Проблема избыточности в управлении кинематическими цепями двигательного аппарата человека реферат

Обновлено: 05.07.2024

Представление о координации движений возникло на основе наблюдений больных, которые в силу разных причин не в состоянии плавно и точно осуществлять движения, легко доступные здоровым людям. Координацию можно определить как способность реализовать движение в соответствии с его замыслом. Даже для простейшего движения движения в суставе с одной степенью свободы необходима согласованная работа как минимум двух мышц агониста и антагониста. В действительности на каждую степень свободы, как правило, приходится больше одной пары мышц. При этом многие мышцы являются двухсуставными, т.е. действуют не на один, а на два сустава. Именно поэтому, например, изолированное сгибание пальцев руки невозможно без одновременной активации разгибателей кисти, препятствующих действию сгибателей пальцев в лучезапястном сочленении.

Формы участия мышц в осуществлении двигательных актов весьма многообразны. Анатомическая классификация мышц (например, сгибатели и разгибатели, синергисты и антагонисты) не всегда соответствует их функциональной роли в движениях. Так, некоторые двухсуставные мышцы в одном суставе осуществляют сгибание, а в другом разгибание. Антагонист может возбуждаться одновременно с агонистом для обеспечения точности движения, и его участие помогает выполнить двигательную задачу. В связи с этим в каждом конкретном двигательном акте можно выделить основную мышцу (основной двигатель), вспомогательные мышцы (синергисты), антагонисты и стабилизаторы (мышцы, которые фиксируют не участвующие в движении суставы). Мышцы не только сокращаются, приводя в движение соответствующие звенья: антагонисты и стабилизаторы часто функционируют в режиме растяжения под нагрузкой, при этом поглощая и рассеивая энергию. Этот режим используется для плавного торможения движений и амортизации толчков. При поддержании позы многие мышцы работают в режиме, при котором их длина практически не изменяется.

На конечный результат движения влияют не только силы, развиваемые мышцами, но и силы немышечного происхождения. К ним относятся силы инерции, создаваемые массами звеньев тела, которые вовлекаются в движение, а также силы реакции, возникающие в кинематических цепях при смещении любого из звеньев. Движение смещает различные звенья тела друг относительно друга и меняет конфигурацию тела, а следовательно, по ходу движения изменяются моменты упомянутых сил. Вследствие изменения суставных углов меняются и моменты мышечных сил. На ход движения влияет и гравитация: моменты сил веса тоже изменяются в процессе движения из-за изменения ориентации звеньев относительно вектора силы тяжести. В практической деятельности человек вступает во взаимодействие с предметами внешнего мира, различными инструментами, перемещаемыми грузами и т.д.; в процессе этого взаимодействия ему приходится преодолевать силы тяжести, упругости, трения, вязкости и инерции. Силы немышечного происхождения вмешиваются в процесс движения и делают необходимым непрерывное согласование с ними деятельности мышечного аппарата. Кроме того, необходимо нейтрализовывать действие непредвиденных помех, которые могут возникать во внешней среде, и оперативно исправлять допущеные в ходе реализации движения ошибки.

Для того чтобы найти однозначное решение задачи управления для кинематической цепи, необходимо исключить избыточные для данного движения степени свободы. Этого можно достичь двумя способами: а) можно зафиксировать избыточные степени свободы путём одновременной активации антагонистических групп мышц (коактивация) и б) можно связать движения в разных суставах определёнными соотношениями, уменьшив таким образом количество независимых переменных, с которыми должна иметь дело ЦНС. Такие устойчивые сочетания одновременных движений в нескольких суставах, направленных на достижение единой цели, получили название синергий. Синергии чаще всего используются в относительно стереотипных, часто используемых движениях, таких, как локомоция, некоторые трудовые движения и др. Вместе с тем двигательные синергии не являются синонимами двигательных стереотипов для них характерна определённая степень адаптивности.

Читайте еще:

Изложенное показывает, что полиграф – это регистратор физиологических реакций человека, но никак не детектор лжи. Вместе с тем, применяя в процессе строгого формализованного общения с опрашиваемым лицом специально отработанные, сформулированные и сгруппированные вопросы и контролируя при этом с.

Эта глава рассказывает о том, какие правила и рекомендации стоит соблюдать на допросе. Некоторые из нас считают, что есть только одно правило — никогда не давать показаний. Ни при каких условиях не предоставлять полиции хоть какие‑то сведения. Помните, своими показаниями вы можете не только.

