Біомеханічні виміри, шкали вимірів, точність вимірів. Лекція з біомеханіки «Метрологічні засади біомеханічного контролю

Кафедра ЕНДіІТ

СРС №2 на тему:
"Основи біомеханічного контролю".

Роботу виконав студент
II курсу ДО, група 211
Шевцов Сергій

Волгоград-2013

Вимірювання в біомеханіці.

Список літератури.

Вимірювання в біомеханіці.

Технічні засоби та методики вимірювань: відеоциклографія, електроміографія, акселерометрія, гоніометрія, тензодинамометрія.

1. подометрія – вимір тимчасових характеристик кроку;
2. гоніометрія – вимірювання кінематичних характеристик рухів у суглобах;
3. динамометрія – реєстрація реакцій опори;
4. електроміографія – реєстрація поверхневої ЕМГ;
5. Стабілометрія - реєстрація положення та рухів загального центру тиску на площину опори при стоянні.

Електроміографічні методи виміру
Електроміографія - метод дослідження нервово-м'язової системи, заснований на реєстрації та аналізі біоелектричних потенціалів.
Електроміографія стресової реакції включає оцінку впливу стресової реакції на поперечно смугасту мускулатуру. ЕМГ, по суті, можна як непряме визначення м'язового напруги. Воно є непрямим у тому сенсі, що вимірює електрохімічну активність нервів, що іннервують цей поперечно смугастий м'яз, а не справжнє напруження, що викликається скороченням мускулатури. Активність поперечно смугастого м'яза стала розглядатися як індикатор стресової реакції після однієї з ранніх робіт Е. Якобсона (Edmund Jacobson, 1938), в якій він відзначив існування високої позитивної кореляції між стресовою активацією та напругою поперечно смугастого м'яза.
Хоча і не беззастережно, але багато дослідників дійшли висновку, що реєстрація ЕМГ активності лобової області може бути корисним індикатором генералізованої активності симпатичної нервової системи. Практична перевага використання ЕМГ реєстрації стресової реакції полягає у доступності для вимірювання м'язових груп. Більшість клініцистів працює з лобовою мускулатурою, але і трапецієподібна (верхні відділи), плечі променева та грудино-ключично соскова групи м'язів також можуть використовуватися для вимірювання стресової ситуації.
Амплітуди біопотенціалів коливаються в межах від 10 мкВ до кількох мілівольт. Частотний діапазон сигналів від 1 до 20000 Гц (є посилання деяких авторів на наявність в ЕМГ складових з частотами близько сотень кілогерц).
В електроміографії використовується два види електродів за конструктивним виконанням - поверхневі (нашкірні) та голчасті (підшкірні).
Голчасті електроди дозволяють реєструвати потенціал дії одного чи небагатьох прилеглих м'язів. Такі електроди або хірургічно імплантують або вводять за допомогою голки для підшкірних ін'єкцій. У поліграфі для знімання ЕМГ використовують поверхневі електроди, що дозволяють виміряти інтерференційну (сумарну) ЕМГ. Поверхневі електроди можна поділити на металеві, ємнісні, резистивні, резистивно-ємнісні. У поліграфі найзручніше використовувати плоскі металеві електроди. Вони є пластинами або дисками зі срібла, сталі, олова і т. д. площею близько 0,2-1 см2. Два таких електроди зміцнюються на шкірі там, де контурується м'яз, вздовж ходу її волокон. Для кращого кріплення електроди накладають еластичну манжету. Відстань між електродами 2 см. Для стабілізації відстані і рівномірного притискання електродів до шкіри вони вмонтовані в рамку з пластмаси. Для зниження міжелектродного опору шкіру перед накладанням електрода протирають спиртом і змочують ізотонічним розчином натрію хлориду. Для зниження перехідного опору шкіра - електрод область шкірно-електродного контакту наносять спеціальну електродну пасту.
Незалежно від типу електродів розрізняють два способи відведення електричної активності – моно та біполярний. В ЕМГ монополярним називається таке відведення, коли один електрод розташовується безпосередньо поблизу досліджуваної ділянки м'язів, а другий - у віддаленій від нього області. Перевагою монополярного відведення є можливість визначити форму потенціалу досліджуваної структури та справжню фазу відхилення потенціалу. Недолік полягає в тому, що при великій відстані між електродами в запис втручаються потенціали від інших м'язових відділів або навіть від інших м'язів.
Біполярне відведення - це таке відведення, при якому обидва електроди знаходяться на досить близькій та однаковій відстані від досліджуваної ділянки м'яза. Біполярне відведення малою мірою реєструє активність від віддалених джерел потенціалу, особливо при відведенні голчастими електродами. Вплив на різницю потенціалів активності, що надходить від джерела на обидва електроди, призводить до спотворення форми потенціалу та неможливості визначити справжню фазу потенціалу. Тим не менш, висока ступінь локальності робить цей спосіб кращим у клінічній практиці.
Крім електродів, різниця потенціалів яких подається на вхід підсилювача ЕМГ, на шкіру досліджуваного встановлюють поверхневий електрод заземлення, який приєднують до відповідної клеми на електродній панелі електроміографа. Ланцюг цього електрода закорочує ємнісну різницю потенціалів між тілом хворого і землею та сприяє ліквідації ємнісних струмів, що виникають внаслідок дії полів змінного промислового струму.
Сучасний електроміограф є складним пристроєм, що складається з електродів для зняття біопотенціалів м'язів, підсилювального блоку, осцилоскопа, інтегратора ЕМГ, аналізатора, репродуктора, обчислювального пристрою та пристрою виведення цифрової та графічної інформації.
Частина електроміографа, що складається з підсилювального блоку та осцилоскопа, називається міоскопом. Міоскоп має від одного до чотирьох незалежних один від одного підсилювальних блоків, що дозволяє одночасно досліджувати чотири електроміографічні сигнали.
Інтегратор ЕМГ застосовують для обробки інформації, яка міститься на електроміограмі. Аналізатор ЕМГ необхідний виділення амплітуди окремих складових частотного спектра ЭМГ для подальшої обробки. У сучасних електроміографах обробка отриманої інформації здійснюється за допомогою ЕОМ.

Акселерометричні методи вимірювання
Акселерометри є датчиками лінійного прискорення і в цій якості широко використовуються для вимірювання кутів нахилу тіл, сил інерції, ударних навантажень і вібрації. Вони знаходять широке застосування на транспорті, медицині, промислових системах вимірювання та управління, в інерційних системах навігації. З 1965 року почали створювати акселерометри на базі технології МЕМС. Зменшення у розмірах призвело до масового серійного виробництва. В даний час промисловість виготовляє багато різновидів акселерометрів, що мають різні принципи дії, діапазони вимірювання прискорень та інші функціональні характеристики, масу, габарити та ціни. За принципом дії розрізняють такі типи акселерометрів: ємнісні, п'єзорезистивні, п'єзоелектричні, тензорезистивні, теплові, тунельні. Акселерометри ємнісного типу є найбільш простими, надійними і легко реалізованими, що зумовлює їх широке поширення. Принцип їхньої роботи полягає в наступному. При прискоренні руху вздовж осі чутливості відбувається деформування пружної підвіски, яка є рухомим електродом, при цьому нерухомий електрод розташований на поверхні підкладки. Отже, змінюється відстань між електродами, отже, ємність конденсатора, утвореного ними.
При розробці та виготовленні мікромеханічних акселерометрів ємнісного типу необхідно проводити контроль їх характеристик. Методики вимірювання показників є невід'ємною частиною виробничого циклу виробів і служать для оперативного внесення коригувань у конструкції та технології пристроїв на стадії розробки. У цій роботі запропоновано методику вимірювання характеристик мікромеханічних акселерометрів ємнісного типу, що забезпечують вимірювання прискорень у діапазоні від 0 до 500 м/с2 з точністю 0,05 м/с2, при цьому маса зразків у корпусі не повинна перевищувати 10 г, а розміри у площині – 3 см х 3 см.
Перед початком вимірювань зразки акселерометрів мають бути змонтовані у стандартний металокерамічний корпус. При цьому контактні майданчики на зразках повинні бути приварені до контактних майданчиків на корпусі за допомогою ультразвукового зварювання.
Прискорення зразка у встановленому діапазоні вимірювання задають за допомогою вібростенду за допомогою регулювання амплітуди та частоти вібрації столика із закріпленим експериментальним зразком.

Метод оптичної комп'ютерної топографії

Стереофотограмметрія з уявним базисом. Геометричні моделі стереофотографії. Координати фіксованої точки: X = 90, Y = 112, Z = -24 мм. Важливу інформацію про геометрію тіла людини, про особливості та порушення постави можна отримати при дослідженні спеціальним методом комп'ютерної топографії. Цей сучасний та найточніший метод дозволяє кількісно з високою точністю визначити координати будь-якої анатомічної точки поверхні тіла. Тривалість обстеження становить 1 - 2 хвилини, тому цей метод успішно застосовується для масових досліджень.

Подографія - реєстрація часу опори окремих ділянок стопи під час ходьби з вивчення функції перекату досліджується з допомогою спеціальних датчиків, вмонтованих підошву взуття.

Стабілограма поперемінного стояння на правій та лівій нозі. Стабілографія – об'єктивний метод реєстрації положення та проекції загального центру мас на площину опори – важливий параметр механізму підтримки вертикальної пози. Зазвичай реєструють площу міграції загального центру мас (ОЦМ) у проекції горизонтальної площини, поєднаний із нарисом стопи

Електрогоніометрія
Для вимірювання значень суглобових кутів застосовують прилади, які називаються гоніометрами.
Гоніометр-це дві плоскі прямокутні пластинки, з'єднані одним кінцем на одній осі. Для вимірювання кутів у зчленуваннях ланок тіла під час руху використовують електрогоніометри, які забезпечують перетворення кутових переміщень датчика у пропорційну електричну напругу. Для оцінки рівня гнучкості необхідно виміряти амплітуду рухів у суглобах.

Динамометрія-вимірювання зусиль, що розвиваються спортсменом при випонуванні різних фізичних вправ.
За допомогою динамометричної платформи – це жорстка пластина або рама, що спирається на 4 силовимірювальні датчики. Спортсмен стає на платформах і за допомогою цих датчиків вимірюється сила дії на цю платформу.
За допомогою кистьових динамометрів вимірюють силу м'язів, що згинають пальці, за допомогою станового динамометра - силу м'язів, що випрямляють тулуб ("станова" сила), і т.д.

Біомеханічний контроль у волейболі.

4. Список літератури:

Донський Д.Д., Заціорський В.М. Біомеханіка: Підручник для інститутів фізичної культури.-М. ФіС,1979-264
Біомеханічні методи дослідження у спорті: Навчальний посібник для студентів ІФК.-М., 1976.275
Колодцев І.Х., Медведєв В.В. Кількісний аналіз руху м'ячів, що обертаються у волейболі.
Кравцев І.М., Орлов В.П. Контрольно-вимірювальний комплекс ВНІІФКА,1982
Попов Г,І, та співавт. Досвід використання швидкісної кінематографії у спортивних іграх,1983

МІНІСТЕРСТВО СПОРТУ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Федеральний державний бюджетний освітній заклад вищої професійної освіти.
"Волгоградська державна академія фізичної культури"

Кафедра ЕНДіІТ

Реферат на тему:
"Сили в рухах спортсменів".

Роботу виконав студент
II курсу ДО, група 211
Шевцов Сергій

Волгоград-2013

План.
1. Роль сил у русі людини.
2. Робочі та шкідливі опори.
3. Рушійні та гальмівні сили.
4. Зовнішні та внутрішні сили щодо тіла людини та їх прояви (плавання).
5. Сили дії середовища.
6. Сили інерції в інерційних та неінерційних системах відліку.
7. Використана література.

