Биомеханика что это такое


Биомеханика. Наука о движениях человека

Что такое биомеханика?

Название включает в себя греческие слова bios — жизнь и mexane — механизм, рычаг. В отличие от традиционной механики, в которой рассматривается движение и взаимодействие предметов, биомеханика это наука, которая изучает и анализирует многогранные и разносторонние движения живых существ. В фитнесе, да и во всех видах спорта, особенно подвижных, биомеханика рассматривается и используется, как базовая наука и имеет большое значение. Основу биомеханики составляют физиология, геометрия, математика, анатомия и физика в разделе механики. Не меньше биомеханика связана с психологией и биохимией. Все варианты взаимодействия прикладных наук полезны и приносят ощутимую пользу.

Биомеханическая мускульная работа

Работа любой мышцы человеческого опорно-двигательного аппарата основаны на умении и возможности мышцы сокращаться. В момент мышечного сокращения сама мышца укорачивается, а обе точки крепления к костям сближаются одна относительно другой. Подвижная точка Insertion начинает приближаться к начальной неподвижной точке крепления Origin, так осуществляется движение данной конечности.

Если применить это качество и свойство мышечной материи к области фитнеса, то открывается возможность выполнения определенной механической работы (подъем штанги, перемещение конечности с гантелей), прилагая разную степень мышечного усилия. Мышечная сила в данном случае будет определяться площадью сечения мышечных волокон, или говоря простым языком площадью разреза мышцы в поперечнике. Размер мышечного сокращения определен длиной мышечного волокна. Соединения костей и взаимодействие с мышечными группами устроено в форме механического рычага, позволяющего выполнять простейшую работу по поднятию и передвижению предметов.

Механика учит нас, что чем дальше от оси будет приложена сила, тем выше кпд, ибо благодаря большому плечу рычага, работу можно выполнить с меньшими усилиями. Так и в биомеханике — если мышца крепится дальше от опорной точки, тем более выгодно будет использована ее сила. П.Ф. Лесгафт в этом смысле квалифицировал мышцы на сильные, имеющие крепление дальше от опорной точки и быстрые или ловкие, имеющие точку крепления вблизи опоры.

Мышечное движение всегда производится в двух противоположных направлениях. По этой причине для выполнения двигательного процесса вокруг одной опорной точки необходимо наличие двух мышц на противоположных сторонах одна от другой. Направления движения в биомеханике тоже получили свои определения: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и горизонтальное отведение, ротация медиальная и ротация латеральная.

Мышца, которая вызывает момент движения при сокращении и принимает на себя основную нагрузку, называется агонистом — Prime mover. Каждое сокращение мышцы-агониста приводит к полному расслаблению противоположной ей мышцы-антагониста. Если мы выполняем сгибание в локте, агонистом будет являться сгибатель локтя — бицепс, а антагонистом в этот момент будет разгибатель локтя — трицепс. После окончания движения обе мышцы будут уравновешивать друг друга, находясь в немного растянутом состоянии. Это явление называется мышечным тонусом. Мышцы, помогающие выполнять движение мышце-агонисту и действующие в одном с ним направлении, но испытывающие меньшую нагрузку и меньшую степень сокращения называются синергистами. Мышцы, обеспечивающие устойчивость и равновесие определенному суставу при выполнении движения, называются фиксаторами. Помимо фиксаторов значительную роль в тренировочном процессе выполняют мышцы стабилизаторы, которые работают в качестве элементов равновесия тела при смещении центра тяжести и увеличении общей силовой нагрузки. Кроме того мышцы стабилизаторы участвуют в повседневной жизни человека в обеспечении равновесного расположения частей тела относительно друг друга вне силовой тренировки.

В любой момент движения, кости образуют механические рычаги, следуя за мышечными командами.

Биомеханика выделяет три вида биомеханических рычагов:

  • рычаг 1 рода, где точки приложения силы расположены с противоположных сторон от оси; 
  • рычаг 2 рода, где точки приложения силы располагаются по одну сторону от оси, но на разном от нее расстоянии, поэтому здесь применимы два вида рычага, условно называемые «рычаг силы» и «рычаг скорости».

Рассмотрим виды рычагов более подробно:

Рычаг 1 рода

В биомеханике он называется «рычагом равновесия». Поскольку точка опоры расположена между двумя точками приложения силы, рычаг еще называют «двуплечим». Такой рычаг нам демонстрирует соединения позвоночника и черепной коробки. Если вращающий момент силы, действующей на затылочную часть черепа равен вращающему моменту силы тяжести, действующему на переднюю часть черепа, и они имеют одинаковое плечо рычага, достигается равновесие. Нам удобно, мы не замечаем разнонаправленного действия, и мышцы не напряжены.


Рычаг 2 рода

В биомеханике он подразделяется на два вида. Название и действие этого рычага зависят от места расположения приложения нагрузки, но у рычагов обоих видов точка приложения силы точка приложения сопротивления находятся по одну сторону от точки опоры, поэтому оба рычага являются «одноплечими». Рычаг силы образуется при условии, что длина плеча приложения силы мышц длиннее плеча приложения силы тяжести (сопротивления). В качестве наглядного примера можно продемонстрировать человеческую стопу. Осью вращения здесь являются головки плюсневых костей, пяточная кость служит точкой приложения силы, а тяжесть тела образует сопротивление в голеностопном суставе. Здесь имеет место выигрыш в силе, за счет боле длинного плеча приложения силы и проигрыш в скорости. Рычаг скорости имеет более короткое плечо приложения мышечной силы, чем плечо силы противодействия (силы тяжести). Примером может служить работа мышц сгибателей в локтевом суставе. Бицепс крепится вблизи точки вращения (локтевой сустав) и с таким коротким плечом необходима дополнительная сила мышце сгибателю. Здесь имеет место выигрыш в скорости и ходе движения, но проигрыш в силе. Можно заключить, что чем ближе от места опоры будет крепиться мышца, тем короче будет плечо рычага, и тем значительнее будет проигрыш в силе.


При соединении двух костных пар образуется биокинетическая пара, характер движения в которой определяется строением костного сочленения (сустава), работой мышц, сухожилий и связок. Подвижность в суставе может зависеть от многочисленных факторов: пола, возраста, генетического строения, состояния ЦНС.

Для того чтобы оптимально и правильно принять исходное положения для выполнения упражнений необходимо напрямую руководствоваться знанием законов рычагов первого и второго типов. Если мы изменим положение конечности или туловища, то в свою очередь определенным образом изменится длина плеча рычага конечности или туловища. В любом случае всегда исходное положение выбирается таким образом, чтобы начальный период тренировки сопровождался менее нагрузочными положениями конечностей и корпуса. В дальнейшем, в зависимости от состояния и формы тренирующегося, можно постепенно увеличивать длину плеча рычага, для усиления воздействия на определенную мышечную группу. Увеличение силы противодействия одновременно с удлинением плеча рычага в свою очередь еще больше акцентирует внимание на укрепление силы конкретной мышечной группы или одной мышцы.

Для осуществления технически грамотного движения в момент выполнения упражнения, необходимо и важно знать, в каком направлении работает сустав, соединяющий активную мышечную группу. Здесь нам необходимо опять обратиться к анатомическим плоскостям. Виды и описание осей и плоскостей даны в разделе кинезиологии. Виды и названия суставов вы можете найти в разделе анатомии. Опорно-двигательный аппарат человека представляет собой различные костные сочленения, соединенные друг с другом посредством суставов. Тело человека может свободно перемещаться в шести направлениях: вперед и назад, вправо и влево, вверх и вниз. Определенная классификация суставов позволяет движения в этих направлениях.

Суставы трехосные — это самые подвижные суставы, они свободно обеспечивают движение в трех направлениях. Примером служат: соединения черепа и позвоночника, межпозвонковых дисков, плечевые суставы, лучевой и тазобедренный. Подобные суставы имеют шарообразную форму. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной, корональной и трансверсальной плоскостях. В этих суставах тренирующийся имеет возможность выполнять все виды движений: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и отведение, медиальную и латеральную ротацию.

Суставы двухосные — обеспечивают движение в двух направлениях, менее подвижны. Они имеют форму эллипса или седла. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной и корональной плоскостях. Примером служат суставы пальцев рук, лучезапястный сустав. Здесь возможны сгибание и разгибание, приведение и отведение.

Суставы одноосные — обеспечивают однонаправленное движение. Они имеют форму цилиндров и блоков. Примером служат плече локтевой, лучевой, коленный, голеностопный суставы. Движения возможны в сагиттальной плоскости и это сгибания и разгибания. В лучевом суставе возможна ротация латеральная (супинация) и ротация медиальная (пронация).

Несмотря на то, что многие крупные мышцы рассматриваются в анатомии как единое целое, различные части и отделы больших мышц могут осуществлять неодинаковые движения. В сгибании плеча, например, принимает участие Deltoid Anterior, в отведении плеча Middle Deltoid, а в разгибании Deltoid Posterior. Данные знания являются основой для составления индивидуальной программы тренировок, которую инструктор или тренер готовит для тренирующегося. Это позволяет грамотно осуществить подбор необходимых упражнений для воздействия на конкретную мышцу или мышечную группу.

В зависимости от того, какое исходное положение принимает тренирующийся, выполнение определенного упражнения может усложняться или облегчаться. Поэтому общая эффективность тренировки также зависит от исходного положения в выполнении упражнения. В фитнесе мы применяем следующие исходные положения: положение лежа — самое простое и легкое, положение сидя — менее легкое и положение стоя — с малой площадью опоры и поэтому достаточно сложное для удержания равновесия.

Для сглаживания разбалансировки в положениях тела с неустойчивым равновесием используются упоры. Очень распространенным является упор лежа. Это закрытая кинематическая цепь, поскольку все части тела замкнуты. Устойчивость и равновесие имеют достаточно высокую степень, центр тяжести расположен низко, площадь опоры большая.

Для примера верхней опоры могут послужить висы. Висы тоже считаются достаточно устойчивыми. Тело человека испытывает силу растяжения под тяжестью собственного веса. Руки прямые и соприкасаются с опорой в фиксировано положении. Вис является силовым упражнением уже сам по себе. Подтягивания на перекладине являются сложным силовым упражнением, которое может выполнить только подготовленный спортсмен с сильно развитыми мышцами верхнего пояса и верхних конечностей. В таком положении любая двигательная активность является сложно выполнимой, поэтому можно использовать опору для ног.

Ходьба — повседневная двигательная активность человека. Это попеременное движение ног. Одна нога служит опорой в тот момент, когда другая находится в воздухе и движется вперед. Ноги поочередно сменяют друг друга, меняя последовательно опорную фазу на двигательную.

Бег — быстрые циклические шаги, требующие от опорно-двигательного аппарата достаточно больших энергозатрат, напряжения центральной нервной системы, хорошей физической формы. Измеряется длиной шага, скоростью бега и длительностью временного промежутка.

