Биомеханика как наука
Основные методы исследования в биомеханике. Фотограмметрия, электромеханические методы. Характеристика терминов, используемых для описания движения человека. Степени свободы и кинематическая цепь. Основы биомеханики опорно-двигательного аппарата.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 22.05.2016 |
| Размер файла | 2,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- 1. Методы исследования в биомеханике
- 1.1 Фотограмметрия
- 1.2 Электромеханические методы
- 1.3 Плоскости, оси системы координат относительно тела человека
- 1.4 Термины, используемые для описания движения человека
- 1.5 Степени свободы и кинематическая цепь
- 2. Основы биомеханики опорно-двигательного аппарата
- 2.1 Биомеханика костей
- 2.2 Биомеханика суставов
- Выводы
- Список литературы
Введение
Термин биомеханика составлен из двух греческих слов: Bios - жизнь и mechanike механика. Как известно, механика - это раздел физики, изучающий механическое движение и механическое взаимодействие материальных тел. Отсюда понятно, что биомеханика - это раздел науки, изучающий двигательные возможности и двигательную деятельность живых существ. Наибольший практический интерес представляет изучение движений человека и высших животных. [1]
Биомеханика - наука о законах механического движения в живых системах. Она изучает движения с точки зрения законов механики, свойственных всем без исключения механическим движениям материальных тел. Специальных законов механики для живых систем не существует.
В последнее время развиваются:
инженерная биомеханика (связана с робототехникой);
медицинская биомеханика (травматология, ортопедия, реабилитация и протезирование, спортивная медицина).
эргономическая биомеханика (связь человека с окружающей средой, трудовым процессом, охраной труда и техникой безопасности).
Движение лежит в основе жизнедеятельности человека. Разнообразные химические и физические процессы в клетках тела, работа сердца и течение крови, дыхание, пищеварение и выделение; перемещение тела в пространстве и частей тела относительно друг друга; сложнейшая нервная деятельность, являющаяся физиологическим механизмом психики, восприятие и анализ внешнего и внутреннего мира, - все это различные формы движения материи. [1]
Основным условием жизни вообще является взаимодействие живого организма с окружающей средой. В этом взаимодействии существенную роль играет двигательная деятельность. Только передвигаясь, животное может находить себе пищу, защищать свою жизнь, производить потомство и обеспечивать его существование. Только при помощи разнообразных и сложных движений человек совершает трудовую деятельность, общается с другими людьми, говорит, пишет и пр. Наиболее простой, элементарной формой движения материи является механическое движение, т.е. перемещение тела в пространстве. Закономерности механического движения изучаются механикой. Предметом механики как науки является изучение изменений пространственного расположения тел и тех причин, или сил, которые вызывают эти изменения. [1]
Механика является важной теоретической основой техники, в особенности техники построения разнообразных механизмов. Механическая точка зрения применяется и при изучении механических движений человека.
Двигательная деятельность человека практически осуществляется при участии всех органов тела. Однако непосредственным исполнителем функции движения является двигательный аппарат, состоящий из костей, скелета, связок и мышц с их иннервацией и кровеносными сосудами. С механической точки зрения, двигательный аппарат совмещает в себе рабочую машину и машину-двигатель.
Важнейшее различие движения человека от движения машин состоит в том, что машина делает только те движения, которые заложены в ее программу, человек же может в любое мгновение изменить свои движения, исходя из наименьших условий внешней среды или по другим причинам. Устройство двигательного аппарата является предметом изучения анатомии. Изучение двигательного аппарата как машины-двигателя производится, главным образом, биохимией и физиологией. Изучение его как рабочей машины является задачей особой научной дисциплины - биомеханики. [1]
биомеханика наука фотограмметрия движение человек
1. Методы исследования в биомеханике
Наблюдая движения человека, можно заметить, что многие их особенности все время изменяются. Изменяется положение звеньев тела, скорости движения и многое другое. Особенности (или признаки) движения позволяют разделить сложное движение на составные части, заметить, как они влияют одна на другую, как помогают достичь цели. Для этого и изучают характеристики движений человека. Характеристики движений человека - это те особенности, или признаки, по которым движения различаются между собой. [2]
Различают качественные и количественные характеристики.
Качественные характеристики - характеристики, описываемые только словами и не имеющие точной количественной меры (например: напряженно, свободно, плавно, мягко и др.).
Количественные характеристики - характеристики, которые измеряют или вычисляют, они имеют количественную меру.
