Рассматривая тело человека как сложный биомеханизм, кости как жёсткие звенья, а суставы как кинематические пары определённых классов, для всего человека имеем:
– подвижных костей – 148,
– суставов с 3-мя степенями свободы – 29,
– суставов с 2-мя степенями свободы – 33,
– суставов с 1-й степенью свободы – 85,
– всего степеней свободы для всего биомеханизма – 244.
Понятие «кинематическая цепь» перенесено в биомеханику из технической механики, где применяется для описания и анализа кинематики механизмов. Под кинематикой понимают внешнюю картину движения, происходящего в пространстве и во времени. Соответственно и в биомеханике оно применимо для изучения и анализа кинематики опорно-двигательного аппарата, т.е. в процессе рассмотрения линейных и угловых перемещений, скоростей, ускорений звеньев тела – относительных и абсолютных (в выбранной системе отсчёта).
В тех же случаях, когда представляет интерес динамика движений, развиваемые моменты суставных сил и силы взаимодействия звеньев тела между собой и с другими телами, когда анализируются силовые и энергетические возможности двигательного аппарата, понятие «биокинематическая цепь» уже не может удовлетворять. Здесь вводится понятие «динамическая цепь», обозначающая систему последовательно или параллельно соединённых силовых звеньев.
Под динамикой понимают сущность движения, его причины: прежде всего силовые и масс-инерционные характеристики.
Как биокинематические, так и биодинамические цепи могут быть последовательными (простыми) и разветвлёнными. Однако для динамических цепей понятие «замкнутая» лишено целесообразности, так как оно означает лишь наложение новых динамических (силовых) факторов, т. е. не вносит ничего принципиально нового.
Функциональные характеристики одинаковых силовых звеньев у разных людей неодинаковы. Это связано с различиями в росте, конституции, массе и физическом развитии. В связи с этим наиболее целесообразная структура заданного движения очень часто индивидуальна, т.е. отличается от общепринятой структуры движений, определяемой рациональной техникой управления. В основе этого лежит стремление компенсировать функциональную недостаточность одних звеньев за счёт функциональной избыточности других звеньев динамической цепи. Компенсация осуществляется за счёт:
– изменения нагрузки на силовые звенья;
– перераспределения скоростей движений звеньев.
Движения звеньев – суставные движения – совершаются в результате наличия суставных моментов.
Механическое движение биологических тел называют двигательным действием.
Для того чтобы количественно оценить двигательное действие, в том числе – рассчитать суставные моменты, следует перейти к механическому представлению о рычаге.
РЫЧАГИ, ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ВИДЫ
Рычаг – это твёрдое тело, имеющее точку опоры и способное вращаться вокруг этой точки – оси вращения; приспособление, служащее для преобразования силы. В рычаге действует, по крайней мере, две силы с противоположными моментами.
Костные рычаги – звенья тела, подвижно соединённые в суставах под действием приложенных сил, могут либо сохранять своё положение, либо изменять его. Они служат для передачи движения и работы на расстояние.
Когда силы приложены по обе стороны от оси (точки опоры) рычага, его называют двуплечим, а когда по одну сторону – одноплечим. Для разных мышц, прикреплённых в разных местах костного звена, рычаг может быть разного рода. В природе существуют три рода рычагов: рычаги I-го («весы»), II-го(«тачка») и III-го(«подъемный кран») родов.
Каждый рычаг имеет следующие элементы: