Биомеханика опорно-двигательного аппарата

Лекция для студентов 1 курса стоматологического факультета

Лектор – к.м.н., доцент А.В. Кладько

Общие законы строения и функции опорно-двигательного аппарата:

1. Кости, суставы и мышцы построены чрезвычайно экономно, но вместе с тем очень рационально.
2. Закон взаимодействия структуры и функции.
3. Закон гармонического соотношения частей.

Биомеханика – наука, изучающая механические свойства тканей, органов и систем живого организма, а также механические явления, сопровождающие процессы жизнедеятельности. Раздел биомеханики, изучающий движения, – кинезиология.

Внешние силы, действующие на организм человека:

ü Сила тяжести (гравитации) – сила, с которой тело, обладающее определенной массой, притягивается к центру Земли; величина зависит от массы тела (F=m*g), направление – вертикально вниз, перпендикулярно горизонту, точка приложения – общий центр тяжести тела.

ü Сила реакции опоры – сила, оказывающая сопротивление силе тяжести; по величине равна силе тяжести, но противоположна по направлению; при движениях противостоит силе трения (горизонтальная составляющая) и силе нормального давления на опору (вертикальная составляющая).

ü Сила сопротивления внешней среды возникает при взаимодействии тела с окружающей средой: водной, воздушной; величина зависит от площади лобовой поверхности сопротивления тела, скорости движения и плотности среды.

ü Сила трения возникает при взаимодействии движущихся предметов; появляется при отталкивании от опоры и направлена в противоположную сторону.

Общий центр тяжести тела –точка приложения равнодействующей сил тяжести всех сегментов тела человека.

Положение общего центра тяжести тела:

ü у мужчин ОЦТ тела располагается на 15 мм позади от передненижнего края тела пятого поясничного позвонка;

ü у женщин – на 55 мм спереди от передненижнего края первого крестцового позвонка;

ü во фронтальной плоскости общий центр тяжести незначительно смещен вправо: на 2,6 мм у мужчин и 1,3 мм у женщин;

ü возрастные особенности: у новорожденных общий центр тяжести тела находится на уровне тела Th₆, у детей 2 лет –L₁, у детей 5 лет – L₃;

ü общий центр тяжести тела постоянно перемещается в пределах сферы, диаметром 5 – 10 мм.

ü траектория перемещения общего центра тяжести тела – линия, соединяющая точки центров тяжести тела в разные последовательные моменты времени при выполнении данного движения

Внутренние силы, действующие на организм человека:

ü Пассивные: сила эластической тяги мягких тканей (связок, суставных капсул, фасций мышц, которая возникает при их растяжении); сила сопротивления костей и хрящей (определяется их физико-химическими свойствами).

ü Активная – тяга скелетных мышц

Сила тяги скелетных мышц:

ü возникает при сокращении мышц;

ü точка приложения силы – центр прикрепления на подвижном звене.

ü направление силы тяги скелетных мышц определяется равнодействующей мышцы (линия, соединяющая центры начала и прикрепления мышцы) или нескольких одновременно сокращающихся мышц (сумма векторов по правилу параллелограмма), а также законами кинематики мышц.

Законы кинематики мышц:

ü Закон сближения: при сокращении мышцы происходит взаимное сближение ее концов;

ü Закон раскручивания: мышца при своем сокращении стремится привести в одну плоскость линию своего начала и прикрепления.

Пара сил:

ü Обеспечивают вращение в суставах;

1) мышечная тяга,

2) сопротивление, которое оказывает сочленяющаяся кость или сокращающаяся мышца.

Факторы, определяющие силу мышечного сокращения:

ü Анатомические условия – физиологический поперечник (суммарная площадь поперечного сечения всех мышечных волокон, входящих в состав данной мышцы).

ü Физиологические условия – степень нервного возбуждения, поскольку сокращение мышечных волокон обусловлено передачей возбуждения с нейронов (мион, двигательная единица – морфо-функциональная единица мышцы, включающая мышечные волокна, иннервируемые одним двигательным нейроном).

ü Механические условия – способ проявления силы (момент вращения мышечной силы – произведение величины ее подъемной силы на плечо рычага этой силы).

ü Так же сила мышечного сокращения зависит от пола, возраста, тренированности, исходного состояния мышцы и многих других условий.

Виды рычагов:

ü Рычаг первого рода (равновесия) – силы приложены с двух сторон от точки опоры и действуют в одном направлении (пример – соединение черепа с позвоночным столбом). ü Рычаг второго рода – силы приложены с одной стороны от точки опоры и действуют в противоположных направлениях. Виды: рычаг силы (плечо мышечной силы длиннее плеча силы тяжести; пример – стопа во время подъема на пальцы) и рычаг скорости (плечо мышечной силы короче плеча силы тяжести; пример – локтевой сустав при сгибании). Работа мышц:

Рычаг имеет: 1) точку опоры, 2) точку приложения сил, 3) плечи рычага, 4) плечи сил.

ü Динамическая работа (характеризуется изотоническим сокращением мышц):

ü Преодолевающая – работа, при которой сокращение мышцы ведет изменению положения части тела за счет преодоления тяжести данной части тела или какого-либо сопротивления (например, груза);

ü Уступающая – работа, при которой сила мышцы уступает действию силы тяжести тела или его части и удерживаемого груза;

ü Баллистическая работа характеризуется быстрым и резким сокращением предварительно растянутой мышцы с последующим движением звена по инерции.

ü Статическая работа (характеризуется изометрическим сокращением мышц):

ü Удерживающая – работа, при которой сокращение мышцы удерживает тело или груз в определенном положении без перемещения в пространстве.

Осанка– привычная поза непринужденно стоящего человека, держащего голову и туловище прямо без активного напряжения мышц.

Изгибы позвоночного столба:

ü Первичные (являются результатом согнутого положения эмбриона):

ü грудной кифоз,

ü крестцовый кифоз;

ü Вторичные (развиваются под влиянием действия мышц):

ü шейный лордоз,

ü поясничный лордоз.

Виды осанки:1) нормальная (умеренно выраженная изогнутость позвоночного столба); 2) выпрямленная (слабо выраженная изогнутость); 3) сутуловатая (резко выраженная изогнутость в грудном отделе); 4) лордотическая (сильно выраженная изогнутость в поясничном отделе); 5) кифотическая (чрезмерная изогнутость в шейном и поясничном отделах, компенсаторное усиление грудного кифоза); 6) сколеотическая (при боковых искривлениях).