Двигательный аппарат человека, соединение звеньев и степени свободы. Лекция № 7

ТЕМА № 4 (1 лекция)

Электромиография

Для изучения деятельности мышц в процессе выполнения двигательного акта используется электромиография. Ещё в 1884 г.Н. Е. Введенским описан опыт телефонического прослушивания потенциалов действия мышц человека, а в 1907 г. немецкий физиолог Н. Piper впервые зарегистрировал их с помощью струнного гальванометра. Однако практическую значимость электромиографические исследования приобрели лишь с 30-х годов после создания специализированных усилителей биопотенциалов и концентрических игольчатых электродов, позволивших не только исследовать функцию двигательной единицы, но и расшифровать значение компонентов электромиограммы (ЭМГ), снятой накожными электродами.

Отведение электромиограммы в настоящее время осуществляется двумя способами: накожными и игольчатыми электродами, позволяющими избирательно регистрировать активность одной двигательной единицы. Применение накожного биполярного отведения с межэлектродным расстоянием 20—25 мм позволяет регистрировать суммарную активность многих двигательных единиц. Развитие электромиографии привело к появлению специальной области клинической электрофизиологии — клинической электромиографии, находящей широкое применение в нервной и хирургической клиниках, в ортопедии и протезировании, в клинической и спортивной биомеханике. В последние годы область применения метода электромиографии существенно расширилась за счёт использования биопотенциалов мышц в качестве показателя в системах адаптивного регулирования мышечного тонуса.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается Антропометрия?
2. Назовите главные черты Фотограмметрии.

3. В чем принцип метода оптической компьютерной топографии?

1. Охарактеризуйте клинико – физиологические методы.
2. Что такое Электромиография?

Двигательный аппарат человека - это самодвижущийся механизм, состоящий из 600 мышц, 200 костей и нескольких сотен сухожилий. Он состоит из звеньев, их около 70.

Для удобства исследования двигательного аппарата человека соз­даются всевозможные модели (биомеханические системы) - упрощенные копии тела человека, на которых можно изучать закономерности движе­ний.

Например:

Результат тяги мышц (М): а — при верхней опоре; б — при ниж­ней опоре; в — без опоры, г — при фиксации антагонистами (А) (по В. Э. На­горному)

Звеном называется часть тела, расположенная между двумя сосед­ними суставами или между суставом и дистальным концом.

Биокинематическая пара - это подвижное (кинематическое) соеди­нение двух костных звеньев.

Биокинематическая цепь - это последовательное (или разветвлен­ное) соединение ряда биокинематических пар. В незамкнутых цепях име­ется последнее ("свободное") звено, входящее лишь в одну пару; в замк­нутых цепях свободного конечного звена нет, каждое звено входит в две пары.

В незамкнутой цепи возможны изолированные движения в каждом отдельно взятом суставе.

В замкнутой цепи изолированные движения в одном суставе невоз­можны.

сво боды движения. (Такое соединение к суставам не отно­сится).

Шесть степеней свободы неза­крепленного тела: три поступательных движения вдоль основных осей и три вращательных движения вокруг основ­ных осей

Степени свободы движений тела при закреплении его точек: а - закрепленных точек нет (шесть степеней); б - закреплена одна точка (три степени); в - закреплены две точки (одна степень); г — закреплены три точки (тело неподвижно)

Пять степеней свободы те­ла, соприкасающегося одной точкой с другим телом

Неконгруэнтность - несхожесть соприкасаемых поверхностей, что дает определенные возможности степеней свободы.

7 степеней свободы имеет кисть по отношению к плечу (пример подвижности конечного или дальнего звена от исходного, т.е. сумма всех степеней свободы, которые лежат на пути к искомому).

1. ГЕОМЕТРИЯ МАСС ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

Биомеханические звенья представляют собой своеобразные рычаги и маятники.

Костные рычаги. Они служат для передачи движения и работы на расстояние.

Каждый рычаг имеет следующие элементы:

а) точку опоры (о);

б) точки приложения силы (Р);

в) плечи рычага (1) - расстояние от точки опоры до точек приложе­ния силы.

