Кости, их строение, функции и свойства

Строение, свойства и функции биомеханической системы

Лекция 3

1. Строение и свойства опорно-двигательного аппарата (кости, суставы, связки, мышцы)
2. Кинематические звенья, пары, цепи. Степени свободы движения в суставах.
3. Рычаги и маятники в теле человека.

Для изучения закономерностей движений человека в биомеханике применяют модель тела человека – биомеханическую систему. Полная модель человеческого тела состоит из костей, суставов, связок и мышц, механические свойства которых необходимо изучить. Упрощенная модель состоит из совокупности звеньев, пар и цепей.

1. Строение, свойства и функции опорно-двигательного аппарата (кости, суставы, связки, мышцы)

Костный скелет сформирован из 206 костей – 85 парных (170 костей) и 36 непарных. У мужчин костная масса составляет 18% от общей массы тела, у женщин – 16%, у новорожденных – 14%. Костная ткань состоит из органических веществ – 33,3% и минеральных солей – 66,7%. Состав костной ткани легко опытно определить, если кость прожечь или опустить в раствор соляной кислоты. От строения костной ткани будут зависеть и механические свойства, которые в течение жизни будут изменяться.

Скелет в организме выполняет следующие функции:

· двигательную заключается в передаче силы на расстоянии (в роли рычагов)

· опорную заключается в противодействии силе тяжести (сохранение формы тела);

· защитную - предотвращение повреждения внутренних органов составляет защитную функцию (кости черепа и грудной клетки)

· в трубчатых костях располагается красный костный мозг, продуцирующий эритроциты, и кости являются резервуаром для хранения фосфора и кальция.

В результате выполняемых функций, кости испытывают ежедневно нагрузки на:

· сжатие встречаются чаще всего в вертикальном положении тела. В этом случае на скелет, с одной стороны, действует сила тяжести тела и внешних отягощений, а с другой стороны, давление опоры (например, удерживание штанги на вытянутых руках вверх);

· изгиб бывают, когда кости выполняют роль рычагов. Тогда приложенные к ним силы мышц и силы сопротивления им, а также давление опоры действуют поперек костей, на изгиб (например, крест на кольцах).

· растяжение встречаются значительно реже, чем на сжатие и изгиб. Они возникают при висах и во время удержания груза на выпрямленных руках.

· кручение бывают при выполнении вращательных движений (слаломист при выполнении поворота).

Для противостояния ежедневным нагрузкам костная ткань должна обладать следующими механическими свойствами:

Прочность костной ткани обусловлена строением, многие сравнивают с железобетонной конструкцией. Остеоны направлены в наибольшего действия нагрузок. Костная ткань обладает высокой прочностью на сжатие - 1260-1680 кг/см², растягивание - 1240 кг/см², кручение – 700-930 кг/см², сдвиг – 500 кг/см². Запас прочности скелета велик, сравнительно с прочностью чугуна (1200-1800 кг/см²). Например, большая берцовая кость выдерживает нагрузку 1500-1300 кг, а вес тела человека в среднем 60-80 кг, что меньше в 20-50 раз запаса прочности. Если нагрузки выше предела прочности кости, то возникают ее повреждения (трещины, переломы).

Так, плотность костей увеличивается до 25-30 лет, в период с 35 до 45 не изменяется, а после 45 происходит разрежения костной ткани на 1% в год. В медицинской практике применяется прибор для измерения плотности костей – денситометр. У женщин, в молодости занимающихся силовыми видами спорта разрежения костей в основном не происходит.

Твердость костей на 10-12% у мужчин выше, чем у женщин.

В результате систематических тренировок наступает гипертрофия костей, что способствует улучшению свойств.

Дата добавления: 2014-01-07