Биомеханическая система состоит из биомеханических пар и цепей – подвижно соединенных частей тела.

Биокинематическая пара – это соединение двух костных звеньев, подвижность которого определяются строением и управляющим воздействием мышц.

Биокинематическая цепь – это соединение ряда кинематических пар, которое может быть последовательное незамкнутое (разветвленное), либо замкнутое.

В незамкнутой цепи возможны изолированные движения в каждом суставе, так как в незамкнутых цепях есть конечное свободное звено, входящее в одну пару. В замкнутой цепи в движение одновременно вовлекаются все соединения и каждое звено цепи входит в две пары.

Если свободное конечное звено получит связь (замкнется «на себя» или «на опору»), тогда незамкнутая цепь может стать замкнутой.

Степень свободы – возможность выполнить движение в каком-либо направлении.

Степень связи – невозможность выполнить движение в каком-либо направлении.

Различают связи:

геометрические – постоянные препятствия (например, костные ограничения)

кинематические – ограничение скорости (например, мышцей-антагонистом).

Связи уменьшают степень свободы движения. Фиксация одной точки тела лишает его возможности линейных перемещений вдоль осей координат, закрепление двух точек делает возможным только вращение тела вокруг продольной оси.

Неполносвязный механизм обусловливает неопределенность движений, множество возможностей движений.

Полносвязный механизм обеспечивается управляющим воздействием мышц, которые создают дополнительные связи и оставляют для движения только одну степень свободы.

Биокинематические цепи – это системно связанная совокупность биокинематических пар. Кинематическая цепь, в которой конечное звено свободно, называют незамкнутой, а цепь, в которой нет свободного звена, – замкнутой.

В любом соединении незамкнутой цепи возможны изолированные движения. Если не учитывать взаимодействия мышц, они геометрически независимы от движений в других соединениях.

В замкнутой или замкнувшейся цепи одиночное изолированное движение невозможно, суставные углы и скорости их изменения

Кости – это твердые негибкие звенья, которые составляют основу биокинематической цепи.

Звенья тела, подвижно соединенные в суставах, – это костные рычаги, которые под действием приложенных сил могут сохранять или изменять свое положение. Силы, действующие на рычаг можно объединить в две группы.

Силы, лежащие в плоскости оси рычага, которые не влияют на вращение вокруг этой оси.

Силы, лежащие в плоскости перпендикулярной к оси рычага, которые могут рассматриваться как силы движущие силы и как силы сопротивления (тормозящие).

Каждый рычаг имеет следующие элементы:

точку опоры О – точки приложения сил;

плечи рычага L – расстояния от точки опоры до точек приложения сил;

плечи сил d – расстояния от точки опоры до линии действия сил (перпендикуляры, проведённые из точки опоры к линиям действия сил).

Fн – нормальная составляющая силы F, которая перпендикулярна к направлению движения рычага в данной точке.

Fт – тангенциальная составляющая силы F, расположенная по касательной к направлению движения рычага в данной точке.

Мерой действия силы на рычаг служит ее место приложения относительно точки опоры: M= Fd.

По характеру расположения оси вращения, точек приложения равнодействующей движущих сил (F) и сил сопротивления (P), различают три вида костных рычагов:

1 – рычаг первого рода (двуплечий);

2 – рычаг второго рода (одноплечий), рычаг силы;

3 – рычаг третьего рода (одноплечий), рычаг скорости.