Для равновесия, либо для равномерного вращательного движения звена, как рычага, необходимо, чтобы противоположно направленные моменты сил относительно оси рычага были равны.

Замечено, что при наиболее экономичном сочетании частоты и длины шагов или гребков человек демонстрирует существенно повышен­ную физическую работоспособность.

В биомеханике различают центры масс отдельных звеньев тела (на­пример, голени или предплечья) и центр масс всего тела.

Например: момент инерции тела зависит от позы тела и оси враще­ния. Изменением позы можно сильно изменить инерции (группировка при выполнении сальто уменьшает момент инерции по сравнению с пря­мым положением тела примерно в три раза).

2. СОСТАВНЫЕ ДВИЖЕНИЯ В БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ

Составные движения образуются из нескольких составляющих движений звеньев в сочлененияхбиокинематической цепи. Например, движение кисти при броске мяча может быть результатом движений ног и туловища, а также движений в суставах руки.

В биокинематических цепях обычно движется много звеньев; одни "несут" на себе движение других (несущие и несомые). Несущее движе­ние (например, мах бедром при выносе ноги в беге) изменяет несомое (сгибание голени).

Строение сочленений не позволяет совершать движения в суставах по "принципу колеса", поэтому почти все движения имеют возвратно-вращательный характер, т.е. движения напоминает маятник вокруг оси, расположеннойпоперек биокинематической цепи (сгибание - разгибание) или продольно (супинация - пронация).

Силы, приложенные к звеньям тела человека, действуя динамиче­ски, приводят к различному результату. В зависимости от того, как на­правлены силы относительно скорости движущегося тела, различают: движущие, тормозящие, отклоняющие силы и возвращающие силы.

3. СИЛЫ В ДВИЖЕНИЯХ ЧЕЛОВЕКА

Все силы, которые приложены к телу человека, нужно разделить на две группы: внешние и внутренние (относительно его).

Внешние силы, силы полученные извне. Без них его движение из­меняться не может.

Внутренние силы сами по себе не могут изменить его движения. Ими человек управляет движениями звеньев в суставах.

4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОСТЕЙ И СУСТАВОВ

В механические свойства костей, кроме двигательных функций. входят функции защитные и опорные.

При растягивающей продольной силе кость выдерживает напряже­ние в 30 раз больше, чем давление, разрушающее кирпич. Установлено, что прочность кости на растяжение выше, чем у дуба, и почти равна прочности чугуна.

При сжатии прочность костей еще выше. Так, самая массивная кость, большеберцовая, выдерживает вес 27 человек.

При изгибе кости человека также выдерживают значительные на­грузки. Например, 1,2 т. недостаточно, чтобы сломать бедренную кость.

При увеличении допустимых механических нагрузок у спортсменов происходит гипертрофия костей:

- у штангистов - утолщаются кости ног и позвоночника;

- у футболистов - внешняя часть кости плюсни;

- у теннисистов - кости предплечья и т.д.

Механические свойства суставов зависят от их строения. Суставная поверхность смачивается синовиальной жидкостью, которую, как в кап­суле, хранит суставная сумка. Синовиальная жидкость обеспечивает уменьшение коэффициента трения в суставе примерно в 20 раз.

5. БИОМЕХАНИКА МЫШЦ

мышца: - мышечное волокно;   - миофибрил (способствующий сокращению мышц);   саркомер: а) активные нити; б) миозиновые нити.

Основная функция мышц состоит в преобразовании химической энергии в механическую работу или силу. Главными биомеханическими показателями, характеризующими деятельность мышцы, являются:

а) сила, регистрируемая на ее конце (эту силу называют натяжением или силой тяги мышцы);

б) скорость изменения длины. Механические свойства мышц слож­ны и зависят от механических свойств элементов, образующих мышцу (мышечные волокна, соединительные образования и т.п.), и состояния мышцы (возбуждения, утомления и пр.).

