Слайд 1Основы биомеханики
Кафедра анатомии человека НГМУ
Лектор: Елясин Павел Александрович
Слайд 2План лекции
Введение
Основные принципы биомеханики
Рычажный принцип работы ОДА
От чего зависит реальный
эффект действия мышц
Мышечная координация движений
Виды работы мышц
Кинематические цепи
Центр тяжести человека
Понятие
об осанке
Слайд 3Данные медицинской биомеханики служат основой для:
лечебной физкультуры;
ортопедии и травматологии;
валеологии;
конструирования
протезов и т.д.
Цель лекции
Изучить механизмы движения человека, а также механические
явления в тканях, органах и системах.
Актуальность
Слайд 4 Разрабатывал вопросы анатомии и физиологии человека и животных с позиций
математики и механики.
Свои взгляды
Д. Борелли изложил в книге «О
движении животных» (1679)
(De motu animalium).
Джованни Альфонсо Борелли
(Воrelli Giovanni Alfonso, 1608—1679)
итальянский анатом, физиолог,
физик и математик, ученик Галилея.
Слайд 5Основные принципы биомеханики
Движение в суставах определены их формой
Усилие
мышечного сокращения направлено:
а) вдоль мышцы
б) перпендикулярно
к оси сустава
в) к неподвижной точке на кости (punctum fixum)
3. Кости, суставы и мышцы образуют рычаги двигательного аппарата. Весь суставной аппарат рассматривается как система рычагов.
Слайд 6РЫЧАГ
То – точка опоры или точка вращения
Fd - сила мышечного
сокращения
Ft - точка приложения противодействующей силы или силы тяжести
Fd
То
Ft
Слайд 7Плечо силы
Плечо силы – это кратчайшее расстояние от точки опоры
до линии действия силы:
LFd – плечо действующей силы
LFt
– плечо противо-действующей силы
Слайд 8– величина, характеризующая вращательный эффект силы при действии ее на
рычаг.
M = F×L
где
F – сила,
L – плечо силы
МОМЕНТ СИЛЫ
Слайд 9Свойства рычага
Условие равновесия рычага:
MFt = MFd
При движении:
это равенство
нарушается и рычаг вращается в направлении той силы, момент которой
больше
Слайд 10Виды рычагов
РЫЧАГ 1 РОДА= РАВНОВЕСИЯ
Двуплечий
(точки приложения сил располагаются
по разные стороны от точки опоры)
Слайд 11РЫЧАГ СИЛЫ
РЫЧАГИ 2 РОДА
Одноплечие
(точки приложения сил располагаются по одну
сторону от точки опоры)
РЫЧАГ СКОРОСТИ = ЛОВКОСТИ
Виды рычагов
Слайд 12
РЫЧАГ РАВНОВЕСИЯ (1 РОДА )
То – вертикаль из ЦТ проходит
спереди от фронтальной оси сустава
Ft – направление силы
тяжести
Fd – направление равнодействующей мышечной cилы
LFt – плечо силы тяжести
LFd – плечо мышечной силы
Слайд 13РЫЧАГ РАВНОВЕСИЯ (1 РОДА )
Равновесие - MFt = MFd силы
направлены в одну сторону
Сгибание - MFt > MFd
если мышцы выйной области расслабляются
Разгибание – MFt < MFd если увеличивается тяга мышц выйной области
Слайд 14То – головки плюсневых костей
Fd – направление действующей силы
Ft –
направление силы тяжести
LFt, LFd – плечи сил
Плечо приложения силы длиннее
плеча силы тяжести
MFd > MFt
выигрыш - в силе
минус - малая амплитуда и скорость движения.
РЫЧАГ СИЛЫ (2 РОДА)
Слайд 15выигрыш - в амплитуде движения, в скорости, ловкости
минус - малая
действующая сила.
