Биомеханика движений человека
Что такое биомеханика?
Название включает в себя греческие слова bios — жизнь и mexane — механизм, рычаг. В отличие от традиционной механики, в которой рассматривается движение и взаимодействие предметов, биомеханика это наука, которая изучает и анализирует многогранные и разносторонние движения живых существ. В фитнесе, да и во всех видах спорта, особенно подвижных, биомеханика рассматривается и используется, как базовая наука и имеет большое значение. Основу биомеханики составляют физиология, геометрия, математика, анатомия и физика в разделе механики. Не меньше биомеханика связана с психологией и биохимией. Все варианты взаимодействия прикладных наук полезны и приносят ощутимую пользу.
Биомеханическая мускульная работа
Работа любой мышцы человеческого опорно-двигательного аппарата основаны на умении и возможности мышцы сокращаться. В момент мышечного сокращения сама мышца укорачивается, а обе точки крепления к костям сближаются одна относительно другой. Подвижная точка Insertion начинает приближаться к начальной неподвижной точке крепления Origin, так осуществляется движение данной конечности.
Если применить это качество и свойство мышечной материи к области фитнеса, то открывается возможность выполнения определенной механической работы (подъем штанги, перемещение конечности с гантелей), прилагая разную степень мышечного усилия. Мышечная сила в данном случае будет определяться площадью сечения мышечных волокон, или говоря простым языком площадью разреза мышцы в поперечнике. Размер мышечного сокращения определен длиной мышечного волокна. Соединения костей и взаимодействие с мышечными группами устроено в форме механического рычага, позволяющего выполнять простейшую работу по поднятию и передвижению предметов.
Механика учит нас, что чем дальше от оси будет приложена сила, тем выше кпд, ибо благодаря большому плечу рычага, работу можно выполнить с меньшими усилиями. Так и в биомеханике — если мышца крепится дальше от опорной точки, тем более выгодно будет использована ее сила. П.Ф. Лесгафт в этом смысле квалифицировал мышцы на сильные, имеющие крепление дальше от опорной точки и быстрые или ловкие, имеющие точку крепления вблизи опоры.
Мышечное движение всегда производится в двух противоположных направлениях. По этой причине для выполнения двигательного процесса вокруг одной опорной точки необходимо наличие двух мышц на противоположных сторонах одна от другой. Направления движения в биомеханике тоже получили свои определения: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и горизонтальное отведение, ротация медиальная и ротация латеральная.
Мышца, которая вызывает момент движения при сокращении и принимает на себя основную нагрузку, называется агонистом — Prime mover. Каждое сокращение мышцы-агониста приводит к полному расслаблению противоположной ей мышцы-антагониста. Если мы выполняем сгибание в локте, агонистом будет являться сгибатель локтя — бицепс, а антагонистом в этот момент будет разгибатель локтя — трицепс. После окончания движения обе мышцы будут уравновешивать друг друга, находясь в немного растянутом состоянии. Это явление называется мышечным тонусом. Мышцы, помогающие выполнять движение мышце-агонисту и действующие в одном с ним направлении, но испытывающие меньшую нагрузку и меньшую степень сокращения называются синергистами. Мышцы, обеспечивающие устойчивость и равновесие определенному суставу при выполнении движения, называются фиксаторами. Помимо фиксаторов значительную роль в тренировочном процессе выполняют мышцы стабилизаторы, которые работают в качестве элементов равновесия тела при смещении центра тяжести и увеличении общей силовой нагрузки. Кроме того мышцы стабилизаторы участвуют в повседневной жизни человека в обеспечении равновесного расположения частей тела относительно друг друга вне силовой тренировки.
В любой момент движения, кости образуют механические рычаги, следуя за мышечными командами.
Биомеханика выделяет три вида биомеханических рычагов:
- рычаг 1 рода, где точки приложения силы расположены с противоположных сторон от оси;
- рычаг 2 рода, где точки приложения силы располагаются по одну сторону от оси, но на разном от нее расстоянии, поэтому здесь применимы два вида рычага, условно называемые «рычаг силы» и «рычаг скорости».
Рассмотрим виды рычагов более подробно:
Рычаг 1 рода
В биомеханике он называется «рычагом равновесия». Поскольку точка опоры расположена между двумя точками приложения силы, рычаг еще называют «двуплечим». Такой рычаг нам демонстрирует соединения позвоночника и черепной коробки. Если вращающий момент силы, действующей на затылочную часть черепа равен вращающему моменту силы тяжести, действующему на переднюю часть черепа, и они имеют одинаковое плечо рычага, достигается равновесие. Нам удобно, мы не замечаем разнонаправленного действия, и мышцы не напряжены.
Рычаг 2 рода
В биомеханике он подразделяется на два вида. Название и действие этого рычага зависят от места расположения приложения нагрузки, но у рычагов обоих видов точка приложения силы точка приложения сопротивления находятся по одну сторону от точки опоры, поэтому оба рычага являются «одноплечими». Рычаг силы образуется при условии, что длина плеча приложения силы мышц длиннее плеча приложения силы тяжести (сопротивления). В качестве наглядного примера можно продемонстрировать человеческую стопу. Осью вращения здесь являются головки плюсневых костей, пяточная кость служит точкой приложения силы, а тяжесть тела образует сопротивление в голеностопном суставе. Здесь имеет место выигрыш в силе, за счет боле длинного плеча приложения силы и проигрыш в скорости. Рычаг скорости имеет более короткое плечо приложения мышечной силы, чем плечо силы противодействия (силы тяжести). Примером может служить работа мышц сгибателей в локтевом суставе. Бицепс крепится вблизи точки вращения (локтевой сустав) и с таким коротким плечом необходима дополнительная сила мышце сгибателю. Здесь имеет место выигрыш в скорости и ходе движения, но проигрыш в силе. Можно заключить, что чем ближе от места опоры будет крепиться мышца, тем короче будет плечо рычага, и тем значительнее будет проигрыш в силе.
При соединении двух костных пар образуется биокинетическая пара, характер движения в которой определяется строением костного сочленения (сустава), работой мышц, сухожилий и связок. Подвижность в суставе может зависеть от многочисленных факторов: пола, возраста, генетического строения, состояния ЦНС.
Для того чтобы оптимально и правильно принять исходное положения для выполнения упражнений необходимо напрямую руководствоваться знанием законов рычагов первого и второго типов. Если мы изменим положение конечности или туловища, то в свою очередь определенным образом изменится длина плеча рычага конечности или туловища. В любом случае всегда исходное положение выбирается таким образом, чтобы начальный период тренировки сопровождался менее нагрузочными положениями конечностей и корпуса. В дальнейшем, в зависимости от состояния и формы тренирующегося, можно постепенно увеличивать длину плеча рычага, для усиления воздействия на определенную мышечную группу. Увеличение силы противодействия одновременно с удлинением плеча рычага в свою очередь еще больше акцентирует внимание на укрепление силы конкретной мышечной группы или одной мышцы.
Для осуществления технически грамотного движения в момент выполнения упражнения, необходимо и важно знать, в каком направлении работает сустав, соединяющий активную мышечную группу. Здесь нам необходимо опять обратиться к анатомическим плоскостям. Виды и описание осей и плоскостей даны в разделе кинезиологии. Виды и названия суставов вы можете найти в разделе анатомии. Опорно-двигательный аппарат человека представляет собой различные костные сочленения, соединенные друг с другом посредством суставов. Тело человека может свободно перемещаться в шести направлениях: вперед и назад, вправо и влево, вверх и вниз. Определенная классификация суставов позволяет движения в этих направлениях.
Суставы трехосные — это самые подвижные суставы, они свободно обеспечивают движение в трех направлениях. Примером служат: соединения черепа и позвоночника, межпозвонковых дисков, плечевые суставы, лучевой и тазобедренный. Подобные суставы имеют шарообразную форму. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной, корональной и трансверсальной плоскостях. В этих суставах тренирующийся имеет возможность выполнять все виды движений: сгибание и разгибание, приведение и отведение, горизонтальное приведение и отведение, медиальную и латеральную ротацию.
Суставы двухосные — обеспечивают движение в двух направлениях, менее подвижны. Они имеют форму эллипса или седла. Движения в этих суставах происходят в сагиттальной и корональной плоскостях. Примером служат суставы пальцев рук, лучезапястный сустав. Здесь возможны сгибание и разгибание, приведение и отведение.
Суставы одноосные — обеспечивают однонаправленное движение. Они имеют форму цилиндров и блоков. Примером служат плече локтевой, лучевой, коленный, голеностопный суставы. Движения возможны в сагиттальной плоскости и это сгибания и разгибания. В лучевом суставе возможна ротация латеральная (супинация) и ротация медиальная (пронация).
Несмотря на то, что многие крупные мышцы рассматриваются в анатомии как единое целое, различные части и отделы больших мышц могут осуществлять неодинаковые движения. В сгибании плеча, например, принимает участие Deltoid Anterior, в отведении плеча Middle Deltoid, а в разгибании Deltoid Posterior. Данные знания являются основой для составления индивидуальной программы тренировок, которую инструктор или тренер готовит для тренирующегося. Это позволяет грамотно осуществить подбор необходимых упражнений для воздействия на конкретную мышцу или мышечную группу.
В зависимости от того, какое исходное положение принимает тренирующийся, выполнение определенного упражнения может усложняться или облегчаться. Поэтому общая эффективность тренировки также зависит от исходного положения в выполнении упражнения. В фитнесе мы применяем следующие исходные положения: положение лежа — самое простое и легкое, положение сидя — менее легкое и положение стоя — с малой площадью опоры и поэтому достаточно сложное для удержания равновесия.
Для сглаживания разбалансировки в положениях тела с неустойчивым равновесием используются упоры. Очень распространенным является упор лежа. Это закрытая кинематическая цепь, поскольку все части тела замкнуты. Устойчивость и равновесие имеют достаточно высокую степень, центр тяжести расположен низко, площадь опоры большая.
Для примера верхней опоры могут послужить висы. Висы тоже считаются достаточно устойчивыми. Тело человека испытывает силу растяжения под тяжестью собственного веса. Руки прямые и соприкасаются с опорой в фиксировано положении. Вис является силовым упражнением уже сам по себе. Подтягивания на перекладине являются сложным силовым упражнением, которое может выполнить только подготовленный спортсмен с сильно развитыми мышцами верхнего пояса и верхних конечностей. В таком положении любая двигательная активность является сложно выполнимой, поэтому можно использовать опору для ног.
Ходьба — повседневная двигательная активность человека. Это попеременное движение ног. Одна нога служит опорой в тот момент, когда другая находится в воздухе и движется вперед. Ноги поочередно сменяют друг друга, меняя последовательно опорную фазу на двигательную.
Бег — быстрые циклические шаги, требующие от опорно-двигательного аппарата достаточно больших энергозатрат, напряжения центральной нервной системы, хорошей физической формы. Измеряется длиной шага, скоростью бега и длительностью временного промежутка.
Приседания — выполняются мышцами нижних конечностей. Площадь опоры достаточно мала, равновесие не обладает достаточной устойчивостью. При опоре руками выполнение приседаний значительно облегчается. Чем приседания глубже, тем они тяжелее. Усложнение упражнений осуществляется за счет темпа и числа приседаний, возможно дополнительное отягощение на плечи.
Прыжки — это поочередные отталкивания тела от площади опоры. Главную работу выполняют мышцы нижних конечностей, мышцы туловища и рук участвуют в движении, обеспечивая вспомогательную функцию.
Источник
Понятие о биомеханике тела пациента и медицинской сестры
Понятие о биомеханике тела
Биомеханика – наука, изучающая правила (законы) механического движения тела в живых системах. Живыми системами могут быть:
- целостная система — человек;
- его органы и ткани;
- совершающая совместные действия группа людей.
В медицине биомеханика изучает координацию усилий костно-мышечной, нервной систем и вестибулярного аппарата, направленных на поддержание равновесия и обеспечение наиболее физиологичного положения тела в покое и при движении: при ходьбе, подъеме тяжести, наклоне, в положении сидя, стоя, лежа. Правильная биомеханика тела обеспечивает наибольшую эффективность движения с наименьшим напряжением мышц, расходом энергии и нагрузкой на скелет.
Сохранить вертикальное положение тела в пространстве возможно только сохранив равновесие. Это позволит избежать падений, травм, уменьшит нагрузку на позвоночник. Сохранить устойчивое положение возможно при определенном соотношении центра тяжести тела к площади опоры. В положении стоя площадь опоры ограничивается ступнями ног. Центр тяжести находится примерно на уровне второго крестцового позвонка. При изменении позы центр тяжести может выйти за пределы площади опоры, что нарушит равновесие и может привести к падению.
Медсестра должна знать правила биомеханики и обучать пациента и его родственников для эффективного удовлетворения потребности двигаться, избегая падения и травмы.
Правила биомеханики
В положении стоя:
- Равновесие более устойчиво, если увеличить площадь опоры. В положении стоя расстояние между стопами должно быть 30см, одну стопу необходимо немного выдвинуть вперед.
- Более устойчивым равновесие будет при смещении центра тяжести ближе к площади опоры.Это достигается небольшим сгибанием ног в коленях.
- Сохранить равновесие тела и снизить нагрузку на позвоночник поможет правильная осанка – изгибы позвоночника, положение плечевого пояса, состояние суставов нижних конечностей:
- плечи и бедра в одной плоскости;
- спина прямая;
- суставы и мышцы нижних конечностей выполняют максимальную работу при движении, щадя позвоночник.
В положении сидя:
- Колени должны быть чуть выше бедер, что позволит перераспределить массу тела и уменьшит нагрузку на поясничный отдел позвоночника.
- Спина должна быть прямой, а мышцы живота напряженными.
- Плечи должны располагаться симметрично бедрам.
- Поворачиваться, находясь в положении сидя, следует всем корпусом.
Выполняя правила биомеханики необходимо помнить. Что резкое изменение положения тела в пространстве может вызвать неадекватные физиологические реакции в организме:
- постуральный рефлекс – появление головокружения, шума в ушах, сердцебиения, иногда потеря сознания при перемене положения тела;
- эффект Вальсальвы – нарушение сердечного ритма и коронарного кровотока в результате натуживания на высоте вдоха.
- травма в результате падения.
Сестринский персонал подвергается значительным физическим нагрузкам при уходе за тяжелобольными пациентами — перемещая их в постели, подкладывая судно, передвигая каталки и тяжелую аппаратуру. Безопасность на рабочем месте должна обеспечить профилактику повреждений опорно-двигательного аппарата (остеопороз, остеохондроз, заболевания связок и суставов), а также опущение внутренних органов.
Остеопороз – системное заболевание, повреждающее кости, снижая их плотность и прочность. Связан с потерей организмом минералов, особенно кальция. Физические нагрузки на позвоночник и суставы вызывают их компрессию, появление боли. Прогрессирование заболевания приводит к переломам, деформациям.
Остеохондроз – дистрофический процесс в костной и хрящевой тканях. Остеохондроз позвончника обусловлен истончением и дистрофией межпозвоночных дисков.Постоянные физические нагрузки приводят к их уплотнению и истончению, к образованию костных разрастаний и, как следствие, к сдавливанию кровеносных сосудов и корешков спинного мозга.
Медсестра должна знать правила биомеханики и эргономики и использовать их в работе.
Эргономика – наука о взаимосвязи людей и окружающей среды в целях безопасного труда.
При выборе стула необходимо учитывать:
- спинка стула должна располагаться под углом 3-5 0 по отношению к сидению;
- уровень верхней планки спинки расположен под лопатками;
- 2/бедра должны располагаться на сидении;
- ноги должны доставать до пола, стопы свободны, при необходимости использовать подставку.
При поднятии тяжести следует:
- располагать ноги на ширине плеч, одну ногу выдвинуть вперед;
- сгибать ноги в коленях;
- держать спину прямо;
- при повороте сначала поднять груз, затем плавно повернуться, не сгибая туловище;
- поворачиваться всем телом;
- не делать резких движений;
- использовать эргономические приспособления;
- по возможности подъем тяжести заменять перекатыванием, поворотом – это уменьшит мышечную работу и нагрузку на позвоночник.
При поднятии (перемещении) пациента следует:
- убедиться каково состояние и масса тела пациента, сможет ли он помочь, имеются ли у пациента дренажи или капельницы, нужен ли помощник;
- создать безопасную обстановку – убрать лишние предметы, поставить кровать или каталку на тормоз, поднять или опустить кровать;
- выбрать самый лучший способ удерживания пациента;
- выбрать вспомогательные средства поднятия;
- подойти к пациенту как можно ближе;
- держать спину прямо;
- убедиться, что бригада и пациент выполняют движения в одном ритме.
Одежда и обувь медицинской сестры должны быть удобными и не ограничивать движения.
Виды и правила транспортировки пациента
Вид транспортировки пациента определяет врач, учитывая клиническую ситуацию.
Источник