Алексей и Виктор замечательно справились с задачей, и сейчас мы поговорим об этом. Прежде всего хочу отметить, что пациент не обязательно должен меня слушать. Никогда нельзя узнать о человеке все, и можно произнести то, что не соответствует его опыту. Поэтому я и сказала, что мой голос обтекает.

• Психологи утверждают, что в романах на стороне мужчины решают свои собственные проблемы в отношениях с прекрасным полом в целом, а вовсе не проблемы с женами. Статистика показывает, что количество измен в счастливых и конфликтных браках примерно одинаково. На мой взгляд, утверждение довольно.

Если кто-либо указывает вам, как нужно поступать, делает некорректные замечания, пытается проверять ваши знания в какой-либо области или давать вам оценки, о которых вы не просили, можно дать отпор одним из следующих способов, описываемых В. Петровой.

Ко многому из того, чем мы постоянно пользуемся, мы привыкли настолько, что больше не задумываемся об этом. Точно так же дело обстоит со способностью в течение очень короткого общения с другим человеком получать впечатление о том, что им движет, чего он хочет и что для него важно в данный.

3. Соотнести состояние исследованных видов мышления со степенью сформированности экспрессивной речи.

Разумеется, на любом из этапов моделирования навыка — выявляете Вы подготовительные шаги, разбираетесь ли Вы в действиях модели или разговариваете о тех или иных критериях — Вы должны "копать" до тех пор, пока не сможете САМИ повторить ментальные или физические действия.

3. Когда нервные окончания головки пениса менее чувствительны, мужчина способен сохранять сексуальную активность гораздо дольше, что позволяет обоим партнерам испытать более полное и интенсивное ощущение удовлетворения.

Движение лежит в основе жизнедеятельности человека. Наиболее элементарной формой движения материи является механическое движение, т. е. перемещение тела в пространстве. Закономерности механического движения изучаются механикой.

Биомеханика – наука о законах механического движения в живых системах. Она изучает движения с точки зрения законов механики, свойственных всем без исключения механическим движениям материальных тел. Однако сложность движения и функций живого организма требует тщательного учета анатомо-физиологических особенностей. Нередко то, что выгодно с точки зрения законов механики, нецелесообразно, если учесть особенности строения и функции живого организма.

Движения частей тела человека представляют собой перемещения в пространстве и времени, которые выполняются во многих суставах одновременно и последовательно. Все движения закономерно объединены в целостные организованные действия, которыми человек управляет при помощи мышц. При биомеханическом исследовании невозможно учесть строение и функции тела во всех их особенностях. Для изучения движений строят модель тела человека, на которой можно изучать закономерности движений, — биомеханическую систему. Она обладает основными свойствами, существенными для выполнения двигательной функции, но не включает в себя частные детали.

Кинематические цепи. Множество частей тела, соединенных подвижно, образуют биокинематические или артикуляционные цепи. К ним приложены силы (нагрузки), которые вызывают деформации и изменение движений. Механические свойства (особенности строения и функции) этих цепей влияют на выполнение движений.

Движения в суставах осуществляются путем сокращения мышц. Иными словами, суставы являются только шарнирами, приводимыми в движение мышцами. Независимо от природы мышцы и способа прикрепления ее сухожилий к костным элементам участок прикрепления одного ее конца остается неподвижным, тогда как противоположный участок прикрепления приходит в движение при изменении мышцей своей длины. В результате происходит перемещение участка скелета, который служит местом прикрепления подвижного конца мышцы. При всем разнообразии производимых таким образом перемещений все они укладываются в схему перемещений, осуществляемых рычагом, точка приложения действия которого образована суставом.

Принципы мышечно-суставной биодинамики рассмотрим на работе M. biceps (рис. 2).

Точкой прикрепления этой мышцы является передняя поверхность плечевой кости, ее сокращение вызывает или стремится вызвать вращение предплечья в локтевом суставе вокруг оси, направление которой приближается к поперечной плоскости этого сустава.

Сила или момент (М) вращения зависит от трех факторов:

– угла приложения мышечной силы, который образуют между собой предплечье и мышца (угол ?);

– длины плеча костного рычага, идущего от оси вращения локтевого сустава к месту прикрепления сухожилия (l).

Рис. 2. Биодинамика М. biсерs (стрелкой указано направление сгибания)

Момент вращения на уровне оси локтевого сустава определяется по формуле:

Значение sin ? для угла 90° составляет единицу, тогда сила вращения равняется произведению F_m · l, если направление мышечной силы перпендикулярно правлению предплечья. Чем меньше плечо тяги и чем больше угол, под которым действует сила тяжести, тем большее требуется напряжение мышц. Для локтевого сустава минимальная сила – при 10°, средняя – при 30°, максимальная – при 90° (sin 90° = 1).

