Биомеханика (Biomechanic)

Содержание

Глава 15 биомеханика локомоций (движений) человека. Виды локомоций. Возрастная биомеханика

Локомоции организма — одно из проявлений жизнедеятельности, обеспечивающие возможность активного взаимодействия с окружающей средой.

Локомоции (от лат. locus — место и motio — движение) — совокупность согласованных движений животных и человека, вызывающих активное их перемещение в пространстве; важнейшее приспособление к обитанию в разнообразных условиях среды.

К локомоциям человека относят ходьбу, бег, прыжки, плавание и др. В процессе эволюции локомоции менялись и усложнялись. Каждый вид локомоции имеет множество разновидностей. Например, различают ходьбу обычную и спортивную; бег на короткие, средние и длинные дистанции и т. д. Локомоциям свойственны индивидуальные особенности.

Локомоции (движения) человека представляют собой результат сокращения скелетных мышц, обеспечивающих поддержание позы, перемещение отдельных частей тела или всего тела в пространстве,

При классификации движений учитывают характер достигаемой позиции частей тела (сгибание, разгибание и др.), функциональное назначение (ориентировочные, защитные и др.) или их механические свойства (например, вращательные).

У человека движения контролируются центральной нервной системой (ЦНС); она направляет деятельность органов движения на выполнение той или иной задачи, реализуемой в последовательных мышечных сокращениях. Эту форму двигательной активности называют произвольными, или сознательными движениями, а согласованную деятельность мышечных групп при осуществлении двигательного акта — координацией движений.

Координация движений — непременное условие ловкости, силы, быстроты, выносливости человека.

Двигательные реакции бывают простыми (например, отдергивание руки при прикосновении к горячему предмету) и сложными — серия последовательных движений, направленных на решение определенной двигательной задачи. Примером сложных движений могут служить локомоции — движения скелетно-мышечной системы, обеспечивающие перемещение тела в пространстве (ходьба, бег, плавание, прыжки и т. п.). К наиболее сложным движениям относятся так называемые специальные движения — трудовые, спортивные, танцевальные и др.

В формировании, регуляции и исполнении произвольной двигательной реакции — сложном, многоступенчатом процессе — участвуют все уровни нервной системы (спинной мозг, различные образования головного мозга, периферические нервы (см. рис. 2.16), а также опорно-двигательный аппарат (ОДА) — непосредственный исполнитель произвольных движений (см. рис. 2.14, 2.15).

Опорно-дигательный аппарат (ОДА) составляют кости скелета с суставами, связками и мышцами с сухожилиями, которые наряду с движениями обеспечивают опорную функцию организма, позволяя ему, например, надежно стоять на ногах, выдерживая при этом тяжесть собственного тела. Кости и суставы участвуют в движениях пассивно, подчиняясь действию мышц, но играют ведущую роль в осуществлении опорной функции. Определенная форма и строение костей придают им большую прочность, запас которой на сжатие, растяжение, изгиб значительно превышает нагрузки, возможные при повседневной работе ОДА. Например, большеберцовая кость человека при сжатии выдерживает нагрузку весом более тонны, а по прочности на растяжение почти не уступает чугуну. Большим запасом прочности обладают также связки и хрящи суставов.

Движения проявляются в виде изменения положения сустава (или суставов) под влиянием сокращения скелетных мышц, служащих как бы двигателями для каждого сустава, или осуществляются без участия костно-суставного аппарата одними мышцами (мимические движения, моргание, движения языка и др.). Скелетные мышцы осуществляют как статическую деятельность, фиксируя тело в определенном положении, так и динамическую, обеспечивая перемещение тела в пространстве, отдельных его частей относительно друг друга. Оба вида мышечной деятельности тесно взаимодействуют, дополняя друг друга: статическая деятельность обеспечивает исходный фон для динамической. Как правило, положение сустава изменяется с помощью нескольких мышц разнонаправленного, в том числе противоположного действия. Состояние, при котором все мышцы сустава равномерно расслаблены и не вызывают движений, называют физиологическим покоем (рис. 15.1), а положение сустава при этом — средним физиологическим положением. Сложные движения сустава наполняются согласованным, одновременным или последовательным сокращением мышц ненаправленного действия. Согласованность (координация) особенно необходима для выполнения двигательных актов, в которых участвуют многие суставы (например, бег на лыжах, плавание и т. д.).

Рис. 15.1. Среднее физиологическое положение конечностей:

а — верхние конечности; б— нижние конечности

В свете современных представлений о механизмах координации движений, мышцы — не только исполнительный двигательный аппарат, но и своеобразный орган чувств. В мышечном веретене и сухожилиях имеются специальные нервные окончания — рецепторы, которые посылают импульсы к клеткам различных уровней ЦНС. В результате между нею и мышцами создается замкнутый цикл: импульсы от различных образований ЦНС, идущие по двигательным нервам, вызывают сокращения мышц, а импульсы, посылаемые рецепторами мышц, информируют ЦНС о каждом элементе и моменте движений. Циклическая система связей обеспечивает точное управление движениями и их координацию. Хотя в управлении движениями скелетных мышц при осуществлении двигательных актов участвуют различные отделы ЦНС, ведущая роль в обеспечении их взаимодействия и постановке цели двигательной реакции принадлежит коре больших полушарий головного мозга, особенно при совершении сложных движений. В коре больших полушарий двигательная и чувствительная зоны образуют единую систему, при этом каждой мышечной группе соответствует определенный участок этих зон (рис. 15.2). Подобная взаимосвязь позволяет точно выполнять движения, соотнося их с действующими на организм факторами окружающей среды. Схематически управление произвольными движениями может быть представлено следующим образом. Задачи и цель двигательного действия формируются мышлением, что определяет направленность внимания и усилий человека. Мышление и эмоции аккумулируют и направляют эти усилия. Механизмы высшей нервной деятельности формируют взаимодействие психофизиологических механизмов управления движениями на различных уровнях. На основе взаимодействия и постоянного обмена информацией различных нервных образований и ОДА обеспечиваются развертывание и коррекция двигательной активности. Большую роль в осуществлении двигательной реакции играют анализаторы (рис. 15.3, схема 15.1). Двигательный анализатор обеспечивает динамику и взаимосвязь мышечных сокращений, участвует в пространственной и временной организации двигательного акта.

Рис. 15.2. Двигательные области коры головного мозга. Большая часть

вторичной двигательной области расположена на медиальной

поверхности коры, которая изданном рисунке не видна

Анализатор равновесия (вестибулярный анализатор) взаимодействует с двигательным при изменении положения тела в пространстве. Зрение и слух, активно воспринимая информацию из окружающей среды, участвуют в ориентировке и коррекции двигательных реакций.

Рис. 15.3. Корковые анализаторы большого мозга человека

и их функциональная связь с различными органами:

1 — периферическое звено; 2 — проводниковое; 3 — центральное, или корковое; 4 — интерцептивный; 5 — двигательный; 6 — вкусовой и обонятельный; 7 — кожный; 8 — слуховой; 9 — зрительный

Схема 15.1. Классификация рецепторов (анализаторов)

Развитие двигательной активности и координации движений . Двигательная активность и координация движений у новорожденного далеко не совершенна. Набор движений весьма ограничен и носит безусловно-рефлекторный характер. В этом возрасте выражен плавательный рефлекс, максимальное проявление его наблюдается к 40-му дню, и в воде ребенок способен совершать движения и держаться на воде до 10—15 мин. Но ребенка необходимо поддерживать за голову, так как его мышцы шеи еще очень слабы (он еще не держит голову). В дальнейшем безусловные рефлексы угасают, а им на смену формируются различные двигательные навыки (рис. 15.4).

Рис. 15.4. Схема развития статических и двигательных функций у грудного ребенка

Развитие движений у ребенка обусловлено не только развитием ОДА и ЦНС, но и тренировкой (применение гимнастических упражнений, игр, закаливания и т. д.). Естественные локомоции (ходьба, лазание, игры, бег, прыжки и др.) и их координация формируются у детей до 2—5 лет. При этом большое значение имеют систематические занятия гимнастикой, играми, особенно в первый год жизни ребенка. Следует отметить, что координационные механизмы и в дошкольном возрасте еще несовершенны.

Формирование координационных механизмов движений заканчивается к подростковому возрасту. При систематических тренировках происходит совершенствование движений и их координация.

В старшем школьном возрасте пропорции тела уже приближаются к показателям взрослых (рис. 15.5). К 14—16 годам появляются зоны окостенения в эпифизарных хрящах, в межпозвоночных дисках. В 16 лет замедляется рост у девушек, а у юношей — в 17— 18 лет (рис. 15.6, 15.7, 15.8).

Что такое биомеханика?

Часто в описаниях тренажёров можно встретить, в качестве преимущества, указание на естественную биомеханику движений. Не реже попадается это мудрёное слово и в статьях о методиках тренировки, адресованных продвинутым спортсменам. Однако, многие любители фитнеса остаются в недоумении — о чём вообще идёт речь?

Именно в этом мы сегодня и будем разбираться. Что такое биомеханика? Что необходимо о ней знать? Почему это столь важно для эффективных и безопасных тренировок? Ниже — подробные ответы на эти, и другие вопросы.

Что такое биомеханика?

Если выражаться скучным языком науки, то биомеханика занимается изучением механических свойств человеческого организма, а также происходящих с ним процессов, используя методики и модели традиционной механики. А если проще?

Если проще, то задача биомеханики — выяснить, как наше тело совершает те или иные движения, почему оно совершает их именно таким образом, и как можно оптимизировать любое наше движение. Речь идёт, кстати, не только о работе суставов и мышц: биомеханика рассматривает, к примеру, и функционирование дыхательной системы.

В отличие от любого механизма, к организму человека природа, увы, не оставила никакой «инструкции по эксплуатации». Так что разобраться в поставленных вопросах — задача учёных.

Почему это важно в спорте и фитнессе?

Основных причин тому, что биомеханика так важна для спортсменов, две: это эффективность и безопасность. Рассмотрим их по отдельности.

Если движение, которое вы выполняете во время тренировки, является идеально правильным с точки зрения строения тела, то оно максимально эффективно. Эффективно сразу в двух смыслах. Во-первых, именно это — ключ к достижению максимального спортивного результата. Во-вторых, идеально правильное движение лучше всего развивает ваши мышцы, повышая коэффициент полезного действия тренировок.

А что насчёт безопасности?

Каким бы видом спорта вы ни занимались, организм находится под существенной нагрузкой — а, по мере роста вашего спортивного уровня, эта нагрузка растёт вплоть до экстремальной. Возникает и риск травм, и повышенный износ организма — мышц, суставов, связок, хрящей, костей.

Одинаково важно для любого тренинга

Следование оптимальной биомеханике в равной степени важно и для силового, и для кардиотренинга. С одной стороны, при силовом упражнении важно соблюдать правильную технику, потому что риск получения травмы весьма велик. С другой, кардиотренировка — это нагрузка на протяжении очень длительного времени, что также предъявляет высокие требования к правильности движений. К тому же, в этом случае выходит на важное место дыхательная система — это тоже часть биомеханики, как мы уже говорили выше.

Как добиться правильной биомеханики в тренировках?

Способа решения этой немаловажной задачи всего два, причём в большинстве случаев они не заменяют друг друга, а, скорее, дополняют.

Первый — это в совершенстве овладеть техникой того или иного упражнения. Здесь помогут опыт занятий спортом, руководство и советы грамотного тренера, а также постоянный самоконтроль. Именно поэтому в любом приличном спортивном зале обязательно установлены зеркала в количестве! Профессиональные спортсмены иногда даже используют замедленную съёмку своих тренировок, чтобы увидеть самые мелкие недочёты со стороны.

Второй путь к идеальной биомеханике каждого вашего движения в тренинге — разумеется, использование профессиональных тренажёров. Многие из них полностью контролируют траекторию движения, делая её идеально верной (это характерно для силовых тренажёров или, например, эллиптических и велоэргометров). Другие — минимизируют вред от возможных ошибок (например, беговые дорожки с продвинутой системой амортизации).

Как Life Fitness работает над соответствием тренажёров этим принципам?

Люди, которые разрабатывают тренажёры Life Fitness, применяют целый спектр оборудования и технологий, чтобы добиться идеальной, с точки зрения биомеханики, работы этих продуктов. В первую очередь, это кинематическая система захвата движения — схожая с той, которая давно используется при съёмках фильмов, и разработке видеоигр. Она позволяет отследить движения спортсмена, и оцифровать их для дальнейшего компьютерного анализа.

Применяется также система электромиографии, которая изучает работу мышц «изнутри». Как они сокращаются, под какой нагрузкой находятся, насколько включены в то или иное движение? Современные технологии позволяют определить это не «на глаз» или «по ощущениям», а абсолютно точно. И учесть полученные данные при разработке нового тренажёра.

На вооружении конструкторов Life Fitness есть и специальная система контроля дыхания, которая позволяет понять, сколько кислорода атлет потребляет при том или ином уровне и типе нагрузки. И это лишь часть возможностей компании!

Важно отметить, что биомеханические исследования используются не только во время конструирования новых тренажёров, но также и при разработке тренировочных программ, которые предустановлены в консолях Life Fitness.

В качестве заключения

Идеальное соответствие принципам биомеханики того, что вы делаете на тренировке — одна из важнейших целей, как вы могли убедиться из статьи. И добиться её можно, только сочетая собственные старания и внимание к деталям, с использованием настоящего профессионального оборудования.

Поэтому — не экономьте на тренажёрах! Выбирайте модели, создатели которых потратили время и силы на работу с человеческой биомеханикой. И, разумеется, чутко прислушивайтесь к советам профессиональных тренеров.

  • Доктор остеопатии Европы
  • Общий стаж работы мануальными техниками 20 лет
  • различные виды массажа: лечебный, спортивный, тайский, висцеральный, корректирующий, юмейхо-терапия)
  • преподаватель проф. ассоциации висцеральной терапии
  • преподаватель
    Института Остеопатии и Метавитоники

для студентов ИОМ — 20 000 ₽

до окончания скидки

Это курс создан в помощь талантливым и успешным выпускникам для получения звания Доктор Остеопатии Европы. Мы можем помочь с прохождением практики и сдачи экзамена в Европейском ВУЗе, где для этого не требуется медицинское образование.

Информация об Институте остеопатии и метавитоники Э. Нейматова

Документы на право ведения образовательной деятельности

Обучение в институте остеопатии и метавитоники формирует целостное видение,

способствует формированию высокой результативности,

а также подкрепляет эти знания дипломом!

Что такое Метавитоника?

МЕТАВИТОНИКА (meta — между, следование за чем либо, переход к чему либо; vitonica — жизненная сила, тонус) — это авторская оздоровительная система врача-остеопата, профессора Эдуарда Нейматова, рассматривающая человека единым связанным динамически подвижным организмом, где структура тела, метаболизм, эмоции, энергоинформационная сфера тесно переплетены и влияют друг на друга.

Метавитоника имеет фундаментальный научный подход, опирается на знания топографической анатомии, законов биомеханики, физиологии организма, базируется на последних научных разработках российских и зарубежных ученых, использует опыт восточного целостного подхода к здоровью, а в коррекции применяет остеопатические принципы бережной работы с телом.

Институт Остеопатии и Метавитоники Эдуарда Нейматова

Парк Победы (10 минут пешком)

Кутузовская (5 минут пешком)

Кутузовская МЦК (5 минут пешком)

Об учебном заведении

+7 (917) 528 18 21

Москва, Кутузовский пр, 36 корп 3

© 2020 ИОМ Э.М.Нейматова.

Все права защищены.

Заявка на подробную программу обучения

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных

Заявка на семинар

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных

Заявка на семинар

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных

Заявка на семинар

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных

Заявка на семинар

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных

Заявка на семинар

плечо и лопатка»

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных

Заявка на семинар

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных

Заявка на семинар

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных

Заявка на семинар

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных

Заявка на семинар

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных

Заявка на семинар

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных

Спасибо за обращение

Мы подготовим ответ на ваш вопрос и свяжемся с вами в ближайшее время

Эдуард Металлович Нейматов

30 лет практики

в сфере традиционной и нетрадиционной медицины

Документы об образовании

В 1986 году поступил и в 1992 году окончил 1-й лечебный факультет Московской медицинской академии им. И.М.Сеченова

С 1992г. по 1998г. последовательно работал ординатором, аспирантом, преподавателем, докторантом, на кафедре нелекарственных методов лечения и клинической физиологии ММА им. И.М.Сеченова, где в 1995г. защитил диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук, по специальности 14.00.18 – психиатрия и 14.00.13. – нервные болезни.

В 1998г. защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора медицинских наук, по специальности 14.00.13 – нервные болезни.

С декабря 1998г. по май 1999 г. работал главным специалистом врачом невропатологом Лечебно-диагностического объединения МЗ РФ.

С июня 1999 г. по сентябрь 2020 г. работал профессором кафедры нервных болезней Московского государственного медико-стоматологического университета.

Проходил курсы и циклы усовершенствования врачей: – по неврологии, социальной гигиене и организации здравоохранения, восстановительной медицины, рефлексотерапии, мануальной терапии.

Имеет высшую квалификационную категория по специальности «неврология» и действующие сертификаты по – организации здравоохранения и общественного здоровья, неврологии, восстановительной медицине, мануальной терапии.

Опубликовано – более 70 научных работ (в том числе восемь монографий и пять учебно-методических руководств.

Под его научным руководством шесть соискателей получили степень кандидатов медицинских наук и один — доктора медицинских наук. Является членом редколлегии нескольких медицинских журналов.

Приказом министра здравоохранения РФ от 10.06.02г № 1110-л — награжден нагрудным знаком «Отличник здравоохранения», и приказом министра здравоохранения РФот 31.05.04№ 697-л, награжден почетной грамотой МЗ РФ. Приказом министра МВД РФ от 27.12.10 № 1457 л/с — награжден нагрудным знаком «За содействие МВД России», и приказ министра внутренних дел от 30.12.11 №1840 л/с – награжден почетной грамотой МВД РФ.

С 23.09.10 по настоящее время Профессор кафедры интегративной медицины Первого МГМУ им. И.М. Сеченова

Правильная биомеханика тела

Законы механических движений в живых системах изучает наука под названием биомеханика тела. Она исследует сложные целостные системы, к которым относится человек. Каждое движение человека подчиняется всемирным законам физики. Но биомеханика является более сложной наукой, чем механика, изучающая неживые тела. Ведь контроль над телодвижениями осуществляется совместной работой таких частей и органов человека, как скелет, мышцы, вестибулярный аппарат, а также нервная система.

Биомеханика и медицина

Биомеханика тела в медицине занимается изучением таких важных систем, как костно-мышечная, нервная, а также вестибулярный аппарат. Они поддерживают равновесие человека, обеспечивают наиболее физиологичное положение тела в разных состояниях, таких как покой, ходьба, подъем тяжести, наклон, сидячее, стоячее, лежачее положение. Более того, данная наука изучает координацию усилий человека во время выполнения обыденных жизненных функций. Хорошая биомеханика тела на практике означает верную позицию человеческого тела на протяжении всего дня. Важно постоянно помнить о правильной биомеханике, а не только во время возникновений каких-либо болевых ощущений, тогда проблемы со здоровьем значительно сократятся.

Связь между биомеханикой и эргономикой

В медицине особое место занимает биомеханика тела. Эргономика также играет важную роль в здравоохранении. Данная наука занимается изучением перемещения грузов, а также разнообразных неживых предметов. Эргономика учитывает несколько важных факторов: выполняемую работу, самого пациента, окружающую обстановку, трудовую организацию, обучение, а также человека, который непосредственно работает. Все параметры должны быть релевантными и находиться под наблюдением. Работа считается эргономично выполненной, когда все вышеуказанные факторы оценены, степень риска определена и снижена таким образом, что исполнение поставленной задачи становится наиболее комфортным. В медицинских учреждениях крайне важно соблюдать законы биомеханики тела и эргономики. Тогда любые передвижения и перемещения пациента или различных неодушевленных предметов вручную станут максимально удобными, эффективными и безопасными.

Лучшее тату за этот год:  Татуировки Тигрр в стиле Реализм, Цветная Лопатки

Зачем медработнику нужны знания биомеханики тела?

