Корягин В.М.

Национальный университет "Львовская Политехника"

Двигательные действия составляют тот жизненный потенциал человека, который обеспечивает нормальное функционирование его организма как сложной биологической системы. Развитие, расширение и совершенствование этого потенциала происходит естественным путем в процессе филогенетического и онтогенетического развития. Однако человек как биологический объект в ходе своего развития подвергается многочисленным воздействиям внешней среды, которые в свою очередь зачастую приводят к весьма значительным изменениям внутренних процессов и взаимодействий в его организме. Такие явления, прежде всего, отражаются на состоянии его двигательной функции в целом. В связи с этим, перед специалистами возникает проблема такого целенаправленного изменения движений, которое позволило бы оптимизировать взаимодействия человека со средой его обитания и значительно улучшило бы внутреннее состояние его организма.

Скелетные мышцы являются основным естественным биологическим регулятором двигательной функции организма. Изменение их биомеханических свойств, как правило, приводит к изменению всех других систем организма. Развитие той или иной патологии мышечной системы тел, и напротив, значительное расширение ее сократительного потенциала путем специально организованного тренировочного процесса всегда неизбежно отражается на состоянии организма в целом. Таким образом, очевидно, у современной биологии, физического воспитания, спортивной тренировки и клинической биомеханики достаточно мощных средств такого воздействия на организм человека через его мышечную систему, которые позволяют эффективно управлять состоянием многих его жизненно важных функций.

В результате механического воздействия на мышцу характеристики скелетных мышц, определяются:

• изменением эфферентного притока к мышце или гуморального воздействия на нее в процессе эксперимента;
• механической деформацией соединительно-тканных образований;
• взаимодействием актино-миозиновых филаментов, которое не является чисто механическим по своей природе и которое нельзя отождествлять с деформацией материала.

Если в результате проведения эксперимента обеспечивается постоянство эфферентного притока к мышце (т.е. измерения выполняются непосредственно после механического воздействия и за это время не может произойти центрально-нервного вмешательства, изменяющего состояние мышцы, или опыты проводятся на расслабленной мышце), то зарегистрированные свойства называют биомеханическими свойствами мышцы.

При измерении упруговязких свойств скелетных мышц, рекомендуется учитывать ряд факторов:

• сложность биомеханических свойств самих мышц;
• в условиях живого организма изучение свойств отдельных мышц затрудненно;
• регистрация биомеханических характеристик скелетных мышц связана с их изменчивостью под влиянием эфферентных воздействий, утомления и гуморальных влияний. Поэтому в экспериментах приходится использовать специальные методические приемы и с очень большой осторожностью распространять экспериментальные факты за пределы тех ситуаций, в которых они получены.

К числу биомеханических свойств скелетных мышц относят: жесткость, демпферность, твердость, релаксацию, упругость, вязкость, мышечный тонус, импеданс.

Упруговязкие свойства мышцы зависят от:

• механических свойств материалов, элементов и структур, образующих мышцу (собственно-механические свойства);
• механических характеристик взаимодействия актиномиозиновых нитей, связанных с образованием и разрывом поперечных спаек между филламентами. Поскольку такое взаимодействие определяется факторами не механической природы, то такие свойства контрактильных компонентов мышц называются квазимеханическими. Например, квазижесткость - это первая производная зависимость между длиной контрактильных компонентов мышц и проявляемой ими силой. Таким образом, биомеханические свойства мышцы определяются ее собственно-механическими и квазимеханическими свойствами.

Жесткость материала или конструкции - это их свойства противодействовать прикладываемым силам. Коэффициент жесткости определяется как первая производная восстанавливающей силы по деформации материала. Коэффициент податливости - величина, обратная коэффициенту жесткости.

Собственно-механическая жесткость может быть определена с помощью двух групп методов. К первой группе относятся методы, изучающие мышцу в процессе укорочения упругих компонентов, а ко второй - в процессе растягивания упругих элементов.

К методам, имеющим в своей основе растягивание упругих элементов, построенным на измерении мышечной силы (F) в функции времени (t) в начальной стадии максимального изометрического сокращения, относится латентный метод.

Одним из методов изучения биомеханической жесткости мышц является баллистический метод, основанный на измерении колебательного процесса, возникающего в системе "конечность - костный рычаг" при выведении ее из равновесного состояния силой мышц, превышающей величину стопорящего рычага. Возникающие при этом колебания системы затухают, поскольку от испытуемого требуется как можно быстрее остановить движение рычага за счет удержания его в начальном положении силой мышц.

Изучение биомеханических свойств мышц проводят также с использованием метода знакопеременного нагружения. Если мышцу, находящуюся в состоянии изометрического сокращения, растягивать, то натяжение на ее концах на начальной стадии резко возрастает. На последующих этапах сила сопротивления возрастает гораздо медленнее и может уменьшиться. При сокращении мышцы наблюдается обратная картина. Подобные изменения в начале движения объясняются влиянием "коротко амплитудной жесткости", характеризующей деформацию поперечных мостиков, предшествующих их разрыву.

При изучении биомеханических свойств мышц широкое распространение получило применении вибрационных методов, одним из которых является резонансный метод, основанный на возбуждении в мышце незатухающих синусоидальных колебаний. При этом колебания мышцы возбуждаются как в поперечном, так и в продольном направлениях.

Метод затухающих колебаний основан на предположении, что при измерении собственной частоты колебаний мышцы, вызванных резким выведением части тела из положения равновесия, регистрируемые собственные частоты колебаний отражают жесткость элементов, в которых эти колебания возникают. С помощью метода затухающих колебаний определяется жесткость тела человека, либо жесткость отдельных мышечных групп.

Методы определения характеристик рассеивания энергии (демпфирования) в материале основаны либо на непосредственном измерении величины энергии - прямые методы, либо на получении характеристик рассеивания энергии опосредственным путем - косвенные методы.

Энергетический метод основан на измерении непосредственного расхода электрической или механической мощности, направленной на поддержание установившихся колебаний объекта из исследуемого материала, и мощности, затрачиваемой на поддержание установившихся колебаний.

Метод петли гистерезиса основан на ступенчатой одновременной регистрации напряжения и деформации (метод статической петли гистерезиса) или в процессе повторно-переменного нагружения, происходящего, например, при сгибании и разгибании конечности - метод динамической петли гистерезиса.

Метод распространения волны заключается в анализе характеристик волны, распространяющейся вдоль мышцы в диапазоне частот 1 - 200 _Гц и в диапазоне 50 _Гц - 10 _Гц. Коэффициент затухания волны рассчитывается как логарифм отношения амплитуд сигналов, зарегистрированных с двух участков мышцы, деленный на расстояние между этими участками.

Фазовый метод основан на зависимости угла сдвига фазы между внешней силой и вызываемой ею деформацией исследуемой системы от рассеивания энергии при колебаниях. Применительно к мышцам измеряется сдвиг фаз между изменением длины и напряжением мышцы при различных частотах вынужденных колебаний длины мышцы.

Метод резонансной частоты построен на зависимости положения резонансной частоты системы от уровня необратимых потерь в материале. При изменении амплитуды колебаний, определяющей уровень энергетических потерь, резонансный пик смещается по частоте.

Литература.

1. Аруин А.С., Зациорский В.М. Биомеханические свойства мышц и сухожилий. - М.: ГЦОЛИФК, 1981. - С.2 - 30.

2. Вайн А.А. Новая биомеханическая модель мышц // Тез. докл. VII Всесоюзн. научн. конф. - Пенза, 1991. - С. 21-22.

3. Васюков Г.В. Исследование упруговязких свойств скелетных мышц человека. - Автореф.... дисс. канд. пед. наук. - М., 1967. - 18 с.

4. Гурфинкель B.C., Левик Ю.С. Скелетная мышца, структура и функция. - М.:Наука, 1985. - 143с.

5. Лайуни Рида бен Шедли Биомеханические свойства скелетных мышц в различных условиях двигательной активности человека. - Киев: Науковий свiт, 2002. - 182с.

6. Ясякевич В. Биомеханический контроль состояния скелетной мускулатуры пловцов-спринтеров в условиях использования специальных упражнений силовой направленности. - Автореф. дисс... канд. пед. наук. - Киев, 1997. - 24с.

Поступила в редакцию 13.01.2003г.

  На главную    В библиотеку    Обсудить в форуме 

При любом использовании данного материала ссылка на первоисточник обязательна!