Биомеханика

Биомеханика (далее Б) (от био... и механика), раздел биофизики, изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также происходящие в них механические явления. Термином "Б" ранее также называли отрасль эмбриологии — механику развития, чаще называемую экспериментальной эмбриологией. Обычно термин "Б" применяют к учению о движениях человека и животных. Однако в середине 20 в. границы исследований по Б расширились: Б дыхательного аппарата (см. Дыхание) изучает его эластичное и неэластичное сопротивление, кинематику (т. е. геометрическую характеристику движения) и динамику дыхательных движений, а также другие стороны деятельности дыхательного аппарата в целом и его частей (легких, грудной клетки); Б кровообращения изучает упругие свойства сосудов и сердца, гидравлическое сопротивление сосудов току крови, распространение упругих колебаний по сосудистой стенке, движение крови, работу сердца и др. (см. Гемодинамика); Б движений, основываясь на данных анатомии и теоретической механики, исследует структуру органов движения, характер приложения мышечных сил, вызывающих движения в суставах, кинематику сочленений, распределение массы тела по его звеньям, закономерности движения этих звеньев и тела в целом, определяет характер, направление и значение действующих сил. Биомеханическая характеристика движения составляется на основе данных структурного, кинематического и динамического анализа. При структурном анализе определяют количество степеней свободы кинематических цепей тела, их характер (открытые, замкнутые); кинематический анализ дает характеристику движения (траектории, скорости и ускорения); динамический — выявляет картину взаимодействия внутренних и внешних сил. Чаще всего задача биомеханического исследования сводится к определению картины действующих сил по кинематическим характеристикам движения. Это позволяет оценить экономичность движения, степень использования как внешних, так и мышечных сил и судить о механизмах координации и регуляции движений. В этой части Б тесно соприкасается с физиологией движений. Другая задача биомеханического исследования — изучение отдельных положений тела (стояние, сидение и др.). При этом определяют значения статических моментов, положение общего центра тяжести тела по отношению к опоре, степень устойчивости тела в данном положении, т. е., по существу, устанавливают и характер взаимодействия внутренних и внешних сил. Решение таких задач также связано с физиологией, с учением о положении и равновесии тела в пространстве.

В исследованиях по Б используются разнообразные методы регистрации перемещений, скоростей, ускорений изучаемых движений. Наиболее употребительны оптические методы: ускоренная киносъемка, циклография, кимоциклография и др. С их помощью определяют пространственные перемещения тела, перемещения его звеньев друг относительно друга, рассчитывают линейные и угловые скорости и ускорения, действующие силы. Используются в Б также методы электрической регистрации механических величин с помощью механотронов, датчиков угловых перемещений, опорных динамографов.

История Б Начало исследованиям по Б было положено итальянским ученым Леонардо да Винчи, изучавшим движения человека с позиций анатомии и механики. Значительное влияние на развитие Б оказал итальянский натуралист Дж. Борелли, который рассматривал организм как машину и стремился объяснить дыхание, движение крови и работу мышц с позиций механики. В книге "О движении животных" (1680—81) он дает механический анализ движений звеньев тела человека и животных при ходьбе, беге, плавании. Экспериментальное изучение ходьбы человека осуществили немецкие ученые Э. и В. Веберы (1836), В. Брауне и О. Фишер (1895), французский ученый Э. Марей (1894), американские — У. О. Фенн (1935), X. Элфтмен (1938). Изучению механики живых тканей посвящены работы американских ученых Ф. Г. Эванса (1957), Г. Фроста (1964); Б дыхания исследовал американский ученый Дж. Л. Клеменс (1965), гемодинамику изучали его соотечественники Г. М. Тейлор (1953), Э. О. Эттингер (1964). Развитие Б в России связано с работами по теоретической анатомии П. Ф. Лесгафта (1905) и книгой И. М. Сеченова "Очерк рабочих движений человека" (1901), содержащей сводку важнейших биомеханических характеристик движений человека. Исследования по Б носили вначале прикладной характер и были направлены на рационализацию рабочего места, рабочей позы, формы инструмента, приемов работы. Они базировались на методике циклографии и циклограмметрии. Детальные исследования локомоций человека были осуществлены Н. А. Бернштейном и его сотрудниками. Проведен биодинамический анализ ходьбы здоровых людей, ее эволюции у детей и стариков, а также бега, прыжков, марша.

Практическое значение. Исследования в области Б представляют существенный интерес для разных областей знаний: физиологии труда и спорта, военной и клинической медицины, в том числе неврологии, ортопедии, травматологии, протезирования. Так, изучение Б физических упражнений и спортивных движений способствует раскрытию основ мастерства и разработке научно обоснованной системы тренировки. Изучение рабочих движений человека дает возможность оценить экономичность того или иного варианта движений и совершенствовать их структуру. Изучение прочности костей, суставов, связок, упруговязких свойств мышц и других тканей важно для травматологии и ортопедии, для понимания механизмов действия повреждающих факторов и предупреждения травм.

Значительный интерес представляет Б для протезирования, являясь основой конструирования протезно-ортопедических изделий. Многие характеристики опорно-двигательного аппарата используются при проектировании других технических систем (см. Бионика).

Так, данные о структуре и механизмах управления "живыми кинематическими цепями" со многими степенями свободы (например, рука, начиная от ключично-лопаточного сочленения, имеет 33 степени свободы, что обеспечивает возможность чрезвычайно разнообразных движений и поворотов) применяются при создании автоматов-манипуляторов и роботов, используемых в различных областях техники.

Ряд биомеханических показателей состояния кровообращения (см. Баллистокардиография, Динамокардиография) и дыхания учитывают при диагностике и определении показаний к операциям на сердце и легких. Исследования Б дыхания и кровообращения использованы при создании аппарата "сердце — легкие".

Лит.: Сеченов И. М., Очерк рабочих движений человека, М., 1901; Лесгафт П. Ф., Основы теоретической анатомии, 2 изд., ч. 1, СПБ 1905; Бернштейн Н. А., Общая биомеханика, М., 1926 (имеется библ.); Исследования по биодинамике локомоций, под ред. Н. А. Бернштейна, М.— Л., 1935; Исследования по биодинамике ходьбы, бега, прыжка, под ред. Н. А. Бернштейна, М., 1940; Николаев Л. П., Руководство по биомеханике в применении к ортопедии, травматологии и протезированию, (ч. 1—2), К., 1947—50; Легкие. Клиническая физиология и функциональные пробы, пер. с англ., М., 1961; Weber ., Weber Ed., Mechanik der menschlichen Gehwerkzeuge, Gött., 1836; Pulsatile blood flow, ed. Е. . Attinger, . ., 1964; Burton А. С., Physiology and biophysics of the circulation, Chi., 1965; Frost Н. М.. An introduction to biomechanics, Springfield (.), 1967.

В. С. Гурфинкель.

		Новости 21.11.2024 17:50:28

	Copyright © 1999-2024 Oval.ru, All Rights Reserved.