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 3Литература
Основная литература:
Привес М.Г. Анатомия человека. 2009. – 720 с.
Анатомия человека.
Под ред. М.Р. Сапина. 2001. Том. 1. – 632 с.
Дополнительная
литература
Зациорский В. М. Аруин А. С. Селуянов В. Н. Биомеханика двигательного аппарата человека. 1981. – 143 с.
Дубровский В.И., Федорова В.А. Биомеханика: Учебник для ВУЗов. 2008. - 669 с.
Уткин В. Л. Биомеханика физических упражнений. М.: «Просвещение» 1989. – 210 с.
Васильева Л.Ф. Мануальная диагностика и терапия. Клиническая биомеханика и патобиомеханика. 1999. - 400 с.
Кашуба В.А. Биомеханика осанки. 2003. - 279 с.
Слайд 4Данные 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.
Слайд 5
“...Пусть книга о началах механики предшествует твоим исследованиям тела, дабы
ты мог каждое положение анатомии объяснить с геометрической ясностью”
Леонардо да
Винчи
Слайд 6 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 7Основные 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 8РЫЧАГ
То – точка опоры или точка вращения
Fd - сила мышечного
сокращения
Ft - точка приложения противодействующей силы или силы тяжести
Fd
То
Ft
Слайд 9Плечо силы
Плечо силы – это кратчайшее расстояние от точки опоры
до линии действия силы:
LFd – плечо действующей силы
LFt
– плечо противо-действующей силы
Слайд 10
– величина, характеризующая вращательный эффект силы при действии ее на
рычаг.
M = F×L
где
F – сила,
L – плечо силы
МОМЕНТ СИЛЫ
Слайд 11Свойства рычага
Условие равновесия рычага:
Σ М = О
или MFt = MFd
При движении:
это равенство нарушается и рычаг
вращается в направлении той силы, момент которой больше
чем больше момент силы, тем больше эффект действия мышцы
Слайд 12
Виды рычагов
РЫЧАГ 1 РОДА= РАВНОВЕСИЯ
Двуплечий
(точки приложения сил располагаются
по разные стороны от точки опоры)
Слайд 13
РЫЧАГ СИЛЫ
РЫЧАГИ 2 РОДА
Одноплечие
(точки приложения сил располагаются по одну
сторону от точки опоры)
РЫЧАГ СКОРОСТИ = ЛОВКОСТИ
Виды рычагов
Слайд 14
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 15РЫЧАГ 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 16То – головки плюсневых костей
Fd – направление действующей силы
Ft –
направление силы тяжести
LFt, LFd – плечи сил
LFd >LFt, следовательно, MFd
> MFt
выигрыш - в силе
минус - в малой амплитуде и в скорости движения.
РЫЧАГ СИЛЫ (2 РОДА)
Слайд 17выигрыш - 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
LFd
Слайд 18ФАКТОРЫ, 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 19Сила мышцы, имеющей площадь поперечного сечения 1 см2 примерно равна
10 кг
Для сгибателей предплечья – около 160 кг
Для сгибателей бедра
– около 540 кг
Слайд 20Для 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 212. Количество моторных единиц, участвующих в сокращении.
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РЕАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ
ДЕЙСТВИЯ МЫШЦ
Для включения большого количества моторных единиц необходимы следующие условия:
замах
при этом мышца растягивается, следовательно, раздражается больше нервных волокон и больше моторных единиц «включается» в сокращение
Слайд 222. 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 232. 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 24ФАКТОРЫ, 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 25У 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 26ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РЕАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ДЕЙСТВИЯ МЫШЦ
4. Величина плеча действующей силы
Чем меньше длина плеча, тем большую силу нужно приложить для
оптимального момента вращения.
Слайд 275. 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 28Функциональные группы мышц
АГОНИСТЫ – одна или несколько мышц в каждой
функциональной мышечной группе выполняют основную функцию
Слайд 29СИНЕPГИСТЫ - мышцы одного сустава, которые осуществляют функцию в одном
направлении
Функциональные группы мышц
Слайд 30АНТАГОНИСТЫ - мышцы одного сустава, которые осуществляют работу в противоположных
направлениях.