Во всех лечебных учреждениях сотрудники время от времени ухаживают за тяжелобольными пациентами. Эта работа зачастую приводит к тому, что на организм воздействуют некоторые отрицательные факторы. В основном на медработников влияют тяжелые физические нагрузки, которые связаны с транспортировкой пациентов. Если во время перемещения больного сотрудник лечебницы обращается с ним не соответственно правилам, то это может привести к травмам позвоночника или к появлению болей в спине. Правильная биомеханика тела медицинской сестры позволит предотвратить возникновение различных проблем с позвоночником как у самой медсестры, так и у пациента. Чтобы обеспечить оптимальное положение тела, необходимо соблюдать определенные правила. Перед тем как начать перемещение больного, надо определить некоторые важные факторы. Медсестра обязана знать:

  • зачем надо переместить пациента;
  • в каком состоянии здоровья он находится в данный момент;
  • есть ли вспомогательные механические средства для перемещения;
  • если в транспортировке больного принимают участие несколько человек, то необходимо определить среди них руководителя, который будет давать команды.

Что важно помнить перед началом перемещения пациента?

В первую очередь больной должен находиться в безопасном и удобном положении. Персоналу лечебного учреждения необходимо занять положение, в котором будет соблюдаться равновесие в отношении веса пациента и направления его передвижения. Использование собственной массы тела поможет снять напряжение. Перед началом поднятия работники должны убедиться, что их ноги находятся в устойчивом положении. Далее нужно подойти к больному как можно ближе, держа спину прямо. Все сотрудники должны выполнять движения в одинаковом ритме. Кроме того, важно определить, кто именно из задействованного персонала будет исполнять наиболее трудную работу, а именно – удерживать бедра и туловище пациента. Если поднятие больного осуществляется без вспомогательных средств, то все сотрудники должны крепко взяться за руки. При этом лучше держаться за запястье коллеги, чем за его пальцы, тогда руки не расцепятся, даже если будут влажными.

Как нужно поднимать тяжести?

Перед тем как поднимать тяжелый груз, необходимо правильно расположить стопы. Они должны находиться на расстоянии тридцати сантиметров друг от друга. При этом одна стопа должна быть чуть выдвинута вперед. Такое положение ног позволяет достичь хорошей опоры и уменьшить риск потери равновесия или падения. Биомеханика тела медсестры при поднятии пациента имеет первостепенное значение. Перед тем как поднять больного, сестре нужно занять возле него такое положение, чтобы не возникало необходимости наклоняться вперед. Процесс подъема требует максимальной осторожности со стороны медработника. При поднятии пациента сестре необходимо прижимать его к себе. Кроме того, во время этого процесса сгибаются только колени, а туловище сохраняется в строго вертикальном положении. Медсестра не должна делать каких-либо резких или неосторожных движений, так как это может привести к получению различных травм пациентом.

Биомеханика в сидячем положении

Чтобы равномерно распределить массу тела, а также уменьшить нагрузку на поясницу, необходимо знать правила биомеханики в положении сидя. Колени должны находиться немного выше уровня бедер. Спину необходимо выпрямить, а мышцы живота – напрячь. При этом плечи нужно расправить и расположить симметрично бедрам. Если необходимо повернуться, то надо задействовать весь корпус, а не только грудь и плечи. Медицинской сестре в виду своей деятельности зачастую приходится сидеть и разворачиваться на стуле. Поэтому в первую очередь необходимо правильно выбрать рабочее кресло. Для этого нужно прислониться к спинке стула. Две трети длины бедер человека должны быть расположены на сиденье. Если высота и глубина рабочего места подобраны неправильно, то человек будет испытывать напряжение при касании пола стопами. В случае если стул не подходит работнику, необходимо его заменить или же пользоваться разнообразными приспособлениями, такими как подушки или подставки для ног.

Биомеханика в положении стоя

Правильная биомеханика тела в положении стоя также требует знания нескольких важных правил. В первую очередь человеку необходимо расслабить колени для свободного движения суставов. Стопы должны находиться на ширине плеч. Корпус нужно держать вертикально, напрягая мышцы пресса и ягодиц. Голову наклонять нельзя, так как подбородок должен находиться в горизонтальной плоскости (при этом снижается нагрузка на поясничный отдел позвоночника). Плечевой пояс должен быть расположен в одной плоскости с бедрами. Если человеку необходимо сделать поворот, то вначале следует развернуть ступни, а лишь потом и весь корпус. Ни в коем случае нельзя начинать разворачиваться с поясницы.

Три вида положения пациента

Биомеханика тела пациента зависит от положения, которое он занимает относительно постели. Позиция больного считается активной, когда он может самостоятельно и легко передвигаться, обслуживать себя и принимать любую удобную позу. Данное состояние характерно для человека с легким течением болезни. При пассивном положении пациент не в состоянии активно двигаться. Причиной такого состояния может быть угнетенное сознание, отравление, слабость и т. д. Таким образом больной требует помощи медперсонала, поскольку не всегда может самостоятельно передвигаться. Вынужденное положение человек занимает в том случае, когда хочет облегчить тяжелое состояние. Например, избавиться от кашля, уменьшить одышку или болевые ощущения. Такая позиция пациента характерна при острых воспалениях ЖКТ, плеврите или удушье. Сначала медсестра обязана определить, какое именно положение занимает больной относительно своей постели, а уже потом применять соответствующие правила биомеханики.

Пациент обездвижен – что делать?

Если больной находится в обездвиженном состоянии, то крайне важную роль для него играет биомеханика. Положение тела больного должно постоянно контролироваться персоналом. Медсестра обязана знать, что пациент не способен самостоятельно поменять позу и требует помощи со стороны персонала. Люди, у которых болезнь принимает столь тяжелую форму, рискуют получить нарушения в работе многих органов, систем, опорно-двигательных функций. Возможно появление пролежней (язвенных изменений кожи), контрактуры суставов (длительных ограничений в движении), а также гипотрофии мышц (истончения мышечных волокон). Размещая пациента, медсестра должна придавать ему функциональные позиции, которые способствуют физиологичному расположению всего тела, уменьшают риск появления потенциальных осложнений, связанных с длительной обездвиженностью. Применяя основные правила биомеханики, медсестра поможет больному избежать различных травм позвоночника или развития дополнительных заболеваний.

Поэтапное перемещение лежачего пациента

Сначала медицинская сестра должна оценить следующие факторы: подвижность больного, его мышечную силу, реакцию на услышанное. Далее необходимо поднять постель так, чтобы работа с пациентом стала максимально удобной для обеих сторон. Также следует убрать все лишние предметы (подушки, одеяла), которые могут помешать перемещению. В случае необходимости надо позвать на помощь санитарку, другую медсестру или врача. Перед началом работы с пациентом надо объяснить ему смысл предстоящей процедуры для успокоения человека и сотрудничества с его стороны. Постели нужно придать горизонтальное положение и зафиксировать ее. Чтобы понизить риск инфицирования, медсестра работает в перчатках. Биомеханика тела должна быть соблюдена, поэтому медсестра обязана проверять правильность расположения тела больного. Спина пациента должна находиться в прямом положении. Исключаются всевозможные искривления или напряжение. Также медсестре нужно выяснить, комфортно ли больному в его положении.

Важность биомеханики

Чтобы сохранить тело в вертикальном положении, надо не терять равновесие. Это поможет избежать таких факторов риска, как падение, травма или чрезмерная нагрузка на позвоночник. Для сохранения устойчивого положения тела необходимо определить соотношение двух вещей: центра тяжести человека и площади опоры. В разных положениях центр тяжести соответственно меняется. Знание такого предмета, как биомеханика тела человека, поможет эффективно удовлетворить потребность в движении, избегая падений и травм.

Бернштейн Н. А.
Биомеханика для инструкторов

Лекция 1-я

Товарищи! Биомеханика в точном переводе значит механика жизни. В сущности это есть наука о том, как построена живая машина, т.-е. каждый из нас; о том, как устроены движущиеся части этой машины и как они работают. Знакомство с живой машиной необходимо для того, чтобы, путем умелого обращения с ней, добиться наилучшей и наиболее производительной работы.

Вы понимаете, что законы механики повсюду одни и те же, касается ли дело паровоза, станка или человеческой машины. Значит, нам не придется выводить какие-то новые, особые механические законы. Мы должны только составить описание и характеристику живой машины так, как мы сделали бы это для автомобиля, ткацкого станка и т. п.

Разница между обоими видами описания заключается только в том, что человеческая машина гораздо сложнее и прихотливее, чем любая из когда-либо существовавших искусственных машин. Поэтому в наших знаниях по биомеханике гораздо больше пробелов, чем, например, в знаниях по строительной механике или по машиноведению. Здесь еще много темных мест, много такого, о чем можно говорить только приблизительно.

Другая разница состоит вот в чем. Каждый из вас может надеяться изобрести какую-либо новую искусственную машину или приспособление, затем взять на него патент и тотчас же претворить свою мысль в дело, т.-е. построить свое изобретение. К сожалению, усовершенствовать человеческую машину, подчинить ее конструкцию своему произволу пока невозможно. Нам приходится принять ее к сведению, как она есть, со всеми ее достоинствами и недостатками. Нам предоставлены только косвенные обходные приемы, чтобы миновать ее недостатки и в полной мере использовать преимущества.

Не теряя времени, приступим же к разбору живой машины, ее устройства и способов ее использования.

Человеческое тело состоит из ряда звеньев, соединенных между собой шарнирами-сочленениями и способных вращаться одно относительно другого. Каждое такое звено мы можем на первое время считать твердым, не меняющим своей формы. Например, каждый из ваших пальцев состоит из трех звеньев. Опорою этим звеньям служат кости, но их подробное описание интересует нас очень мало. Для биомеханики гораздо важнее вопрос о том, как сочленены между собой звенья человеческой машины, и какова их взаимная подвижность.

Скелет человека (рис. 1) состоит, круглым счетом, из 170 отдельных костей, которые, все более или менее взаимно подвижны. Однако рассматривать все имеющиеся между ними сочленения значило бы для нас зайти слишком далеко. Прежде всего мы сильно упростим скелет человеческой машины, превратив его в то, что будем называть сокращенной схемой человеческого тела.

Мы будем в дальнейшем принимать все туловище вместе с шеей за нечто целое и уже не будем обращать внимания на взаимную подвижность его частей, в действительности довольно значительную. Другим, таким же неизменяемым звеном мы будем считать голову, отвлекаясь и от ее внутренней подвижности (движения нижней челюсти и т. д.). Конечности мы будем делить каждую на три части. Тогда сокращенная схема получает следующий вид:

У вас должен возникнуть вопрос о том, по каким причинам человеческое тело получило вид именно такой схемы. Только ознакомивших с тем, как возник и развивался скелет позвоночных животных, можно отдать себе отчет в этих причинах. Ведь в создании человеческой машины не участвовал инженер, который мог бы представить нам проект ее конструкции и объяснительную записку с мотивировкой.

Начнем с туловища. Рассмотрев строение туловища рыбы или змеи, вы увидите, что оно представляет собою цепочку из отдельных члеников, сочлененных друг с другом. От каждого членика — позвонка — в обе стороны отходят костные перекладинки — ребра, связанные между собой упругими растяжками — мышцами. Это самая первоначальная схема строения позвоночного животного. Точно так же в начале своего развития построен человеческий зародыш. Опорным стержнем его тела первоначально служит гибкая палочка — спинная струна; впоследствии на ее месте развивается цепочка костяных позвонков — позвоночный столб. Со всех сторон спинной струны возникают мышечные растяжки, который укрепляют спинную струну и в то же время обеспечивают ей гибкость.

Более новым добавлением к этой древнейшей системе являются конечности. У всех позвоночных животных: рыб, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих конечности построены по одному основному плану; по существу они не изменились.

Основная схема конечности напоминает собою кисть; она присоединена к телу посредством одной кости; с этой костью сочленены целых две и т. д., пока к концу такая конечность не превратится в целую связку лучеобразно расположенных костей. Так построены, например, передние плавники рыб.

Совершенно сходно устроены конечности и у человека. Верхнее звено конечности (плечо, бедро) состоит из одной кости, следующее звено (предплечье, голень) из двух; дальше следуют в несколько рядов мелкие косточки и, наконец, концевые звенья (кисть, стопа) из пяти лучей — пальцев.

С того времени, как конечности перестали выполнять обязанности плавников и приспособились к перемещению тела по суше, они претерпели ряд изменений. Самую первоначальную форму конечностей, приспособленных для ходьбы, находим мы у ящерицы (рис. 2 вверху). Все четыре конечности ящерицы расположены под прямым углом к позвоночному столбу, так что бедренные и плечевые кости лежат горизонтально, а голени и предплечья направлены вниз. При этом устройстве конечности еще мало работоспособны. Прежде всего, будучи раздвинуты далеко в стороны, они не могут поддерживать туловище животного на весу, и ящерица вынуждена влачить его по земле (пресмыкаться). Во-вторых, конечности ее не приспособлены к тому, чтобы качаться взад и вперед, как это необходимо для ходьбы. Для того, чтобы итти, ящерице приходится опираться на одну ногу и затем с помощью мышц всего туловища поворачиваться кругом этой ноги наподобие циркуля. Легко понять, насколько это неэкономно.

Конечности млекопитающих претерпели, по сравнению с этой схемой, любопытные изменения. Представьте себе, что задние конечности повернулись на 90° вперед, передние на столько же назад, так что получилось расположение, изображенное на средней части рис. 2. И здесь верхний отрезок конечности состоит из одной кости, средний — из двух, самый нижний — из многих мелких косточек, но положение их относительно туловища уже иное.

Прежде всего вам ясно, что при новом расположении туловище уже значительно легче поддерживать на весу, так как подпорки приходятся прямо под туловищем, а не далеко в стороны от него, как было раньше. При этом несколько подогнутые навстречу друг к другу срединные сочленения служат своего рода рессорами: они могут складываться и смягчать толчки, направленные как спереди, так и сзади.

Во-вторых, вы поймете, что теперь, когда оси всех сочленений конечностей повернулись в поперечном направлении, конечности могут уже беспрепятственно качаться вперед и назад, т.-е. совершать как раз те движения, которые необходимы для ходьбы. Очевидно, ходьба может теперь совершаться проще и с меньшими усилиями, чем это было у пресмыкающихся.

Мы оставили с вами без внимания одно событие, которое неминуемо должно было сопровождать описанный сейчас поворот конечностей. Ведь передние конечности повернулись под прямым углом назад — значит их нижние звенья (кисти) должны были бы оказаться обращенными тоже назад. Действительно, чтобы вернуть их в правильное положение — пальцами вперед — средним звеньям пришлось перекрутиться вокруг оси, так что их кости должны были скреститься наподобие буквы х. Такой поворот имеется у млекопитающих; у человека он возможен, но не постоянен: человек может совершать его по желанию. К этому движению мы еще вернемся.

Между строением тела человека и четвероногих млекопитающих нет существенной разницы, кроме некоторого изменения пропорций. Между тем человеку приходится стоять вертикально и ходить на двух ногах, так что механические условия работы его тела совершенно иные, чем у четвероногих. Все строение человеческого скелета приспособлено, между тем, к условиям четвероногого образа жизни. В нем масса остатков, еще до сих пор не переделанных для двуногого существования. Многие детали человеческой машины, которые были бы совершенно понятны, если бы мы ходили на четырех ногах, оказываются совершенно неподходящими и прямо вредными при двуногом образе жизни. Достаточно будет упомянуть о строении женского таза; каждый из вас знает, насколько труднее, болезненнее и опаснее совершаются роды у человека, чем у четвероногих. Необходимость в акушерских больницах сильно зависит от того, что человек стал ходить вертикально, не переделав своих двигательных конструкций.

Перейдем теперь к строению сочленений.

Сочленяемые кости не соприкасаются непосредственно друг с другом; они выстланы в месте сочленения упругим сочленовным хрящом. Хрящи обеих костей очень точно пригнаны друг к другу: если одна кость имеет на конце головку, то вторая оканчивается впадиной как раз подходящего размера и формы. Все сочленение заключено в непроницаемую сумку, внутри которой, таким образом, получается маленькая полость. Сумка эта укрепляет сочленение и в то же время служит для него смазочным аппаратом: внутренняя оболочка ее выделяет, капля за каплей, жидкость, постоянно смазывающую трущиеся поверхности хрящей.

Сочленений только что описанного вида в человеческом теле большинство. Это наиболее совершенная конструкция, но у человека попадаются и более грубые старинные формы. На рис. 3 изображен продольный распил трех позвонков. Вы видите, что их соединение осуществлено очень просто: между ними проложена гибкая хрящевая подушка, которая обеспечивает позвонкам небольшую взаимную подвижность. Между таким тугоподвижным хрящевым сращением и настоящим сочленением существуют всевозможные переходные формы, на которых мы останавливаться не будем.

Важная разница между человеческими сочленениями и машинными соединениями заключается в способе закрепления соединенных частей. Машинные подшипники по большей части строятся так, что одна часть целиком охватывает другую, так что между ними получается жесткая связь. У человека таких охватывающих приспособлений нет, и потому закрепляющая связь осуществляется иначе. Вы помните, что все сочленение бывает заключено в непроницаемую сумку. Эта сумка состоит из довольно прочной сухожильной ткани, которая большей частью бывает еще укреплена вспомогательными связками. Таким образом сама сумка может уже обеспечить сочленению некоторую прочность. Но этого мало. Представьте себе, что мы попытаемся растянуть сочлененные кости в стороны друг от друга. Но так как сочленовная сумка непроницаема для воздуха, то у вас получится попытка увеличить размер сочленовной полости, не впуская в нее воздуха. Этому будет препятствовать воздушное давление. Раздвинуть сочлененные кости окажется так же трудно, как разнять два сложенные вместе полые полушария, из которых выкачан воздух. Сила воздушного давления в тазобедренном сочленении достигает полутора пудов, т.-е. вдвое превышает вес всей нижней конечности. Ученые проделали такой опыт. Нижнюю конечность трупа совершенно освобождали от мышц, заставляя ее висеть на одной только сочленовной сумке. К этой конечности подвешивали снизу еще груз. Конечность прочно держалась на своем месте; но достаточно было прорезать маленькое отверстие в сумке, как сейчас же в полость сочленения с шумом входил воздух, и сочленовные поверхности немедленно расходились.

Это еще не все. Сочленения окружены со всех сторон мышцами, которые сращены с обеими сочлененными костями. Мышцы со своей стороны обладают большой прочностью на растяжение. Притом они постоянно несколько натянуты и содействуют закреплению сочленения в еще большей мере, чем воздушное давление.

Перейдем теперь к тому, какова взаимная подвижность сочлененных костей и как определить эту подвижность. Предупреждаю вас, что это довольно сложный вопрос. Пусть кто-нибудь из товарищей выйдет сюда и покажет, как движется у него плечевое звено в плечевом сочленении. Вы видите, что он может поворачивать плечо вперед, назад и в стороны. Вы знаете, что стержень, который одним концом закреплен, а другим концом может свободно двигаться во все стороны, будет постоянно двигаться этим концом по поверхности шара. По такой шаровой поверхности движется и нижний конец плечевого звена. Так как его подвижность не ограничена при этом какой-нибудь одной линией, а целой поверхностью, то мы говорим, что он имеет две степени подвижности. Но это еще не все. Я буду удерживать нижний конец плечевого звена нашего испытуемого неподвижно в каком-нибудь одном положении. Может ли он при этом еще как-нибудь двигать плечом?

Лучшее тату за этот год:  Татуировки Птица с цветами в стиле Ньюскул, Цветная Лопатки, Плечо

Слушатели. Нет, не может.

Лектор. Так ли? Согните руку в локте под прямым углом. Можете ли вы двигать рукою так, как если бы предплечье было спицей, а плечо осью, поворачивающейся кругом самой себя?

Лектор. При этом нижний конец вашего плеча, который я удерживаю пальцами, не меняет своего положения в пространстве. Значит, плечо имеет всего целых три степени подвижности. Итак мы говорим об одной степени подвижности, когда звено может двигаться только по одной линии; о двух степенях, когда его конец может двигаться по целой поверхности; и о трех степенях, когда звено может при этом поворачиваться еще вокруг своей продольной оси. Теперь испробуйте сами и скажите, сколько степеней подвижности имеет ваше локтевое сочленение?

Слушатели. Одну степень.

Лектор. Совершенно верно, это будет сгибание и разгибание локтя: ведь нижний конец предплечья может двигаться только по дуге круга. В человеческом теле есть сочленения и с двумя степенями подвижности, — таково, например, голеностопное сочленение. Держите голени неподвижно и попробуйте сделать всевозможные движения стопой. Вы видите, что носок ноги может двигаться в разных направлениях по какой-то поверхности, но вращаться вокруг своей продольной оси стопа уже не в состоянии.

Теперь поставим себе вопрос о том, какие формы должны иметь сочленовные окончания для того, чтобы давать различные степени подвижности. Начнем с одной степени подвижности.

Будет всего удобнее, если мы рассмотрим сначала машинные соединения. Очевидно, простой цилиндрический подшипник имеет только одну степень подвижности. Действительно, если ось колеса соединена с помощью такого подшипника со станиной, то каждая точка колеса может двигаться только по одной единственной линии — окружности. Значит, соединение цилиндрического типа будет обладать одной степенью подвижности. Однако, если бы наш цилиндр не имел закраин, то он мог бы смещаться еще и вдоль своей оси, т.-е. обнаружил бы и вторую степень подвижности. Так ведут себя, например, шестерни автомобильной коробки скоростей. Если же цилиндр снабжен закраинами, то, очевидно, форма у этих закраин может быть какая угодно, лишь бы все тело в целом было круглым, представляло бы собой то, что называют телом вращения.

К телам вращения относятся, например, такие тела, как блок, катушка, круглый самовар, колонна и т. д. Все сочленения, в состав которых входят тела вращения, будут, следовательно, обладать одной степенью подвижности.

Рассмотрим для примера сочленения между плечевой и локтевой костями. Вы видите (рис. 4), что плечевая кость оканчивается внизу катушкой. На том конце локтевой кости, который сочленяется с плечом, имеется соответствующей формы выемка, ограниченная сверху и снизу двумя выступами кости. Если катушка и выемка точно пригнаны друг к другу, то они будут взаимно подвижны в одном направлении; значит, любое тело, плотно соединенное с катушкой, будет и само иметь только одну степень подвижности в рассматриваемом сочленении. Мы уже имели случай убедиться, что локтевое сочленение действительно относится к одностепенным.

Мы можем представить себе и другие виды одностепенных соединений: таково будет, например, соединение между крейц-копфом и его направляющими в паровой машине, соединение между винтом и гайкой и т. д. Однако, в живой машине эти типы одностепенных соединений не встречаются. Обратимся теперь к соединениям трехстепенным. После всего рассказанного вы легко поймете, что соединение с помощью так называемой шаровой головки имеет три степени подвижности. Все трехстепенные сочленения человеческой машины как раз и построены по типу шаровых соединений) [1] . На рис. 5 изображен разрез тазобедренного сочленения человека. Вы видите, что бедро вверху кончается правильной шаровой головкой, и что эта головка плотно входит во впадину тазовой кости, имеющую форму полушария. Сделав проверку на самих себе, вы легко убедитесь, что бедро имеет относительно туловища три степени подвижности, точно так же, как и плечо.

В природе не существует таких поверхностей, которые могли бы дать две, и только две, степени подвижности друг относительно друга, оставаясь в то же время плотно приложенными одна к другой) [2] . Какую бы поверхность вы ни брали, она даст вам непременно или одну степень подвижности относительно другой подобной или уже сразу целых три степени (или, может быть, ни одной, если одну поверхность никак нельзя сдвинуть с другой, не нарушив их соприкосновения).

Проверим себя на примере. Возьмем две соприкасающиеся плоскости, например вот этот диапозитив, положенный на стол. Сколько степеней подвижности имеет он относительно стола?

Слушатели. Две степени.

Лектор. Какие же две степени?

Слушатель. Он может двигаться по поверхности.

Лектор. Вы хотите сопоставить его движение с движением конца плечевой кости по шаровой поверхности? В этом вы совершенно правы, но ведь диапозитив может в каждой точке поверхности стола, куда вы его приведете благодаря двум степеням его подвижности, еще вращаться вокруг самого себя, как и плечо. Это будет уже третья степень подвижности. Впрочем, плоскость есть ведь только частный случай шара: ее можно рассматривать, как часть шара бесконечно большого поперечника. Рассмотрим какие-нибудь другие поверхности. Предложите сами.

Слушатели. Какую подвижность имеет колесо на рельсе?

Лектор. Если колесо может только катиться по рельсу, но не скользить, то его подвижность одностепенна. Однако, этот пример нам не подходит, так как колесо не прикасается к рельсу целой поверхностью. Дайте другой пример.

Слушатель. Пробка в графине?

Лектор. Как вам кажется?

Слушатель. Одну степень?

Лектор. Если пробка имеет форму конуса, то конечно одну степень, — вращение вокруг оси. Когда вы вынимаете пробку из графина, вы сейчас же нарушаете ее соприкосновение с ним. А не найдете ли вы примера поверхности, не имеющей ни одной степени подвижности относительно другой подобной поверхности? Вас это затрудняет? Например, печатный стереотип и матрица, из которой он отливается. Можете ли вы, наложивши один на другую, сдвинуть их, не нарушая их соприкосновения? Очевидно, нет. В человеческом теле есть соединения костей как раз по этому типу, лишенные всякой подвижности. Таковы, например, соединения костей черепа между собою.

Вернемся однако к подвижным сочленениям живой машины. Я уже упоминал, что в ней встречаются двухстепенные сочленения, и притом не цилиндрического типа. Как же согласовать это с только что высказанным правилом о подвижности поверхностей?

Дело в том, что сочленовные поверхности человеческой машины несколько податливы и гибки. Поэтому они могут сохранять взаимное соприкосновение и тогда, когда они не вполне точно подходят друг к другу. Живая машина знает несколько типов сочленений, которые становятся возможны только благодаря хрящевой гибкости. Сюда относятся т. н. седловидные и яйцеобразные сочленения.

Вообразите себе поверхность, имеющую форму английского седла, т.-е. выпуклую в одном направлении и вогнутую в другом. Если с этой поверхностью соприкасается другая, подобной же формы и лишенная всякой гибкости, то они не будут иметь вообще никакой взаимной подвижности. Если же они могут несколько менять свою форму, то подвижность будет как раз двухстепенной. Раз мы уже взяли в качестве одной поверхности седло, то в качестве второй возьмем всадника. Действительно, всадник может, не меняя положения ног, наклоняться вперед и назад и съезжать с седла в стороны, но уже не может вращать свое тело вокруг оси, т.-е. поворачиваться вправо и влево. Таким седловидным устройством обладает, например, сочленение между запястьем и пястной костью большого пальца руки (рис. 6).

Другой вид двухстепенного сочленения, также возможный только благодаря податливости хрящей, есть т. н. яйцевидное сочленение. Представьте себе впадину, вырезанную из боковой, более плоской части яичной скорлупы. Если вы вложите в такую впадину боком целое яйцо, то оно также будет иметь в ней две степени подвижности: его можно будет несколько качать во все стороны, но нельзя будет вертеть во впадине вокруг вертикальной оси, наподобие волчка. К такому типу принадлежит, например, сочленение между головой и первым шейным позвонком.

В человеческом теле есть сочленения, которые еще в большей мере пользуются гибкостью хрящей. На рис. 7 изображен продольный распил коленного сочленения. Вы видите, что поверхности обеих соединяющих здесь костей ни в какой мере не подходят друг к другу; начать с того, что обе они выпуклы. Для того, чтобы обеспечить широкое соприкосновение таких несходных поверхностей, между обеими костями (бедренной и большой берцовой) проложен третий промежуточный хрящ двояковогнутой формы. Благодаря ему сочленение в целом получает не то одну, не то две степени подвижности в зависимости от своего положения и от степени податливости сочленовных связок данного лица.

Все, что говорилось до сих пор, относится только к способу или характеру подвижности соединенных частей. Здесь ничего еще не предрешено о том, в каких границах возможны движения в данном сочленении. Очевидно, что одностепенные и трехстепенные сочленения могут быть и широко подвижными и очень малоподвижными. Например, хрящевое сращение двух позвонков обладает, по крайней мере, тремя степенями подвижности, так как упругий хрящ одинаково податлив во всех возможных направлениях. Но по каждому из этих направлений позвонки подвижны очень мало: всего на 5°–10°. С другой стороны локтевое сочленение с одной единственной степенью подвижности имеет очень широкие границы подвижности: 140° и выше. Мы еще рассмотрим впоследствии границы подвижности отдельных главных сочленений человеческого тела и способы описания этих границ.

Пока что мы пересмотрели с вами, какие формы сочленений вообще пущены в дело при конструкции живой машины. Мы познакомились с прейс-курантом возможных сочленений. Как они в действительности размещены и как действуют, мы разберем в третьей лекции; а сейчас вкратце познакомимся со строением и механическими свойствами костей, которые связываются этими сочленениями и представляют собою главную жесткую опору тела.

Кость обладает огромной и разносторонней механической прочностью. Ее крепость на разрыв мало отличается от крепости чугуна. Ее сопротивление раздавливанию или излому превышает сопротивление дуба. В общем прочность кости приближается к прочности латуни. В то же время костные сооружения чрезвычайно легки. Удельный вес кости немногим меньше двух. Чем же достигается такая крепость кости? Из какого же вещества она состоит?

Химический состав кости не сложен: она состоит в наибольшей части из разных известковых солей, главным образом из фосфорно-кислой извести. Это вещество знакомо нам и из мертвой природы и не отличается никакой особой прочностью.

Ответить на наш вопрос можно только, если рассмотреть внутреннее строение кости. Прочность кости зависит не от того, что она построена из прочного вещества, а от того, что она умно построена. Если отшлифовать маленькую и тоненькую пластинку кости и изучать ее под микроскопом, то можно увидеть, что костное вещество состоит целиком из тончайших трубочек, пронизанных очень тонкими каналами. Просвет этих каналов так мал, что в него не прошел бы и волос. Весь секрет прочности кости заключается в строении стенок этих костных канальцев.

Стенка такого канальца состоит из ряда слоев, и каждый слой представляет собою сеточку из тончайших волоконец, пропитанную известковыми солями. Если вы знакомы с железо-бетонными конструкциями, то вы увидите в строении стенок костных канальцев большое сходство с этими конструкциями. Волокнистые сеточки соответствуют арматуре железо-бетонных балок, а известковые соли соответствуют бетону. Вот за счет такого сочетания и достигается громадная прочность, которая примерно впятеро превышает прочность железо-бетона. Такое строение кости из двух материалов можно доказать и не прибегая к микроскопу.

Если положить кость в раскаленную печь и прожечь ее, то органические волоконца прогорят, и останется только известковая часть кости, только ее «бетон». Такая прожженная кость окажется очень хрупкой и легко раздробляющейся в порошок. Можно сделать обратное: положить кость в слабый раствор кислоты, в котором растворятся все известковые соли; после такой процедуры кость сделается мягкой, как тряпка: ее можно будет намотать на палку.

Из таких составных элементов организм строит не сплошные колонны, а сложные решетчатые сооружения, напоминающие подъемные краны. Живая кость обладает одним замечательным свойством. Она развивается сильнее всего там и в тех направлениях, где на нее воздействуют наибольшие силы, и вырождается в тех местах и направлениях, где силы не действуют. Поэтому получается, что кость есть своего рода самостроящийся автоматический мост. В ней постепенно исчезают, недоразвиваются все части, кроме тех, которые нужны для достижения наибольшей прочности при наибольшей же легкости.

Посмотрите на поперечный распил большой берцовой кости, изображенный на рис. 8. Вы видите, что кость эта имеет внутри полость, окруженную толстой стенкой. Значит, вся кость в целом имеет строение трубки. Она построена точно так же, как трубы, из которых состоит велосипедная рама, и так же, как и последняя, соединяет прочность с экономией материала. Концы кости, в которых взаимоотношения механических воздействий разнообразнее и сложнее, обладают и более сложным строением. Они одеты с поверхности тонким сплошным слоем костного вещества, а внутри это костное вещество образует систему взаимно-пересекающихся перегородок, нечто вроде мелких ячеек. Если кто-нибудь из вас имел дело со строительной механикой, то он слышал о так называемых траекториях напряжений, которые определяют направления наибольших воздействующих сил. И оказывается, что костные перегородки концов кости располагаются как раз в направлении таких траекторий напряжений. Вычисления показали, что соответствие получается здесь очень близкое. На рис. 9 изображен продольный распил верхнего конца бедренной кости человека; рядом дано для сравнения расположение траекторий напряжений в верхнем конце подъемного крана, который подвергается усилиям, очень сходным с усилиями бедра. Сходство обоих рисунков говорит само за себя. Интересно, что там, где несколько смежных костей в общей совокупности подвергаются одним и тем же усилиям, перегородки в них представляют собою как бы непосредственное продолжение друг друга. Так происходит, например, в костях, составляющих стопу. Стопа есть свод, который опирается на землю тремя точками: основаниями большого пальца и мизинца, и пяткой. На эти своды сверху давит тяжесть всего тела. Сообразно с этим перегородки костей стопы расположены как раз так, как располагались бы в соответствующем случае элементы железной сводчатой постройки.

1 Трехстепенное межчелюстное сочленение много сложнее и не относится к шаровым.

2 Единственное исключение, как уже раньше было сказано, представляет собою цилиндр.

Лекция 5. Биомеханика опорно-двигательного аппарата человека

автор — Алла Самсонова

5.2. Строение, функции и механические свойства элементов ОДА человека

5.2.1. Кости

Кость – элемент ОДА человека, представляющий собой жесткую конструкцию из нескольких материалов, различных по механическим свойствам. В основном кость состоит из костной ткани, которую сверху покрывает соединительнотканная оболочка – надкостница. Костная ткань образована плотным компактным и рыхлым губчатым веществом. Суставные поверхности кости покрыты суставным хрящом.

Различают механические функции костей скелета (опорную, локомоторную и защитную) ибиологические (участие в минеральном обмене, кроветворную и иммунную). В биомеханике ОДА рассматриваются механические функции костей и связанные с ними механические свойства.

Опорная функция костей связана с их центральным положением внутри каждого сегмента тела человека, которое обеспечивает механическую опору другим элементам ОДА: мышцам и связкам. Кроме того, кости нижних конечностей и позвоночника обеспечивают опору для вышележащих сегментов тела. Скелетные мышцы приводят в движение костные рычаги или обеспечивают сохранение равновесия. Благодаря этому возможно выполнение двигательных действий и статических положений. В этом проявляется локомоторная функция костей. Кости черепа, грудной клетки и таза защищают внутренние органы от повреждений. В этом проявляется защитная функция костей.

Механические свойства костей определяются их разнообразными функциями. Кости ног и рук состоят из плотной костной ткани. Они продолговатые и трубчатые по строению, что позволяет, с одной стороны, противодействовать значительным внешним нагрузкам, а с другой – более чем в два раза уменьшить их массу и моменты инерции.

Основным механическим свойством костной ткани является прочность – способность материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил. Прочность материала характеризуется пределом прочности – отношением нагрузки, необходимой для полного разрыва (разрушения испытуемого образца) к площади его поперечного сечения в месте разрыва.

Различают четыре вида механического воздействия на кость: растяжение, сжатие, изгиб и кручение.

Прочность костной ткани при растяжении составляет от 125 до 150 МПа[2]. Она выше, чем у дуба и почти такая же, как у чугуна. При сжатии прочность костей еще выше. Ее значения равны 170 МПа. Несущая способность костей при изгибе значительно меньше. Например, бедренная кость выдерживает нагрузку на изгиб до 2500 Н. Подобный вид деформации широко распространен, как в обычной жизни, так и в спорте. Например, при удержании спортсменом положения «крест» на кольцах происходит деформация костей верхней конечности на изгиб.

При движениях кости не только растягиваются, сжимаются и изгибаются, но и скручиваются. Прочность кости при кручении составляет 105,4 МПа. Она наиболее высока в 25-35 лет. С возрастом этот показатель снижается до 90 МПа.

Механические нагрузки, действующие на человека при занятиях спортом, превышают повседневные. Чтобы им противостоять, в костях происходит ряд изменений: меняются их форма и размеры а также повышается плотность костной ткани. Так, например, у тяжелоатлетов сильно меняется форма лопатки и ключицы. У теннисистов увеличиваются размеры костей предплечья, у штангистов и метателей диска утолщаются кости бедра, у бегунов и хоккеистов – кости голени, у футболистов – кости стопы (В.И. Козлов, А.А. Гладышева, 1977).

5.2.2. Суставы

Сустав – элемент ОДА, обеспечивающий соединение костных звеньев и создающий подвижность костей друг относительно друга. Суставы являются наиболее совершенными видами соединения костей. У человека их около 200.

Сустав образуют суставные поверхности сочлененных костных звеньев. Между суставными поверхностями имеется суставная полость, в которую поступает синовиальная жидкость. Окружает сустав суставная капсула, состоящая из плотной соединительной ткани.

Основной функцией суставов является обеспечение подвижности костных звеньев друг относительно друга. С этой целью поверхность суставов смачивается синовиальной жидкостью (смазкой), которая выделяется суставным хрящом при увеличении нагрузки на сустав. При уменьшении нагрузки синовиальная жидкость поглощается суставным хрящом. Чтобы компенсировать разрушение суставного хряща при трении в нем постоянно происходят процессы регенерации.

Присутствие синовиальной жидкости обеспечивает низкий коэффициент трения в суставе (от 0,005 до 0,02). Напомним, что коэффициент трения при ходьбе (резина по бетону) составляет 0,75.

Прочность суставного хряща составляет 25,5 МПа. Если давление на суставной хрящ превышает эти показатели, смачивание суставного хряща синовиальной жидкостью прекращается и увеличивается опасность его механического стирания. В среднем и пожилом возрасте выделение синовиальной жидкости в суставную полость уменьшается.

Опорно-двигательный аппарат человека с позиции теории машин и механизмов, можно рассматривать как сложный биомеханизм, состоящий из жестких звеньев (костей) и кинематических пар определенных классов (суставов). С этой точки зрения различают:

Одноосные суставы. Движения в них происходят только вокруг одной оси. Эти суставы обладают одной степенью свободы. В организме человека таких суставов насчитывается 85.

Двуосные суставы. Движения в них происходят вокруг двух осей. Эти суставы обладают двумя степенями свободы. В организме человека 33 двуосных сустава.

Многоосные суставы. Движения в них происходят вокруг трех осей. Эти суставы обладают тремя степенями свободы. В организме человека таких суставов 29.

Для определения числа степеней свободы ОДА человека применяют формулу Сомова-Малышева.

Число степеней свободы для модели тела человека с 148 подвижными звеньями составляет: n = 6 × 148 — 5 × 85 — 4 × 33 — 3 × 29 = 244. Это означает, что для описания положения модели тела человека в каждый момент времени необходимо иметь 244 уравнения.

Лучшее тату за этот год:  Татуировки Слабоумие и отвага в стиле Ньюскул, Цветная, Надписи Голень

Для количественных оценок параметров движения важно знать положение мгновенных осей вращения в суставе, так как это влияет на значение плеч сил отдельных мышц. Мгновенные оси вращения в суставах могут смещаться. Это происходит из-за того, что в суставах могут осуществляться три типа движения сочленяющихся поверхностей: скольжение, сдвиг и качение. Возможность таких движений обусловлена тем, что соприкасающиеся суставные поверхности не тождественны по форме.

Под влиянием занятий спортом адаптация суставов ОДА происходит разнонаправленно: в одних суставах подвижность увеличивается, в других – уменьшается. Так, у велосипедистов наибольшая подвижность отмечается в голеностопном суставе и наименьшая – в тазобедренном и плечевом (М.Г.Ткачук, И.А.Степаник, 2020).

5.2.3. Сухожилия и связки

Сухожилие – компонент мышцы, обеспечивающий ее соединение с костью. Основной функцией сухожилия является передача усилия мышц кости. Связки – компонент сустава, обеспечивающий его стабилизацию, посредством удержания костных звеньев в непосредственной близости друг относительно друга.

Сухожилия и связки характеризуются следующими механическими свойствами: прочностью, значением относительной деформации (ε), а также упругостью, которую численно характеризует модуль продольной упругости (модуль Юнга).

Сухожилия состоят из толстых, плотно уложенных в пучки структурных единиц – фибрилл, в состав которых входят коллагеновые волокна. Основное свойство коллагена – высокая прочность на разрыв и небольшая относительная деформация (ε ≈ 10%).

Связки, как и сухожилия, состоят главным образом из пучков коллагеновых волокон, расположенных параллельно друг другу. Однако в отличие от сухожилий в состав связок входит достаточное большое количество волокон эластина. Эластин – упругий белок, который может очень сильно растягиваться (относительная деформация составляет 200-300%).

Механические свойства сухожилий и связок зависят от их размеров и состава. Чем больше поперечное сечение и больший процент коллагеновых волокон – тем выше прочность. Чем связка длиннее, и чем больше в ней волокон эластина – тем большей значение относительной деформации.

Прочность сухожилий составляет 40-60 МПа, а связок – 25МПа. Следует заметить, что предел прочности каната из хлопка на растяжение составляет 30-60 МПа.

На прочность связок и сухожилий влияет уровень гормонов. Доказано, что систематическое введение гормонов может привести к значительному уменьшению их прочности. Значительно снижает прочность связок и сухожилий иммобилизация. И, наоборот, при исследовании животных была найдена связь между уровнем физической активности и прочностью сухожилий и связок. Доказано, что в подавляющем большинстве случаев прочность сухожилий более высока, чем прочность их прикрепления к костям. Поэтому при травмах сухожилий они не разрываются, а отрываются от места прикрепления. Следует учитывать также, что в процессе тренировок прочность сухожилий и связок увеличивается сравнительно медленно. При форсированном развитии скоростно-силовых качеств мышц может возникнуть несоответствие между возросшими скоростно-силовыми возможностями мышечного аппарата и недостаточной прочностью сухожилий и связок. Это грозит потенциальными травмами (А.С. Аруин, В.М. Зациорский, В.Н. Селуянов, 1981).

Модуль Юнга (Е) численно равен напряжению, увеличивающему длину образца в два раза. Модуль Юнга для костной ткани составляет 2000МПа, а сухожилия – 160МПа. Материал коллаген характеризуется значением модуля Юнга равным 10-100 МПа, а эластин – 0,5 МПа. Следует отметить, что значение модулем Юнга для резины составляет 5МПа, а для древесины – 1200 МПа (В.И. Дубровский, В.Н. Федорова, 2003).

Связки и сухожилия характеризуются нелинейными свойствами – модуль упругости изменяется по мере изменения их длины.

5.3. Биомеханические свойства и особенности строения ОДА человека

На биомеханические свойства ОДА человека оказывают влияние особенности его строения.

Во-первых, костные звенья и соединяющие их суставы представляют собой рычаги. Это означает, что результирующее действие мышцы при вращательных движениях, каковыми являются движения звеньев тела в организме человека, определяется не силой, а моментом силы (произведением силы тяги мышцы на ее плечо). Момент силы мышцы будет максимальным, если в фазы движения, соответствующие максимальным значениям силы мышц, будут достигаться максимальные значения плеч сил мышц. Однако изучение изменения длины и плеча силы тяги при выполнении двигательных действий показало (И.М. Козлов, 1984), что опорно-двигательный аппарат человека и животных устроен так, что у большинства односуставных мышц (мышц, обслуживающих движения в одном суставе) уменьшение длины мышцы (падение силы тяги) компенсируется увеличением плеча силы. Это позволяет сохранить значение суставного момента постоянным на протяжении значительного диапазона изменения длины мышцы. Для двусуставных мышц (мышц, обслуживающих движения в двух суставах) уменьшение плеча силы тяги в одном сочленении сопровождается увеличением этого параметра относительно другого сустава.

Во-вторых, ОДА человека и животных устроен таким образом, что сила мышцы, как правило, приложена на более коротком плече рычага. Поэтому мышцы, действующие на костные рычаги, почти всегда имеют проигрыш в силе, однако выигрывают в перемещении и скорости (Н.Б. Кичайкина с соавт., 2008).

Третья особенность функционирования ОДА человека и животных проявляется в том, что мышцы, обеспечивающие движения в суставах могут только тянуть, но не толкать. Поэтому для того, чтобы осуществлять движения в противоположных направлениях, необходимо, чтобы движение звеньев тела осуществлялось мышцами-антагонистами. Следует отметить, что мышцы-антагонисты обеспечивают не только движения звеньев тела в различных направлениях, но также и высокую точность двигательных действий. Это связано с тем, что звено необходимо не только привести в движение, но и затормозить в нужный момент времени.

Четвертой особенностью строения ОДА человека и животных является наличие мышц-синергистов. Наш опорно-двигательный аппарат устроен таким образом, что перемещение костных звеньев в одном направлении может осуществляться под действием различных мышц. Мышцы-синергисты перемещают звенья в одном направлении и могут функционировать как вместе, так и по отдельности. В результате синергетического действия мышц увеличивается их результирующая сила. Если же мышца травмирована или утомлена ее синергисты обеспечат выполнение двигательного действия.

Пятой особенностью строения ОДА человека и животных является наличие мышц, обладающих различной структурой: с параллельным и перистым ходом мышечных волокон. Установлено, что мышцы, имеющие параллельный ход мышечных волокон выигрывают в скорости сокращения, по сравнению с перистыми мышцами. Однако мышцы, обладающие перистым строением, дают выигрыш в силе. Поэтому антигравитационные мышцы – то есть мышцы, противодействующие силе тяжести, расположенные на нижней конечности имеют перистую структуру.

5.4. Биомеханика мышц

5.4.1. Виды работы мышц и режимы мышечного сокращения

Различают два вида работы мышц:

  • статическая (звенья ОДА фиксированы, движение отсутствует);
  • динамическая (звенья ОДА перемещаются относительно друг друга).

Различают три режима мышечного сокращения:

  • изометрический – режим мышечного сокращения, при котором момент силы мышцыравенмоменту внешней силы (длина мышцы не изменяется). Изометрический режим соответствует статической работе.
  • преодолевающий (концентрический) – режим мышечного сокращения, при котороммомент силы мышцы больше момента внешней силы (длина мышцы уменьшается).
  • уступающий (эксцентрический) – режим мышечного сокращения, при котором момент силы мышцы меньше момента внешней силы (длина мышцы увеличивается).

Преодолевающий и уступающий режимы соответствуют динамической работе. Тренировка с использованием различных режимов мышечного сокращения может привести к различным тренировочным эффектам. Так, использование уступающего режима мышечного сокращения по сравнению с преодолевающим, приводит к большей гипертрофии скелетных мышц.

5.4.2. Биомеханические свойства мышц

Биомеханические свойства скелетных мышц – это характеристики, которые регистрируют при механическом воздействии на мышцу.

К биомеханическим свойствам мышц относят: сократимость, жесткость, вязкость, прочность и релаксацию.

Сократимость

Сократимость – способность мышцы укорачиваться при возбуждении, в результате чего возникает сила тяги.

Установлено, что во время сокращения (укорочения) мышцы длина толстого и тонкого филаментов не изменяется. При этом неизменной особенностью сокращения является центральное положение толстого филамента в саркомере, посередине между Z-линиями, рис.5.1.

Исходя из этих наблюдений, была выдвинута «теория скользящих нитей». В соответствии с этой теорией изменение длины саркомера обусловлено скольжением толстого и тонкого филаментов относительно друг друга (H.E. Huxley, J. Hanson., 1954; A.F. Huxley R. Niedergerke, 1954). Процесс сокращения происходит следующим образом. При активации мышцы, прикрепленные к противоположным Z-мембранам тонкие филаменты скользят вдоль толстых. Скольжение происходит благодаря наличию выступов (головок) на нитях миозина, получивших название поперечных мостиков. Так как при сокращении мышцы расстояние между Z-мембранами уменьшается, происходит уменьшение длины мышцы. В виду того, что саркомер представляет собой не плоскую, а объемную структуру, при сокращении мышцы происходит не только уменьшение ее длины, но и увеличение ее поперечного сечения (когда тонкие нити втягиваются в толстые).

Установлено, что зависимость сила, развиваемая саркомером, зависит от его длины. Выявлено, что существуют критические значения длины саркомера, при которых развиваемая им сила падает до нуля. Первое критическое значение длины саркомера равно 1,27 мкм. Оно соответствует максимальному укорочению мышцы. В этом состоянии мышцы регулярность расположения нитей нарушается, они искривляются. Второе критическое значение длины равно 3,65 мкм. Оно соответствует максимальному удлинению мышцы (перекрытия толстых и тонких филаментов нет). Если длина саркомера больше 1,27 мкм и меньше чем 3,65 мкм, значение силы отличается от нуля. При длине саркомера от 1,67 до 2,25 мкм, он развивает максимальную силу.

Существует предельное значение длины саркомера, при котором происходит его разрыв. Это значение равно 3,60 мкм. Чтобы не произошел разрыв, при растягивании мышечных волокон защитную функцию берет на себя соединительный филамент – титин. Благодаря своим упругим свойствам, он предотвращает чрезмерное растяжение саркомера (М.Дж.Алтер, 2001).

Жесткость

Жесткость – характеристика тела, отражающая его сопротивление изменению формы при деформирующих воздействиях (В.Б. Коренберг, 2004). Чем больше жесткость тела, тем меньше оно деформируется под воздействием силы. Жесткость тела характеризуется коэффициентом жесткости (k). Жесткость линейной упругой системы, например пружины, есть величина постоянная на всем участке деформации.

В отличие от пружины мышца представляет собой систему с нелинейными свойствами. Это связано с тем, что структура мышцы очень сложна. Возникающая в мышце сила упругости не пропорциональна удлинению. Вначале мышца растягивается легко, а затем даже для небольшого ее растяжения необходимо прикладывать все большую силу. Поэтому часто мышцу сравнивают с трикотажным шарфом, который вначале легко растягивается, а затем становится практически нерастяжимым. Иными словами, жесткость мышцы с ее удлинением возрастает. Из этого следует, что мышца представляет собой систему, обладающую переменной жесткостью. Установлено, что жесткость мышцы в активном состоянии в 4-5 раз больше жесткости в пассивном состоянии. Коэффициент жесткости мышц варьирует от 2000 до 3000 Н/м.

Вязкость

Помимо жесткости мышца обладает еще одним важным свойством – вязкостью. Вязкость – свойство жидкостей, газов и «пластических» тел оказывать неинерционное сопротивление перемещению одной их части относительно другой (смещение смежных слоев). При этом часть механической энергии переходит в другие виды, главным образом в тепло. Это свойство сократительного аппарата мышцы вызывает потери энергии при мышечном сокращении, идущие на преодоление вязкого трения. Предполагается, что трение возникает между нитями актина и миозина при сокращении мышцы. Кроме того, трение возникает между возбужденными и невозбужденными волокнами мышцы (мышечные волокна различных типов расположены в мышце в виде мозаики) из-за наличия соединения мышечных волокон коллагеновыми фибриллами. Поэтому, если возбуждены все мышечные волокна, трение должно уменьшаться. Показано, что при сильном возбуждении мышцы, ее вязкость резко снижается (Г.В. Васюков,1967).

Мышца, обладающая большей вязкостью, будет характеризоваться большей площадью «петли гистерезиса». Вы знаете, что при выполнении физических упражнений температура мышц повышается. Повышение температуры мышц связано с упруговязкими свойствами мышцы и с потерями энергии мышечного сокращения на трение. Разогрев мышц (разминка) приводит к тому, что вязкость мышц уменьшается.

Прочность

Предел прочности мышцы оценивается значением растягивающей силы, при которой происходит ее разрыв. Установлено, что предел прочности для миофибрилл равен 16-25 КПа, мышц – 0,2-0,4 МПа, фасций – 14 МПа. Долгое время считалось (Е.К. Жуков, 1969; В.М. Зациорский, 1979), что неизменность длины мышцы при ее работе в изометрическом режимесвязана с растяжением сухожилий, однако А.А. Вайном (1990) было указано на то, что прочность сухожилий (предел прочности сухожилий равен 40-60 МПа) значительно превосходит прочность мышечных волокон. Поэтому в латентный период возбуждения мышцы сухожилия практически не изменяют своей длины, и, следовательно, неизменной остается длина мышечных волокон и жестко связанных с ними миофибрилл. Это возможно в том случае, если одни, более слабые элементы миофибрилл (саркомеры) будут растягиваться, а другие, более сильные – укорачиваться.

Релаксация

Релаксация мышц – свойство, проявляющееся в уменьшении с течением времени силы мышцы при ее постоянной длине.

Для оценки релаксации используют показатель – длительность релаксации (τ), то есть промежуток времени, в течение которого сила мышцы уменьшается в е[3] раз от первоначального значения. Многочисленными исследованиями установлено, что высота выпрыгивания вверх с места зависит от длительности паузы между приседанием и отталкиванием. Чем больше эта пауза, то есть чем больше длительность работы мышцы в изометрическом режиме, тем меньше ее сила и как следствие – высота выпрыгивания.

Биомеханика тенниса

Биомеханика

В последнее время все более в спортивной тренировке возрастает роль науки. При анализе техники в познавательных и практических целях изучают биомеханические характеристики движений. Биомеханика — это наука о движениях человека.

Некоторые из этих характеристик имеют значение для методики обучения рациональной технике. К ним относятся кинематические и динамические характеристики движений. Кинематические характеристики состоят из временных и пространственно-временных характеристик. Динамические разделяются на внутренние и внешние силы.

Пространственно техника тенниса характеризуется рациональным расположением звеньев двигательного аппарата, оперативной позой в процессе его выполнения, соблюдением оптимальной траектории движений.

Тренеру по теннису следует учитывать, что ударное движение совершается не только в результате мышечных сокращений, но благодаря переносу кинетической энергии от одного, ранее двигающегося звена другому. Хороший толчок ногами от опоры при ударе позволяет передать энергию от ног к туловищу и руке, что позволит увеличить разгон ракетки для удара.

Для лучшего понимания этого эффекта используют сравнение с хлыстом пастуха[45, 46]. Этот эффект заключается в том, что с помощью такого простого и сравнительно легкого приспособления, каким является кнут, можно значительно повысить скорость веревки бьющего конца кнута (до сверхзвуковых скоростей), так что даже небольшое по мощности движение пастуха вызывает очень ощутимый удар кнутом. По сути дела кнут является трансформатором скорости, т.е. превращает сравнительно медленное движение массивной руки в очень быстрое движение легкого конца кнута.

Перед началом удара энергия запасается — стопы напряжены, колени согнуты, тело и плечи раскручены назад, потом последовательно, путем разгонов и торможений — эта энергия передается в кисть и далее — в ракетку.

Только правильное последовательное прохождение энергии вдоль тела позволяет игроку подавать в одной и той же точке, при полностью вытянутом вверх теле, что позволит обеспечить высокую повторяемость подачи, а значит и высокую точность.

Следует обратить внимание на еще один, слабо изученный вопрос — работу ног при подаче, на мощный толчок ногами от земли. Применение отталкивания от земли может существенно увеличить запас мощности при ударе. Необходимо не только отталкиваться вверх, но и как бы скользить над кортом вперед.

Принцип кинематической цепи рассматривается при выполнении ударов с отскока . Рассматривая удары с отскока, предлагают обратить внимание на использование хлыстового движения кистью для усиления скорости разгона ракетки. Скорость в результате эффекта «хлыста» (т.е. трансформации скоростей) может в несколько раз превысить скорость руки, создавшей эту хлыстовую волну в процессе замаха и удара. И тогда, согласно закону сохранения количества движения, мячик, отскочивший при ударе от ракетки, получит дополнительную скорость. Следовательно, действуя рукой как хлыстом, теннисист может значительно увеличить мощность ударов с отскока (или скорость кручения мяча, если все приращение скорости хлыстового движения тратится на вращение мяча).

Для выполнения эффективного хлыстового движения, например при ударе справа, необходимо использовать полузападную или западную хватку. Подвижность кисти для осуществления кручения при универсальной хватке весьма ограничена (не более 90 градусов), поэтому при такой хватке кручение мяча за счет кистевого движения практически не используется в ударах. Подвижность же кисти для выполнения плоского удара при универсальной хватке максимальна и, в принципе, может использоваться чтобы придать мячу дополнительную скорость, однако плоские форхенды в современном теннисе встречаются крайне редко. Если использовать полузападную или западную хватку максимальный угол подвижности кисти для вращения будет составлять порядка 180 градусов. Подвижность кисти для плоского удара здесь минимальна, и, естественно, никакого смысла нет в ее использовании.

В практике во время тренировки и соревнований теннисисты не всегда пользуются знаниями о кинематической цепи. Например, не редки случаи когда во время удара движения в звеньях не согласованы или звено не двигается (не сгибаются ноги перед ударом). Бывает, что части тела совершают движения вне очереди, особенно когда удар выполняется раньше чем необходимо. Используется большая чем это необходимо амплитуда в звене (при ударах слета в предплечье). При анализе техники своих подопечных необходимо иметь представления о правильной работе звеньев тела спортсмена.

Существуют другие биомеханические характеристики движений теннисиста.

Например, технику часто оценивают по способности удержать равновесие динамически или статически, т.е. по балансу [32]. Тренеру необходимо наблюдать за тем, удерживает ли игрок прямую линию от головы до земли. Это положение во многом зависит от исходного положения спортсмена перед ударом. В этот момент перед выполнением ударов необходимо согнуть ноги. Это позволяет сохранить необходимое равновесие при выполнении удара и эффективно использовать все части тела для мощного и успешного удара.

Движения характеризуют по величине мышечного напряжения. Если во время замаха мышцы будут перенапрягаться, то у человека происходит дополнительная нагрузка на мышцы и связки, что приводит к травмам. В этом случае трансформации энергии не будет происходить. Только расслабленное сочленение может передавать энергию предыдущего звена без потерь .

При применении биомеханики в тренировке теннисистов необходимо четко формулировать решаемую задачу в двигательном действии. Например, для улучшения удара с отскока добиться повышение скорости выноса ракетки. Большое значение имеет используемая тренером терминология при указании недостатков в движениях. Она не должна быть научной. Трудности могут возникнуть и при определении неточностей в движениях, если они рассматривается без использования точных приборов. Помните, что не всегда формулируемые задачи могут восприниматься учениками правильно. Учитывая сказанное следует более внимательно относиться к использованию биомеханики в формировании техники.

Тренировка и коррекция недостатков в технике

При освоении безопорности тела при ударах сходу, а особенно в фазе взаимодействия с мячом, выполняется в игровых теннисных упражнениях на

значительных скоростях в комбинациях, как с лёта, так и с отскока. Вращательная составляющая силы вокруг продольной оси всего тела создается

за счёт момента силы отталкивания, импульс которого передается по звеньям кинематической цепи тела к последнему звену — руке с ракеткой. Общие тренировочные средства при постановке и коррекции техники ударов для

занимающихся теннисом в возрасте 10-12 лет содержат следующие данные:

— волна развития и погашения силового ударного импульса строится на

развитии ощущений при упражнениях в разных ситуациях:

— неподвижно висящего мяча;

— падающего с высоты мяча;

— отскакивающего от стенки мяча;

— игры с партнером с поочерёдным выполнением программируемых ударов и управления массой, участвующей в ударе путем изменения

Эти упражнения можно начинать с ударов с лета, где для игры у сетки нужны механизмы, направленные на укрепление и расслабление мышечных

связей в суставах тела человека:

— для противодействия большому ударному импульсу требуется

большая масса, для чего нужно сохранить целостность в хвате и жесткость в

суставах путем программного, отработанного тренировкой навыка фиксации

суставов мышцами — антагонистами. Ответное действие теннисист создаёт за счет реализации программы мышечной активности за 90 мс до соударения. Прогноз и антиципация силы хвата лежат в основе тренировки фазы взаимодействия ракетки с мячом.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Всё про тату: самая полная коллекция фото и видео