Введение в биомеханику и биомеханические особенности строения тела человека
Биомеханика - это наука, которая изучает механические явления в живых системах.
Живые системы и механические явления в них весьма многообразны. К живым системам относятся: различные ткани тела человека (костная, мышечная, соединительная и др.), органы и системы (сердечно-сосудистая, дыхательная, скелетно-мышечная и др.), человек или группа людей и т. п. Механические явления также многообразны. К ним относятся: механические свойства тканей тела человека, механика движения крови по сосудам, механика родового акта и другие. Но чаще всего основным предметом исследования биомеханики является механическое движение животных, в том числе и человека.
Наиболее распространенными силами биомеханики являются мышечная сила, гравитация, инерция, плавучесть и контактная сила. Каждый из них имеет другую характеристику и действует по-разному, так что человеческое тело может выполнять движение или оставаться статичным.
В мышцах создаваемая сила зависит от скорости сокращения мышц и его длины. Гравитационная сила создается массой объекта, концепция инерции - это то, что предотвращает изменения в теле во время отдыха или при равномерном перемещении, а сила колебаний - та, которая сопротивляется гравитации, проявляясь более сильным образом в водных видах спорта.
Биомеханика как научная область знаний развивается в разных направлениях. Ее знания и методы широко используются в робототехнике, при изучении двигательных действий в условиях производства, в медицине, в космонавтике и т. п. Физическая культура и спорт также нуждаются в знаниях биомеханики.
Основными задачами спортивной биомеханики являются:
Последним типом общей силы в биомеханике, все еще присутствующей в коллективных видах спорта, является сила контакта. Это то, что происходит, когда два тела впадают в шок, и эта сила может быть действием или воздействием. Кроме того, сила может проявляться перпендикулярно поверхностям или параллельно.
Кинематический подход к движению рассматривает положение, скорость и ускорение отдельных сегментов или всего тела, не беспокоясь о причинах такого перемещения. Кинетика включает в себя силы, которые генерируют движение по законам движения Ньютона, что вызывает связь между причиной и следствием.
1. Изучение техники тренировочных и соревновательных спортивных упражнений.
2. Изучение строения и свойств двигательного аппарата человека.
3. Изучение двигательных способностей человека (силы, быстроты, выносливости и др.).
4. Биомеханическое обоснование конструкции тренажеров и требований по их использованию в тренировочном процессе.
Тем не менее, изучение движений и сил, породивших их, не всегда достаточно, чтобы генерировать все данные, необходимые для точного биомеханического анализа. Дисциплина также пытается понять причину каждого действия, чтобы иметь более подробное описание результатов.
Принципиально, что биомеханика пытается идентифицировать три компонента при анализе движения: влияние силы в момент времени, влияние силы, применяемой в течение периода, и влияние силы, приложенной на расстояние. Альберто Карлос Амадио; Джулио Серка Серрау.
Школа физического воспитания и спорта, Университет Сан-Паулу. Первоначальные соображения: концептуальное введение в изучение человеческого движения. Биомеханика - это дисциплина между науками, полученными из естественных наук, которая посвящена физическому анализу биологических систем, следовательно, физическим анализом движений человеческого тела.
5. Биомеханические аспекты и профилактика спортивного травматизма.
6. Изучение индивидуальных и групповых особенностей движений и двигательных возможностей человека.
Соединение звеньев тела человека и степени свободы
Пассивная часть двигательного аппарата человека включает в себя кости, суставы и связки, образующие скелет человека. В биомеханике его принято рассматривать как многозвенную систему, состоящую из подвижно соединенных твердых звеньев. Известно, что скелет человека состоит из более 200 костей. Для удобства его описания используют такие понятия, как кинематическая пара, кинематическая цепь и степени свободы.
Тело человека может быть физически определено как сложная система сочлененных сегментов в статическом или динамическом равновесии, где движение вызвано внутренними силами, действующими вне оси сустава, вызывающими угловые смещения сегментов, а также силами, внешними по отношению к телу. В принципе следует учитывать, что функциональная структура биологической системы претерпела эволюционный оптимизационный организационный процесс, который значительно отличается от пути технического совершенствования движения.
В отличие от твердого тела биологическая структура человеческого тела позволяет производить силу через мышечное сокращение, которое превращает организм в автономную и независимую систему. Таким образом, мы определяем, что наука, которая описывает, анализирует и моделирует биологические системы, - это биомеханика, наука о очень междисциплинарных отношениях с учетом природы исследуемого явления. Таким образом, биомеханика движения стремится объяснить, как формы движения живых существ происходят в природе от кинематических и динамических показателей.