Приседания — выполняются мышцами нижних конечностей. Площадь опоры достаточно мала, равновесие не обладает достаточной устойчивостью. При опоре руками выполнение приседаний значительно облегчается. Чем приседания глубже, тем они тяжелее. Усложнение упражнений осуществляется за счет темпа и числа приседаний, возможно дополнительное отягощение на плечи.

Прыжки — это поочередные отталкивания тела от площади опоры. Главную работу выполняют мышцы нижних конечностей, мышцы туловища и рук участвуют в движении, обеспечивая вспомогательную функцию.

Биомеханика спорта — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 19 февраля 2016; проверки требуют 5 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 19 февраля 2016; проверки требуют 5 правок.

Биомеханика спорта (спортивная биомеханика) — раздел биомеханики, в котором изучают работу биомеханического аппарата спортсмена (БАС), взаимодействия БАС с окружающей средой, спортивным инвентарем, механизмами.

Целью спортивной биомеханики является повышение мастерства спортсменов, установление ими рекордов, а также предотвращение травматизма, повышения тонуса мышц[1], создание более оптимального спортивного инвентаря, механизмов, тренажёров. Также биомеханика спорта непосредственно используется в практике физического воспитания.
Биомеханику спорта принято подразделять на общую, дифференциальную и частную.
  • Общая (теоретическая) спортивная биомеханика решает общие проблемы спортивной биомеханики, взаимосвязь её с другими науками.
  • Дифференциальная спортивная биомеханика изучает индивидуальные и групповые особенности двигательных возможностей и двигательной деятельности, в том числе зависящие от возраста, пола, состояния здоровья, уровня физической подготовленности, спортивной квалификации и т. п.
  • Частная спортивная биомеханика рассматривает конкретные вопросы технической и тактической подготовки в отдельных видах спорта. Кроме того к сфере частной биомеханики относятся вопросы взаимодействия БАС с различным спортивным инвентарем (ракетки, клюшки, биты, мячи, лыжи, весла, гимнастические снаряды и т. п.), а также с различными механизмами, например, велосипедом. В связи с чем при конструировании спортивного инвентаря, снарядов, механизмов и тренажёров используют т. н. биомеханический подход.

Историю спортивной биомеханики можно с уверенностью отсчитывать от знаменитых трудов Николая Александровича Бернштейна (1896—1966). В 1926 г. вышла из печати его первая книга «Общая биомеханика», в которой он впервые в мировой науке попытался объяснить закономерности основных способов передвижения человека — ходьбу, бег — сложной, иерархической работой мозга. Тогда же им были открыты такие фундаментальные явления в управлении движениями, как сенсорные коррекции, более известные теперь в кибернетике как обратные связи. В 1947 году вышла монография Н. А. Бернштейна «О построении движений», которая являлась дальнейшим развитием идей иерархического, многоуровневого построения движений в мозгу человека. Через год монография «О построении движений» была удостоена Сталинской премии, а в 1949 году Н. А. Бернштейн был объявлен космополитом, сочинителем антипавловских теорий, вульгаризатором науки. Его уволили из Центрального научно-исследовательского института физкультуры (ЦНИИФК), а возглавляемую им лабораторию биомеханики закрыли. Н. А. Бернштейн был реабилитирован в период «хрущевской оттепели». Несмотря на лишение работы ученый усиленно трудился над развитием своих идей, уделяя особое внимание биомеханике спорта и физической культуры. Основные работы этого периода: «Очерки по физиологии движений и физиологии активности» (1966 г.), «О ловкости и её развитии» (1991 г.) выходят в свет уже после смерти ученого. Эти работы, несомненно, стимулировали интерес к спортивной биомеханике, при кафедрах физкультурных вузов и НИИ открываются лаборатории биомеханики, регулярно проводятся общероссийские конференции по биомеханике, в которых всегда присутствует секция спортивной или спортивно-педагогической биомеханики.

  1. ↑ Биомеханическая стимуляция (рус.) (26 мая 2017). Дата обращения 16 октября 2018.

Идеи Н. А. Бернштейна по спортивной биомеханике развиты в трудах его учеников и продолжателей, выборочные работы которых (в хронологическом порядке) приводятся ниже.

  • Биомеханика физических упражнений : Учебное пособие / Общ. ред. Е. А. Котикова; ГЦОЛИФК им. П. Ф. Лесгафта. — М.; Л.: Физкультура и спорт, 1939. — 328 с.
  • Донской Д. Д. Движения спортсмена: Очерки по биомеханике спорта. — М.: Физкультура и спорт, 1965. — С. 3-90.
  • Донской Д. Д. Законы движений в спорте: Очерки по структурности движений. -М.: Физкультура и спорт, 1968. — 176 с.
  • Коренберг В. Б. Основы качественного биомеханического анализа. — М.: ФиС, 1970.
  • Чхаидзе Л. В. Об управлении движениями человека. -М.: Физкультура и спорт, 1970. -С. 28-103.
  • Донской Д. Д. Биомеханика с основами спортивной техники. -М.: Физкультура и спорт, 1971. — 288 с.
  • Донской Д. Д. Биомеханика: Учебное пособие. — М. : Просвещение, 1975. — 239 с.
  • Анохин П. К. Очерки по физиологии функциональных систем. — М.: 1975. — 407 с.
  • Агашин Ф. К. Биомеханика ударного движения.- М: «Физкультура и спорт», 1977.-208с.
  • Кузнецов В. В. Автоколебания биомеханических систем. В сб.: «Биологическая, медицинская кибернетика и бионика», Ин-т Кибернетики АН УССР, Киев, 1984, с. 91-95.
  • Кузнецов В. В. Вибрационная активность мышц.: Биофизика, т.30, № 2, 1985, с. 328—331.
  • Сучилин Н. Г. Гимнаст в воздухе: (Соскоки прогрессирующей сложности). — М.: ФиС, 1978. — 120 с.
  • Донской Д. Д., Зациорский В. М. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры. — М. : Физкультура и спорт, 1979. — 264 с.
  • Коренберг В. Б. Основы качественного биомеханического анализа. — М.: Физкультура и спорт, 1979. — 208 с.
  • Анохин П. К. Узловые вопросы теории функциональной системы. — М.: Наука, 1980. — 196 с.
  • Зациорский В. М., Арутин А. С, Селуянов В. Н. Биомеханика двигательного аппарата человека. -М.: Физкультура и спорт, 1981. — 143 с.
  • Назаров В. Т. Движения спортсмена. — Минск: Полымя, 1984. — 176 с.
  • Боген М. М. Обучение двигательным действиям. — М.: Физкультура и спорт, 1985. — 192 с.
  • Ивойлов А. В. Помехоустойчивость движений спортсмена. — М.: Физкультура и спорт, 1986. — 110 с.
  • Уткин В. Л. — «Биомеханика физических упражнений». Учеб. пособие для студентов фак. физ. воспитания пед. ин-тов и для ин-тов физ. культуры по спец. № 2114 «Физ. воспитание».— М.: Просвещение, 1989.— 210 с.: ил.
  • Матвеев А. П. Теория и методика физической культуры. — М.: Физкультура и спорт, 1991. — 543 с.
  • Уилмор Дж. Х., Костилл Д. Л. Физиология спорта и двигательной активности. — К.: Олимпийская литература, 1997. — 504 с.
  • Практическая биомеханика / Под ред А. Н. Лапутина. — К.: Науковий світ, 2000. — 298 с.
  • Сучилин Н. Г., Савельев В. С., Попов Г. И. Оптико-электронные методы измерения движений человека. — М.: ФОН, 2000. — 126 с.
  • Давыдов В. П., Коваленко И. И., Колосов Д. И., Дидур П. С. Древние таинства, трансформируемые в рукопашный бой и биомеханику. — Смоленск: Смоленская городская типография, 2007. — 372 с.

Биомеханика - это... Что такое Биомеханика?

раздел биофизики, изучающий механические аспекты строения и функционирования биологических систем и их взаимодействия с окружающей средой.

Биомеханические исследования охватывают различные уровни организации живой материи: биологические макромолекулы, клетки, ткани (биореология), органы, системы органов, а также целые организмы и их сообщества. Биомеханика изучает, в частности, реакцию клеток, тканей, органов, систем органов и организма человека в целом на внешние механические воздействия (например, вибрацию, удар, акустическое излучение, перегрузки или невесомость) и их механические ответы на немеханические воздействия, например изменение гидравлического сопротивления сосудов в результате действия химического вещества на их гладкую мускулатуру; исследует механические факторы, вызывающие развитие патологического процесса, и механические проявления этого процесса, например образование атеросклеротических бляшек вследствие изменения условий движения крови. Для изучения биомеханических явлений используются методы теоретической и прикладной механики (например, измерение скорости движения жидкостей и газов в организме, создание физических моделей) в сочетании с методами, применяемыми в биологии и медицине (например, плетизмография, ультразвуковая диагностика). Б. разрабатывает принципиальные основы новых методов диагностики и наблюдения за состоянием больного — таких, например, как определение радиационных нарушений в структуре ДНК по вязкости ее растворов, оценка агрегируемости эритроцитов по показателям вязкости крови, ультразвуковое зондирование сердца и сосудов и др.; создает математические модели, позволяющие при помощи ЭВМ вычислять недоступные прямому измерению (например, во время операции) параметры кровообращения.

Результаты биомеханических исследований лежат в основе инженерных расчетов при разработке новых или усовершенствовании имеющихся медицинских приборов, создании различного рода протезов и экстракорпоральных систем, хирургических инструментов, а также используются для расчета и оптимизации конструкций тренажеров и спортивных снарядов, специальной одежды. Наиболее эффективно достижения Б. реализуются в травматологии и ортопедии при создании эндопротезов с учетом адаптационных свойств тканей.

Библиогр.: Глазер Р. Очерк основ биомеханики, пер. с нем., М., 1988, библиогр.; Медицинская биомеханика, под ред. А. Каппоццио и В.К. Калнберза, т. 1—4, Рига, 1986; Проблемы прочности в биомеханике, под ред. И.Ф. Образцова, М., 1988.

Биомеханика как направление в искусстве

Представляю вашему вниманию достаточно молодое, современное направление в искусстве — Биомеханика. Появившейся в начале 80-х годов XX века, самостоятельный, сложный и впечатляющий стиль. Особенностью этого стиля является сочетание человеческой плоти и разнообразных механизмов, симбиоз, соединение живого с электронным, механическим, а иногда и с чужеродным. Вполне можно предположить, что биомеханика — это одно из направлений киберпанка, однако здесь в меньшей степени присутствует постапокалипсис, а всё происходящее похоже на жизнь в каком-то трансцендентном мире или вообще на другой части галактики. Популярность биомеханики так же обусловлена той большой ролью, которую играют технологии и техника в нашей жизни.
Основателем данного направления можно считать швейцарского художника Ганса Рудольфа Гигера. Биомеханика стала популярна после выхода киноленты «Чужой» в 1979 году, которая была сделана на основе иллюстраций художника. Гигер задал моду на психоделический реализм в живописи и графике. Его работы, даже по прошествии многих лет, вдохновляют начинающих художников, фантастов самых разных жанров, начиная от кино и заканчивая музыкой.