Функциональные группы мышц
Слайд 31Деление 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 321. Односуставные мышцы
По отношению к суставам:
m. deltoideus
m. brachialis
Слайд 332. Многосуставные мышцы
По отношению к суставам:
m. biceps brachii
m. quadriceps
femoris
Слайд 34Пассивная мышечная недостаточность
неспособность мышц выполнять движения по причине предельно
растянувшихся мышц антагонистов
Слайд 35Активная 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 36Мышечная 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 37Виды работы мышц
Уступающая
(динамическая с отрицательным эффектом)
мышца, оставаясь напряженной,
постепенно расслабляется, уступая действию силы тяжести либо действию того или
иного сопротивления.
Слайд 38Виды работы мышц
при которой мышца преодолевает тяжесть данного звена тела
либо то или иное сопротивление и производит работу
Преодолевающая
(динамическая с положительным
эффектом)
Слайд 39Виды работы мышц
Удерживающая
(статическая)
происходит уравновешивание действия сопротивления, в результате чего движение
отсутствует
Слайд 40Парадоксальное действие мышц
Односуставные мышцы вызывают движения только в одном суставе,
однако косвенным путем они вызывают движения в суставах, расположенных дистально
и/или проксимально по отношению к данному суставу.
Например, при сгибании в локтевом суставе одновременно происходит небольшое разгибание в плечевом.
Слайд 41Любое тело свободно перемещается в пространстве, обладает шестью степенями свободы:
1.
вверх и вниз
2. вперед и назад
3. вправо и влево
Кинематические цепи
Если
тело закреплено в одной точке, то оно не может совершать поступательного движения, но может вращаться относительно 3-х осей, т.е. имеет три степени свободы.
Если тело закреплено в двух точках, то оно имеет одну степень свободы и может вращаться вокруг одной оси.
Слайд 42Кинематические цепи
3 степени свободы – шаровидные и плоские суставы;
2 степени
свободы – элипсовидные и седловидные суставы;
1 степень свободы – цилиндрические
и блоковидные суставы.
Слайд 43Кинематические 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 44
3
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 45
Закрытая 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 46Постоянно закрытая кинематическая цепь
Грудная клетка человека состоит из 72 костных
и хрящевых элементов, связанных подвижно в 104 точках
ЗКЦ не может
разомкнуться
Слайд 47
ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ
геометрическая точка тела, через которую проходит равнодействующая всех
сил тяжести, действующих на тело при любом его положении в
пространстве.
Слайд 48ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ
ОЦТ находится в полости таза на 2,5 см ниже
мыса крестца и на 4-5 см выше фронтальной оси тазобедренных
суставов, 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 49Расположение ОЦТ определяют:
1. Возраст:
новорожденные – Th5-6
2 года – L1
5
лет - L3
Слайд 50Расположение ОЦТ определяют:
2. Пол
мужчины –
L5 (L3-S5);
женщины –
S1 (L5
– Co1).
Слайд 51Расположение ОЦТ определяют:
3. Конституция,
физическое развитие.
Слайд 52Расположение ОЦТ определяют:
4. Положение тела
Слайд 535. Фазы дыхания, перистальтика кишечника
Расположение ОЦТ определяют:
Слайд 54Виды 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 552. Неустойчивое
ОЦТ выше площади опоры.
Если тело вывести из равновесия,
оно падает под действием силы тяжести.
Виды равновесия тела
Слайд 56Условия устойчивости тела
1. Достаточная площадь опоры
Слайд 57Условия устойчивости тела
2. Высота расположения ОЦТ
чем ниже, тем больше устойчивость
Слайд 583. Вертикаль из ОЦТ должна падать на площадь опоры
чем
ближе к центру, тем больше устойчивость
Условия устойчивости тела
Слайд 59УГОЛ 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 60Осанка – привычная поза непринужденно, стоящего человека. Держит прямо голову
и туловище без активного напряжения мышц.
ОСАНКА
Слайд 61Виды осанки (по Аксенову)
1. Нормальная.
Степень выраженности лордозов и кифозов
равномерное.
Слайд 62Виды осанки (по Аксенову)
2. Выпрямленная.
Слабо выражены изгибы.
Слайд 63Виды осанки (по Аксенову)
3. Сутуловатая.
Большой шейный лордоз, маленький грудной кифоз
Слайд 64Виды осанки (по Аксенову)
4. Лордотическая.
Чрезвычайно развит поясничный лордоз.
Слайд 65Виды осанки (по Аксенову)
5. Кифотическая.
Особенно сильно развит грудной кифоз.
Слайд 66 Статические мышцы у ребенка развиваются и растут медленнее динамических, поэтому
детям труднее, чем взрослым, длительно сохранять правильное положение тела при
стоянии или сидении, 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.