1. Роль сил у русі людини.
Усі сили, прикладені рухового апарату людини, становлять систему сил зовнішніх та внутрішніх. Система зовнішніх сил виявляється найчастіше у вигляді сили опору. Для подолання опору витрачається енергія напруги м'язів людини. Розрізняють робітники та шкідливі опори. Подолання робочих опорів нерідко залишають головне завдання рухів спортсмена (наприклад, у подоланні ваги включається мета рухів зі штангою). Шкідливі опори поглинають позитивну роботу.
Зовнішні сили використовуються людиною у його рухах як рушійні. Для здійснення необхідної роботи для подолання сил опору можуть використовуватися вага, пружні сили та ін. Зовнішні сили в цьому випадку є "даровими" джерелами енергії, оскільки людина витрачає менше внутрішніх запасів енергії м'язів.
Людина долає сили опору м'язовим відповідальними зовнішніми силами і здійснює хіба що дві частини робіт: а) роботу, спрямовану подолання всіх опорів (робітників і шкідливих); б) роботу, спрямовану на повідомлення прискорення та зовнішнім об'єктам, що переміщуються.
У біомеханіці сила дії людини - це сила на зовнішнє фізичне оточення, що передається через робочі точки тіла. Робочі точки, стикаючись із зовнішніми тілами, передають рух (кількість руху, а також кінетичний момент) та енергію (поступального та обертального руху) зовнішнім тілам.
Гальмуючими силами, що входять в опір, можуть бути всі зовнішні та внутрішні сили, у тому числі м'язові. Які з них відіграватимуть роль шкідливих опорів, залежить від умов конкретної вправи. Тільки реактивні сили (сили реакції опори та тертя) не можуть бути рушійними силами; вони завжди залишаються опорами (як шкідливими, і робітниками).
Всі сили, незалежно від їхнього джерела, діють як механічні сили, змінюючи механічний рух. У цьому сенсі вони перебувають у єдності як матеріальні сили: можна виробляти (при дотриманні відповідних умов) їхнє складання, розкладання, приведення та інші операції.
Рухи людини є результатом спільної дії зовнішніх і внутрішніх сил. Зовнішні сили, що виражають вплив довкілля, зумовлюють багато особливостей рухів. Внутрішні сили, які безпосередньо керуються людиною, забезпечують правильне виконання заданих рухів.
У міру вдосконалення рухів стає можливим краще використовувати м'язові сили. Технічна майстерність проявляється у підвищенні ролі зовнішніх і пасивних внутрішніх сил як рушійних сил.
Основними завданнями вдосконалення рухів, підвищення їх ефективності у найзагальнішому вигляді є підвищення результату прискорювальних сил та зниження дії шкідливих опорів. Це особливо важливо у спорті, де всі рухові дії спрямовані на зростання технічної майстерності та спортивного результату.
2. Робочі та шкідливі опори.
Система зовнішніх сил виявляється найчастіше як сили опору. Для подолання опору витрачається енергія руху та напруження м'язів людини. Розрізняють робітники та шкідливі опори.
Подолання робітників опір нерідко становить головне завдання рухів людини (наприклад, у подоланні ваги штанги та полягає мета руху зі штангою).
Шкідливі опори поглинають позитивну роботу; вони, в принципі, непереборні (наприклад, сила тертя лиж по снігу).
3. Рушійні та гальмівні сили.
Сили, прикладені до ланкам тіла людини, діючи динамічно, призводять до різного результату. Залежно від того, як спрямовані сили щодо швидкості тіла, що рухається, розрізняють:
- рушійні сили, які збігаються з напрямом швидкості (попутні) або утворюють з ним гострий кут і можуть виконувати позитивну роботу;
- гальмівні сили, які спрямовані протилежно до напрямку швидкості (зустрічні) або утворюють з ним тупий кут і можуть здійснювати негативну роботу;
- сили, що відхиляють, перпендикулярні до напрямку швидкості і збільшують кривизну траєкторії;
- сили, що повертають, також перпендикулярні до напрямку руху, але зменшують.Кривізну траєкторії.
Обидві останні групи сил безпосередньо не змінюють величину тангенційної швидкості.
Від співвідношення сил, прикладених до кожної ланки тіла, залежить результат їх дії.
Рухаюча сила - це сила, яка збігається з напрямом руху (супутня) або утворює з ним гострий кут і при цьому може виконувати позитивну роботу (збільшувати енергію тіла).
Однак у реальних умовах рухів людини завжди є середовище (повітря чи вода), діють опора та інші зовнішні тіла (снаряди, інвентар, партнери, противники та інших.). Всі вони можуть гальмувати. Більше того, жодного реального руху без участі сил, що гальмують, просто не буває.
Гальмівна сила спрямована протилежно напрямку руху (зустрічна) або утворює з ним тупий кут. Вона може виконувати негативну роботу (зменшувати енергію тіла).
Частина рушійної сили, що дорівнює за величиною гальмує врівноважує останню - це сила, що врівноважує (Fyp).
Надлишок ж рушійної сили над гальмуючою - прискорювальна сила (Fуск) - викликає прискорення тіла з масою m відповідно до 2-го закону Ньютона (Fy=ma).
4. Зовнішні та внутрішні сили щодо тіла людини та їх прояви (плавання).
Зовнішні сили – це сили, які діють тіло ззовні. Під впливом зовнішніх сил тіло або починає рухатися, якщо воно знаходилося в стані спокою, або змінюється швидкість його руху, або напрямок руху. Зовнішні сили здебільшого врівноважені іншими силами та його вплив непомітно.
Зовнішні сили, діючи на тверде тіло, викликають зміни його форми, що зумовлюються переміщенням частинок.
Внутрішніми силами є сили, що діють між частинками, ці сили чинять опір зміні форми.
Зміну форми тіла під дією сили називають деформацією, а тіло, яке зазнало деформації, називають деформованим.
Рівновага внутрішніх сил з моменту застосування зовнішньої сили порушується, частинки тіла переміщуються одна щодо іншої до такого стану і положення, коли внутрішні сили, що виникають між ними, врівноважують зовнішні сили і тіло зберігає набуту деформацію.
Після видалення зовнішньої сили, якщо вона не перевершила певної межі, тіло приймає свою первісну форму.
Властивість збереження тілом набутої деформації після зняття навантаження називається пластичністю, а деформація – пластичною.
При дотику два тіла впливають одне на одного і деформуються. Недеформованих тіл немає. Будь-яке тіло деформується при дії на нього скільки завгодно малої сили. Величину внутрішніх сил характеризує міцність зчеплення частинок цього тіла.
Тіло при русі долає сили опору, величини яких різні, від невеликого гальмування до опору, що зупиняє тіло, що рухається. До сил опору, крім внутрішніх сил, відносять опір середовища (повітря, вода), сили інерції, сили тертя.
Дія сили на тіло, що полягає у зміні стану цього тіла, цілком визначається такими трьома факторами: точкою докладання сили, напрямом сили, величиною сили.
Точкою застосування сили називається точка даного тіла, на яку сила безпосередньо діє, змінюючи стан даного тіла.
Під напрямом сили розуміють напрям руху, який отримає тіло під дією цієї сили. Лінією спрямування цієї сили називається лінія дії цієї сили.
Вимір величини сили означає порівняння її з деякою силою, прийнятою за одиницю. Вимірюють силу зазвичай динамометрами різних конструкцій.
Сила - величина векторна, т. е. має як числове значення, а й напрям, тому дію сили на тіло визначається як її величиною, а й її напрямом.
Плавання – локомоторний, циклічний рух у воді. Воно протікає в незвичайному для людини середовищі і в невластивому йому горизонтальному положенні. При цьому тяжкість тіла зменшується на вагу води, що витісняється ним.
Діяльність м'язів при плаванні статичні зусилля незначні. У той же час динамічне навантаження велике. Це з труднощами зберегти рівновагу у питній воді, і навіть з тим, що відштовхування походить від рідкого середовища.
Сила тяжіння тіла, спрямована вертикально вниз, і тиск води, спрямоване вертикально вгору, утворюють "пару сил", в результаті дії яких тіло має відчувати обертальні рухи. Рівновага досягається, коли загальний центр тяжкості тіла та центр його об'єму (перебуває вище) виявляться на одній вертикалі. Для цього руки витягуються перед головою.
Велика щільність води та складність відштовхування від неї зумовлюють невелику швидкість руху. Але при горизонтальному положенні тіла зменшується поверхня опору. Таке становище незвичайне для людини і ускладнює координацію рухів.
5. Сили дії середовища.
Спортсмену нерідко доводиться долати опір повітря чи води. Середовище, в якому рухається людина, робить свою дію на її тіло. Ця дія може бути статичною (виштовхуюча сила) та динамічною (лобовий опір, нормальна реакція опори).
Виштовхувальна сила - це міра впливу середовища на занурене в неї тіло. Вона вимірюється вагою витісненого об'єму рідини та спрямована вгору.
Якщо сила (Q), що виштовхує, більша за силу тяжкості тіла (G), то тіло спливає. Якщо ж сила тяжіння тіла більше сили, що виштовхує, то воно тоне.
Лобовий опір - це сила, з якою середовище перешкоджає руху тіла щодо неї. Величина лобового опору (R x) залежить від площі поперечного перерізу тіла, його обтічності, платності та в'язкості середовища, а також відносної швидкості тіла:
R x = S M C x pv 2; = MLT -2
де S M - площа найбільшого поперечного перерізу тіла (мідель), С х - коефіцієнт лобового опору, що залежить від форми тіла (обтічності) та його орієнтації щодо напрямку руху в середовищі, р - щільність середовища (води - 1000 кг/м 3 повітря- 1,3 кг/м 3), v-відносна швидкість середовища та тіла.
Змінюючи площу поперечного перерізу тіла, можна змінити і дію середовища. Так, у лижника при спуску з гори у високій стійці ця площа майже в 3 рази більша, ніж у низькій стійці. Отже, опір повітря під час спуску можна змінювати майже втричі. Приймаючи у воді пози з найкращою обтічністю, потрібно зменшувати опір води. Як відомо, зі збільшенням швидкості пересування опір води чи повітря різко збільшується (приблизно пропорційно квадрату швидкості).
Нормальна реакція середовища - це сила, що діє з боку середовища на тіло, розташоване під кутом до його руху. Вона залежить від тих самих факторів, що і лобовий опір:
Ry = S M C y pv 2; = MLT -2
де Су - коефіцієнт нормальної реакції середовища (у польоті її називають підйомною силою).
Нормальна реакція середовища при гребку спрямована перпендикулярно силі лобового опору. С.) нормальною реакцією середовища як з підйомною силою доводиться рахуватися (наприклад, плавцю під час просування по дистанції, стрибуну на лижах з трампліну під час польоту
і т.д.................

Нині біомеханіка має значний арсенал методів дослідження локомоторної функції, як і статиці, і у динаміці, причому вивчається як зовнішня картина руху, а й механізми управління, життєзабезпечення організму, що дозволяє виявити цілий комплекс параметрів, характеризуючих руховий образ. У це поняття включаються як зовнішні (механічні) прояви руху та реакцій довкілля, а й умови організації управління рухами, узгоджена діяльність всіх органів прокуратури та систем організму. Отримана в результаті біомеханічних досліджень інформація служить основою для визначення норми, що дозволяє кількісно визначити ступінь порушення локомоторної функції при різних патологічних станах. Біомеханічні дослідження досить широко використовуються не тільки в клінічній медицині (функціональна діагностика, ортопедія, травматологія, протезування), а й у спорті, та при розробці різних антропоморфних механізмів (роботи, маніпулятори), та при вирішенні інших прикладних завдань. Методична база біомеханічних досліджень постійно вдосконалюється, використовуючи нові досягнення науки.

Методи дослідження, що набули найбільшого поширення в даний час, у клінічній біомеханіці можуть бути класифіковані таким чином:

I. Соматометричні: антропометрія, фотограмметрія, рентгенографія.

ІІ. Кінезіологічні: оптичні, потенціометрія, електроподографії, тензометрія, їхнографія.

ІІІ. Клініко-фізіологічні: калориметрія, електроміографія, електроенцефалографія та інші методи функціональної діагностики.

Соматометрія

Анропометрія

При клінічному та біомеханічному обстеженні використовуються методи антропометрії з метою отримання інформації про статеві та вікові особливості випробуваних про особливості будови опорно-рухового апарату в нормі та при патології, важливої ​​інформації про поставу. Зазвичай перед проведенням спеціальних біомеханічних досліджень вимірюють зростання пацієнта стоячи і сидячи, довжину кінцівок, амплітуду рухів у суглобах, визначають масу його тіла. За допомогою схилів роблять замальовку діаграми стояння - проекції на горизонтальну площину осей суглобів нижніх кінцівок та тазу. Це дає можливість скласти уявлення про архітектоніку нижніх кінцівок при зручному стоянні, визначити величину розвороту осей суглобів у проекції на горизонтальну площину, кут розвороту стоп, відстань між внутрішніми поверхнями ніг на різних рівнях тощо.

Фотограмметрія

Поверхня спини щодо методом комп'ютерної топографії. А. – норма; Б. - кіфосколіоз грудного відділу; В. – гіперлордоз поперекового відділу; Р. - виступаючі крилоподібні лопатки.

До антропометричних методів збору та аналізу інформації відноситься спосіб вивчення схеми побудови опорно-рухового апарату у вигляді так званої фотограмметрії. Коротко техніка фотограмметрії полягає в наступному: обстежуваному пропонують прийняти природну, звичну, зручну позу стояння. Перед ним встановлюють кадрову рамку із сантиметровими поділками по горизонтальних та одній з вертикальних сторін. Через середину рамки натягнута нитка, що служить схилом. Фотографують і для графічного аналізу виготовляють фотознімки, на яких вимірюють відстань у сантиметрах між передньоверхніми остями таза, нахил стегон по анатомічних осях щодо вертикалі, відстань між центрами колінних суглобів, нахил гомілок по анатомічних осях, кут фізіологічного опори з голеї. Цей метод дасть можливість визначити вікові особливості схеми побудови опорно-рухового апарату в нормі та за різних патологічних станів.

