Специфічні особливості біомеханіки як науки

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Специфічні особливості біомеханіки як науки

Алешко Марина

ВСТУП

Біомеханіка - розділ природничих наук, що вивчає на основі моделей і методів механіки механічні властивості живих тканин, окремих органів, або організму в цілому, а також відбуваються в них механічні явища.

Біомеханіка людини - складова частина прикладних наук, яка вивчає статику і руху людини.

Біомеханічні дослідження охоплюють різні рівні організації живої матерії: біологічні макромолекули, клітини, тканини, органи, системи органів, а також цілі організми та їх спільноти.

Найчастіше об'єктом дослідження цієї науки є рух тварин і людини, а також механічні явища в тканинах, органах і системах. Під механічним рухом розуміється рух всієї біосистеми в цілому, а також рух окремих частин системи щодо один одного - деформація системи. Всі деформації в биосистемах пов'язані з біологічними процесами, які відіграють вирішальну роль в рухах тварин і людини. Це скорочення м'язи, деформація сухожилля, кістки, зв'язок, фасцій, руху в суглобах.

Окремим напрямком біомеханіки є біомеханіка дихального апарату, його еластичне і нееластичне опір, кінематика (тобто геометрична характеристика руху) і динаміка дихальних рухів, а також інші сторони діяльності дихального апарату в цілому і його частин (легенів, грудної клітки); біомеханіка кровообігу вивчає пружні властивості судин і серця, гідравлічний опір судин току крові, поширення пружних коливань по судинній стінці, рух крові, роботу серця і ін.

ВИТОКИ БІОМЕХАНІКИ

У цій статті або розділі є надлишок цитат або занадто довгі цитати. Зайві і надмірно великі цитати слід узагальнити і переписати своїми словами. Можливо, ці цитати будуть більш доречні в Вікіцитати або в Вікіджерела. Біомеханіка - одна з найстаріших гілок біології. Її джерелами були роботи Аристотеля, Галена, Леонардо да Вінчі . У своїх природничо-наукових працях «Частини руху і переміщення тварин», Аристотель заклав основу того, що в подальшому, через 2300 років назвуть наукою біомеханікою. У своїх наукових трактатах він властивої йому мисленням описує тваринний світ і закономірності руху тварин і людини. Він писав про частинах тіла, необхідних для переміщення в просторі (локомоції), про довільних і мимовільних рухах, про мотивацію рухів тварин і людини, про опір навколишнього середовища, про циклічність ходьби і 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 світоглядом античного часу, Гален розумів цілісність організму. Він писав: «У загальній сукупності частин, все знаходиться у взаємній згоді і ... все сприяє діяльності кожної з них». Вивчення нервів дозволило Галену зробити висновок про те, що нерви по своєї функціональної особливості діляться на три групи: ті, що йдуть до органів почуттів, виконують функцію сприйняття, що йдуть до м'язів відають рухом, а йдуть до органів охороняють їх від пошкодження. Основна його праця - Про призначення частин людського тіла. Гален експериментально показав, що кінцівку поперемінно то згинається внутрішніми, то розгинається зовнішніми м'язами. Так, описуючи п'яту м'яз, найбільшу, на його думку, з усіх м'язів тіла, що приводить стегно і складається з великої, середньої і малої м'язів, що прикріплюються до внутрішніх і заднім частинам стегнової кістки і низхідній вниз 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 нижньої порцією волокон, що йдуть від лобкової кістки, до чого приєднується ще легке обертальний рух всередину. Вище за них лежать волокна призводять стегно всередину точно так же, як самі верхні призводять і в той же час кілька піднімають стегно » . На розвиток механіки в середні століття мали істотний вплив дослідження Леонардо да Вінчі (1452-1519 р) по теорії механізмів, тертя та інших питань. Вивчаючи функції органів, він розглядав організм як зразок «природної механіки». Вперше описав ряд кісток та нервів, особливу увагу приділяв проблемам порівняльної анатомії, прагнучи ввести експериментальний метод і в біологію. Цей великий художник, математик, механік і інженер вперше висловив найважливішу для майбутньої біомеханіки думка: «Наука механіка тому настільки благородна і корисна більш всіх інших наук, що всі живі тіла, що мають здатність до руху, діють за її законами». Він не тільки описав топографію м'язів, але і значення кожного м'яза для руху тіла.