Гигер Ганс Рудольф (Hans Rudolf "Rudi" Giger) – швейцарский художник, родился в 1940 году.

Питер Грич (Peter Gric) родился в 1968 в социалистической Чехословакии.

Дариуш Завадский (Dariusz Zawadzki) польский художник, родился в 1958 году.

Томаш Стражалковски ( Tomasz Strzalkowski ) польский цифровой художник.

Евгений Волос, работающий в технике цифровой живописи. Родился в 1979 в России.

Шинго Матсунума (Shichigoro Shingo, также известен как shichigoro) Японский иллюстратор из Токио.

Цутому Нихэй (Nihei Tsutomu) Родился в 1971 году в Японии.

Казухико Накамура (Kazuhiko Nakamura) иллюстратор из Японии.

Даниэль Доцу ( Daniel Dociu ) румынский художник.

Пьер Маттер (Pierre Matter)родился в 1964 году. Математик по профессии, он долго искал свое настоящее призвание, блуждая тропинками искусства.

БИОМЕХАНИКА — Большая Медицинская Энциклопедия

БИОМЕХАНИКА (греч. bios жизнь + mechane орудие, машина) — раздел биофизики, изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также физические явления, происходящие в них в процессе жизнедеятельности и перемещения тела в пространстве. Термином «биомеханика» ранее называли также раздел эмбриологии — механику развития (см. Эмбриология). Опираясь на данные анатомии и используя методы теоретической и прикладной механики, Б. исследует деформации структурных элементов тела, движение жидкостей и газов в живом организме, перемещения звеньев тела относительно друг друга и всего тела в пространстве, устойчивость и управляемость движений и другие вопросы, доступные методам механики.

Б. движений исследует структуру опорно-двигательного аппарата (характер подвижных сочленений, число степеней свободы), кинематику движений (скорость, ускорения, траектории), динамику движений — картину действующих сил. Чаще всего задача биомеханического исследования состоит в том, чтобы по кинематическим характеристикам движения определить картину действующих сил.

Современная Б. не ограничивается анализом движений. Сфера приложений Б. расширяется, и сейчас она включает в себя изучение дыхательной системы, системы кровообращения, специализированных рецепторов и т. п.

Б. дыхательного аппарата изучает кинематику и динамику дыхательных движений, сопротивление дыханию, обусловленное трением воздуха при движении по гортани, трахее и бронхам (неэластическое сопротивление), сопротивление, связанное с упругостью грудной клетки, эластичностью тканей легких, а также поверхностным натяжением жидкости, тонким слоем покрывающим альвеолы (эластическое сопротивление). Б. кровообращения изучает реологические свойства крови, сосудистой стенки и периваскулярных тканей, особенности тока крови в ветвящихся сосудах, в сосудах малого диаметра и капиллярах, гидродинамические явления в полостях сердца и магистральных сосудах, возникновение акустических колебаний в сердечно-сосудистой системе, вопросы теплообмена и др.

История. Начало исследованиям по Б. было положено Леонардо да Винчи, который проявлял большой интерес к различным видам движения человека и животных. Изучая полет птиц и движения человека, работу скелетных мышц и сердца, механику дыхания и голосообразования, он считал, что функционирование ряда систем организма подчинено законам механики.

Значительное влияние на развитие Б. оказали труды Дж. Борелли; в книге «О движении животных» он дает анализ различных движений тела при ходьбе, беге, плавании с позиций механики. Борелли впервые определил положение центра тяжести тела человека. Экспериментальное исследование ходьбы было проведено братьями Вебер (Е. и W. Weber, 1836). Они определили отношение продолжительности и длины шага, амплитуду вертикальных перемещений тела при ходьбе, изменения функциональной длины конечности при ходьбе и др. Изобретение моментальной фотографии и кинематографии способствовало бурному расцвету Б. движений в Германии [Аншютц (Anschutz)], Франции (Э. Марей) и Америке [Майбридж (Е. Muybridge)]. Существенные результаты по биодинамике локомоций были получены нем. учеными Брауне и Фишером (Cii. W. Braune, О. Fischer), Эльфтманом (H. Elftnian).

В России начало изучения вопросов Б. положено работами И. М. Сеченова π П. Ф. Лесгафта. В «Очерках рабочих движений человека» (1901) И. М. Сеченов дал сводку важнейших биомеханических характеристик движений человека; разработка проблем теоретической анатомии опорно-двигательного аппарата проводилась П. Ф. Лесгафтом с привлечением данных сравнительной анатомии и механики. В СССР в 20—30-е годы вопросами прикладной Б. (с целью рационализации рабочего места, форм инструментов, приемов работы, рабочей позы и т. д.) занимался ряд институтов (Центральный ин-т труда. Всесоюзный ин-т экономики, Центральный ин-т труда инвалидов). С 1924 г. в Ленинградском ун-те А. А. Ухтомский начал читать курс физиологии двигательного аппарата, куда был включен раздел Б. В книге «Физиология двигательного аппарата» (1927) он изложил обширный материал по Б. мышц, суставов и координации движений. В качестве вводного курса в ортопедию Б. читал в Ростовском мед. ин-те Н. В. Парийский.

Значительный вклад в развитие Б. внес Н. А. Бернштейн, значительно усовершенствовавший методы регистрации и анализа движений (кимоциклография, циклограмметрия), проведший биодинамический анализ ходьбы здоровых людей, ее эволюцию у детей и стариков, бега, прыжков, марша и т. д. В 1938 г. В. А. Энгельгардтом и М. Н. Любимовой впервые продемонстрировано наличие связи между механическими и хим. процессами. В наст, время Б. преподается в Ин-те физической культуры. Существует международное общество биомеха-ников; проводятся Международные конгрессы по Б. С 1968 г. издается международный журнал «Biomechanics».

Методы биомеханических исследований включают различные приемы регистрации положения и движения тела, измерений силы групп мышц, моментов инерции звеньев тела и др. Для изучения положения тела существуют приборы, позволяющие определять положение общего центра тяжести по отношению к поверхности опоры, величину опорного контура, степень устойчивости тела в пространстве. Для регистрации движений используются различные варианты световой записи. Циклография (см.) заключается в регистрации на неподвижной фотопластинке нескольких избранных точек движущегося тела. Для регистрации движений, траектории которых могут накладываться друг на друга (напр., циклические движения), применяют кимоциклографию (см.) — регистрацию движений на равномерно движущейся пленке. Система обработки циклограмм (циклограмметрия) позволяет по циклограмме определить амплитуду движения, скорости и ускорения. Большое распространение получили методы электрической регистрации биомеханических параметров движения. С помощью различных датчиков можно непосредственно регистрировать кривые движения в суставах, составляющие опорных реакций и точку приложения их равнодействующей, линейные и угловые скорости и ускорения и др. При изучении рабочих движений человека используют специальные насадки к рабочему инструменту с датчиками, позволяющими регистрировать величину прилагаемых мышечных моментов в различных плоскостях, силу удара и т. п. При электрической регистрации параметров движения возможен их непосредственный ввод в ЭВМ. Это дает возможность получения в реальном масштабе времени таких важнейших показателей движения, как моменты сил, действующих в суставе, работа и мощность.

Значение биомеханики для медицины

Результаты биомеханических исследований представляют интерес для физиологии и клинической медицины. На основе этих исследований могут быть составлены биомеханические характеристики органов и систем организма, знание которых является важнейшей предпосылкой для изучения процессов регуляции. Значительный интерес представляет Б. для протезирования, являясь основой конструирования протезно-ортопедических изделий. Многие характеристики опорно-двигательного аппарата используются при проектировании других технических систем (см. Бионика). Ряд биомеханических показателей состояния кровообращения (напр., баллистокардиография, динамокардиография) и дыхания играет роль важных количественных показателей в диагностике, в определении показаний и противопоказаний к операциям на сердце и легких. Исследования Б. дыхания и кровообращения использованы при создании аппарата «сердце — легкие». Характеристики прочности костей, суставов и связок, упруго-вязких свойств мышц и других тканей представляют значительный интерес для травматологии и ортопедии, для понимания механизмов действия повреждающих факторов и предупреждения травм. Изучение Б. спортивных движений и физических упражнений раскрывает основы мастерства и помогает разработке научно обоснованной системы тренировок.

Изучение Б. трудовых процессов позволяет оценить экономичность разных вариантов движений и совершенствовать их структуру.

Важной проблемой Б. является изучение биомеханических свойств тканей, то есть свойств органов и тканей человека и животных, проявляющихся при различных видах механического воздействия. Некоторые данные о биомеханических свойствах тканей стали достоянием практической медицины, их используют в протезировании, травматологии, для определения оптимальных нагрузок у спортсменов.


Библиография: Александер Р. Биомеханика, пер. с англ., М., 1970, библиогр.; Бернштейн Н. А. Общая биомеханика, М., 1926, библиогр.; о н ж е, О построении движений, М., 1947; он же, Очерки по физиологии движений и физиологии активности, М., 1966, библиогр.; Исследования по биодинамике локомоций, под ред. Н. А. Бернштейна, М.— JI., 1935; Исследования по биодинамике ходьбы, бега, прыжка, под ред. Н. А. Бернштейна, М., 1940, библиогр.; Николаев JI. П. Руководство по биомеханике в применении к ортопедии, травматологии и протезированию, ч. 1—2, Киев, 1947—1950, библиогр.; Сеченов И. М. Очерки рабочих движений человека, М., 1901; Burton А. С. Physiologie und Biophysik des Kreislaufs, В., 1969, Bibliogr.; Frost Η. M. An introduction to biomechanics, Springfield, 1967; Pulsatile blood flow, ed. by E. O. Atinger, N. Y., 1964, bibliogr.; Y a m a d a H. Strength of biological materials, Baltimore, 1970.

Биомеханические свойства тканей — Аникин Ю. М. Физико-механические свойства позвонков человека, Учен. зап. Моск. обл. пед. ин-та, т. 273 — Зоология, в. 8, с. 12, 1970, библиогр.; Лeсгафт П. Ф. Основы теоретической анатомии, ч. 1, Спб., 1892; О б ы с о в А. С. Надежность биологических тканей, М., 1971, библиогр.; Evans F. G., L i s-s n e r H. R. a. Pedersen H. E. Deformation studies of the femur under dynamic vertical loading, Anat. Rec., v. 101, p- 225, 1948, bibliogr.; Trie-p e 1 H. Ober gelbes Bindegewebe, Anat. Anz., Bd 15, S. 300, 1898.

БИОМЕХАНИКА - это... Что такое БИОМЕХАНИКА?

  • биомеханика — биомеханика …   Орфографический словарь-справочник

  • БИОМЕХАНИКА — (от био... и механика) изучает механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происхождение в них механического явления (при движениях, дыхании и т. д.) …   Большой Энциклопедический словарь

  • БИОМЕХАНИКА — БИОМЕХАНИКА, биомеханики, мн. нет, жен. (от греч. bios жизнь и слова механика). 1. Наука о движении животных и человека. 2. Система актерского искусства, основанная на данных этой науки (театр. неол.). Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935… …   Толковый словарь Ушакова

  • БИОМЕХАНИКА — раздел биологии (биофизики и физиологии), изучающий механич. свойства тканей, органов и организма в целом и происходящие в них механич. явления (движение человека и животных, работа дыхательного аппарата, кровообращение, упругие свойства сосудов …   Биологический энциклопедический словарь

  • биомеханика — сущ., кол во синонимов: 2 • биология (73) • нанобиомеханика (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • БИОМЕХАНИКА — раздел (см.), изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происходящие в них механические процессы и явления. Термин используют применительно к учению о движениях человека и животных …   Большая политехническая энциклопедия

  • Биомеханика — У этого термина существуют и другие значения, см. Биомеханика (театральная). Биомеханика раздел естественных наук, изучающий на основе моделей и методов механики механические свойства живых тканей, отдельных органов и систем, или организма в… …   Википедия

  • Биомеханика — I Биомеханика раздел биофизики, изучающий механические аспекты строения и функционирования биологических систем и их взаимодействия с окружающей средой. Биомеханические исследования охватывают различные уровни организации живой материи:… …   Медицинская энциклопедия

  • Биомеханика — (от Био... и Механика)         раздел биофизики (См. Биофизика), изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происходящие в них механические явления. Термином «Б.» ранее также называли отрасль эмбриологии… …   Большая советская энциклопедия

  • биомеханика — и; ж. 1. Раздел биофизики, изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом и происходящих в них механических процессов (при движении, дыхании, кровообращении и т.п.). Лаборатория биомеханики. 2. Строение, развитие и… …   Энциклопедический словарь

  • БИОМЕХАНИКА - это... Что такое БИОМЕХАНИКА?

  • биомеханика — биомеханика …   Орфографический словарь-справочник

  • БИОМЕХАНИКА — (от греч. bios жизнь и mechane машина, орудие; син.: животная механика, биотехника, физиологич. механика), отдел общей физиологии, изучающий развитие, строение и деятельность двигательного аппарата животных и человека. Сообразно с этими… …   Большая медицинская энциклопедия

  • БИОМЕХАНИКА — (от био... и механика) изучает механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происхождение в них механического явления (при движениях, дыхании и т. д.) …   Большой Энциклопедический словарь

  • БИОМЕХАНИКА — раздел биологии (биофизики и физиологии), изучающий механич. свойства тканей, органов и организма в целом и происходящие в них механич. явления (движение человека и животных, работа дыхательного аппарата, кровообращение, упругие свойства сосудов …   Биологический энциклопедический словарь

  • биомеханика — сущ., кол во синонимов: 2 • биология (73) • нанобиомеханика (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • БИОМЕХАНИКА — раздел (см.), изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происходящие в них механические процессы и явления. Термин используют применительно к учению о движениях человека и животных …   Большая политехническая энциклопедия

  • Биомеханика — У этого термина существуют и другие значения, см. Биомеханика (театральная). Биомеханика раздел естественных наук, изучающий на основе моделей и методов механики механические свойства живых тканей, отдельных органов и систем, или организма в… …   Википедия

  • Биомеханика — I Биомеханика раздел биофизики, изучающий механические аспекты строения и функционирования биологических систем и их взаимодействия с окружающей средой. Биомеханические исследования охватывают различные уровни организации живой материи:… …   Медицинская энциклопедия

  • Биомеханика — (от Био... и Механика)         раздел биофизики (См. Биофизика), изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происходящие в них механические явления. Термином «Б.» ранее также называли отрасль эмбриологии… …   Большая советская энциклопедия

  • биомеханика — и; ж. 1. Раздел биофизики, изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом и происходящих в них механических процессов (при движении, дыхании, кровообращении и т.п.). Лаборатория биомеханики. 2. Строение, развитие и… …   Энциклопедический словарь

  • Биомеханика на тренировках в тренажёрном зале. • Bodybuilding & Fitness

    Спортивная биомеханика — это область науки, которая занимается совершенствованием техники выполнения упражнений и повышением эффективности тренировки.

    Ее роль также заключается в разработке тренировочного оборудования с использованием принципов общей биомеханики. Как выглядит её практическое действие? Какова важность биомеханики на тренировках в тренажерном зале?

    Биомеханика на тренировке

    Биомеханика в тренажерном зале используется практически на каждом шагу.

    • Каждое движение, каждый подъем или выжимание веса следует определенным принципам биомеханики. Именно она определяет, как выполнять упражнение, чтобы дать мышцам как можно больше преимуществ.
    • Продуктами этой науки являются, например, все тренажеры, которые обеспечивают лучший стимул во время тренировки.

    Биомеханика и кинематика

    Кинематика, динамика и статика — это компоненты, которые создают механику. Это, в свою очередь, является основой биомеханики не только в спортзале.

    • Основной темой кинематического исследования является изменение положения тела в пространстве, т. е. описание его движения. Каждая физическая активность основана на серии последовательных движений. Таким образом, биомеханика человека является неотъемлемой частью спорта.
    • Как и любая наука, биомеханика использует определенные специализированные термины, принципы и методы исследования.

    Определяя положение тела и его отдельных частей, вы должны получить некоторые знания об осях и плоскостях движения тела, которые определяются так называемым анатомическим расположением человека.

    Существуют три основные плоскости, которые пересекаются в центре тяжести тела под прямым углом. Это:

    • фронтальная плоскость,
    • сагиттальная плоскость,
    • поперечная плоскость.

    В дополнение к вышеуказанным плоскостям существуют также три оси, определяющие их пересечения. Это в свою очередь:

    • вертикальная ось (пересечение сагиттальной и фронтальной плоскостей),
    • сагиттальная ось (пересечение сагиттальной и поперечной плоскостей),
    • поперечная ось (пересечение передней и поперечной плоскостей).

    Кинематические цепи

    Кинематическая цепь представляет собой комплексную систему движения, основанную на сочетании нескольких последовательно соединенных суставов. Кинематические цепи делятся на замкнутые и открытые.

    Первая из них, замкнутая, характеризуется стабилизацией дистального сегмента конечности или использованием большого сопротивления, которое значительно затрудняет или даже предотвращает движение. Примерами таких замкнутых упражнений являются:

    • становая тяга,
    • приседания,
    • отжимания,
    • подтягивание на турнике.

    Открытая кинематическая цепь основана на большей свободе движения определенной части тела в пространстве. Движение осуществляется с большим диапазоном и может проходить уже с большей скоростью, но за счет стабилизации корпуса. Примеры упражнений:

    • боковые подъёмы гантелей,
    • разгибание рук с гантелями из-за головы стоя,
    • сгибание рук с гантелями стоя.

    Более безопасными кинематические цепями являются замкнутые, поскольку они увеличивают силу сжатия за счет поперечной силы в суставах.

    Сила, мощность и скорость в биомеханике

    Биомеханика движения основана на механике. Следующим компонентом механики является динамика, которая определяет силу, которая способствуют созданию движения. Она основан на трех принципах динамики, сформулированных Исааком Ньютоном.

    • В спорте наиболее востребован второй принцип динамики Ньютона, который относится к скорости и силе. В нем говорится, что произведение массы тела на его ускорение равно действующей на него силе. Поэтому увеличение скорости движения требует больших усилий.
    • Перенося приведенный выше принцип динамики на тренировку с отягощениями, можно заметить, что силовой тренинг оказывает положительное влияние на увеличение скорости.
    • Ссылаясь на компоненты, которыми являются сила и скорость, вы можете легко определить мощность, потому что это производная обоих значений. Основываясь на многочисленных тестах, было установлено, что максимальная мощность активируется при 1/3 максимальной скорости сокращения мышц.

    Рычаги в биомеханике

    Человеческое тело — одно из величайших рычагов.

    • Удельная активность может быть выполнена работой мышц, работая мышцы, которые связывают вас с чем-либо на определённом расстоянии от суставов.
    • Чем больше расстояние, тем больший рычаг создаёт сустав.

    Количество рабочей силы и энергии, воспроизводимых во время движения, увеличивается с увеличением длины рычага.

    Функциональные группы и закон взаимного торможения

    Функциональные группы определяются как разделение мышечных групп в зависимости от их участия в отдельных движениях. Существует три категории функциональных мышечный групп:

    1. Мышцы агонисты.
    2. Мышцы антагонисты.
    3. Мышцы синергисты.

    Закон взаимного торможения — это закон, существующий в биомеханике. Определяет отношение мышц агонистов к антагонистам. Этот закон определяет, что напряжение мышцы агониста вызывает расслабление мышцы антагониста.

    Биомеханика на тренировках в тренажерном зале

    Оказывается, создание тренировочного плана для тренажерного зала не такая простая задача, как кажется. Сама тренировка должна быть эффективной, должна быть хорошо продумана и построена.

    Биомеханика человека — это дисциплина, благодаря которой становится легче и быстрее достигать тренировочных целей. Именно она определяет, как тренироваться для достижения определенных результатов. При разработке программ тренировок и выполнения упражнений стоит взглянуть на них с биомеханической точки зрения.

    Читайте также:

    Понравилось это:

    Нравится Загрузка...

    Биомеханика - это... Что такое Биомеханика?