Метод оптичної комп'ютерної топографії

Стереофоторграмметрія з уявним базисом. Геометричні моделі стереофотографії. Координати фіксованої точки: X = 90, Y = 112, Z = -24 мм.

Важливу інформацію про геометрію тіла людини, про особливості та порушення постави можна отримати при дослідженні спеціальним методом комп'ютерної топографії. Цей сучасний та найточніший метод дозволяє кількісно з високою точністю визначити координати будь-якої анатомічної точки поверхні тіла. Тривалість обстеження становить 1 - 2 хвилини, тому цей метод успішно застосовується для масових досліджень.

Кінезіологічні методи

Цілеспрямовані рухи людини (локомоції) є стійким патерном руху, що характеризується певними кінематичними, динамічними, тимчасовими і просторовими параметрами. Вся сукупність останніх може розглядатися як біомеханічний прояв рухового образу, який складається для кожної конкретної людини в період постнатального онтогенетичного розвитку та зазнає змін у результаті змін на будь-якому рівні рухового аналізатора залежно від віку та умов функціонування життєзабезпечувальних систем організму. Природно, що реєстрація кінезіологічних параметрів руху є необхідною для його характеристики і при порушеннях функції опорно-рухового апарату, і при вивченні локомоції спортсмена. Найбільш достовірні відомості про рух можуть бути отримані за допомогою оптичних методів, які забезпечують комплексну реєстрацію будь-якої кількості точок тіла людини та зовнішньої обстановки щодо просторово-часової координатної сітки та дають інформацію про кінематику досліджуваних точок у формі, зручній для математичного аналізу. Координати ж, як відомо, є матеріал, з аналізу якого може бути почерпнуто максимальну кількість відомостей про протікання знятого руху. Циклографія (від циклу… і…графія), метод вивчення рухів людини шляхом послідовного фотографування (до сотень разів на секунду) міток або лампочок, укріплених на частинах тіла, що рухаються. Вперше фотографування фаз руху було запропоновано у 80-х роках. 19 ст. французьким вченим Е. Мареєм. Н.А. Бернштейн у 20-х роках. 20 ст. удосконалив і модифікував Ц., наприклад він запропонував кімоциклографію - зйомку на плівку, що пересувається. На основі аналізу циклограм - циклограмметрії - для низки рухів були отримані дані про траєкторію окремих точок тіла, про швидкості і прискорення рухомих частин тіла, що дало можливість обчислити величини сил, що зумовлюють цей рух. Ці відомості лягли в основу сучасних уявлень про принципи управління рухами людини, використані при вивченні спортивних рухів, рухових порушень та ін. До ц. Найбільш простим видом кінозйомки, що часто застосовується на практиці, є фотограмметрія. Ця зйомка є реєстрацією рухів людини та об'єктів навколишнього середовища в площині, перпендикулярної оптичної осі апарату. При цьому апарат встановлюється так, щоб у його полі зору знаходилося все, що буде піддано вивченню та подальшому аналізу. Отримані з допомогою оптичних методів реєстрації експериментальні дані піддаються математичної обробки. В якості датчиків («точок, що світяться») для отримання кінематичних характеристик рухів кінцівок застосовують мітки або електричні лампочки, які зміцнюють на досліджуваних суглобах. Спорядження випробуваного майже невагоме, тому воно не вносить жодних змін до структури рухового образу. Конвергентна стереофотограмметрична зйомка та дзеркальна циклограмметрія тотожні. Дійсно, дзеркальна циклограмметрична зйомка під кутом а (кут між головною оптичною віссю кіноапарата та площиною дзеркала - кут зйомки) є не що інше, як зйомка двома апаратами, оптичні осі яких конвергують під кутом а. Обчислення просторових координат здійснюється за формулами математичної залежності між просторовими координатами приміщення (у разі, якщо зйомка здійснюється в камеральних умовах) та координатами перспективних зображень. Крім аналітичних методів, в даний час знайшли широке поширення різні номографічні прийоми, що ґрунтуються на відомих положеннях синтетичної геометрії. Номограма, за допомогою якої здійснюється обробка ізоінформації, є функціональною сіткою і служить для отримання реальних (дійсних) координат будь-якої фіксованої точки на сегменті або суглобі кінцівки.

Електромеханічні методи

В даний час у біомеханічних дослідженнях широкого поширення набули, поряд з оптичними, та електричні методи реєстрації. Це можна пояснити насамперед тим, що інформація, подана у вигляді електричних сигналів, є зручною для обробки радіо- та електронними приладами. З іншого боку, більшість процесів, які у живих організмах, супроводжується різними електричними явищами, що полегшує отримання інформації як електричних сигналів.

Кінематичні схеми потенціометричних датчиків вимірювання амплітуди рухів у суглобах нижніх кінцівок. А - у плюснефаланговому; б - у підтаранному; В-в тазостегновому, колінному і гомілковостопному.

При використанні електричних методів реєстрації неелектричних величин (якими є кінематичні та динамічні складові руху) у практиці біомеханічних досліджень застосовують вимірювання та реєстрацію кінематичних складових руху здійснюються за допомогою лінійних потенціометричних датчиків 2 типів: з вхідною функцією у вигляді кутового та лінійного механічного переміщення. Потенціометричні датчики перетворюють функцію механічного переміщення аналоговий електричний сигнал, який потім реєструється у відповідному масштабі.

Дослідження динамічних складових руху здійснюють за допомогою тензоменричних методів. Як тензочутливий елемент використовують різні тензодатчики - датчики тиску. Тензодатчики застосовуються визначення вертикальних складових реакції опори під час ходьбі (ихнографія) чи реєстрації стабилограмм. Подографія - реєстрація часу опори окремих ділянок стопи під час ходьби з вивчення функції перекату досліджується з допомогою спеціальних датчиків, вмонтованих підошву взуття.

Стабілограма поперемінного стояння на правій та лівій нозі.

Стабілографія – об'єктивний метод реєстрації положення та проекції загального центру мас на площину опори – важливий параметр механізму підтримки вертикальної пози. Зазвичай реєструють площу міграції загального центру мас (ОЦМ) у проекції горизонтальної площини, поєднаний із нарисом стопи.

Клініко-фізіологічні методи

Інформація про функціональну анатомію опорно-рухового апарату людини та біомеханічні параметри руху не може достатньо повно охарактеризувати весь комплекс процесів, що відбуваються в організмі в умовах рухової активності. З метою вивчення механізму управління рухами, їхньої енергозабезпеченості у біомеханічних дослідженнях застосовуються деякі фізіологічні методи. З великого арсеналу методів сучасної фізіології обираються ті засоби функціональної оцінки життєзабезпечених систем організму, які у поєднанні зі спеціальними біомеханічними методами дають можливість глибше вивчити процес формування рухової навички та реакції організму на реалізацію руху. У зв'язку з цим найширше у клініко-біомеханічних дослідженнях використовуються різні варіанти кардіографії, електроенцефалографія, електроміографія, непряма калориметрія та інші методи функціональної діагностики.

Калориметрія.

Енергія, що звільняється організмом у процесі життєдіяльності, переходить безпосередньо в роботу механічну, електричну, фізико-хімічну тощо, при цьому звільняється кілька тепла. Все тепло, яке віддається організмом, дає суму енергетичних перетворень за певний проміжок часу. Кількість тепла, що виділяється, може бути визначено безпосередньо в спеціальній калориметричній камері, в яку поміщають випробуваного. Вперше така камера була побудована у 1880-1886 роках. на кафедрі загальної патології Військово-медичної академії ім. С.М. Кірова В.В. Пашутіним. Однак в даний час застосовується більш простий метод непрямої калориметрії, який полягає в дослідженні легеневого газообміну та подальшому перерахунку кількості споживаного кисню в одиниці теплової енергії. Теоретичні обґрунтування методу непрямої калориметрії базуються на тому, що вся енергія, що звільняється у процесі життєдіяльності людини, є результатом розпаду (окислення) жирів, білків і вуглеводів. Експериментально встановлено середню кількість тепла, що звільняється при окисленні 1 г кожної із зазначених речовин. Встановлено і тепловий еквівалент кисню під час окислення цих речовин. Енергетичні витрати здорової людини складаються з: 1) основного обміну; 2) приросту обміну внаслідок специфічно-динамічної дії прийнятої їжі; 3) приросту обміну в результаті м'язової роботи. Основний обмін становить найменшу інтенсивність обміну речовин, необхідну забезпечення життєздатності. Енергетично він виявляється у величинах теплопродукції у стані спокою. Основний обмін визначається не раніше, ніж через 12-18 год після їди, в умовах повного м'язового та психічного спокою, при температурі навколишнього повітря 18-20 ° С. Найбільш поширеним в даний час методом непрямої калориметрії є метод Дугласа - Холдена. Суть його полягає в тому, що випробуваний дихає атмосферним повітрям, причому повітря, що видихається, збирається в мішок з прогумованої тканини ємністю 100-150 л. Кількість повітря, що видихається, за цей час вимірюється газовим годинником, а якісний склад досліджується в газоаналізаторі Холдена.

Електроміграфія

Для вивчення діяльності м'язів у процесі виконання рухового акта використовується електроміогоафія. Ще 1884 р. Н.Є. Введенським описаний досвід телефонічного прослуховування потенціалів дії м'язів людини, а 1907 р. німецький фізіолог Н. Piper вперше зареєстрував їх за допомогою струпного гальванометра. Однак практичну значущість електроміографічні дослідження набули лише з 30-х років після створення спеціалізованих підсилювачів біопотенціалів і концентричних голчастих електродів, що дозволили не тільки досліджувати функцію рухової одиниці, але і розшифрувати значення компонентів електроміограми (ЕМГ), знятої нашкірними. Відведення електроміограми в даний час здійснюється двома способами: нашкірними та голчастими електродами, що дозволяють вибірково реєструвати активність однієї рухової одиниці. Застосування нашкірного відведення біполярного з міжелектродною відстанню 20-25 мм дозволяє реєструвати сумарну активність багатьох рухових одиниць. Розвиток електроміографії призвів до появи спеціальної галузі клінічної електрофізіології - клінічної електроміографії, що знаходить широке застосування в нервовій та хірургічній клініках, в ортопедії та протезуванні, у клінічній та спортивній біомеханіці. В останні роки сфера застосування методу електроміографії істотно розширилася за рахунок використання біопотенціалів м'язів як показник у системах адаптивного регулювання м'язового тонусу.

Історія

Історія біомеханіки нерозривно пов'язана з історією техніки, фізики, біології та медицини, а також з історією фізичної культури та спорту. Багато досягнень цих наук визначали розвиток вчення про рух живих істот. Сучасну біомеханіку не можна уявити без законів механіки, відкритих Архімедом, Галілеєм, Ньютоном, без фізіології Павлова, Сєченова, Анохіна, так як і без сучасних комп'ютерних технологій.

Витоки біомеханіки

Біомеханіка – одна з найстаріших гілок біології. Її витоками були роботи [Аристотель], Галена, Леонардо да Вінчі.

У своїх природничих працях «Частини руху і переміщення тварин», Аристотель заклав основу того, що надалі, через 2300 років назвуть наукою біомеханікою. У своїх наукових трактатах він властивим йому мисленням описує тваринний світ та закономірності руху тварин і людини. Він писав про частини тіла, необхідні для переміщення в просторі (локомоції), про довільні та мимовільні рухи, про мотивацію рухів тварин і людини, про опір навколишнього середовища, про циклічність ходьби та бігу, про здатність живих істот приводити себе в рух…

Найбільшим вченим-медиком античного часу (після Гіппократа) був Клавдій Гален (131-201 рр. н.е.). Відповідно до світогляду античного часу, Гален розумів цілісність організму. Він писав:

«У загальній сукупності елементів, все перебуває у взаємній згоді і … все сприяє діяльності кожної їх».

Вивчення нервів дозволило Галену зробити висновок про те, що нерви за своєю функціональною особливістю діляться на три групи: ті, що йдуть до органів чуття, виконують функцію сприйняття, що йдуть до м'язів відають рухом, а ті, що йдуть до органів, охороняють їх від пошкодження. Основна його праця - про призначення частин людського тіла. Гален експериментально показав, що кінцівка поперемінно згинається то внутрішніми, то розгинається зовнішніми м'язами. Так, описуючи п'ятий м'яз, найбільший, на його думку, з усіх м'язів тіла, що приводить стегно і складається з великого, середнього і малого м'язів, що прикріплюються до внутрішніх і задніх частин стегнової кістки і низходить майже до колінного зчленування, він, аналізуючи її функцію, писав:

«Задні волокна цього м'яза, що йдуть від сідничної кістки, зміцнюють ногу, напружуючи суглоб. Не менш сильно ця дія проводиться нижньою порцією волокон, що йдуть від лобкової кістки, до чого приєднується ще легкий обертальний рух усередину. Вище їх волокна, що лежать, приводять стегно всередину точно так само, як верхні приводять і в той же час дещо піднімають стегно»

На розвиток механіки в середні віки вплинули дослідження Леонардо да Вінчі (1452-1519 р.) з теорії механізмів, тертя та інших питань. Вивчаючи функції органів, він розглядав організм як приклад «природної механіки». Вперше описав ряд кісток і нервів, особливу увагу приділяв проблемам порівняльної анатомії, прагнучи запровадити експериментальний метод і біологію. Цей великий художник, математик, механік та інженер уперше висловив найважливішу для майбутньої біомеханіки думку:

«Наука механіка тому настільки шляхетна і корисна найбільше інших наук, що це живі тіла, які мають здатність до руху, діють за її законам».

Його успіх як великого художника також чимало залежить від біомеханічної спрямованості його картин, – у них детально промальована техніка руху. Його спостереження, очевидні в наші дні, у середні віки були революційними. Наприклад,

«М'язи починаються і закінчуються завжди в кістках, що дотикаються, і ніколи вони не починаються і не закінчуються на одній і тій же кістці, так як вони нічого не могли б рухати, хіба тільки самих себе»

Леонардо, безперечно, є основоположником функціональної анатомії, складової біомеханіки. Він не тільки описав топографію м'язів, а й значення кожного м'яза для руху тіла.

БІОМЕХАНІЧНИЙ КОНТРОЛЬ. КЛІНІЧНИЙ АНАЛІЗ РУХІВ. ТЕСТИ У БІОМЕХАНІКУ. МЕТОДИ ОБСТЕЖЕННЯ

Робота опорно-рухового апарату людини ґрунтується на принципах механіки. Для вивчення біомеханічних систем людини використовують дані біофізики, фізіології, математики та ін. Відомо, що людина як біомеханічна система підпорядковується законам фізики та механіки.

При вивченні рухів у біомеханіці використовують дані антропометрії, анатомії, фізіології нервової та м'язової систем та ін; в біомеханіку ОДА включають його функціональну (динамічну) анатомію та ін.

Мета біомеханічних досліджень - створення спортивного інвентарю та техніки (велосипеди, човни, весла, спортивне взуття та багато іншого), розробка техніки рухів у тому чи іншому виді спорту, а також профілактика та лікування травм тощо.

Асиметрія сторін тіла та кінцівок, різниця в колі сегментів однієї кінцівки порівняно з іншою, в обсязі суглобів, зміни фізіологічних вигинів хребта та інші відхилення від норми мають бути відзначені та враховані у процесі біомеханічного контролю (рис. 16.1).

Вісь нормальної нижньої кінцівки проходить від передньо-верхньої здухвинної остюки через середину колінної чашки і другий палець стопи (рис. 16.2). Довга вісь верхньої кінцівки проходить через центр головки плечової кістки, головку променевої та головку ліктьової кісток (рис. 16.3).

Вимірювання довжини нижньої кінцівки здійснюється в положенні лежачи: кінцівки мають строго симетрично і обирають на кожній з них по дві симетричні точки (рис. 16.4). Верхньою точкою може бути передньо-верхня ость таза або верхівка великого рожна. Нижньою точкою може бути нижній кінець внутрішньої або зовнішньої кісточок (див. рис. 16.4).

Так само проводиться вимірювання довжини верхньої кінцівки. Верхньою точкою при цьому служить кінець акроміального відростка лопатки або великий горбок плечової кістки, нижньої – шилоподібний відросток променевої кістки або до кінця ІІІ пальця (рис. 16.5).

Для вимірювання довжини плеча або передпліччя проміжною точкою зазвичай служить верхівка ліктьового відростка або головка променевої кістки.

Після вимірювань хворої кінцівки отримані дані порівнюють з даними вимірювань здоровою кінцівкою (рис. 16.6).

Необхідно розрізняти анатомічне (справжнє) та функціональне укорочення або подовження кінцівки. Анатомічна довжина (укорочення або подовження) складається із суми довжини стегна і гомілки для нижньої кінцівки та плеча та передпліччя – для верхньої кінцівки.

Вимірювання у першому випадку проводиться від верхівки великого рожна до щілини колінного суглоба і від останньої до зовнішньої (внутрішньої) кісточки; у другому випадку - від великого горбка плечової кістки до головки променевої кістки та від останньої до шилоподібного відростка променевої (ліктьової кістки). Ці сумарні дані порівнюють з тими самими даними, отриманими при вимірі здорової кінцівки. Різниця з-поміж них і становить величину анатомічного укорочення (рис. 16.7).

Функціональне укорочення або подовження кінцівки визначається шляхом зазначеного вище вимірювання її окремих сегментів, але верхньою точкою для нижньої кінцівки при цьому служить передньо-верхня клубова остюка, а для верхньої кінцівки - кінець акроміального відростка лопатки. Функціональне вкорочення

зазвичай залежить від наявності контрактур чи анкілозів суглобів у порочному становищі, викривлень кісток, вивихів тощо.

Функціональне вкорочення може бути виміряне у положенні стоячи (див. рис. 16.7, б). Воно дорівнює відстані від підошовної поверхні стопи хворої кінцівки до підлоги під час опори на здорову кінцівку (див. рис. 16.7, б).

Між анатомічним та функціональним укороченням може бути значна різниця. Так, наприклад, довжина стегна і гомілки хворої та здорової сторони може бути однаковою, а тим часом за наявності згинальної контрактури в колінному або кульшовому суглобах, вивиху, анкілозі тазостегнового суглоба в положенні приведення функціональне вкорочення може досягти 10-15 см і більше (рис. 16.8).

Визначення обсягу руху у суглобах(16.9). Ступінь і тип руху нормального суглоба залежить від форми суглобових поверхонь, від дії зв'язок, що обмежує, і від функції м'язів.

Розрізняють активні та пасивні обмеження рухів у суглобах. Відомий обсяг нормальної амплітуди рухів у різних

суглобах (рис. 16.10, див. стор. 454-455). Однак для практичних цілей набагато важливіші дані можуть бути отримані при порівнянні рухів у суглобах хворої та здорової сторони.

Рухи в сагітальній площині називають згинанням і розгинанням (flexio et extensio), щодо кисті прийнято говорити – долонне та тильне згинання, щодо стопи – тильне та підошовне згинання.

Рухи у фронтальній площині називають приведенням (adductio) та відведенням (abductio). Щодо променево-зап'ясткового суглоба прийнято говорити - променеве приведення та ліктьове відведення; рух усередину в п'ятково-кубоподібному суглобі є приведення, рух назовні - відведення. Рухи навколо поздовжньої осі називають ротацією (rotatio) внутрішньої та зовнішньої. Щодо передпліччя (рис. 16.11) прийнято називати зовнішню ротацію - супінацією (supinatio), а внутрішню ротацію - пронацією (pronatio), так само як відхилення стопи в підтаранному суглобі від осі нижньої кінцівки всередину прийнято називати супінацією, а назовні - пронацією .рис.16.15).

Рухи в суглобах можуть здійснюватись пацієнтом активно або за допомогою дослідника (пасивно). Вимірювання амплітуди рухів здійснюється за допомогою кутоміру,бранші якого встановлює осі сегментів кінцівки, а вісь кутоміра - по осі руху суглобів (див. рис. 16.9).

Обмеження пасивної рухливості в суглобі зветься контрактури.Обмеження активної рухливості - це контрактура, а стан, пов'язані з больовими відчуттями, паралічем чи парезом м'язів.

Повну нерухомість у суглобі називають анкілоз.Розрізняють кістковий анкілоз, при якому суглобові кінці кісток, що зчленовуються, спаяні між собою кістковою речовиною, і фіброзний анкілоз, при якому спайка складається з фіброзної тканини. В останньому випадку можливі нікчемні, ледь помітні рухи на око.

Для визначення обсягу ротаційних рухів кінцівок використовують ротатометри (рис. 16.12). Дані вимірювань записують у градусах. Межею можливого пасивного руху є відчуття болю. Обсяг активних рухів іноді значною мірою залежить стану сухожильно-м'язового апарату, а чи не лише змін у суглобі. У цих випадках між обсягом активних та пасивних рухів виникає значна різниця.

Рухи в ліктьовому суглобі можливі в межах: згинання до 40-45 °, розгинання до 180 °. Пронаціонально-супінаційні рухи передпліччя в ліктьовому суглобі визначаються в положенні, зображеному на рис. 16.13 і можливо в межах 180°.

У променево-зап'ястковому суглобі рухи відбуваються в межах 70-80° тильного згинання і 60-70° долонного згинання. Визначаються також бічні рухи кисті – радіальне відведення в межах 20° та ульнарне – в межах 30° (див. рис. 16.10).

У пальцях кисті розгинання можливе в межах 180 °, згинання в п'ястно-фалангових суглобах можливе до кута 70-60 °, в міжфалангових зчленування - до 80-90 °. Можливі бічні рухи пальців. Особливо важливо визначити відведення першого пальця та можливість зіткнення між першим та п'ятим пальцями.

У тазостегновому суглобі обсяг рухів у нормі: згинання до 120°, розгинання 30-35° (кут між горизонтальною площиною та віссю стегна), відведення 40-50°, приведення 25-30° (кут між вертикальною віссю тулуба та віссю стегна) ( див. рис.16.10, б).

Фізіологічні рухи в гомілковостопному суглобі та стопі відбуваються в межах 20-30° тильного згинання (розгинання стопи) та 30-50° підошовного згинання (див. рис. 16.9). Приведення стопи, як правило, поєднується з супінацією (обертання стопи всередину), відведення супроводжується пронаціональним рухом (обертання стопи назовні).

Фізіологічні рухи в хребті для зручності визначаються і в градусах (що складніше) і в максимальних рухах різних відділів.

У шийному відділі згинання в нормі відбувається до зіткнення підборіддя з грудиною, розгинання - до горизонтального

положення потилиці, убік - до зіткнення вушної раковини з надпліччям.

У грудному відділі згинання та розгинання здійснюються в невеликому обсязі. Грудні хребці беруть велику участь у бічних рухах хребта, об'єм ротаційних рухів 80-120 °.

У поперековому відділі найбільший обсяг рухів визначається у передньо-задньому напрямку, бічні та ротаційні рухи помірні.

Окружність кінцівок (хворий і здорової) вимірюють в симетричних місцях на певній відстані від кісткових розпізнавальних точок: для ноги - від передньої верхньої остюк здухвинної кістки, великого рожна стегна, суглобової щілини колінного суглоба, головки малої гомілкової кістки; для рук - від акроміального відростка, внутрішнього надвиростка плеча (рис. 16.14).

Вимірювання стоп проводять як із навантаженням, так і без навантаження (рис. 16.15). Деформація стопи внаслідок статичної недостатності складається з а) пронації заднього відділу стопи

та компенсаторної відносної супінації її переднього відділу; б) вигину до тилу переднього відділу стопи по відношенню до заднього відділу, що встановлюється в положенні згинання підошви (сплощення стопи); в) відведення переднього відділу стопи (абдукція) стосовно її задньої частини (рис. 16.16).

Ф.Р. Богданов рекомендує вимірювати поздовжнє склепіння стопи шляхом побудови трикутника, розпізнавальні точки якого легко доступні обмацуванню. Такими точками є: головка першої плюсневої кістки, бугор п'яти і вершина внутрішньої кісточки (рис. 16.17). З'єднавши ці три точки, отримують трикутник, основою якого служить відстань від головки першої плеснової кістки до бугра п'яти. Розрахунок ведуть по висоті склепіння та величині кутів внутрішньої кісточки і біля п'яткової кістки. У нормі висота склепіння дорівнює 55-60 мм, кут у кісточки становить 95 °, кут у кістки п'яти - 60 °. При плоскій стопі: висота

склепіння менше 55 мм, кут у кісточки 105-120 °, кут у кістки п'яти 55-50 °.

Для визначення рівня плоскостопості застосовують рентгенологічний метод дослідження. Розрахунок заснований на побудові трикутника, вершинами якого є головка плюсневої кістки, човноподібна кістка і бугор кістки п'яти, і вимірювання висоти склепіння і величини кута у човноподібної кістки (рис. 16.18).

Ангулографія- Запис кутів згинання та розгинання в суглобах нижньої кінцівки: тазостегновому, колінному та інших з позначенням міжланкових кутів (B.C. Гурфінкель та А.Я. Сисин, 1956). За даними ангулограм можна визначити ходу в нормі та при патології, а також до та після лікування (рис. 16.19). При застосуванні лікування (реабілітації) ангулографія починає наближатися до норми.

Іхнографіяметод запису слідів від обох ніг при ходьбі з урахуванням довжини кроку кожної ноги, розвороту стопи, ширини кроку, кут кроку (рис. 16.20).

При аналізі слідових доріжок з відбитків стоп вимірюються просторові параметри кроку.

Модифікація методу їхнографії подографія- Використання реєстрації електричних сигналів при зіткненні стопи з підлогою (рис. 16.21). На спеціальну металізовану доріжку та металевий контакт на взутті подається слабкий електричний струм, при торканні поверхні таким взуттям замикається.

Ланцюг і проходить струм, що реєструється на приладі (наприклад, на осцилографі). Поміщаючи контакти у певних місцях підошви можна реєструвати фази перенесення кінцівки, постановки п'яти на опору, перекату на всю ступню, відриву п'яти тощо.

Участь різних м'язів у здійсненні рухового акта вивчають за допомогою електроміографії,тобто шляхом дослідження електричної активності м'язів. З цією метою відводять електроди прикладають до шкіри людини над відповідним м'язом. Багатоканальні електроміографи одночасно реєструють електричну активність кількох м'язів.

ЕМГ записують з м'язів симетричних сегментів кінцівок або симетричних половин тулуба або з м'язів-антагоністів. Отриману ЕМГ оцінюють за висотою осциляції, їх частотою в одиницю часу та в цілому весь запис. Показано, що тренування підсилює електричну активність м'язів (рис. 16.22). Особливо це помітно при тренуванні (застосування ходьби, бігу, лікувальної гімнастики та інших засобів) після травми.

Вимірювання гнучкості хребта.Гнучкістю називається здатність виконувати рухи з великою амплітудою. Мірою гнучкості є максимум амплітуди рухів. Розрізняють активну та пасивну гнучкість. Активна виконується самим випробуваним, пасивна – під впливом зовнішньої сили. Гнучкість залежить від стану суглобів, еластичності (розтяжності) зв'язок, м'язів, віку, температури навколишнього середовища, біоритмів, часу доби та ін.

Зазвичай гнучкість визначається за здатністю людини нахилитися вперед, стоячи на найпростішому пристрої (рис. 16.23). Переміщається

планка, де в сантиметрах нанесені поділки, показує рівень гнучкості.

Викривлення хребтаможе наступити у трьох площинах: а) фронтальної (бічний викривлення - сколіоз); б) сагітальної (кругла спина, горб – кіфоз); в) горизонтальній (поворот хребців – торсія).

Сколіоз - це захворювання кісткової та нервово-м'язової системи в області хребта, яке викликає прогресуюче бічне викривлення останнього з торсією, зміною форми хребців клиноподібного характеру, з розвитком деформацій ребер та утворенням реберних горбів, переднього та заднього, посиленням поперекового лорду, розвитком компесаторних дуг викривлення (рис. 16.24).

Загальний центр тяжкості тілавідіграє важливу роль під час вирішення різних питань механіки рухів. Рівновага та стійкість тіла визначається положенням ОЦТ.

Загальна площа опори - площа, укладена між крайніми точками опорних поверхонь, іншими словами площа опорних поверхонь і площа простору між ними (рис. 16.25). Величина площі опори за різних положень тіла дуже варіює.

Стосовно тіла людини розрізняють два види рівноваги: ​​стійке і нестійке. Стійка рівновага - коли ОЦТ тіла розташований нижче площі опори, а нестійка - коли ОЦТ тіла розташований вище площі опори.

В. Брауне та О. Фішер визначили положення ОЦТ тіла та центрів тяжкості його окремих частин. Виявлено, що ЦТ голови лежить позаду спинки турецького сідла приблизно на 7 мм; ЦТ тулуба - спереду верхнього краю першого поперекового хребця (L,). По осі тулуба його ЦТ віддалений від краніального кінця приблизно на 3/6 довжини, а від каудального - на 2/5 довжини (див. рис. 2.9). Пряму між поперечними осями, що проходять через плечові та кульшові суглоби, ЦТ тулуба ділить приблизно щодо 4:5. За Фішером, ізольоване стегно, гомілка, плече і передпліччя мають ЦТ там, відрізки від якого до проксимального і дистального кінців цих ланок відносяться приблизно

як 4:5. Центр ж тяжкості кисті з дещо зігнутими пальцями розташований на 1 см проксимальніше за головку третьої п'ястної кістки.

Знаючи положення ЦТ кожної з двох частин тіла, що зчленовуються між собою (плечі та передпліччя, стегна та гомілки та ін.), неважко визначити положення загального для них центру тяжіння (див. рис. 2.9). Він знаходиться на прямій, що з'єднує ЦТ кожної з ланок, і ділить цю пряму щодо, обернено пропорційному їх масам. За допомогою перетворення дволанкових систем можна визначити положення ОЦТ тіла.

Для визначення ОЦТ, і навіть визначення його траєкторії В.М. Абалаков запропонував прилад (рис. 16.26).

Стійкість тіла визначається величиною площі опори, висотою розташування ОЦТ тіла і місцем проходження вертикалі, опущеної з ОЦТ, всередині площі опори (див. рис. 16.25). Чим більше площа опори і чим нижче розташований ОЦТ тіла, тим більша стійкість тіла.

Для визначення центру мас JL. Parks (1959) запропонував метод розсічення, який дозволив визначити центр кожного сегмента, масу та положення центру мас (рис. 16.27).

Для дослідження площі опори підошовну поверхню стопи (стоп) змащують фарбою, для чого пацієнт стає на

рівну поверхню, вкриту тонким шаром фарби, а потім обережно переходить на аркуш чистого паперу. За відбитками стоп можна судити про зведення стопи та характер розподілу навантаження на стопу (див. рис. 16.20). Методом відбитків визначають особливості та характер ходи (див. рис. 16.20).

Аналіз ходи слідом, залишеним на папері, виробляють шляхом вимірювання кута кроку (кут, утворений лінією пересування та віссю стопи), ширини кроку (відстань між відбитками краю п'яти однієї й тієї ж ноги (рис. 16.28).

Гарна поставастворює оптимальні умови для діяльності внутрішніх органів, сприяє підвищенню працездатності та, звичайно, має велике естетичне значення. Характеристику типів постави можна надати

за результатами гоніометрії хребетного стовпа (рис. 16.29) та візуально.

Гоніометрія- метод реєстрації відносних рухів частин тіла: як датчики кутових переміщень у суглобах використовуються електричні змінні опори (потенціометри) або кутоміри (на шарнірі, або з висувними браншами, або дискової). Найбільш широке застосування знаходить циркуль-гоніометр В.А. Гамбурцева.

За допомогою гоніометричного методу легко здійснюється комплексний вимір кривизни та рухів хребта, кутів нахилу тазу, амплітуди рухів суглобів кінцівок, деформацію кінцівок та ін.

Характер зміни у часі суглобових кутів ноги у площині, близькій до сагітальної, показаний на рис. 16.30.

Циклографія- Спосіб реєстрації рухів людини. При циклографії послідовні пози людини, що рухається (або

однієї з його кінцівок) реєструються на одній і тій же фотографічній плівці. Для цього досліджуваний одягає костюм із чорної тканини, що не блищить. На місцях відповідних суглобах та деяких інших точках тіла закріплюють невеликі електричні лампочки. Переміщення досліджуваного залишає слід на фотоплівці. При цьому кожній лампочці на плівці відповідає своя світлова траєкторія у вигляді лінії.

Для визначення швидкості рухів окремих ланок тіла перед фотокамерою поміщають диск, що обертається, з одним або декількома отворами. Повертаючись із рівномірною швидкістю перед об'єктивом фотокамери, диск дробить світлові траєкторії лампочок на певні точки, що віддаляються один від одного на однакові інтервали часу.

Обробляючи циклограму методом Н.А. Бернштейна, можна докладно аналізувати рухи тіла людини та її окремих ланок у просторі та часі. Це дозволяє не тільки виявляти дійсні та відносні переміщення тіла та його окремих пунктів (сегментів), а й визначати швидкості та прискорення цих переміщень як по поздовжній, так і вертикальній складових.

Циклограми дозволяють бачити цілісний просторовий рух тіла, що утворюється в результаті складання кутових рухів безлічі ланок тіла щодо один одного.

На рис. 16.31 та рис. 16.32 наведені циклограми людини, що йде і біжить.

Стабілографія.По суті, стійкість - це здатність людини розміщувати загальний центр мас так, щоб її проекція на горизонтальну ділянку опори потрапила на площу, обмежену стопами. Утримання вертикальної пози – це м'язова координація циклічних рухів тіла. При цьому тіло коливається і площа, що описується ОЦМ, може перевищувати площу опори. При проведенні проби «стійкість» стабілограма знімається протягом 30 с, при цьому випробовуваного просять стати на платформу і постаратися самостійно зберігати вертикальне положення тіла (спочатку 30 з відкритими очима, а потім 30 с - з закритими). На рис. 16.33 представлені статокінезіграми.

Аналіз статокінезіграм (СКГ) передбачений за такими характеристиками.

1. Математичне очікування координатОЦТ (ОЦМ) з математичного очікування положення центру тиску М х± з х,

та спектральний аналіз проводяться із застосуванням методів, що вивчаються в основному курсі медичної та біологічної фізики.

Для дослідження вестибулярного апаратупроводять спеціальні координаційні проби та проби з обертанням: обертання в кріслі Барані, проба Ромберга та ін.

Від стану вестибулярного аналізатора великою мірою залежить орієнтування у просторі, і навіть стійкість тіла. Це особливо важливо у деяких складних видах спорту (акробатика, гімнастика, батут, стрибки у воду, фігурне катання та ін.).

Проба Ромберг (Romberg).Тест для визначення зміни пропріорецепції. Проба Ромберга проводиться у чотирьох режимах (рис. 16.34) за поступового зменшення площі опори. У всіх випадках руки у обстежуваного піднято вперед, пальці розведені і очі закриті. За секундоміром засікається час збереження рівноваги протягом 15 с. При цьому фіксуються всі зміни - похитування тіла, тремтіння рук або повік (тремор).

Треморографії.Тремор - гіперкінез, що проявляється мимовільними, стереотипними, ритмічними коливальними рухами всього тіла або його складових частин. Запис тремору здійснюється за допомогою сейсмодавця на ЕКГ-апараті. На палець випробуваному надягається індукційний сейсмодатчик. Механічні коливання (тремор) руки та пальця, перетворені на електричні сигнали, посилюються та реєструються на стрічці електрокардіографа (рис. 16.35). Запис проводиться протягом 5-10 с. Потім аналізується форма отриманої кривої по амплітуді та частоті. При втомі та збудженні амплітуда та частота тремору збільшується. Поліпшення тренованості супроводжується, як правило, зниженням величини тремору, а також при зменшенні чи зникненні болю.

Тест Яроцького.Тест дозволяє визначити поріг чутливості вестибулярного аналізатора. Тест виконується в положенні стоячи із заплющеними очима, при цьому спортсмен по команді починає обертальні рухи головою у швидкому темпі. Фіксується час обертання головою до втрати рівноваги спортсменом. У здорових людей час збереження рівноваги в середньому 28 с, у тренованих спортсменів – 90 с і більше, особливо у тих, хто займається акробатикою, гімнастикою, стрибками у воду та ін.

Актографія- Це дослідження рухової активності людини під час сну. Запис актограм здійснюється на електрокимографі, де як сприймаючу частину застосовується велосипедна камера довжиною 1,5 м, тиск в якій становить 15-20 мм рт. ст. Камера з'єднується гумовою трубкою із капсулою Марея. Чорнильними писачами провадиться запис актограми на папері. При аналізі актограм враховується тривалість засинання, тривалість стану повного спокою, загальний час сну та інші компоненти. Що показник спокою, то краще сон.

Для визначення поверхні тіла за даними вимірювання довжини та маси тіла (рис. 16.37) існують номограми. Поверхня тіла є значною мірою інтегруючою ознакою фізичного розвитку, що має високий кореляційний зв'язок з багатьма найважливішими функціональними системами орга. низма.

Розрахунок величини поверхні тіла (S)за Дюбо: S = 167,2 л/Л4 ■ Д,де М- Маса тіла в кілограмах; Д- Довжина тіла в сантиметрах.

Співвідношення маси та поверхні тіла дитини залежно від віку наведено у табл. 16.1.

