Ім'я файлу: Індз Біомеханіка.docx
Розширення: docx
Розмір: 40кб.
Дата: 14.01.2022
скачати

Сумський державний педагогічний університет

імені А.С. Макаренка.

РЕФЕРАТ

На тему:

Розвиток біомеханіки. Історія аналітичної біомеханіки

Виконала

Студентка 1-го курсу групи ФК-1 (стн)

Ворчак Анастасія Григорівна

Зміст

  1. Ятромеханіка: початок історіі біомеханікі

  2. Перші друковані труди з біомеханікі

  3. Мікроскопія і розвиток експериментальних методів дослідження живого

  4. Розвиток ортопедії і біомеханіки рухів

  5. Біомеханіка як сучасна наука, її структура, значення у спорті

  6. Новітній етап розвитку біомеханіки

  7. Список використаних джерел


1. Ятромеханіка: початок історіі біомеханікі
У медицині XVI-XVIII століть існував особливий напрямок, що називалося ятромеханікой або ятрофізікой (від грецького iatros - лікар). У працях відомого швейцарського лікаря і хіміка Теофраста Парацельса і голландського натураліста Яна Ван-Гельмонта, відомого своїми дослідами по самозародження мишей із пшеничного борошна, пилу і брудних сорочок, містилося твердження про цілісність організму, описане в формі містичного початку. Представники раціонального світогляду не могли прийняти цього і в пошуках раціональних підстав біологічних процесів поклали в основу їх вивчення механіку - найбільш розвинену в той час область знання. Ятромеханіка претендувала на пояснення всіх фізіологічних і патологічних явищ виходячи із законів механіки і фізики. Відомий німецький лікар, фізіологи і хімік Фрідріх Гофман сформулював своєрідний кредо ятрофізікі, за яким життя - це рух, а механіка - це причина і закон всіх явищ. Гофман розглядав життя як механічний процес, в ході якого руху нервів, по яких переміщається знаходиться в мозку «тваринний дух» (spiritum animalium), управляють скороченнями м'язів, циркуляцією крові і роботою серця. В результаті цього організм - своєрідна машина - наводиться в рух. Механіка при цьому розглядалася як основа життєдіяльності організмів.


Подібні претензії, як тепер зрозуміло, були багато в чому неспроможні, але ятромеханіка протистояла схоластичним і містичним уявленням, ввела в ужиток багато важливих досі невідомі фактичні відомості і нові прилади для фізіологічних вимірів. Наприклад, згідно з поглядами одного з представників ятромеханікі Джорджіо Бальіві рука уподібнювалась важелю, грудна клітка - ковальському міху, залози - ситам, а серце - гідравлічному насосу. Ці аналогії цілком розумні і сьогодні. У XVI столітті в роботах французького армійського лікаря А.Паре (Ambroise Pare) були закладені основи сучасної хірургії та запропоновано штучні ортопедичні пристрої - протези ноги, руки, кисті, розробка яких ґрунтувалася швидше на науковому фундаменті, ніж на простий імітації втраченої форми . У 1555 р в роботах французького натураліста П'єра Белона був описаний гідравлічний механізм руху актиній [Chapman, 1975]. Один із засновників ятрохімії Ван-Гельмонт, вивчаючи процеси бродіння їжі в організмах тварин, зацікавився газоподібними продуктами і ввів в науку термін «газ» (від голландського gisten - бродити). До розвитку ідей ятромеханіки були причетні А.Везалій, У.Гарвей, Дж.А.Бореллі, Р. Декарт.

Ятромеханіка, що зводить всі процеси в живих системах до механічних, так само як і висхідна до Парацельсу ятрохімія, представники якої вважали, що життя зводиться до хімічних перетворень хімічних речовин, що складають тіло, приводили до одностороннього і часто невірного поданням про процеси життєдіяльності і способи лікування захворювань. Проте, ці підходи, особливо їх синтез, дозволили сформулювати раціональний підхід в медицині XVI-XVII століть. Навіть вчення про можливість самозародження життя зіграло свою позитивну роль, ставлячи під сумнів релігійні гіпотези про створення життя. Парацельс створив "анатомію сутності людини", якою намагався показати, що в "тілі людини з'єдналися містичним чином три всюдисущих інгредієнта: солі, сірка і ртуть" 