  • биомеханика — биомеханика …   Орфографический словарь-справочник

  • БИОМЕХАНИКА — (от греч. bios жизнь и mechane машина, орудие; син.: животная механика, биотехника, физиологич. механика), отдел общей физиологии, изучающий развитие, строение и деятельность двигательного аппарата животных и человека. Сообразно с этими… …   Большая медицинская энциклопедия

  • БИОМЕХАНИКА — (от био... и механика) изучает механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происхождение в них механического явления (при движениях, дыхании и т. д.) …   Большой Энциклопедический словарь

  • БИОМЕХАНИКА — БИОМЕХАНИКА, биомеханики, мн. нет, жен. (от греч. bios жизнь и слова механика). 1. Наука о движении животных и человека. 2. Система актерского искусства, основанная на данных этой науки (театр. неол.). Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935… …   Толковый словарь Ушакова

  • БИОМЕХАНИКА — раздел биологии (биофизики и физиологии), изучающий механич. свойства тканей, органов и организма в целом и происходящие в них механич. явления (движение человека и животных, работа дыхательного аппарата, кровообращение, упругие свойства сосудов …   Биологический энциклопедический словарь

  • биомеханика — сущ., кол во синонимов: 2 • биология (73) • нанобиомеханика (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • БИОМЕХАНИКА — раздел (см.), изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происходящие в них механические процессы и явления. Термин используют применительно к учению о движениях человека и животных …   Большая политехническая энциклопедия

  • Биомеханика — У этого термина существуют и другие значения, см. Биомеханика (театральная). Биомеханика раздел естественных наук, изучающий на основе моделей и методов механики механические свойства живых тканей, отдельных органов и систем, или организма в… …   Википедия

  • Биомеханика — I Биомеханика раздел биофизики, изучающий механические аспекты строения и функционирования биологических систем и их взаимодействия с окружающей средой. Биомеханические исследования охватывают различные уровни организации живой материи:… …   Медицинская энциклопедия

  • Биомеханика — (от Био... и Механика)         раздел биофизики (См. Биофизика), изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происходящие в них механические явления. Термином «Б.» ранее также называли отрасль эмбриологии… …   Большая советская энциклопедия

  • биомеханика — и; ж. 1. Раздел биофизики, изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом и происходящих в них механических процессов (при движении, дыхании, кровообращении и т.п.). Лаборатория биомеханики. 2. Строение, развитие и… …   Энциклопедический словарь

  • ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ БИОМЕХАНИКА | Наука и жизнь

    О биомеханике - науке, занимающейся изучением движений живых существ, журнал уже писал (см. "Наука и жизнь", №№ 2, 3, 5-7, 1968 г.). С тех пор прошло немало времени. Сейчас биомеханике приходится решать важные медицинские задачи. достижения этой науки помогают облегчить жизнь пациентам с нарушениями опорно-двигательного аппарата. На вопросы редакции отвечает заведующий лабораторией клинической биомеханики Московского центра медицинской реабилитации доктор медицинских наук В. Беленький.

    Профессор В. Е. Беленький.

    Согласно экспериментальным данным, у человека весом 70 кг нагрузка на третий поясничный позвонок составляет: лежа на спине - 25 кг, лежа на боку - 75 кг, при стоянии - 100 кг, при небольшом наклоне туловища вперед - 150 кг.

    Обыкновенная ходьба представляет с точки зрения биомеханики сложнейший процесс, который наглядно изображен на рисунках (а - фронтальный разрез, б - плоскость, параллельная направлению движения, в - плоскости плечевого пояса, талии и таза).

    Наука и жизнь // Иллюстрации

    Чтобы человек мог сделать один шаг, в различные интервалы времени должно согласованно напрячься и расслабиться большое количество мышц.

    Схема "клавишного" перелома позвоночника. Стрелкой показано место и направление удара.

    На рисунке слева больной опирается на трость со стороны больной ноги.

    Так выглядит новая модель коленного сустава, в котором трение скольжения заменено трением качения.

    - Виктор Евгеньевич, главная область ваших научных интересов - позвоночник человека. Этот объект отличается какими-то особенными свойствами?

    - Да, конечно. Судите сами. Прежде всего, его отличает необычайная прочность. Поясничные позвонки могут выдержать нагрузку свыше тонны! Правда, это уже "запредельные" величины. Нагрузки, которые переносит позвоночник в обыденной жизни, тоже впечатляют. Например, если человек держит относительно небольшой груз, наклонившись вперед, то нагрузка на позвоночник превышает 200 килограммов.

    - То есть любого из нас можно сравнить с борцом-тяжеловесом?

    - Вызывает удивление не только это, а "продуманность" и разнообразные свойства этой живой конструкции. Позвонки выполняют как опорную, так и двигательную, и защитную функции. Каждый элемент позвонка предназначен решать свою задачу: тело позвонка является несущей конструкцией, отростки осуществляют кинематическую функцию, дужка играет защитную роль. При этом прочность позвонка в продольном направлении втрое выше, чем в поперечном. Эта анизотропия обусловлена особенностью расположения трабекул - костных балок внутри кости. Структура тела позвонка определяет также большую прочность при сжатии, чем при растяжении. Опорную функцию выполняет не только тело позвонка, но и его задний комплекс. Если нагрузка превышает 150 килограммов, часть ее начинает восприниматься задними костно-суставными элементами.

    Представьте желоб, в который заливают раствор цемента. Когда раствор застывает, получается относительно прочный столб. Но его прочность можно увеличить, если перед заливкой раствора в середину желоба поместить металлический прут и натянуть его. Так создается предварительно напряженная, более прочная конструкция. Аналогично устройство позвоночника.

    Но это еще не все. Можно также представить наш позвоночник как стержень, к которому при увеличении нагрузки присоединяются дополнительные опорные элементы.

    По мнению некоторых исследователей, часть нагрузки принимают на себя еще и грудная и брюшная полости - своеобразные цилиндры, заполненные воздухом и жидкостью. Роль этих опорных элементов особенно велика при подъеме тяжести. Благодаря работе мышц живота жесткость стенок цилиндров увеличивается и давление в грудной и брюшной полостях возрастает. Таким образом, нагрузка на позвоночник при действии механизма наддува снижается приблизительно вдвое. Это одновременно и очень прочная, и весьма гибкая конструкция.

    - Эта конструкция еще и движется. И здесь действуют какие-то особые законы?

    - Да, причем движение человеческого тела характеризуется очень сложной механикой. Попробуем представить хотя бы в общих чертах взаимодействие сил, определяющих движение звеньев тела. Внешние силы - это вес тела, сила инерции, внутренние - усилия мышц.

    Рассмотрим такую аналогию. Вы сели за весла, выгребли на середину реки и развернули лодку по течению. Теперь, работая веслами, вы поддерживаете определенную скорость движения лодки и одновременно удерживаете ее в фарватере реки. Мы видим здесь два этапа: первый - начальный "рывок" от берега до середины реки, второй - движение по течению реки. На такие же этапы можно "расчленить" и движения тела. На старте ходьбы мы затрачиваем значительную энергию, чтобы придать своему телу необходимое ускорение, а затем, двигаясь по инерции, лишь добавляем часть своих мышечных сил, чтобы идти в нужном темпе и в нужном направлении.

    Шаг начинается с того, что нога отталкивается от опоры. Усилие заднего толчка передается другим звеньям тела. Они совершают движение по инерции. В то же время движения звеньев тела постоянно корректируются мышцами. Корректирующие мышечные усилия необходимы для того, чтобы в полной мере использовать силу инерции. То есть создать для последующего шага необходимые условия отталкивания от пола. Получается так: задний толчок подготавливается целенаправленным движением звеньев тела, и в первую очередь перемещением туловища, - его масса существенно больше масс других звеньев тела. А уже в момент отталкивания главная роль принадлежит мышцам. Они как бы завершают формирование заднего толчка. При этом одновременно должна быть выполнена и другая задача - удержание тела в вертикальном положении.

    Вот какими сложными взаимодействиями обеспечивается самое простое и обыденное для нас движение - ходьба.

    - А если с этой задачей тело не справляется, как установить, в чем причина?

    - Мы используем специальный метод - электромиографию. Она дает информацию о вкладе той или иной мышцы в осуществление двигательного акта, будь то ходьба, стояние, какой-то вид производственной деятельности или спортивное упражнение. Принцип здесь такой: выявление особенности работы мышц на основании их электрофизиологических характеристик. Обычная электрическая активность мышц, или суммарная электромиограмма, - результат сложения активности отдельных двигательных единиц. Двигательная единица включает в себя нервную клетку и все иннервируемые ею мышечные волокна.

    Во время движения происходит не просто сложение импульсов двигательных единиц, а их наложение друг на друга - интерференция. Мышечные волокна подразделяются на медленные и быстрые. Одни мышцы содержат в основном быстрые волокна, другие - медленные. Количество двигательных единиц в мышце широко варьируется - от нескольких сотен до нескольких тысяч. Потенциалы одной единицы имеют постоянную амплитуду. Изменяется только их частота: возрастает с увеличением усилия. При подключении двигательных единиц, когда мышца напрягается, происходит, по-видимому, следующий процесс. В мышце, как и в некоторых приборах, существуют два способа регулировки силы. Грубая, ступенчатая регулировка осуществляется путем включения и выключения двигательных единиц, а плавная, точная регулировка - путем изменения частоты их пульсации. Это как переключение скоростей в коробке передач.

    Мы регистрируем электромиограмму в ходьбе. Параллельно записываются характеристики ходьбы. Это необходимо, чтобы установить, в какую фазу шага активна та или иная мышца, сгибается или разгибается при этом нога в суставе. Такие сведения дают возможность определить режим работы мышцы.

    Подобная информация незаменима при планировании операций, связанных с изменением места прикрепления мышцы. Например, при пересадках мышц у больных с параличами. При этом мышца, "поставленная" на новое место, иногда хочет работать в прежнем режиме, что ставит под угрозу результат операции. С помощью биомеханических исследований мы можем детально проследить механизм выработки у мышцы нового двигательного акта, то есть понять, достаточно ли успешно она "переучивается".

    Для этого регистрируют электрическую активность мышц у пациента после операции во время ходьбы. Иногда при этом выясняется, что при работе с "переученной" мышцей могут происходить невероятные вещи: она совершенно забывает свою новую функцию и вновь становится тем, чем была до операции.

    Дело в том, что во время движения включается так называемый "динамический стереотип ходьбы", заставляющий пересаженную мышцу работать по привычной для нее программе. Чтобы полностью переучить мышцу, нужно "вырвать" ее из привычного участия в акте ходьбы, а также сформировать для нее новую задачу, закрепить ее движения в новом устойчивом стереотипе ходьбы.

    - С помощью таких исследований можно "сделать" походку после операции или травмы более правильной?

    - Да, и вот пример из моей клинической практики. Наблюдая за больными с эндопротезом тазобедренного сустава, я выделил группу пациентов с хорошим клиническим исходом. Эти люди сохранили практически полный объем движений оперированной ноги. Сила ягодичных мышц была вполне удовлетворительной: пациенты могли присаживаться на корточки и самостоятельно вставать. Однако они хромали, правда, несильно.

    Причина этого - недостаточно четко скоординированная работа мышц, окружающих искусственный сустав. Нарушена обратная связь. О взаимном положении суставных концов сигнализируют также рецепторы суставной сумки. Поэтому стало ясно, что в такой ситуации могла бы помочь новая конструкция эндопротеза. Имело бы смысл при установке протеза сохранять хотя бы часть тканей суставной сумки. Тогда удалось бы избавиться от хромоты после протезирования.

    Не так давно стало ясно, что есть еще один выход, более простой: искусственная коррекция движений посредством электрической стимуляции ослабленных мышц. Этот метод разработан в Центральном научно-исследовательском институте протезирования и протезостроения. Электростимуляцию проводят непосредственно во время ходьбы, и происходит искусственная коррекция походки. Метод сегодня уже взят на вооружение нашим отделением.

    - А можно ли с помощью биомеханики предотвратить какие-либо виды травм позвоночника?

