48

Основы биомеханики

Механическое движения организма и его отдельных частей является одним из важнейших компонентов всех биологических процессов. В основе деления клеток лежит изменение формы и перераспределение внутриклеточных органоидов; движение крови по сосудам обеспечивается сокращением сердца; пищеварение осуществляется в результате транспортировки и перемешивания пищи в желудочно-кишечном тракте; дыхание сопровождается изменением объема грудной полости и легких и т.п. Главной задачей опорно-двигательного аппарата является сохранение состояния равновесия и перемещение организма, а также его составных частей (головы, конечностей, туловища) в пространстве.

Изучением законов движения, изменения формы тканей и органов, их механических свойств занимается биомеханика - одно из наиболее старых направлений в биологической науке. Особенно велико значение биомеханики в настоящее время. Интенсификация технологических процессов в промышленности, развитие транспорта, освоение космоса требует рассмотрения биологических эффектов в организме при воздействии механических сил. Профилактика, лечение производственного и транспортного травматизма, протезирование элементов аппарата движения ставят новые задачи перед биомеханикой. Без знания физических закономерностей трудно, а порой и не возможно обеспечить восстановление поврежденных тканей и органов, дефектов зубочелюстной системы, оценить успех хирургического и ортопедического лечения.

В медицине большое внимание уделяется диагностическому исследованию механических свойств организма - упругости, эластичности, прочности, пластичности, твердости и др. Эти свойства определяют реакции тканей на воздействие механических сил, способствуют сохранению геометрической формы биологических структур в поле сил тяжести, контролируют изменение их размеров при выполнении биологических процессов. При многих заболеваниях, а также в ходе старения внутренняя структура тканей изменяется, а соответствующие нарушения механических свойств становятся источником патологических сдвигов, которые не совместимы с жизнью. К примеру, развитие атеросклероза приводит к такому увеличению жесткости сосудов, которое способствует повышению артериального давления, возрастанию энергетических затрат сердца, нарушению кровообращения в различных регионах сосудистого бассейна. Снижение прочности сосудов при этом может стать причиной разрыва с последующим смертельным кровотечением. Напротив, избыточная пластичность обеспечивает необратимые изменения геометрической формы биологических объектов: варикозное расширение, застой крови, образование сосудистых аневризм, деформацию скелета и др.

Все сказанное объясняет, почему в последние годы сформировалась и быстро развивается клиническая биомеханика, достижения которой широко используются в хирургии, травматологии, ортопедии, судебной медицине и др.

Механика опорно-двигательного аппарата

Основными материальными структурами опорно-двигательного аппарата являются кости скелета, мышцы, а также связки и сухожилия, объединяющие все компоненты в единую систему. Скелет выполняет опорную функцию и обеспечивает сохранение геометрической формы организма. Большинство костей скелета контактируют друг с другом при помощи подвижных сочленений (суставов), устройство которых определяет характер возможных движений. В качестве силового элемента служат мышцы, в которых для генерации механических сил и совершения работы используется энергия, запасенная в АТФ. Величины, направления сил, характер движения костей скелета, количество выполненной работы должны зависеть от структуры, физических и биологических свойств мышц, а также их расположения в пространстве.