Ved automatisering af biomekanisk styring menes. Foredrag om biomekanik ”Metrologiske grundlag for biomekanisk kontrol

Funktionen af det menneskelige bevægeapparat er baseret på mekanikkens principper. For at studere menneskets biomekaniske systemer bruges data fra biofysik, fysiologi, matematik osv. Man ved, at mennesket som et biomekanisk system adlyder fysikkens og mekanikkens love.

Når man studerer bevægelser i biomekanik, anvendes data fra antropometri, anatomi, nerve- og muskelsystemers fysiologi mv.; Muskuloskeletale systemets biomekanik omfatter dets funktionelle (dynamiske) anatomi mv.

Ris. 16.1. Afvigelser fra den fysiologiske norm for spinal krumning: a - flad ryg, b - overdreven lordose, V- rund (bøjet) tilbage, G - normal kropsholdning, d - funktionel skoliose, e - patologisk skoliose

Formålet med biomekanisk forskning er skabelse af sportsudstyr og -udstyr (cykler, både, årer, sportssko og meget mere), udvikling af bevægelsesteknikker i en bestemt sport, samt forebyggelse og behandling af skader mv.

Asymmetri af siderne af kroppen og lemmerne, forskellen i omkredsen af segmenterne af en lem sammenlignet med den anden, i leddenes volumen, ændringer i rygsøjlens fysiologiske kurver og andre afvigelser fra normen skal bemærkes. og taget i betragtning i processen med biomekanisk kontrol (fig. 16.1).

Aksen af det normale underekstremitet løber fra anterosuperior iliac spine gennem midten af knæskallen og den anden tå (fig. 16.2). Overekstremitetens lange akse går gennem midten af humerushovedet, radiushovedet og ulnahovedet (fig. 16.3).

Ris. 16.2. Passage af underekstremitetens akse:

1 - normal akse af underekstremiteterne, 2 - lemmets akse passerer medialt fra knæskallen, 3 - lemmets akse passerer uden for knæskallen

Ris. 16.3. Passage af overekstremitetens akse:

7 - normal akse af overekstremiteterne, 2 - afvigelse af underarmens akse udad, 3 - afvigelse af underarmens akse indad

Længden af underekstremiteten måles i en liggende stilling: lemmerne er placeret strengt symmetrisk, og to er valgt på hver af dem. symmetriske punkter(Fig. 16.4). Det højeste punkt kan være den anterosuperior bækkenryg eller spidsen af den større trochanter. Det laveste punkt kan være den nederste ende af den indre eller ydre ankel (se fig. 16.4).

Ris. 16.4. Måling af længden af underekstremiteten (a), måling af længden af låret (b), måling af længden af underbenet (V)

Ris. 16.5. Måling af længden af den øvre lem (a), måling af længden af skulderen (b), måling af længden af underarmen (V)

Længden af overekstremiteten måles på samme måde. Det øverste punkt er slutningen af den acromiale proces af scapula eller den større tuberkel af humerus, det nederste punkt er styloidprocessen af radius eller til enden af den tredje finger (fig. 16.5).

For at måle længden af overarmen eller underarmen er det mellemliggende punkt normalt spidsen af olecranon eller radiushovedet.

Efter målinger af det syge lem sammenlignes de opnåede data med måledataene for det raske lem (fig. 16.6).

Ris. 16.6. Korrekt position af en person ved måling af længde

lemmer (a). Sammenligning af lemmerlængder: b- underben,

V- underarme, G - skuldre

Det er nødvendigt at skelne mellem anatomisk (sand) og funktionel forkortelse eller forlængelse af lemmen. Den anatomiske længde (afkortning eller forlængelse) er summen af længden af låret og underbenet for underekstremitet og skulder og underarm for overekstremitet.

I det første tilfælde foretages målingen fra toppen af den større trochanter til mellemrummet i knæleddet og fra sidstnævnte til den ydre (indre) ankel; i det andet tilfælde - fra den større tuberkel af humerus til hovedet af radius og fra sidstnævnte til styloidprocessen af radius (ulna). Disse opsummerende data sammenlignes med de samme data, der opnås ved måling af et sundt lem. Forskellen mellem dem er mængden af anatomisk afkortning (fig. 16.7).

Funktionel forkortelse eller forlængelse af lemmet bestemmes af den ovennævnte måling af dets individuelle segmenter, men det øvre punkt for underekstremiteterne er den forreste øvre iliacale rygsøjle, og for den øvre lem - slutningen af den acromiale proces af scapula . Funktionel afkortning afhænger normalt af tilstedeværelsen af kontrakturer eller ankylose af led i en ond position, knoglekrumninger, dislokationer osv.

Funktionel afkortning kan måles i stående stilling (se fig. 16.7, b). Det er lig med afstanden fra plantaroverfladen af foden af det syge lem til gulvet, når det hviler på et sundt lem (se fig. 16.7, b).

Der kan være en væsentlig forskel mellem anatomisk og funktionel forkortelse. Så for eksempel kan længden af låret og underbenet på den syge og raske side være den samme, og alligevel ved tilstedeværelse af fleksionskontraktur i knæ- eller hofteled, dislokation, ankylose af hofteleddet i adduktionspositionen , funktionel afkortning kan nå 10-15 cm eller mere (fig. 16.8).

Bestemmelse af bevægelsesområde i led(16,9). Graden og typen af bevægelse af et normalt led afhænger af artikulærfladernes form, ledbåndenes begrænsende virkning og musklernes funktion.

Der er aktive og passive bevægelsesbegrænsninger i leddene. Det normale bevægeudslag i forskellige led er kendt (fig. 16.10, se s. 454-455). Men af praktiske årsager kan meget vigtigere data opnås ved at sammenligne bevægelser i leddene på den syge side og den raske.

Bevægelser i sagittalplanet kaldes fleksion og ekstension (flexio et extensio), i forhold til hånden er det sædvanligt at sige palmar og dorsal flexion, i forhold til foden - dorsal og plantar fleksion.

Bevægelser i frontalplanet kaldes adduktion (adductio) og abduktion (abductio). I forhold til håndleddet er det sædvanligt at sige radial adduktion og ulnar abduktion; Indadgående bevægelse i calcaneocuboid leddet er adduktion, udadgående bevægelse er abduktion. Bevægelser omkring den langsgående akse kaldes rotation (rotatio) intern og ekstern. I forhold til underarmen (fig. 16.11) er det sædvanligt at kalde ekstern rotation - supination (supinatio), og intern rotation - pronation (pronatio), ligesom fodens afvigelse i subtalarleddet fra aksen af det nedre. lem indad kaldes normalt supination, og udad - pronation (se fig. 16.15).

Ris. 16.7. Sammenligning af længden af underekstremiteterne (a). Måling af funktionel afkortning af underekstremiteterne i stående stilling (b)

Ris. 16.8. Typer af afkortning:

a - absolut afkortning af underekstremiteterne (i tilfælde af en forskudt fraktur), b - relativ afkortning (i tilfælde af hofteluksation), V- tilsyneladende afkortning (med fleksionskontraktur i knæleddet)

Ris. 16.9. Bestemmelse af bevægelsesområde i led:

1 - måling af bevægelsesområdet i skulderleddet (a - måling af abduktionsvinklen, b - måling af bøjningsvinkel); 2 - måling af mobilitet i albueleddet, 3 - måling af håndens adduktionsvinkel, 4 - måling af mobilitet i hofteleddet, 5 - måling af mobilitet i hofteleddet med fleksionskontraktur, 6 - måling af mængden af abduktion af hoften, 7 - måling af fleksionsvinklen i knæleddet, 8 - fods mobilitetsmåling

Bevægelser i leddene kan udføres af patienten aktivt eller ved hjælp af en forsker (passivt). Bevægelsesområdet måles vha goniometer, hvis grene er sat langs aksen af lemmersegmenterne, og vinkelmålerens akse - langs leddenes bevægelsesakse (se fig.

16.9).

Ris. 16.11. Undersøgelse af rotationsbevægelser i skulderleddet: a - udadrotation, b - indadrotation

Ris. 16.10. Bevægelsesområde i led: a - øvre lemmer,

b - nedre lemmer

Begrænsning af passiv mobilitet i et led kaldes kontrakturer. Begrænsning af aktiv mobilitet er ikke en kontraktur, men en tilstand forbundet med smerter, lammelser eller parese af muskler.

Fuldstændig ubevægelighed i et led kaldes ankylose. Der skelnes mellem knogleankylose, hvor de artikulære knoglers ledender er smeltet sammen af knoglesubstans, og fibrøs ankylose, hvor fusionen består af fibrøst væv. I sidstnævnte tilfælde er ubetydelige bevægelser, næppe mærkbare for øjet, mulige.

For at bestemme volumenet af lemmernes rotationsbevægelser anvendes rotatometre (fig. 16.12). Måledata registreres i grader. Grænsen for mulig passiv bevægelse er følelsen af smerte. Volumen af aktive bevægelser afhænger nogle gange i høj grad af tilstanden af det sene-muskulære system, og ikke kun af ændringer i leddet. I disse tilfælde er der en væsentlig forskel mellem rækken af aktive og passive bevægelser.

Bevægelser i albueleddet er mulige inden for følgende grænser: fleksion op til 40-45°, ekstension op til 180°. Pronation-supinationsbevægelser af underarmen i albueleddet bestemmes i positionen vist i fig. 16.13, og muligvis indenfor 180°.

Ris. 16.12. Rotatometer. Bestemmelse af volumen af rotationsbevægelser

Ris. 16.13. Supination (a) og pronation (b) af underarmen

I håndleddet sker bevægelser inden for 70-80° fra dorsalfleksion og 60-70° fra palmarfleksion. Laterale bevægelser af hånden bestemmes også - radial abduktion inden for 20° og ulnar abduktion inden for 30° (se fig. 16.10).

I håndens fingre er ekstension mulig inden for 180°, fleksion i de metacarpophalangeale led er mulig op til en vinkel på 70-60°, i interphalangeale leddene - op til 80-90°. Laterale bevægelser af fingrene er også mulige. Det er især vigtigt at bestemme bortførelsen af den første finger og muligheden for kontakt mellem den første og femte finger.

I hofteleddet er bevægelsesområdet normalt: fleksion op til 120°, ekstension 30-35° (vinkel mellem det vandrette plan og lårets akse), abduktion 40-50°, adduktion 25-30° (vinkel mellem kroppens lodrette akse og lårets akse) (se fig. 16.10, b).

Fysiologiske bevægelser i ankelled og fod forekommer inden for 20-30° fra dorsalfleksion (fodudvidelse) og 30-50° fra plantarfleksion (se fig. 16.9). Adduktion af foden kombineres normalt med supination (indadrotation af foden), abduktion ledsages af pronation (udadrotation af foden).

For nemheds skyld bestemmes fysiologiske bevægelser i rygsøjlen både i grader (hvilket er sværere) og i maksimale bevægelser af forskellige sektioner.

I den cervikale region forekommer fleksion normalt, indtil hagen rører brystbenet, ekstension - indtil baghovedet er vandret, og sidelæns - indtil auriklen rører skulderbåndet.

Ris. 16.14. Måling af omkredsen af hovedet (a), skulder (b), bryst (c), underben (d), hofte (e)

I thoraxregionen udføres fleksion og ekstension i lille volumen. Brysthvirvlerne tager en stor del i de laterale bevægelser af rygsøjlen, rækken af rotationsbevægelser er 80-120°.

I lænderegionen bestemmes det største bevægelsesområde i anteroposterior retning, laterale og rotationsbevægelser er moderate.

Omkredsen af lemmerne (syge og raske) måles på symmetriske steder i en vis afstand fra knogleidentifikationspunkterne: for benet - fra den forreste øvre hoftehvirvelsøjle, større trochanter af lårbenet, artikulært rum i knæleddet, hovedet af fibula; for armene - fra acromionprocessen, skulderens indre epikondyl (fig. 16.14).

Fodmålinger tages både med og uden belastning (fig. 16.15). Foddeformation som følge af statisk insufficiens består af a) pronation af bagfoden og kompenserende relativ supination af forfoden; b) bøjning mod bagsiden af forfoden i forhold til bagfoden, som er etableret i en plantarfleksionsposition (udfladning af foden); c) abduktion af forfoden (abduktion) i forhold til dens bageste del (fig. 16.16).

Ris. 16.15. Bestemmelse af forfodsabduktion: a - normal fod, b - planovalgus fod. Bestemmelse af bagfodspronation (c)

F.R. Bogdanov anbefaler at måle fodens langsgående bue ved at konstruere en trekant, hvis identifikationspunkter er let tilgængelige for palpation. Disse punkter er: hovedet af den første mellemfodsknogle, calcaneal tuberkel og toppen af den indre malleolus (fig. 16.17). Ved at forbinde disse tre punkter opnås en trekant, hvis basis er afstanden fra hovedet af den første mellemfodsknogle til calcaneal tuberkel. Beregningen er baseret på højden af svangen og vinklerne på den indre ankel og hælknogle. Normalt er svangens højde 55-60 mm, vinklen ved anklen er 95°, og vinklen ved hælbenet er 60°. Med en flad fod: højden af buen er mindre end 55 mm, vinklen ved anklen er 105-120°, vinklen ved hælbenet er 55-50°.

Ris. 16.16. Placering af ankelleddets betingede akse (a): 1 - normal fodstilling; 2 - udadgående afvigelse af foden; 3 - indadgående afvigelse af foden. Normale og patofysiologiske ændringer i foden (fodens kontaktzoner med overfladen er markeret med sort) (b): 1 - normal; 2 - flade fødder; 3 - klumpfod

Ris. 16.17. Fodmål efter F.R. Bogdanov: a - normal fod, b - hulfod, c - flad fod

Ris. 16.18. Måling af hovedvinklerne på fodbuen på et profilrøntgenbillede (diagram)

For at bestemme graden af fladfod anvendes en røntgenundersøgelsesmetode. Beregningen er baseret på at konstruere en trekant, hvis toppunkter er hovedet af mellemfodsknoglen, scaphoideusknoglen og calcaneus tuberkel, og måling af højden af buen og vinklen ved scaphoid-knoglen (fig. 16.18). .

Angulografi- registrering af fleksions- og ekstensionsvinkler i leddene i underekstremiteterne: hofte, knæ og andre med betegnelsen interlink-vinkler (B.C. Gurfinkel og A.Ya. Sysin, 1956). Ifølge angulogramdataene er det muligt at bestemme gang under normale og patologiske tilstande, såvel som før og efter behandling (fig. 16.19). Når behandling (rehabilitering) anvendes, begynder angulografi at nærme sig normal.

Ris. 16.19. Podografi og angulografi:

1. Podografi af benet: PP- højre, PL - venstre. 2.

Vinkler: T - hofte, TIL - knæ, G- ankel 3. Trinfaser: Om. - overførselsperiode, PT- rulle over hælen, Sol- støtte på hele benet, NS- rulle over tåen (ifølge N.A. Shenk, 1975)

Ichnografi- en metode til at registrere spor fra begge ben, når man går, under hensyntagen til trinlængden af hvert ben, foddrejning, trinbredde, trinvinkel (fig. 16.20).

