincit mint művészt és mérnökkonstruktőrt mindenféle mozgás érdekelte, egyfelől annak ábrázolási lehetősége, másrészt biomechanikája szempontjából. Milánói évei alatt (1482–1500) a Codex Atlanticusban a vizek mozgásáról, majd a madarak repüléséről (Sul volo degli uccelli) írt tanulmányt. [14] Megállapította, hogy repülésük matematikailag modellezhető, és az ember szerkeszthet olyan gépet, amely hasonló mechanizmus alapján repül, de a gépnek jóval nagyobb erőkifejtésre lesz szüksége, mint a madaraknak. Művész kortársainak nagy része (Botticelli, Michelangelo stb.) és Firenze ura, Cosimo Medici platonikus nézeteket vallott, ezzel szemben Leonardo jobban vonzódott Arisztotelész filozófiájához és természettudományához. Nem értett a magasabb matematikához, mégis megkapta a növények és állatok arisztotelészi vizsgálata.

Az „Il Cavallo” című szobor készítésekor kezdett el a lovak mozgásával foglalkozni, és rájött, hogy az elülső és hátsó lábak mozgása eltérő mechanikájú, amint ezt az 1490 táján készült rajzai és feljegyzései bizonyítják. [3][11][17] Az emberi mozgást anatómiai tanulmányaival együtt 1510 körül kezdte elemezni. [6][10][11][13]

Leonardo a mozgások megfigyelése során először elkülönítette az akarattól független szervmozgásokat (szív, gyomor, belek, húgyhólyag), amiket „alacsonyabb rendűeknek” tartott. Az akaratlagos mozgások közé sorolta – a hely- és helyzetváltoztatásokon kívül – a légzőmozgásokat, miközben rájött a bordaközti és rekeszizmok szerepére. [6][13] Kimutatta az izomzat posturalis funkcióját, elsősorban a fej és gerinc tartásával foglalkozott. Leírta a gerinc fiziológiás görbületeit. Felismerte a szinergista és antagonista izmokat, és megfigyelte (valószínűleg vivisectióval) az izomkontrakciót is. [11][17] Rajzaiból kitűnik, hogy az izomrendszert komponenseire bontotta, megszerkesztette az erővonalaikat. Továbbmenve az erőátviteli mechanizmust és annak morfológiai szubsztrátumait (izom-ín-ízület-csont) vette vizsgálat alá. [1][4][11] Leonardo megállapította és egyes anatómiai ábráin fel is tüntette azt – amit napjaink anatómiai tankönyvei csak elvétve vesznek tudomásul –, hogy szó sincsen párhuzamos rostokból felépülő ínról. Makroszkópos megfigyelésekkel (és finom preparálási technikájával) kimutatta és ábrázolta, hogy az emberi inak spirális szerkezetűek (1. ábra). A kéz mély hajlítóinában három kötegből álló, összefonódó szerkezetet írt le, [7][9] amit csak pár évtizeddel ezelőtt fedeztek fel újonnan. [7]

Mozgáselemzéseit komparatív anatómiai tanulmányokkal kezdte. A medence- és combizomzatot, azok erővonalait, biomechanikájukat hasonlította össze az egy ujjon járó ló, a két ujjon járó disznó és a plantigrád járású majom és ember végtagjain (2. ábra). A későbbiekben az emberi csontok és ízületek helyzetét elemezte (3. ábra) a mozgás különböző fázisaiban: flexió, extenzió, rotáció. Igen fontos felfedezése, hogy rájött a lábboltozat funkcionális szerepére, megrajzolta mozgásainak erővonalait. [5][11][17] Kimutatta, hogy a járófelszín, ti. a talp, csak az embernél és a medvénél azonos⁽¹⁾, de azt is, hogy az ember és a medve eltérő járása abból adódik, hogy a láb csontos felépítése, ennek következtében a talp alakja, relatív nagysága, a támaszkodási felület és a járás közbeni erőátvitel különbözik a medvénél és az embernél. [8][12] Felismerte, hogy a medvénél hiányzik a felső ugróízület, a talus nem a sarokcsont fölött, hanem mellette helyezkedik el, a lábtőcsontok egy síkban foglalnak helyet, emiatt a medve lábán nincsen talpboltozat sem. Vesalius [18] – ellentétben Leonardóval – nem tulajdonított jelentőséget a talpboltozatnak (legalábbis sehol sem ábrázolta azt), anatómiai képein a talp sima, a lábtőcsontok egy síkban helyezkednek el. Leonardo összehasonlító tanulmányai során a ló, disznó, medve, majom és az ember lábának anatómiáját, a csontok és izmok járás közbeni pozícióját is ábrázolta. [3][13] Nem kerülte el a figyelmét a femur anteroversiója, a meniscusok szerepe, a csontok és alsó végtag tengelyének felvázolása. Ugyanebbe a körbe sorolható a láb és alsó végtag arányainak meghatározása, biomechanikai értékelése. Kimutatta, hogy lépéskor három ponton támaszkodik meg az emberi talp, s ezeket a pontokat helyesen tüntette fel. Mozgáselemző vizsgálatainak (talán) a csúcsa, hogy meghatározta az emberi test súlypontját nyugalomban (álláskor), annak változásait a járás, futás különböző fázisaiban, és ami külön érdekesség: úszáskor.

Leonardo da Vinci biokibernetikai vizsgálatai nemcsak messze megelőzték korát, hanem számos megállapítása a mai elemzések kiindulópontja lehet. Több mint négy évszázad telt el, amíg napjaink technikai adottságaival újabb adatokat tudtunk hozzátenni Leonardo da Vinci megállapításaihoz.