    - Думаю, что да. Зная законы биомеханики, можно понять, почему происходят те или иные виды травм и тем самым получить ключ к их профилактике.

    Снова приведу пример из практики. Вот как мне удалось раскрыть загадку, почему возникает компрессионный перелом позвоночника при падении на спину. Пациентка моего коллеги - девочка 12 лет - упала навзничь и почувствовала в спине сильную боль, как она сказала, "перехватило дыхание". При падении она успела "сложиться" и не ударилась головой.

    Больная была немного скованна. Посмотрев рентгеновский снимок и не обнаружив ничего серьезного, мы отпустили девочку домой с диагнозом "ушиб".

    Через несколько дней она пришла снова. Родители обратили внимание на то, что у дочери изменилась осанка и опять появились боли в спине. Новые снимки показали компрессионный перелом позвонков. Рассмотрев ситуацию с позиций биомеханики, удалось понять, что же произошло.

    Дело все в том, что в момент удара позвоночник был согнут, и действие веса верхней и нижней частей тела в момент удара должно было привести к его разгибанию.

    Давайте вспомним строение нашего опорного стержня. На конец остистого отростка одного из грудных позвонков, на который упала девочка, действует травмирующая сила. Под действием травмирующей силы позвонок повернулся вокруг центра вращения и передал полученный удар телу вышележащего позвонка. Как видим, поперечная сила трансформировалась в продольную. Такой механизм перелома я называю клавишным. Перелом происходит в результате сжатия одного из сегментов позвоночника.

    Хотя удар у пациентки пришелся на нижнегрудные позвонки, сломались верхнегрудные. Произошло это вот почему. Представьте себе: если я ударю по торцу ножки тюльпана, его стебель согнется, а может быть, и сломается в том месте, где прямой участок переходит в изогнутый. В этом месте структура стебля может уступить травмирующему воздействию. То же происходит и с позвоночником. А если бы девочка в момент падения не прижала голову к груди, то есть не приняла позу тюльпана, перелома не было бы.

    Однако перелом произошел, но обнаружился лишь спустя некоторое время. Почему? Можно предположить, что механическая волна, проходя вдоль позвоночника, разрушает костные структуры на каком-то одном или нескольких его уровнях. Это разрушение - растрескивание позвонка. В данном случае форма позвонков не изменилась, и это не проявилось на рентгенограмме.

    - Можно ли было помочь девочке, если бы диагноз сразу был поставлен правильно?

    - Конечно, если оградить ее от обычных нагрузок, испытываемых опорно-двигательным аппаратом при ходьбе, наклонах туловища. Тогда бы треснувший, а значит, потерявший прочность позвонок не деформировался бы. А так в результате травмы он приобрел клиновидную форму, что легко обнаружили при повторном рентгеновском исследовании. Вслед за фазой растрескивания позвонка наступила фаза его смятия. Этого можно было избежать, если бы диагноз был сразу поставлен правильно и девочка некоторое время соблюдала бы постельный режим. К сожалению, несмотря на научную публикацию, разъясняющую механизм такого рода травмы, до практических врачей эта информация не дошла.

    - В книге "Диалог травматолога-ортопеда с биомехаником" вы написали, что с помощью открытий в биомеханике удалось уточнить некоторые приемы, применяемые в ортопедии. Расскажите об этом.

    - Вот очень простой пример. Человек хромает на одну ногу, он пользуется тростью, помещая ее со стороны больной ноги. Оказалось, что гораздо полезнее делать все наоборот.

    - Почему? Разве организм не подсказывает сам, как ему лучше?

    - Подсказывает. Но в этом случае - не заглядывая далеко вперед. Больной сам выбирает для себя оптимальные условия ходьбы, сводя к минимуму, насколько это возможно, боль, появляющуюся при нагрузке ноги.

    При этом, разгружая больную ногу, он перегружает здоровую. И при хроническом процессе здоровая нога в конце концов тоже станет больной.

    Оптимальный - с точки зрения биомеханики - метод разгрузки больной ноги должен выбрать врач. Для начала я рекомендую взять трость в другую руку.

    Чтобы нагрузить трость тяжестью тела, необходимо разместить проекцию его общего центра масс между опорной ногой и тростью. Для этого пациент при ходьбе должен весьма заметно наклонять туловище в сторону трости. Но трость, поставленная рядом с больной ногой, "не работает", потому что больному неудобно наклонять туловище в сторону больной ноги.

    А теперь представим иную ситуацию: больная нога также в состоянии опоры, но трость находится с другой стороны. В этом случае общий центр масс может проецироваться в любую точку - от опорной ноги до трости. Пациент может теперь не наклонять туловище в сторону больной ноги, а держать его прямо, то есть рассредоточивать нагрузку равномерно между опорной ногой и тростью. Тогда на больную ногу будет приходиться лишь около 50 процентов тяжести тела. Если к тому же он наклонит туловище в сторону трости, то разгрузит больную ногу еще больше. Вместо трости можно дать такому больному костыль с подлокотником, и тогда он сможет еще больше разгрузить больную ногу.

    Возникает вопрос: а нельзя ли с помощью трости дозированно нагружать больную ногу? Действующий макет такой трости уже существует. В трость встроены датчик силы, электронный узел, позволяющий контролировать величину прикладываемых к трости нагрузок, и звуковой сигнализатор. Врач имеет возможность задать диапазон допустимых нагрузок. Больной при стоянии и ходьбе должен опираться на трость с силой, величина которой укладывается в заданный диапазон. Если это условие нарушено, появляется звуковой сигнал. Прибор "пищит", сигнализируя, что что-то не в порядке. Пациенты прозвали его "ябедой", однако он дает возможность управлять процессом и регулировать восстановление больной ноги.

    - А может ли такое исследование помочь спланировать операцию?

    - Да, например, когда ортопеду предстоит исправлять деформации обеих ног. Нужно решить вопрос: какую ногу оперировать в первую очередь? Ответ не всегда лежит на поверхности, и здесь помогает биомеханическое исследование. В этом случае необходимо не только исследовать распределение нагрузки на ноги при стоянии и ходьбе, но и зарегистрировать электрическую активность мышц, записать и проанализировать боковые раскачивания туловища.

    При этом выясняется, какую ногу больной больше щадит - правую или левую. Она-то и не справляется со своей нагрузкой в первую очередь. Анализ всех этих биомеханических данных позволит сделать обоснованный вывод и решить, какую ногу оперировать сначала, какую - потом.

    Кроме того, обследовав больного до и после операции, можно сделать заключение о действенности проведенного лечения. Более того, биомеханические параметры можно использовать в качестве критериев оценки исходов лечения больных и эффективности различных методов.

    - Чем вы занимались в последнее время, какие перспективные задачи решали?

    - Не так давно была проведена работа по созданию новой модели эндопротезов суставов. При скольжении искусственных суставных поверхностей существующих сегодня конструкций эндопротезов возникает значительное трение. Это основная причина неудач при эндопротезировании. Мы попытались пойти по нетрадиционному пути устранения этого недостатка - заменить трение скольжения трением качения.

    По нашему замыслу, поверхности суставных концов эндопротезов должны будут перекатываться одна по другой. В таком суставе движение осуществляется благодаря гибким связующим элементам, расположенным между суставными компонентами. Эти элементы выполняют функции крестообразных связок. Связующие элементы - ленты или тросики - погружены в пазы и потому не сминаются.

    Выбрать форму суставных поверхностей нам помогли математики. Мы дали им кривые, описывающие движение в нормальном суставе, и они рассчитали оптимальные параметры суставных поверхностей эндопротезов.

    Используя такой принцип построения эндопротеза сустава, можно конструировать искусственные шарниры с двумя и тремя степенями свободы.

    На коленном суставе собаки мы проделали операцию, установив протез разработанной конструкции, который должен стать прообразом будущего метода протезирования суставов. Сделано уже несколько таких операций. Некоторые собаки смогли опираться на лапу, другие даже бегали и вставали на задние лапы. Хотелось бы добиться более определенных результатов, но, к сожалению, на этом работа закончилась. Чтобы продолжить исследование, необходимы заинтересованность фирмы, способной изготовить эндопротез, и наличие клиники, которая захотела бы его апробировать. Ни того, ни другого, к сожалению, пока не нашлось.

    Еще одно перспективное направление: прогнозирование развития сколиоза. При одном типе сколиоза нагрузка на ноги разная, что особенно неблагоприятно сказывается на состоянии здоровья пациента. При другом - нагрузка одинакова на обе ноги. Мы предлагаем уже на ранних стадиях болезни контролировать распределение нагрузки на ноги и на основании этих данных прогнозировать характер, а может быть, и скорость искривления позвоночника. И тогда врачи лечебной физкультуры смогут обращать особое внимание на больных группы риска и так подбирать упражнения, чтобы не допустить развития сколиоза по неблагоприятному варианту. Это только два примера, на самом же деле планов и проектов у нас гораздо больше.


    Учебное пособие "Биомеханика мышц"

    Учебное пособие  «Биомеханика мышц» посвящено теоретическим и практическим аспектам биомеханики мышечной деятельности: классификации скелетных мышц, макро- и микроструктуре мышц, теории скользящих нитей, механике мышечного сокращения, механическим свойствам мышц, типам мышечных волокон, зависимости силы и скорости сокращения мышц  от анатомических, физиологических и биомеханических факторов, результирующему действию мышц в организме человека. Отдельная глава посвящена функционированию рецепторного аппарата мышц и суставов. Пособие содержит большой фактический материал из практики спорта о морфометрических характеристиках скелетных мышц и будет полезно всем, кто интересуется вопросами биомеханики мышечной деятельности.

    Учебное пособие продается в официальном магазине издательства «Кинетика».  С условиями покупки и доставки можно ознакомиться на сайте издательства.

    Купить

    Самсонова, А.В. Биомеханика мышц [Текст]: учебно-методическое пособие / А.В.Самсонова, Е.Н. Комисарова; Под ред. А.В.Самсоновой; СПбГУФК им. П.Ф.Лесгафта. – СПб.: [б.и.], 2008. – 127 с.

    Самсонова А.В., Комиссарова Е.Н.

    БИОМЕХАНИКА МЫШЦ

    В учебно-методическом пособии рассмотрены теоретические и практические аспекты биомеханики мышечной деятельности: строение мышц с точки зрения биомеханики; механика мышечного сокращения; зависимость силы и скорости сокращения мышц от анатомических, физиологических и биомеханических факторов; результирующее действие мышц в организме. Пособие содержит большой фактический материал из практики спорта.