Ved analyse af fodaftryk ved hjælp af fodaftryk, måles trinnets rumlige parametre.

Ændring af iknografimetoden - Podografi- brug af optagelse af elektriske signaler, når foden rører gulvet (fig. 16.21). En svag elektrisk strøm tilføres til et specielt metalliseret spor og en metalkontakt på skoene; når sådanne sko rører overfladen, lukkes et kredsløb, og der sendes en strøm, som optages på en enhed (for eksempel på et oscilloskop) . Ved at placere kontakter i visse steder såler, kan du registrere faserne af overførsel af lemmen, placere hælen på støtten, rulle over hele foden, løfte hælen osv.

Forskellige musklers deltagelse i gennemførelsen af en motorisk handling studeres igennem elektromyografi, altså ved forskning elektrisk aktivitet muskler. Til dette formål påføres abduktorelektroder på den menneskelige hud over den tilsvarende muskel. Multikanalelektromyografer registrerer samtidig den elektriske aktivitet af flere muskler.

Ris. 16.20. Fodaftryk (øverste billede):

a - normal fod, b - klumpfod, V - flad fod, G - hul fod. Ichnografi af fødderne under gang (nederste billede): a - trinbredde, b - trinlængde, V - trin vinkel

Ris. 16.21. Undergrammer og knævinkler for patient A.

Sen genopretningsperiode for polio. Lammelse af venstre ben. jeg- i de første dage efter brug af en låsfri enhed; II- efter 3 uger: a - i enheden, b - uden apperet (ifølge N.A. Shenk, 1975)

EMG registreres fra musklerne i symmetriske segmenter af lemmerne eller symmetriske halvdele af torsoen eller fra antagonistmuskler. Den resulterende EMG vurderes ved højden af svingningerne, deres frekvens pr. tidsenhed og hele optagelsen som helhed. Træning har vist sig at øge musklernes elektriske aktivitet (fig. 16.22). Dette er især mærkbart under træning (brug af gang, løb, terapeutiske øvelser og andre midler) efter en skade.

Ris. 16.22. Elektromyogrammer:

1 - efter træning, 2 - efter genoprettende massage og iltbehandling, 3 - efter kryoterapi

Ris. 16.23. Måling af spinal fleksibilitet

Måling af spinal fleksibilitet. Fleksibilitet er evnen til at udføre bevægelser med en stor amplitude. Målet for fleksibilitet er det maksimale bevægelsesområde. Der er aktiv og passiv fleksibilitet. Aktiv udføres af subjektet selv, passiv - under indflydelse ydre kraft. Fleksibilitet afhænger af leddenes tilstand, elasticitet (strækbarhed) af ledbånd, muskler, alder, temperatur miljø, biorytmer, tidspunkt på dagen osv.

Typisk bestemmes fleksibiliteten af en persons evne til at læne sig frem, mens han står på en simpel enhed (fig. 16.23). Den bevægelige bjælke, markeret i centimeter, viser niveauet af fleksibilitet.

Rachiocampsis kan forekomme i tre planer: a) frontal (lateral krumning - skoliose); b) sagittal (rund ryg, pukkel - kyfose); c) vandret (vertebral rotation - torsion).

Skoliose er en sygdom i det skelet- og neuromuskulære system i rygsøjlen, som forårsager en progressiv lateral krumning af sidstnævnte med torsion, en ændring i formen af de kileformede hvirvler, med udvikling af ribbensdeformiteter og dannelse af kystpukler , anterior og posterior, øget lumbal lordose, thorax kyfose og udvikling af kompensatoriske krumningsbuer (fig. 16.24).

Kroppens generelle tyngdepunkt spiller vigtig rolle når man løser forskellige spørgsmål om bevægelsesmekanik. Kroppens balance og stabilitet bestemmes af tyngdekraftens position.

Ris. 16.24. Tegn på normal kropsholdning (a).

Bestemmelse af spinal krumning (b). Typer af skoliose:

1 - højrehåndet, 2 - venstrehåndet, 3 - S-formet

Støttens samlede areal er det område, der er indesluttet mellem yderpunkterne af støttefladerne, med andre ord arealet af støttefladerne og arealet af mellemrummet mellem dem (fig. 16.25). Størrelsen af støtteområdet til forskellige kropsstillinger varierer meget.

Ris. 16.25. Projektion af GCT på det vandrette plan: - hofteleddets tværgående akse, 2 - tværgående akse af knæleddet, 3 - tværgående akse af ankelleddet

I forhold til den menneskelige krop skelnes der mellem to typer ligevægt: stabil og ustabil. Stabil balance er, når kroppens tyngdepunkt er placeret under støtteområdet, og ustabil balance er, når kroppens tyngdepunkt er placeret over støtteområdet.

V. Brauns og O. Fischer bestemte placeringen af kroppens centrale tyngdekraft og tyngdepunkterne for dens individuelle dele. Det blev afsløret, at CG af hovedet ligger bagtil på sella turcica med ca. 7 mm; Kroppens tyngdepunkt er foran den øverste kant af den første lændehvirvel (C). Langs kroppens akse er dens CG adskilt fra kranieenden med ca. 3/6 af længden og fra den kaudale ende med 2/5 af længden (se fig. 2.9). Den lige linje mellem de tværgående akser, der passerer gennem skulder- og hofteleddene, divideres med kroppens CG i cirka et forhold på 4:5. Ifølge Fisher har det isolerede lår, underben, skulder og underarm et CG på stedet, hvorfra segmenterne til de proksimale og distale ender af disse led er cirka 4:5. Håndens tyngdepunkt med let bøjede fingre er placeret 1 cm proksimalt i forhold til hovedet af den tredje mellemhåndsknogle.

Ved at kende positionen af CG for hver af de to dele af kroppen, der artikulerer med hinanden (skulder og underarm, lår og underben osv.), er det ikke svært at bestemme placeringen af deres fælles tyngdepunkt (se Fig. 2.9). Den er placeret på en lige linje, der forbinder CG af hvert af leddene, og deler denne lige linje i et forhold omvendt proportionalt med deres masser. Ved at transformere to-leddet systemer er det muligt at bestemme positionen af kroppens centrale tyngdekraft.

For at bestemme GCT såvel som for at bestemme dens bane, V.M. Abalakov foreslog en enhed (fig. 16.26).

Ris. 16.26. Enhed V.M. Abalakova for at bestemme placeringen af den menneskelige krops GCT fra en tegning fra et filmogram

Kroppens stabilitet bestemmes af støtteområdets størrelse, højden af kroppens centrale tyngdepunkt og placeringen af lodret, sænket fra tyngdepunktet, inde i støtteområdet (se fig. 16.25). Jo større støtteareal og jo lavere kroppens centrale centrum er placeret, jo større stabilitet er kroppen.

For at bestemme massecentret for J.L. Parks (1959) foreslog en dissektionsmetode, der gjorde det muligt at bestemme midten af hvert segment, massen og positionen af massecentret (fig. 16.27).

Ris. 16.27.- Placering af tyngdepunktet for torsodelen

(linje langs midten af kroppen) (efter J.L Parks, 1959).

Procenten angiver placeringen af snittets tyngdepunkt ift

til dens anteroposteriore diameter

For at studere støtteområdet smøres fodens plantaroverflade ind med maling, hvortil patienten står på en flad overflade dækket med et tyndt lag maling og derefter forsigtigt flyttes over på et ark rent papir . Ud fra føddernes aftryk kan man bedømme fodbuen og arten af fordelingen af belastningen på foden (se fig. 16.20). Fingeraftryksmetoden bruges til at bestemme træk og karakter af gangart (se fig. 16.20).

Ganganalyse baseret på mærket efterladt på papiret udføres ved at måle trinvinklen (vinklen dannet af bevægelseslinjen og fodens akse), trinbredden (afstanden mellem udskrifterne på kanten af hælen på hælen) samme fod (fig. 16.28).

Ris. 16.28. Analyse af gang og løb baseret på fodaftryk

godt positur skaber optimale betingelser for aktiviteten af indre organer, forbedrer ydeevnen og har selvfølgelig en fantastisk æstetisk værdi. Karakteristika for typerne af stilling kan gives baseret på resultaterne af goniometri af rygsøjlen (fig. 16.29) og visuelt.

Ris. 16.29. Goniometri af rygsøjlen.

Lordosobrachial-liozometer (a). Billy-Kirchhofer-enhed (b). P.I.-enhed Belousova (v). G- diagram til måling af dybden af cervikal (a) og lumbal (b) kurve

Goniometri- en metode til registrering af relative bevægelser af kropsdele: elektriske variable modstande (potentiometre) eller inklinometre (på et hængsel eller med tilbagetrækkelige kæber eller disk) bruges som sensorer for vinkelbevægelser i led. Den mest udbredte er V.A. kompas goniometer. Gamburtseva.

Ved hjælp af den goniometriske metode udføres let en omfattende måling af krumning og bevægelser af rygsøjlen, bækkenhældningsvinkler, bevægelsesområde for lemmernes led, deformation af lemmerne osv.

Arten af ændringen i tid af benets ledvinkler i et plan tæt på sagittalen er vist i fig. 16.30.

Cyklografi- en metode til registrering af menneskelige bevægelser. I cyklografi er successive positurer af en bevægende person (eller et af hans lemmer) optaget på den samme fotografiske film. For at gøre dette tager den undersøgte et jakkesæt på af sort, ikke-skinnende stof. Små elektriske pærer er fastgjort til de tilsvarende led og nogle andre punkter på kroppen. Motivets bevægelse efterlader et præg på den fotografiske film. I dette tilfælde svarer hver lysende pære på filmen til sin egen lysbane i form af en linje.

Ris. 16.30. Goniogrammer, dynamogrammer, bevægelse af punktet for påføring af resulterende kræfter på foden og den tidsmæssige struktur af trinnet, når du løber. Tempo - 149 skridt i minuttet, skridtlængde 1,21 m, løbehastighed 10,8 km/t.

Betegnelserne er de samme som i fig. 15.22 (ifølge V.A. Bogdanov, V.S. Gurfinkel, 1976)

For at bestemme bevægelseshastigheden af individuelle dele af kroppen placeres en roterende skive med et eller flere huller foran kameraet. Disken roterer med en ensartet hastighed foran kameralinsen, og opdeler pærernes lysbaner i bestemte punkter med ens mellemrum fra hinanden.

Behandling af cyklogrammet ved hjælp af metoden fra N.A. Bernstein, kan man i detaljer analysere menneskekroppens bevægelser og dens individuelle forbindelser i rum og tid. Dette gør det ikke kun muligt at identificere de faktiske og relative bevægelser af kroppen og dens individuelle punkter (segmenter), men også at bestemme hastighederne og accelerationerne af disse bevægelser både langs de langsgående og lodrette komponenter.

Cyklogrammer giver dig mulighed for at se den holistiske rumlige bevægelse af kroppen, som er dannet som et resultat af tilføjelsen af vinkelbevægelserne af mange dele af kroppen i forhold til hinanden.

I fig. 16.31 og fig. 16.32 viser cyklogrammer af en gående og løbende person.

Stabilografi. Grundlæggende er stabilitet en persons evne til at placere det generelle massecenter, så dets projektion på den vandrette del af støtten falder på det område, der er begrænset af fødderne. At opretholde en lodret holdning er den muskulære koordinering af kroppens cykliske bevægelser. I dette tilfælde svinger kroppen, og området beskrevet af GCM kan overstige støttens areal. Når "stabilitet"-testen udføres, tages stabilogrammet i 30 s, mens forsøgspersonen bliver bedt om at stå på platformen og forsøge selvstændigt at opretholde en lodret kropsposition (først 30 s med åbne øjne og derefter 30 s med lukkede øjne ). I fig. 16.33 viser statokinesigrammer.

Analyse af statokinesigrammer (SKG) leveres i henhold til følgende karakteristika.

1. Matematisk forventning koordinater GCT (GCM) baseret på den matematiske forventning om positionen af trykcentret M x ±σ x, M y , hver koordinat med sit eget gennemsnit kvadratafvigelse.

2. Kurvens længde (længden af GCM'ens bane) – L, (m, mm).

3.SKG areal – S, (m2, mm2).

4. Rejsetid - t,(Med).

5. Hastighed ( gennemsnitshastighed bevægelse af massecentrets bevægelse) (m/s, mm/s).

6. Afvigelsesradius for det centrale tyngdepunkt (OCM) - R,(Mmm).

7. MSD radius - (m, mm).

8. GCT-afvigelse, D x, D y(Mmm).

9. Asymmetrikoefficient

Ris. 16.31. Vigtigste resultater af menneskelig gangcyklografi

(ifølge N.A. Bernstein et al., 1940).

a - cyklogram af to dobbelttrin (set til højre), tiden mellem punkterne er 1/90 s. Linjerne viser kropsdelenes positioner ved karakteristiske ændringsmomenter i støttereaktioner

Ris. 16.31, b - diagram over placeringen af de vigtigste ændringsmomenter i støttereaktioner på den midlertidige struktur af gang. Udråbstegn med bogstavbetegnelser overført fra Fig. A, markeret med spidserne af "dit" ben

Ris. 16.31, V - inertikræfter (ordinater), der virker i højre bens led, når de går (handlingsretningerne falder betinget sammen med accelerationsretningerne i tyngdepunkterne af leddene). Tre kurver i toppen (top til bund): lodrette komponenter af kræfter i låret, underbenet og foden, beregnet ud fra det givne cyklogram. To kurver nedenfor (top til bund): langsgående komponenter af kræfter i underben og fod, opnået i et andet eksperiment. Bogstaverne angiver kræfternes vigtigste yderpunkter og bogstavet P minimumsværdier er angivet, og indekset ved n gentager betegnelsen for maksimum før dette minimum, h- bag og v- skub fremad af benet (maksimal jordreaktionskraft), T- lodret moment (minimum støttereaktion), z-maksimum og k- minimal acceleration af kroppens tyngdepunkt. Digitale indekser ved siden af bogstaverne markerer betegnelserne for bølger ved ekstrema (kontinuerlig lodrette linjer), de stiplede indekser af bogstaverne angiver meget varierende hjælpeekstrema

Fig. 16.32. Cyklogrammer af menneskelig løb (ifølge N.A. Bershtein et al., 1940).

a - cyklogram over et dobbelttrin i sportsløb (se til højre), tiden mellem skub er 1/187 s. linjerne viser positionerne af kropsleddene ved de vigtigste yderpunkter af inertikræfter

Ris. 16.32, f- inertikræfter (ordinater), der virker i benleddene i dette eksperiment (handlingsretningerne falder betinget sammen med accelerationsretningerne V tyngdepunkter for leddene). Fra top til bund - de lodrette og langsgående komponenter af kræfter i låret, under - lignende kraftkomponenter i underbenet, helt nederst - i foden. Notationssystemet er det samme som i fig. 16.31

Ris. 16.33. Statokinesigrammer af patienten med åbne og lukkede øjne med Rombergs test

Ud over analysen af statokinesigrammer (SKG) er det muligt at opnå histogrammer, der karakteriserer den statistiske fordeling af GCM-afvigelsesværdier i begge retninger og spektralanalyse af individets kropsvibrationer. Histogrambehandling og spektralanalyse udføres ved hjælp af metoder studeret i grundforløbet i medicinsk og biologisk fysik.

