Основи біомеханічної класифікації рухового апарату людини

Руховий апарат людини, з точки зору біомеханіки, це системи біокінематичних ланцюгів, всі біоланки якої об'єднані в біокінематичні пари і мають між собою зв'язки, які визначають їх зовнішню свободу рухів.

Кістки скелета, наприклад, нижньої кінцівки з‘єднані між собою в єдину систему (кістки, суглобові хрящі і сумки, зв‘язки, м‘язи, судини і нерви) , яка з точки зору теорії механізмів і машин[*] являється б і о к і н е м а т и ч н и м л а н -ц ю г о м, тобто сукупністю зв‘язаних між собою т в е р д и х т і л. Кожне із цих твердих тіл представляє собою л а н к у кінематичного ланцюга.

Біокінематичний ланцюг – це зв'язані між собою біокінематичні париз врахуванням їх природного розміщення в опорно-руховому апараті і ролі в організмі людини. Д в і з в ‘я з а н і між собою л а н к и кінематичного ланцюга створюють б і о к і н е м а т и ч н у п а р у. Зв‘язок ланок здійснюється з допомогою спеціальних утворень - с у г л о б і в. Наприклад, колінний суглоб зв‘язує в кінематичну пару стегно і гомілку. Отже, б і о к і н е м а т и ч н а п а р а – це рухоме (кінематичне) з‘єднання двох кісткових ланок, в якому можливості рухів визначаються його будовою і керованою дією м‘язів.

Б і о к і н е м а т и ч н и й л а н ц ю г - це послідовне з’єднання ряду кінематичних пар. З‘єднання в кінематичному ланцюзі бувають або незамкнутими, або замкнутими. В незамкнутих ланцюгах є вільна кінцева ланка, що входить лиш в одну пару. Прикладом незамкнутого ланцюга є вільно висяча верхня кінцівка, в якій можливі ізольовані рухи у всіх суглобах руки (променево-зап‘ястковому, ліктьовому, плечовому).

Ланцюги бувають складними і простими, залежно від того, скільком кінематичним парам належать їх біоланки.В простому біокінематичному ланцюзі кожна ланка є елементом не більше двох бІокінематичних пар, складний ланцюг містить біоланки, які входять у три і більше біокінематичнІ пари.

Як прості, так і складні рухомі ланцюги можуть бути замкненими і незамкненими. Замкнені ланцюги- це такі, біоланки яких входять не менше ніж у дві біокінематичнІ пари. Незамкнені ланцюги містять біоланки, які входять лише в одну біокінематичну пару.

Назва біокінематичного ланцюга складається з абревіатури ВКС (bios, Kinesis, catena - біологічний рухомий ланцюг) і Індексу, що складається з латинської букви Р (pars - частина) і першої букви латинської назви частини тіла або скелета: голови, тулуба (хребтового стовпа, грудної клітки), пояса верхніх кінцівок (плечовий), вільних верхніх кінцівок, пояса нижніх кінцівок (таз) і нижніх кінцівок. Наприклад, біокінематичний ланцюг вільної верхньої кінцівки записують так: ВКС_рш, де "ms" - membrum superius (верхня кінцівка).

Все тіло людини можна розглядати як єдиний кінематичний ланцюг: BKC_Shs , де "shs" - soma (тіло) homo sapiens (людина розумна). Для позначення бІокінематичних пар в абревіатурі ВКС останню букву замінюють на "Р". Наприклад, для позначення однієї з пар хребтового стовпа позначення буде таким: ВКР^ю, де "cv" - columna vertebralis (хребтовий стовп), 10 - номер пари, яку складають два хребці.

Біоланки голови.Скелет голови - череп - складається з багатьох кісткових утворень, але значні переміщення можливі тільки в скроне-нижньощелеповому суглобі. Він утворює біокінематичну пару BKP_C._S ,яка складається з мозкового і частини лицевого черепа (одна біоланка) і нижньої щелепи (друга біоланка).

Хребтовий стовп- це багато ланковий біокінематичний ланцюг (BKCcv), який складається з 26 пар (зокрема BKP_cv.j, що утворена ланкою черепа і першим шийним хребцем - атлантопотиличне з'єднання). Остання пара (cv-26) містить біоланки хрестця і копчика.

Крім цього, у загальному біокінематичному ланцюзі хребтового стовпа виділяють три автономно рухомі відділи - шийний (cvc\ грудний (cvt) І поперековий (cv!).

Грудна кліткаскладається з багатьох кісткових утворень складної

форми, які мають різні ступені вільності. Грудна клітка утворює єдиний біокінематичний ланцюг BKC,_h (ihoracalis - грудний). Грудні хребці належать

як до біокінематичного ланцюга хребтового стовпа, так і до біокінематичної ланки грудної клітки.

Згідно із біомеханічною класифікацією, в біокІнематичному ланцюзі грудної клітки є 40 основних біокІнематичних пар і 4 додаткові. Кожне ребро при цьому утворює 2 пари. Тому замість порядкових цифр номера пари в позначення додають букви "a" (anterior - передній) і ^пр" (posterior - задній). Оскільки ребра є парними утвореннями, тому додатково введені позначення V (sinister - лівий) і "d" (dexter - правий). Отже, біокінематичні пари грудної клітки позначають відповідно th</_a-\, /Аф-1, th_sp-\, th_sa-\ тощо. Чотири додаткові біокінематичні пари позначають th_dp-\ 1, th_sp-\ 1, th_dp-\2, ths_P-12.