    Учебно-методическое пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по специальности: 032100 – «Физическая культура»; 050104 – «Безопасность жизнедеятельности»

    Самсонова А.В. – главы: 2, 3, 4, 5, 6

    Комиссарова Е.Н. – глава 1, глоссарий

    УДК 621.76:796

    ISBN5-8075-0020-2

    СОДЕРЖАНИЕ

    Введение

    3

    Глава 1. Архитектура скелетных мышц

    4

    1.1. Классификация мышц

    4

    1.2. Макроструктура мышцы

    8

    1.3. Микроструктура мышцы

    12

    1.4. Строение саркомера

    15

    1.5. Теория скользящих нитей

    18

    1.6. Состояние мышцы

    19

    1.7. Типы скелетных мышечных волокон и их морфофункциональная характеристика

    21

    1.8. Влияние различных факторов на состав мышечных волокон

    26

    1.9. Контрольные вопросы

    30

    Глава 2. Функционирование рецепторного аппарата мышц и суставов

    31

    2.1. Рецепторы опорно-двигательного аппарата человека

    31

    2.1.1. Мышечные веретена

    31

    2.1.2. Рецепторы Гольджи

    32

    2.1.3. Рецепторы суставов

    32

    2.2. Зависимость частоты импульсации рецепторов от длины, скорости и напряжения мышцы

    33

    2.2.1. Зависимость «длина мышцы – частота импульсации веретенных афферентов»

    33

    2.2.2. Зависимость «скорость растяжения мышцы – частота импульсации веретенных афферентов»

    34

    2.2.3. Зависимость частоты импульсации рецепторов Гольджи от степени напряжения мышцы

    34

    2.3. Способы оценки афферентного притока, поступающего от рецепторов мышц

    35

    2.4. Уровни построения движений и рецепторы опорно-двигательного аппарата

    38

    2.5. Контрольные вопросы

    39

    Глава 3. Механика мышечного сокращения

    40

    3.1. Биомеханические свойства мышц

    40

    3.1.1. Сократимость

    40

    3.1.2. Жесткость

    43

    3.1.3. Вязкость

    45

    3.1.4. Прочность

    47

    3.1.5. Релаксация

    49

    3.2. Трехкомпонентная модель мышцы

    49

    3.3. Функционирование биомеханической модели мышцы в простейших двигательных задачах

    51

    3.4. Контрольные вопросы

    52

    Глава 4. Факторы, определяющие силу и скорость сокращения мышцы

    54

    4.1. Основные понятия

    54

    4.2. Анатомические факторы, определяющие силу и скорость сокращения мышц

    55

    4.2.1. Сила и скорость сократительного компонента мышцы

    55

    4.2.2. Сила и скорость сокращения мышцы в целом

    62

    4.3. Физиологические факторы, определяющие силу и скорость сокращения мышц

    64

    4.3.1. Физиологические механизмы регуляции силы и скорости сокращения мышцы

    64

    4.3.2. Время сокращения мышцы

    67

    4.4. Биомеханические факторы, определяющие силу и скорость сокращения мышц

    69

    4.4.1. Длина мышцы

    70

    4.4.2. Характер работы мышц

    71

    4.4.3. Значение внешней силы

    72

    4.5. Контрольные вопросы

    75

    Глава 5. Результирующее действие мышц в организме

    77

    5.1. Звенья тела как рычаги

    77

    5.2. Методы определения морфометрических характеристик мышц нижних конечностей человека

    82

    5.2.1. Моделирование ОДА человека и мышц нижних конечностей

    82

    5.2.2. Рентгенографический метод определения морфометрических характеристик мышц

    86

    5.2.3. Анатомический метод определения морфометрических характеристик мышц

    87

    5.2.4. Биомеханический метод определения морфометрических характеристик мышц

    88

    5.3. Фазовые траектории мышц &? способ представления результатов, характеризующих моторную функцию мышц

    90

    5.4. Программа расчета морфометрических характеристик мышц MORFOMETR

    92

    5.5. Контрольные вопросы

    93

    Глава 6. Функционирование мышц в спортивных движениях

    94

    6.1. Биомеханический анализ физических упражнений

    94

    6.2. Обучение двигательным действиям

    97

    6.3. Классификация физических упражнений

    100

    6.4. Сравнение основного и специальных упражнений

    104

    6.5. Оценка функциональной подготовленности спортсменов на основе анализа фазовых портретов мышц

    115

    6.6. Контрольные вопросы

    119

    Глоссарий

    120

    Рекомендуемая литература

    122

    ВЫДЕРЖКИ ИЗ КНИГИ

    ВВЕДЕНИЕ

    Учебно-методическое пособие «Биомеханика мышц» предназначено для студентов дневного и заочного отделений. Однако оно может быть использовано также магистрантами, аспирантами, преподавателями и тренерами. Это пособие может рассматриваться как дополнительное по курсу «Биомеханика» и основное по спецкурсу «Биомеханика мышц». Пособие содержит сведения о строении мышц на макро-, мезо- и микроуровнях, а также о рецепторах опорно-двигательного аппарата. В пособии подробно рассмотрены биомеханические свойства мышц и механика мышечного сокращения. Большое внимание в учебно-методическом пособии уделено факторам, обеспечивающим проявление силы и скорости сокращения мышц при выполнении двигательных действий. Так как учебно-методическое пособие предназначено для специалистов, работающих в области физической культуры, в нем приведено много сведений из практики спорта. В связи с тем, что учебно-методическое пособие предназначено для студентов как младших, так и старших курсов, мы попытались увязать новые для них факты с уже имеющимся «теоретическим багажом» студентов, который они получили при изучении таких дисциплин, как: «Анатомия», «Биохимия», «Физиология», «Математика», «Физика» а также «Теория и практика физической культуры». В этом аспекте учебно-методическое пособие «Биомеханика мышц» может рассматриваться как междисциплинарное.

    Авторы стремились изложить материал предельно просто и доступно. В связи с этим, пособие содержит большое количество иллюстраций, а в конце пособия помещен глоссарий. Отзывы об учебно-методическом пособии просим отправлять по адресу:

    [email protected] (кафедра биомеханики СПбГУФК им. П.Ф.Лесгафта).

    А.В.Самсонова, Е.Н.Комиссарова

    ГЛАВА 2

    ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ РЕЦЕПТОРНОГО АППАРАТА МЫШЦ И СУСТАВОВ

    2.1. Рецепторы опорно-двигательного аппарата человека

    При изучении анатомии и физиологии (А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб, 2001) вы изучали двигательную сенсорную систему. Одним из отделов этой системы являются проприорецепторы, расположенные в мышцах, сухожилиях и суставных сумках. В мышцах расположены мышечные веретена, в сухожилиях – сухожильные органы Гольджи. В суставных сумках расположены рецепторы суставов.

    2.1.1. Мышечные веретена

    Еще в XIX веке В. Кюне обнаружил в скелетных мышцах структуры, напоминающие веретено. Затем, в начале XX века Нобелевский лауреат Чарльз Скотт Шеррингтон показал, что эти структуры служат чувствительными рецепторами. Мышечные веретена рассеяны по всем скелетным мышцам. Концы их обычно прикрепляются к мышечным волокнам параллельно. Каждое веретено покрыто капсулой, которая расширятся в центре и образует ядерную сумку. Внутри веретена содержатся интрафузальные мышечные волокна. Эти волокна в 2-3 раза тоньше обычных (экстрафузальных) волокон скелетных мышц.

    Интрафузальные волокна подразделяются на два типа:

    1. Длинные и толстые (диаметр 20-25 мкм), которые информируют ЦНС о динамическом компоненте движенияскорости изменения длины мышцы. Таких волокон в мышечном веретене не более двух.
    2. Короткие и тонкие (диаметр 10–12 мкм), которые информируют ЦНС о статическом компоненте движения – текущей длине мышцы. Таких волокон в мышечном веретене от 2 до 12.
    2.1.2. Рецепторы Гольджи

    Нервно-сухожильные веретена (рецепторы Гольджи) открыл в 1903 году Камилло Гольджи. Впоследствии за эти исследования ему была присуждена Нобелевская премия. Рецепторы Гольджи располагаются в месте перехода мышечных волокон в сухожилия. Их длина составляет 0,5-1,0 мм, а диаметр – 0,1- 0,2 мм. Отдельный нервный аксон несет афферентные импульсы в спинной мозг и называется аксоном Ib. Он начинается в виде веточек, проходящих между коллагеновыми волокнами сухожилия (рис. 2.1а). Когда мышечные волокна сокращаются, коллагеновые волокна натягиваются и сжимают нервные веточки, которые начинают импульсировать (рис. 2.1б). Таким образом, в результате последовательного крепления сухожильных органов к мышечным волокнам они возбуждаются при укорочении возбужденной мышцы. Сухожильные рецепторы возбуждаются в 1,5 – 8 раз более эффективно при мышечном сокращении, нежели при пассивном растяжении.

    Рис. 2.1. Строение сухожильного органа Гольджи (А.Дж. Мак-Комас, 2001)

    2.1.3. Рецепторы суставов

    Суставные рецепторы подразделяются на несколько типов в зависимости от их реакции на амплитуду, скорость и направление движения в суставе.

    Тельца Руффини находятся в капсуле сустава и воспринимают направление и скорость изменения межзвенного угла. Частота их импульсации возрастает с увеличением скорости изменения суставного угла.

    Тельца Паччини посылают в ЦНС информацию о положении отдельных частей тела в пространстве и относительно друг друга. Эти рецепторы посылают в ЦНС информацию о значениях межзвенных углов, то есть о положении сустава. Их импульсация продолжается в течение всего периода сохранения межзвенного угла, и она тем больше, чем больше изменения угла.

    2.2. Зависимость частоты импульсации рецепторов от длины, скорости и напряжения мышцы

    2.2.1. Зависимость «длина мышцы – частота импульсации веретенных афферентов»

    Реакция мышечных веретен на активное или пассивное укорочение мышцы была предсказана в 1928 году Дж. Фултоном и Дж. Писуньери на основе анатомического анализа. Поскольку веретена располагаются параллельно мышечным волокнам, частота разрядов веретенных афферентов при любом укорочении мышцы должна снижаться. В последующем это предположение полностью подтвердилось. Исследования свойств изолированных мышечных веретен, проведенные лауреатом Нобелевской премии Бернардом Катцем (B. Katz, 1950) продемонстрировали, что их растяжение приводит к деполяризации окончаний афферентных волокон. Величина деполяризации при растяжении увеличивается. При этом зависимость частоты импульсации веретенных афферентов от растяжения мышцы близка к линейной. Эту зависимость принято называть статическим ответом веретенного афферента на пассивное растяжение мышцы.

    2.2.2. Зависимость «скорость растяжения мышцы – частота импульсации веретенных афферентов»

    Исследования свойств мышечных веретен свидетельствуют о том, что активность первичных окончаний чувствительного нерва зависит не только от длины, но и от скорости растяжения мышцы. Способность менять частоту своей импульсации в зависимости от скорости удлинения мышцы была названа динамической чувствительностью веретенных афферентов. Зависимость между скоростью растяжения мышц и частотой импульсации первичного афферента также близка к линейной.

