Курс лекций по биомеханике. Курс лекций Содержание Биомеханика как учебная и научная

• Название: Курс лекций Содержание Биомеханика как учебная и научная
• Анкор: Курс лекций по биомеханике.doc
• Дата: 24.04.2017
• Размер: 5.94 Mb.
• Имя файла: Курс лекций по биомеханике.doc
• Тип: Курс лекций; #1886
• страница: 3 из 26

2.Оси и плоскости

Тело человека построено по типу двубоковой симметрии (оно делится срединной плоскостью на две симметричные половины) и характеризуется наличием внутреннего скелета. Внутри тела на­блюдается расчленение на метамеры, или сегменты, т. е. обра­зования однородные по строению и развитию, расположенные в последовательном порядке, в направлении продольной оси тела (например, мышечные, нервные сегменты, позвонки и пр.); цент­ральная нервная система лежит ближе к спинной поверхности туловища, пищеварительная — к брюшной. Как и все млекопитаю­щие, человек имеет молочные железы и покрытую волосами ко­жу, полость его тела разделена диафрагмой на грудной и брюшной отделы.

Чтобы лучше ориентироваться относительно взаимного поло­жения частей в человеческом теле, исходят из некоторых основ­ных плоскостей и направлений (рис. 2.5). Термины «верхний», «нижний», «передний», «задний» относятся к вертикальному поло­жению тела человека. Плоскость, делящая тело в вертикальном направлении на две симметричные половины, именуется сре­динной.Плоскости, параллельные срединной, называются са­гиттальными. (лат. sagitta — стрела); они делят тело на отрезки, расположенные в направлении справа налево. Перпендикулярно срединной плоскости идут фронтальные, т. е. параллельные лбу (фр. front — лоб) плоскости; они рассекают тело на отрезки, рас­положенные в направлении спереди назад. Перпендикулярно срединной и фронтальной плоскости проводятся горизонтальные, или поперечные плоскости, разделяющие тело на отрезки, распо­ложенные друг над другом. Сагиттальных (за исключением средин­ной), фронтальных и горизонтальных плоскостей можно провести произвольное количество, т. е. через любую точку поверхности те­ла или органа.

Терминами «медиально» и «латерально» пользуются для обозна­чения частей тела по отношению к срединной плоскости: medialis — находящийся ближе к срединной плоскости, lateralis — дальше от нее. С этими терминами не надо смешивать термины «внутренний» — internus и «наружный» — externus, которые употребляются только по отношению к стенкам полостей. Слова «брюшной» — ventralis, «спинной» — dorsalis, «правый» — dexter, «левый» — sinister, «по­верхностный» — superficialis, «глубокий» — profundus не нуждают­ся в объяснении. Для обозначения пространственных отношений на конечностях приняты термины «proximalis» и «distalis», т. е. на­ходящийся ближе и дальше от места соединения конечности с ту­ловищем.

3.Краткие данные о центре тяжести тела человека

Функция нижних конечностей человека, если исключить многие физические упражнения, определяется главным образом опорой (положение стоя) и локомоцией (ходьба, бег). И в том, и в другом случае на функцию нижних конечностей, в отличие от верхних, имеет значительное влияние общий центр тяжести (ОЦТ) тела человека (рис. 2.6).

Во многих задачах механики удобно и допустимо рассматривать массу какого-то тела так, как будто она сконцентрирована в одной точке — центре тяжести (ЦТ). Поскольку нам предстоит анализи­ровать силы, действующие на тело человека во время выполнения физических упражнений и стоя (покой), нам следует знать, где на­ходится ЦТ у человека в норме и при патологии (сколиоз, коксартроз, ДЦП, ампутации конечности и др.).

В общей биомеханике важным является изучение расположе­ния центра тяжести (ЦТ) тела, его проекции на площадь опоры, а также пространственного соотношения между вектором ЦТ и раз­личными суставами. Это позволяет изучать возможности блокировки суставов, оценить компенсаторные, приспособительные изменения в опорно-двигательном аппарате (ОДА). У взрослых мужчин (в среднем) ОЦТ располагается на 15 мм позади от перед­не-нижнего края тела V поясничного позвонка. У женщин ЦТ в среднем располагается на 55 мм спереди от передне-нижнего края I крестцового позвонка.

Во фронтальной плоскости ОЦТ незначительно (на 2,6 мм у мужчин и на 1,3 мм у женщин) смещен вправо, т. е. правая нога принимает несколько большую нагрузку, чем левая. Общий центр тяжести (ОЦТ) тела слагается из центров тяже­сти отдельных частей тела (парциальные центры тяжести). Поэтому при движениях и перемещении массы частей тела перемещается и общий центр тяжести, но для сохранения равнове­сия его проекция не должна выходить за пределы площади опоры.

Высота положения ОЦТ у разных людей значительно варьирует в зависимости от целого ряда факторов, к числу которых в первую очередь относятся пол, возраст, телосложение и пр.

У женщин ОЦТ обычно располагается несколько ниже, чем у мужчин.

У детей раннего возраста ОЦТ тела расположен выше, чем у взрослых.

При изменении взаимного расположения частей тела, проекция его ОЦТ также меняется (рис. 2.11). Меняется при этом и устой­чивость тела. В практике спорта (обучение упражнениям и трени­ровки) и при выполнении упражнений лечебной гимнастики этот вопрос очень важен, так как при большей устойчивости тела можно выполнять движения с большей амплитудой без нарушения рав­новесия. Устойчивость тела определяется величиной площади опоры, вы­сотой расположения ОЦТ тела и местом прохождения вертикали, опущенной из ОЦТ, внутри площади опоры. Чем боль­ше площадь опоры и чем ниже расположен ОЦТ тела, тем больше устойчивость тела.

Количественным выражением степени устойчивости тела в том или ином положении является угол устойчивости, (УУ). УУ назы­вается угол, образованный вертикалью, опущенной из ОЦТ тела и прямой, проведенной из ОЦТ тела к краю площади опоры (рис. 2.12). Чем больше угол устойчивости, тем больше степень устой­чивости тела.


Рис. 2.12. Углы устойчивости при выполнении упражнения «шпагат»:

а — угол устойчивости назад; р — угол устойчивости вперед; Р — сила тяжести (по М.Ф. Иваницкому)

Вертикаль, опущенная из ОЦТ тела, проходит на некотором рас­стоянии от осей вращения суставов. В связи с этим сила тяжести в любом положении тела имеет по отношению к каждому суставу определенный момент вращения, равный произведению величины силы тяжести на ее плечо. Плечом силы тяжести является перпен­дикуляр, проведенный из центра сустава к вертикали, опущенной из ОЦТ тела (рис. 2.13). Чем больше плечо силы тяжести, тем больший момент вращения она имеет по отношению к суставу.

Масса частей тела определяется различными способами. Если у разных людей абсолютная масса частей тела будет значительно различаться, то относительная масса, выраженная в процентах, достаточно постоянна (см. табл. 5.1).

Очень большое значение имеют данные о массе частей тела, а также о расположении парциальных центров тяжести и момен­тов инерции в медицине (для конструирования протезов, ортопе­дической обуви и т. п.) и в спорте (для конструирования спортив­ного инвентаря, обуви и т.п.).

4.Организм, орган, система органов, ткани

Организмомназывается всякое живое существо, основными свойствами которого являются: постоянный обмен веществ и энер­гии (внутри себя и с окружающей средой); самообновление; дви­жение; раздражаемость и реактивность; саморегулирование; рост и развитие; наследственность и изменчивость; приспособляемость к условиям существования. Чем сложнее устроен организм, тем в большей мере он сохраняет постоянство внутренней среды — гомеостаз (температура тела, биохимический состав крови и др.) независимо от меняющихся условий внешней среды.

Эволюция происходила под знаком двух противоположных тен­денций: дифференциации, или разделения тела на ткани, органы, системы (с соответствующим и одновременным разделением и спе­циализацией функций), и интеграции, или объединения частей в целостный организм.