Визначення товщини шкірно-жирових складок у дітей та підлітків.Вимірювання за Л.С. Трофименко виробляють каліпером Беста з постійним тиском 10 г/мм 2 (рис. 16.38). Товщину складки вимірюють у десяти точках тіла: щока, підборіддя, груди I (по передній пахвовій лінії на рівні пахвової складки), задня поверхня плеча, спина, груди II (по передній пахвовій лінії на рівні X ребра), живіт над гребенем клубової кістки, стегно, гомілка. Товщину кожної складки вимірюють 3 рази та отримані дані складають.

У дівчаток крива суми складок віком від 7 до 17 років неухильно зростає; у хлопчиків пік наростання кривої посідає вік 10- 12 років, потім спостерігається тенденція до деякого

її зниження. Зіставлення отриманих величин з масою тіла дитини дозволяє судити про переважний розвиток жирової тканини або кістково-м'язової системи.

Вивчення м'язової сили.Функціональні можливості опорно-рухового апарату (ОДА) значною мірою залежить стану м'язів.

Для визначення м'язової сили використовують динамометри, тонусометри, електроміграфію та ін. (рис. 16.39).

Для визначення сили пензля зазвичай використовують динамометри Коллена. Силу розгиначів тулуба вимірюють за допомогою станового динамометра. Для вимірювання сили м'язів плеча та плечового поясу, розгиначів стегна та гомілки, а також згиначів тулуба використовують універсальні динамометричні установки

(Рис. 16.40).

Чоловіки досягають максимуму ізометричної сили віком близько 30 років, потім сила зменшується. Цей процес йде швидше у великих м'язах нижніх кінцівок та тулуба. Сила рук

зберігається довше. У таблиці 16.2 наведено показники сили різних м'язових груп, отримані під час обстеження близько 600 осіб (середнє зростання чоловіків 171 см, жінок – 167 см).

Силові індексиодержують розподілом показників сили на вагу і виражають у відсотках (%). Середні величини сили кисті у чоловіків вважають 70-75% ваги, у жінок - 50-60%; для станової сили у чоловіків – 200-220%, у жінок – 135-150%. У спортсменів відповідно - 75-81% та 260-300%; у спортсменок – 60-70% та 150-200%.

ПІДРУЧНИК ДЛЯ ВНЗ.

В.І. ДУБРОВСЬКИЙ, В.М. ФЕДОРОВА

Москва

Рецензенти:

доктор біологічних наук, професорА.Г. Максіна; доктор технічних наук, професорВ.Д. Ковальов;

кандидат медичних наук, лауреат Державної премії СРСР

І.Л. Баднін

Малюнки виконані художникомН.М. Замішаєвої

Дубровський В.І., Федорова В.М.

Біомеханіка: Навч. для середовищ, та вищ. навчань, закладів. М.: Вид-во ВЛАДОС-ПРЕС, 2003. 672 с.: іл. ISBN 5-305-00101-3.

Підручник написаний відповідно до нової програми вивчення біомеханіки у вищих навчальних закладах. Велику увагу приділено біомеханічному обґрунтуванню застосування засобів фізичної культури та спорту на прикладі різних видів спорту. Відображено сучасні підходи до оцінки впливу на техніку спортсмена різних фізичних та кліматичних факторів, дана біомеханічна характеристика різних видів спорту. Вперше представлені розділи з медичної біомеханіки, біомеханіці інвалідів-спортсменів, біомеханічному контролю локомоцій та ін.

Підручник адресований студентам факультетів фізичної культури університетів, інститутів фізичної культури та медичних вузів, а також тренерам, спортивним лікарям, реабілітологам, які займаються розробкою та прогнозуванням тренувань, лікуванням та реабілітацією спортсменів та іншим фахівцям.

© Дубровський В.І., Федорова В.М., 2003 © «Видавництво ВЛАДОС-ПРЕС», 2003 © Серійне оформлення обкладинки. ISBN 5-305-00101-3 «Видавництво ВЛАДОС-ПРЕС», 2003

ПЕРЕДМОВА

Будь-яка галузь людських знань, зокрема така дисципліна як біомеханіка, оперує деяким набором вихідних визначень, понять і гіпотез. З одного боку, використовуються фундаментальні визначення математики, фізики, загальної механіки. З іншого біомеханіка базується на даних експериментальних досліджень, найважливішими з яких є оцінка різних видів рухової діяльності людини, управління ними; визначення властивостей біомеханічних систем за різних способів деформування; результати, отримані під час вирішення медико-біологічних завдань.

Біомеханіка знаходиться на стику різних наук: медицини, фізики, математики, фізіології, біофізики, залучаючи до своєї сфери різних фахівців, таких як інженери, конструктори, технологи, програмісти та ін.

Біомеханіка спорту як навчальна дисципліна вивчає як рухи людини у процесі виконання фізичних вправ, під час змагань, так і рухи окремих спортивних снарядів.

Істотне значення у сучасному спорті та фізичній культурі надається механічній міцності, стійкості тканин опорно-рухового апарату, органів, тканин до багаторазових фізичних навантажень, особливо при тренуваннях в екстремальних умовах (середньогір'я, висока вологість, низька та висока температура, гіпотермія, зміна біомів) з урахуванням статури, віку, статі, функціонального стану людини. Всі ці дані можуть бути використані у вдосконаленні методики та техніки виконання тих чи інших вправ та тренувальних систем, а також у вдосконаленні інвентарю, екіпірування та інших факторів.

Фізична культура та спорт у нашій країні в останнє десятиліття втратили свій вплив. Це не сприяє зміцненню здоров'я людини. Це також позначається як зниження здатності протистояти негативним чинникам довкілля.

Значення спорту в усі часи було суттєвим у запобіганні передчасному старінню, у відновленні функціональних можливостей організму після хвороб та травм.

З розвитком науки медицина активно запроваджує її досягнення, розробляючи нові методи лікування, оцінки їхньої ефективності, нові методики діагностики. Це, у свою чергу, збагачує спортивну медицину та фізичну культуру. У цьому підручнику запропоновано знання фізичних основ багатьох питань спортивної медицини, які необхідні викладачеві фізкультури, тренеру, спортивному лікарю, масажисту. Ці знання не менш важливі, ніж знання основ тренувального процесу. Залежно від цього, як розуміється фізична сутність тієї чи іншої напрями спортивної медицини, разом із медичними аспектами можна прогнозувати, дозувати оздоровчий (лікувальний) ефект, і навіть рівень спортивних досягнень.

У лікувальній фізичній культурі застосовуються різні фізичні вправи, що реалізуються у тому чи іншому виді спорту.

У цьому підручнику, порівняно з тими, що раніше вийшли, вперше для біомеханіки спорту викладено матеріал, що показує застосування законів фундаментальної фізики до багатьох конкретних напрямів цієї дисципліни. Розглянуто питання: кінематика, динаміка матеріальної точки, динаміка поступального руху, види сил у природі, динаміка обертального руху, неінерційні системи відліку, закони збереження, механічні коливання, механічні властивості. Представлений великий розділ, що показує фізичні основи впливу різних факторів (механічних, звукових, електромагнітних, радіаційних, теплових), розуміння фізичної сутності яких необхідно для раціонального вирішення багатьох завдань спортивної медицини.

Професор В.І. Дубровський та професор В.М. Федорова крім біомеханічних методів контролю осіб, які займаються фізкультурою та спортом, представили біомеханічні показники в нормі та при патології (травми та захворювання опорно-рухового)апарату, при втомі та ін), а також при тренуванні в екстремальних умовах, у інвалідів-спортсменів та ін.

Багато питань висвітлено авторами з урахуванням розвитку спорту вищих досягнень, інвалідного спорту, біомеханіки спортивної травми, різних вікових періодів розвитку, з урахуванням статури та техніки виконання тих чи інших вправ у різних видах спорту.

У книзі показано основні напрями у розвитку біомеханіки з використанням сучасних методів контролю: стаціонарний та дистанційний контроль за локомоціями; розробка сучасних технологій інвентарю, екіпірування; техніки виконання фізичних вправ у різних видах спорту; контроль за виконанням вправ інвалідами-спортсменами; біомеханічний контроль при травмах та захворюваннях опорно-рухового апарату та ін.

По суті, у кожному розділі підручника автори підкреслюють, що, щоб успішно виступати на змаганнях, спортсмен повинен володіти раціональною технікою виконання вправи, розуміючи його медико-фізичну сутність, має бути оснащений сучасним екіпіруванням, спортінвентарем, має бути добре підготовлений функціонально та здорово.

Особливе місце у підручнику відведено впливу інтенсивних фізичних навантажень на структурні (морфологічні) зміни у тканинах опорно-рухового апарату, якщо недосконала техніка виконання фізичних вправ і її корекції. Зазначено, що реакція тканин ОДА на фізичні навантаження багато в чому залежить від техніки виконання вправ, статури, віку, функціонального стану, клімато-географічних факторів тощо.

Автори приділяють велику увагу можливостям використання математичних і фізичних моделей як для різних вправ, так і для окремих ділянок і систем організму людини, зокрема, спортсмена, а також тіла в цілому, для прогнозування реакцій організму на фізичні навантаження та різні несприятливі фактори впливу зовнішнього середовища. . Статура, вік важливі для розрахункової та модельної оцінки меж переносимості цих впливів з урахуванням різноманітних додаткових факторів.

У нас в країні і за кордоном досі немає підручника, де були б систематизовані матеріали як з теоретичних фізико-математичних основ біомеханіки спорту, так і з біомеханіки в нормі та при патології, з урахуванням віку, статі, статури та функціонального стану осіб, що займаються фізкультурою та спортом. Особливо це важливо при зайнятті спортом вищих досягнень, де вимоги до техніки виконання вправ є винятковими, і найменші відхилення ведуть до травматизму, іноді до інвалідності, зниження спортивних результатів.

Підручник «Біомеханіка» відповідає сучасним вимогам до підручників з медико-біологічних дисциплін, єдиним для педагогічних, медичних вузів та інститутів фізичної культури.

Велика кількість інформаційних таблиць, малюнків, схем, однотипний і чіткий поділ матеріалу по структурі в кожному розділі, виділені лаконічні визначення роблять матеріал, що викладається дуже наочним, цікавим, легко сприйманим і запам'ятовується.

Цей підручник дозволить студентам, тренерам, лікарям, методистам ЛФК, викладачам фізкультури краще пізнати основи спортивної біомеханіки, спортивної медицини, лікувальної фізкультури, а отже, успішно та активно використовувати їх у своїй роботі. Цей підручник може бути рекомендований знавцям прикладної механіки, що спеціалізуються на біомеханіці.

Завідувач кафедри теоретичної механіки Пермського державного технічного університету,

доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки Російської Федерації

Ю.І. Няшин

ВСТУП

Біомеханіка рухів людини є однією з частин загальної дисципліни, коротко званої «біомеханіка».

Біомеханіка - це розділ біофізики, в якому вивчаються механічні властивості тканин, органів і систем живого організму та механічні явища, що супроводжують процеси життєдіяльності. Користуючись методами теоретичної та прикладної механіки, ця наука досліджує деформацію структурних елементів тіла, перебіг рідин та газів у живому організмі, рух у просторі частин тіла, стійкість та керованість рухів та інші питання, доступні зазначеним методам. На основі цих досліджень можуть бути складені біомеханічні характеристики органів та систем організму, знання яких є найважливішою передумовою вивчення процесів регуляції. Облік біомеханічних показників дає можливість будувати припущення структурі систем, управляючих фізіологічними функціями. До останнього часу основні дослідження в галузі біомеханіки були пов'язані з вивченням рухів людини та тварин. Проте сфера застосування цієї науки прогресивно розширюється; зараз вона включає також вивчення дихальної системи, системи кровообігу, спеціалізованих рецепторів і т. д. Цікаві дані отримані при вивченні еластичного і нееластичного опору грудної клітини, рухів газів через дихальні шляхи. Робляться спроби узагальненого підходу до аналізу руху крові з позицій механіки суцільних середовищ, зокрема, вивчаються пружні коливання судинної стінки. Доведено також, що з погляду механіки структура судинної системи є оптимальною для виконання своїх транспортних функцій. Реологічні дослідження у біомеханіці виявили специфічні деформаційнівластивості багатьох тканин тіла: експоненційну нелінійність зв'язку між напруженнями та деформаціями, суттєву залежність від часу тощо. буд. та ін.). Особливо плідно застосовується класична механіка твердого тіла до вивчення рухів людини. Часто під біомеханікою розуміють саме це її застосування. При вивченні рухів біомеханіка використовує дані антропометрії, анатомії, фізіології нервової та м'язової систем та інших біологічних дисциплін. Тому часто, можливо, у навчальних цілях, біомеханіку ОДА включають його функціональну анатомію, а іноді і фізіологію нервово-м'язової системи, називаючи це об'єднаннякінезіологією.