        В рамках філософських концепцій того часу формувалося нове ятромеханічне уявлення про суть патологічних процесів. Так, німецький лікар Г.Шатль створив вчення про анімізме (від лат.anima - душа), відповідно до якого хвороба розглядалася як руху, що здійснюються душею для виведення з тіла чужорідних шкідливих речовин. Представник ятрофізікі італійський лікар Санторіо (1561-1636), професор медицини в Падуї вважав, що будь-яка хвороба - це наслідок порушення закономірностей руху окремих дрібних частинок організму. Санторіо одним з перших застосував експериментальний метод дослідження і математичну обробку даних, створив ряд цікавих приладів. У сконструйованої їм спеціальній камері Санторіо вивчав обмін речовин і вперше встановив пов'язане з життєвими процесами мінливість ваги тіла. Спільно з Галілеєм він винайшов ртутний термометр для вимірювання температури тіл (1626 г.). У його праці "Статична медицина" (1614) одночасно представлені положення ятрофізікі і ятрохімії. Подальші дослідження привели до революційних змін в уявленнях про будову та роботу серцево-судинної системи. Італійський анатом Фабріціо д'Аквапенденте виявив венозні клапани. Італійський дослідник П.Азеллі і данський анатом Т.Бартолін виявили лімфатичні судини.

        Англійському лікарю Вільяму Гарвею належить відкриття замкнутості системи кровообігу. Навчаючись в Падуї (в 1598-1601), Гарвей слухав лекції Фабріціо д'Аквапенденте і, мабуть відвідував лекції Галілея. У всякому разі, Гарвей знаходився в Падуї, в той час як там гриміла слава про блискучі лекціях Галілея, які відвідувалися багатьма дослідниками, які приїжджали спеціально здалеку. Відкриття Гарвеем замкнутості кровообігу стало результатом систематичного застосування розробленого раніше Галілеєм кількісного методу вимірювань, а не простим спостереженням або здогадкою. Гарвей виступив з демонстрацією, в ході якої він показав, що кров рухається з лівого шлуночка серця тільки в одному напрямку. Вимірявши обсяг крові, що викидається серцем за одне скорочення (ударний обсяг), він помножив число, на частоту скорочень серця і показав, що за годину воно прокачує обсяг крові, набагато перевищує обсяг тіла. Таким чином був зроблений висновок, що значно менший обсяг крові повинен безперервно циркулювати по замкнутому колу, вступаючи в серце і прокачувати їм по системі судин . Результати роботи були опубліковані в праці «Анатомічне дослідження про рух серця і крові у тварин" (1628 г.). Результати роботи були більш ніж революційними. Справа в тому, що з часів Галена вважалося, що кров проводиться в кишечнику, звідки надходить в печінку, потім в серце, звідки розподіляється по системі артерій і вен до решти органам. Гарвей описав серце розділений на окремі камери як м'язовий мішок, який виконує роль насоса, що нагнітає кров в судини. Кров рухається по колу в одному напрямку і потрапляє знову в серце. Зворотному ж току крові в венах перешкоджають венозні клапани, виявлені Фабріціо д'Аквапенденте. Революційне вчення Гарвея про кровообіг суперечило твердженнями Галена, в зв'язку з чим його книги піддавалися різкій критиці і навіть пацієнти часто відмовлялися від його лікарських послуг. З 1623 р Гарвей служив в якості придворного лікаря Карла I і найвище заступництво рятувало його від нападок противників і забезпечувало можливість подальшої наукової роботи. Гарвей виконав великі дослідження з ембріології, описав окремі стадії розвитку зародка ( "Дослідження про народження тварин", 1651). XVII століття можна назвати епохою гідравліки і гідравлічного мислення. Успіхи техніки сприяли появі нових аналогій і кращому розумінню процесів, що відбуваються в живих організмах. Ймовірно, саме тому Гарвей описав серце як гідравлічний насос, прокачує кров по "трубопроводу" судинної системи. Для повного визнання результатів роботи Гарвея було потрібно тільки знайти відсутню сполучна ланка, що замикає коло між артеріями і венами, що буде зроблено незабаром в роботах Мальпігі. Механізм роботи легенів і причини прокачування повітря по ним залишилися для Гарвея незрозумілими - небувалі успіхи хімії і відкриття складу повітря були ще попереду. XVII століття є важливою віхою в історії біомеханіки, оскільки він був ознаменований не тільки появою перших друкованих праць з біомеханіки, але і становленням нового погляду на життя і природу біологічної рухливості.

