Модуль 1. «Биомеханические основы двигательного аппарата и двигательных действий» (стр. 8 )

F3 = F1 + F2 .

Данные о положении ЦМ звеньев тела человека.

(Таблица Фишера – Бернштейна)

Таблица 2

№	Название звена	относ вес в %	ЦМ звеньев тела
1	Голова	6,7	ЦМ этого звена лежит на середине линии, соединяющей две точки, лежащие над верхним краем наружных слуховых отверстий.
2	Туловище	43	ЦМ этого звена лежит на линии, соединяющей середины плечевых и тазобедренных осей на расстоянии 0,44, считая от плечевой оси.
3	Плечо	2,7	ЦМ лежит на оси этого звена, на расстоянии 0,47, считая от середины плечевого сустава.
4	Предплечье	1,62	ЦМ лежит на оси этого звена на расстоянии 0,42, считая от середины локтевого сустава.
5	Кисть	0,61	ЦМ этого звена лежит на линии, проходящей через середину лучезапястного сустава и 3-го пальца на расстоянии 0,47, считая от середины лучезапястного сустава
6	Бедро	14,2	ЦМ лежит на оси этого звена на расстоянии 0,44, считая от середины тазобедренного сустава.
7	Голень	4,3	ЦМ лежит на оси этого звена на расстоянии 0,42, считая от середины коленного сустава.
8	Стопа	1,6	ЦМ лежит на линии, проходящей через середину пяточного бугра и 2-го пальца на расстоянии 0,44, считая от края пятки.

Положение ЦМ отдельных звеньев тела при выполнении физических упражнений можно также определить с помощью видео - и киносъемок, фотографий. Чтобы определить положение ЦМ звена на фотографии предварительно отмечают проекции середины соответствующих суставов, затем измеряют длину звена

(от указанной точки одного сустава до точки другого сустава) и, приняв ее за единицу, составляют пропорцию. Например, если длина плеча на фотографии равна 40 мм, учитывая данные таблицы №4, пропорция будет иметь следующий вид:

1 _________________ 40 (мм)

0,47 _________________ Х (мм)

Х = 0,47* 40 = 18,8 (мм)

Полученное значение откладывают от центра соответствующего сустава (в нашем примере от плечевого сустава) вдоль оси звена и, найденная точка и будет ЦМ этого звена. Следует отметить, что более сложно определить ЦМ туловища в изогнутом положении. Это связано с тем, что ЦМ туловища лежит на линии, соединяющей середины плечевых и тазобедренных осей. В таком случае

определение положения ЦМ туловища проводится следующим: вначале прямой линией соединяются середины плечевого и тазобедренного суставов, затем от плечевого сустава откладывается 0,47 длины этой линии. Полученную точку необходимо перенести на дугу, проведенную соответственно изгибу тела, через середину туловища. Для этого из точки ОЦМ, отмеченной на прямой, следует восстановить перпендикуляр и точка его пересечения с дугой, может, принята за искомое положение.

В положении «мост» надо вносить именно такие поправки: вычисление положения ЦМ туловища производить, исходя из той же прямой, а полученную точку переносить на дугу, проведенную соответственно изгибу тела.

Как уже отмечалось, двигательный аппарат состоит из звеньев тела, частей тела, заключенных между двумя соседними суставами или суставом и дистальным концом. Например, звеньями тела являются плечо, голова, бедро, кисть и т. д. В человеческом теле около 70 звеньев, но для решения практических задач используется 15-звеннная модель. В этой модели некоторые звенья тела состоят из нескольких элементарных звеньев. Такие укрупнённые звенья называются сегментами тела. Деление тела человека на сегменты позволяет определить относительный вес каждого сегмента тела в процентах по отношению к весу всего тела. Используя уравнение регрессии вида m =B0+B1*m+B 2*H (m - масса одного из сегментов тела (кг), m – масса всего тела (кг), Н - длина тела, в положении стоя (см); B0, B1, B 2 – коэффициенты регрессионного уравнения) можно определить массы сегментов тела. Для определения допущенной погрешности при использовании данного метода определения масс – инерционных характеристик, необходимо из веса тела, найденного аналитическим путем, вычесть величину истинного веса. Найденная разница в весе и будет являться погрешностью данного метода определения масс – инерционных характеристик. При этом следует отметить, что величина погрешности зависит от соотношения роста и веса человека.

Коэффициенты уравнения множественной регрессии для вычисления массы сегментов тела у мужчин по массе (m) и длине тела (H) в положении стоя.

Таблица 2.

сегменты	коэффициенты	уравнения
	В0	В1	В2
Стопа	-0.829	0.0077	0.0073
Голень	-1.592	0.03616	0.0121
Бедро	-2.649	0.1463	0.0137
Нижняя часть туловища	-7.498	0.0976	0.04896
Средняя часть туловища	7.181	0.2234	-0.0663
Верхняя часть туловища	8.2144	0.1862	-0.0584
Кисть	-0.1165	0.0036	0.00175
Предплечье	0.3185	0.01445	-0.00114
Плечо	0.250	0.03012	-0.0027
Голова	1.296	0.0171	0.0143

Коэффициенты уравнения множественной регрессии для вычисления массы сегментов тела для женщин по массе (m) и

длине тела в положении стоя (H).

Таблица 3.

сегменты	коэффициенты	Уравнения
	В0	В1	В2
Стопа	-1.207	-0.0175	0.0057
Голень	-0.436	-0.011	0.0238
Бедро	5.186	0.183	-0.042
Нижняя часть туловища	-4.91	0.124	0.0272
Средняя часть туловища	-2.741	0.031	0.056
Верхняя часть туловища	-16.6	0.14	0.0995
Кисть	-0.116	0.0017	0.002
Предплечье	0.295	0.009	0.003
Плечо	0.206	0.0053	0.0066
Голова	2.388	-0.001	0.015

Несмотря на широкое использование в биомеханических расчетах данных об относительных весах сегментов (весовые коэффициенты) этот показатель не является достаточно точным и, особенно в тех случаях, когда масса тела человека увеличивается преимущественно за счет увеличения среднего отдела туловища, т. е. жироотложения в области живота. Однако анализ данных многочисленных исследований позволяет констатировать, что взаимосвязь между массой сегментов и массой тела в большинстве случаев является линейной. Исключение составляет взаимосвязь между массой среднего отдела туловища и массой тела, которая характеризуется наличием тенденции к нелинейности.

ВОПРОСЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ.

1.  Как рассматривается кость с позиции биомеханики?

2.  Каким процессам подвергается кость?

3.  Какие свойства можно определить, используя нагрузку не её?

4.  От чего зависит прочность кости?

5.  Сколько лет необходимо для полного цикла ремоделирования кости?

6.  Как влияют физические нагрузки на реконструкцию кости?

7.  Какие существуют разновидности механического воздействия на кость?

8.  При каких условиях воздействия физических нагрузок на кость происходит наиболее эффективное ремоделирование кости?

9.  Какие изменения происходят в кости с возрастом?

Механическая работа и энергия при движениях человека.

Биомеханические характеристики тела человека и его движений. При анализе движений человека исходят из следующих допущений:

во-первых, большинство мышц скелета создают усилия поперек суставов и могут вызывать поворот сегментов тела, что позволяет рассматривать многие функции тела человека с позиции теории неодушевленных механизмом;

во-вторых, тело человека можно рассматривать как последовательность жестких сегментов тела; деформации мягких тканей и движение жидкостей внутри тела оказывают незначительное влияние на движение;

в–третьих, вектор мышечной силы, это прямая линия между проксимальным и дистальным прикреплениями, причем сила считается приложенной в точках прикрепления. Фактически мышца прикрепляется не в точке, а прикрепление распределено по площадке конечных размеров. Однако если размеры площади малы по сравнению с другими размерами системы, то усилие можно рассматривать, как усилие, приложенное в точке. Если площадь прикрепления мышцы значительна (например, у трапециевидной, большой грудной мышцы), то мышечное усилие может быть представлено несколькими линиями действия;

в-четвертых, движение в гравитационном поле вызывается несбалансированностью приложенных к системе сил (закон инерции). Механический анализ действия нескольких мышц, пересекающих сустав, в большинстве случаев позволяет определять результирующее мышечное усилие, а не силу, проявляемую отдельными мышцами.