Педагогу при проведении урока нечем и некогда измерять и регистрировать количественные характеристики. Ему приходится пользоваться качественными характеристиками, он проводит качественный биомеханический анализ движений каждого ученика. [2]
Изучая движения с помощью измерительной и записывающей аппаратуры, получают количественные характеристики. Их обрабатывают, проводят вычисления для количественного биомеханического анализа. Конечно, затем должен следовать и качественный анализ, чтобы понять законы движения и использовать их в физическом воспитании. Хорошо владея навыками количественного анализа, в повседневной практической работе можно с успехом пользоваться только качественным анализом.
Движение выражается в изменении с течением времени взаимного положения тел. Его можно наблюдать и отсчитывать только относительно других реальных тел (например, при прыжках в длину - относительно бруска) или условных (например, в старте яхт - относительно линии створа).
В зависимости от условий задачи, стоящей при изучении двигательного действия, выбирается та или иная система отсчета. Принято выделять:
инерциальную систему отсчета (Земля, дорожка, лыжня) - движения их в данной системе незаметны при измерениях, т.е. изменениями скорости, ускорениями при решении данной задачи можно пренебречь;
неинерциальная система отсчета - движущееся тело (скользящая лыжа, раскачивающиеся кольца), движение которого происходит с заметным ускорением, существенно влияющим на отсчет расстояния;
соматическая система отсчета (тело человека) - движение звеньев рассматривается относительно туловища.
Классификация методов исследования. В развитии методов исследования биомеханики нашли отражение ее синтетический характер, тесные связи со многими смежными науками (анатомия, физиология, теоретическая механика, кибернетика и т.д.). Еще на заре научной медицины в работах Аристотеля и Галена появились первые описания картины движения животных и человека. Но лишь в последние десятилетия, в значительной мере благодаря успехам биомеханики, физиологии, рентгеноанатомии, клинической медицины, электроники, появились возможности объективной регистрации разнообразных проявлений двигательной активности человека. [2]
В настоящее время биомеханика обладает значительным арсеналом методов исследования локомоторной функции, как в статике, так и в динамике, причем изучается не только внешняя картина движения, но и механизмы управления, жизнеобеспечение организма, что дает возможность выявить целый комплекс параметров, характеризующих двигательный образ. В это понятие включаются не только внешние (механические) проявления движения и реакций окружающей среды, но и условия организации управления движениями, согласованная деятельность всех органов и систем организма.
Получаемая в результате биомеханических исследований информация служит основой для определения нормы, позволяет количественно определить степень нарушения локомоторной функции при различных патологических состояниях. Биомеханические исследования достаточно широко используются не только в клинической медицине (функциональная диагностика, ортопедия, травматология, протезирование), но и в спорте, и при разработке различных антропоморфных механизмов (роботы, манипуляторы), и при решении других прикладных задач. Методическая база биомеханических исследований постоянно совершенствуется, используя новейшие достижения науки. [2]
Методы исследования, получившие наибольшее распространение в настоящее время, в клинической биомеханике могут быть классифицированы следующим образом:
1. Соматометрические: антропометрия, фотограмметрия, рентгенография.
2. Кинезиологические: оптические, потенциометрия, электроподография, тензометрия, ихнография.
3. Клинико-физиологические: косвенная калориметрия, электромиография, электроэнцефалография, другие методы функциональной диагностики.
1.1 Фотограмметрия
К антропометрическим методам сбора и анализа информации относится способ изучения схемы построения опорно-двигательного аппарата в виде так называемой фотограмметрии. Кратко техника фотограмметрии состоит в следующем: обследуемому предлагают принять естественную, наиболее привычную, удобную позу стояния. Перед ним устанавливают кадровую рамку с сантиметровыми делениями по горизонтальным и одной из вертикальных сторон. Через середину рамки натянута нить, служащая отвесом. Фотографируют и для графического анализа изготавливают фотоснимки, на которых измеряют расстояние в сантиметрах между передневерхними остями таза, наклон бедер по анатомическим осям относительно вертикали, расстояние между центрами коленных суставов, наклон голеней по анатомическим осям, угол физиологического вальгуса голеней, расстояние между центрами опоры стоп. Этот метод даст возможность определить возрастные особенности схемы построения опорно-двигательного аппарата в норме и при различных патологических состояниях. [2]
Кинезиологические методы. Целенаправленные движения человека (локомоции) представляют собой устойчивый паттерн движения, характеризующийся определенными кинематическими, динамическими, временными и пространственными параметрами.
Вся совокупность последних может рассматриваться как биомеханическое проявление двигательного образа, который складывается для каждого конкретного человека в период постнатального онтогенетического развития и претерпевает изменения в результате изменений на любом уровне двигательного анализатора в зависимости от возраста и условий функционирования жизнеобеспечивающих систем организма.
Естественно, что регистрация кинезиологических параметров движения является необходимой для его характеристики, и при нарушениях функции опорно-двигательного аппарата, и при изучении локомоции спортсмена. [2]
Наиболее достоверные сведения о движении могут быть получены с помощью оптических методов, которые обеспечивают комплексную регистрацию любого количества точек тела человека и внешней обстановки относительно пространственно-временной координатной сетки и дают информацию о кинематике исследуемых точек в форме, удобной для математического анализа. Координаты же, как известно, есть тот материал, из анализа которого может быть почерпнуто максимальное количество сведений о протекании снятого движения. [2]
Циклография (от цикла. и. графия), метод изучения движений человека путем последовательного фотографирования (до сотен раз в секунду) меток или лампочек, укрепленных на движущихся частях тела.
Впервые фотографирование фаз движения было предложено в 80-х гг. XIX в. французским ученым Э. Мареем. Н.А. Бернштейн в 20-х гг. ХХ в. усовершенствовал и модифицировал циклографию, например он предложил кимоциклографию - съемку на передвигающуюся пленку.
На основе анализа циклограмм - циклограмметрии - для ряда движений были получены данные о траектории отдельных точек тела, о скоростях и ускорениях движущихся частей тела, что дало возможность вычислить величины сил, обусловливающих данное движение.
Эти сведения легли в основу современных представлений о принципах управления движениями человека, использованы при изучении спортивных движений, двигательных нарушений и др. К циклографии близок метод киносъемки движений с последующей обработкой кадров наподобие циклограмм. [2]
Наиболее простым и часто применяемым на практике видом киносъемки является фотограмметрия. Эта съемка представляет собой регистрацию движений человека и объектов окружающей среды в плоскости, перпендикулярной оптической оси аппарата.
При этом аппарат устанавливается так, чтобы в его поле зрения находилось все, что будет подвергнуто изучению и последующему анализу. Полученные с помощью оптических методов регистрации экспериментальные данные подвергаются математической обработке. [2]
В качестве датчиков ("светящихся точек") для получения кинематических характеристик движений конечностей применяют метки или электрические лампочки, которые укрепляют на исследуемых суставах. Снаряжение испытуемого почти невесомо, поэтому оно не вносит никаких изменений в структуру двигательного образа.
Конвергентная стереофотограмметрическая съемка и зеркальная циклограмметрия тождественны. Действительно, зеркальная циклограмметрическая съемка под углом а (угол между главной оптической осью киноаппарата и плоскостью зеркала - угол съемки) есть не что иное, как съемка двумя аппаратами, оптические оси которых конвергируют под углом а. [2]
Вычисление пространственных координат производится по формулам математической зависимости между пространственными координатами помещения (в случае, если съемка производится в камеральных условиях) и координатами перспективных изображений. Кроме аналитических методов, в настоящее время нашли широкое распространение различные номографические приемы, основанные на известных положениях синтетической геометрии.
Номограмма, с помощью которой осуществляется обработка изоинформации, представляет собой функциональную сетку и служит для получения реальных (действительных) координат любой фиксированной точки на сегменте или суставе конечности (Рис.1).
Рисунок 1 - Стерео-фотограмметрия с мнимым базисом.
Геометрическая модель (номограмма) стереофотографии. Координаты фиксированной точки: X = 90, Y = 112, Z = - 24 мм
1.2 Электромеханические методы
В настоящее время в биомеханических исследованиях широкое распространение получили, наряду с оптическими, и электрические методы регистрации.
Это можно объяснить в первую очередь тем, что информация, представленная в виде электрических сигналов, является удобной для обработки радио - и электронными приборами.
Кроме того, большинство процессов, протекающих в живых организмах, сопровождается различными электрическими явлениями, что облегчает получение информации в виде электрических сигналов. [2]
При использовании электрических методов регистрации неэлектрических величин (каковыми являются кинематические и динамические составляющие движения) в практике биомеханических исследований применяют измерение и регистрацию кинематических составляющих движения осуществляются с помощью линейных потенциометрических датчиков 2 типов: с входной функцией в виде углового и линейного механического перемещения.
Потенциометрические датчики преобразуют функцию механического перемещения в аналоговый электрический сигнал, который затем регистрируется в соответствующем масштабе (Рис. 2).
А - в плюснефаланговом; Б - в подтаранном; В - в тазобедренном, коленном и голеностопном.
Рисунок 2 - Кинематические схемы потенциометрических датчиков для измерения амплитуды движений в суставах нижних конечностей.
Исследование динамических составляющих движения осуществляют с помощью тензометрических методов. В качестве тензочувствительного элемента используют различные тензодатчики - датчики давления. Тензодатчики применяются для определения вертикальных составляющих реакции опоры при ходьбе (ихнография) или для регистрации стабилограмм. [2]
Подография - регистрация времени опоры отдельных участков стопы при ходьбе с целью изучения функции переката. Исследуется при помощи специальных датчиков, вмонтированных в подошву обуви.
Стабилография - объективный метод регистрации положения и проекции общего центра масс на плоскость опоры. Это важный параметр механизма поддержания вертикальной позы. Обычно регистрируют площадь миграции ОЦМ в проекции горизонтальной плоскости, совмещенный с очерком стопы (Рис. 3).
Рисунок 3 - Стабилограмма попеременного стояния на правой и левой ноге
1.3 Плоскости, оси системы координат относительно тела человека
Расположение частей тела рассматривают в 3-х анатомических плоскостях: фронтальной, которая делит тело на переднюю и заднюю часть; сагиттальной, которая делит тело на правую и левую половину; и горизонтальной, которая делит тело на верхнюю и нижнюю часть. Так во фронтальной плоскости тело может рассматриваться спереди и сзади, мы различаем правую и левую половину тела. В сагиттальной плоскости тело рассматривается справа и слева, мы различаем переднюю и заднюю часть. В горизонтальной плоскости тело может рассматриваться снизу и сверху, при этом мы различаем переднюю и заднюю, правую и левую части (Рис. 4).
Рисунок 4 - Анатомические плоскости
1.4 Термины, используемые для описания движения человека
Термины, которые применяют для обозначения направления движения. Некоторые из них очевидны: передний - задний, верхний нижний, глубокий (расположенный далее от поверхности) - поверхностный. Термины проксимальный и дистальный относят только к конечности и обозначают: дистальный - расположенный ближе к концу конечности, проксимальный - ближе к ее основанию. Медиальный и латеральный. Медиальный - расположенный ближе к срединным структурам, латеральный - в удалении от них вправо или влево. Ротация (поворот или вращение) (Рис. 5).
Рисунок 5 - Термины для обозначения направления движения
При обозначении движения головы или туловища различают ротацию вправо и ротацию влево. При движении конечности - внутреннюю ротацию и наружную ротацию. [2]
Различают шесть основных движений в суставах: сгибание - разгибание (в сагиттальной плоскости), отведение - приведение (во фронтальной плоскости), внутренняя и наружная ротация (в горизонтальной плоскости).
1.5 Степени свободы и кинематическая цепь
Рассматривая тело человека как сложный биомеханизм, кости как жесткие звенья, а суставы как кинематические пары определенных классов, для всего человека имеем: подвижных костей - 148, суставов с 3-мя степенями свободы - 29, суставов с 2-мя степенями свободы - 33, суставов с 1-ой степенью свободы - 85. Всего степеней свободы для всего биомеханизма - 244. Понятие "кинематическая цепь" перенесено в биомеханику из теоретической механики, где применяется для описания и анализа кинематики механизмов. Под степенями свободы понимают независимые перемещения тела или его частей в пространстве. Эти независимые перемещения могут носить либо поступательный характер, либо вращательный (простые формы механического движения) (Рис. 6).
Рисунок 6 - Независимые координаты (3-линейные и 3-угловые), определяющие положение твердого тела
Степени свободы - это качественная мера многообразия и направления и форм подвижности. Так как число степеней свободы твердого тела в пространстве равно 6, то число независимых параметров (степеней свободы), определяющих относительное движение в кинематической паре, может быть в пределах от нуля до шести. В первом случае соединение двух тел является неподвижным, во втором - тела не соединены друг с другом. Например, если у физического тела нет никаких ограничений (связей), оно может двигаться в пространстве относительно трех взаимно перпендикулярных осей (поступательно), а также вокруг них (вращательно). Следовательно, у такого тела шесть (3 + 3) степеней свободы. Каждая связь уменьшает число степеней свободы. Подвижное соединение двух соприкасающихся тел называется кинематической парой, а тела, входящие в состав кинематической пары, называются звеньями. Максимальное число степеней свободы сустава равно трем: сгибание - разгибание, отведение - приведение, наружная - внутренняя ротация или их разновидности (пронация - супинация, эверсия - инверсия). [2]
Совокупность звеньев, соединенных кинематическими парами представляют кинематическую цепь. Различают открытую и замкнутую кинематическую цепь. В замкнутой цепи звенья образуют один или несколько замкнутых контуров. Число степеней свободы кинематической цепи зависит от числа подвижных звеньев цепи, числа шарниров и числа степеней свободы кинематических пар. Если кинематическая цепь имеет 0 степеней свободы, то она образует жесткую систему - ферму, звенья которой не имеют относительных перемещений. Таким образом, кинематическая цепь представляет собой серию соединенных сегментов тела. Следует отметить, что обычно в биомеханике учитывают только значимые движения в суставе. При построении и изучении кинематической цепи несущественные движения игнорируют. Например, движения в суставе, связанные с расхождением суставных поверхностей (движение по продольной оси) считают несущественными. Движения в открытой и закрытой кинематической цепи различаются количеством степеней свободы, но и направлением движения. Рассмотрим кинематическую схему сложного подтаранного сустава - сустава, образованного пяточной и таранной костями. При свободно расположенной конечности (открытая цепь) мы видим движения: приведение - отведение пятки, эверсию и инверсию пяточной кости (вращение наружу и вращение внутрь). При опоре конечности кинематическая схема закрывается и мы видим другой паттерн движений: появляется движение внутренняя - наружная ротация голени, отведение - приведение, тыльное - подошвенное сгибание подтаранной кости, пятка сохраняет лишь способность к инверсии - эверсии (Рис. 7).
Рисунок 7 - Кинематика подтаранного сустава. Движения в открытой и закрытой кинематической цепи
В суставах человека движения ограничиваются суставной поверхностью, связками, мягкими тканями, внешними фиксаторами (лонгеты, аппараты, туторы). Рассмотрим модель коленного сустава (Рис.8).
Рисунок 8 - Модель коленного сустава
Ограничение движений составляющих коленный сустав костей мышцами и связками. [2]
Силы, создаваемые мышцей квадрицепса и собственной связкой надколенника удерживают надколенник от смещения вперед, суставная поверхность бедренной кости - от смещения назад. Переднезадние движения голени относительно бедренной кости ограничивают соответственно передняя (ACL) и задняя (PCL) крестообразные связки, а боковые смещения - внутренняя и наружная коллатеральные связки (MCL\LCL). Напряжение мышц антагонистов (квадрицепса и подколенных сгибателей) удерживают сустав от смещения по продольной оси.
Управляющие воздействия мышц формируют дополнительные связи и оставляют для движения только одну степень свободы "полносвязный механизм". Так обеспечивается одна-единственная возможность движений - именно та, которая требуется. [2]
2. Основы биомеханики опорно-двигательного аппарата
Двигательный аппарат человека - это самодвижущийся механизм, состоящий из 600 мышц, 200 костей, нескольких сотен сухожилий.
Двигательный аппарат - функциональная совокупность костей скелета, сухожилий, суставов, мышц с их сосудистой сетью и нервными структурами, осуществляющих посредством нервной регуляции передвижение, позную активность, другие двигательные акты. [3]
Функции двигательного аппарата: опорная - фиксация мышц и внутренних органов; защитная - защита жизненно важных органов (головной и спинной мозг, сердце и др.); двигательная - обеспечение двигательных актов; рессорная - смягчение толчков и сотрясений; участие в минеральном обмене. [3]
2.1 Биомеханика костей
Кость - материал, который отличает позвоночных от других животных, совершенствовался на протяжении нескольких сотен миллионов лет эволюции животного мира, включая человека.
Кость сочетает в себе прочность железного бруска и легкость древесины. Кость является совершенным биоматериалом, который способен приспосабливаться к нагрузкам и самостоятельно восстанавливать свою структуру при повреждении или перегрузке. [3]
Функции скелета:
А - фронтальный срез верхней части бедренной кости. Б - рентгеновский снимок верхней трети бедренной кости (видны силовые линии). В - скиаграмма бедренной кости. Распределение силовых линий
Рисунок 9 - Трабекулярная и кортикальная структуры кости.
Микроструктура кости представляет собой так называемую систему гаверсовых каналов, которые включает в себя каналы для снабжения кости кровью и концентрические слои кости вокруг центрального канала. Пространство между гаверсовыми системами образуют костные балки, между которыми расположены костные клетки - остеоциты (Рис.10).
Рисунок 10 - Микро-фото кортикального слоя кости.
Гаверсовы системы кости. Центральные каналы (обозначено стрелкой). Маленькие черные точки между гаверсовыми системами - остеоциты
Известно, что полые (пустотелые) цилиндрические или профильные конструкции, при относительно небольшой массе обладают наибольшим моментом сопротивления изгибу и скручиванию. [3]
Трубчатая кость имеет форму цилиндра, при этом прочность кости определяется диаметром цилиндра и площадью сечения. На рисунке 11 изображены 3 упругих модуля с одинаковой площадью сечения и с различным диаметром, модули B и C - пустотелые.