ВИНИКНЕННЯ БІОМЕХАНІКИ ЯК НАУКИ

Засновником науки біомеханіки по праву вважається Джованні Бореллі, італійський натураліст. Професор університетів в Мессіні (1649) і Пізі (1656). Крім робіт в галузі фізики, астрономії і фізіології, він розробляв питання анатомії та фізіології з позицій математики і механіки. Він показав, що рух кінцівок і частин тіла у людини і тварин при піднятті важких предметів, ходьбі, бігу, плаванні можна пояснити принципами механіки, вперше витлумачив рух серця як м'язове скорочення, вивчаючи механіку руху грудної клітини, встановив пасивність розширення легенів. Найбільш відома праця вченого «Рух тварин» Його вчення засноване на твердих біомеханічних принципах, у своїй роботі він описав принципи м'язового скорочення і вперше представив математичні схеми руху. Він вперше використовує біомеханічну модель для пояснення руху в біомеханічної системі. Новий поштовх розвитку біомеханіки був пов'язаний з винаходом методу кінофотос'емкі руху людини. Французький фізіолог, винахідник і фотограф. Етьєнн Марей (1830-1904) вперше застосував кінофотос'емку для вивчення рухів людини. Так само вперше їм був застосований метод нанесення маркерів на тіло людини - прототип майбутньої циклографию. Важливою віхою в історії біомеханіки з'явилися виконані Е. Майбріджем (1830-1904) (США) цикли фотографій, знятих декількома камерами з різних точок зору. Серія фотографій ( «Галопуюча кінь», 1887), показала надзвичайну красу пластики реальних рухів. З тих пір кінофотос'емка застосовується для аналізу рухів як один з основних методів біомеханіки. Початок аналізу руху людини був покладений братами Вебер (1836) в Німеччині. Перший тривимірний математичний аналіз людської ходи проведено Вільгельмом Брауном і його студентом Отто Фішером в 1891 році. Методологія аналізу ходьби не змінилася в сьогоднішній день.

Рис. 1

Біомеханіка людини - комплексна наука. Вона включає в себе найрізноманітніші знання інших наук, таких як механіка і математика, функціональна анатомія і фізіологія, вікова анатомія і фізіологія, педагогіка і теорія фізичної культури. Рухи частин тіла людини представляють собою переміщення в просторі і часі, які виконуються в багатьох суглобах одночасно і послідовно. Рухи в суглобах за своєю формою і характером дуже різноманітні, вони залежать від дії безлічі прикладених сил. Всі рухи закономірно об'єднані в цілісні організовані дії, якими людина управляє за допомогою м'язів. З огляду на складність рухів людини, в біомеханіки досліджують і механічну, біологічну їхнього боку, причому обов'язково в тісному взаємозв'язку.

Метод біомеханіки - системний аналіз і системний синтез рухів на основі кількісних характеристик, зокрема кібернетичне моделювання рухів.

Клінічна біомеханіка.

Клінічна (медична) біомеханіка є складовою частиною медичних наук: ортопедії, травматології, протезування, реабілітології (лікувальної фізкультури), педіатрії, фізіології і мн. інших. Клінічна біомеханіка - науковий напрям, в якому з позицій механіки і загальної теорії управління за допомогою спеціалізованих методів дослідження вивчається рухова активність людини в нормі та патології. Основні розділи: Біомеханіка нормальної і патологічної ходьби. Біомеханіка скелетної травми Біомеханіка великих суглобів. Біомеханіка хребта біомеханіка стопи Досліджувані явища: Ходьба людини - філогенетично древня добре автоматизована і циклічна локомоція. Вивчення аналізу ходьби зручно тим, що в її здійсненні бере участь весь опорно-руховий апарат. Це дає можливість досліджувати функцію будь-яких його відділів, включаючи верхні кінцівки і хребет. Основна стійка - положення і руху загального центру маси тіла (при стоянні обстежуваного на спеціальній платформі - метод Стабілометр). Статичні положення. Інформація про кінцевих положеннях дозволяє оцінити взаимоположение сегментів тіла і визначити амплітуду рухів. Наприклад, оцінка форми хребта проводиться в трьох площинах - фронтальній, сагітальній і горизонтальній. Оцінюється нахил таза в сагітальній та фронтальній площинах, нахил надплечий у фронтальній площині. Співвідношення тазового і плечового пояса оцінюється у фронтальній і горизонтальній площинах. Крім того, у фронтальній площині оцінюється нахил надплечий щодо таза, а в горизонтальній - розворот надплечий щодо таза. Іншим прикладом статичного положення є лежаче положення.