Кількість керуючих впливів у нервово-м'язовій системі величезна. Тим не менш, нервово-м'язова система має дивовижну надійність і широкі компенсаторні можливості, здатність не тільки багаторазово повторювати одні і ті ж стандартні комплекси рухів (синергії), але і виконувати стандартні довільні рухи, спрямовані на досягнення певних цілей. Крім здатності організувати і активно заучувати необхідні рухи, нервово-м'язова система забезпечує пристосовність до умов навколишнього і внутрішнього середовища організму, що швидко змінюються, змінюючи стосовно цих умов звичні дії. Ця варіативність має як пасивний характер, але має рисами активного пошуку, здійснюваного нервової системою, коли вона домагається найкращого рішення поставлених завдань. Перераховані здібності нервової системи забезпечуються переробкою в ній інформації про рухи, яка надходить по зворотним зв'язкам, утвореним сенсорною аферентацією. Діяльність нервово-м'язової системи відображається у тимчасовій, кінематичній та динамічній структурах руху. Завдяки цьому відображенню стає можливим, спостерігаючи механіку, отримати інформацію про регуляцію рухів та її порушення. Такою можливістю широко користуються при діагностиці захворювань, у нейрофізіологічних дослідженнях за допомогою спеціальних тестів при контролі рухових навичок та навченості інвалідів, спортсменів, космонавтів та інших випадках.

Глава 1 ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ БІОМЕХАНІКИ

Біомеханіка одна з найстаріших гілок біології. Її витоками були роботи Аристотеля та Галена, присвячені аналізу рухів тварин та людини. Але тільки завдяки роботам одного з найблискучіших людей епохи Відродження Леонардо да Вінчі (14521519) біомеханіка зробила свій наступний крок. Леонардо особливо цікавився будовою людського тіла (анатомією) у зв'язку з рухом. Він описав механіку тіла при переході зі становища сидячи до положення стоячи, при ходьбі вгору і вниз, при стрибках і, мабуть, вперше дав опис ходи.

Р. Декарт (1596?1650) створив основу рефлекторної теорії, показавши, що причиною рухів може бути конкретний фактор довкілля, що впливає на органи почуттів. Цим пояснювалося походження мимовільних рухів.

Надалі великий вплив на розвиток біомеханіки надав італієць Д. Бореллі (1608 1679) лікар, математик, фізик. У своїй книзі «Про рух тварин» по суті він започаткував біомеханіку як галузі науки. Він розглядав організм людини як машину та прагнув пояснити дихання, рух крові та роботу м'язів з позицій механіки.

Біологічна механіка як наука про механічний рух у біологічних системах використовує як методичний апарат принципи механіки.

Механіка людиниє новий розділ механіки, що вивчає цілеспрямовані рухи людини.

Біомеханіка Це розділ біології, що вивчає механічні властивості живих тканин, органів і організму в цілому, а також механічні явища, що відбуваються в них (при русі, диханні і т. д.).

Леонардо ДО Вінчі І.П. Павлов

П.Ф. Лесгафт Н.Є. Введенський

Перші кроки у докладному вивченні біомеханіки рухів були зроблені лише наприкінці XIX століття німецькими вченими Брауном та Фішером(V. Braune, О. Fischer), які розробили досконалу методику реєстрації рухів, детально вивчили динамічну сторону переміщень кінцівок та загального центру тяжкості (ОЦТ) людини за нормальної ходьби.

К.Х. Кекчеєв (1923) вивчав біомеханіку патологічних ходів, використовуючи методику Брауна та Фішера.

П.Ф. Лесгафтом (1837?1909) створена біомеханіка фізичних вправ, розроблена на основі динамічної анатомії. У 1877 р. П.Ф. Лесгафт почав читати лекції з цього предмета на курсах з фізичного виховання. В Інституті фізичної освіти ім. П.Ф. Лесгафта цей курс входив у предмет «фізична освіта», а 1927 р. був виділений у самостійний предмет під назвою «теорія руху» і в 1931 р. перейменований на курс «Біомеханіка фізичних вправ».

Великий внесок у пізнання взаємодії рівнів регуляції рухів зробив Н.А. Бернштейн (1880? 1968). Їм надано теоретичне обґрунтування процесів управління рухами з позицій загальної теорії великих систем. Дослідження Н.А. Бернштейна дозволили встановити надзвичайно важливий принцип управління рухами, загальновизнаний нині. Нейрофізіологічні концепції Н.А. Бернштейна стали основою формування сучасної теорії біомеханіки рухів людини.

Ідеї ​​Н.М. Сєченова про рефлекторну природу управління рухами шляхом використання чутливих сигналів, що отримали розвиток у теорії Н.А. Бернштейна про кільцевий характер процесів управління.

B.C. Гурфінкель та інших. (1965) клінічно підтвердили цей напрям, виявили принцип синергії у створенні роботи скелетної мускулатури при регуляції вертикальної пози, а Ф.А. Северин та ін. (1967) отримали дані про спінальні генератори (мотонейрони) локомоторних рухів. R. Granit (1955) з позиції нейрофізіології дав аналіз механізмів регулювання рухів.

R. Granit (1973) зазначив, що організація відповідей на виході в кінцевому рахунку визначається механічними властивостями рухових (моторних) одиниць (ДЕ) та специфічною ієрархією процесів активації включенням повільних або швидких ДЕ, тонічних або фазічних мотонейронів, альфа-моторного або альфа-гамма-контролю .

Н.А. Бернштейн А.А. Ухтомський

І.М. Сєченов А.М. Хрестовників

Великий внесок у біомеханіку спорту зробили RG. Osterhoud (1968); Т. Duck (1970), RM. Brown; J.E. Counsilman (1971); S. Plagenhoef (1971); C.W.Buchan (1971); Dal Monte та ін. (1973); M. Saito та ін. (1974) та багато інших.

В Україні вивчення координації рухів людини ведеться з двадцятих років XX сторіччя. Проводились дослідження всієї біомеханічної картини координаційної структури довільних рухів людини з метою встановлення загальних закономірностей, що визначають як центральну регуляцію, так і діяльність м'язової периферії у цьому найважливішому життєвому процесі. З тридцятих років XX століття в інститутах фізкультури в Москві (Н.А. Бернштейн), у Ленінграді (Є.А. Котикова, Є.Г. Котельникова), у Тбілісі (Л.В. Чхаїдзе), у Харкові (Д.Д. Донською) та інших містах почала розвиватися наукова робота з біомеханіки. У 1939 р. вийшов навчальний посібник Є.А. Котиковій «Біомеханіка фізичних вправ» і в наступні роки до підручників та навчальних посібників став входити розділ «Біомеханічне обґрунтування спортивної техніки з різних видів спорту».

З біологічних наук у біомеханіці найбільше використовувалися наукові дані з анатомії та фізіології. У наступні роки великий вплив на становлення та розвиток біомеханіки як науки надали динамічна анатомія, фізика та фізіологія, особливо вчення про нервизм І.П. Павлова та про функціональні системи П.К. Анохіна.

Великий внесок у вивчення фізіології рухового апарату зробив Н.Є. Введенський (1852?1922). Їм виконані дослідження процесів збудження та гальмування в нервовій та м'язовій тканинах. Його роботи про фізіологічну лабільність живих тканин та збудливих систем, про парабіоз мають велике значення для сучасної фізіології спорту. Велику цінність становлять також його роботи щодо координації рухів.

За визначенням А.А. Ухтомського (1875?1942), біомеханіка досліджує «як отримана механічна енергія руху і напруги може придбати робоче застосування». Їм показано, що сила м'язів за інших рівних умов залежить від поперечного перерізу. Чим більший поперечний переріз м'яза, тим більше він може підняти вантаж. А.А. Ухтомський відкрив найважливіше фізіологічне явище – домінанту у діяльності нервових центрів, зокрема, при рухових актах. Велике місце у його роботах відведено питанням фізіології рухового апарату.

Питання фізіології спорту розробляв О.М. Хрестовиків (1885?1955). Вони пов'язані з з'ясуванням механізму м'язової діяльності, зокрема, координації рухів, формування рухових умовних рефлексів, етіології втоми при фізичній діяльності та іншими фізіологічними функціями під час виконання фізичних вправ.

М.Ф. Іваницький (1895?1969) розробив функціональну (динамічну) анатомію стосовно завдань фізкультури та спорту, тобто визначив зв'язок анатомії з фізкультурою.

Успіхи сучасної фізіології та, насамперед, праці академіка П.К. Анохіна дали з позиції функціональних систем по-новому поглянути на біомеханіку рухів.

Все це дало можливість узагальнити фізіологічні дані з біомеханічними дослідженнями та підійти до вирішення важливих питань біомеханіки рухів у сучасному спорті, спорті найвищих досягнень.

У середині XX століття вчені створили протез руки, керований електричними сигналами, що надходять з нервової системи. У 1957 р. у нас в країні була сконструйована модель руки (пензля), яка виконувала біоелектричні команди типу «стиснути розтиснути», а в 1964 створений протез із зворотним зв'язком, тобто протез, від якого безперервно надходить в ЦНС інформація про силу стиснення або розтискання пензля, про напрям руху руки і тому подібні ознаки.

П.К. Анохін

Американські фахівці(E.W. Schrader та ін, 1964) створили протез ноги, ампутованої вище коліна. Була виготовлена ​​гідравлічна модель колінного суглоба, що дозволяє досягти природної ходьби. Конструкція передбачає нормальну висоту підйому п'яти та витягування ноги при її відведенні незалежно від швидкості ходьби.

Бурхливий розвиток спорту СРСР послужило основою розвитку біомеханіки спорту. З 1958 р. у всіх інститутах фізичної культури біомеханіка стала обов'язковою навчальною дисципліною, створювалися кафедри біомеханіки, розроблялися програми, видавалися навчальні посібники, підручники, проводились науково-методичні конференції, готувалися спеціалісти.

Як учбовий предмет біомеханіка виконує кілька ролей. По-перше, з її допомогою студент вводиться в коло найважливіших фізико-математичних понять, які необхідні для розрахунків швидкості, кутів відштовхування, маси тіла, розташування ОЦТ та його ролі у техніці виконання спортивних рухів. По-друге, ця дисципліна має самостійне застосування у спортивній практиці, тому що представлена ​​в ній система рухової діяльності з урахуванням віку, статі, маси тіла, статури дозволяє виробити рекомендації для роботи тренера, вчителя фізкультури, методиста лікувальної фізкультури та ін.

Біомеханічні дослідження дозволили створити новий тип взуття, спортивного інвентарю, обладнання та техніки управління ними (велосипеди, гірські та стрибкові лижі, гоночні лижі, човни для веслування та багато іншого).

Вивчення гідродинамічних характеристик риб та дельфінів дало можливість створити спеціальні костюми для плавців, змінити техніку плавання, що сприяло підвищенню швидкості плавання.

Біомеханіку викладають у вищих фізкультурних навчальних закладах у багатьох країнах світу. Створено міжнародне товариство біомеханіків, проводяться конференції, симпозіуми, конгреси з біомеханіки. При Президії Російської академії наук створено наукову Раду з проблем біомеханіки із секціями, що охоплюють проблеми інженерної, медичної та спортивної біомеханіки.

Глава 2 ТОПОГРАФІЯ ТІЛА ЛЮДИНИ. ЗАГАЛЬНІ ДАНІ ПРО ТІЛО ЛЮДИНИ

Тіло людини є з погляду механіки об'єкт найбільшої складності. Воно складається з частин, які з великим ступенем точності можна вважати твердими (скелет) і деформованих порожнин (м'язи, судини та ін.), причому в цих порожнинах містяться текучі і фільтруючі середовища, що не мають властивостей звичайних рідин.

Тіло людини в загальних рисах зберігає будову, властиву всім хребетним: двополярність (головний та хвостовий кінці), двосторонню симетрію, переважання парних органів, наявність осьового скелета, збереження деяких (реліктових) ознак сегментарності (метамерії) і т. п. (рис. 2.1 ).

До інших морфофункціональних особливостей тіла людини належать: високополіфункціональна верхня кінцівка; рівний ряд зубів; розвинений головний мозок; прямоходіння; пролонговане дитинство та ін.

В анатомії прийнято вивчати тіло людини у вертикальному положенні із зімкнутими нижніми та опущеними верхніми кінцівками.

У кожній частині тіла виділяють області (рис. 2.2, а, б) голови, шиї, тулуба та двох пар верхніх та нижніх кінцівок (див. рис. 2.1,6).

Мал. 2.1. Сегментарний поділ спинного мозку. Формування сплетень із корінців мозку (а). Сегментарна інвервація органів та функціональних систем (б)

На тулубі людини позначають два кінці черепної, або краніальний і хвостовий, або каудальний і чотири поверхні черевну, або вентральну, спинну, або дорсальну і дві бічних праву і ліву (рис. 2:3).

На кінцівках визначають по відношенню до тулуба два кінці: проксимальний, тобто ближчий і дистальний, тобто віддалений (див. рис. 2.3).

Осі та площині

Тіло людини побудоване на кшталт двосторонньої симетрії (воно ділиться серединною площиною на дві симетричні половини) і характеризується наявністю внутрішнього скелета. Усередині тіла спостерігається розчленування наметамери, або сегменти, тобто утворення однорідні за будовою та розвитком, розташовані в послідовному порядку, у напрямку поздовжньої осі тіла (наприклад, м'язові, нервові сегменти, хребці тощо); центральна нервова система лежить ближче до спинної поверхні тулуба, травна – до черевної. Як і всі ссавці, людина має молочні залози та покриту волоссям шкіру, порожнину його тіла розділена діафрагмою на грудний та черевний відділи (рис. 2.4).

Мал. 2.2. Області тіла людини:

а передня поверхня: 7 тім'яна область; 2 лобова область; 3 ¦ область очниці; 4 ¦ область рота; 5 | підборідна область; б передня область шиї; 7 латеральна область шиї; 8 - область ключиці; 9 | долоня кисті; 10 передня область передпліччя; 11 передня ліктьова область; 12 задня область плеча; 13 пахвова область; 14 грудна область; 15 підреберна область; 16 надчеревна область; 17 пупкова область; 18 бічна область живота; 19 пахова область; 20 лобкова область; 21 медіальна область стегна; 22 передня область стегна; 23 передня область коліна; 24 передня область гомілки; 25 задня область гомілки; 26 передня гомілковостопна область; 27 Тил стопи; 28 область п'яти; 29 тил кисті; 30 передпліччя; 31 задня область передпліччя; 32 задня ліктьова область; 33 задня область плеча; 34 задня область передпліччя; 35 область молочної залози; 36 дельтовидна область; 37 - ключично-грудний трикутник; 38 ¦ підключична ямка; 39 грудино-ключично-соскоподібна область; 40 область носа; 41 ¦ скронева область.

Мал. 2.3. Взаємне становище частин у людському тілі

б ¦ задня поверхня: 1 тім'яна область; 2 скронева область; 3 лобна область; 4 ¦ область очниці; 5 ? вилицька область; б щкова область; 7 ¦ піднижньощелепний трикутник; 8 грудино-ключично-соскоподібна область; 9¦акроміальна область; 10 міжлопаткова область; 11 Лопаткова область; 12 дельтоподібна область; 13 бічна грудна область; 14 задня область плеча; 15 підреберна область; 16 задня ліктьова область; 17 задня область передпліччя; 18 передня область передпліччя; 79 | долоня кисті; 20 область п'яти; 21 - підошва стопи; 22 тил стопи; 23 передня область гомілки; 24 задня область гомілки; 25 задня область коліна; 26 задня область стегна; 27 задніпрохідна область; 28 сіднична область; 29 крижова область; 30 Бічна область живота; 31 - поперекова область; 32 - підлопаткова область; 33 хребетна область; 34 задня область плеча; 35 ¦ задня ліктьова область; 36 задня область передпліччя; 37 тил кисті; 38 передня область плеча; 39 надлопаткова область; 40 задня область шиї; 41 потилична область

Мал. 2.4. Порожнини тіла

Мал. 2.5. Схема осей та площин у тілі людини:

1 | вертикальна (поздовжня) вісь;

2 фронтальна площина; 3 горизонтальна площина; 4 поперечна вісь; 5 сагітальна вісь; 6 Сагітальна площина

Щоб краще орієнтуватися щодо взаємного становища частин у тілі, виходять із деяких основних площин і напрямів (рис. 2.5). Терміни "верхній", "нижній", "передній", "задній" відносяться до вертикального положення тіла людини. Площина, що ділить тіло у вертикальному напрямку на дві симетричні половини, називаєтьсясерединний. Площини, паралельні серединній, називаютьсясагіттальними (лат. sagitta стріла); вони ділять тіло на відрізки, розташовані у бік праворуч наліво. Перпендикулярно до серединної площини йдутьфронтальні, тобто паралельні лобі(фр. front лоб) площини; вони розтинають тіло на відрізки, розташовані у напрямку спереду назад. Перпендикулярно серединній та фронтальній площині проводятьсягоризонтальні, або поперечні площини, що поділяють тіло на відрізки, розташовані один над одним. Сагітальних (за винятком серединної), фронтальних та горизонтальних площин можна провести довільну кількість, тобто через будь-яку точку поверхні тіла чи органа.

Термінами «медіально» та «латерально» користуються для позначення частин тіла по відношенню до серединної площини: medialis ¦ що знаходиться ближче до серединної площини, lateralis Далі від неї. З цими термінами не треба змішувати терміни «внутрішній» interims і «зовнішній» externus, які використовуються лише по відношенню до стінок порожнин. Слова «черевний» ventralis, «спинний» dorsalis, «правий» dexter, «лівий» sinister, «поверхневий» superficial, «глибокий» profundus не потребують пояснення. Для позначення просторових відносин на кінцівках прийнято терміни«proximalis» та «distalis», тобто знаходиться ближче і далі від місця з'єднання кінцівки з тулубом.

Для визначення проекції внутрішніх органів проводять ряд вертикальних ліній: передню і задню серединні відповідно перерізам серединної площини; праву та ліву грудинні по бокових краях грудини; праву і ліву серединноключичні через середину ключиці; праву і ліву навкологрудинні посередині між грудиною і серединноключичною; праву і ліву передньопідкрилкові відповідно передньому краю підкрилкової ямки; праву і ліву серединнопідкрильцеві, що виходять із глибини однойменної ямки; праву і ліву задньопідкрильцеві відповідно задньому краю підкрильцевої ямки; праву та ліву лопаткові через нижній кут лопатки; праву і ліву навколохребетні посередині між лопатковою і задньою серединною лініями (відповідає верхівкам поперечних відростків).

Короткі дані про центр тяжкості тіла людини

Функція нижніх кінцівок людини, якщо виключити багато фізичних вправ, визначається головним чином опорою (становище стоячи) та локомоцією (ходьба, біг). І в тому, і в іншомуУ разі функцію нижніх кінцівок, на відміну верхніх, має значний вплив загальний центр тяжкості (ОЦТ) тіла людини (рис. 2.6).

Мал. 2.6. Розташування загального центру тяжіння за різних видів стояння: 1 | при напруженому; 2 при антропометричному; 3 | при спокійному

У багатьох завданнях механіки зручно і допустимо розглядати масу якогось тіла так, ніби вона сконцентрована в одній точці центру тяжіння (ЦТ). Оскільки ми маємо аналізувати сили, що діють на тіло людини під час виконання фізичних вправ і стоячи (спокій), нам слід знати, де знаходиться ЦТ у людини в нормі та при патології (сколіоз, коксартроз, ДЦП, ампутації кінцівки та ін.).

У загальній біомеханіці важливим є вивчення розташування центру тяжкості (ЦТ) тіла, його проекції на площу опори, а також просторового співвідношення між вектором ЦТ та різними суглобами (рис. 2.7). Це дозволяє вивчати можливості блокування суглобів, оцінити компенсаторні, пристосувальні зміни в опорно-руховому апараті (ОДА). У дорослих чоловіків (в середньому) ОЦТ розташовується на 15 мм позаду передньо-нижнього краю тіла V поперекового хребця. У жінок ЦТ у середньому розташовується на 55 мм спереду від передньо-нижнього краю I крижового хребця (рис. 2.8).

У фронтальній площині ОЦТ незначно (на 2,6 мм у чоловіків та на 1,3 мм у жінок) зміщений вправо, тобто права нога приймає дещо більше навантаження, ніж ліва.

Мал. 2.7. Види положення тіла людини стоячи: 1 | антропометричне положення; 2 спокійне становище; 3 напружене положення: Кухоль з точкою в центрі, що знаходиться в області тазу, показує положення загального центру тяжіння тіла; в області голови - положення центру тяжкості голови; в області кисті положення загального центру тяжкості пензля. Чорні точки показують поперечні осі суглобів верхньої та нижньої кінцівок, а такж атланто-потиличного суглоба

Мал. 2.8. Розташування центру

тяжкості (ЦТ): а в чоловіків; б у жінок

Загальний центр тяжкості (ОЦТ) тіла складається із центрів тяжкості окремих частин тіла (парціальні центри тяжкості) (рис. 2.9). Тому при рухах та переміщенні маси частин тіла переміщається і загальний центр тяжіння, але для збереження рівноваги його проекція не повинна виходити за межі площі опори.

Мал. 2.9. Розташування центрів тяжкості окремих частин тіла

Мал. 2.10. Положення загального центру тяжкості тіла: а у чоловіків однакового росту, але різної статури; б) у чоловіків різного зростання; у чоловіків і жінок

Висота положення ОЦТ у різних людей значно варіює в залежності від цілого ряду факторів, до яких в першу чергу належать стать, вік, статура тощо (рис. 2.10).

У жінок ОЦТ зазвичай "має трохи нижче, ніж у чоловіків (див. рис. 2.8).

У дітей раннього віку ОЦТ тіла розташоване вище, ніж у дорослих.

При зміні взаємного розташування частин тіла проекція його ОЦТ також змінюється (рис. 2.11). Змінюється у своїй і стійкість тіла. У практиці спорту (навчання вправ і тренування) і під час виконання вправ лікувальної гімнастики це дуже важливий, оскільки за більшої стійкості тіла можна виконувати руху з більшою амплітудою без порушення рівноваги.

Мал. 2.11. Положення загального центру тяжкості за різних положень тіла

Стійкість тіла визначається величиною площі опори, висотою розташування ОЦТ тіла та місцем проходження вертикалі, опущеної з ОЦТ, усередині площі опори (див. рис. 2.7). Чим більша площа опори і чим нижче розташований ОЦТ тіла, тим більша стійкість тіла.

Кількісним виразом ступеня стійкості тіла у тому чи іншому положенні єкут стійкості(УУ). УУ називається кут, утворений вертикаллю, опущеною з ОЦТ тіла та прямою, проведеною з ОЦТ тіла до краю площі опори (рис. 2.12). Чим більший кут стійкості, тим більший ступінь стійкості тіла.

Мал. 2.12. Кути стійкості приМал. 2.13. Плечі сили тяжіння по

виконанні вправи «шпагат»: по відношенню до поперечних осей

а кут стійкості назад; обертання в тазостегновому, колінному

р кут стійкості вперед; та гомілковостопному суглобах опорної

Р сила тяжіння ноги ковзаняра

(за М.Ф. Іваницьким)

Вертикаль, опущена з ОЦТ тіла, проходить певній відстані від осей обертання суглобів. У зв'язку з цим сила тяжіння в будь-якому положенні тіла має по відношенню до кожного суглоба певниймомент обертання,рівний добутку величини сили тяжіння на її плече.Плечем сили тяжінняє перпендикуляр, проведений із центру суглоба до вертикалі, опущеної з ОЦТ тіла (рис. 2.13). Чим більше плече сили тяжкості, тим більший момент обертання має по відношенню до суглоба.

Маса частин тіла визначається у різний спосіб. Якщо в різних людей абсолютна маса частин тіла значно відрізнятиметься, то відносна маса, виражена у відсотках, досить постійна (див. табл. 5.1).

Дуже велике значення мають дані про масу частин тіла, а також про розташування парціальних центрів тяжкості та моментів інерції в медицині (для конструювання протезів, ортопедичного взуття тощо) та у спорті (для конструювання спортивного інвентарю, взуття тощо). ).

Організм, орган, система органів, тканини

Організмом називається всяка жива істота, основними властивостями якої є: постійний обмін речовин та енергії (всередині себе та з навколишнім середовищем); самооновлення; рух; дратівливість та реактивність; саморегулювання; зростання та розвиток; спадковість та мінливість; пристосовність до умов існування. Чим складніше влаштований організм, тим більшою мірою він зберігає сталість внутрішнього середовища гомеостаз (температура тіла, біохімічний склад крові та ін.) незалежно від умов зовнішнього середовища.

Еволюція відбувалася під знаком двох протилежних тенденцій: диференціації, або поділу тіла на тканини, органи, системи (з відповідним та одночасним поділом та спеціалізацією функцій), та інтеграції, чи об'єднання частин у цілісний організм.

органом називають більш менш відособлену частину організму (печінка, нирка, око і т. д.), що виконує одну або кілька функцій. В освіті органу беруть участь різні за будовою та фізіологічною роллю тканини, що виникли протягом тривалої еволюції як сукупність пристосувальних механізмів. Одні органи (печінка, підшлункова залоза та ін) мають складну будову, причому кожен їх компонент виконує свою функцію. В інших випадках складові той чи інший орган (серце, щитовидна залоза, нирка, матка та ін) клітинні структури підпорядковані виконанню єдиної складної функції (кровообіг, сечовиділення та ін).