Рисунок 11 - Способность противостоять изгибу различных упругих модулей с равной площадью сечения
На кость действуют два вида сил: направленные вдоль механической оси прочности (сжатие и растяжение) и направленные поперечно продольной оси - срезывающие силы (сдвиг, изгиб, скручивание или торсия). Силовые воздействия, вызывающие напряжение и деформацию кости называются нагрузкой или механическим напряжением - это мера внутренних сил, возникающих в деформируемом теле под влиянием внешних воздействий. [3]
Механическое напряжение в точке тела измеряется отношением: упругой силы, возникающей в теле при деформации; к площади малого элемента сечения, перпендикулярного к этой силе.
Математически нагрузка выражается силой приложенной к площади нагружаемого объекта и измеряется в Н/м2 или в Паскалях.10 н/м2=1 миллиону Паскалей (1МПa). Прочность - свойство твердых тел сопротивляться разрушению (разделению на части), а также необратимому изменению формы (пластической деформации) под действием внешних нагрузок (Рис. 12, 13).
Рисунок 12 - Виды нагрузки: компрессия, растяжение, скручивание (срезывающая нагрузка)
Рисунок 13 - Кривая нагрузки - деформация кости
Различают эластическую деформацию (обратимую деформацию кости) и пластическую (деформация, которая не исчезает после прекращения воздействия), которая развивается в результате механического напряжения.
Упругость (эластическая деформация) - свойство тел восстанавливать свои размеры, форму и объем после прекращения действия внешних сил или других причин, вызвавших деформацию тел. [3]
При возрастании нагрузки на кость в кости возникает механическое напряжение, которое приводит вначале к эластической деформации, а затем к пластической. В случае предельной нагрузки кость разрушается - происходит перелом кости (Рис. 14).
Рисунок 14 - Риск перелома кости в зависимости от величины и повторяемости нагрузки
Нарушение структуры кости могут возникать и при небольших нагрузках, в том случае если эти нагрузки многократно повторяются длительное время. Такой нагрузкой может быть, например, продолжительная ходьба. Переломы костей, возникающие при продолжительной периодической нагрузке, называют стрессовыми переломами. Хорошо известны так называемые "маршевые переломы", - переломы костей стопы, возникающие при длительной ходьбе в неприспособленной обуви. Стрессовые переломы чаще всего возникают в костях нижних конечностей, переломы чаще всего возникают в зонах максимального напряжения кости (Рис. 15).
Рисунок 15 - Наиболее частые зоны стрессовых переломов
Факторы, способствующие стрессовым переломам: снижение прочности кости, биомеханические нарушения скелета, несоответствие структуры кости возникающим при нагрузке напряжениям, нарушение техники безопасности тренировки. [3]
Прочность костной ткани (устойчивость к пластической деформации и переломам) зависит от уровня физической нагрузки (она выше у лиц, регулярно занимающихся физкультурой и спортом и существенно снижается при гиподинамии или иммобилизации конечности), возраста (наибольшая прочность кости - в средней возрастной группе, наблюдается у лиц среднего возраста, прочность кости ниже в подростковом возрасте за счет физиологического остеопороза растущего организма, в пожилом и старческом возрастах за счет иволютивного остеопороза). Структура кости способна к самосовершенствованию, ее структуру определяют привычные механические напряжения, кость разрастается преимущественно по направлению тяги и перпендикулярно плоскости давления.
2.2 Биомеханика суставов
Суставы - участки соединения двух и более костей, являются наиболее уязвимой к травме частью скелета.
По объему возможных движений:
· синартрозы - неподвижные соединения (швы черепа);
· диартрозы - подвижные соединения.
По структуре соединения:
· Фиброзные сочленения: швы, синдесмозы (соединения костей связками, движения в которых зависят от эластичности связок).
· Хрящевые суставы: синхондрозы, симфизы (сочленение костей посредством хряща между собою, при которых суставная полость отсутствует) и синовиальные суставы (соединение суставов, в которых имеется суставная полость).
В зависимости от геометрии сустава различают плоские, блоковидные, цилиндрические, мыщелковые, шаровидные и другие типы суставов. Тип сустава определяет число возможных степеней свободы, положение замыкания сустава, положение максимальной свободы движения (Рис. 16).
Рисунок 16 - Типы суставов
Подробно движения в суставах рассмотрены в разделе "частная биомеханика".
