Преодоление непомерного избытка степеней по– движности костно-суставной системы обеспечивается мышечно-сухожильной системой.
Мышцы облегают скелет со всех сторон, где они по условиям подвижности могут понадобиться. Если у суставов имеются стороны, в которые они не должны двигаться (например, локтевой сустав – сгибаться в стороны, а не вперед-назад), то с этих сторон вместо нежной мышечной ткани размещается более грубая связочно-сухожильная.
Так или иначе, но каждый сустав закреплен со всех сторон гибкими растяжками – мышцами или связками, так сказать, «расчален» ими.
Это очень похоже на то, как расчаливаются высокие мачты судов или радиопередающих станций. При этом мышцы, кроме их прямых функций движителя, загружаются еще добавочной – опорной. Зато получается явный выигрыш по части гибкости опорной конструкции.
Биомеханическое описание движений человека
В анатомии человека для описания поз и, соответственно, движений в суставах используют специфические термины (сгибание-разгибание, отведение-приведение, пронация-супинация). Эта терминология чисто описательная: «сгибание ноги», «отведение руки». Но она не описывает особенностей движения в отдельных суставах.
Например, при сгибании ноги движения сочленяющихся суставных поверхностей в тазобедренном и коленном суставах совершенно различны.
Более того, при последовательном выполнении нескольких движений финальное положение конечности зависит от порядка их выполнения и может оказаться измененным.
В этом легко убедиться на следующем примере. Если попросить человека из положения основной стойки выполнить сгибание руки вперед затем разгибание в сторону и приведение, то ладонная поверхность кисти окажется развернутой (супинированной) на 90°. Но ведь описанные выше движения не включали супинирования кисти руки. Значит, при выполнении заданной последовательности движений могут появляться дополнительные, так называемые сопутствующие движения.
Из этого, в частности, следует, что одновременное описание кинематики движений всех звеньев тела при изменении позы (с учетом большого числа звеньев и степеней их подвижности) на практике представляет серьезные трудности.
Поэтому в биомеханике рассматривают упрощенную физическую картину, в которой тело человека представляют в виде некоторой идеализированной биомеханической модели.
Биомеханическая модель человека
Биомеханика изучает в опорно-двигательном аппарате человека преимущественно те особенности его строения и функций, которые имеют значение для совершения (и совершенствования) движений.
При самом упрощенном подходе перемещение человека рассматривают как движение его общего ЦМ. В этом случае можно проследить лишь за перемещением тела человека в целом, оценить в известной мере общий итог его двигательной деятельности. Но остается неизвестным, в результате каких именно движений достигнуто перемещение общего ЦМ.
Учет особенностей движения отдельных звеньев тела позволяет более точно рассмотреть и перемещение человека в целом.
В первом приближении в биомеханике отвлекаются от деталей анатомического строения и физиологических механизмов опорно-двигательного аппарата и рассматривают упрощенную (рабочую) модель человека.
При этом стремятся, чтобы эта биомеханическая модель обладала основными свойствами, присущими моделируемому объекту, и обеспечивала бы использование современных методов исследования, в том числе применение аппарата теоретической механики.
При построении рабочей модели человека в биомеханике делают, как правило, следующие допущения:[5]
• Звенья модели (части тела человека) абсолютно твердые, то есть не деформируются ни при каких обстоятельствах.
• Геометрические параметры и масса звеньев модели (их длина и пр.) совпадают с соответствующими параметрами сегментов тела человека.
• Звенья модели соединены в идеальные кинематические пары сферическими (шаровыми) или цилиндрическими шарнирами.
При принятых упрощающих допущениях рабочая модель человека, представленная на рисунке 35, включает девять звеньев туловища и конечностей.
Туловище моделируется как одно жесткое звено, образованное верхней и нижней траверсами, которые соединены между собой продольным элементом.
Конечности человека представляют как замкнутые или разомкнутые кинематические пары, соединенные с туловищем шаровыми шарнирами. Считают, что звенья кинематических пар между собой соединены цилиндрическими шарнирами.
Для совпадения геометрических параметров модели с соответствующими параметрами сегментов человека шарниры модели совмещают с шарнирами скелета человека.
Модели такого типа нашли широкое применение в биомеханике и получили название базовых моделей. При исследовании движений человека они давно используются многочисленными авторами, начиная с Бернштейна Н. А. Известны труды многих исследователей (Донского Д. Д., Зациорского В. М. и др.), которыми накоплен богатый экспериментальный материал по определению геометрических и массовых параметров при моделировании человека.
Американской службой NАSА[6] на основании антропологических исследований большого количества людей получены экспериментальные данные о геометрических параметрах и положении ЦМ отдельных частей тела «среднего» человека.
