Властивості біомеханічної системи

Біомеханічна система характеризується процесами рухової діяльності, її енергозабезпеченням і управлінням руховими діями (рухами). Властивості біомеханічної системи дозволяють регулювати постачання і витрату енергії і управляти рухами в перемінних умовах при зміні рухових задач.

Енергетичне забезпечення рухів

Механічна енергія біомеханічної системи витрачається, з одної сторони, е ф е к т и в н о (на виконання заданих рухів), а з другої – н е п р о д у к т и в н о (розсіювання енергії). Вона має д в а д ж е р е л а: підводиться в систему з о в н і (робота зовнішніх сил) і з с е р е д и н и (перетворення хімічної енергії в механічну).

При рухах в біомеханічній системі проходять деформації: а) п о з н а (позірна від пози) - переміна пози як взаємного розташування ланок під дією внутрішніх і зовнішніх сил; б) м‘ я з о в а - зміна довжини і поперечника м‘язів при їх скороченні і розтягуванні, напружені і розслаблені (зміни скорочувальних і пружних елементів при збудженні і навантаженнях); в) в н у т р і ш н я - зміщення м‘яких і рідких тканин при прискореннях, що викликають появу внутрішніх сил інерції і тертя.

Позна деформація (деформація пози) і є, власне кажучи, ті рухи, які необхідні для вирішення рухового завдання. На роботу по переміщенню ланок тіла енергія витрачається ефективно.

Внаслідок затрат роботи механічних сил на деформації виникає розсіювання (дісипація) енергії: витрата її на непродуктивну роботу проти сил тертя, пружних, в‘язких і др. сил.

При зупинці руху напруження м‘язів з їх наступним розслабленням механічна енергія руху перетворюється в другі види енергії без роботи зовнішніх сил.

Біомеханічні системи одержують механічну енергію завдяки прикладанню зовнішніх сил, а також в результаті перетворення в м‘язах внутрішньої хімічної енергії у механічну. Останнє джерело енергії не обумовлене прямо зовнішніми механічними умовами. І розтрата, і прибуття енергії в біомеханічних системах практично можливі без механічного впливу середовища. Отже, біомеханічні системи не ізольовані (не замкнуті) системи, в яких зберігається загальна кількість механічної енергії; вони являються в і д к р и т и м и с и с т е м а м и, які обмінюються енергією з оточуючим середовищем.

Пристосовувальна активність

Пристосовувальна активність в перемінних умовах обумовлює ефективність рухів завдяки відповідності нервових імпульсів з ЦНС зовнішньому оточенню, початковим умовам рухів (тязі м‘язів, положенню і швидкості ланки), стану організму і руховому завданню.

На біомеханічну систему може діяти багато тіл, що оточують (снаряди, обтяжування, партнери, противники), опора і середовище (повітряна, водяна). Всі ці впливи (зовнішні сили) звичайно не залишаються постійними, вони перемінні по своїй величині, направленню і місцю прикладання.

Самі сили м‘язових тяг як внутрішні активні сили збільшуються і зменшуються, змінюються їх плечі (плечі сил), обертальні моменти. Тому ефект м‘язових тяг в суглобах не залишається постійним; сукупність м‘язових тяг надто міняється. В цих змінах крім механічних факторів віддзеркалюється управління рухами з боку нервової системи.

Пасивні внутрішні опори також змінються. Особливо великі і перемінні по величині і направленню інерційні реактивні сили (відцентрові при обертальних рухах, інерційний опір і напір ланок при їх розгоні і гальмуванні).

Таким чином, перемінні м‘язові сили діють в перемінних умовах зовнішньої дії і внутрішнього опору, що виникає в самій біомеханічній системі.

В абсолютно твердому тілі прискорення всього тіла, усіх його частин виникає в момент прикладання сили.

В пружному ж тілі механічний ефект передається всім його частинам не зразу, а з бігом часу, тобто проходить з а п і з н е н н я е ф е к т у. Швидкість деформації обумовлена пружністю, розташуванням ланок тіла в суглобах, прикладеними силами и др. причинами.

Усі фактори, щовикликаютьзапізнення механічного ефекту у відповідь на дії (механічні і фізіологічні) непостійні,вони можуть мінятися в широких рамках і в короткий час. Тому величини загального запізнення (сума часу запізнень різного походження) відносяться до числа тих величин, які неможливо передбачити точно.

Запізнення механічного ефекту не виключає того, що завдяки сигнальному значенню подразників організм зарання підготовлюється до майбутньої дії, п о п е- р е д ж а є її.

Повністю визначений ефект руху можливий лише в тому випадку, якщо імпульси із ЦНС будуть відповідати початковим умовам руху - тязі м‘язів, прикладеним силам, положенню і швидкості ланки.

Однакові нервові імпульси із ЦНС при інших рівних умовах викликають однакове напруження м‘язів, а однакові напруження м‘язів обумовлюють однакові рухи. В принципі це вірно, але так як ніколи не буває рівних зусиль, то і однозначного зв’язку між імпульсом і рухом немає.

Сила тяги м‘язів з а л е ж и т ь не тільки від її збудження (результату імпульсу) . а в числі других причин і від її д о в ж и н и (наскільки розтягнута, як швидко і як давно). Одинакові імпульси викликають в м‘язі при різному розтягуванні різні сили тяги. Рухи ланки залежать від багатьох м‘язів і, крім того, від других сил, що прикладаються до ланки. Тому між силою тяги м‘яза і рухом ланки немає однозначного зв‘язку.

На кінець, при різних початкових положеннях і швидкості ланки навіть одна і таж зміна швидкості під дією сил (прискорення) обумовить різницю в рухах - або прискорить їх, або уповільнить, по різному змінить їх направлення.

Таким чином, для відповідності рухів руховому завданню необхідно управляти ним з урахуванням усіх умов (зовнішніх і внутрішніх), що можливо завдяки пристосувальній активності нервової системи. Зв‘язки між нервовим імпульсом, силою тяги м‘яза і рухом ланки н е о д н о з н а ч н і і залежать від багатьох факторів (Н.А.Бернштейн).