    Преобладание статического или динамического ответов у веретенных афферентов зависит от соотношения скорости растяжения и длины мышц. При малых скоростях растяжения (менее 5 мм/с) мгновенная частота импульсации первичных веретенных афферентов отражает в основном мгновенную длину мышцы. При скоростях растяжения выше 5 мм/с импульсация первичных веретенных афферентов определяется в основном скоростью растяжения мышцы. Частота импульсации вторичных афферентов зависит в основном от степени удлинения мышцы.

    2.2.3. Зависимость частоты импульсации рецепторов Гольджи от степени напряжения мышцы

    Исследования, проведенные на свободно перемещающихся животных в условиях стационарного режима локомоции, показали, что кривая, отражающая изменение частоты импульсации рецепторов Гольджи во времени полностью соответствует огибающей электромиограммы (рис. 2.2). При этом частота импульсации не превышает 200 имп/с.

    Рис. 2.2. Зависимость частоты импульсации рецепторов Гольджи от степени напряжения мышцы при локомоции свободно перемещающейся кошки

    Таким образом, рецепторы мышц адекватно реагируют на изменение длины и скорости растяжения мышцы. Связь между этими характеристиками и частотой импульсации афферентов мышечных веретен близка к линейной. Рецепторы Гольджи адекватно отражают развитие напряжения мышцы. Рецепторы суставов реагируют на положение и угловую скорость звеньев опорно-двигательного аппарата.

    2.3. Способы оценки афферентного притока, поступающего от рецепторов мышц

    С начала XX века и до настоящего времени накоплен богатый материал о свойствах мышечных рецепторов. В основном эти данные были получены на наркотизированных или другим способом обездвиженных животных. Затем исследования были продолжены на децеребрированных животных. Последующие эксперименты, проведенные с помощью вживленных электродов и телеметрической передачи сигналов, убедительно доказали, что у свободно перемещающегося животного разряды первичных афферентов проявляют высокую активность в фазе пассивного растяжения и очень низкую – в фазе активного укорочения.

    Одновременно с проведением экспериментов на животных импульсация рецепторов мышц стала изучаться на человеке. С этой целью была разработана методика микронейрографии, суть которой заключается в регистрации афферентной активности мышц посредством тонкого игольчатого электрода, введенного в нерв. Это позволило регистрировать потенциалы действия в нерве у человека при выполнении изометрических напряжений и даже произвольных движений. Было отмечено, что непрерывная афферентная активность возникала при пассивном растяжении мышцы. При быстром движении афферентная активность уменьшалась на время укорочения мышцы. Следует, однако, отметить, что использование этой методики невозможно при исследовании быстрых, мощных высокоамплитудных движений, какими являются движения спортсменов. В настоящее время разработана методика оценки афферентной активности мышц посредством регистрации ВПСМ (вызванных потенциалов спинного мозга). Однако ее особенности также не позволяют использовать этот способ для регистрации афферентного притока при спортивных движениях. Это связано с тем, что помехи, возникающие со стороны других органов тела (сердца, мышц спины), на несколько порядков выше, чем проявляемый сигнал.

    Наряду с разработкой методик, позволяющих напрямую регистрировать разряды рецепторов мышц, существуют исследования, моделирующие работу рецепторного аппарата мышц. W.Z. Rymer, J.С. Houk, P.E. Crago (1977) предложили формулу для описания зависимости частоты разрядов мышечных афферентов от степени удлинения и скорости сокращения мышц. В модели, предложенной S.S. Schafer и S. Schafer, (1969) частота разрядов мышечных афферентов зависит не только от удлинения и скорости сокращения мышцы, но и от ускорения.

    Методика, позволяющая косвенно судить о функционировании рецепторного аппарата мышц и суставов при выполнении спортивных движений, разработана А.В. Самсоновой (1997). При выполнении двигательных действий можно зарегистрировать изменение межзвенных углов и электрическую активность мышц. Предлагаемая методика дает возможность в каждый момент времени иметь информацию об изменении длины мышцы и скорости ее сокращения. Кроме того, методика позволяет рассчитать значения межзвенных углов и угловое ускорение.

    Выше указывалось, что мышечные веретена информируют ЦНС о длине и скорости сокращения мышц. График, у которого по оси абсцисс будет отложено значение «текущей» длины мышцы, а по оси ординат – скорости сокращения мышцы (фазовая траектория), будет нести информацию о функционировании мышечных веретен. Так, например, во время барьерного бега фазовая траектория длинной головки двуглавой м. бедра имеет следующий вид (рис. 2.3). Следует учесть, что эта мышца – двусуставная, то есть она обеспечивает движения в тазобедренном и коленном суставах.

    Рис. 2.3. Фазовая траектория двуглавой м. бедра при преодолении барьера спортсменкой высокой квалификации

    Электрическая активность мышц будет информировать, в какую фазу движения функционируют рецепторы Гольджи. Выше указывалось, что суставные рецепторы несут в ЦНС информацию о значениях межзвенных углов и скорости их изменения (угловой скорости). Следовательно, график, у которого по оси абсцисс будет отложены значения межзвенного угла, а по оси ординат – угловой скорости (фазовая траектория), будет нести информацию о функционировании суставных рецепторов. На рис. 2.4 представлена фазовая траектория «угол – угловая скорость» для тазобедренного и коленного суставов маховой ноги спортсменки высокого класса в барьерном беге.

    Рис. 2.4. Фазовые траектории «угол-угловая скорость» при преодолении барьера

    2.4. Уровни построения движений и рецепторы опорно-двигательного аппарата

    В br /1947 году была опубликована книга русского ученого Н.А. Бернштейна «О построении движений». В этой книге он изложил оригинальную теорию управления двигательными действиями. В основе этой теории лежало понятие уровней построения движений. Он писал: «Каждая двигательная задача находит себе в зависимости от своего содержания и смысловой структуры тот или иной уровень. Иначе говоря, тот или иной сензорный синтез, который наиболее адекватен по качеству и составу образующих его афферентаций и по принципу их синтетического объединения требующемуся решению этой задачи. Этот уровень и определяется как ведущий уровень для данного движения» (Н.А.Бернштейн, 1991, С.41). По концепции Н.А. Бернштейна ни одно движение не обслуживается только одним уровнем, но осознается только ведущий уровень. По классификации Н.А.Бернштейна, при управлении движениями может быть задействовано пять уровней.  Зависимость между скоростью растяжения мышц и частотой импульсации первичного афферента также близка к линейной.

    Афферентация уровня А основана на импульсации мышечных веретен (длина и скорость сокращения мышцы) и рецепторов Гольджи (уровень возбуждения мышцы при ее укорочении). Эта информация очень слабо осознается ЦНС, то есть, по гипотезе Н.А.Бернштейна, этот уровень почти никогда не бывает ведущим.

    Афферентация уровня В опирается на информацию, поступающую от суставных рецепторов. Это уровень выступает как ведущий в ряде физических упражнений, таких как наклоны тела вперед и назад, а также циклические движения. Сигналы от суставных рецепторов хорошо осознаются.

    2.5. Контрольные вопросы

    1. Какие рецепторы расположены в мышцах?
    2. Какие рецепторы расположены в суставах?
    3. Как называются мышечные волокна, расположенные в мышечных веретенах?
    4. Какую информацию несут в ЦНС мышечные веретена?
    5. Охарактеризуйте функционирование рецепторов Гольджи.
    6. Дайте характеристику рецепторам суставов. О каких изменениях они несут информацию в ЦНС?
    7. Информация каких рецепторов хорошо осознается ЦНС, а каких — плохо?

    РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

    ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

    1. Дубровский, В.И. Биомеханика: [Текст] / В.И. Дубровский, В.Н. Федорова Биомеханика: Учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003. – 672 с.
    2. Кичайкина, Н.Б. Биомеханика: Учебное-методическое пособие [Текст] / Н.Б. Кичайкина, И.М. Козлов, А.В.Самсонова /Под ред. Н.Б.Кичайкиной.- СПб: СПбГУФК [б.и.], 2008.– 160 c.
    3. Попов, Г.И. Биомеханика: Учебник для студ. высш. учеб. заведений [Текст] / Г.И. Попов. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 256 с.
    4. Самсонова А.В. Моторная и сенсорная функции мышц в биомеханике локомоций: монография [Текст] / А.В.Самсонова; Санкт-Петербургский гос. ун-т физ. культуры им. П.Ф.Лесгафта.– СПб: [б.и.], 2007.– 152 с.

    ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

    1. Бочаров, А.Ф. Биомеханика: Учебное пособие [Текст] / А.Ф. Бочаров, Г.П. Иванова, В.П. Муравьев. – СПб. [б.и.]: СПбГАФК им. П.Ф. Лесгафта, 2000. – 74 с.
    2. Донской, Д.Д. Биомеханика: Учеб. для ин-тов физ. культуры [Текст]/ Д.Д. Донской, В.М. Зациорский. – М.: Физкультура и спорт, 1979. – 264 с.
    3. Иваницкий, М.Ф. Анатомия человека (с основами динамической морфологии): Учеб. для ин-тов физ. культуры [Текст] / Под ред. Б.А. Никитюка, А.А. Гладышевой, Ф.В. Судзиловского. – М.: Физкультура и спорт, 1985. – 544 с.
    4. Козлов И.М. Биомеханические факторы организации спортивных движений: монография [Текст] /И.М.Козлов Санкт-Петербургская гос. академия физ. культуры им. П.Ф.Лесгафта – СПб, [б.и.], 1998.– 141 с.
    5. Коренберг, В.Б. Спортивная биомеханика. Словарь-справочник: Учебное пособие [Текст] / В.Б. Коренберг. – Малаховка [б.и.]: МГАФК, 1999. – 192 с.
    6. Мак-Комас Алан. Дж. Скелетные мышцы. Строение и функции [Текст] /Алан Дж. Мак-Комас.&? Киев: Олимпийская литература, 2001.– 407 с.
    7. Михайлов С.С. Спортивная биохимия: учебник для вузов и колледжей физической культуры [Текст] / С.С.Михайлов; СПбГУФК им. П.Ф.Лесгафта, СПб, [б.и.], 2006. – 230 с.
    8. Петров, В.А. Механика спортивных движений [Текст]./ Петров В.А., Гагин Ю.А. М.: Физкультура и спорт, 1974.– 232 с.
    9. Солодков А.С., Физиология человека. Общая. Спортивная. Возрастная: Учебник [Текст]/ Солодков А.С., Сологуб Е.Б.– М.: Терра-Спорт, Олимпия пресс, 2001.– 520 с. ил.
    10. Теория и методика физической культуры [Текст] / Под ред. проф. Ю.Ф.Курамшина.– М.: Советский спорт, 2004.–463 с.
    11. Энока Р.М. Основы кинезиологии [Текст]. – Киев: Олимпийская литература, 1998.– 399 с.

    Как приобрести

    Купить


    Смотрите также