Органом называют более или менее обособленную часть орга­низма (печень, почка, глаз и т. д.), выполняющую одну или несколь­ко функций. В образовании органа принимают участие различные по строению и физиологической роли ткани, возникшие в течение длительной эволюции как совокупность приспособительных меха­низмов. Одни органы (печень, поджелудочная железа и др.) име­ют сложное строение, причем каждый их компонент выполняет свою функцию. В других случаях составляющие тот или иной ор­ган (сердце, щитовидная железа, почка, матка и др.) клеточные структуры подчинены выполнению единой сложной функции (кро­вообращение, мочеотделение и др.).

Группа органов различных по структурно-функциональным при­знакам, но служащих для выполнения одного из главных жизненных отправлений, получила название аппарата или системы органов.К системе органов относятся: аппарат движения и опоры, пищевари­тельный аппарат (пищеварительная система); дыхательный аппарат (дыхательная система); мочеполовой аппарат (мочеполовая система); нервная система и др.

5.Клетки и ткани организма. Строение и функция тканей

Живой организм — сложная, постоянно изменяющаяся, разви­вающаяся целостная система, находящаяся в постоянной связи с внешней средой и образующая с ней неразрывное единство. Орга­низм состоит из клеток и промежуточного межклеточного вещества. Клетка — структурный элемент, обычно микроскопической величины. В ней различают: 1) протоплазму (цитоплазму) с орга­ноидами и включениями и 2) ядро (кариоплазму). Форма клеток разнообразна и зависит от функции, а также положения, которое они занимают в составе ткани. Функция клетки, как и ее строе­ние, находится в зависимости от окружающей среды.

В результате разделения функций между клетками сложного организма и его взаимодействия со средой развиваются особые объ­единения клеток — ткани. Ткань по морфологическому и функ­циональному принципу составляет неразрывное единство.

С точки зрения генеза и функции различают четыре основные группы тканей: 1) эпителиальные; 2) соединительные; 3) мышеч­ные; 4) нервные. Каждая группа в свою очередь состоит из большего или меньшего числа подразделений.

1) Эпителиальные ткани представляют собой пласт клеток, поверхностная часть которого более дифференцирована.

Эпителий стоит на границе внутренней среды организма и внеш­него мира, отсюда его название — пограничная ткань. В то же время с помощью эпителия совершается обмен веществ между организмом и средой. Для эпителия характерно то, что он всегда расположен на соединительной ткани и от нее отделен тонкой базальной мембраной.

Различают несколько видов эпителия: кожный, кишечный, почечный, целомический и эпендимоглиальный.

Кожный эпителий — многослойный, находится в составе кожи, роговицы, переднего отдела пищеварительного тракта и других час­тей тела. К его производным относятся волосы, ногти и железы.

Кишечный эпителий — однослойный, призматический, нахо­дится в среднем и заднем отделах пищеварительного тракта.

Почечный эпителий — однослойный, образует стенки, мочевых канальцев почки.

Целомический эпителий (включает в себя мезотелий) — од­нослойный, плоский, герминативный (зародышевый), входит в со­став всех серозных оболочек (брюшина, плевра, перикард).

Эпендимоглиальный эпителий — однослойный кубический или плоский, развивается из общего с нервной системой источни­ка; он ограничивает элементы последней от других тканей орга­низма. Сюда же относится пигментный эпителий сетчатки, покро­вов мозговых оболочек и др.

2) Соединительные ткани, или ткани внутренней среды, име­ют разнообразные свойства. В этой группе тканей различают ткани опоры и ткани трофические; последние обеспечивают процессы пита­ния, обмена веществ в организме, им принадлежит и защитная функ­ция. К трофическим тканям относятся: мезенхима, ретикулярная ткань, рыхлая неоформенная соединительная ткань, кровь, лимфа и др.

Рыхлая неоформенная соединительная ткань находится во всех органах по ходу кровеносных и лимфатических сосудов, под кожей и между мышцами образует значительные прослойки.