Основні методи дослідження: іхнометрія - вимір просторових характеристик кроку; подометрія - вимірювання часових характеристик кроку; гоніометрія - вимір кінематичних характеристик рухів в суглобах; динамометрія - реєстрація реакцій опори; електроміографія - реєстрація поверхневої ЕМГ; стабілометра - реєстрація положення і рухів загального центру тиску на площину опори при стоянні. Завдання і зміст спортивної біомеханіки (біомеханіка спорту) Як самостійна наукова дисципліна біомеханіка фізичних вправ збагачує теорію фізичного виховання, досліджуючи одну зі сторін фізичних упражненій-техніку. Разом з тим, біомеханіка фізичних вправ безпосередньо використовується в практиці фізичного виховання. Як навчальний предмет біомеханіка містить головні положення вчення про рухи, узагальнений і систематизований досвід вивчення загальних об'єктивних закономірностей. Об'єкт пізнання біомеханіки - рухові дії людини як системи взаємно пов'язаних активних рухів і положень його тіла. Завданнями спортивної біомеханіки є: вивчення особливості техніки видатних спортсменів; визначення раціональної організацій дій; розробка методичних прийомів освоєння рухів, методи технічного самоконтролю і вдосконалення техніки. Біомеханіка фізичних вправ ділиться на загальну, диференціальну і приватну. Загальна біомеханіка вирішує теоретичні проблеми і допомагає дізнатися, як і чому людина рухається. Цей розділ біомеханіки дуже важливий для практики фізичного виховання і спорту. Диференціальна біомеханіка вивчає індивідуальні та групові особливості рухових можливостей і рухової діяльності. Вивчаються особливості, що залежать від віку, статі, стану здоров'я, рівня фізичної підготовленості, спортивної кваліфікації і т. П. Приватна біомеханіка розглядає конкретні питання технічної та тактичної підготовки в окремих видах спорту і різновидах масової фізкультури. У тому числі в оздоровчому бігу і ходьбі, загально-розвиваючих гімнастичних вправах, ритмічної гімнастики на суші (аеробіка) і в воді (акваробіка) і т. П. Основне питання приватної біомеханіки - як навчити людину правильно виконувати різноманітні рухи або як самостійно освоїти культуру рухів. Біомеханіка займає особливе положення серед наук у фізичному вихованні і спорті. Вона базується наанатомії, фізіології і фундаментальних наукових дисциплінах - фізиці (механіці), математики, теорії управління. Взаємодія біомеханіки з біохімією, психологією і естетикою дало життя нових наукових напрямків, які, ледь народившись, вже приносять велику практичну користь. У їх числі «псіхобіомеханіка», енергостатіческіе і естетичні аспекти біомеханіки.

Інженерна біомеханіка.

Складова частина медико-біологічної науки протезобудування.

Спортивна біомеханіка (Біомеханіка спорту) - розділ біомеханіки, що вивчає техніку виконання спортивних рухових дій.

Біомеханіка трудових дій і робочих поз Складова частина науки ергономіка (гігієна праці).

Теоретична біомеханіка - наука, заснована на застосуванні математичної методології і математичного апарату.