Синовиальный сустав образован эпифизами сочленяющихся костей, которые с целью увеличения площади опоры расширены и образованы губчатой костью. Суставные поверхности эпифизов покрыты эластичным гиалиновым хрящом. Синовиальная мембрана, слизистая оболочка, выделяющая специальную синовиальную жидкость, образует замкнутую полость - полость сустава. Синовиальная мембрана укреплена фиброзной капсулой, которая является продолжением периоста, и вместе они образуют капсулу сустава. Сустав укреплен связками сустава, сухожилиями мышц, жировыми подушками, которые определяют его стабильность (Рис. 17).
Рисунок 17 - Синовиальный сустав
Важным свойством суставных поверхностей является конгруэнтность, т.е. соответствие форм сочленяющихся диафизов костей. Конгруэнтность сустава повышает площадь соприкосновения и площадь опоры сустава. Для повышения конгруэнтности в состав некоторых суставов включены вспомогательные элементы, своеобразные прокладки-амортизаторы - мениски. Движения в суставе определяют форма суставных поверхностей, расположение фиксирующих связок и направление работы мышц, которое определяется местами их прикрепления и направлением сухожилия. [3]
Выводы
Механика является важной теоретической основой техники, в особенности техники построения разнообразных механизмов. Механическая точка зрения применяется и при изучении механических движений человека.
Двигательная деятельность человека практически осуществляется при участии всех органов тела. Однако непосредственным исполнителем функции движения является двигательный аппарат, состоящий из костей, скелета, связок и мышц с их иннервацией и кровеносными сосудами.
С механической точки зрения, двигательный аппарат совмещает в себе рабочую машину и машину-двигатель.
Наблюдая движения человека, можно заметить, что многие их особенности все время изменяются. Изменяется положение звеньев тела, скорости движения и многое другое. Особенности (или признаки) движения позволяют разделить сложное движение на составные части, заметить, как они влияют одна на другую, как помогают достичь цели. Изучая движения с помощью измерительной и записывающей аппаратуры, получают количественные характеристики. Их обрабатывают, проводят вычисления для количественного биомеханического анализа.
Двигательный аппарат - функциональная совокупность костей скелета, сухожилий, суставов, мышц с их сосудистой сетью и нервными структурами, осуществляющих посредством нервной регуляции передвижение, позную активность, другие двигательные акты.
Список литературы
1. Дубровский В.И., Федотова В.Н. Биомеханика: Учебник для вузов - М.: Владос, 2002.
2. Бернштейн Н.А. Избранные труды по биомеханике и кибернетике. - М.: СпортАкадемПресс, 2001.
3. Биомеханика / В.М. Уткин, В.А. Заикин, О.В. Зимина и др. - М.: ГЦОЛИФК, 1987.
4. Горшков М.М. Основы биомеханики: Учебное пособие. - М.: Изд-во "МАИ”, 2002.
5. Донской Д.Д., Зациорский В.М. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры. - М.: ФиС, 1979.
6. Лесгафт П.Ф. Теория простых суставов. Избранные труды по анатомии. - М.: Медицина, 1968.
7. Навойчик А.И. Общая биомеханика: Тексты лекций по курсу "Биомеханика физических упражнений” для студентов специальности П О2.0200 - Физическая культура и спорт. - Гродно, 2000.
8. Голомазов С.В. Кинезиология точностных действий человека. - М.: СпортАкадемПресс, 2003.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Изучение строения и характеристика элементов опорно-двигательного аппарата человека как функциональной совокупности костей скелета, сухожилий и суставов, обеспечивающих двигательные действия. Функции двигательного аппарата: опорная, защитная, рессорная.
контрольная работа [346,0 K], добавлен 06.01.2011Звенья биокинематических цепей, механизмы соединений. Биокинематические пары и цепи. Движения в биокинематических цепях. Составляющие составного движения. Степени свободы движений. Звенья тела как рычаги и маятники. Рычаги в биокинематических цепях.
курсовая работа [449,7 K], добавлен 28.01.2009Вязкоупругие, упруговязкие и вязкопластичные системы. Механические свойства мышц, костей, кровеносных сосудов, легких. Задачи и объекты биомеханики. Сочленения и рычаги в опорно-двигательном аппарате человека. Механические свойства тканей организма.
реферат [163,5 K], добавлен 25.02.2011Нейроны как основа нервной системы, их основные функции: восприятие, хранение информации. Анализ деятельности нервной системы. Структура опорно-двигательного аппарата, характеристика функций легких. Значение ферментов в пищеварительной системе человека.
контрольная работа [400,1 K], добавлен 06.06.2012Вестибулярный аппарат человека: общая характеристика и особенности строения. Адекватные раздражители рецепторов вестибулярного аппарата. Вращательная, термальная и механическая пробы для исследования вестибулярного аппарата. Оценка координации движений.
презентация [371,5 K], добавлен 12.09.2015Общая характеристика двигательной активности животных. Ознакомление со строением системы тканей и органов - опорно-двигательным аппаратом. Описание основных функций скелета животного. Изучение особенностей нервно-мышечной части двигательного аппарата.
реферат [1,2 M], добавлен 26.10.2015Система органов движения: кости (скелет), связки, суставы и мышцы. Характеристика костной ткани, состоящей из клеток и межклеточного вещества. Три периода развития черепа после рождения. Возрастные особенности позвоночника и скелетной мускулатуры.
реферат [414,6 K], добавлен 06.06.2011Фактическая охотничья скорость гепарда. Специальная тактика охоты: движение по прямой, обгон жертвы, резкий поворот и атака под углом. Бинокулярное и пространственное зрение гепардов. Особенности биомеханики хищника: оптическая стабилизация изображения.
реферат [1,4 M], добавлен 25.10.2014Гистология - учение о развитии, строении, жизнедеятельности и регенерации тканей животных организмов и организма человека. Методы ее исследования, этапы развития, задачи. Основы сравнительной эмбриологии, науки о развитии и строении зародыша человека.
реферат [9,9 K], добавлен 01.12.2011История зарождения гистологии как науки. Гистологические препараты и методы их исследования. Характеристика этапов приготовления гистологических препаратов: фиксация, проводка, заливка, резка, окрашивание и заключение срезов. Типология тканей человека.
презентация [1,6 M], добавлен 20.11.2014Предки современной лошади: эогиппус, тарпан. Иппотерапия как метод лечения людей с помощью лошадей (при нарушениях опорно-двигательного аппарата, атеросклерозе, черепно-мозговых травмах, полиомиелите, сколиозе). Взаимодействие всадника и лошади.
презентация [2,8 M], добавлен 11.11.2014Закономерности наследования и изменчивости признаков у человека - предмет изучения генетики. Характеристика основных методов исследования. Метод составления родословных (генеалогический). Популяционный, близнецовый, цитогенетический, биохимический методы.
презентация [4,1 M], добавлен 11.04.2015Основные методы вычленения и исследования эмпирического объекта. Наблюдение эмпирического научного познания. Приемы получения количественной информации. Методы, предполагающие работу с полученной информацией. Научные факты эмпирического исследования.
реферат [29,9 K], добавлен 12.03.2011Антропология как самостоятельная наука. Понятие свободы воли человека. Свобода воли человека по Библии. Анализ особенностей противостояния М. Лютера и Э. Роттердамского по вопросу свободы воли человека. Сословно-представительная монархия в России.
контрольная работа [27,5 K], добавлен 28.10.2008Пассивная часть опорно-двигательного аппарата - комплекс костей и их соединений. Характеристика и классификация соединительных тканей. Строение и форма костей скелета. Функции позвоночного столба. Грудная клетка, грудина и ребра, скелет конечностей.
реферат [24,0 K], добавлен 20.01.2011Организация и методика гигиенического обучения воспитания школьников. Гигиеническое обоснование школьного режима. Профилактика нарушения опорно-двигательного аппарата, детского травматизма, расстройства зрения. Закономерности роста и развития школьников.
курсовая работа [49,6 K], добавлен 27.09.2009Гистология — наука о строении, развитии и жизнедеятельности тканей животных организмов и общих закономерностях тканевой организации; понятие цитологии и эмбриологии. Основные методы гистологического исследования; приготовление гистологического препарата.
презентация [1,5 M], добавлен 23.03.2013Изучение особенностей строения и функций мышц - активной части двигательного аппарата человека. Характеристика мышц туловища, фасций спины (поверхностных и глубоких), груди, живота, головы (мышцы лица, жевательные мышцы). Физиологические свойства мышц.
реферат [45,4 K], добавлен 23.03.2010Раскрытие сущности гинеалогического, близнецового, цитогенетического и популяционного метода исследования наследственных признаков. Хромосомный анализ генетического кода человека, основные генетические заболевания. Альбинизм, синдромы Дауна и Марфана.
презентация [3,0 M], добавлен 09.09.2014Природно-климатическая характеристика района исследования. Методы учёта и сбора жужелиц. Методы анализа структуры населения жужелиц. Видовой состав. Экологические группы жужелиц по биотопическому преферендуму, степени увлажнения предпочитаемых биотопов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 13.03.2009