Кинематическая пара - это два звена, соединенные между собой подвижно. Примером кинематической пары является плечо и предплечье, соединенные локтевым суставом.
Кинематическая цепь - это последовательное или разветвленное соединение кинематических пар. Различают замкнутые и незамкнутые кинематические цепи. Примером замкнутой цепи является последовательное соединение двух ребер, грудины и позвонка в грудной клетке. К незамкнутой кинематической цепи можно отнести безопорную ногу в фазе переноса при ходьбе.
Благодаря биомеханике спорта и его прикладным областям знаний мы можем проанализировать причины и параметры, связанные с спортивным движением. Поэтому движение рассматривается как центральный объект исследований, анализируя его причины и эффекты, связанные с оптимизацией урожайности.
В области анализа спортивного движения поведение совместной перегрузки и влияние моторных механизмов в процессе обучения являются примерами тем, связанных с диагностикой спортивной техники. В более широком смысле его применение по-прежнему остается задачей биомеханики спорта, характеризации и оптимизации методов движения через научные знания, которые ограничивают область действия науки, которая в спортивном движении является ее центральным объектом изучения. Биомеханика может быть разделена на внутреннюю и внешнюю, учитывая большую разницу в ее подходе и применении.
Степени свободы - это количество независимых угловых и линейных перемещений тела. Применительно к телу человека понятие степени свободы характеризует степень подвижности кинематических пар, цепей и всего тела человека. Поскольку в суставах возможны в основном вращательные движения, то степени свободы в них определяются независимыми угловыми перемещениями, количество которых зависит от формы и строения сустава. Так, например, в локтевом суставе имеется две степени свободы (сгибание-разгибание и пронация-супинация), а в тазобедренном суставе - три степени свободы (сгибание-разгибание, отведение-приведение и пронация-супинация). Чтобы определить число степеней свободы в кинематической цепи, нужно сложить степени свободы всех суставов этой цепи. В теле человека насчитывается 244 степени свободы, что свидетельствует о его колоссальной подвижности, а значит, и необходимости управления движениями такой сложной системы.
Внутренняя биомеханика связана с внутренними силами, силами, передаваемыми внутренними биологическими структурами тела, такими как мышечные силы, силы в сухожилиях, связок, костях и суставных хрящах и другие. Определение внутренних сил мышц и суставов по-прежнему остается методологической проблемой, которая не полностью решена в биомеханике, но она, безусловно, составляет фундаментальную основу для лучшего понимания критериев управления движением.
Взаимосвязь между структурными параметрами движения присутствует на практике благодаря реальной взаимозависимости между качественными и количественными параметрами, учитывая характер задачи движения, которое должно выполняться. Таким образом, мы находим различные типы отношений с участием большей или меньшей степени этих структурных параметров для каждой задачи движения. Чем выше, тем более развитой взаимозависимостью является процесс специализации и зрелости техники передвижения. Очень редко можно было найти задачи движения интереса к изучению, когда между этими параметрами не было взаимозависимости.
Биомеханика мышц
Скелетные мышцы являются основными движителями нашего тела. Их количество превышает 600. С биомеханической точки зрения основными показателями их деятельности в организме человека являются сила тяги и скорость изменения длины. Следует подчеркнуть, что мышца может только тянуть, толкать она не может. Именно поэтому для управления движениями в суставах относительно той или иной степени свободы необходимы как минимум две мышцы-антагонисты. Реально их значительно больше, что создает значительные трудности в понимании того, как мозг распределяет степень участия мышц в суставных движениях. Это одна из нерешенных пока проблем организации движений человека, которая в биомеханике получила название «проблема избыточности в управлении мышечной активностью».
Поэтому, чем больше взаимозависимость, тем больше вероятность понимания структуры движения в его более сложной концепции технического анализа. Благодаря биомеханике и связанным с ней областям знаний мы можем анализировать причины и последствия движения. В дополнение к биомеханике, другие важные дисциплины, такие как антропометрия, нейрофизиология, физиология, биохимия, ортопедия и травматология, психология, физика, математика и другие, являются частью этой области исследований и исследований, что характеризует биомеханику как область междисциплинарного характера.
Эксперименты на изолированных мышцах животных и человека показали, что сила тяги мышцы складывается из двух составляющих. Одна из них, назовем ее активной составляющей, обусловлена сократительными возможностями мышечной ткани. Другая составляющая силы возникает при растягивании мышцы и обусловлена наличием в ней соединительной ткани, которая ведет себя подобно пружине и способна накапливать энергию упругой деформации при растягивании мышцы. Назовем ее пассивной составляющей силы тяги мышцы. Следует подчеркнуть, что активная сила тяги сопровождается затратами химической энергии, запасенной в мышцах, и, как следствие, приводит к утомлению. Пассивная составляющая силы тяги имеет сугубо механическую природу и не требует затрат химической энергии.
Для исследования этого движения необходимо, в силу своей структурной сложности, одновременное применение методов измерения в различных областях знаний науки, к этой процедуре называется «Комплексное исследование» движения. В области биомеханики следующие области, которые характеризуют изучение движения человека, являются частью области исследований.
Научные корни деноминированной терапевтической гимнастики с основами в доктринальном знании возникли в аргументах Гипократа и что они были систематизированы и разглашены Галеном, и это определило успех исполнения, зависящий от минимального дохода, то есть простой прогулки без производительность. Исцеляющая гимнастика через учения Платона на научной основе применялась для ухода за недугами посредством физических упражнений, которые были продемонстрированы с помощью природных средств и процедур. Поэтому через движение мы обсуждаем важные источники разъяснения концепции Здравоохранения, и таким образом мы можем интерпретировать некоторые характеристики этого движения от биомеханики.
Рассмотрим основные зависимости, раскрывающие сущность механики мышечного сокращения.
На рис. 1 показаны зависимости силы тяги изолированной мышцы от ее длины. Видно, что с увеличением длины мышцы суммарная сила тяги (а) увеличивается, но при этом активная (с) и пассивная (б) составляющие силы изменяются по-разному. Сила упругой деформации (б) нелинейно возрастает с увеличением длины мышцы. Активная сила (с) сначала увеличивается, а затем уменьшается, т. е. максимум силы тяги наблюдается при некоторой оптимальной длине мышцы, которая получила название длина покоя. Отметим, что в зависимости от количества соединительной ткани в мышце характер кривых «сила-длина» и доля вклада активной и пассивной силы в общую силу тяги мышцы изменяются (рис. 1-I, II, и III).
Таким образом, человеческое движение может быть концептуализировано из системы физического поведения, отмеченной культурными нормами, правилами и конвенциями, система которых основывает свои условия на анатомо-физиологических и биомеханических реакциях организма. В отличие от твердого тела, как определено в физике твердого тела, биологическая структура человеческого тела позволяет производить внутренние силы через мышечное сокращение, которое превращает тело в автономную и независимую систему, изначально понятую из крайних упрощений модель причинно-следственных связей.
Икроножная мышца Портняжная мышца Полусухожильная мышца
Рис. 1. Зависимость силы тяги мышцы (F) от ее длины (I). Сплошная линия (а) - общая сила тяги; сплошная линия (b) - сила тяги мышцы при ее пассивном состоянии; пунктирная линия (с) - сила тяги сократительных элементов мышцы
Другой классической зависимостью является зависимость силы тяги мышцы от скорости изменения ее длины. Прежде чем ее рассмотреть, напомним основные режимы мышечного сокращения.
Следует также учитывать, что функциональная структура биологической системы человека претерпела эволюционный организационный процесс оптимизации, который существенно отличается от пути технического совершенствования движения. Методы измерения в биомеханике для анализа техники движения.
Это косвенные процедуры, поскольку анализ проводится в представленной модели. Поскольку это дисциплина с высокой зависимостью от экспериментальных результатов, крайне важно, чтобы биомеханика очень беспокоилась о своих методах измерения. Только таким образом можно искать более точные процедуры для моделирования движения человека. Методами, используемыми биомеханикой для подхода к различным формам движения, являются: кинематика, динамометрия, антропометрия, электромиография и другие. Используя эти методы, движение может быть минимально описано в его основных структурных характеристиках и индикаторах и даже математически смоделировано, что позволяет лучше понять внутренние механизмы, регулирующие движение человеческого тела.
Изометрический - режим, при котором сокращение происходит при постоянной длине мышцы.
Преодолевающий - режим сокращения, при котором длина мышцы уменьшается. Этот режим также называют концентрическим или миометрическим.
Уступающий - режим сокращения, при котором длина мышцы увеличивается. Другие названия - эксцентрический или плиометрический .
Описание испытаний и измерений в кинематике. Он состоит из записи изображений и последующих реконструкций с помощью отмеченных точек в соответствии с антропометрической моделью, которая оценивает расположение суставных осей субъектов, где эти анатомические метки фиксированы. Изображения записываются камерами и помогают соответствующим «мягким» и «аппаратным средствам». Через эту точку будут определяться трехмерные координаты каждой точки тела для каждого кадра в пределах частотного спектра записи, а также тригонометрические функции и вычисления кинематических переменных.
На рис. 2 приведен график зависимости силы тяги мышцы от скорости изменения ее длины при разных режимах мышечного сокращения. Видно, что наибольшую силу тяги мышца проявляет при уступающем режиме сокращения.
Рис. 2. Зависимость силы тяги мышцы (F) от скорости изменения ее длины
Поэтому антропометрические переменные действуют как вспомогательные средства для определения кинематических переменных центра тяжести тела, например его скорости. Из-за специфики каждой техники движения в спорте, поэтому необходимо разработать конкретную систему метаанализа. Это подразумевает выбор и определение переменных, соответствующих описанию, которое требуется в этом описательном протоколе диагностики движения.
Для применений в кинематографии рекомендуется использовать процедуры и системы, которые используют видеокамеры и позволяющие трехмерную реконструкцию движущихся точек тела. Также рекомендуется использовать цифровые камеры. Частота регистрации изображения должна соответствовать собственной частоте анализируемого движения. Поэтому пространственное и временное разрешение регистра должно быть совместимо с минимально приемлемой точностью для интерпретации движения, далее рекомендуется, чтобы распространение ошибки измерения составляло менее 5%.
Причем с ростом скорости растягивания мышцы сила увеличивается, но до определенного предела. Следующим режимом сокращения с точки зрения силовых возможностей мышцы является изометрический режим. Наименьшую силу тяги мышца демонстрирует при преодолевающем режиме сокращения. С чем большей скоростью укорачивается мышца, тем меньшую силу тяги она проявляет.
Для коррекции ошибок сканирования из-за оптического разрешения системы и точности восприятия оценщика существуют различные методы, например, цифровые фильтры. Наиболее широко используемыми сегодня системами являются те, которые основаны на цифровой обработке изображений, которая включает передачу изображения из видео в компьютерную среду. В дополнение к этим, существуют и другие оптоэлектронные системы, которые работают с использованием активных маркеров, позволяя оперативную реконструкцию изображения или маркеров, которые обрабатываются с высокой частотой и разрешением.
Взаимодействие человека с окружающей средой, осуществляемое за счет активности соответствующих мышц, происходит через звенья тела, которые в биомеханике рассматриваются как система костных рычагов.
Напомним, что рычаг - это твердое тело, которое может вращаться под действием приложенных сил и служит для передачи силы и работы на расстояние. Выделяют два вида рычагов - одноплечие (рычаг второго рода) и двуплечие (рычаг первого рода). Равновесие или движение рычага определяется соотношением моментов сил, приложенных к нему.
Рассмотрим действие мышц на костный рычаг в кинематической паре. В качестве примера приведем действие мышц-сгибателей предплечья при задании удержать в руке груз массой 10 кг. Чтобы упростить задачу, заменим все мышцы-сгибатели локтевого сустава одной эквивалентной мышцей (рис. 3). Такой прием часто используют в биомеханике. Предположим также, что плечо неподвижно, а предплечье и кисть невесома. Таким образом, в данной системе действуют две силы - сила тяги мышцы (F) и сила тяжести груза (Р). Каждая из этих сил создает момент относительно локтевого сустава. Задание будет выполнено, если момент мышечной тяги будет равен моменту силы тяжести груза. Из равенства моментов сил можно определить силу мышечной тяги, которая в данном примере в десять раз превышает силу тяжести груза. В реальных условиях момент силы мышечной тяги делится между теми мышцами, которые участвуют в его создании.
Рис.3. Условие равновесия рычага и расчет силы тяги мышцы
Проигрыш в силе тяги мышц, характерный для большинства суставов тела человека, отражает весьма важную особенность строения скелетно-мышечной системы. Она состоит в том, что мышцы крепятся очень близко к осям вращения в суставах и как следствие этого имеют малые величины плеч сил. Внешние нагрузки действуют на больших плечах сил. Такое строение приводит к проигрышу в мышечных силах, но к выигрышу в размахе и скорости движения в суставе.
Рис. 4. Зависимость момента силы от угла в локтевом суставе при сгибании предплечья в локтевом суставе
На рис. 4 приведена зависимость силы сгибателей предплечья от угла в локтевом суставе. Видно, что наиболее выгодное положение соответствует углу, близкому к 90°. При увеличении или уменьшении угла момент силы уменьшается.
Основными причинами изменения силовых возможностей человека при изменении угла в суставе являются: 1) изменение плеча силы тяги мышцы; 2) изменение длины мышцы; 3) изменение угла, под которым мышца тянет за кость (рис. 5).
Силу тяги мышцы (Р) можно разложить на две составляющие. Одна из них направлена перпендикулярно предплечью (Я) и создает вращательный момент в суставе. Другая составляющая силы (Р) действует вдоль предплечья и укрепляет сустав, вращательного момента она не создает, поскольку проходит через ось вращения в локтевом суставе.
Рис. 5. Изменение силы тяги двуглавой мышцы плеча (F), составляющих этой силы (Р и К), плеча силы тяги (d) и угла тяги мышцы за предплечье в зависимости от угла в локтевом суставе
Из рисунка видно, что с увеличением угла в суставе длина мышцы увеличивается, а следовательно, увеличивается и сила ее тяги (F) за кость. Однако вращающая составляющая этой силы (К) и плечо силы тяги мышцы (d) изменяются не столь однонаправлено. Наибольшие величины этих показателей соответствуют позе № 3, и поэтому в ней проявляется наибольший момент силы в суставе. Несмотря на то, что в позе № 1 сила тяги мышцы наибольшая, значительная часть ее расходуется на укрепление сустава, а не на поворот звена. Это связано с тем, что мышца тянет под очень острым углом по направлению к предплечью, а значит, составляющая Р будет больше, чем К.
Рассмотренные закономерности действия мышц на костные рычаги характерны для большинства суставов тела человека.
Гораздо более сложные взаимоотношения в действии мышц на костные рычаги наблюдаются в кинематических цепях. Это связано не только с участием в движении большего числа звеньев тела и мышц, но и с тем, что в теле человека довольно много двусуставных мышц, которые в отличие от односуставных мышц обслуживают сразу два сустава. Так, например, прямая мышца бедра разгибает ногу в коленном суставе и сгибает в тазобедренном суставе. Наружная и внутренняя головки трехглавой мышцы голени разгибают стопу в голеностопном суставе и сгибают голень в коленном суставе. Двуглавая мышца плеча сгибает предплечье в локтевом суставе и плечо - в плечевом суставе.
Рис. 6. Зависимость силы давления стопы на опору от угла в коленном суставе при разгибании ноги встатическом положении
На рис. 6 показана зависимость силы давления стопы на опору от угла в коленном суставе при разгибании ноги в статическом положении. Видно, что с увеличением суставного угла сила нелинейно увеличивается и достигает очень больших величин. Показано, что при малых углах в коленном суставе основной вклад в силу давления на опору осуществляют четырехглавые мышцы бедра и ягодичные мышцы. При больших углах в коленном суставе основную роль играют мышцы задней поверхности бедра.
В упражнениях динамического характера действие двусуставных мышц в кинематических цепях существенно отличается от односуставных мышц. Режим сокращения односуставных мышц жестко связан с изменением угла в суставе. Например, при разгибании в коленном суставе односуставные головки четырехглавой мышцы бедра сокращаются в преодолевающем режиме, при сгибании - в уступающем режиме, а при неизменном угле - в изометрическом режиме. Режим сокращения двусуставных мышц зависит от изменения углов в соседних суставах. Например, если одновременно разгибать ногу в тазобедренном и сгибать в коленном суставе, то прямая мышца бедра будет удлиняться и сокращаться в уступающем режиме. Если же в этих суставах происходит сгибание или разгибание, то режим сокращения прямой мышцы бедра будет зависеть от соотношения угловых скоростей в этих суставах.
Экспериментально показано, что действие двусуставных мышц сводится к следующему:
- Мышцы могут передавать часть мощности и силы от одних звеньев тела к другим.
- Мышцы способны накапливать и затем частично отдавать энергию упругой деформации при изменении длины кинематической цепи за счет разнонаправленного изменения углов в соседних суставах.
- Мышцы способны рассеивать (демпфировать) механическую энергию, что особенно важно для уменьшения ударных нагрузок.
В заключение отметим, что знания изложенных выше закономерностей действия мышц необходимо для правильного применения физических упражнений в тренировочном процессе, и особенно в развитии двигательных способностей человека.
Биомеханические основы силовых и скоростно-силовых способностей человека.
Понятие о силовых способностях и показатели, их измеряющие
В биомеханике слово «сила» употребляется в двух смыслах. Сила как мера механического взаимодействия тел, т. е. как одна из механических характеристик, и сила как одна из двигательных способностей человека, характеризующаяся его возможностью противодействовать внешним сопротивлениям за счет мышечных усилий.
Способность человека проявлять силу зависит от многих факторов. Знание и учет этих факторов необходимы не только для реализации человеком своих силовых возможностей, но и для правильной организации тренировочного процесса, направленного на их воспитание.
Следует подчеркнуть, что нельзя говорить о силе человека вообще. Ее проявление всегда связано с выполнением того или иного задания. При этом чаще всего показателями силовых способностей являются максимальная сила или момент силы, измеренные каким-либо устройством, или наибольшая масса поднятого груза (гантели или штанги). Используют и другие показатели, такие как импульс силы, работа, мощность и др.
Факторы, определяющие силу действия человека
Перечислим основные факторы, от которых зависит внешне проявляемая сила человека.
Прежде всего, сила зависит от силовых возможностей отдельных мышц, участвующих в выполнении задания. Отсюда становится очевидной необходимость локального воздействия на определенные мышечные группы. Однако следует помнить, что внешне проявленная сила является результатом активности многих мышц, и поэтому совершенствование межмышечной координации при освоении физических упражнений силового характера является необходимым условием развития силы. Довольно часто быстрые темпы прироста силы в начале занятий физическими упражнениями обусловлены овладением рациональными способами их выполнения и совершенствованием межмышечной координации, а не увеличением силы мышц.
На величину проявляемой силы влияет масса груза, против которого действует человек. Чем больше перемещаемая масса, тем большую силу может проявить человек. Поэтому одним из основных способов регулирования нагрузки является выбор соответствующей массы спортивных снарядов (штанги, гантелей и т. п.).
Следующими факторами являются скорость и ускорение, а также режим сокращения мышц. Чем больше скорость суставных движений при преодолевающем режиме сокращения мышц, тем меньшую силу проявляет человек. При уступающем режиме мышечного сокращения с ростом скорости проявляемая сила увеличивается, и при некоторых оптимальных величинах скорости суставных движений спортсмен может проявить максимум своих силовых возможностей. Не менее важным является характер выполнения упражнений с отягощениями - равномерный или ускоренный. Ниже, при обсуждении природы сил сопротивления, будет более подробно рассмотрен этот вопрос.
Способность проявлять максимальную силу в существенной мере зависит от положения тела. С изменением углов в суставах изменяются показатели действия мышц на костные рычаги. Однако изменение положения тела может существенно изменять величину воздействия одних и тех же внешних нагрузок на мышечный аппарат человека за счет изменения плеча внешне действующей силы, а также на вовлечение мышц в выполняемое задание. На рис. 7 показаны три варианта выполнения приседания со штангой на плечах. Видно, что изменение наклона туловища изменяет не только величины моментов сил в суставах, но и их направление.
Рис. 7. Мышечный момент (Мм) в коленных суставах в приседаниях со штангой на плечах (масса снаряда - 80 кг). F - сила тяжести головы, рук, туловища, бедер и штанги; 4 - плечо этой силы
Так, в первой позе туловище сильно наклонено вперед, и, как следствие этого, результирующий момент силы мышц в коленных суставах направлен на их сгибание, т. е. нагружаются мышцы задней поверхности бедра. И наоборот, при небольшом наклоне туловища вперед основная нагрузка ложится на мышцы - разгибатели коленных суставов. Причина в том, что величина и направление момента силы в суставе зависит от момента силы тяжести звеньев тела и штанги, действующих на данный сустав. Несмотря на то, что в рассматриваемом примере суммарная сила тяжести звеньев тела и снаряда не изменяется, плечо этой силы зависит от положения туловища и бедер. Эта сила приложена в общем центре масс всех звеньев тела, которые расположены выше коленных суставов, и штанги. Таким образом, нагрузку можно регулировать не только массой снаряда, но и плечом внешне действующей силы.
Еще одним фактором, влияющим на силовые способности человека, является природа сил сопротивления. Внешние силы, которые приходится преодолевать или использовать в качестве сопротивлений для тренировки силы, могут иметь разную природу. Перечислим их.
- Сила тяжести и инерционная сила, величины которых определяются массой перемещаемого груза и его ускорением.
- Сила упругой деформации, величина которой определяется коэффициентом жесткости упругого тела (резины, пружины и т. п.) и степенью его деформации.
- Сила трения, величина которой зависит от коэффициента трения и силы нормального давления.
- Сила сопротивления среды.
В живых системах изучает наука под названием биомеханика тела. Она исследует сложные целостные системы, к которым относится человек. Каждое движение человека подчиняется всемирным законам физики. Но биомеханика является более сложной наукой, чем механика, изучающая неживые тела. Ведь контроль над телодвижениями осуществляется совместной работой таких частей и органов человека, как скелет, мышцы, вестибулярный аппарат, а также нервная система.
Биомеханика и медицина
Биомеханика тела в медицине занимается изучением таких важных систем, как костно-мышечная, нервная, а также вестибулярный аппарат. Они поддерживают равновесие человека, обеспечивают наиболее физиологичное положение тела в разных состояниях, таких как покой, ходьба, подъем тяжести, наклон, сидячее, стоячее, лежачее положение. Более того, данная наука изучает координацию усилий человека во время выполнения обыденных жизненных функций. Хорошая биомеханика тела на практике означает верную позицию человеческого тела на протяжении всего дня. Важно постоянно помнить о правильной биомеханике, а не только во время возникновений каких-либо болевых ощущений, тогда проблемы со здоровьем значительно сократятся.
Связь между биомеханикой и эргономикой
В медицине особое место занимает биомеханика тела. Эргономика также играет важную роль в здравоохранении. Данная наука занимается изучением перемещения грузов, а также разнообразных неживых предметов. Эргономика учитывает несколько важных факторов: выполняемую работу, самого пациента, окружающую обстановку, трудовую организацию, обучение, а также человека, который непосредственно работает. Все параметры должны быть релевантными и находиться под наблюдением. Работа считается эргономично выполненной, когда все вышеуказанные факторы оценены, степень риска определена и снижена таким образом, что исполнение поставленной задачи становится наиболее комфортным. В медицинских учреждениях крайне важно соблюдать законы биомеханики тела и эргономики. Тогда любые передвижения и перемещения пациента или различных неодушевленных предметов вручную станут максимально удобными, эффективными и безопасными.
Зачем медработнику нужны знания биомеханики тела?
Во всех лечебных учреждениях сотрудники время от времени ухаживают за тяжелобольными пациентами. Эта работа зачастую приводит к тому, что на организм воздействуют некоторые отрицательные факторы. В основном на медработников влияют тяжелые физические нагрузки, которые связаны с транспортировкой пациентов. Если больного сотрудник лечебницы обращается с ним не соответственно правилам, то это может привести к травмам позвоночника или к появлению болей в спине. Правильная биомеханика тела медицинской сестры позволит предотвратить возникновение различных проблем с позвоночником как у самой медсестры, так и у пациента. Чтобы обеспечить оптимальное положение тела, необходимо соблюдать определенные правила. Перед тем как начать перемещение больного, надо определить некоторые важные факторы. Медсестра обязана знать:
- зачем надо переместить пациента;
- в каком состоянии здоровья он находится в данный момент;
- есть ли вспомогательные механические средства для перемещения;
- если в транспортировке больного принимают участие несколько человек, то необходимо определить среди них руководителя, который будет давать команды.
Что важно помнить перед началом перемещения пациента?
В первую очередь больной должен находиться в безопасном и удобном положении. Персоналу лечебного учреждения необходимо занять положение, в котором будет соблюдаться равновесие в отношении веса пациента и направления его передвижения. Использование собственной массы тела поможет снять напряжение. Перед началом поднятия работники должны убедиться, что их ноги находятся в устойчивом положении. Далее нужно подойти к больному как можно ближе, держа спину прямо. Все сотрудники должны выполнять движения в одинаковом ритме. Кроме того, важно определить, кто именно из задействованного персонала будет исполнять наиболее трудную работу, а именно - удерживать бедра и туловище пациента. Если поднятие больного осуществляется без вспомогательных средств, то все сотрудники должны крепко взяться за руки. При этом лучше держаться за запястье коллеги, чем за его пальцы, тогда руки не расцепятся, даже если будут влажными.
Как нужно поднимать тяжести?
Перед тем как поднимать тяжелый груз, необходимо правильно расположить стопы. Они должны находиться на расстоянии тридцати сантиметров друг от друга. При этом одна стопа должна быть чуть выдвинута вперед. Такое положение ног позволяет достичь хорошей опоры и уменьшить риск потери равновесия или падения. Биомеханика тела медсестры при поднятии пациента имеет первостепенное значение. Перед тем как поднять больного, сестре нужно занять возле него такое положение, чтобы не возникало необходимости наклоняться вперед. Процесс подъема требует максимальной осторожности со стороны медработника. При поднятии пациента сестре необходимо прижимать его к себе. Кроме того, во время этого процесса сгибаются только колени, а туловище сохраняется в строго вертикальном положении. Медсестра не должна делать каких-либо резких или неосторожных движений, так как это может привести к получению различных травм пациентом.
Биомеханика в сидячем положении
Чтобы равномерно распределить массу тела, а также уменьшить нагрузку на поясницу, необходимо знать правила биомеханики в положении сидя. Колени должны находиться немного выше уровня бедер. Спину необходимо выпрямить, а мышцы живота - напрячь. При этом плечи нужно расправить и расположить симметрично бедрам. Если необходимо повернуться, то надо задействовать весь корпус, а не только грудь и плечи. Медицинской сестре в виду своей деятельности зачастую приходится сидеть и разворачиваться на стуле. Поэтому в первую очередь необходимо правильно выбрать рабочее кресло. Для этого нужно прислониться к спинке стула. Две трети длины бедер человека должны быть расположены на сиденье. Если высота и глубина рабочего места подобраны неправильно, то человек будет испытывать напряжение при касании пола стопами. В случае если стул не подходит работнику, необходимо его заменить или же пользоваться разнообразными приспособлениями, такими как подушки или подставки для ног.
Биомеханика в положении стоя
Правильная биомеханика тела в положении стоя также требует знания нескольких важных правил. В первую очередь человеку необходимо расслабить колени для свободного движения суставов. Стопы должны находиться на ширине плеч. Корпус нужно держать вертикально, напрягая мышцы пресса и ягодиц. Голову наклонять нельзя, так как подбородок должен находиться в горизонтальной плоскости (при этом снижается нагрузка на поясничный отдел позвоночника). Плечевой пояс должен быть расположен в одной плоскости с бедрами. Если человеку необходимо сделать поворот, то вначале следует развернуть ступни, а лишь потом и весь корпус. Ни в коем случае нельзя начинать разворачиваться с поясницы.
Три вида положения пациента
Биомеханика тела пациента зависит от положения, которое он занимает относительно постели. Позиция больного считается активной, когда он может самостоятельно и легко передвигаться, обслуживать себя и принимать любую удобную позу. Данное состояние характерно для человека с легким течением болезни. При пассивном положении пациент не в состоянии активно двигаться. Причиной такого состояния может быть угнетенное сознание, отравление, слабость и т. д. Таким образом больной требует помощи медперсонала, поскольку не всегда может самостоятельно передвигаться. Вынужденное положение человек занимает в том случае, когда хочет облегчить тяжелое состояние. Например, избавиться от кашля, уменьшить одышку или болевые ощущения. Такая позиция пациента характерна при острых воспалениях ЖКТ, плеврите или удушье. Сначала медсестра обязана определить, какое именно положение занимает больной относительно своей постели, а уже потом применять соответствующие правила биомеханики.
Пациент обездвижен - что делать?
Если больной находится в обездвиженном состоянии, то крайне важную роль для него играет биомеханика. Положение тела больного должно постоянно контролироваться персоналом. Медсестра обязана знать, что пациент не способен самостоятельно поменять позу и требует помощи со стороны персонала. Люди, у которых болезнь принимает столь тяжелую форму, рискуют получить нарушения в работе многих органов, систем, опорно-двигательных функций. Возможно появление пролежней (язвенных изменений кожи), (длительных ограничений в движении), а также гипотрофии мышц (истончения мышечных волокон). Размещая пациента, медсестра должна придавать ему функциональные позиции, которые способствуют физиологичному расположению всего тела, уменьшают риск появления потенциальных осложнений, связанных с длительной обездвиженностью. Применяя основные правила биомеханики, медсестра поможет больному избежать различных травм позвоночника или развития дополнительных заболеваний.
Поэтапное перемещение лежачего пациента
Сначала медицинская сестра должна оценить следующие факторы: подвижность больного, его мышечную силу, реакцию на услышанное. Далее необходимо поднять постель так, чтобы работа с пациентом стала максимально удобной для обеих сторон. Также следует убрать все лишние предметы (подушки, одеяла), которые могут помешать перемещению. В случае необходимости надо позвать на помощь санитарку, другую медсестру или врача. Перед началом работы с пациентом надо объяснить ему смысл предстоящей процедуры для успокоения человека и сотрудничества с его стороны. Постели нужно придать горизонтальное положение и зафиксировать ее. Чтобы понизить риск инфицирования, медсестра работает в перчатках. Биомеханика тела должна быть соблюдена, поэтому медсестра обязана проверять правильность расположения тела больного. Спина пациента должна находиться в прямом положении. Исключаются всевозможные искривления или напряжение. Также медсестре нужно выяснить, комфортно ли больному в его положении.
Важность биомеханики
Чтобы сохранить тело в вертикальном положении, надо не терять равновесие. Это поможет избежать таких факторов риска, как падение, травма или чрезмерная нагрузка на позвоночник. Для сохранения устойчивого положения тела необходимо определить соотношение двух вещей: центра тяжести человека и площади опоры. В разных положениях центр тяжести соответственно меняется. Знание такого предмета, как биомеханика тела человека, поможет эффективно удовлетворить потребность в движении, избегая падений и травм.
Похожие статьи