Длину мышцы без нагрузки называют длиной покоя.

Сократимость - это способность мышцы сокращаться при возбуж­дении. В результате сокращения происходит укорочение мышцы, и воз­никает сила тяги.

Упругие свойства мышцы, т.е. ее способность восстанавливать пер­воначальную длину после устранения деформирующей силы.

Если мышцу растягивать повторно, через небольшие интервалы времени, то ее длина увеличится больше, чем при однократном воздейст­вии. Это свойство мышц широко используется в практике при выполне­нии упражнений на гибкость (пружинистые движения, повторные махи и т.п.).

Жесткость - это способность противодействовать прикладываемым силам,

Податливость - величина обратная жесткости.

Прочность - оценивается величиной силы ее растягивания, при ко­торой происходит разрыв мышцы.

Прочность сухожилия в 150 раз больше прочности мышцы. Возни­кает вопрос: почему иногда рвется сухожилие, а мышца остается целой. По-видимому, это может происходить при очень быстрых движениях: мышца успеваетсамортизировать, а сухожилие - нет.

Релаксация - свойство мышцы, проявляющееся в постепенном уменьшении силы тяги при постоянной длине. Релаксация проявляется, например, при спрыгивании и последующем прыжке вверх, когда человек, глубоко подседая, делает паузу (чем пауза длительнее, тем сила от­талкивания и высота выпрыгивания меньше).

Проявление активности мышцы определяется изменением ее дли­ны, либо ее напряжения, либо того и другого одновременное.

Исходя из этого, мышцы, прикрепленные сухожилиями к костям, функционируют в двух режимах:изометрическом и анизометрическом.

При изометрическом (удерживающем) режиме длина возбужденной мышцы не изменяется (изо - равный, метр - длина /греческий/). Напри­мер, в режиме изометрического сокращения работают мышцы человека, который подтянулся и удерживает свое тело в этом положении.

При анизометрическом режиме длина мышцы укорачивается или удлиняется. В анизометрическом режиме функционируют мышцы бегуна, пловца, велосипедиста и т.д.

У анизометрического режима две разновидности. В преодолеваю­щем режиме мышца укорачивается в результате сокращения. А в усту­пающем режиме мышца растягивается внешней силой. Например, икро­ножная мышца спринтера функционирует в уступающем режиме при взаимодействии ноги с опорой в фазе амортизации, а в преодолевающем режиме - в фазе отталкивания.

Преодолевающая работа, при которой возрастание скорости сокра­щения мышцы вызывает уменьшение силы тяги. А в уступающем режиме наблюдается обратная картина: увеличение скорости растяжение мышцы сопровождается увеличением силы тяги. Это является причиной много­численных травм у спортсменов (например, разрыва ахиллова сухожилия у спринтеров и прыгунов в длину).

Существуют два случая группового взаимодействия мышц: синер­гизм и антагонизм.

Мышцы - синергисты перемещают звенья тела в одном направле­нии. Например, в сгибании руки в локтевом суставе участвуют двуглавая мышца плеча, плечевая и плечелучевая мышцы и т.д.     в) групповое взаимодействие мышц.

Взаимодействие мышц в неодноосном суставе: а — направления тяги мышц; 6 — их составляющие: в — суммарные тяги

Мышцы - антагонисты (в противоположность мышцам - синергистам) имеют разнонаправленное действие. Так, если одна из них выпол­няет преодолевающую работу, то другая - уступающую. Существованием мышц - антагонистов обеспечивается:

1) высокая точность двигательных действий;

2) снижение травматизма.

Рабочие тяги мышц (динамическая работа) обуславливают выпол­нение движений, а опорные тяги мышц (статическая работа) создают не­обходимые условия для этого.

Контрольные вопросы

1. Понятие «двигательный аппарат человека» и его составляющие.

2. По какому принципу двигается человеческое тело?

3. Что такое неконгруэнтность?

4. С чем можно сравнить биомеханические звенья?

5. Понятие жесткости, податливости, прочности.

Дата добавления: 2015-06-04