Пояс верхніх кінцівок(ВКС_СШ) складається з чотирьох біокІнематичних пар, які рухомо з'єднують грудну кістку, ключиці і лопатки:

cms_s-\ - ліва пара (грудна кістка і ліва ключиця)

cms_s-2 - ліва пара (ліва ключиця і ліва лопатка)

cmsj-X - права пара (права ключиця і грудна кістка)

cmsj-2 - права пара (права ключиця і права лопатка).

Біокінематичні ланцюги правої і лівої верхніх кінцівокз'єднуються з ланцюгом пояса верхніх кінцівок своїми першими парами (ms_s-l і msj-l). Праву і ліву другі пари становлять плечова і ліктьова кістки (ms_s-2 і ms^-2 ) Треті пари, утворені плечопроменевими кістками, з'єднані плечопроменевими суглобами. Четверті пари складаються з проксиміальних*кінців променевої і ліктьової кістки, які об'єднані у променеліктьові суглоби (ms_s-4 і msj-4). П'яті пари mSs-S і msj-5 складені дистальними**кінцями ліктьової і променевої кісток у дистальному променеліктьовому суглобі.

Променезап'ястковий суглоб має 3 пари (від ms-b до ms-S ), кисть складається з 34 пар (від ms-9 до ms-43).

В цілому одна верхня кінцівка має 43 біокінематичні пари. При розгляді різноманітних рухів зручно розглядати біокінематичні ланцюги у відповідних варіантах.

♦Проксимальний (proximus) - ближній.

**Дистальний (distalis) - віддалений.

Біокінематичний ланцюг пояса нижніх кінцівок- тазу (ВКСр) складається з трьох пар:

перша пара (Р-\) - з'єднання лонних частин (правої і лівої) тазової кістки;

друга пара (Р-2) - хрестець - права клубова кістка;

третя пара (Р-3) - хрестець - ліва клубова кістка.

Біокінематичні ланцюги правої і лівої нижніх кінцівок(ВКС_т^ з'єднані з ланцюгом пояса нижніх кінцівок своїми першими парами - mis-1 і mid-1.

Кістки стегна і гомілки утворюють 5 біокІнематичних пар (від ті-2 до ті-6), передплюсна і плюсна складається із 21 пари (від ті-1 до ті-21), фаланги пальців стопи з'єднані за допомогою 14 пар (від ті-28 до ті-41).

Всього нижня кінцівка має 41 біокінематичну пару, які беруть участь у русі. Повний біокінематичний ланцюг людини нараховує (BKC_shs) 246 пар.

Відносні рухи кожної ланки залежать від способу з'єднання і пластичного стану тканин, які беруть у ньому участь. Все це об'єднується поняттям "умови зв'язку" біоланок у кінематичних парах.

Кількість умов зв'язку (s) обмежує рухомість кожної ланки в парі, яка теоретично не може бути меншою за 1 і більшою, ніж 5 (l<s<5). Практично біоланки рухового апарату людини відносно своєї пари мають від 1 до З ступенів вільності. Щоб визначити кількість ступенів вільності (Я) у біокінематичній парі, від максимально можливих рухів в тривимірному просторі віднімають кількість умов зв'язку в парі (H=6-s).

Всього нижня кінцівка має 41 біокінематичну пару, які беруть участь у русі. Повний біокінематичний ланцюг людини нараховує (BKC_shs) 246 пар.

Відносні рухи кожної ланки залежать від способу з'єднання і пластичного стану тканин, які беруть у ньому участь. Все це об'єднується поняттям "умови зв'язку" біоланок у кінематичних парах. Кількість умов зв'язку (s) обмежує рухомість кожної ланки в парі, яка теоретично не може бути меншою за 1 і більшою, ніж 5 (/<,$<5). Практично біоланки рухового апарату людини відносно своєї пари мають від 1 до 3 ступенів вільності. Щоб визначити кількість ступенів вільності (Я) у біокінематичній парі, від максимально можливих рухів в тривимірному просторі віднімають кількість умов зв'язку в парі (H=6-s).

Залежно від кількості умов зв'язку (рис.7.1) біопари поділяються на класи (IH,IV,V).

Рис.7.1.Графічне зображення біокінематичних пар:а - V класу (ліктьовий суглоб); б - IV класу (суглоб кисті);в - IIIкласу (плечовий суглоб).

Тоді рівняння для визначення Н будуть мати вигляд:

Н = 6-s = 6-3 = З - для біопар IIIкласу;

Н = 6-s = 6-4 = 2 - для біопар IV класу;

Н = 6-s = 6-5 = 1 - для біопар V класу.

Для визначення кількості ступенів вільності біокінематичного ланцюга від максимально можливої величини ступеня вільності віднімається кількість умов зв'язку:

Н = 6К-5В₅-4В₄- ЗВ₃ (6.1)

де К - кількість біокінематичних пар у ланцюзі; В 5 , В 4 і В з - кількість біокінематичних пар п'ятого, четвертого і третього класу, відповідно.

При розрахунку кількості ступенів вільності біокінематичного ланцюга відносно нерухомої ланки вводиться ще одна характеристика - кількість ступенів рухомості(Р)

Р = Н-6

Тоді розгорнута структурна формула біокінематичного ланцюга опорно-рухового апарату людини буде мати вигляд:

Р = б(К-])-5В, -Щ -3Bj

Якщо прийняти, що (К-\) = п - кількість рухомих біоланок, то рівняння буде мати вигляд:

Р = 6п-5В₅-4В₄-Щ

Будова опорно-рухового апарату людини і висока рухова активність привели до того, що вона навчилася "створювати" з своїх біокінематичних пар велику кількість локомоторних біомеханізмів, які необхідні для життєдіяльності, праці, спорту тощо.

Поиск по сайту: