Введение в биомеханику и биомеханические особенности строения тела человека

Биомеханика — это наука, которая изучает механические явления в живых системах.

Живые системы и механические явления в них весьма многообразны. К живым системам относят: различные ткани тела человека (костная, мышечная, соединительная и др.), органы и системы (сердечно-сосудистая, дыхательная, скелетно-мышечная и др.), человек или группа людей и т. п. Механические явления также многообразны. К ним относятся: механические свойства тканей тела человека, механика движения крови по сосудам, механика родового акта и другие. Но чаще всего основным предметом исследования биомеханики является механическое движение.

Пассивная часть двигательного аппарата человека

Пассивная часть двигательного аппарата человека включает в себя кости, суставы и связки, образующие скелет человека. В биомеханике его принято рассматривать как многозвенную систему, состоящую из подвижно соединенных твердых звеньев. Известно, что скелет человека состоит из более 200 костей. Для удобства его описания используют такие понятия, как кинематическая пара, кинематическая цепь и степени свободы. В теле человека насчитывается 244 степени свободы, что свидетельствует о его колоссальном потенциале подвижности.

Кинематическая пара

Кинематическая пара — это два звена, соединенные между собой подвижно. Примером кинематической пары является плечо и предплечье, соединенные локтевым суставом.

Кинематическая цепь

Кинематическая цепь — это последовательное или разветвленное соединение кинематических пар. Различают замкнутые и незамкнутые кинематические цепи.

• Примером замкнутой цепи является последовательное соединение двух ребер, грудины и позвонка в грудной клетке.
• К незамкнутой кинематической цепи можно отнести безопорную ногу в фазе переноса при ходьбе.

Степени свободы

Степени свободы — это количество независимых угловых и линейных перемещений тела. Применительно к телу человека понятие «степени свободы» характеризует степень подвижности кинематических пар, цепей и всего тела человека.

Биомеханика мышц

Скелетные мышцы являются основными движителями нашего тела. Их количество превышает 600. С биомеханической точки зрения основными показателями их деятельности в организме человека являются сила тяги и скорость изменения длины.

Cила тяги мышцы

Сила тяги мышцы складывается из двух составляющих:

1. Активная составляющая — обусловлена сократительными возможностями мышечной ткани. Активная сила тяги сопровождается затратами химической энергии, запасенной в мышцах, и, как следствие, приводит к утомлению.
2. Пассивная составляющая — возникает при растягивании мышцы и обусловлена наличием в ней соединительной ткани, которая ведет себя подобно пружине и способна накапливать энергию упругой деформации при растягивании мышцы. Пассивная составляющая силы тяги имеет сугубо механическую природу и не требует затрат химической энергии.

Зависимость силы тяги мышцы от скорости изменения ее длины

Другой классической зависимостью является зависимость силы тяги мышцы от скорости изменения ее длины.

Силовые характеристики режимов сокращения

• Наибольшую силу тяги мышца проявляет при уступающем режиме сокращения.
• Следующий по силе режим — изометрический режим.
• Наименьшую силу тяги мышца демонстрирует при преодолевающем режиме сокращения.