В некоторых местах организма рыхлая соединительная ткань превращается в жировую. В отдельных областях тела жировая ткань развивается постоянно (под кожей, вокруг почек, в сальни­ке и т. д.). Значение ее прежде всего трофическое (при голодании жир из клеток, как известно, исчезает), вместе с этим жировая ткань представляет плохой проводник тепла; располагаясь между органами, предохраняет последние от давления и сотрясения.

Ткани опоры — плотные, оформленные, хрящевые и костные, характеризуются значительным развитием промежуточного вещест­ва и относительно малым количеством клеток. Хрящевая содержит толстые пучки коллагеновых фибрилл, идущих в определенных направлениях. В ткани сухожилий и связок пучки расположены параллельно, в сетчатом слое кожи они проходят под прямым уг­лом, образуя правильную плетенку. Хрящ различают: гиалиновый, соединительнотканный и эластический. Гиалиновый хрящ состо­ит из клеток и промежуточного вещества. Молодой хрящ беден промежуточным веществом. Хрящ растет через аппозицию (на­слоение) со стороны надхрящницы.

В костной ткани в большей мере, чем в прочих, имеет значение промежуточное вещество; заключающиеся в нем коллагеновые фибриллы составляют пластинки; пластинчатое строение свойст­венно костям человека во взрослом состоянии. Коллагеновые пучки пропитаны солями (преимущественно кальция), поэтому костная ткань отличается высокой прочностью.

Снаружи кости покрыты надкостницей. Наружный слой по­следней построен из плотной соединительной ткани.

3) Мышечные ткани характеризуются тем, что элементы их способны к сокращению. Существует два вида мышечных тканей: гладкая и поперечнополосатая, или соматическая. Мышцы раз­личаются также по принадлежности к определенным органам (сер­дечные, сосудистые, пищеварительные и т. д.), по скорости ответа на возбуждающий сигнал (быстрые и медленные), по наличию свя­зывающего кислород белкового пигмента и т. д. Гладкая мышечная ткань находится в стенках сосудов и внутренних органов (кишеч­ник, мочевыводящие и половые пути), по наличию связывающего кислород белкового пигмента и т. д.

Поперечнополосатая мышечная ткань разви­вается из мезодермы (миотомов) и образует всю скелетную муску­латуру. Ее основной элемент — мышечное волокно, достигающее в некоторых случаях значительной длины (до 12 см). Оно состоит из протоплазмы, содержащей миофибриллы, параллельно идущие вдоль волокна, из большого количества (несколько сот) ядер, рас­положенных на периферии волокна и хорошо развитой оболочки (сарколеммы) фибриллярного строения. Миофибриллы построе­ны из правильно чередующихся по их длине дисков: темные, двоякопреломляющие свет — анизотропные; светлые, однопреломляющие свет — изотропные. Во всех миофибриллах каждого волокна одноименные диски находятся на одном уровне, вследствие чего волокно приобретает поперечную исчерченность.

Рыхлая волокнистая соединительная ткань, заключающаяся в изобилии в кровеносных сосудах и нервах, связывает поперечно-полосатые мышечные волокна в пучки большей или меньшей ве­личины.

4) Нервная ткань — сложный комплекс гистологических эле­ментов, объединенных в нервную систему; в ее состав входят нерв­ные клетки, или нейроны, и вспомогательные элементы — клетки глии. Нейроны имеют разной формы тела, от которых отходят от­ростки.

Чувствительные, или афферентные нейроны псевдоунипо­лярной или биполярной формы периферическим отростком вос­принимают раздражение и проводят его в форме импульсов по цент­ральному отростку к другим нейронам. Двигательные, или эф­ферентные нейроны мультиполярной формы воспринимают импульс от других нейронов своими короткими отростками — дендритами — и проводят его далее по длинному отростку — нейриту (аксону) — к мышечной ткани или к железам. Чувствительный, промежуточный и двигательный нейроны составляют вместе реф­лекторную дугу, через которую осуществляется рефлекс. Место контакта между нейронами называется синапсами; здесь про­исходит передача импульсов с одного нейрона на другой. Отрост­ки нервных клеток, покрытые оболочками, образуют нервные во­локна.