        Французький математик, фізик, філософ і фізіолог Рене Декарт був першим, хто спробував побудувати механічну модель живого організму з урахуванням управління за допомогою нервової системи. Його трактування фізіологічної теорії на основі законів механіки містилася в опублікованому посмертно праці (1662-1664). У цьому формулюванні вперше була висловлена кардинальна для наук про живу ідея регуляції за допомогою зворотного зв'язку. Декарт розглядав людину як тілесний механізм, що приводиться в рух «живими духами», які «постійно сходять у великій кількості від серця до мозку, а звідти - через нерви до м'язів і призводять всі члени в рух». Не перебільшуючи роль «духів», в трактаті "Опис людського тіла. Про освіту тваринного "(1648 р) він пише, що знання механіки і анатомії дозволяє побачити в тілі« значна кількість органів, або пружин »для організації пересування організму. Роботу організму Декарт уподібнює механізму годин, з окремими пружинами, гвинтиками, шестернями. Крім цього, Декарт займався дослідженням координації рухів різних частин тіла. Проводячи великі експерименти по дослідженню роботи серця і руху крові в порожнинах серця і великих судинах, Декарт не погоджується з концепцією Гарвея про скорочення серця як рушійну силу кровообігу. Він відстоює висхідну в Аристотеля гіпотезу про нагріванні і розрідженні крові в серце під дією властивою серця теплоті, просуванні розширюється крові в великі судини, де вона охолоджується, а «серце і артерії негайно опадають і стискаються». Роль дихальної системи Декарт бачить у тому, що дихання «приносить в легені досить свіжого повітря для того, щоб кров, яка надходить туди з правої частини серця, де вона розріджується і як би перетворювалася на пару, знову звернулася з пара в кров». Він досліджував також руху очей, використовував розподіл біологічних тканин за механічними властивостями на рідкі та тверді. В області механіки Декарт сформулював закон збереження кількості руху і ввів поняття імпульсу сили.

         Французький фізик і теолог Еммануель Меньян (Emmanuel Maignan), відомий своїми роботами з оптики і створення «торрічеллієвой порожнечі», в своєму трактаті «Про солдатському фронті» (1648р.) Докладно описав аналогію між рухом солдатів в строю по пересіченій місцевості і поширенням паралельного пучка світлових променів в рамках нової теорії. Можливо, ця робота була історично першою, де згадана механіка як основа для опису руху колективів - активно розвивається область сучасної біомеханіки.

        Розуміння процесів, пов'язаних з заломленням світлових променів в лінзах, призвело до спроб розгляду очі як оптичного механізму. Німецький астроном Х.Шнайдер (1575-1650) досліджував заломлення променів в різних тканинах ока, роль сітківки у формуванні зображення.
2. Перші друковані труди з біомеханікі

     Неаполітанець Джіованні Альфонсо Бореллі навчався в Римі в учня Галілея Бенедетто Кастеллі, засновника сучасної гідравліки. Мабуть, він був знайомий з Галілеєм і знаходився в Римі в 1633 році, коли там тривав судовий розгляд інквізиції. Бореллі передбачив деякі ідеї Ісаака Ньютона і поклав початок новому науковому напрямку - ятромеханіке. Він перший доклав принципи нової механіки Галілея до дослідження різноманітних механічних процесів в організмах. Монументальна праця Бореллі «Про рух тварин» вийшов незабаром після його смерті, в 1680-1681 рр. в Римі. З цим двотомним працею пов'язують початок систематичного вивчення механіки живих істот. Бореллі належать оригінальні дослідження роботи серцевого м'яза, кишечника і легень, польоту птахів і плавання риб. Він пояснив різні типи рухів людини і тварин на підставі відомих тоді в механіці принципів важеля і діючих сил. Він описав механічні функції скелета і м'язів, пояснив механізм дихання через роботу дихальних м'язів, при скороченні розтягують грудну клітку. Проводячи кількісні вимірювання обсягів вдихуваного і повітря, що видихається, Бореллі, зробив висновок, що вдих управляється роботою дихальних м'язів, а видих більшою мірою визначається пружними властивостями тканин. Причиною м'язового скорочення Бореллі вважав «нервовий сік», який надходить в м'яз по невластивому до неї великому нервовому волокну. В результаті м'яз «намокає» і стає товщі. Незважаючи на неправильність, це пояснення було прогресивним, оскільки до нього причиною скорочення м'язів вважалися вольові імпульси душі або «тварини духи». Досліджуючи численні і різноманітні механічні процеси як основу функціонування організмів, Борелі вважав, що м'язове скорочення не є число механічним процесом, а пов'язано з хімічними процесами. У 1680г. Бореллі за допомогою термометра виміряв температуру в серце тварини і показав, що вона не вище, ніж температура в інших точках тіла, спростувавши тим самим гіпотезу Арістотеля про існування «серцевого вогню» - перепаду температур між серцем і легенями - як рушійну силу кровообігу. Мабуть, Бореллі був першим дослідником природи, який зрозумів, що саме наявність важелів в будові скелета сприяє розвитку організмами при скороченні м'язів значний зусиль, переважаючих сили опору навколишнього середовища і сприяють таким чином їх переміщенню в воді і повітрі. Виходячи з принципу статичної рівноваги, він вирахував сили, необхідні для підтримки рівноваги при різних положеннях тіла і при різних видах зовнішнього навантаження, а також розрахував положення центрів мас людського тіла і його окремих ланок. Він вперше описав руху ссавців, птахів, риб і комах на мові важелів, осей обертання і прикладених сил. І це все було зроблено задовго до того, як І. Ньютон сформулював закони руху. Борелі першим припустив, що скорочення серця аналогічно роботі скелетної мускулатури і описав систему кровообігу як гідравлічну систему.