При 90° рычаг формируется таким образом, что плечо тяги мышцы имеет длину порядка 3 см, т. е. бицепс прикрепляется к кости несколько ниже плечевого сустава. Плечо же груза, удерживаемого кистью, составляет около 30 см. Отношения плеч рычага составляют 1: 10. В итоге это приводит к тому, что происходит проигрыш в силе в 10 раз, т. е. чтобы удержать груз весом 10 кг при согнутой руке, мышца должна развить усилие в 100 кг. Аналогичные отношения имеются и в других суставах, например в голеностопном. Там проигрыш в силе составляет 6 раз. Поэтому при поднятии на носки человека весом 60 кг икроножная мышца должна развивать усилие в 420 кг. Не случайно ахиллово сухожилие является самым мощным – ему приходится выдерживать нагрузки до 500 кг. Проигрыш в силе в костно-мышечных рычагах не является ошибкой эволюции, ибо он сопровождается выигрышем в скорости движений. Таким образом, наши мышцы фактически развивают более интенсивные усилия, чем это проявляется в отношении внешних нагрузок и чем это представляется в обыденной жизни.

При изучении естественных движений невозможно рассматривать изолированные сегменты тела или отдельные мышцы. В этих случаях речь идет о сложной системе рычагов, приводимых в движение совместным действием мышечных групп. Любое движение является результатом совместной деятельности мышц трех функциональных категорий:

– мышц-агонистов, которые преодолевают сопротивление и обеспечивают начало движения;

– мышц-антагонистов, которые контрбалансируют и умеряют деятельность предыдущей группы;

– фиксирующих мышц, обеспечивающих стабилизацию элементов скелета.

Движения требуют для своего осуществления включения действий рычагов, в состав которых входит вся костная система человека. В таких случаях формируются сложные механические построения, содержащие несколько последовательных сочленений и сегментов тела, связывающих эти сочленения между собой, т. е. несколько звеньев. Такие построения имеют общее название – артикуляционные (кинематические) цепи. При биомеханическом исследовании артикуляционных цепей выделяют два вида: закрытые и открытые (рис. 3).

Рис. 3. Примеры открытой (а) и закрытой (б) артикуляционных цепей (стрелка указывает направление движения)

Если дистальный конец цепи не подвергается заметному действию внешнего сопротивления, которое ограничивает его движение, то такую цепь называют открытой. В результате свободы движений ей можно сообщить значительную скорость и ускорение (это движения для переноса предметов и манипуляции с ними).

Если дистальный конец встречает внешнее сопротивление, которое ограничивает свободу движений, такую цепь называют закрытой (это движения для поддержания рычагов управления, рукояток). Для преодоления этого сопротивления мышцы должны развивать более или менее значительную силу, что является характерной чертой закрытых цепей.

Сложность движений зависит от количества звеньев в кинематической цепи и мышечных групп, вовлеченных в движение. Различают 5 классов сложности движений:

1) только пальцев руки;

2) пальцев и кисти;

3) пальцев, кисти и предплечья;

4) пальцев, кисти, предплечья и плеча;

5) пальцев, кисти, предплечья, плеча и туловища.

При исследовании движения в суставах используют понятие о степенях свободы движений, которые характеризуют возможности перемещения различных тел в пространстве.

Степени свободы – это направления, в которых данное тело может совершать движения.

Шарнирный механизм может совершать вращение вокруг единственной оси и имеет одну степень свободы движений.

Абсолютно свободное тело имеет 6 степеней свободы движений: три степени взаимно перпендикулярных направления движения (вверх – вниз, вправо – влево, вперед – назад) и три взаимно перпендикулярных оси вращения в тех же направлениях.

Суставы с одной степенью свободы могут совершать движение только в одной плоскости (межфаланговые).

Суставы с двумя степенями свободы обеспечивают движение в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (лучезапястный, коленный).

Суставы с тремя степенями свободы обеспечивают движение в трех взаимно перпендикулярных плоскостях (плечевой и тазобедренный).

Если в изолированном суставе с 2 – 3 степенями свободы заложены большие двигательные возможности, то в целостном организме эти возможности возрастают в огромной мере, потому что в организме мы имеем не изолированные пары костей, а ряд кинематических цепей с несколькими последовательными звеньями.