Периферические отростки афферентных нейронов оканчива­ются в тканях чувствительными аппаратами — рецепторами, вос­принимающими различные раздражения. Одни из них находятся в наружных покровах и воспринимают раздражения непосредст­венно от внешней среды — экстерорецепторы; другие лежат в различных внутренних органах — интерорецепторы. Нейриты эфферентных нейронов заканчиваются концевыми аппаратами в мышечной ткани (двигательные бляшки) или в железах. По ним происходит передача нервного импульса тканям. Вспомогательный элемент нервной ткани — глия — выполняет опорную, трофичес­кую и разграничительную функции.

6.Спинной мозг. Позвоночник

Спинной мозг участвует в осуществлении всех сложных двига­тельных реакций организма. Он получает импульсы от экстеро-рецепторов кожной поверхности, проприорецепторов и висцерорецепторов туловища и конечностей (за исключением тех висцерорецептивных импульсов, которые приходят в ЦНС по блуждающим нервам). Спинной мозг иннервирует всю скелетную мускулатуру, кроме мышц головы, иннервируемых черепно-моз­говыми нервами.

Информация, поступающая в спинной мозг от рецепторов, пе­редается по многочисленным проводящим путям, расположенным в задних и боковых столбах спинного мозга, к центрам мозгового ствола и достигает коры больших полушарий и мозжечка. В свою очередь, от вышележащих отделов ЦНС спинной мозг получает импульсы, которые приходят к нему по проводящим путям передних и боковых столбов; эти импульсы оказывают воз­буждающее или тормозящее действие на вставочные и моторные нейроны спинного мозга, в результате чего изменяется деятель­ность скелетной мускулатуры и внутренних органов. В проведении импульсов от периферических рецепторов к головному мозгу и от него к эффекторным аппаратам заключается важная проводнико­вая функция спинного мозга.

Связь спинного мозга с периферией осуществляется посредст­вом нервных волокон, проходящих в спинномозговых корешках.

По ним поступают к спинному мозгу афферентные импульсы и про­ходят от него на периферию эфферентные импульсы. По обеим сторонам спинного мозга имеется по 31 паре передних и задних корешков. В передних корешках проходят, кроме моторных нервов скелетной мускулатуры, другие эфферентные нервные волокна: сосудистые и секреторные, а также идущие к гладкой мускулатуре. Передние корешки содержат центробеж­ные, эфферентные волокна. В задних корешках находятся толстые волокна, которые являются афферентными проводниками, идущи­ми от ядерной сумки мышечных веретен и телец Гольджи, распо­ложенных в сухожилиях.

Расстройство координации движений наступает вследствие пре­кращения потока афферентных импульсов в мозг, прежде всего от рецепторов двигательного аппарата, т. е. от проприорецепторов¹, а также от экстерорецепторов кожи. Отсутствие информации о со­стоянии двигательного аппарата в каждый момент движения приводит к тому, что мозг теряет способность контролировать, оценивать характер движения и вносить поправки на всех этапах двигатель­ного акта. И хотя эфферентные импульсы поступают из мозга в мышцы и вызывают их сокращения, процесс этот не контролиру­ется и не регулируется, так как отсутствует обратная связь, без которой невозможно управление двигательными актами и выпол­нение точных и плавных движений. Потеря чувствительности при­водит, кроме того, к ослаблению мышечного тонуса.

Каждый сегмент спинного мозга, от которого от­ходит с каждой стороны по одному заднему корешку, иннервирует три поперечных отрезка — метамера тела (один метамер соответству­ет сегменту спинного мозга, второй расположен над ним, и третий — под ним). Каждый метамер получает чувствительные волокна от трех расположенных друг над другом задних корешков.

Сегментарное распределение волокон, выходящих из спинного мозга в составе передних корешков, четко обнаруживается лишь в межреберных мышцах. Крупные мышцы туловища и конечностей иннервируются нервными клетками, тела которых расположены в 2—3 сегментах спинного мозга. Аксоны этих клеток идут от спин­ного мозга в составе двух или трех передних корешков. Многие мышцы иннервированы волокнами, выходящими из спинного моз­га через передний корешок.