Комп'ютерна біомеханіка Одним з відгалужень теоретичної біомеханіки є комп'ютерна біомеханіка, комп'ютерне моделювання. Вона інтенсивно розвивається, поповнюючи теоретичну біомеханіку новими знаннями. біомеханіка природничий іхнометрія

Театральна біомеханіка Як театральний, термін був введений В. Е. Мейєрхольдом в його режисерську і педагогічну практику на початку 1920-х рр. для позначення нової системи підготовки актора. «Біомеханіка прагне експериментальним шляхом встановити закони руху актора на сценічному майданчику, опрацьовуючи на основі норм поведінки людини тренувальні вправи гри актора». (В. Е. Мейєрхольд.) Театральна біомеханіка в своїй теоретичній частині, з одного боку, спиралася на психологічну концепцію У. Джемса (про первинність фізичної реакції по відношенню до реакції емоційної), на рефлексологію В. М. Бехтерева і експерименти І. П . Павлова. З іншого боку, біомеханіка представляла собою застосування ідей американської школи організації праці послідовників Ф. У. Тейлора в сфері акторської гри (т. Зв. «Тейлорізацію театру»): «Оскільки завданням гри актора є реалізація певного завдання, від нього вимагається економія виразних засобів , яка гарантує точність рухів, що сприяють якнайшвидшої реалізації завдання ». (В. Е. Мейєрхольд.) Біомеханіка Мейєрхольда тісно переплелася з наукової біомеханікою, яку створював в Центральному інституті праці А. К. Гаст . У практичній частині розробки біомеханічних вправ для актора використовувався досвід минулого театру: сценічна техніка комедії дель арте, методи гри Е. Дузе, С. Бернар, Дж. Грассо, Ф. Шаляпіна, Ж. Коклена і ін. Біомеханічна техніка протиставлялася іншим школам акторської гри : «нутра» і «переживання», вела від зовнішнього руху до внутрішнього. Актор-біомеханіст по Мейєрхольда повинен був володіти природною здатністю до рефлекторної збудливості і фізичним благополуччям (точним окоміром, координацією руху, стійкістю і т. Д.). Створені Мейєрхольдом тренувальні біомеханічні етюди мали загальну схему: «відмова» - рух, протилежне мети; «Ігрове ланка» - намір, здійснення, реакція. «Біомеханіка є найперший крок до виразного руху» (С. М. Ейзенштейн).

СУЧАСНИЙ ЕТАП РОЗВИТКУ БІОМЕХАНІКИ

Творцем теоретичної основи сучасної біомеханіки - вчення про рухової діяльності людини і тварин - можна по праву вважати Миколи Олександровича Бернштейна (1896-1966) . Створена Бернштейном теорія багаторівневого управління рухами, втому числі локомоциями людини, поклала початок розвитку нових принципів розуміння життєдіяльності організму. Поставивши в центр уваги проблему активності організму по відношенню до середовища, Бернштейн об'єднав біомеханіку і нейрофізіологію в єдину науку фізіологію рухів . Поняття Н. А. Бернштейна про рухової задачі як психічної основі дій людини відкрило шляху вивчення вищих рівнів свідомості в рухової діяльності людини. Зазнали докладної розробці питання формування, будови та рішення рухової завдання. Ці питання стали розглядатися в тісному зв'язку з будовою рухового складу дії як системи рухів . Ряд робіт Бернштейна присвячений вивченню динаміки м'язових сил і іннерваціонной структури рухових актів. Він вніс корінні удосконалення в техніку реєстрації і аналізу рухів (кімоціклограмма, ціклограмметрія). Деякі ідеї, висловлені Бернштейном в 30-х рр., Передбачили основні положення кібернетики. Бернштейна належить одна з перших чітких формулювань поняття зворотного зв'язку в фізіології, а також ідея по-рівневої організації рухів. У зв'язку з недостатністю поняття «рефлекторної дуги» для пояснення рухових актів Бернштейн ввів поняття «рефлекторного кільця», засноване на трактуванні всієї системи відносин організму з середовищем як безперервного циклічного процесу. У 1926 р Н. А. Бернштейном на основі досліджень в біомеханічної лабораторії Центрального інституту праці було видано «Загальна біомеханіка» як перша частина «Основ вчення про рухи людини». Важливо відзначити, що в підручнику «Фізіологія людини», виданому в 1946 р (за ред. М. Е. Маршака), вже повністю представлено вчення Н. А. Бернштейна про координацію рухів, без якого годі й уявити сучасну біомеханіку.

Размещено на Allbest.ru