РЫЧАГ СКОРОСТИ (2РОДА)
То – локтевой сустав
Ft – направление
силы тяжести
Fd – направление равнодействующей мышечной силы
LFt, LFd – плечи сил
Плечо силы тяжести длиннее плеча приложения силы
MFd < MFt
Слайд 16ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РЕАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ДЕЙСТВИЯ МЫШЦ
1. Физиологический поперечник – сумма
площадей поперечных сечений всех мышечных волокон, входящих в состав мышцы.
Анатомический поперечник – площадь поперечного сечения мышцы перпендикулярно ее длине в наиболее широкой части.
Веретенообразные мышцы – динамическая нагрузка
Перистые мышцы – статическая нагрузка
Слайд 17Сила мышцы, имеющей площадь поперечного сечения 1 см2 примерно равна
10 кг
Для сгибателей предплечья – около 160 кг
Для сгибателей бедра
– около 540 кг
Слайд 18Для жевательных мышц, поднимающих нижнюю челюсть – 390-400 кг. Площадь
поперечного сечения трех пар мышц составляет в сумме 39 см2.
Жевательная
мышца – 7,5 см2
Височная мышца – 8 см2
Медиальная крыловидная
мышца – 4 см2
Слайд 192. Количество моторных единиц, участвующих в сокращении.
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РЕАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ
ДЕЙСТВИЯ МЫШЦ
Для включения большого количества моторных единиц необходимы следующие условия:
замах
мышца растягивается → раздражается больше нервных волокон → «включается» больше моторных единиц в сокращение
Слайд 202. Количество моторных единиц, участвующих в сокращении.
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РЕАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ
ДЕЙСТВИЯ МЫШЦ
Для включения большого количества моторных единиц необходимы следующие условия:
состояние
нервной системы
настрой
Слайд 212. Количество моторных единиц, участвующих в сокращении.
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РЕАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ
ДЕЙСТВИЯ МЫШЦ
Для включения большого количества моторных единиц необходимы следующие условия:
состояние
нервной системы
чрезмерное возбуждение
Слайд 22ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РЕАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ДЕЙСТВИЯ МЫШЦ
3.Состав мышечных волокон
В одной моторной
единице содержится один вид мышечных волокон.
Стайер – преобладают красные мышечные
волокна – статическая работа
Спринтер - преобладают белые мышечные волокна – динамическая работа
Слайд 23У девятикратного олимпийского чемпиона Карла Льюиса в мышцах ног белых
волокон было более 70%. Поэтому в беге на короткие дистанции
он развивал скорость – 45 км/ч.
Слайд 24ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РЕАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ДЕЙСТВИЯ МЫШЦ
4. Величина плеча действующей силы
Чем меньше длина плеча, тем большую силу нужно приложить для
оптимального момента вращения.
Слайд 255. Угол прикрепления мышцы
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РЕАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ДЕЙСТВИЯ МЫШЦ
если угол
прямой, то сила мышечной тяги используется для движения полностью
если угол
острый, то
Fd=Fm×sinα.
Чем меньше угол, тем большую силу надо приложить мышце, создавая силу и момент вращения
Слайд 26Функциональные группы мышц
АГОНИСТЫ – одна или несколько мышц в каждой
функциональной мышечной группе выполняют основную функцию
Слайд 27СИНЕPГИСТЫ - мышцы одного сустава, которые осуществляют функцию в одном
направлении
Функциональные группы мышц
Слайд 28АНТАГОНИСТЫ - мышцы одного сустава, которые осуществляют работу в противоположных
направлениях.
Функциональные группы мышц
Слайд 29Деление на группы не постоянно и мышцы могут быть при
одном движении синергистами, а при другом – антагонистами.
Функциональные группы мышц
m.
flexor carpi ulnaris
m. flexor carpi radialis
Синергизм: сгибание запястья
Антагонизм: приведение и отведение кисти
Слайд 301. Односуставные мышцы
По отношению к суставам:
m. deltoideus
m. brachialis
Слайд 312. Многосуставные мышцы
По отношению к суставам:
m. biceps brachii
m. quadriceps
femoris
Слайд 32Пассивная мышечная недостаточность
неспособность мышц выполнять движения по причине предельно
растянувшихся мышц антагонистов
Слайд 33Активная мышечная недостаточность
многосуставная мышца не может произвести движение в
полном объеме во всех суставах (т.к. длина мышцы недостаточна для
удержания или выполнения движения).
Слайд 34Мышечная координация движений
В каждом движении участвуют несколько мышц, являющихся синергистами
и антагонистами.
Во время сокращений синергистов наступает рефлекторное торможение антагонистов.
Слабое противодействие
мышц антагонистов позволяет совершать плавные движения.
Работа многосуставных мышц обеспечивает координацию движений с экономией мышечной энергии.
Слайд 35Виды работы мышц
Уступающая
(динамическая с отрицательным эффектом)
мышца, оставаясь напряженной,
постепенно расслабляется, уступая действию силы тяжести либо действию того или
иного сопротивления.
Слайд 36Виды работы мышц
при которой мышца преодолевает тяжесть данного звена тела
либо то или иное сопротивление и производит работу
Преодолевающая
(динамическая с положительным
эффектом)
Слайд 37Виды работы мышц
Удерживающая
(статическая)
происходит уравновешивание действия сопротивления, в результате чего движение
отсутствует
Слайд 38Парадоксальное действие мышц
Односуставные мышцы вызывают движения в одном суставе, однако
косвенным путем они вызывают движения в суставах, расположенных дистально и/или
проксимально по отношению к данному суставу.
При сгибании в локтевом суставе одновременно происходит небольшое разгибание в плечевом.
Слайд 39Кинематические цепи
Все звенья опорно-двигательного аппарата сгруппированы в систему кинематических цепей
Звенья
в этих цепях – это элементарные рычаги (равновесия, силы, скорости)
Выделяют
два вида кинематических цепей: ОТКPЫТЫЕ (ОКЦ) и ЗАКPЫТЫЕ (ЗКЦ).
Слайд 40Кинематические цепи
3 степени свободы – шаровидные и плоские суставы;
2 степени
свободы – элипсовидные и седловидные суставы;
1 степень свободы – цилиндрические
и блоковидные суставы.
Слайд 413
1
1
2
3
1
1
3+1+1+2=7 – степеней свободы у кисти
3+1+1+2+3+1+1=12 - степеней свободы у
пальцев
кисть
плечо
Это цепь из рычагов, дистальное звено которой свободное (верхняя конечность)
Открытая
кинематическая цепь
Большая степень свободы
Возможность изолированных движений в отдельных звеньях (суставах) ОКЦ
ОКЦ может стать ЗКЦ если конечное звено цепи получит связь с опорой (или захват)
Слайд 42Закрытая кинематическая цепь
Невозможны изолированные движения в одном суставе
Изменение положения в
одном суставе приводит к изменению положения в трех суставах
При сокращении
хотя бы одной мышцы ЗКЦ, происходит движение всех звеньев кинематической цепи
ЗКЦ может разомкнуться
Слайд 43Постоянно закрытая кинематическая цепь
Грудная клетка человека состоит из 72 костных
и хрящевых элементов, связанных подвижно в 104 точках
ЗКЦ не может
разомкнуться
Слайд 44ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ
геометрическая точка тела, через которую проходит равнодействующая всех
сил тяжести, действующих на тело при любом его положении в
пространстве.
Слайд 45ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ
ОЦТ – на 2,5 см ниже мыса крестца, на
середине расстояния между крестцом и лобковым симфизом.
ЦТ туловища – кпереди
от верхнего края L1,
ЦТ головы – 7 мм кзади от турецкого седла,
ЦТ кисти – 1 см проксимальнее головки 3 пястной кости.
Слайд 46Расположение ОЦТ определяют:
1. Возраст:
новорожденные – Th5-6
2 года – L1
5
лет - L3
Слайд 47Расположение ОЦТ определяют:
2. Пол
мужчины –
L5 (L3-S5);
женщины –
S1 (L5
– Co1).
Слайд 48Расположение ОЦТ определяют:
3. Конституция,
физическое развитие.
Слайд 49Расположение ОЦТ определяют:
4. Положение тела
Слайд 505. Фазы дыхания, перистальтика кишечника
Расположение ОЦТ определяют:
Слайд 51Виды равновесия тела
1. Устойчивое
ОЦТ ниже площади опоры
Если тело вывести
из равновесия, оно под действием силы тяжести вернется в исходное
положение
ПЛОЩАДЬ ОПОРЫ – площадь опорных поверхностей и пространства между ними
Слайд 522. Неустойчивое
ОЦТ выше площади опоры.
Если тело вывести из равновесия,
оно падает под действием силы тяжести.
Виды равновесия тела
Слайд 53Условия устойчивости тела
1. Достаточная площадь опоры
Слайд 54Условия устойчивости тела
2. Высота расположения ОЦТ
чем ниже, тем больше устойчивость
Слайд 553. Вертикаль из ОЦТ должна падать на площадь опоры
чем
ближе к центру, тем больше устойчивость
Условия устойчивости тела
Слайд 56УГОЛ УСТОЙЧИВОСТИ – это угол между вертикалью из ОЦТ и
прямой, проведенной из ОЦТ к краю площади опоры.
Чем больше
угол устойчивости, тем больше степень устойчивости.
Условия устойчивости тела
Слайд 57Осанка – привычная поза непринужденно, стоящего человека. Держит прямо голову
и туловище без активного напряжения мышц.
ОСАНКА
Слайд 58Виды осанки (по Аксенову)
1. Нормальная.
Степень выраженности лордозов и кифозов
равномерное.
Слайд 59Виды осанки (по Аксенову)
2. Выпрямленная.
Слабо выражены изгибы.
Слайд 60Виды осанки (по Аксенову)
3. Сутуловатая.
Большой шейный лордоз, маленький грудной кифоз
Слайд 61Виды осанки (по Аксенову)
4. Лордотическая.
Чрезвычайно развит поясничный лордоз.
Слайд 62Виды осанки (по Аксенову)
5. Кифотическая.
Особенно сильно развит грудной кифоз.
Слайд 63 Статические мышцы у ребенка растут медленнее динамических, поэтому детям труднее
длительно сохранять правильное положение тела, например во время уроков. Быстро
утомляясь, дети бессознательно стремятся освободить от нагрузки те или другие группы мышц туловища.
Это легко превращается в привычку и ведет сначала к нарушению осанки, а затем к ослаблению мышц спины и искривлению растущего и поэтому податливого к деформациям позвоночника.
Слайд 64Вопросы по лекции
Рычаг равновесия.
Рычаги силы и ловкости.
От чего зависит реальный
эффект действия мышц.
Классификация мышц.
Мышечная координация движений.
Пассивная мышечная недостаточность.
Активная мышечная недостаточность.
Виды
работы мышц.
Парадоксальная работа мышц.
Кинематические цепи. Понятие. Виды.
Центр тяжести человека.
Виды устойчивости. Условия устойчивости. Площадь опоры.
Понятие об осанке. Виды осанки.
Слайд 65Литература
Основная литература:
Привес М.Г. Анатомия человека. 2009. – 720 с.
Анатомия человека.
Под ред. М.Р. Сапина. 2001. Том. 1. – 632 с.
Дополнительная
литература
Дубровский В.И., Федорова В.А. Биомеханика: Учебник для ВУЗов. 2008. - 669 с.
Кашуба В.А. Биомеханика осанки. 2003. - 279 с.
Васильева Л.Ф. Мануальная диагностика и терапия. Клиническая биомеханика и патобиомеханика. 1999. - 400 с.
Зациорский В. М. Аруин А. С. Селуянов В. Н. Биомеханика двигательного аппарата человека. 1981. – 143 с.
Уткин В. Л. Биомеханика физических упражнений. М.: «Просвещение» 1989. – 210 с.