Біомеханіка
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Біомеханіка

Біомеханіка (від біо... і механіка ), розділ біофізики, що вивчає механічні властивості живих тканин, органів і організму в цілому, а також механічні явища, що відбуваються в них. Терміном «Би.» раніше також називали галузь ембріології — механіку розвитку, частіше звану експериментальною ембріологією . Зазвичай термін «Би.» застосовують до учення про рухах людини і тварин. Проте в середині 20 ст кордону досліджень по Б. розширилися: Б. дихального апарату (див. Дихання ) вивчає його еластичний і нееластичний опір, кінематику (тобто геометричну характеристику руху) і динаміку дихальних рухів, а також інші сторони діяльності дихального апарату в цілому і його частин (легенів, грудної клітки); Б. кровообіги вивчає пружні властивості судин і серця, гідравлічний опір судин потоку крові, поширення пружних коливань по судинній стінці, рух крові, роботу серця і ін. (див. Гемодинаміка ); Би. рухів, грунтуючись на даних анатомії і теоретичної механіки, досліджує структуру органів руху, характер додатка м'язових сил, що викликають рухи в суглобах, кінематику зчленувань, розподіл маси тіла по його ланках, закономірності руху цих ланок і тіла в цілому, визначає характер, напрям і значення сил, що діють. Біомеханічна характеристика руху складається на основі даних структурного, кінематичного і динамічного аналізу. При структурному аналізі визначають кількість мір свободи кінематичних ланцюгів тіла, їх характер (відкриті, замкнуті); кінематичний аналіз дає характеристику руху (траєкторії, швидкості і прискорення); динамічний — виявляє картину взаємодії внутрішніх і зовнішніх сил. Найчастіше завдання біомеханічного дослідження зводиться до визначення картини сил, що діють, по кінематичних характеристикам руху. Це дозволяє оцінити економічність руху, міра використання як зовнішніх, так і м'язових сил і судити про механізми координації і регуляції рухів. У цій частині Б. тісно стикається з фізіологією рухів. Інше завдання біомеханічного дослідження — вивчення окремих положень тіла (стояння, сидіння і ін.). При цьому визначають значення статичних моментів, положення загального центру тяжіння тіла по відношенню до опори, міра стійкості тіла в даному положенні, т. е., по суті, встановлюють і характер взаємодії внутрішніх і зовнішніх сил. Вирішення таких завдань також пов'язане з фізіологією, з вченням про положення і рівновагу тіла в просторі.

загрузка...

  В дослідженнях по Б. використовуються всілякі методи реєстрації переміщень, швидкостей, прискорень рухів, що вивчаються. Найбільш споживані оптичні методи: прискорена кінозйомка, циклографія, кімоциклографія і ін. З їх допомогою визначають просторові переміщення тіла, переміщення його ланок один відносно одного, розраховують лінійні і кутові швидкості і прискорення, сили, що діють. Використовуються в Би. також методи електричної реєстрації механічних величин за допомогою механотронов, датчиків кутових переміщень, опорних динамографів.

  Історія Б. Начало дослідженням по Б. належало італійським ученим Леонардо да Вінчі, що вивчав рухи людини з позицій анатомії і механіки. Значний вплив на розвиток Би. надав італійський натураліст Дж. Бореллі, який розглядав організм як машину і прагнув пояснити дихання, рух крові і роботу м'язів з позицій механіки. У книзі «Про рух тварин» (1680—81) він дає механічний аналіз рухів ланок тіла людини і тварин при ходьбі, бігу, плаванні. Експериментальне вивчення ходьби людини здійснили німецькі учені Е. і В. Вебери (1836), В. Брауне і О. Фішер (1895), французький учений Е. Марей (1894), американські — У. О. Фенн (1935), X. Елфтмен (1938). Вивченню механіки живих тканин присвячені роботи американських учених Ф. Г. Еванса (1957), Г. Фроста (1964); Би. дихання досліджував американський учений Дж. Л. Клеменс (1965), гемодинаміку вивчали його співвітчизники Г. М. Тейлор (1953), Е. О. Еттінгер (1964). Розвиток Би. у Росії пов'язано з роботами по теоретичній анатомії П. Ф. Лесгафта (1905) і книгою І. М. Сеченова «Нарис робочих рухів людини» (1901), що містить зведення найважливіших біомеханічних характеристик рухів людини. Дослідження по Б. носили спочатку прикладний характер і були направлені на раціоналізацію робочого місця, робочої пози, форми інструменту, прийомів роботи. Вони базувалися на методиці циклографії і циклограмметрії. Детальні дослідження локомоций людини були здійснені Н. А. Бернштейном і його співробітниками. Проведений біодинамічний аналіз ходьби здорових людей, її еволюції у дітей і людей похилого віку, а також бігу, стрибків, маршу.

  Практичне значення. Дослідження в області Б. представляють істотний інтерес для різних галузей знань: фізіології праці і спорту, військової і клінічної медицини, у тому числі неврології, ортопедії, травматології, протезування. Так, вивчення Б. фізичних вправ і спортивних рухів сприяє розкриттю основ майстерності і розробці науково обгрунтованої системи тренування. Вивчення робочих рухів людини дає можливість оцінити економічність того або іншого варіанту рухів і удосконалювати їх структуру. Вивчення міцності кісток, суглобів, в'язок, упруговязких властивостей м'язів і інших тканин поважно для травматології і ортопедії, для розуміння механізмів дії ушкоджувальних чинників і запобігання травмам.

  Значний інтерес представляє Б. для протезування, будучи основою конструювання протезно-ортопедичних виробів. Багато характеристик опорно-рухового апарату використовуються при проектуванні інших технічних систем (див. Біоніка ) .

  Так, дані про структуру і механізми управління «живими кінематичними ланцюгами» з багатьма мірами свободи (наприклад, рука, починаючи від зчленування ключичної лопатки, має 33 міри свободи, що забезпечує можливість надзвичайно всіляких рухів і поворотів) застосовуються при створенні автоматів-маніпуляторів і роботів, використовуваних в різних областях техніки.

  Ряд біомеханічних показників стану кровообігу (див. Баллістокардіографія, Дінамокардіографія ) і дихання враховують при діагностиці і визначенні свідчень до операцій на серці і легенів. Дослідження Б. дихання і кровообіги використані при створенні апарату «серце — легені».

  Літ.: Сеченов І. М., Нарис робочих рухів людини, М., 1901; Лесгафт П. Ф., Основи теоретичної анатомії, 2 видавництва, ч. 1, СП(Збори постанов) Би. 1905; Бернштейн Н. А., Загальна біомеханіка, М., 1926 (є бібл.); Дослідження по біодинаміці локомоций, під ред. Н. А. Бернштейна, М.— Л., 1935; Дослідження по біодинаміці ходьби, бігу, стрибка, під ред. Н. А. Бернштейна, М., 1940; Миколи Л. П., Керівництво по біомеханіці у застосуванні до ортопедії, травматології і протезування, [ч. 1—2], До., 1947—50; Легені. Клінічна фізіологія і функціональні проби, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1961; Weber W., Weber Ed., Mechanik der menschlichen Gehwerkzeuge, Gött., 1836; Pulsatile blood flow, ed. Е. O. Attinger, N. Y., 1964; Burton А. С., Physiology and biophysics of the circulation, Chi., 1965; Frost Н. М.. An introduction to biomechanics, Springfield (III.), 1967.

  Ст С. Гурфінкель.