Свойства кинематической цепи подчиняются правилу: число степеней свободы периферического звена равно сумме степеней свободы предшествующих звеньев (например, кисть руки имеет 7 степеней свободы движений по отношению к туловищу – 3оси вращения у плечевого сустава и по 2 оси у локтевого и лучезапястных суставов, в результате имеется запас одной степени свободы). Поскольку уже 6 степеней свободы дают безграничные возможности перемещений, то в пределах длины руки кисть может двигаться так, как будто она вовсе не имеет связи с лопаткой.

При наличии такого большого числа степеней свободы выполнения движений верхней конечности приобретают определенность и целесообразность благодаря тому, что в каждое мгновение в каждом сочленении за счет сокращения мышц исключаются все возможные движения, все степени свободы, кроме одной, соответствующей выполняемому целесообразному движению. Поэтому простейшее движение – поднятие груза на вытянутых руках – происходит так, что вследствие одновременного напряжения мышц-антагонистов в локтевом и лучезапястном суставах вся рука фиксирована в виде жесткого рычага и все подвижности в этих суставах погашены. Также исключено напряжение мышц, осуществляющих приведение и отведение плеча. Оставшаяся возможность движения верхней конечности – сгибание и разгибание в плечевом суставе – используется для такого рабочего движения, как поднятие груза на вытянутых руках. Более сложное движение – свободное поднятие груза – выполняется при одновременном сгибании руки в плечевом и локтевом суставах. Движение поднятия груза с укладкой его на подставку выполняется так, что в начале движения происходит одновременное сгибание в плечевом и локтевом суставах, а затем, в середине траектории поднятия, сгибание в локтевом суставе прекращается и переходит в разгибание. В то же время в плечевом суставе продолжает происходить сгибание (вынос плеча вперед).

В управлении движениями участвуют практически все отделы ЦНС – от спинного мозга до коры больших полушарий.

У животных спинной мозг может осуществлять довольно обширный класс функций, вплоть до спинального шагания (Ч. Шеррингтон), однако у человека на спинальном уровне протекают лишь простейшие координации (реципрокное торможение мышц-антагонистов, флексорный рефлекс и др.). Нервные механизмы ствола мозга существенно обогащают двигательный репертуар, обеспечивая правильную установку тела в пространстве за счет шейных и лабиринтных рефлексов (Р. Магнус) и нормального распределения мышечного тонуса. Важная роль в координации движений принадлежит мозжечку. Такие качества движения, как плавность, точность и необходимая сила реализуются с участием мозжечка путем регуляции временных, скоростных и пространственных характеристик движения.

Животные с удаленными полушариями, но с сохраненным стволом мозга по координации движений почти неотличимы от интактных. Полушария мозга (кора и базальные ганглии) обеспечивают наиболее тонкие координации движений – двигательные реакции, приобретенные в ходе индивидуальной жизни. Осуществление этих реакций базируется на рефлекторном аппарате мозгового ствола и спинного мозга, функционирование которого многократно обогащается деятельностью высших отделов ЦНС.

Результаты исследований разных классов движений позволили Н.А. Бернштейну [Бернштейн, 1947] сформулировать общие представления о многоуровневой иерархической системе координации движений. В соответствии с ними система управления движениями состоит из следующих уровней: А – уровень палеокинетических регуляций, он же руброспинальный уровень центральной нервной системы; В – уровень синергий, он же таламо-паллидарный уровень; С – уровень пространственного поля, он же пирамидно-стриарный уровень; D – уровень действий (предметных действий, смысловых цепей и т.п.), он же теменно-премоторный уровень. Остановимся кратко на характеристике первых трех уровней.

Уровень А.Это довольно древний уровень, который управляет, главным образом, мускулатурой туловища и шеи. Управляемые им движения – плавные, выносливые, как бы смесь равновесия и движения. Уровень А обеспечивает тонус всей мускулатуры. Он может довольно тонко управлять возбудимостью спинальных структур, обеспечивая, в частности, реципрокную иннервацию мышц-антагонистов. Действия этого уровня полностью непроизвольны.

Уровень С. Уровень пространственного поля, пирамидно-стриарный. Ведущая афферентация этого уровня – синтетическое пространственное поле. Пространственное поле – это восприятие и владение внешним окружающим пространством. Это поле обширно, простирается вокруг нас на большие расстояния. Оно однородно (гомогенно) и, что очень существенно, – несмещаемо. Наряду с этими свойствами, Н.А. Бернштейн подчеркивал такое важнейшее свойство пространственного поля, как его метричность и геометричность, проявляющиеся в соблюдении геометрической формы и геометрического подобия. Пространство уровня С заполнено объектами (с их формой, размерами и массой) и силами, исходящими от этих объектов и действующими между ними.

Важнейшим качеством многоуровневой системы управления движениями является не столько соподчинение иерархически устроенных уровней, сколько сложное разделение труда. Такое разделение обусловлено, с одной стороны, анатомическим строением этой системы, состоящей из эволюционно различных структур мозга, которые до определенной степени сохранили специфику своего функционирования, с другой стороны – необычайно сложным устройством исполнительного аппарата, его огромной размерностью. Другая особенность функционирования этой системы состоит в разделении упомянутых уровней на ведущий и фоновые (в зависимости от текущей двигательной задачи и условий ее реализации).

ДВИГАТЕЛЬНЫЕ ПРОГРАММЫ

Управление движениями немыслимо без согласования активности большого количества мышц. Характер этого согласования зависит от двигательной задачи. Так, если нужно взять стакан воды, то ЦНС должна располагать информацией о положении стакана относительно тела и об исходном положении руки. Однако чтобы движение было успешным, кисть заранее раскрылась на величину, соответствующую размеру стакана, чтобы сгибатели пальцев сжимали стакан с силой, достаточной для предотвращения проскальзывания, чтобы приложенная сила была достататочной для плавного подъема, но не вызывала резкого отрыва, чтобы ориентация стакана в кисти после захвата все время была вертикальной. Таким образом, чтобы реализация движения соответствовала двигательной задаче, необходимы не только данные о пространственных соотношениях, но и сведения о свойствах объекта манипулирования. Многие из этих сведений не могут быть получены в ходе самого движения посредством обратных связей, а должны быть предусмотрены на этапе планирования. Следовательно, для осуществления движения должна быть сформирована двигательная программа. Двигательную или центральную программу рассматривают как заготовленный набор базовых двигательных команд, а также набор готовых корректирующих подпрограмм, обеспечивающих реализацию движения с учетом текущих афферентных сигналов и информации, поступающей от других частей ЦНС.

Зарождение побуждения к движению связано с активностью подкорковых и корковых мотивационных зон. Замысел движения формируется в ассоциативных зонах коры. Далее происходит формирование программы движения с участием базальных ганглиев и мозжечка, действующих на двигательную кору через ядра таламуса. За реализацию программы отвечает двигательная кора и нижележащие стволовые и спинальные двигательные центры.

Предполагается, что двигательная память содержит обобщенные классы двигательных программ, из числа которых в соответствии с двигательной задачей выбирается нужная. Программа модифицируется применительно к ситуации: однотипные движения могут выполняться быстрее или медленнее, с большей или меньшей амплитудой. Интересно, что одна и та же программа может быть реализована разными наборами мышц. Так, почерк человека сохраняет характерные черты при письме правой и левой рукой и даже карандашом, зажатым в зубах или прикрепленным к носку ботинка. Такой межконечностный перенос навыка возможен потому, что система управления движениями является многоуровневой (уровень планирования движения и уровень его исполнения в ней не совпадают). Действительно, произвольное движение планируется в терминах трехмерного евклидового пространства. Для исполнения этого плана необходимо перевести линейные перемещения в соответствующие угловые переменные (изменения суставных углов), определить, какие мышечные моменты необходимы для этих угловых перемещений и, наконец, сформировать двигательные команды, которые вызовут активацию мышц, дающую необходимые значения моментов.

КООРДИНАЦИЯ ДВИЖЕНИЙ

Представление о координации движений возникло на основе наблюдений больных, которые в силу разных причин не в состоянии плавно и точно осуществлять движения, легко доступные здоровым людям. Координацию можно определить как способность реализовать движение в соответствии с его замыслом. Даже для простейшего движения – движения в суставе с одной степенью свободы – необходима согласованная работа как минимум двух мышц агониста и антагониста. В действительности на каждую степень свободы, как правило, приходится больше одной пары мышц. При этом многие мышцы являются двухсуставными, т.е. действуют не на один, а на два сустава. Именно поэтому, например, изолированное сгибание пальцев руки невозможно без одновременной активации разгибателей кисти, препятствующих действию сгибателей пальцев в лучезапястном сочленении.

Формы участия мышц в осуществлении двигательных актов весьма многообразны. Анатомическая классификация мышц (например, сгибатели и разгибатели, синергисты и антагонисты) не всегда соответствует их функциональной роли в движениях. Так, некоторые двухсуставные мышцы в одном суставе осуществляют сгибание, а в другом – разгибание. Антагонист может возбуждаться одновременно с агонистом для обеспечения точности движения, и его участие помогает выполнить двигательную задачу. В связи с этим в каждом конкретном двигательном акте можно выделить основную мышцу (основной двигатель), вспомогательные мышцы (синергисты), антагонисты и стабилизаторы (мышцы, которые фиксируют не участвующие в движении суставы). Мышцы не только сокращаются, приводя в движение соответствующие звенья: антагонисты и стабилизаторы часто функционируют в режиме растяжения под нагрузкой, при этом поглощая и рассеивая энергию. Этот режим используется для плавного торможения движений и амортизации толчков. При поддержании позы многие мышцы работают в режиме, при котором их длина практически не изменяется.

Для того чтобы найти однозначное решение задачи управления для кинематической цепи, необходимо исключить избыточные для данного движения степени свободы. Этого можно достичь двумя способами: а) можно зафиксировать избыточные степени свободы путем одновременной активации антагонистических групп мышц (коактивация) и б) можно связать движения в разных суставах определенными соотношениями, уменьшив таким образом количество независимых переменных, с которыми должна иметь дело ЦНС. Такие устойчивые сочетания одновременных движений в нескольких суставах, направленных на достижение единой цели, получили название синергий. Синергии чаще всего используются в относительно стереотипных, часто используемых движениях, таких, как локомоция, некоторые трудовые движения и др. Вместе с тем двигательные синергии не являются синонимами двигательных стереотипов – для них характерна определенная степень адаптивности.

ТИПЫ ДВИЖЕНИЙ

Движения человека очень разнообразны, однако все это разнообразие можно свести к небольшому количеству основных типов активности: обеспечение позы и равновесия, локомоция и произвольные движения.

Наиболее распространенной формой локомоции человека (локомоция – активное перемещение в пространстве на расстояния, значительно превышающие характерные размеры тела) является ходьба. Она относится к циклическим двигательным актам, при которых последовательные фазы движения периодически повторяются.

Для удобства изучения и описания цикл ходьбы подразделяют на фазы: для каждой ноги выделяют фазу опоры, в течение которой нога контактирует с опорой, и фазу переноса, когда нога находится в воздухе. Фазы опоры двух ног частично перекрываются по времени, образуя двухопорный период. В двухопорный период происходит перенос нагрузки с находящейся на опоре ноги, которая находится позади, на поставленную на опору переднюю ногу. Центр массы тела человека при ходьбе совершает сложные пространственные движения. Амплитуда этих движений составляет около 5 см в направлении вверх-вниз, и 2–4 см в боковом направлении. Давление на опору во время ходьбы непостоянно. Оно превышает вес тела во время наступания и отталкивания от опоры и меньше веса тела в середине одноопорного периода. Сопоставление изменений межзвенных углов в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах с распределением по времени активности мышц приводит к выводу, что движение ноги в фазу переноса в значительной степени осуществляется за счет сил инерции (подобно двухзвенному маятнику).

Повторяемость параметров движений в последовательных циклах при ходьбе не абсолютная: они обладают некоторой вариативностью. Наименьшая вариативность у кинематической картины ходьбы, наибольшая – в работе мышц, проявляющаяся в изменениях электромиограмм от цикла к циклу. Это отражает корригирующую деятельность ЦНС, которая в каждом шаге вносит в стандартную иннервационную структуру ходьбы поправки, необходимые для обеспечения относительного постоянства ее кинематики.

Бег отличается от ходьбы тем, что нога, которая находится позади, отталкивается от опоры раньше, чем другая нога опускается на нее. В результате в беге имеется безопорный период – период полета. В беге, благодаря большим скоростям перемещения, более значительную роль играют баллистические компоненты движения – перемещение звеньев ноги по инерции.

Произвольными движениями в широком смысле слова могут быть названы самые разные движения, совершаемые как в процессе труда, так и в повседневной жизни. У человека основным рабочим органом является рука, причем для выполнения двигательной задачи определяющим обычно является положение кисти, которая должна в определенный момент оказаться в определенном месте пространства. Благодаря большому числу степеней свободы верхней конечности кисть может попасть в нужную точку по разным траекториям и при различных соотношениях углов в плечевом, локтевом и лучезапястном суставах. Это многообразие возможностей позволяет выполнять двигательную задачу, начиная движение из различных исходных поз, однако оно же ставит ЦНС перед задачей выбора одного варианта из многих.

В сложной картине работы мышц часто можно выделить устойчивые сочетания их активности, используемые в различных движениях. Это уже упоминавшиеся синергии, основанные на врожденных или выработанных в процессе опыта связях, которые, являясь устойчивыми компонентами движений, упрощают управление сложными двигательными актами и помогают преодолеть избыточность количества мышц и числа степеней свободы.

При совершении одного и того же, даже простого движения, организация мышечной деятельности в сильной степени зависит от вмешательства немышечных сил, в частности внешних по отношению к человеку. Так, при ударе молотком, когда к массе предплечья добавляется масса молотка, и, следовательно, увеличивается роль инерции, разгибание предплечья совершается по типу баллистического движения. Аналогичное по кинематике движение при работе напильником, когда основной внешней силой является трение, совершается путем непрерывной активности мышцы на протяжении всего разгибания. Если первое из этих двух движений является в основном предпрограммированным, то во втором велика роль обратных связей.

1. Предмет и задачи биомеханики. Особенности механического движения человека. Направления развития биомеханики. Задачи биомеханики спорта.

2. Параметры движений человека. Классификация движений тела человека.

3. Системы отсчёта. Основные и производные единицы системы СИ.

4. Механические и биологические свойства мышц. Возникновение силы упругой деформации в мышцах.

5. Тело человека как многозвенная система. Кинематические звенья, пары и цепи. Проблема избыточности в управлении кинематическими цепями двигательного аппарата человека.

6. Определение подвижности кинематических цепей. Степени свободы движений.

8. Механика мышечного сокращения. Основные режимы мышечного сокращения. Последовательность механических явлений при мышечном сокращении. Мощность, работа и энергия мышечного сокращения.

9. Кинематические характеристики движений человека (пространственные, временные, пространственно-временные).

10. Динамические характеристики движений человека. Законы Ньютона.

11. Внешние силы в движениях спортсмена (силы упругой деформации, силы тяжести и веса, силы инерции, силы реакции опоры, силы трения, силы сопротивления среды).

12. Внутренние силы в движениях системы и их отличие от внешних сил. Активные и пассивные внутренние силы.

13. Геометрия масс тела человека. Основные показатели, характеризующие распределение масс в теле человека. Центр объема и центр поверхности тела.

14. Общий центр тяжести тела. Факторы, определяющие его расположение. Момент инерции тела. Влияние масс-инерционных характеристик на движение человека.

15. Механическая энергия и работа в движениях человека. Понятие о внешней и внутренней работе перемещения тела человека. Способы экономии энергии внутри системы. Методы измерения работы и энергии при движениях человека.

16. Двигательное действие как система движений. Биомеханический анализ двигательной деятельности.

17. Особенности управления мышечной активностью. Проблемы избыточности в управлении мышечной активностью.

18. Понятие о двигательных качествах спортсмена. Зависимости между показателями, характеризующими двигательные качества спортсмена.

19. Зависимость силы действия человека от положения тела, скорости и направления движения Топография силы. Выбор положения тела при тренировке силы.

20. Элементарные формы проявления скоростных качеств. Динамика скорости тела в циклических локомоциях.

21. Биомеханические аспекты двигательных реакций (виды двигательных реакций и их фазовый состав).

22. Биомеханическая характеристика гибкости. Пассивная и активная гибкость и способы их измерения.

23. Выносливость и способы ее измерения. Явные и латентные показатели выносливости.

24. Критерии оптимальности двигательной деятельности.

25. Биомеханические проявления утомления. Фазы утомления. Биомеханические основы экономизации спортивной техники (снижение энерготрат в циклических локомоциях и рекуперация энергии)

26. Освоенность техники и показатели ее определяющие (стабильность, устойчивость, автоматизированность).

27. Онтогенез моторики человека (роль созревания и научения, двигательный возраст). Онтогенез моторики в отдельные возрастные периоды.

28. Движение вокруг осей. Динамика вращательного движения одного звена (механизм вращательного движения звена, изменение вращательного движения звеньев).

29. Классификация положений тела человека. Виды и условия равновесия тела человека и показатели устойчивости. Сохранение положения тела в условиях отсутствия и наличия внешних возмущающих воздействий. Амортизация и балансирование.

30. Локомоторные движения. Механизм отталкивания от опоры. Роль маховых движений при отталкивании от опоры.

31. Практические аспекты биомеханики. Динамика скорости и частоты движений.

32. Биодинамика бега и ходьбы. Биодинамика прыжка (разбег, отталкивание, полет, приземление).

33. Механические воздействия на человека. Перегрузки.

34. Воздействие физических факторов на человека (электромагнитных, тепловых, радиационных, акустических)

Список литературы

Основная литература

1. Дубровский В.И. Биомеханика: Учебник для вузов / В.И. Дубровский, В.Н. Федорова. – М.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003.

Дополнительная

1. Донской Д.Д. Биомеханика: Учебник для институтов физической культуры / Д.Д. Донской, В.М. Зациорский. – М.: ФиС, 1979.

2. Практикум по биомеханике: Учебное пособие для институтов физической культуры / Под ред. И.М. Козлова. – М.: ФиС, 1980.

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.003)

Движение человека и частей его тела подчиняется законам механики и в значительной мере зависят от того, каково строение его тела и каковы его свойства.

Особенности строения тела человека и его двигательного аппарата дают основание рассматривать тело в целом и его части как особые биомеханические системы.

Биомеханическая система-это объединение живых объектов (органов , тканей ), которые обладают общими особенностями в проявлении законов механического движения, управления ими, участия в этих движениях. С механической точки зрения опорно-двигательный аппарат-это управляемые био-кинематические цепи (звенья и их соединения), оснащенные группами мышц. Звенья тела характеризуются определенными размерами, массой, моментами инерции, они снабжены мышечными двигателями. Характерной чертой строения биомеханической системы является ее переменный характер. При движении изменяется число рабочих звньев.,степени их свободы, состав мышечных групп, их взаимодействие и др.

По своей природе биомеханическая система двигательного аппарата одновременно является: а) механизмом организации и передачи движения, б)источником энергии движения, в) системой управления.

вызывают их перемещение, изменяют траекторию их движения. При этом мышцы определяют движения костных рычагов, которые лишь придают жесткость конструкции , передавая Части тела человека , имеющие подвижные соединения . принято рассматривать

как звенья (рычаги), входящие в состав биокинематических пар и цепей. Эти звенья находятся под воздействием приложенных к ним сил (внешних и внутренних), которые усилия и движение на расстояние. В движениях проявляются особенности строения и механические свойства биосистемы.

Биомеханика изучает в опорно- двигательном аппарате те особенности строения и функции, которые имеют отношение к совершенствованию движений.,используя упрощенную модель тела человека – биомеханическую систему. Она обладает основными свойствами, существенными для осуществления двигательной функции, но не включает в себя множество частных деталей

1. Соединения звеньев тела. .

Два соседних звена , соединенные подвижно, образуюут биокинематическую пару. Пары , в свою очередь, объединены в биокинематческие цепи.

Биокинематическая папра-это подвижное соединение двух звеньев, в котором возможности движений определяются его строением и управляющим воздействием мышц.

В анатомическом смысле- это два смежных звена тела, соединенных суставом

Способ соединения накладывает ограничения (связи ) на относительное движение (степени связи) . Наличие подвижности в соединениях предоставляет звеньям определенные возможности относительного движения. (степени свободы движения).

Различают связи: а) геометрические ( постоянные препятствия перемещению в каком –либо направлении) и б) кинематические ( ограничения в скорости перемещения, например, мышцей – антогонистом). Постоянные связи определяют сколько как максимум и каких остается степеней свободы движений.

Кинематические пары бывают: а )поступательные- одно звено может перемещаться поступательно по отношению к другому (например, боковые движения нижней челюсти).

б) вращательные-повороты звеньев в цилиндрических и шаровых суставах;

в) винтовые с сочетанием поступательного и вращательного движений.( например, в голеностопном суставе).

Соединения, допускающие поворот звеньев пары, называются шарнирами.

В целом, при одной степени свободы движений в суставе взаимное расположение этих звеньев определяется суставным углом. Если в суставе две или три степени свободы движений-то эйлеровыми углами. Следует подчеркнуть, что почти все биокинематические пары вращательные.

Биоукинематические цепи-это системно связанная совокупность биокинематических пар, последовательное или разветвленное соединение ряда кинематических пар. Кинематическую цепь, в которой конечное звено свободно, называют незамкнутой; цепь, в которой нет свободного звена,- замкнутой

В каждом соединении незамкнутой цепи возможны изолированные движения. Они геометрически независимы от движений в других соединениях ( если не учитывать взаимодействия мышц). В замкнутой или замкнувшейся цепи невозможно одиночное изолированное движение,суставные углы и скорости их изменения взаимосвязаны. Из этого следует, что в замкнутых цепях возможностей движений меньше , но управление ими точнее и проще. ( рис. 1)

Читайте также: