ШКОЛА ЗДОРОВЬЯ УНИВЕРСИТЕТСКИЕ СУББОТЫ АРХАНГЕЛЬСК 2016 ЭЛЕМЕНТЫ

ШКОЛА ЗДОРОВЬЯ УНИВЕРСИТЕТСКИЕ СУББОТЫ АРХАНГЕЛЬСК 2016

ЭЛЕМЕНТЫ БИОФИЗИКИ ДВИЖЕНИЯ Доцент кафедры медицинской и биологической физики СГМУ, к. п. н. Тарасова Анна Владимировна

ФИЗИКА КАК НАУКА Физика наука, изучающая простейшие, и, вместе с тем, наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения (физический энциклопедический словарь) занимает особое место среди всех естественных наук, т. к. она изучает наиболее фундаментальные и универсальные закономерности взаимодействия частиц и полей, лежащие в основе других явлений – химических, биологических, геологических, астрономических и др.

СВЯЗЬ ФИЗИКИ С ДРУГИМИ НАУКАМИ физика как наука выросла из потребностей техники новые отрасли техника физика – база развития новых отраслей астрономия астрофизика машиностроение геофизика геология физика математика медицина физическая химия биофизика химия биология

БИОФИЗИКА - изучает физические свойства биологических объектов и физические явления в биологических системах.

Механика раздел физики, изучающий законы механического движения и его причины Биомеханика раздел биофизики, в котором изучаются механические свойства тканей, органов и систем живого организма и механические явления, сопровождающие процессы жизнедеятельности.

ДВИЖЕНИЕ изменение с течением времени взаимного расположения тел или их частей друг относительно друга

Движения - локомоции Локомоции – совокупность согласованных движений животных и человека, вызывающих активное их перемещение в пространстве (важнейшее приспособление к обитанию в разнообразных условиях среды).

ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ЧЕЛОВЕКА (ОДА) ОДА - механизм, состоящий из 600 мышц, 200 костей, нескольких сотен сухожилий. ОДА состоит из звеньев. Звено – часть, расположенная между двумя соседними суставами или между суставом и дистальным концом. Пример: кисть, предплечье, плечо, голова.

СТЕПЕНИ СВОБОДЫ Число степеней свободы механической системы - число независимых координат, необходимых для описания всех возможных движений системы.

СТЕПЕНИ СВОБОДЫ Материальная точка имеет 3 степени свободы – перемещение по трём взаимно перпендикулярным направлениям. Свободное тело имеет 6 степеней свободы – 3 поступательных и 3 вращательных относительно трёх взаимно перпендикулярных осей.

СТЕПЕНИ СВОБОДЫ СУСТАВОВ Сустав (сочленение)– место соединения костей. Сустав с 1 -й степенью свободы – сгибание и разгибание в плоскости, перпендикулярной оси сустава. Пример: плечелоктевой сустав

СТЕПЕНИ СВОБОДЫ СУСТАВОВ Сустав с 2 -я степенями свободы – сгибание и разгибание, приведение и отведение. Пример: лучезапястный сустав Сустав с 3 -я степенями свободы – сгибание и разгибание, отведение и приведение, вращение. Пример: тазобедренный сустав

ЧИСЛО СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ БИОМЕХАНИЗМА Число степеней свободы ОДА в целом: N – число подвижных костей, i – класс сустава (число ограничений степеней свободы в суставах), pi – число суставов, принадлежащих к определенным классам (i=3, 4, 5)

ПРИМЕР: ДЛЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА Число подвижных костей N=148. Суставы 3 класса (с тремя степенями свободы) p 3 =29, Суставы 4 класса (с двумя степенями свободы) p 4 =33, Суставы 5 класса (с одной степенью свободы) p 5 =85. Пример: для конечности

ОДА человека состоит из сочленённых между собой костей скелета, к которым в определенных точках прикрепляются мышцы. Кости скелета действуют как рычаги, которые имеют опоры в сочленениях и приводятся в движение силой тяги, возникающей при сокращении мышц.