        Французький натураліст Рене Реомюр, відомий своїми фізіологічними працями по регенерації та названої його ім'ям температурною шкалою, досліджував механіку травлення. Італійський фізик і астроном Франческо Грімальді, відомий відкриттям явища дифракції світла, вперше виявив звуки, що генеруються скорочуються м'язами. У трактаті «Physicomatheis de lumine» (+1665) він вказав, що, доклавши кінчики великих пальців рук до вух і стискаючи кисті в кулак, можна чути низькочастотні звуки. Звуки будуть тим голосніше, чим сильніше скорочені м'язи. Поява звуків він пов'язав з «збудливими рухами тварин духів» мозку. Цікаво, що це явище протягом більше 150 років не привертало уваги дослідників, а якісна методика реєстрації акустичного випромінювання з'явилася лише три століття тому.

        Англійський фізик Роберт Бойль, який відкрив знаменитий газовий закон, досліджував роботу легенів і залежність обсягу вдихуваного повітря від тиску. Італійський біолог і лікар Марчелло Мальпігі - один із засновників мікроскопічної анатомії, сучасної ембріології і гістології - використовуючи мікроскоп, 1661 р відкрив капіляри - відсутню сполучна ланка в системі циркуляції між артеріями і венами. У своїх роботах він докладно описав капілярний кровообіг, мікроскопічну будову тканин і органів рослин, тварин і людини.

        Борелі, Мальпігі і Декарт стали ключовими фігурами в розвитку ятромеханікі XVII століття, застосовуючи ідеї і методи дослідження сучасної їм механіки для дослідження живих об'єктів. Представник ятромеханікі італійський лікар Бернардіно Рамаццині (Bernardino Ramazzini), основоположник промислової патології і гігієни праці, писав «У наше століття, можна сказати, вся медицина зведена до механіки». У своїй фундаментальній праці «Про хвороби ремісників. Міркування »(1700 г.) він описав умови праці та етіологію професійних захворювань близько сімдесяти різних спеціальностей і ремесел, запропонував методи їх профілактики.
3.Мікроскопія і розвиток експериментальних методів дослідження живого

Нова ера в розвитку наук про живу пов'язана з появою мікроскопа. Примітивні апарати були створені ще 1590 р Я.Янсеном і його сином Захарісом. Мікроскопи, які збиралися після відповідно до схеми Галілея, дозволяли досягати більшого збільшення, але невисока якість шліфування скла, сферична і хроматична аберація в багатолінзові системах приводила до нечітким розпливчастим зображенням з кольоровими ореолами, тому детально розглянути об'єкти розміром з клітину не вдавалося. Нідерландський натураліст Антонії Ван Левенгук став основоположником наукового мікроскопії. Ще в молодості Левенгук захоплювався шліфуванням малих стекол і досяг в цьому мистецтві небувалих висот. Після його смерті в робочому кабінеті залишилася колекція, що містила 172 лінзи і 273 мікроскопа з 150-300 кратним збільшенням. Мікроскоп Левенгука містив тільки одну якісно оброблену (з точністю до 2 мкм!) Потужну лінзу. Єдина незручність було пов'язано з необхідністю утримувати мікроскоп у очі, підкручуючи спеціальний гвинт і домагаючись явного зображення об'єкта, при цьому сильно напружуючи зір. Секрет лінз Левенгука і в наші дні далекий від розгадки. Одна з гіпотез полягає в тому, що дослідник використовував для лінз невеликі краплі скла, що стікають на нижню поверхню видуває скляного міхура і застигають там. Левенгук писав, що він відкрив цікавий спосіб створення некруглих лінз. Розглядаючи в виготовлені їм мікроскопи краплі води, крові, слини та інших біологічних рідин, шматочки власної шкіри, пластинки м'яса і риб'ячу луску, зубний наліт Левенгук став першою людиною на планеті, який побачив еритроцити, сперматозоїди, різноманітні рухливі мікроорганізми. Починаючи з 1673 року він систематично надсилав результати своїх спостережень з докладними замальовками в Англію, в Лондонське королівське товариство. Його звіти потім публікувалися в Philosophical Transactions. За 50 років спостережень він відкрив понад 200 видів мікроорганізмів, яких він називав мікроживотними (animalicules). Левенгук вперше описав вії і джгутики клітин, рух різних мікроорганізмів, переміщення еритроцитів в капілярах (+1688), звернувши увагу і на їх деформованість, і на що розділяють еритроцити плазмові проміжки. Він відчував на собі дію ліків і спостерігав їх вплив на пружні властивості еритроцитів. Досліджуючи свіжу і застояну дощову воду, він виявив, що мікроорганізми з'являються в ній лише через кілька днів і надзвичайно швидко розмножуються. Левенгук досліджував виділення організму і намагався зрозуміти зв'язок їх властивостей з якістю з'їденої їжі. Він вперше описав клітинну будову різних органів, відмінності в будові гладких і поперечно-смугастих м'язів. У 1680 році дослідник-самоучка був обраний дійсним членом Лондонського королівського товариства, а пізніше був прийнятий до Французької академії наук. Місто Делфт, де він жив і працював, став місцем паломництва багатьох людей, які бажали на власні очі переконатися в існуванні світу мікроскопічних живих істот. У 1698 році там побував і російський імператор Петро I. Поява мікроскопа привело до цілого ряду нових спостережень і відкриттів, які сприяли розвитку цілий напрямків біомеханіки.

