Биомеханическое исследование кошачьих лап для обоснования негативных последствий онихэктомии — косметической операции по удалению когтей

 

Печатается с сокращениями. Полный вариант статьи опубликован в журнале «Юный учёный» №4 (18), октябрь 2018 г.

 

Илья Днепровский, учащийся 9-го класса «А» МБОУ СОШ №9 города Читы, Забайкальский край, Российская Федерация

 


Недавно Ассоциация практикующих ветеринарных врачей сделала заявление, что осуждает проведение операций по онихэктомии (без медицинских показаний), приветствует распространение информации об отрицательном их влиянии на кошек и призывает всех врачей способствовать отказу от этих операций. А президент ассоциации Сергей Середа обратил наше внимание на работу лауреата IV Всероссийской научно-инновационной конференции школьников «Открой в себе учёного» Ильи Днепровского. Опираясь на объективные законы физики, он показал, что удаление когтевых фаланг приводит к перераспределению нагрузки на лапы и позвоночник, а также отрицательно сказывается на удержании равновесия. Так как большинство практикующих врачей расстались с физикой давно и не всегда — друзьями, мы решили предложить вашему вниманию сокращённый вариант работы Днепровского.


 

При изучении сути операции онихэктомии было найдено много материала о негативных последствиях операции, но нигде не было объяснений, почему они наступают. Выводы о проблемах со здоровьем у кошки после онихэктомии ветеринары делают на основании лишь своих наблюдений, однако мы попробуем объяснить возникающие проблемы с помощью биомеханики. Для этого нам понадобятся знания по анатомии кошки и знания некоторых физических законов. Таким образом, в работе мы будем использовать методы биомеханики.

Прежде всего рассмотрим строение кошачьих лап.

Кошка развивалась в течение 35 миллионов лет, прежде чем стала охотником наивысшей категории. Совершенное физическое тело подчиняется законам механики, многие феноменальные способности кошек уже изучены и объяснены с точки зрения физики. Однако для нашего исследования особенный интерес представляют лапы и когти кошки.

Кошки «живут» на своих лапах — это их наиболее ценный инструмент, который используется в прыжках, атаках и играх. Благодаря особому строению лап, кошки обладают мягкой, бесшумной походкой.

Для нашей работы важно отметить, что кошки — животные пальцеходящие, упор при ходьбе приходится не на всю стопу, а лишь на пальцы, пятка не касается земли (рис. 1).

У кошек на передних лапах есть по четыре нормальных пальца и по одному ложному. На задних лапах все пальцы нормальные. Таким образом, у кошек всего восемнадцать пальцев с когтями.

Уникальное строение сухожилий и связок играет важную роль в возможности выпускать и убирать когти. Сама природа позаботилась о том, чтобы когти были защищены от негативного воздействия окружающей среды. Кошка в обязательном порядке втягивает когти во время бега. Также кошачьи прячут когти, когда подкрадываются к добыче, а при прыжке для лучшего отталкивания, напротив, выпускают их.

Кстати, когти кошки представляют собой простой физический механизм — «клин».

 

Рисунок 1. Костное строение передней и задней лап кошки Рисунок 2. Измерение площади опоры передней лапы кошки

 

Рисунок 3. Отпечатки лап на миллиметровке

 

Итак, кошке когти необходимы для охоты, лазания, отталкивания, защиты. Кроме того, когти помогают лучше удерживать равновесие и правильно приземляться. И даже если домашней кошке нет нужды охотиться и обороняться, когти необходимы ей для правильной опоры на пальцы [12].

Очевидно, что когти играют важную роль в жизни хищника, поэтому любая кошка обязательно пользуется ими. Однако для хозяев, у которых кошки портят мебель, вопросы о том, сколько когтей у кошки и зачем она их пускает в ход, как правило, малоинтересны.

Тем не менее, чтобы не навредить животному, необходимо понять, зачем оно это делает. Когти на передних лапах кошки растут намного быстрее, чем на задних. При этом кошка, проводящая всё время дома, не привыкла лазить по деревьям, бегать и прыгать. Соответственно, когти постоянно растут и не стираются о различные препятствия. Природа не предусмотрела такого размеренного образа жизни хищника и сделала всё для того, чтобы когти росли быстро. Поэтому животное и вынуждено их постоянно стачивать, чтобы не цепляться за каждый угол. Те кошки, которые имеют возможность гулять на улице или вообще практически живут вне дома, таких неприятностей, как ободранная мебель, хозяевам не доставляют. В условиях городской квартиры кошка обязательно будет точить когти, и наказывать её за это бессмысленно, поскольку такое поведение животного инстинктивно.

Таким образом, процедура онихэктомии противоестественна и лишена здравого смысла, однако практикуется в ветеринарных клиниках.

Для обоснования негативных последствий для здоровья кошки с точки зрения физики необходим конкретный объект исследования. Объектом нашего исследования является домашняя кошка Машка.

Рассмотрим стопу кошки. На стопе животного имеются подушечки, или мякиши — участки конечностей, которые выполняют опорную функцию. На нижней стороне лап, на уровне 2–3-й фаланг, находятся четыре узкие, овальные подушечки пальцев, а также пястневые (на грудных конечностях) и плюсневые (на тазовых конечностях) подушечки.

При удалении когтей, как мы выяснили, удаляются и крайние фаланги пальцев. Удаление концевой фаланги пальца и укорочение стопы приводит к уменьшению площади опоры — кошка не сможет нормально ходить, полноценно опираясь на пальцевые подушечки. Докажем это.

Для вычисления изменения давления нам необходимо вычислить вес кошки и площадь её опоры до удаления когтей и после. Не прибегая к операции, мы можем рассчитать, какова будет площадь опоры объекта без пальцевых подушечек. Эксперимент проводился при помощи вычислений, в ходе эксперимента объект исследования не пострадал.

Давление кошки на опору рассчитаем по формуле: p = F/S; где F = mg. Массу объекта найдём, поместив кошку в пакет и взвесив на пружинных весах. В результате опыта mМашки = 4,1 кг, тогда FМашки = 4,1 × 9,81 = 40,221 Н. Площадь опоры вычислим следующим образом. Намажем подушечки лап объекта аквагримом и поставим отпечатки лап на лист бумаги (рис. 2). Затем переведём отпечатки через копирку на лист миллиметровой бумаги и подсчитаем количество клеток на отпечатках. Для большей точности вычислений мы снимали отпечаток с задней и передней лапы объекта (рис. 3). Передняя лапа со всеми подушечками занимает 338 клеток, задняя — 346. S(1 кл) = 1 мм2 = 0,000001 м2.

 

Площадь
опоры кошки
с когтями
Площадь опоры кошки с когтями только на задних лапах Площадь опоры кошки с полностью удалёнными когтями
S1 = 0,001368 м2 S2 = 0,000994 м2 S3 = 0,00059 м2
Давление
кошки на опору с когтями
Давление кошки на опору с когтями только на задних лапах Давление кошки на опору с полностью удалёнными когтями
p1 = 29,401 кПа p2 = 40,463 кПа p3 = 68,171 кПа

 

Вес в расчётах брался один и тот же, поскольку удалённые когти имеют ничтожно малую массу по сравнению с общей массой кошки. Следовательно, массой удалённых когтей мы пренебрегли.

При удалении когтей на передних лапах давление возрастает примерно в 1,4 раза, при удалении когтей на всех лапах — приблизительно в 2,3 раза. Кошке буквально заново придётся учиться передвигаться. В результате неправильно распределённой нагрузки нарушится деятельность всего опорно-двигательного аппарата. Кошка, неправильно перераспределяя нагрузку, не может эффективно пройти следующий этап — отталкивание от опоры. И изменения в лапах скажутся на всех её суставах. Об этом предупреждают ветеринары, теперь же мы обосновали эти изменения с точки зрения физики.

Рассмотрим проблему снижения чувства равновесия у кошки после онихэктомии. У кошки центр тяжести находится в области грудной клетки, над передними лапами (рис. 4). Если провести перпендикуляр от центра тяжести к земле, то точка пересечения совпадёт с кошачьей лапкой. Получается, что передние лапы несут центр тяжести, а задние служат для мощных толчков при беге [13]. При удалении когтей у кошки уменьшается площадь опоры. И хотя центр тяжести за пределы этой опоры не выйдет, чтобы равновесие нарушилось окончательно и кошка бы упала, разбалансировка животного всё-таки произойдёт. Это обязательно негативно скажется на животном в момент лазания, прыжков, бега.

 

Рисунок 4. Центр тяжести у кошки

 

Теперь докажем по-другому, что при удалении когтей изменяются силы, действующие на мышцы животного. Для этого рассмотрим лапы кошки.

Очевидно, что лапы животного — это сложная система рычагов с несколькими точками опоры (рис. 5). Нас в этой системе будет интересовать самый нижний рычаг, точкой опоры которого являются пальцы кошки. Поэтому другие рычаги, входящие в систему «кошачья лапа», мы пока рассматривать не будем.

На рассматриваемую систему рычагов действуют две силы: сила тяжести (или вес животного, Fтяж.) и сила напряжения мышцы (Fнапр.), которая позволяет животному поднимать лапы при ходьбе. Силы расположены по одну сторону от точки опоры рычага, но направлены в разные стороны. Силу тяжести мы уже рассчитывали (Fтяж. = РМашки = 40,18 Н). Посмотрим, как изменяется Fнапр. при удалении когтей. Для этого воспользуемся правилом моментов L1/L2 = F2/F1.

 

Рисунок 5. Лапы кошки как система рычагов
Рисунок 6. Модель рычага кошачьей лапы

 

Можно рассмотреть любую — заднюю или переднюю — лапу, поскольку когти животным удаляют и там, и там. Принцип расчётов аналогичен. Мы рассмотрим заднюю лапу объекта, поскольку нам измерять длину плеч на задней лапе удобнее, чем на передней.

Итак, с когтями кошка опирается на пальцы — это точка опоры рассматриваемого рычага. Сила тяжести приложена к костям предплюсны (а именно, к таранной кости). Сила напряжения мышцы, осуществляющая подъём тела, передаётся через ахиллово сухожилие и приложена к выступу пяточной кости. Построим модель описываемого рычага (рис. 6).

Точка опоры данного рычага после удаления когтей сместится вправо на длину пальцевой подушечки, а точки приложения сил останутся на прежних местах. Следовательно, уменьшатся плечи рычага. В таблице в первой строке вычислена сила напряжения мышцы для здоровой кошки, во второй — для кошки без когтей.

 

Расстояние от точки опоры до точки присоединения мышцы,
L1 (см)
Расстояние от точки опоры до точки приложения веса кошки,
L2 (см)
L1/L2 =
Fтяж./ Fнапр.
Fнапр.
8 5 1,6 25,11
7 4 1,75 22,96

 

Таким образом, мышца получает нагрузку, меньшую той, на которую рассчитана. Медики считают, что недостаточная нагрузка является одной из причин атрофии мышц. Ветеринары же предупреждают, что вследствие хождения с неестественной опорой нормальная нагрузка между мышцами нарушится — одни будут получать большее количество нагрузки, другие — наоборот. Поскольку лапа кошки — сложная система рычагов, то все они взаимозависимы. Уменьшение нагрузки в одном, неизбежно приведёт к увеличению нагрузки в другом (то есть в других мышцах и костях). Таким образом, показано, что и с точки зрения рассмотрения простого физического механизма «рычаг» — удаление когтей приносит животному вред.

Биомеханика позволяет сделать вывод: онихэктомия наносит здоровью кошки вред, поскольку все живые организмы созданы природой с учётом законов физики, которые человек отменить не может. Человек не может пока состязаться с природой, которая является совершенным создателем своих творений. Она тысячелетиями оттачивала эволюционный механизм. Это касается любых органов и их функций у любого живого существа. Как мы показали, кошка не является исключением из этого правила.

 

Литература

  1. Официальный сайт Кремля [Электронный ресурс] / Послание Президента Федеральному Собранию. — Электрон. дан. — Режим доступа: kremlin.ru/events/president/new/53379, свободный. — Загл. с экрана.
  2. Миронова В. «Зачем люди добровольно удаляют внутренние органы?» [Текст] / В. Миронова // Аргументы и факты. — 2009. — №39.
  3. Дарвин Ч. Происхождение видов [Текст] / Ч. Дарвин; пер. с 6-го англ. изд. М.-Л.: Биомедгиз, 1937, 762 с.
  4. Журнал «Здоровье» [Электронный ресурс] / Мальцева А. Нужен ли человеку аппендикс? — Электрон. дан. — Режим доступа: www.zdorovie.com/health/do-we-really-need-appendix/9951, свободный. — Загл. с экрана.
  5. Большая медицинская энциклопедия [Электронный ресурс] / Биомеханика. — Электрон. дан. — Режим доступа: www.бмэ.орг/index.php/БИОМЕХАНИКА, свободный. — Загл. с экрана.
  6. Пёрышкин А. В. Физика: учебник для 7 класса средней школы [Текст] / А. В. Пёрышкин. Физика. — М.: Дрофа, 2010.
  7. Дубровский В. И. Биомеханика: электронный учебник [Электронный ресурс] / В. И. Дубровский. Рычаги и блоки. — Электрон. дан. — Режим доступа: http://bugabooks.com/book/22-biomexanika/50-75-statika-centr-tyazhesti-rychagi-i-bloki.html, свободный. — Загл. с экрана.
  8. Питомник мейн-кунов Bekker Coon [Электронный ресурс] / Анатомическое строение кошки. — Электрон. дан. — Режим доступа: http://www.bekkercoon.ru/Anatomiia_koshki.html, свободный. — Загл. с экрана.
  9. Питомник абиссинских кошек Kamel’ Rouge [Электронный ресурс] / Последствия удаления когтей у кошки. — Электрон. дан. — Режим доступа: www.бмэ.орг/index.php/БИОМЕХАНИКА, свободный. — Загл. с экрана.
  10. Проект людям о кошках [Электронный ресурс] / Удалять ли когти кошке, и к каким последствиям это может привести? — Электрон. дан. — Режим доступа: http://lemiki.ru/udalyat-li-koshke-kogti/, свободный. — Загл. с экрана.
  11. Левин В. Человек, разгадавший тайну живого движения [Текст] / В. Левин. Наука и жизнь. — 2005. — №10.
  12. Ваша кошка: питание, уход содержание [Электронный ресурс] / Общий вид кошки. — Электрон. дан. — Режим доступа: http://www.fun-cats.ru/ris_obshiy.html, свободный. — Загл. с экрана.
  13. Питомник мейн-кунов [Электронный ресурс] / Вся правда о «мягких лапках» (операция по удалению когтей). — Электрон. дан. — Режим доступа: http://windcoon.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=27, свободный. — Загл. с экрана.

 

 

СВМ № 6/2018

 

 

Теги

Добавить комментарий

Войти с помощью: 
Close