РЫЧАГ -ТВЕРДОЕ ТЕЛО, ИМЕЮЩЕЕ ОСЬ ВРАЩЕНИЯ I рода II рода Рычаг, ось вращения которого расположена между точками приложения сил, а силы направлены в одну сторону. Рычаг, ось вращения которого расположена по одну сторону от точек приложения сил, а силы направлены в противоположные стороны.

РЫЧАГИ Правило моментов сил: - плечи сил F и R соответственно. Плечо силы – наименьшее расстояние между осью вращения и направлением действия силы. (F- сила натяжения мышц, R- сила тяжести)

РЫЧАГ I РОДА Сочленение черепа с первым шейным позвонком

РЫЧАГ II РОДА – РЫЧАГ СИЛЫ (ДАЁТ ВЫИГРЫШ В СИЛЕ, НО ПРОИГРЫШ В ПЕРЕМЕЩЕНИИ) Сочленение, обеспечивающее подъём человека на полупальцы

РЫЧАГ II РОДА – РЫЧАГ СКОРОСТИ (ДАЁТ ПРОИГРЫШ В СИЛЕ, НО ВЫИГРЫШ В ПЕРЕМЕЩЕНИИ) Сочленение, удерживающее груз при согнутом предплечье

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

ТИПЫ СОКРАЩЕНИЯ МЫШЦ Изометрическое сокращение – сокращение при постоянной длине мышцы (механическое напряжение изменяется). Пример: удерживание штанги Изотоническое сокращение – сокращение при постоянном механическом напряжении мышцы (длина мышцы изменяется). Пример: пловец, велосипедист Аксотоническое сокращение – общий случай.

СТРОЕНИЕ МЫШЦЫ

МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ Мышца состоит из параллельных волокон. Отдельное мышечное волокно имеет диаметр 20 -80 мкм, окружено плазматической мембраной толщиной 10 нм. Каждое волокно - сильно вытянутая клетка. Сократительный аппарат мышечного волокна состоит из 104 последовательно соединенных одинаковых элементов – саркомеров, каждый из которых содержит 106 нитей двух сортов – толстых (миозиновых) и тонких (актиновых).

СТРОЕНИЕ САРКОМЕРА

При сокращении мышцы тонкие нити вдвигаются между толстыми, происходит относительное скольжение нитей без изменеия их длин. Этот процесс обусловлен взаимодействием поперечных миозиновых мостков с актиновыми центрами, расположенными на актине.

Зависимость силы сокращения от длины саркомера т. А – нити актина и миозина не накладываются друг на друга, волокно не способно развивать силу сокращения.

Зависимость силы сокращения от длины саркомера Участок АВ – при сближении Z-мембран нити актина глубже проникают в промежутки между нитями миозина и количество замкнутых миозиновых мостиков увеличивается, те увеличивается сила сокращения.

Зависимость силы сокращения от длины саркомера т. В – все миозиновые мостики находятся в контакте с нитями актина, сила сокращения максимальна.

Зависимость силы сокращения от длины саркомера Участок ВС – при дальнейшем укорочении мышечного волокна количество замкнутых миозиновых мостиков не изменяется, сила сокращения постоянна

Зависимость силы сокращения от длины саркомера Участок СД – нити актина сходятся и при уменьшении длины саркомера сила сокращения убывает, тк нити актина будут неправильно ориентированы по отношению к миозиновым мостикам

Зависимость силы сокращения от длины саркомера т. Д – концы миозиновых нитей соприкосновение с Z-мембранами приходят в

Зависимость силы сокращения от длины саркомера Участок ДЕ, т. Е – нити миозина деформируются, сила сокращения убывает быстрее и совсем исчезает, когда активные нити доходят до противоположных Zмембран.

УРАВНЕНИЕ ХИЛЛА - сила сокращения - скорость сокращения - константы

КПД МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ - работа мышцы при изотоническом сокращении -изменение внутренней энергии мышцы

ЭРГОМЕТРИЯ - - метод определения физической активности человека Например, велоэргометр

Заключение Педагоги детских спортивных школ учитывают конституцию детей, прогнозируя лучшие скоростные качества при врожденном преобладании бедренных мышц над мышцами голени Травмы и заболевания ОДА человека и др.

Благодарю за внимание! АРХАНГЕЛЬСК, СГМУ, 17. 12. 2016