        У 1663 році Ян Шваммердам (Jan Swammerdam), займаючись дослідженнями м'язових препаратів жаби, виявив, що при скороченні м'яз коротшає, стаючи товщі, але при цьому зберігає свій об'єм. Це спостереження суперечило гіпотезі про надходження в м'яз рідини ( «намокання» по Бореллі), що мало б супроводжуватися збільшенням обсягу м'язи при скороченні і зменшенням - при розслабленні. Данська натураліст Ніколаус (Нільс) Стенсен, один з основоположників геотектоніки, за допомогою мікроскопа досліджував будову м'язів і виявив в них впорядковані структури (результати 1664-1667 р). Він же відкрив протоку слинної залози (1660г.) І зробив сенсаційне на той час заяву, що серце є не вмістилищем «тваринного тепла», а всього лише звичайною м'язом. У праці «Elrmentorum Myologiae Spccimm» Стенсен описав м'язи як пучки рухових волокон, властивості яких відмінні в середині і на кінцях м'язи (в сухожиллях), причому середня частина відіграє основну роль у розвитку м'язової тяги. Він же вперше описав процес скорочення м'язи як вкорочення окремих її волокон. Уже в 1664 році Вільям Крун показав, що скорочення м'язи пов'язане з надходженням сигналу від мозку тварини. Інтенсивні дослідження нервово-м'язових препаратів дозволили британському лікарю (одному із засновників London Royal Society) Францу Гліссону (Francis Glisson) створити теорію збудливості (дратівливості), відповідно до якої м'язи реагують скороченням на різні зовнішні впливи, сигнали про яких передаються нервовою системою.

        Шотландський лікар Джеймс Кейлі (James Keill) підраховував число окремих волокон в м'язі і розраховував напруга, що розвивається окремим волокном при підйомі вантажу заданої ваги. У 1708 р Він випустив працю "An account of animal secretion, the quantity of blood in the human body, and muscular motion", де розглянув механізми формування біологічних рідин з крові при проходженні останньої через різні залози. При цьому кров розглядалася як рідина, в якій плавають частинки різної форми і розмірів (клітини і агрегати), наділені силами тяжіння (адгезію). Він досліджував вплив тиску повітря на адгезію клітин крові в дихальній системі і показав, що здатність клітин притягатися погіршується поблизу серця і в великих судинах, а поліпшується далеко від них. Кейлі припустив, що клітини, здатні до адгезії у великих судинах, мають більшу «притягує силою».

4.Розвиток ортопедії і біомеханіки рухів

У 1741 р Ніколас Андре (Nicolas Andry, 1658-1742) ввів в ужиток слово ортопедія, яке утворив від злиття грецьких коренів «ortos» (прямий) і "pais" - дитина. Андрі вважав, що деформації кісток і пороки розвитку скелета можуть протікати від м'язового дисбалансу в ході раннього розвитку дитини . У трактаті «Ортопедія або мистецтво попередження і корекції деформацій тіла» ( «Оrthopedics or the art of preventing and correcting in infants deformities of the body», +1741) він виділив спеціальність ортопеда як лікаря, який лікує подібні порушення і патології шляхом коректує гімнастики. Незважаючи на те, що сучасне трактування слова «ортопед» зараз інша, Ніколас Андрі може бути названий засновником ортопедії як окремого напрямку в науці.

        Методи корекції порушень опорно-рухової системи шляхом спеціальних вправ були в подальшому розроблені в працях шведського дослідника Пер Линга (Per Henrik Ling, 1776-1839). Лінг створив оригінальну теорію масажу, синтезувавши досягнення грецької, римської, китайської і єгипетської техніки і відкрив перший інститут по навчанню техніці масажу в Стокгольмі. У своїй праці «Рrincipia mathematica philosophiae naturalis» він досліджував техніку виконання різних вправ і вплив різних видів навантаження на людину .

