Лекция 3 18. 02. 2017 Биомеханика опорно-двигательного аппарата

Лекция 3 18. 02. 2017 Биомеханика опорно-двигательного аппарата (ОДА) человека. Биофизика мышечного сокращения.

Механизм – система, состоящая из нескольких связанных между собой частей (звеньев), совершающих различные типы движений Кинематическая пара (кинематическая связь) Звено 1 (кость1) Звено 2 (кость 2) Шарнир (сустав)

Кинематическая цепь (КЦ)

Число степеней свободы механизма – число независимых координат, необходимых для определения положения всех звеньев механизма или число независимых движений, на которые раскладываются движения всех звеньев механизма Накладываемые кинематические связи уменьшают число степеней свободы механизма

Отдельное свободное звено: OC 33 3 6 i i i Число ограничений, накладываемых на движение одного звена относительно другого звена – класс сустава: CK Число степеней свободы одного звена относительно другого: 2 1 C 3 6 C Ci i K K

Звено 1 Звено 22 11 i 5 CK

1 2 2 12 i 4 CK

2 13 i 3 CK

Число степеней свободы механизма: N – число подвижных звеньев; N – 1 – число сочленений; х С 3 , х С 4 , х С 5 – количество сочленений данного класса; число степеней свободы механизма: 3 4 56 3 4 5 C C Ci N x x x

Скелет человека: 148 206 N 329 Cx 433 Cx 585 Cx 147 6 148 3 29 4 33 5 85 244 i

ОДА = сочлененные кости скелета + + сухожилия и мышцы = = совокупность рычагов, удерживаемых и управляемых человеком

Рычаг 1 l 1 F r 2 l 2 F r 1 1 2 2 F l Рычаг силы 1 2 l F F l

1 l 1 F r 2 l 2 F r 1 1 2 2 F l Рычаг скорости 1 s 2 s 1 1 2 2 F s 1 1 2 2 v v. F F 1 2 v v

2 l 2 F r 1 l 1 F r 1 1 2 2 F l Рычаг скорости 1 1 2 2 v v. F F 1 2 2 1 1 2 1 v v v F l П р и к р е п л е н и е м ы ш ц ы m

Свинг и хук: 2. (v v )m F t r r r

Механическая работа человека Складывается из работ по изменению кинетических энергий поступательного и вращательного движений частей биомеханизма и механизма в целом Ходьба: Велосипед: m = 75 кг 1, 5 60 м V Р Вт с 2, 5 30 м VР Вт с

m = 75 кг h = 1, 40 м t = 0, 2 c 70 9, 81 1, 40 4800 0, 2 mgh PВт t

«Статическая» работа мышц

Эргометрия – методы количественной оценки работоспособности человека путем регистрации его мышечной работы с одновременным ЭКГ и клиническим контролем Велоэргометрия – определяется работа, совершенная человеком против силы трения при вращении педалей неподвижного велосипеда Тредмилэргометрия – контролируемая нагрузка при ходьбе или бегу по движущейся дорожке

Общие выводы: 1. Скелет человека – сложный биомеханизм с большим числом звеньев и сочленений между ними, т. е. с большим числом степеней свободы (244) относительных движений 2. Такой механизм обладает очень большой подвижностью и является крайне неустойчивым из-за большого числа степеней свободы при высоком положении центра масс (тяжести)

3. Устойчивость скелета, относительное перемещение частей его относительно друга и движение скелета, как целого, относительно других тел, возможно только при наличии окружающего скелет мышечного каркаса 4. ОДА = подвижные и неподвижные кости + + сухожилия и мышцы