        Поступово в область ведення ортопедії входили питання, пов'язані з розробкою взуття. Протягом багатьох століть взуття було ознакою певного становища в суспільстві, тому багато уваги приділялося її зовнішнім виглядом і моді, але практично ніякого - її комфортності. Саме відмінність між правою і лівою туфлею з'явилося тільки в XIX столітті. Власники готелів і заїжджих дворів першими звернули увагу на скарги мандрівників на болі в ногах і стали виготовляти з хутра та вовни тварин устілки для взуття. Поступово з'явилося розуміння необхідності виготовляти багатошарову підошву для підтримки комфортного положення арки стопи.

        Успіхи в розвитку медицини і фармакології зробили можливим виробляти ампутацію кінцівок зі збереженням максимально можливої частини кукси, що призвело до розробки нового покоління протезів кінцівок. У 1696 р датський хірург Петер Вердьюн (Pieter Verduyn) винайшов перший протез гомілки, забезпечений шкіряним корсетом і зовнішніми металевими спицями, який став прообразом сучасних протезів, здатних переносити вагу тіла і брати участь у виконанні рухів.

        Паралельно розвивалося вчення про будову та роботу кістки. У 1691 англійський анатом К.Гаверс (Clopton Havers 1655-1702) виявив в структурі компактної кісткової тканини циліндричні порожнини, які містять кровоносні судини і нервові волокна. Відкриття складної структури кістки, що містить органічні і неорганічні плоскі і циліндричні компоненти, призвело до подальших інтенсивним мікроскопічним дослідженням кісткової тканини.

5. Біомеханіка як сучасна наука, її структура, значення у спорті

Засновником основ сучасної науки біомеханіки слід вважати італійського натураліста Джованні Бореллі - професор університетів у Мессіні (1649) та Пізі (1656). Крім робіт в галузі фізики, астрономії і фізіології, він розробляв питання анатомії і фізіології з позицій математики і механіки. Він показав, що рух кінцівок і частин тіла у людини і тварин при піднятті важких предметів, ходьбі, бігу, плаванні можна пояснити принципами механіки, першим витлумачив рух серця як м'язове скорочення, вивчаючи механіку руху грудної клітки, встановив пасивність розширення легенів. Найбільш відома його праця "Рух тварин" ("Dе Motu Animalium"), яка заснована на твердих біомеханічних принципах. У цій роботі він описав принципи м'язового скорочення і вперше представив математичні схеми руху. Він вперше використав біомеханічну модель для пояснення руху біомеханічної системи.

Новий поштовх розвитку біомеханіки надав французький фізіолог, винахідник і фотограф Етьєн Марей (1830 - 1904), застосувавши у 19 столітті метод кінофотозйомки для вивчення рухів людини. Так само вперше він застосував метод нанесення маркерів на тіло людини - прототип сучасної циклографії.

Важливою віхою в історії сучасної біомеханіки стали цикли фотографій Е. Майбриджа (1830- 1904, США), знятих декількома камерами з різних точок. Серія фотографій ("Галопуючий кінь", 1887), показала надзвичайну красу пластики реальних рухів. З тих пір кінофотозйомка застосовується для аналізу рухів як один з основних методів дослідження біомеханіки.

Початок аналізу рухів людини поклали в Германії брати Вебер (1836). Перший тривимірний математичний аналіз людської ходи провели Вільгельм Браун та студент Отто Фішер в 1891 році. Методологія аналізу ходьби не змінилася до нашого часу. Крім того, Браун і Фішер першими почали вивчати масу, об'єм і центр мас тіла людини, провівши дослідження на трупах, і отримали дані, які тривалий час використовували як біомеханічний стандарт. Цим вони заснували розділ «Геомерія мас тіла людини». Ними був також запропонований метод визначення маси сегментів тіла і його об’єму, використовуючи занурення частин тіла у воду. Так були отримані дані вікових змін центрів мас тіла людини. Дослідження Брауна і Фішера поклали початок нового напряму біомеханіки - біомеханіки ходьби, а період з другої половини XIX століття стали називати сторіччям ходьби.

Завданням біомеханіки є застосування результатів досліджень для подальшого розвитку розділів біології, фізики (механіки), професійної рухової дидактики (педагогіки), ергономіки, психомоторики, медицини, фізичної культури та спорту. Досягнення біомеханіки використовуються для медичної діагностики, створення замінників тканин і органів, для розробки методів та засобів, у тому числі тренажерів, призначених для розв'язання людиною складних рухових завдань, а також методів впливу на процеси у живих об'єктах, для створення методів аналізу та корекції природних, професійних (трудових) та спортивних рухів, для пізнання рухових можливостей людини і забезпечення оптимальних умов ефективного функціонування "людиномашинних" систем, при розробці методів захисту людини від несприятливих впливів механічних чинників зовнішнього середовища під час роботи в екстремальних умовах.

Таким чином, біомеханіка людини вивчає способи і умови виконання дій, рухів, засоби та методи оволодіння ними. Загальна задача вивчення рухів полягає в оцінці ефективності Рис. 1. Малюнок з книги Дж. Бореллі “”De motu animalium” докладання зусиль для досягнення поставленої мети. Будь-яке вивчення рухів, в кінцевому рахунку, спрямоване на те, щоб допомогти краще виконати певну дію. Біомеханіка досліджує, яким чином отримана механічна енергія руху і напруги може проявитися у робочому застосуванні.

Робочий ефект руху залежитть від ефективності використання витраченої енергії. Для цього визначають, які сили характеризують корисну роботу, їх походження, місце прояву. Те ж саме повинно бути відомо про сили, які негативно впливають на рухи, знижуючи їх ефективність. Таке вивчення дає можливість зробити висновки про те, як підвищити ефективність дії, руху. При вирішенні загальної задачі біомеханіки виникають численні часткові (спеціальні) завдання, які не тільки передбачають безпосередню оцінку ефективності, але й випливають на результативність загальної задачі.

Важливим є метод біомеханіки - системний аналіз і системний синтез рухів, основу яких складають отримані кількісні характеристики, зокрема вимірювання частин тіла, його рухальних характеристик – швидкості, прискорення, силових показників руху, які складають основу кібернетичного моделювання рухів. Біомеханіка - наука експериментальна, емпірична, спирається на дослідне вивчення рухів. За допомогою приладів реєструються кількісні показники, наприклад траєкторії швидкості, прискорення, час виконання руху та інші фізичні характеристики, що дозволяють розрізняти рухи, порівнювати їх між собою. Розглядаючи такі характеристики, подумки можна розчленувати систему рухів на складові частини які встановлюють її склад. У цьому - суть системного аналізу біомеханічних властивостей м’язів.
6.Новітній етап розвитку біомеханіки

Творцем теоретичної основи сучасної біомеханіки - вчення про рухову діяльності людини і тварин вважають радянського вченого - Миколу Олександровича Бернштейна (1896-1966). Він створив теорію багаторівневого управління рухами, у тому числі локомоціями людини, поклавши початок розвитку нових принципів розуміння життєдіяльності організму. Поставивши в центр уваги проблему активності організму по відношенню до середовища, Бернштейн об'єднав біомеханіку та нейрофізіологію в єдину науку фізіологію рухів. Поняття М. А. Бернштейна про рухові задачі як психічної основи дій людини відкрило шляхи вивчення вищих рівнів свідомості в руховій діяльності людини.

Зазнали докладного дослідженння питання формування, будови та рішення рухових задач. Ці питання тісно пов'язані з будовою рухового апарата, складу дій як системи рухів. Ряд робіт Бернштейна присвячені вивченню динаміки м'язових сил і іннерваційної структури рухових актів. Він суттєво удосконалив техніку реєстрації та аналізу рухів, застосувавши нові методи - кімоциклограмметрія, циклограмметрія. Ідеї, які висловив Бернштейн у 30-х роках ХХ століття, передбачили основні положення розвитку біокібернетики. Він ввів чітке формулювання поняття про зворотний зв'язок в фізіології, а також про порівневу організацію рухів, про "рефлекторне кільце" у "рефлекторній дузі", засноване на трактуванні всієї системи відносин організму із середовищем як безперервного циклічного процесу.

У 1926 р. М. А. Бернштейн на основі результатів досліджень в біомеханічній лабораторії Центрального інституту праці видав труд "Загальна біомеханіка", як першої частини "Основ вчення про рухи людини". Важливо відзначити, що в підручнику "Фізіологія людини", виданому в 1946 р. під ред. М. Е. Маршака, було повністю представлено вчення Н. А. Бернштейна про координацію рухів, без якого неможливо і уявити сучасну біомеханіку, теорію праці та спорту, медичну біомеханіку, яка є основою сучасних фізичних методів лікування, які застосовують в курортології, фізіотерапії.

В Україні розвиток біомеханіки відбувався під впливом ідей М. А. Бернштейна та його учня Д.Д. Донського, який у 1957 році видав спеціалізований підручник з біомеханіки, а в 1979 році він був перевиданий у співавторстві з В.М. Заціорським. Розвитку біомеханіки в Україні сприяло створення лабораторії біомеханіки у Київському державному інституті фізичної культури (КДІФК) та проведення у 1974 році першої Всесоюзної наукової конференції з біомеханіки. У 1981 році у КДІФК була створена перша в Україні кафедра біомеханіки, яку очолив А.М. Лапутін. Тепер такі кафедри плідно працюють у Львові, Харкові, Чернігові, Сумах. Це сприяло розвитку нового напряму у вивченні рухів людини – виникла «Дидактична біомеханіка» та її прикладний напрям – гравітаційне тренування.

У 1996-1997 роках колектив кафедри біомеханіки Київського національного університета фізичного виховання і спорту (колишній КДІФК) взяв участь у спільному українськоамериканському проекті «Шатл-97», за яким відбувся політ першого українського космонавта на американському космічному кораблі «Шатл».

Сучасна біомеханіка - розділ природничих наук, що досліджує на основі механікоінформаційних моделей і законів механіки - розділу сучасної фізики, механічні властивості живих тканин, окремих органів, їх систем, та організму в цілому, а також причини, від яких залежать механічні явища. Біомеханічні дослідження охоплюють різні рівні організації живої матерії: біологічні макромолекули – білки, жири, вуглеводи, РНК, ДНК, які складають основу клітин, тканин, органів, системи органів, а також цілі організми та їх спільноти.

Біомеханіка людини - наука комплексна, вона включає в себе найрізноманітніші знання інших наук, таких як: механіка та математика, функціональна анатомія і фізіологія, біохімія людини, вікова анатомія, педагогіка і теорія фізичної культури. Важливим розділом біомеханіки є кінематика, яка вивчає геометричні характеристики частин тіла, їх взаємозалежності, які впливають на виникнення руху.

Слід врахувати і те, що будь-який рух людини відбувається у певному середовищі, яке не завжди відповідає медико-екологічним вимогам. Тому біг у так званому ―свіжому повітрі‖ біля потужних хімічних, металургійних підприємств, автомобільних трас з інтенсивним рухом може давати негативні результати – підвищується втома, в організм потрапляють і накопичуються отруйні речовини, зокрема бензопірени, диоксини, які містяться в автомобільних, промислових викидах. Отже низька якість екологічного стану навколишнього середовища негативно впливає на біомеханічну активність людини, спортсмена.

Великого розвитку набула біомеханіка у фізичній культурі та спорті – біомеханіка спорту. У цій галузі більш наочно виявляються рухові можливості людини. Біомеханіка фізичних вправ вивчає рухові системи людини та її рухові акти - вправи під час занять фізичною культурою і спортом з метою забезпечити раціональні методи фізичного виховання населення і створити міцні наукові основи сучасної системи підготовки спортсменів високої кваліфікації.

7.Список використаних джерел

1. Аристотель О частях животных. М.:Гос.изд-во биологической и медицинской литературы. – 1937. – 219с.

2. Аристотель О возникновении животных. – М.:Изд-во АН СССР. – 1940. – 251с.

3. Аристотель Сочинения. Т.1. – М.:Мысль. – 1976. – 550с.

4. Арнольд В.И. Гюйгенс и Барроу, Ньютон и Гук. - М.: Наука, 1989.

5. Асмус В.Ф. Декарт. М. - 1956.

6. Белкин И.М., Виноградов Г.М., Леонов А.И. Ротационные приборы. – М.:Машиностроение. – 1968. – 272с.

7. Беркенблит М.Б., Глаголева Е.Г. Электричество в живых организмах. Библиотечка «Квант», вып.69. -М.:Наука. – 1988. – 88с.

8. Биомеханика: проблемы и исследования. – Рига:Зинатне, 1988. – 000 с.

9. Боголюбов А.Н. Роберт Гук. - М.: Наука, 1984.

10. Большая Медицинская Энциклопедия. М.:Изд-во СЭ /медицина

11. Большая Медицинская Энциклопедия. М.:Изд-во СЭ. Т.2. – 1975. – с.150-151.

12. Большая Медицинская Энциклопедия. М.:Изд-во СЭ. Т.24. – 1985. – с.396 /сфигмография

13. Большая Советская Энциклопедия. М.:Изд-во СЭ. т.2. – 1970. – с.414-415 /аускультация/

14. Большая Советская Энциклопедия. М.:Изд-во СЭ. т.21. – 1975. – С.451 /Рамаццини

15. Большая Советская Энциклопедия. М.:Изд-во СЭ т.15. – 1974. - С.105--106.

16. Бородулин Ф. Р. Лекции по истории медицины. М. - 1955.

17. Домбровская Е.А. Н.Е.Жуковский. – М.-Л.:Государственное изд-во оборонной промышленности. – 1939. – 248с.

18. Вавилов С.И. Исаак Ньютон. - М.: Изд-во АН СССР, 1961.

19. Гастев А.К. Трудовые установки. – М.:ЦИТ. – 1924. – 303с.

20. Григорьян А.Т. Механика от античности до наших дней. М.:Наука. – 1974. – 480.
скачати

© Усі права захищені
написати до нас