Til forskning vestibulært apparat udføre specielle koordinationstest og test med rotation: rotation i Barany stolen, Romberg test mv.

Orientering i rummet, såvel som kropsstabilitet, afhænger i høj grad af tilstanden af den vestibulære analysator. Dette er især vigtigt i nogle komplekse sportsgrene (akrobatik, gymnastik, trampolin, dykning, kunstskøjteløb osv.).

Rombergs test. Test for at bestemme ændringer i proprioception. Romberg-testen udføres i fire tilstande (fig. 16.34) med et gradvist fald i støtteområdet. I alle tilfælde løftes motivets hænder fremad, fingrene spredes og øjnene lukkes. Stopuret registrerer den tid, det tager at holde balancen i 15 sekunder. Samtidig registreres alle ændringer - svajning af kroppen, rysten på hænder eller øjenlåg (tremor).

Ris. 16.34. Bestemmelse af balance i statiske stillinger

Yarotsky test. Testen giver dig mulighed for at bestemme følsomhedstærsklen for den vestibulære analysator. Testen udføres i stående stilling med lukkede øjne, mens atleten på kommando begynder at dreje hovedet i et hurtigt tempo. Tidspunktet for hovedrotation, indtil atleten mister balancen, registreres. For raske mennesker er tiden til at opretholde balancen i gennemsnit 28 sekunder, for trænede atleter er det 90 sekunder eller mere, især for dem der dyrker akrobatik, gymnastik, dykning mv.

Tremorografi. Tremor er hyperkinesis, manifesteret af ufrivillig, stereotyp, rytmisk oscillerende bevægelser hele kroppen eller komponenter. Rystelser registreres ved hjælp af en seismisk sensor på en EKG-maskine. En seismisk induktionssensor er placeret på motivets finger. Mekaniske vibrationer (rystelser) af hånd og finger, omdannet til elektriske signaler, forstærkes og optages på et elektrokardiografbånd (fig. 16.35). Optagelsen foregår inden for 5-10 sekunder. Derefter analyseres formen af den resulterende kurve med hensyn til amplitude og frekvens. Med træthed og spænding øges amplituden og frekvensen af tremor. Forbedret kondition er normalt ledsaget af et fald i størrelsen af tremor, samt et fald eller forsvinden af smerte.

Ris. 16.35. Tremorogrammer: a - før træning, b - efter træning

Aktografi- det er en undersøgelse motorisk aktivitet person under søvn. Optagelse af aktogrammer udføres på en elektrokymograf, hvor der som modtagende del anvendes et 1,5 m langt cykelkammer, hvor trykket er 15-20 mm Hg. Kunst. Kammeret er forbundet med Mareys kapsel med et gummirør. Blækskrivere registrerer aktogrammet på papir. Ved analyse af aktogrammer tages der hensyn til varigheden af at falde i søvn, varigheden af en tilstand af fuldstændig hvile, den samlede søvntid og andre komponenter. Jo højere din hvilescore, jo bedre søvn.

Ved træthed (overanstrengelse), neuroser, smerter og andre tilstande opstår der søvnforstyrrelser (fig. 16.36).

Ris. 16.36. Aktogrammer: a - under træthed, b - efter at have taget en iltcocktail og en speciel genoprettende massage med aeroionisering

Nomogrammer findes til at bestemme kroppens overflade baseret på målinger af kropslængde og vægt (fig. 16.37). Kropsoverfladen er et stort set integrerende tegn på fysisk udvikling, der har en høj korrelation med mange af kroppens vigtigste funktionelle systemer.

Beregning af kropsoverfladeareal (S) ifølge Dubos: S = 167,2 , Hvor M- kropsvægt i kg; D- kropslængde i centimeter.

Forholdet mellem massen og overfladearealet af barnets krop, afhængigt af alder, er angivet i tabel. 16.1.

Bestemmelse af tykkelsen af hud-fedtfolder hos børn og unge. Måling efter L.S. Trofimenko fremstilles ved hjælp af en Best skydelære med et konstant tryk på 10 g/mm 2 (fig. 16.38). Tykkelsen af folden måles på ti punkter på kroppen: kind, hage, bryst I (langs den forreste aksillære linje i niveau med aksillær fold), bagsiden af skulderen, ryg, bryst II (langs den forreste aksillære linje) i niveau med X-ribben), mave over hoftekammen, lår, skinneben. Tykkelsen af hver fold måles 3 gange, og de resulterende data lægges sammen.

Hos piger stiger kurven for summen af folder mellem 7 og 17 år støt; hos drenge stiger toppen af kurven i alderen 10-12 år, så er der en tendens til, at den falder lidt. Sammenligning af de opnåede værdier med barnets kropsvægt giver os mulighed for at bedømme den foretrukne udvikling af fedtvæv eller muskel- og skeletsystemet.

Ris. 16.37. Nomogram til bestemmelse af kropsoverflade efter højde og kropsvægt (ifølge Du Bois, Boothby, Sandyford)

BIOMEKANISK STYRING. KLINISK ANALYSE AF BEVÆGELSER. TEST I BIOMEKANIK. UNDERSØGELSESMETODER

Længden af underekstremiteten måles i en liggende stilling: Lemmerne er placeret strengt symmetrisk, og to symmetriske punkter er valgt på hver af dem (fig. 16.4). Det højeste punkt kan være den anterosuperior bækkenryg eller spidsen af den større trochanter. Det laveste punkt kan være den nederste ende af den indre eller ydre ankel (se fig. 16.4).

For at måle længden af overarmen eller underarmen er det mellemliggende punkt normalt spidsen af olecranon eller radiushovedet.

Efter målinger af det syge lem sammenlignes de opnåede data med måledataene for det raske lem (fig. 16.6).

afhænger normalt af tilstedeværelsen af kontrakturer eller ankylose af led i en ond position, knoglekrumninger, dislokationer osv.

Bestemmelse af bevægelsesområde i led(16,9). Graden og typen af bevægelse af et normalt led afhænger af artikulærfladernes form, ledbåndenes begrænsende virkning og musklernes funktion.

Der er aktive og passive bevægelsesbegrænsninger i leddene. Volumenet af normalt bevægelsesområde er kendt i forskellige

led (fig. 16.10, se s. 454-455). Men af praktiske årsager kan meget vigtigere data opnås ved at sammenligne bevægelser i leddene på den syge side og den raske.

Bevægelser i leddene kan udføres af patienten aktivt eller ved hjælp af en forsker (passivt). Bevægelsesområdet måles vha goniometer, hvis grene er sat langs aksen af lemsegmenterne, og vinkelmålerens akse - langs leddenes bevægelsesakse (se fig. 16.9).

Begrænsning af passiv mobilitet i et led kaldes kontrakturer. Begrænsning af aktiv mobilitet er ikke en kontraktur, men en tilstand forbundet med smerter, lammelser eller parese af muskler.

For nemheds skyld bestemmes fysiologiske bevægelser i rygsøjlen både i grader (hvilket er sværere) og i maksimale bevægelser af forskellige sektioner.

I den cervikale region udføres fleksion normalt indtil hagen rører brystbenet, ekstension - indtil vandret

position af baghovedet, til siden - indtil auriklen rører ved skulderbæltet.

I thoraxregionen udføres fleksion og ekstension i mindre omfang. Brysthvirvlerne tager en stor del i de laterale bevægelser af rygsøjlen, rækken af rotationsbevægelser er 80-120°.

I lænderegionen bestemmes det største bevægelsesområde i anteroposterior retning, laterale og rotationsbevægelser er moderate.

Fodmålinger tages både med og uden belastning (fig. 16.15). Foddeformitet som følge af statisk mangel består af a) pronation af bagfoden

og kompenserende relativ supination af dens forreste sektion; b) bøjning mod bagsiden af forfoden i forhold til bagfoden, som er etableret i en plantarfleksionsposition (udfladning af foden); c) abduktion af forfoden (abduktion) i forhold til dens bageste del (fig. 16.16).

buen er mindre end 55 mm, vinklen ved anklen er 105-120°, vinklen ved calcaneus er 55-50°.

Ichnografi- en metode til at registrere spor fra begge ben, når man går, under hensyntagen til trinlængden af hvert ben, foddrejning, trinbredde, trinvinkel (fig. 16.20).

Ved analyse af fodaftryk ved hjælp af fodaftryk, måles trinnets rumlige parametre.

Ændring af iknografimetoden - podografi- brug af optagelse af elektriske signaler, når foden rører gulvet (fig. 16.21). En svag elektrisk strøm tilføres til en speciel metalliseret bane og en metalkontakt på skoene; når sådanne sko rører overfladen, lukker den

Kredsløbet passerer gennem en strøm, der er optaget på en enhed (for eksempel et oscilloskop). Ved at placere kontakter på bestemte steder på sålen er det muligt at registrere faserne af overførsel af lemmen, placere hælen på støtten, rulle over hele foden, løfte hælen osv.

Forskellige musklers deltagelse i gennemførelsen af en motorisk handling studeres igennem elektromyografi, altså ved at studere musklernes elektriske aktivitet. Til dette formål påføres abduktorelektroder på den menneskelige hud over den tilsvarende muskel. Multikanalelektromyografer registrerer samtidig den elektriske aktivitet af flere muskler.

Måling af spinal fleksibilitet. Fleksibilitet er evnen til at udføre bevægelser med en stor amplitude. Målet for fleksibilitet er det maksimale bevægelsesområde. Der er aktiv og passiv fleksibilitet. Den aktive test udføres af forsøgspersonen selv, den passive test udføres under påvirkning af en ekstern kraft. Fleksibilitet afhænger af leddenes tilstand, elasticitet (strækbarhed) af ledbånd, muskler, alder, omgivelsestemperatur, biorytmer, tidspunkt på dagen osv.

Typisk bestemmes fleksibiliteten af en persons evne til at læne sig frem, mens han står på en simpel enhed (fig. 16.23). Bevæger sig

Linjen, hvor opdelinger er markeret i centimeter, viser fleksibilitetsniveauet.

Rachiocampsis kan forekomme i tre planer: a) frontal (lateral krumning - skoliose); b) sagittal (rund ryg, pukkel - kyfose); c) vandret (vertebral rotation - torsion).

Kroppens generelle tyngdepunkt spiller en vigtig rolle i løsningen af forskellige spørgsmål om bevægelsesmekanik. Kroppens balance og stabilitet bestemmes af tyngdekraftens position.

V. Braune og O. Fischer bestemte placeringen af kroppens centrale tyngdekraft og tyngdepunkterne for dens individuelle dele. Det blev afsløret, at CG af hovedet ligger bagtil på sella turcica med ca. 7 mm; Kroppens tyngdepunkt er foran den øverste kant af den første lændehvirvel (L,). Langs kroppens akse er dens CG adskilt fra kranieenden med ca. 3/6 af længden og fra den kaudale ende med 2/5 af længden (se fig. 2.9). Den lige linje mellem de tværgående akser, der passerer gennem skulder- og hofteleddene, divideres med kroppens CG i cirka et forhold på 4:5. Ifølge Fisher har det isolerede lår, underben, skulder og underarm et CG på stedet, hvorfra segmenterne til de proksimale og distale ender af disse led er ca.

som 4:5. Håndens tyngdepunkt med let bøjede fingre er placeret 1 cm proksimalt i forhold til hovedet af den tredje mellemhåndsknogle.

For at bestemme GCT såvel som for at bestemme dens bane, V.M. Abalakov foreslog en enhed (fig. 16.26).

Kroppens stabilitet bestemmes af støtteområdets størrelse, højden af placeringen af kroppens centrale centrum og placeringen af lodret, sænket fra tyngdepunktet, inde i støtteområdet (se fig. 16.25). Jo større støtteareal og jo lavere kroppens centrale centrum er placeret, jo større stabilitet er kroppen.

For at bestemme massecentret for J.L. Parks (1959) foreslog en dissektionsmetode, der gjorde det muligt at bestemme midten af hvert segment, massen og positionen af massecentret (fig. 16.27).

For at studere støtteområdet smøres fodens plantaroverflade ind med maling, som patienten står på

en flad overflade dækket med et tyndt lag maling, og derefter forsigtigt overføres til et ark rent papir. Ud fra føddernes aftryk kan man bedømme fodbuen og arten af fordelingen af belastningen på foden (se fig. 16.20). Fingeraftryksmetoden bruges til at bestemme træk og karakter af gangart (se fig. 16.20).

godt positur skaber optimale forhold for indre organers funktion, forbedrer ydeevnen og har naturligvis stor æstetisk betydning. Karakteristika for typerne af kropsholdning kan gives

i henhold til resultaterne af goniometri af rygsøjlen (fig. 16.29) og visuelt.

Arten af ændringen i tid af benets ledvinkler i et plan tæt på sagittalen er vist i fig. 16.30.

Cyklografi- en metode til registrering af menneskelige bevægelser. I cyklografi, på hinanden følgende stillinger af en bevægende person (eller

et af hans lemmer) er optaget på den samme fotografiske film. For at gøre dette tager den undersøgte et jakkesæt på af sort, ikke-skinnende stof. Små elektriske pærer er fastgjort til de tilsvarende led og nogle andre punkter på kroppen. Motivets bevægelse efterlader et præg på den fotografiske film. I dette tilfælde svarer hver lysende pære på filmen til sin egen lysbane i form af en linje.

I fig. 16.31 og fig. 16.32 viser cyklogrammer af en gående og løbende person.

Analyse af statokinesigrammer (SKG) leveres i henhold til følgende karakteristika.

1. Matematisk forventning koordinater GCT (GCM) baseret på den matematiske forventning om positionen af trykcentret M x± c x,

og spektralanalyse udføres ved hjælp af metoder studeret i grundforløbet i medicinsk og biologisk fysik.

Til forskning vestibulært apparat udføre specielle koordinationstest og test med rotation: rotation i Barany stolen, Romberg test mv.

Tremorografi. Tremor er hyperkinesis, manifesteret af ufrivillige, stereotype, rytmiske oscillerende bevægelser af hele kroppen eller dens bestanddele. Rystelser registreres ved hjælp af en seismisk sensor på en EKG-maskine. En seismisk induktionssensor er placeret på motivets finger. Mekaniske vibrationer (rystelser) af hånd og finger, omdannet til elektriske signaler, forstærkes og optages på et elektrokardiografbånd (fig. 16.35). Optagelsen foretages inden for 5-10 s. Derefter analyseres formen af den resulterende kurve med hensyn til amplitude og frekvens. Med træthed og spænding øges amplituden og frekvensen af tremor. Forbedret kondition er normalt ledsaget af et fald i størrelsen af tremor, samt et fald eller forsvinden af smerte.

Yarotsky test. Testen giver dig mulighed for at bestemme følsomhedstærsklen for den vestibulære analysator. Testen udføres i stående stilling med lukkede øjne, mens atleten på kommando begynder at dreje hovedet i et hurtigt tempo. Tidspunktet for hovedrotation, indtil atleten mister balancen, registreres. Hos raske mennesker er tiden til at opretholde balancen i gennemsnit 28 sekunder, hos trænede atleter - 90 sekunder eller mere, især for dem der dyrker akrobatik, gymnastik, dykning mv.

Aktografi er en undersøgelse af menneskets motoriske aktivitet under søvn. Optagelse af aktogrammer udføres på en elektrokymograf, hvor der som modtagende del anvendes et 1,5 m langt cykelkammer, hvor trykket er 15-20 mm Hg. Kunst. Kammeret er forbundet med Mareys kapsel med et gummirør. Blækskrivere registrerer aktogrammet på papir. Ved analyse af aktogrammer tages der hensyn til varigheden af at falde i søvn, varigheden af en tilstand af fuldstændig hvile, den samlede søvntid og andre komponenter. Jo højere din hvilescore, jo bedre søvn.

Beregning af kropsoverfladeareal (S) ifølge Dubos: S = 167,2 l/L4 ■ D, Hvor M- kropsvægt i kg; D- kropslængde i centimeter.

Forholdet mellem massen og overfladearealet af barnets krop, afhængigt af alder, er angivet i tabel. 16.1.

Hos piger stiger kurven for summen af folder mellem 7 og 17 år støt; hos drenge stiger kurvens top i alderen 10-12 år, så er der en tendens til nogle

dens reduktion. Sammenligning af de opnåede værdier med barnets kropsvægt giver os mulighed for at bedømme den foretrukne udvikling af fedtvæv eller muskel- og skeletsystemet.

Muskelstyrke undersøgelse. Muskuloskeletale systemets (MSA) funktionelle evner afhænger i høj grad af musklernes tilstand.

Til bestemmelse af muskelstyrke bruges dynamometre, tonometre, elektromyografi osv. (Fig. 16.39).

Et Collen-dynamometer bruges normalt til at bestemme håndstyrken. Styrken af trunkextensorerne måles ved hjælp af et rygraddynamometer. Til måling af styrken af musklerne i skulder- og skulderbæltet, hofte- og benstrækkere samt torsofleksorer bruges universelle dynamometre

(Fig. 16.40).

Mænd når maksimal isometrisk styrke omkring 30-års alderen, og derefter falder styrken. Denne proces sker hurtigere i de store muskler i underekstremiteterne og torsoen. Armstyrke

holder længere. Tabel 16.2 viser styrkeindikatorerne for forskellige muskelgrupper opnået fra en undersøgelse af omkring 600 personer (gennemsnitshøjden for mænd er 171 cm, kvinder - 167 cm).

Styrkeindekser opnået ved at dividere styrkeindikatorer efter vægt og udtrykke dem i procent (%). Den gennemsnitlige værdi af håndstyrke for mænd anses for at være 70-75% af vægten, for kvinder - 50-60%; for død styrke hos mænd - 200-220%, hos kvinder - 135-150%. For atleter, henholdsvis - 75-81% og 260-300%; for kvindelige atleter - 60-70% og 150-200%.

I øjeblikket har biomekanik et betydeligt arsenal af metoder til at studere bevægelsesfunktion, både statisk og dynamisk, og ikke kun det ydre billede af bevægelse studeres, men også kontrolmekanismer og livsstøtte af kroppen, hvilket gør det muligt at identificere en hel række af parametre, der karakteriserer det motoriske billede. Dette koncept inkluderer ikke kun eksterne (mekaniske) manifestationer af bevægelse og miljøreaktioner, men også betingelserne for at organisere bevægelseskontrol, den koordinerede aktivitet af alle kroppens organer og systemer. Oplysningerne opnået som et resultat af biomekaniske undersøgelser tjener som grundlag for bestemmelse af normen og giver os mulighed for at kvantificere graden af svækkelse af lokomotorisk funktion under forskellige patologiske tilstande. Biomekaniske undersøgelser er ret udbredt ikke kun i klinisk medicin (funktionel diagnostik, ortopædi, traumatologi, proteser), men også i sport og i udviklingen af forskellige antropomorfe mekanismer (robotter, manipulatorer) og i løsning af andre anvendte problemer. Det metodiske grundlag for biomekanisk forskning bliver konstant forbedret ved hjælp af de seneste videnskabelige resultater.

Forskningsmetoder, der er mest udbredt i øjeblikket, er in klinisk biomekanik kan klassificeres som følger:

I. Somatometrisk: antropometri, fotogrammetri, radiografi.

II. Kinesiologisk: optisk, potentiometri, elektropodografi, tensometri, iknografi.

III. Klinisk og fysiologisk: kalorimetri, elektromyografi, elektroencefalografi og andre metoder til funktionel diagnostik.

Somatometri

Antropometri

Ved klinisk og biomekanisk undersøgelse anvendes antropometriske metoder til at indhente information om forsøgspersonernes køns- og alderskarakteristika, om muskel- og skeletsystemets strukturelle træk under normale forhold og i patologi samt vigtig information om kropsholdning. Normalt, før der udføres specielle biomekaniske undersøgelser, måles patientens højde, mens han står og sidder, længden af lemmerne, bevægelsesområdet i store led, og hans kropsvægt bestemmes. Ved hjælp af lodlinjer tegnes et stående diagram - et projektion på det vandrette plan af akserne i leddene i underekstremiteterne og bækkenet. Dette gør det muligt at få en ide om de nedre ekstremiteters arkitektur, når man står komfortabelt, at bestemme mængden af rotation af ledakserne i projektion på det vandrette plan, føddernes rotationsvinkel, afstanden mellem indvendige overflader af benene på forskellige niveauer mv.

Fotogrammetri

Overfladen af ryggen som undersøgt ved computertopografi. A. - norm; B. - kyphoscoliosis af thoraxregionen; V. - hyperlordose af lænderegionen; G. - fremspringende vingeformede klinger.

Antropometriske metoder til indsamling og analyse af information omfatter metoden til at studere muskel- og skeletsystemets struktur i form af såkaldt fotogrammetri. Kort fortalt er fotogrammetriteknikken som følger: motivet bliver bedt om at indtage en naturlig, mest velkendt, behagelig stående stilling. En ramme med centimeterinddelinger på den vandrette og en af de lodrette sider er installeret foran den. En tråd strækkes gennem midten af rammen, der tjener som et lod. Der tages fotografier og fotograferes til grafisk analyse, hvor afstanden i centimeter mellem anterosuperior bækkenhvirvler, hofternes hældning langs de anatomiske akser i forhold til lodret, afstanden mellem knæleddenes centre, hældningen af benene langs de anatomiske akser, vinklen af fysiologisk valgus af benene, afstanden mellem støttecentrene for fødderne måles. Denne metode vil gøre det muligt at bestemme alderskarakteristika Ordninger til opbygning af bevægeapparatet under normale forhold og under forskellige patologiske tilstande.

Optisk computertopografimetode

Stereofotogrammetri med et imaginært grundlag. Geometrisk model af stereofotografering. Fastpunktskoordinater: X=90, Y=112, Z=-24 mm.

Vigtig information om den menneskelige krops geometri, funktioner og forstyrrelser i holdning kan opnås ved at studere en speciel metode til computertopografi. Denne moderne og mest nøjagtige metode tillader kvantitativ høj nøjagtighed bestemme koordinaterne for ethvert anatomisk punkt på kropsoverfladen. Varigheden af undersøgelsen er 1 - 2 minutter, så denne metode er med succes brugt til masseforskning.

Kinesiologiske metoder

Målrettede menneskelige bevægelser (bevægelse) er et stabilt bevægelsesmønster, karakteriseret ved visse kinematiske, dynamiske, tidsmæssige og rumlige parametre. Hele sættet af sidstnævnte kan betragtes som en biomekanisk manifestation af det motoriske billede, der udvikler sig for hver bestemt person i perioden med postnatal ontogenetisk udvikling og gennemgår ændringer som følge af ændringer på et hvilket som helst niveau af motoranalysatoren, afhængigt af alder og driftsbetingelserne for kroppens livsunderstøttende systemer. Naturligvis er registreringen af kinesiologiske bevægelsesparametre nødvendig for at karakterisere den, både i tilfælde af dysfunktion af bevægeapparatet, og når man studerer en atlets bevægelse. Den mest pålidelige information om bevægelse kan opnås ved hjælp af optiske metoder, som giver en omfattende registrering af et hvilket som helst antal punkter i den menneskelige krop og det ydre miljø i forhold til det rumlige-temporale koordinatgitter og giver information om kinematik af de punkter, der undersøges i en form, der er praktisk til matematisk analyse. Koordinater er som bekendt det materiale fra analysen, man kan tegne maksimalt beløb information om forløbet af den fangede bevægelse. Cyclografi (fra cyklus... og...grafi), en metode til at studere menneskelige bevægelser ved sekventielt at fotografere (op til hundredvis af gange i sekundet) mærker eller pærer monteret på bevægelige dele af kroppen. Fotografering af bevægelsesfaser blev først foreslået i 80'erne. 19. århundrede Fransk videnskabsmand E. Marey. PÅ DEN. Bernstein i 20'erne 20. århundrede forbedret og modificeret C., for eksempel foreslog han kymocyclografi - optagelse på film i bevægelse. Baseret på analysen af cyklogrammer - cyklogrammetri - for en række bevægelser blev der opnået data om banen for individuelle punkter i kroppen, om hastigheder og accelerationer af bevægelige dele af kroppen, hvilket gjorde det muligt at beregne størrelsen af kræfter, der forårsager denne bevægelse. Disse oplysninger dannede grundlaget moderne ideer om principperne for at kontrollere menneskelige bevægelser, bruges i studiet af sportsbevægelser, bevægelsesforstyrrelser osv. Tæt på metoden til at filme bevægelser med efterfølgende bearbejdning af rammer som cyklogrammer er tæt på kinematografi. Den enkleste og mest anvendte type film i praksis er fotogrammetri. Denne undersøgelse er en registrering af menneskelige bevægelser og miljøobjekter i et plan vinkelret på enhedens optiske akse. I dette tilfælde er enheden installeret, så der i dens synsfelt er alt, der vil blive udsat for undersøgelse og efterfølgende analyse. Eksperimentelle data opnået ved hjælp af optiske optagelsesmetoder udsættes for matematisk behandling. Markører eller lyspærer bruges som sensorer ("lysende punkter") for at opnå kinematiske karakteristika af lemmerbevægelser, som er fastgjort til de led, der undersøges. Testpersonens udstyr er næsten vægtløst, så det indfører ingen ændringer i strukturen af det motoriske billede. Konvergent stereofotogrammetrisk undersøgelse og spejlcyklogrammetri er identiske. Faktisk er spejlcyklogrammetrisk fotografering i en vinkel a (vinklen mellem filmkameraets hovedakse og spejlets plan - optagevinklen) intet andet end at fotografere med to enheder, hvis optiske akser konvergerer i en vinkel en. Beregningen af rumlige koordinater udføres efter formlerne for den matematiske sammenhæng mellem rumlige koordinater lokaler (hvis optagelsen udføres under kontorforhold) og koordinaterne for perspektivbilleder. Undtagen analytiske metoder, er forskellige nomografiske teknikker baseret på velkendte bestemmelser om syntetisk geometri nu meget brugt. Nomogrammet, som bruges til at behandle isoinformation, er et funktionelt gitter og bruges til at opnå reelle (gyldige) koordinater for ethvert fast punkt på et segment eller led af en lem.

Elektromekaniske metoder

I øjeblikket, i biomekanisk forskning, sammen med optiske, er elektriske optagelsesmetoder blevet udbredt. Dette kan primært forklares ved, at information præsenteret i form af elektriske signaler er praktisk til behandling af radio og elektroniske enheder. Derudover er de fleste processer, der forekommer i levende organismer, ledsaget af forskellige elektriske fænomener, hvilket gør det lettere at få information i form af elektriske signaler.

Kinematiske diagrammer af potentiometriske sensorer til måling af bevægelsesområdet i leddene i underekstremiteterne. A - i metatarsophalangeal; b - i subtalaren; Ind i hoften, knæ og ankel.

Ved brug af elektriske metoder registrering af ikke-elektriske størrelser (som er de kinematiske og dynamiske komponenter af bevægelse) i praksis af biomekanisk forskning, måling og registrering af kinematiske komponenter af bevægelse udføres ved hjælp af lineære potentiometriske sensorer af 2 typer: med en inputfunktion i form for vinklet og lineær mekanisk bevægelse. Potentiometriske sensorer konverterer den mekaniske bevægelsesfunktion til et analogt elektrisk signal, som derefter optages i den passende skala.

Studiet af de dynamiske komponenter i bevægelse udføres ved hjælp af strain gauge-metoder. Forskellige strain gauges - tryksensorer - bruges som et strain-sensitivt element. Strain gauges bruges til at bestemme de lodrette komponenter i støttereaktionen ved gang (ichnografi) eller til at optage stabilogrammer. Podografi - registrering af tidspunktet for støtte af individuelle dele af foden under gang for at studere rullefunktionen studeres ved hjælp af specielle sensorer monteret i skosålen.

Stabilogram af skiftevis stående på højre og venstre ben.

Stabilografi - objektiv metode positions- og fremskrivningsregistrering generelt center masse på støtteplanet er en vigtig parameter for mekanismen til at opretholde en lodret stilling. Normalt registreres migrationsområdet for det fælles massecenter (GCM) i projektionen af det vandrette plan kombineret med fodens omrids.

Kliniske og fysiologiske metoder

Information om den funktionelle anatomi af det menneskelige bevægeapparat og de biomekaniske parametre for bevægelse kan ikke tilstrækkeligt fuldt ud karakterisere hele komplekset af processer, der forekommer i kroppen under fysisk aktivitet. For at studere mekanismen for bevægelseskontrol og deres energiforsyning anvendes nogle fysiologiske metoder i biomekaniske undersøgelser. Fra et omfattende arsenal af metoder moderne fysiologi de midler til funktionel vurdering af kroppens livsunderstøttende systemer udvælges, som i kombination med særlige biomekaniske metoder gør det muligt at studere mere dybtgående processen med dannelse af en motorisk færdighed og kroppens reaktion på implementeringen af bevægelse. I denne henseende er forskellige varianter af kardiografi, elektroencefalografi, elektromyografi, indirekte kalorimetri og andre metoder til funktionel diagnostik mest udbredt i kliniske og biomekaniske undersøgelser.

Kalorimetri.

Den energi, som kroppen frigiver i livets proces, går direkte til mekanisk, elektrisk, fysisk-kemisk osv. arbejde, og der frigives en vis mængde varme. Al den varme, som kroppen afgiver, giver summen af energiomdannelser over en vis periode. Mængden af genereret varme kan bestemmes direkte i et særligt kalorimetrisk kammer, hvori testpersonen placeres. For første gang blev et sådant kammer bygget i 1880-1886. ved Afdelingen for Almen Patologi ved Militærmedicinsk Akademi opkaldt efter. CM. Kirova V.V. Pashutin. Imidlertid anvendes en enklere metode til indirekte kalorimetri i øjeblikket, som består i at studere pulmonal gasudveksling og efterfølgende genberegning af mængden af forbrugt ilt til enheder af termisk energi. Teoretiske begrundelser Metoden til indirekte kalorimetri er baseret på det faktum, at al den energi, der frigives i løbet af menneskets liv, er resultatet af nedbrydning (oxidation) af fedt, proteiner og kulhydrater. Den gennemsnitlige mængde varme frigivet under oxidationen af 1 g af hvert af disse stoffer blev eksperimentelt bestemt. Den termiske ækvivalent af oxygen under oxidationen af disse stoffer er også blevet fastlagt. En sund persons energiforbrug består af: 1) basal stofskifte, 2) en stigning i stofskiftet på grund af den specifikke dynamiske effekt af indtaget mad, 3) en stigning i stofskiftet som følge af muskelarbejde. Den basale metaboliske hastighed er den laveste metaboliske hastighed, der kræves for at sikre levedygtighed. Energimæssigt udtrykkes det i værdierne for varmeproduktion i hvile. Basal metabolisme bestemmes tidligst 12-18 timer efter spisning, under betingelser med fuldstændig muskulær og mental hvile, ved en omgivelsestemperatur på 18-20 ° C. Den mest almindelige metode til indirekte kalorimetri på nuværende tidspunkt er Douglas-Holden-metoden. Dens essens ligger i, at motivet ånder atmosfærisk luft, og udåndingsluften opsamles i en pose lavet af gummieret stof med en kapacitet på 100-150 liter. Mængden af udåndet luft pr givet tid målt med et gasur, og sammensætning af høj kvalitet undersøgt i en Holden gasanalysator.

Elektromygrafi

For at studere aktiviteten af muskler i færd med at udføre en motorisk handling, bruges elektromyopati. Tilbage i 1884 N.E. Vvedensky beskrev oplevelsen af telefonlytning til menneskelige muskelaktionspotentialer, og i 1907 optog den tyske fysiolog N. Piper dem første gang ved hjælp af et skorpegalvanometer. Elektromyografiske undersøgelser fik dog først praktisk betydning i 30'erne efter oprettelsen af specialiserede biopotentiale forstærkere og koncentriske nåleelektroder, hvilket gjorde det muligt ikke kun at studere funktionen af motorenheden, men også at dechifrere betydningen af komponenterne i elektromyogrammet (EMG) optaget med kutane elektroder. Elektromyogramoptagelse udføres i øjeblikket på to måder: kutane elektroder og nåleelektroder, som tillader selektiv registrering af aktiviteten af en motorenhed. Brugen af en kutan bipolær ledning med en interelektrodeafstand på 20-25 mm gør det muligt at registrere den samlede aktivitet af mange motoriske enheder. Udviklingen af elektromyografi førte til fremkomsten af et særligt felt inden for klinisk elektrofysiologi - klinisk elektromyografi, som er meget udbredt i nerve- og kirurgiske klinikker, i ortopædi og protetik, i klinisk og sportsbiomekanik. I de senere år er anvendelsesområdet for elektromyografimetoden udvidet betydeligt på grund af brugen af muskelbiopotentialer som indikator i systemer til adaptiv regulering af muskeltonus.

Historie

Biomekanikkens historie er uløseligt forbundet med historien om teknologi, fysik, biologi og medicin, såvel som med historien om fysisk kultur og sport. Mange resultater af disse videnskaber bestemte udviklingen af læren om bevægelse af levende væsener. Moderne biomekanik kan ikke forestilles uden mekanikkens love opdaget af Archimedes, Galileo, Newton, uden Pavlovs, Sechenovs, Anokhins fysiologi og uden moderne computerteknologier.

Biomekanikkens oprindelse

Biomekanik er en af de ældste grene af biologi. Dens oprindelse var værker af [Aristoteles|Aristoteles]], Galen, Leonardo da Vinci.

I sine naturvidenskabelige værker "Parts of Motion and the Movement of Animals" lagde Aristoteles grundlaget for det, der senere, 2300 år senere, ville blive kaldt videnskaben om biomekanik. I sine videnskabelige afhandlinger beskriver han med sin karakteristiske tænkning dyreverdenen og bevægelsesmønstre for dyr og mennesker. Han skrev om de dele af kroppen, der er nødvendige for at bevæge sig i rummet (bevægelse), om frivillige og ufrivillige bevægelser, om motivationen af dyrs og menneskers bevægelser, om miljømæssig modstand, om cykliciteten ved at gå og løbe, om levende væseners evner at sætte sig selv i gang...

Den største medicinske videnskabsmand i oldtiden (efter Hippokrates) var Claudius Galen (131-201 e.Kr.). I overensstemmelse med oldtidens verdensbillede forstod Galen organismens integritet. Han skrev:

"I helheden af dele er alt i gensidig aftale og ... alt bidrager til hver af dems aktivitet."

Undersøgelsen af nerver gjorde det muligt for Galen at konkludere, at nerver i henhold til deres funktionelle karakteristika er opdelt i tre grupper: dem, der går til sanseorganerne, udfører perceptionsfunktionen, dem, der går til musklerne, kontrollerer bevægelsen, og dem, der går til organerne. beskytte dem mod skader. Hans hovedværk er Om formålet med dele af den menneskelige krop. Galen viste eksperimentelt, at lemmet skiftevis bøjes af indre muskler og derefter forlænges af ydre muskler. Således beskriver den femte muskel, den største, efter hans mening, af alle kroppens muskler, lårets adduktor og består af store, mellemstore og små muskler, der er fastgjort til den indre og bageste del af lårbenet og falder næsten nedad til knæleddet skrev han ved at analysere dets funktion:

"De bageste fibre i denne muskel, der kommer fra ischium, styrker benet ved at stramme leddet. Denne virkning frembringes ikke mindre kraftigt af den nederste del af fibrene, der kommer fra skambenet, hvilket også er ledsaget af en let indadgående rotationsbevægelse. Fibrene, der ligger over dem, bringer låret indad på samme måde som de øverste addukter og hæver samtidig låret lidt.”

Udviklingen af mekanik i middelalderen var væsentligt påvirket af Leonardo da Vincis (1452-1519) forskning i teorien om mekanismer, friktion og andre spørgsmål. Ved at studere organernes funktioner betragtede han kroppen som et eksempel på "naturlig mekanik." Først beskrev en række knogler og nerver, Særlig opmærksomhed viet til problemerne med komparativ anatomi, forsøger at introducere den eksperimentelle metode i biologien. Denne store kunstner, matematiker, mekaniker og ingeniør udtrykte først den vigtigste idé for fremtiden for biomekanik:

"Videnskaben om mekanik er så ædel og nyttig mere end alle andre videnskaber, fordi alle levende kroppe, der har evnen til at bevæge sig, handler i overensstemmelse med dens love."

Hans succes som stor kunstner afhænger også meget af den biomekaniske orientering af hans malerier - bevægelsesteknikken er afbildet i detaljer i dem. Hans observationer, som er tydelige i dag, var revolutionære i middelalderen. For eksempel,

"Muskler begynder og slutter altid i knogler, der rører hinanden, og de begynder eller slutter aldrig på den samme knogle, da de ikke kunne bevæge sig andet end sig selv."

Leonardo er selvfølgelig grundlæggeren af funktionel anatomi, en integreret del af biomekanikken. Han beskrev ikke kun musklernes topografi, men også betydningen af hver muskel for kroppens bevægelse.

For nøjagtigt at vurdere menneskelige bevægelser anvendes måleudstyr. Måleinstrumenter skal opfylde kravene til nøjagtighed, stabilitet, stabilitet, isolering af strømførende dele og mekanisk kvalitetsfaktor.

Alle målesystemer omfatter sensorer med biomekaniske karakteristika med forstærkere og omformere, kommunikationskanaler og en optageenhed (lagring og gengivelse).

Fig.2. Diagram over sammensætningen af målesystemet.

Sensor– det første led i målesystemet, opfatter ændringer i indikatoren. Fastgjort på eller uden for den menneskelige krop.

Sensoren, der er fastgjort til den menneskelige krop, skal have minimal vægt og ikke begrænse bevægelse. Det er for eksempel ledmarkører, elektromyografiske elektroder, ledvinkel- eller accelerationssensorer. Sensorer er også placeret på udstyr, udstyr, overflader, som øvelsen udføres på

Forstærker præget af gevinst.

Information fra sensorer overføres via telemetri kanal.

Registrer oplysninger du kan (registreringsresultat – graf, magnetbånd):

a) indikatorer (termiske, lette, kemiske);

b) målere (mekaniske, elektroniske osv.);

c) optagere (pen, inkjet, termisk);

d) oscilloskoper (loop og elektronisk).

Strain dynamometri metode(designet af A.B. Abalakov) giver dig mulighed for at registrere og måle den indsats udviklet af atleten, når han udfører forskellige fysisk træning. Atleten yder mekanisk påvirkning på projektiler og belægninger, som deformeres som følge heraf. Mængden af deformation kan registreres ved hjælp af strain gauges limet til det elastiske element.

Der anvendes tråd-, folie- og halvlederstrain gauges. For at måle tre kraftkomponenter limes de på tre indbyrdes vinkelrette planer. Et oscilloskop bruges som måle- og registreringsenhed. Den mest almindelige dynamografiske platform er til tre-komponent registrering af referencetryk.

Accelerometri metode giver dig mulighed for at registrere accelerationen af bevægelsen af kroppen og dens dele. Den består af accelerationssensorer limet til den menneskelige krop eller til et projektil, forstærkningsudstyr og optageudstyr (oscilloskop eller båndoptager). For at orientere accelerationsvektoren anvendes synkroniseret to- eller treplans videooptagelse.

Elektrogonometri metode designet til at måle størrelsen af ledvinkler under bevægelse af menneskekroppen. Den er designet til at måle mobilitet og ændringer i vinkler over tid.

Goniometeret består af to tynde stænger, hvis ender er forbundet med et hængsel. En elektrisk omformer er fastgjort mellem lamellerne. Via en kablet forbindelse sendes information til forstærkeren, konverteren og optageren. En registrering af ændringer i vinkler kaldes et goniogram. Optagelse af information fra flere vinkler kaldes polygoniometri.

Tæt på denne metode er angulografi (registrering af fleksions- og ekstensionsvinkler i underekstremiteterne), ichnography og podography (registrering af spor ved gang og løb)

Den radiografiske metode giver dig mulighed for at bestemme det teoretisk tilladte bevægelsesområde ved at beregne det baseret på en røntgenanalyse af leddets struktur.

Elektromyografi metode– metode til registrering og analyse biologisk aktivitet muskler. Giver dig mulighed for at studere aktiviteten af individuelle muskler, varighed af arbejdet og konsistens i muskelarbejde ved at registrere potentielle forskelle. Installationen består af elektroder påført huden over den tilsvarende muskel, en biopotentialforstærker og en optageanordning.

Stabilografi metode bruges til at bestemme udsvinget i kroppens centrale tyngdekraft, når man forsøger at opretholde balancen.

Elektromekanisk speedograf eller foto (laser) elektrisk installation at bestemme hastigheden af enkeltbevægelser.

Den enkleste af dem er elektromekanisk speedograf, bestående af en båndmekanisme med tids- og afstandsmarkører. En fiskeline er fastgjort til dem gennem et hjul med en bremse, hvis anden ende er fastgjort til atletens bælte. Under løb (eller svømning, roning osv.), får træk i linen kontakterne til at lukke, og skribenter markerer tiden (hver 0,02 s) og distancen (hver 1 m) på båndet.

Mere at foretrække i denne forstand er fotoelektronisk installation. Det består af fotoceller, en forstærker og en optageenhed (elektronisk ur, oscilloskop, optager osv.). Fotoelektroniske sensorer er placeret på bestemte punkter på banen (f.eks. hver 3 m for en 30 m løb eller hver 5 m for en 100 m løb); når de krydser rækken af sensorer, ændres deres belysning, og VIU udløses.

FORSKNINGSMETODER I BIOMEKANIK

Problemstilling og valg af forskningsmetoder. Konceptet med et målesystem (sensorer, transmission, konvertering, registrering af information).

Beregningsmetoder (bestemmelse af koordinater, hastigheder, accelerationer, kræfter, kræftmomenter).

Problemstilling og valg af forskningsmetoder.

Biomekanik hvordan naturvidenskab er i høj grad baseret på eksperimentel undersøgelse de fænomener, der undersøges. I selve undersøgelsen skelnes der mellem tre på hinanden følgende stadier: måling af biomekaniske egenskaber, transformation af måleresultater, biomekanisk analyse og syntese. Brugen af computerteknologi gør det muligt at udføre disse handlinger samtidigt.

For at kvantificere et bestemt fænomen anvendes kun objektive (instrumentelle) forskningsmetoder.

Den specifikke metode vælges ud fra forsøgets problemstilling og betingelser. I biomekanik stilles følgende grundlæggende krav til forskningsmetoden og det udstyr, der understøtter den:

- metoden og udstyret skal sikre opnåelse af et pålideligt resultat, dvs. graden af målenøjagtighed skal svare til formålet med undersøgelsen;

- metoden og udstyret bør ikke påvirke den proces, der undersøges, det vil sige, at de ikke må forvrænge resultaterne og forstyrre testpersonen.

Når man udfører forskning, er det ønskeligt at overholde princippet om objektiv presserende information (V.S. Farfel, 1961), det vil sige, at information om hovedfaktoren i en sportsbevægelse skal modtages enten under udførelsen af bevægelsen eller umiddelbart efter dens afslutning. .

Valget af forskningsmetode er primært bestemt af arten af ændringen i den kontrollerede mængde over tid. På dette grundlag kan biomekaniske egenskaber opdeles i biomekaniske parametre og biomekaniske variable.

Biomekaniske parametre er de karakteristika, hvis værdier ikke ændrer sig under hele måleprocessen (for eksempel kropsmasse, inertimoment og koordinater for centraltyngdekraften i en fast position, projektilvægt). Værdien af parametrene kan være ukendt, men den ændrer sig ikke.

Biomekaniske variabler er karakteristika, hvis værdi ændres under måleprocessen, normalt tilfældigt (kræfter, accelerationer, koordinater osv.).

Krav til nøjagtigheden af målinger i sportens biomekanik er primært bestemt af formålet med og målene for undersøgelsen, samt egenskaberne af selve bevægelsen. Det anses for tilstrækkeligt, hvis målefejlen ikke overstiger ±5 %.

Transformation af måleresultater bruges til at øge nøjagtigheden af de opnåede resultater (statistisk bearbejdning) og til ved beregning at bestemme de biomekaniske egenskaber, der ikke måles direkte.

Beregningsmetoder er baseret på brugen af mekanikkens love (statik og dynamik i et punkt, et legeme, et system af kroppe) samt statistiske data om geometrien af den menneskelige krops masser. Disse data kan præsenteres i form af tabeller, der karakteriserer forholdet mellem massen af individuelle segmenter af den menneskelige krop og dens samlede vægt (vægtkoefficienter); karakteriserer forholdet mellem længden af et segment og afstanden til dets CG (radierne af tyngdepunkterne). Disse data kan også præsenteres i form af regressionskoefficienter (parret og multiple).

Konceptet med et målesystem (sensorer, transmission, konvertering, registrering af information).

Instrumentelle metoder til biomekanisk kontrol er baseret på målesystemer. Et typisk målesystemkredsløb består af seks blokke.

1. Måleobjekt.

2. Opfattende enhed.

3. Konverter.

4. Computerenhed.

5. Sendeanordning.

6. Indikator (optager).

Føleanordning eller sensor. Dens hovedformål er opfattelsen af fysiske mængder. Følgende sensorer bruges oftest i sportsforskning.

Fotodioder (eller fotoceller). De bruges til at måle tidsintervaller. Deres inputværdi er belysning, outputværdien er D.C.. Fotodioder er følsomme i området fra 0 til 500 Hz og har en fejl på 1-3 %, hvilket ikke er nok til særligt præcise målinger.

Rheostatiske sensorer (potentiometre). Bruges til at måle lineære og vinkelmæssige bevægelser, kan bruges til at måle kræfter. Potentiometerets inputværdi er vinkelbevægelsen, outputværdien er ændringen i modstand. Den har en relativt lille fejl og høj følsomhed.

Strainmålere. Bruges til at måle kræfter. Brugen af strain gauges gør det muligt at omdanne ethvert sportsudstyr til et middel til at studere bevægelse. Driften af strain gauges er baseret på det samme fysiske princip som reostatiske sensorer - en ændring i ledernes geometriske dimensioner forårsager en ændring i sensorens elektriske modstand. R = rl/q – modstand er direkte proportional med lederens resistivitet og længde og omvendt proportional med dens tværsnitsareal. Ændringer i længde og tværsnitsareal inden for materialets elastiske grænser er proportionale med virkningskraften. Indgangsværdien af strain gauges er forskydning, udgangsværdien er ændring i modstand. Fordelene ved disse sensorer omfatter: lille målefejl, modstand mod vibrationer. Ulemperne er lav følsomhed og behovet for omhyggelig limning. Den mest signifikante fejl for strain gauges er temperaturfejlen.

Accelerometre er designet til at måle accelerationer. De lineære accelerationer af punkter i den menneskelige krop ændrer sig ret betydeligt (for eksempel når man svinger og slår en bold - fra 200 til -1000 m/s 2). Derfor, for at opnå maksimal målenøjagtighed, vælges accelerometre i henhold til deres egenskaber for at måle meget specifikke klasser af bevægelser.

Brugen af accelerometre er begrænset af, at sensoren ikke måler kroppens acceleration, men resultatet af den lineære acceleration og tyngdeaccelerationen. For at bestemme den ønskede acceleration skal du kende sensorens orientering i forhold til lodret på hvert tidspunkt, det vil sige, at målingen skal ledsages af stereofilm. Men når man lærer slående bevægelser, er dette ikke nødvendigt.

Elektroder - nål og hud - er designet til at fjerne biopotentialer fra arbejdende muskler.

Konvertere (også kendt som sensor strømforsyninger og forstærkere) kan være meget forskellige - fra hjemmelavede enheder til standard multi-kanal. Giver dig mulighed for at forstærke signaler fra sensorer til et niveau, der er tilstrækkeligt til at bruge en optageenhed.

Computerenheden sammenligner signalet med en standard (kalibreringssignal) og sender resultatet via ledning eller ved hjælp af radiotelemetri til en indikator eller optageenhed.

I nogle tilfælde inkluderer målesystemet ikke en computerenhed, og materialerne analyseres separat ved hjælp af semi-automatiske dekodere eller endda manuelt. I sådanne tilfælde er der ingen grund til at tale om overholdelse af princippet om hasteinformation.

Optagere (f.eks. en elektrokardiograf), skriveoscilloskoper og udskrivningsudstyr kan bruges til at optage data. De har deres egne fordele og ulemper. Ved optagelse af hurtige processer kan optagere således have for meget inerti. Lysstråleoscilloskoper har ikke denne ulempe, men behandlingen af filmen tager meget tid, og der er fare for at beskadige filmen under behandlingen (og det er ikke så nemt at få en sådan film). En optagelse lavet med en ultraviolet stråle på fotografisk papir skal ikke behandles med UV, men selve optagelsen kan ikke forstørres til dekryptering.

Eksperimentelle metoder til bestemmelse af biomekaniske parametre (optiske og optoelektroniske, mekanoelektriske, målinger af tidsintervaller, komplekse).

Til registrering af biomekaniske parametre anvendes metoder lånt fra mange vidensområder. Det er praktisk at opdele disse metoder i optiske, optoelektroniske, mekanoelektriske og komplekse.

Optiske metoder til registrering af bevægelser. Afhængigt af forskningsmålene kan følgende bruges:

1. Regelmæssig fotografering for at bestemme strukturen af en positur.
2. Multieksponeringsfotografering - for at få information om bevægelser i skydeplanet. Når du bruger disse typer fotografering, producerer tre synkroniserede enheder et billede af et objekt i tre planer.
3. Cyklografisk (strobe) fotografering. Dette gøres gennem en lukker eller ved hjælp af pulserende markører, samt lyskilder. Giver dig mulighed for at opnå en færdiglavet pålidelig måling af bevægelse.
4. Stereostrobofotorafi. Dens fordel er den dokumenterede nøjagtighed ved at lokalisere punkter i en ramme langs tre koordinater på på hinanden følgende tidspunkter i tid, hvor intervallerne mellem disse er indstillet af en elektronisk snarere end en mekanisk enhed.
5. Filmoptagelse er et offentligt tilgængeligt informativt pædagogisk og biomekanisk metode bevægelsesstudier i idræt. Afhængigt af filmfremføringshastigheden er udstyret opdelt i standard (24 fps), "tidsforstørrelsesglas" (op til 300 fps) og specielle højfrekvente (op til 5000 fps) filmkameraer.

Fotografisk film og film er et materiale til beregning af bevægelsens mekaniske egenskaber, hvis nøjagtighed afhænger af pålideligheden af at tage de indledende koordinater, hvilket igen er en konsekvens af den korrekte tilrettelæggelse af optagelsen.

Forsøgspersonen skal bære en tætsiddende dragt med kontrastmærker over leddenes akser. Studiestedet er valgt ud fra omfanget af objektets bevægelser. Belysning skal give tilstrækkelig kort eksponering. Lange linser bruges til at reducere forvrængning i billedets kanter. Den optimale afstand mellem linsen og objektet (E 0) bestemmes af formlen:

E 0 = V F k / C f , hvor V – objektets hastighed, m/s, F – brændvidde, cm, k – forholdet mellem eksponeringstid og billedændringstid, enhedens C-opløsning, cm, f – optagelsesfrekvens, fps.

Optisk-elektronisk optagelse af bevægelser udføres hovedsageligt ved hjælp af videooptagelse. I dette tilfælde kan bevægelserne straks gengives på skærmen og bruges til anvendt pædagogisk og biomekanisk analyse. Konventionelle videooptagere er dog ikke egnede til kvantitativ vurdering af teknologi på grund af deres lave opløsning. I denne henseende kan specialiserede videooptagere (den såkaldte Hastighed - Video ). I kombination med en computerenhed tillader de øjeblikkelig kvantitativ vurdering af bevægelser.

Baseret på materialer fra film- og videooptagelser, udført i overensstemmelse med alle tekniske krav til deres organisation er det muligt at bestemme en række mekaniske egenskaber ved kroppens position eller bevægelse. Et almindeligt fotografi eller filmramme er et dokument til bestemmelse af følgende indikatorer i optagelsesplanet.

koordinater af tyngdepunkterne af leddene eller GCT af kroppen;
tyngdemomenter af led;
ledvinkler;
stabilitetsmomenter og -vinkler;
inertimomenter af led og krop.

Analyse af flere frames er forbundet med sporing af de samme egenskaber over tid.

Afhængigheden af koordinaterne for kropspunkter til tiden repræsenterer loven for deres bevægelse i det valgte koordinatsystem. Disse data er nødvendige for at kvantificere kvaliteten af bevægelser. Dynamikken i ledvinkler, tyngdemomenter og muskelarbejdsforhold er genstand for analyse af menneskelige bevægelser som et biomekanisk system styret af centralnervesystemet. Ændringer i kroppens inertimoment afslører mekanismen til at konstruere komplekse rotationsbevægelser.

Mekanoelektriske metoder til bestemmelse af biomekaniske egenskaber. Optiske og optoelektroniske forskningsmetoder tillader ikke (med sjældne undtagelser) at udføre en kvantitativ vurdering af bevægelse umiddelbart efter måling, da opnåelse af det endelige resultat er forudgået af stadierne af kemisk behandling af materialer (ikke altid) og beregning af deres biomekaniske egenskaber . Dette begrænser markant muligheden for at bruge forskningsresultaterne i uddannelsesprocessen. Mekanisk-elektriske metoder er stort set fri for denne ulempe. De består i at konvertere den målte mekaniske størrelse til et elektrisk signal og derefter måle (eller optage) og analysere det.

Den største fordel ved mekanoelektriske metoder til måling af biomekaniske variabler er hastigheden til at opnå målte egenskaber og evnen til at automatisere beregningen af karakteristika, der ikke måles direkte. Den mest almindelige af denne gruppe af metoder er stammedynamometri. Under øvelsen interagerer en person mekanisk med ydre organer(støtte, projektil, udstyr). Disse kroppe er deforme. Desuden er størrelsen af deformationen sædvanligvis proportional med slagkraften. Til at registrere disse deformationer anvendes oftest strain gauges, men der kan også bruges reostatiske sensorer.

I de fleste tilfælde bruges strain gauge-udstyr direkte til at bestemme styrkeegenskaberne for sportsbevægelser og til at studere den dynamiske struktur af motoriske handlinger på dette grundlag.

Tenso-platforme er meget udbredt - enheder, der gør det muligt at bestemme interaktionen af en person med en støtte under afvisning. Komponenterne i jordreaktionen (lodret og vandret) registreres uanset kontaktpunktet med enheden.

Stabilometri. Ved hjælp af strain gauge udstyr er det også muligt at studere bevægelsen af kraftpåføringspunktet på strain gauge platformen. En sådan bevægelse kan forekomme både på grund af motivets bevægelse og på grund af en ændring i positionen af hans GCP ved ændring af stilling. Disse målinger kræver en multikomponent strain gauge platform, med hvilken reaktionskomponenterne måles separat i alle understøtninger installeret i hjørnerne af platformen.

Accelerometri. En af de vigtigste egenskaber ved bevægelse er lineær acceleration. det kan også bestemmes ved hjælp af strain gauge-udstyr. I dette tilfælde registrerer strain gauge deformationen af en elastisk plade forbundet med et bevægeligt objekt. Da sensormassen ( m ) og pladeelasticitet ( C ) værdier er konstante, så vil bevægelsen af sensormassen i forhold til objektet være proportional med den lineære acceleration af objektet. Accelerometerets parametre er valgt på en sådan måde, at sensorens naturlige frekvens af oscillationer er 3-4 gange større end den maksimale frekvens af den proces, der undersøges.

Goniometri er måling af en persons vinkler i kroppens led. Ledvinklen er en vigtig biomekanisk egenskab, for eksempel ved fastlæggelse af et stillingsprogram. Musklens trækkraft (det vil sige dens længde og dens skulder i forhold til leddets akse) afhænger af ledvinklen.

Mekaniske og elektromekaniske goniometre bruges til direkte at måle ledvinkler. Sidstnævnte bruger reostatiske potentiometre. Potentiometerlegemet er stift forbundet med en af goniometerstængerne og til den anden - dens akse.

Mekanografi er registrering af bevægelse. Dette kan også gøres ved hjælp af potentiometre. Det bevægelige punkt er forbundet med et lavt strækgevind til sensoraksen. Bevægelser med stor amplitude kan registreres, hvis en ring (blok) med passende diameter er placeret på potentiometeraksen.

Elektromyografi er en metode til at registrere musklernes elektriske aktivitet. Giver dig mulighed for at modtage information direkte, mens du udfører fysisk træning. Der er tre hovedområder for at bruge elektromyografi til at studere menneskelig motorisk aktivitet. 1. Karakteristika for aktiviteten af individuelle motoriske enheder af muskler. 2. Bestemmelse af individuelle musklers aktivitet i forskellige motoriske handlinger. 3. Karakteristika for koordineringen af musklernes aktivitet forenet af fælles deltagelse i bevægelse. For at løse biomekaniske problemer bruges hovedsageligt den anden og tredje retning. Når du bruger elektromyografi til at studere sportsbevægelser, bruges kutane elektroder normalt, men kanyleelektroder bruges nogle gange. Hudelektroder kan være mono- eller bipolære. Under alle omstændigheder kan elektromyogrammet afspejle den elektriske aktivitet af de muskler, over hvilke elektroderne er placeret, eller (med en monopolær ledning) aktiviteten af de muskler, der er placeret mellem de aktive og ligegyldige elektroder.

Det skal tages i betragtning, at den registrerede værdi af biopotentialer afhænger af tre faktorer. Afhængigt af elektrodernes placering i forhold til musklen - når de er placeret langs fibrene, samt tæt på det motoriske punkt (punktet for indgangen af nerven i musklen), er potentialerne større. Fra hudens elektriske ledningsevne - huden skal affedtes med ether. Fra formen og størrelsen af elektroderne - du skal bruge de samme eller i ekstreme tilfælde de samme.

Under alle omstændigheder kan elektromyogrammet bruges som en indikator for tilstanden af mekanismerne for koordinering af bevægelser som en ækvivalent til mekaniske fænomener (spænding, trækkraft), der opstår i musklen, når den er ophidset. N.V. Zimkin og M.S. Tsvetkov (1988) viste, at et udglattet elektromyogram kan bruges til at bedømme muskelfibres deltagelse i bevægelsen forskellige typer(hurtig, mellem og langsom), og derfor om musklens sammensætning. Et udjævnet elektromyogram er lettere at behandle end et naturligt; det udglattede elektromyogram kan bruges til at beregne hastigheden af muskelexcitation.

Metoder til måling af tidsindikatorer. Hvis banen er kendt på forhånd, og bevægelsesamplituden er stor (adskillige meter), kan tidspunktet for passage af segmenterne registreres ved hjælp af fotosensorer. Signaler fra sensorerne slukker enten for de elektriske stopure (hver sensor har sit eget stopur) eller optages af en optager (oscilloskop). I sidstnævnte tilfælde bestemmes metodens nøjagtighed af nøjagtigheden af tidsmarkøren eller nøjagtigheden af bånddrevmekanismen. Graden af pålidelighed af resultaterne afhænger direkte af antallet af sensorer installeret på afstand.

Komplekse forskningsmetoder. Målet med biomekanik er at studere både en atlets fysiske evner og måder at løse en specifik motorisk opgave på. I forskningsprocessen er det nødvendigt at finde ud af mønstrene for bevægelseskonstruktion, bestemme forholdet mellem mekanisk og biologiske egenskaber, der afspejler koordinering af bevægelser. Denne opgave er meget vanskelig, da forholdet mellem muskelspændinger og bevægelse ikke er entydigt, påpegede N.A. Bernstein. Årsagen til bevægelsen af kropsdele er muskelspændinger, som bestemmes af både graden af excitation og graden af strækning af musklen. Således ændrer bevægelse af leddet muskellængden og som følge heraf dens spænding.

Omfattende registrering af biologiske og mekaniske karakteristika ved bevægelse er en nødvendig betingelse for at studere mønstrene for menneskelig bevægelseskontrol. Det er muligt med samtidig registrering af elektrofysiologiske og biomekaniske indikatorer for bevægelse. Når musklernes elektriske aktivitet og det ydre billede af bevægelse registreres (kinogram, cyklogram, tensodynamogram, goniogram, mekanogram). Når du optager disse processer på forskellige medier, bliver det nødvendigt at bruge specielle enheder til at synkronisere optagelsen. En sådan enhed er beskrevet i[4, s. 60].

Ved brug af mekano- og (eller) belastningsdynamografi løses problemet med optagelsessynkronisering lettere, da de udføres på det samme bånd.

Så til dato er det bevist, at nødvendigheden og den ekstraordinære værdi af at bruge multikanals samtidig optagelse af parametre for kinematik, dynamik og elektrisk aktivitet af muskler, etablerer en forbindelse mellem forskellige bevægelsesfænomener og deres årsager, såvel som at implementere ideen om optimal kontrol af træningsprocessen.

Imidlertid er brugen af informative instrumentelle metoder (tenso-, mekanisk-, elektromyografi, filmoptagelser osv.) under naturlige forhold med henblik på en omfattende vurdering af atleternes tekniske færdigheder normalt forbundet med store organisatoriske og metodiske vanskeligheder.

Samtidig er det bevist, at det i kunstigt skabte forhold, der er tilvejebragt ved brug af en simulator, er muligt at opnå pålidelig information om et eller andet aspekt af teknisk eller fysisk kondition. Derudover gør den forenklede struktur af øvelsen det mere sandsynligt at vurdere arten af ændringen i den fysiske komponent, da den tekniske komponents indflydelse på resultatet reduceres. Og selvom simulatoren aldrig vil erstatte holistisk bevægelse, er der mange beviser på, at simulator-forskningskomplekset med succes kan løse presserende problemer pålidelige oplysninger, samt at bestemme atletens tilstand, hvilket garanterer ham opnåelsen af det ønskede resultat i konkurrencer.

Beregningsmetoder til at studere bevægelser (bestemmelse af koordinater, hastigheder, accelerationer, kræfter, kræftmomenter).

Der kan drages meningsfulde konklusioner baseret på pålidelige, pålidelige oplysninger. Det følger heraf, at de metoder og udstyr, der anvendes i biomekaniske undersøgelser, skal sikre pålidelige resultater. Det betyder, at graden af målenøjagtighed skal svare til formålet med undersøgelsen, og metoder og udstyr bør ikke påvirke den proces, der undersøges, det vil sige, at de ikke må forvrænge resultatet og forstyrre emnet.

Ved første øjekast er disse krav fuldt ud opfyldt (indirekte målinger, mekanisk og matematisk modellering), baseret på brugen af fysiske love og statistiske data om geometrien af menneskelige kropsmasser (tTabeller og illustrationer er indeholdt i ). Beregningsmetoder bruges til at løse direkte og omvendte dynamikproblemer. I dette tilfælde bruges kinematiske eller dynamiske karakteristika normalt som indledende data, det vil sige, at analysen udføres fra det indledende eller sidste led af de fænomener, der udgør objektet for biomekanisk forskning (menneskelig mekanisk bevægelse, årsager og manifestationer af denne bevægelse ).

Beregningsmetoder bruges ofte til indirekte at bestemme biomekaniske egenskaber, der af forskellige årsager ikke kan måles (registreres) direkte, fx under konkurrenceforhold.

Fremtrædende biomekanikere D.D. Donskoy og S.V. Dmitriev (1996) udtaler, at "... udviklingen af præcist registreringsudstyr og computerisering af undersøgelser af motoriske handlinger fængslede forskere med konstruktionen af mekaniske og matematiske modeller, meget komplekse og effektive til at afsløre de fineste detaljer om bevægelse (især inden for teknik og medicinsk biomekanik). Vi har ingen ret til at bestride dette udsagn fuldstændigt, men effektiviteten af at bruge mekanisk-matematisk modellering til at løse nogle problemer inden for sportsbiomekanik sættes spørgsmålstegn ved af mange lige så kendte forskere.

I den indenlandske videnskabelige og metodologiske litteratur er beregningsmetodernes evner blevet demonstreret i isolerede værker, der har bekræftet velkendte sandheder, for eksempel ved at bestemme de førende elementer af teknik i kunstnerisk gymnastik (Yu.A. Ippolitov, 1997), identifikation af faktorer, der sikrer resultater i skihop (N.A. Bagin, 1997), identifikation af forholdet mellem kinematik og dynamik i rotationer i kunstskøjteløb (V.I. Vinogradova, 1999). Forfatterne demonstrerede den højeste lærdom, men i alle tilfælde afveg de beregnede resultater væsentligt fra resultaterne opnået ved direkte måling under lignende forhold.

Teoretisk forklares dette ved, at grundlaget for klassiske beregningsmetoder i biomekanik er hypotesen om ækvivalensen af livløs og levende masse. Denne hypotese antager, at den biologiske krop ikke ændrer sin indre struktur under indflydelse af kontrolkræfter og momenter, og forbliver også i en uændret position. Hvis denne betingelse ikke er opfyldt, bliver metoderne for klassisk biomekanik uanvendelige.

Eksperimentelle undersøgelser udført i mange år i laboratoriet for biomekanik i VNIIFK viste, at "... begrænsningerne af klassiske beregningsmetoder til at opnå data om størrelsen af accelerationer og kræfter fra bevægelser af punkter motoriske handlinger med en ændring i kropsholdning, følger af de forhold, der pt ikke er muligheder for objektiv vurdering retninger for forskydning af indre organer, blod og lymfemasser. Beregningsalgoritmerne tager heller ikke højde for overførslen af kræfter eller energi fra led til led eller deres absorption og spredning” (I.P. Ratov, G.I. Popov, 1996). De samme forfattere bekræftede eksperimentelt N.A.s idé. Bernstein, at der ikke er nogen entydig sammenhæng mellem muskelspænding og mekanisk bevægelse (da hver bevægelse er resultatet af samspillet mellem aktive og reaktive kræfter) og viste, at i biomekaniske systemer er "kraftaccelerations"-funktionen ikke-lineær, det vil sige betydelige accelerationer under bevægelse masser må ikke føre til fremkomsten af indsatser.

Ulempen ved beregningsmetoder generelt og især mekanisk-matematisk modellering er således, at "... de udviklede modeller af menneskelige bevægelser (tvivlsomt passende til den levende menneskelige krop og dens bevægelser) forsøger at blive "proppet" med den gennemsnitlige geometri af masser og den virkelige kinematik af levende øvelser” (M.L. Ioffe et al., 1995). "Resultaterne af denne tilgang er katastrofale fra både videnskabelige og praktiske synspunkter," understreger N.G. Suchilin (1998).

Litteratur. 1. Godik M.A. Sports metrologi: lærebog for IFC. – M.: Fysisk kultur og sport, 1988. S. 57-66.

2. Zatsiorsky V. M., Aruin A. S., Seluyanov V. N. Biomekanik af det menneskelige motorapparat. – M.: Fysisk kultur og sport, 1981. – 143 s.

3. Zimkin N.V., Tsvetkov M.S. Fysiologiske karakteristika for karakteristika af kontraktil muskelaktivitet hos sprintere og stayers // Human Physiology. – 1988. – T.14. – nr. 1. – S. 129-137.

4. Workshop om biomekanik: En manual for Institut for Fysisk Kultur /Under det generelle. udg. Ph.D. DEM. Kozlova. – M.: Fysisk kultur og sport, 1980. – 106 s.

5. Seluyanov V.N., Chugunova L.G. Beregning af masse-inertiale karakteristika af atleternes krop ved hjælp af metoden til geometrisk modellering // Teori og praksis af fysisk kultur.– 1989. – Nr. 2. – S. 38-39.

6. Suchilin N.G., Arkaev L.Ya., Savelyev V.S. Pædagogisk og biomekanisk analyse af teknikken til sportsbevægelser baseret på et software- og hardwarevideokompleks // Teori og praksis for fysisk kultur. – 1995. – nr. 4. – S.12-21.

7. Shafranova E.I. Metoder til behandling af musklers bioelektriske aktivitet // Teori og praksis for fysisk kultur. – 1993. – nr. 2. – S. 34-44; nr. 3 – s. 16-18.

8. Utkin V.A. Fysiske øvelsers biomekanik: Proc. manual for idrætsafdelinger. – M.: Uddannelse, 1989. – S. 56-79.

BEHANDLING AF RESULTATER AF BIOMEKANISKE STUDIER (2 timer)

Måleskalaer (navne, rækkefølge, intervaller, forhold).

Problemer med at behandle biomekaniske målinger. Bearbejdning af resultaterne udføres for at vurdere fejlen i de opnåede data, samt for at bestemme ved beregning de biomekaniske egenskaber, der ikke er direkte målt.

Vurderingen af fejl, samt deres reduktion gennem yderligere bearbejdning af måleresultater, er af afgørende betydning i biomekaniske undersøgelser af sportsbevægelser, da de specifikke krav til forskningsmetoder ikke tillader brug af meget nøjagtige, men besværlige målinger. For at løse dette problem blev det udviklet matematisk teori målefejl. Nedenfor i Kort om Der vil blive givet grundlæggende anbefalinger til at vurdere fejl og reducere deres indvirkning på det endelige resultat.

Ikke alle biomekaniske egenskaber kan måles direkte for at opfylde kravene til målemetoder inden for idrætsforskning. Men brugen af det funktionelle forhold mellem de søgte og målte egenskaber gør det som regel muligt at bestemme alle de biomekaniske egenskaber af interesse for forskeren. Denne metode er hentet fra teknologien, hvor den er meget udbredt, og kaldes "metoden indirekte målinger».

Beregning af de nødvendige biomekaniske egenskaber baseret på indirekte måledata kan udføres både under måleprocessen ved hjælp af computerteknologi og i processen med at analysere måleresultaterne efter forsøget. I begge tilfælde pålægger tilstedeværelsen af målefejl visse begrænsninger for metoder til behandling af resultaterne af indirekte målinger.

Vurdering af målefejl og korrekt, det vil sige udført i overensstemmelse med GOST, præsentation af målematerialer gør det muligt at sammenligne resultaterne af undersøgelser udført ved hjælp af forskellige metoder målinger eller af forskellige forfattere. Og det gør det til gengæld muligt kraftigt at reducere antallet af yderligere undersøgelser af de samme fænomener og dermed reducere varigheden og omkostningerne ved biomekaniske undersøgelser generelt.

Målefejl, klassificering, kilder og elimineringsmetoder. Målefejl – forskel i måleresultat x jeg og den sande værdi af den målte mængde X kilde : e = x jeg – X kilde

Ifølge bestemmelsesmetoden skelner de mellem absolut og relativ; og efter oprindelse - systematisk og tilfældig, samt grove fejl (misser).

Vi har netop beskrevet metoden til bestemmelse af absolutte fejl. Den absolutte fejl er udtrykt i de samme enheder som den målte værdi. Den sande værdi anses normalt for at være resultatet opnået ved hjælp af en mere nøjagtig metode.

Relativ fejl bruges ofte, når der udføres kompleks kontrol, når indikatorer af forskellige dimensioner måles:erel. = e/x jeg *100%. Et andet argument for at bruge relativ fejl er, at bestemmelse af den relative fejl er nødvendig for at vurdere muligheden for at bruge denne teknik til forskning specifik bevægelse(fejlen bør ikke overstige ±5,0 % af den målte værdi).

Systematiske fejl er fejl, hvis værdi forbliver uændret (eller ændres på en kendt måde) fra eksperiment til eksperiment. Følgelig kan de udelukkes fra det endelige resultat, hvis deres værdi bestemmes ved foreløbig kalibrering af udstyret før hvert eksperiment. Der er 4 grupper af systematiske fejl. 1. Årsagen til hændelsen er kendt, og værdien kan bestemmes ret nøjagtigt (temperaturfejl, lineal med brudt begyndelse...). 2. Årsagen er kendt, men størrelsen er det ikke. Disse fejl afhænger af klassen af måleudstyr og svinger inden for den maksimalt tilladte værdi. Nøjagtighedsklasse (1.0, 2.0 osv.) betyder den relative målefejl i procent. 3. Oprindelsen og størrelsen af fejlen er ukendt. Sådanne fejl optræder i komplekse målinger når det ikke er muligt at tage højde for alle kilder til mulige fejl. 4. fejl forbundet med måleobjektets egenskaber. Systematisk overvågning af atleter giver os mulighed for at bestemme målet for deres stabilitet og tage højde for mulige målefejl. Ellers kan det være svært at adskille væsentlige forskydninger (f.eks. på grund af træthed) fra målefejl.

For at eliminere systematiske fejl anvendes to metoder. Den første er udstyrskalibrering - kontrol af instrumentaflæsninger ved hjælp af standarder over hele området af mulige værdier af den målte værdi. Den anden metode er kalibrering - bestemmelse af fejl og størrelsen af korrektioner.

Tilfældige fejl er forårsaget af ukontrollerbare faktorer, der varierer fra eksperiment til eksperiment. Tilfældige fejl opstår under samtidig handling af et meget stort antal faktorer uafhængige af hinanden, som hver især har en lille indvirkning på måleresultatet, men samlet set har disse årsager en mærkbar effekt. Tilfældige fejl kan i sagens natur ikke tages i betragtning og kompenseres for under forsøget.

Grove fejl (misser) er væsentligt anderledes end tilfældige. Hvis der opstår tilfældige fejl, når udstyret er i god stand, og forsøgslederen udfører de korrekte handlinger, så er årsagen til fejlene funktionsfejl og (eller) fejl i driften. Grove fejl opdages ved et skarpt fald i resultatet fra den generelle række af opnåede tal, hvilket som regel er i skarp modstrid med det fysiske billede af fænomenet.

Behandling af resultaterne af direkte og indirekte målinger af biomekaniske parametre og variable. Metoder til at estimere og reducere tilfældige fejl i måling af biomekaniske parametre og variable varierer betydeligt.

Behandling af resultaterne af målinger af biomekaniske parametre. Den vigtigste måde at reducere tilfældige fejl ved måling af biomekaniske parametre er at udføre gentagne målinger og behandle deres resultater.

Behandling af resultaterne af direkte målinger af biomekaniske parametre. I mangel af præcis information om de fysiske årsager til den observerede spredning af måleresultater, antages den mest sandsynlige værdi af den målte størrelse at være et estimat af den matematiske forventning til måleresultaterne, dvs. Graden af pålidelighed af det opnåede resultat kan vurderes ved værdien af intervallet ± q inden for hvilket, med en given sandsynlighed α, størrelsen vil være placeret: = t * S x , hvor t – Elevens t-test for et tal lig n-1; Sx – gennemsnitlig fejl af det aritmetiske gennemsnit.

Behandling af resultaterne af indirekte målinger af biomekaniske parametre. I en række tilfælde måles den mængde, vi er interesseret i, ikke direkte, men beregnes som en funktion af de målte værdier af nogle andre størrelser. Det vil sige. I sådanne tilfælde, for at beregne det aritmetiske middelværdi og middelfejlen for det aritmetiske middelværdi, bestemmes først de mest sandsynlige værdier af de målte parametre (vinkel og afgangshastighed) og deres middelfejl. I det følgende antages det, at fejlene ved bestemmelse af parametrene er små i forhold til deres sande værdier, og målingerne af hver af parametrene er udført uafhængigt af hinanden. Denne antagelse er gyldig for langt de fleste tilfælde af biomekaniske indirekte målinger. Derefter beregnes den mest sandsynlige værdi af flyvelængden ud fra gennemsnitsværdierne for hastigheden og afgangsvinklen: . Gennemsnitsfejlen beregnes som følger: .

Behandling af resultaterne af måling af biomekaniske variable. Biomekaniske variabler (koordinater, hastigheder, accelerationer) under bevægelse er tilfældige funktioner tid. Resultatet af deres måling er som regel tabeller med værdier optaget med bestemte intervaller eller grafer tegnet af en optager (oscilloskop). Gentagne målinger kan grundlæggende ikke forbedre nøjagtigheden af resultatet på grund af variabiliteten af menneskelige bevægelser. Samtidig måling af den ønskede variabel ved hjælp af flere lignende instrumenter med efterfølgende behandling anbefales ikke på grund af udstyrets omfang og indflydelsen af denne faktor på den målte proces.

Forholdsvis på en enkel måde at øge nøjagtigheden af måling af biomekaniske variable er at bruge forskellen i frekvenssammensætningen af den målte proces og de tilfældige fejl (interferens), der opstår under målingen, det vil sige under driften af udstyret, er fejlsinusformen (2) overlejret på processen sinusoide (1).

Arten af fejlene kan bestemmes ved forsøgsregistreringer i det tilfælde, hvor den målte variabel er nul eller konstant. For eksempel i mangel af bevægelse.

Fejl under optagelse kan elimineres ved at udjævne signalet ved hjælp af et filter, hvis transmissionskoefficient bestemmes af formlen:, hvor f – indgangssignalets frekvens, R er modstandenes modstand, C er værdien af kondensatorens kapacitans. Beregninger udføres separat for processignalfrekvensen og interferenssignalfrekvensen, derefter sammenlignes målingen og interferensoverførselskoefficienterne.

Tabeldata kan også udjævnes. Denne procedure bruges nødvendigvis, når den afledede af det målte signal beregnes ud fra tabeldata, det vil sige, at hastigheder og accelerationer beregnes ud fra koordinater. I praksis gøres dette på den måde, at forskydninger og derefter hastighedsforskelle beregnes ikke mellem tilstødende rammer, men efter 1 eller flere rammer.

Hvis resultatet præsenteres i form af en graf, hvor processen, der måles, indeholder en højfrekvent fejl, så kan grafisk gennemsnitsberegning udføres ved at plotte en midterlinje mellem processens højfrekvente svingninger.

Fejlen ved dynamiske målinger bestemmes eksperimentelt ved at kontrollere måleudstyret (kalibrering) under forhold tæt på dets betingelser praktisk brug(efter styrke, proceshastighed).

Måleskalaer (navne, rækkefølge, intervaller, forhold).

vægt	Egenskaber	Matematiske metoder	Eksempler
Genstande (nominelt)	Objekter er grupperet, og grupper er udpeget med tal. Det faktum, at antallet af en gruppe er større eller mindre end antallet af en anden gruppe, siger ikke noget om deres egenskaber, bortset fra at de er forskellige	Antal sager. Mode. Tetrachoric og polychoric korrelationskoefficienter	Atletnummer, rolle, specialisering, sport mv.
Ordre (rang)	Numrene, der er tildelt til objekter, afspejler antallet af egenskaber, der hører til disse objekter. Det er muligt at etablere et forhold mellem "mere" eller "mindre"	Median. rang korrelation. Rangeringskriterier. test af hypoteser ved hjælp af ikke-parametriske statistiske metoder	Resultater af rangerende atleter i testen
Intervaller	Der er en måleenhed, med hvilken objekter ikke kun kan bestilles, men også numre kan tildeles dem, så lige forskelle betyder lige forskelle i mængden af den ejendom, der måles. Nulpunktet er vilkårligt og indikerer ikke fraværet af en egenskab	Alle metoder til statistik undtagen bestemmelse af forhold (f.eks. lægges grader ikke til eller trækkes fra, grader for grader divideres med og multipliceres ikke)	Kropstemperatur, ledvinkler
relationer	Tal tildelt til objekter har alle egenskaberne for en intervalskala. Der er et absolut nul på skalaen, som svarer til det fuldstændige fravær af enhver egenskab i et objekt. Forholdet mellem tal tildelt objekter efter målinger afspejler de kvantitative forhold for den egenskab, der måles	Alle statistiske metoder	Længde, masse, hastighed, acceleration, kraft osv.

Præsentation af måleresultater. Korrekt præsentation af resultaterne af biomekaniske målinger er en vigtig faktor for at sikre pålideligheden og klarheden af resultaterne af biomekaniske undersøgelser. Når du præsenterer resultater, skal du overholde følgende regler. 1. Alle optegnelser vedrørende undersøgelsen skal opbevares fuldstændigt og nøjagtigt og være fuldt forståelige for enhver rimeligt kvalificeret læser. 2. Alle resultater af observationer (målinger) samt det endelige materiale beregnet ud fra dem, skal præsenteres sammen med fejl. For hver mængde skal dimensionen angives i henhold til SI-systemet. 3. Nummeret og dets fejl skal skrives, så deres sidste cifre hører til det samme decimalplads. 4. Fejlen fra beregningerne bør være ca. 10 gange mindre end målefejlen.

Når man studerer biomekaniske variabler, kan resultaterne præsenteres i grafform. Den største fordel ved grafen er klarhed. Grafen skal være sådan, at du straks kan fange typen af opnået afhængighed, få en kvantitativ idé om den og bemærke tilstedeværelsen af forskellige funktioner - maksimum, minimum, områder med højeste og laveste ændringshastighed, periodicitet osv. Reglerne følges, når du tegner en graf. 1. Grafen tegnes på millimeterpapir, eller papir med koordinatnet. 2. Abscisse (X) aksen er den størrelse, der forårsager ændringer i andre størrelser (tid – altid). Akserne skal angive betegnelse og dimension for den tilsvarende mængde. 3. Grafens skala bestemmes af målefejlen for mængderne plottet langs akserne (eller baseret på reglerne for gruppering af data). Skalaerne langs akserne kan være forskellige. Skalaen skal være let at læse, så en celle i skalagitteret skal svare til et passende antal (1, 2, 5, 10 ...) af enheder af værdien afbildet på grafen. 4. Grafen viser kun det eksperimentelt bestemte område af ændringer i indikatorer; Du skal ikke stræbe efter, at grafen starter fra et punkt med koordinaterne 0; 0. 5. Hvad angår tegning af kurven, er der to meninger. Nogle mener, at linjen skal være glat, andre mener, at punkterne på grafen skal forbindes med rette linjer – altså ikke gå ind i hypotetiske områder (man får en brudt linje). 6. Titlen skal angive, hvad der afbildes. Kurver skal mærkes eller forklares i titlen.

Test og pædagogisk vurdering i biomekanik.

Test – En måling eller test udført for at bestemme en atlets tilstand eller evne. Kun de test, der opfylder følgende metrologiske krav, kan bruges som test. 1. Formålet med test skal defineres. 2. Fremgangsmåden skal standardiseres. 3. Testens pålidelighed og informationsindhold skal fastlægges. 4. Der skal udvikles et system til vurdering af testresultater. 5. Styringstypen skal angives (drift, strøm, trin for trin).

Afhængig af formålet med testen kan tests opdeles i flere grupper. 1. Indikatorer målt i hvile - vurdering af fysisk tilstand eller bestemmelse af "baggrunds"-niveauet for "dynamiske" undersøgelser. 2. Standardtest - alle forsøgspersoner udfører de samme opgaver, belastningen er ikke maksimal, og der er således ingen motivation til at opnå det maksimale resultat. 3. Test med maksimal belastning - deres resultater afhænger af beredskab og motivation.

Afhængig af antallet af faktorer, der bestemmer testresultatet, skelnes hetero- og homogene tests. Den første er flertallet.

Beredskabsniveauet vurderes som udgangspunkt ved hjælp af et batteri af tests.

Definitionen af formålet med testning er valgt ud fra eksistensen af tre varianter (operationel, nuværende, trinvis) og tre kontrolområder (konkurrenceaktivitet, træningsaktivitet, beredskabsniveau).

Typer og retninger for kompleks kontrol i sport

(ifølge M. Godik, 1988)

Typer af kontrol	Styringsretninger
Typer af kontrol	konkurrencedygtig aktivitet	træningsaktiviteter	beredskab (under laboratorieforhold)
Iscenesat	Måling og evaluering forskellige indikatorer ved konkurrencer, der gennemfører k.-l. forberedelsesfasen eller ved alle etapens konkurrencer	Konstruktion og analyse af dynamikken i belastningskarakteristika på forberedelsesstadiet. Opsummering af belastninger for alle indikatorer for et trin og bestemmelse af deres forhold	Måling og evaluering af indikatorer og kontroller under særligt tilrettelagte forhold i slutningen af forberedelsesfasen
Nuværende	Måling og evaluering af indikatorer ved konkurrencen, der fuldender mikrocyklussen (eller den er forudsat af kalenderen)	Konstruktion og analyse af dynamikken af belastningskarakteristika i en mikrocykel. Opsummering af belastninger for alle indikatorer pr. mikrocyklus og bestemmelse af deres forhold	Registrering og analyse af daglige ændringer i atleters beredskab forårsaget af systematiske træningssessioner
Operationel	Måling og evaluering af præstation i enhver konkurrence	Måling og vurdering af fysisk og fysiologiske egenskaber træningsbelastninger, serier af øvelser, træningspas	Måling og analyse af indikatorer, der informativt afspejler ændringen i atleters tilstand under præstationer eller kort efter udførelse af en øvelse eller efter en lektion

Standardisering af måleprocedurer bestemmer nøjagtigheden af kontrolresultater. Dette opnås ved at sikre, at den daglige rutine på tærsklen til test, opvarmning, udøvere, testskema og betingelser, hvileintervaller og motorisk system under test skal forblive uændret.

Testens pålidelighed og informativitet. Testpålidelighed er i hvilken grad resultaterne stemmer overens, når de samme personer testes gentagne gange under de samme forhold. Den enkleste måde at bestemme pålideligheden på er at beregne parkorrelationskoefficienten for resultaterne af den første og anden test. Testpålidelighed anses for acceptabel, når r³ 0,70.

En tests informativitet (validitet) er en tests egenskab til tilstrækkeligt fuldt ud at afspejle essensen af den proces, der undersøges. Informationsindholdet i en test kan bestemmes logisk og empirisk. Essensen af den logiske metode er en logisk (kvalitativ) sammenligning af kriteriets og testens egenskaber. empirisk metode er at udføre korrelationsanalyse kriterium og testresultat.

Følgende kriterier kan anvendes: 1. resultere i en konkurrenceøvelse. 2. de vigtigste elementer i en konkurrenceøvelse. 3. testresultater, hvis informationsindhold er bevist. 4. summen af testpersonens point ved udførelse af et batteri af tests.

Når det bruges som et kriterium for sportskvalifikationer, skal du sammenligne de gennemsnitlige værdier af indikatorer blandt atleter med forskellige kvalifikationer (brug t -Elevens t-test). Hvis forskellene er pålidelige, er testen informativ.

Udover pålidelighed og informationsindhold er test også karakteriseret ved stabilitet, ækvivalens og konsistens.

Stabilitet er en form for pålidelighed i tilfælde af en betydelig fortynding i test- og gentesttid. Høj stabilitet af testen indikerer stabiliteten af den kvalitet, der testes.

Testækvivalens er i hvilken grad resultatet i en given test falder sammen med resultaterne i andre test, når man studerer det samme tegn (f.eks. pull-ups og push-ups, stående lange og høje spring).

Testkonsistens er testresultaternes uafhængighed af forskerens personlige egenskaber. Selv når man udfører instrumentelle undersøgelser, kan nogen motivere forsøgspersoner bedre, hvilket bestemmer mængden af konsistens.

Pædagogisk vurdering er den sidste fase af testproceduren. Den består af: 1. at vælge en skala til omregning af testresultater til point. 2. konvertering af resultater til point. 3. sammenligning af præstationer med standarder og udledning af en endelig karakter.

Resultaterne kan ganske enkelt rangeres, men det er ikke altid retfærdigt. Derfor skal du bruge specielle vægte. Dem kan der være mange af. Fire skalaer betragtes som hovedskalaer: proportional (a), progressiv (b), regressiv (c), S -formet (sigmoid) (d).

Valget af vurderingsskala afhænger af, i hvilken zone væksten af resultater skal stimuleres.

I praksis anvendes følgende skalaer: standard, percentil, GCOLIFKa.

Standardskalaen er baseret på en proportional skala. Standardskalaen hedder sådan, fordi dens skala er standardafvigelsen ( S ). Når man konstruerer denne skala, bruges loven om normalfordeling, som siger, at alle mulige værdier af en karakteristik er indeholdt i intervallet (tre sigma-regel for den generelle befolkning:). I dette tilfælde skelnes der normalt mellem følgende vurderingszoner (niveauer for manifestation af den undersøgte egenskab):

Men denne skala tillader dig ikke at give præcis vurdering fænomener.

Den mest almindelige er T-skalaen, hvor T er resultatet i point, er resultatet jeg - deltager, er resultatet af gruppen, S - standardafvigelse. Denne skala er mere retfærdig end simpel rangering.

Percentil (procent) skala. Dens oprettelse involverer følgende operation - hvert emne modtager lige så mange point for sit resultat som den procentdel af sine modstandere, han er foran. Denne skala er bedst egnet til at vurdere store grupper af mennesker. Beregn, hvor mange resultater der passer til én percentil (procent) eller hvor mange procent pr. person. Denne skala ligner overfladisk en sigmoid skala - de største ændringer sker i midten af området.

GCOLIFK-skalaen bruges til at evaluere testresultaterne for den samme atlet i forskellige perioder af cyklussen eller træningsstadiet: n = (bedste resultat – vurderet resultat / bedste resultat – værste resultat) x 100 (point). I dette tilfælde betragtes testresultatet ikke som en abstrakt værdi, men i forbindelse med de bedste og dårligste resultater.

Evaluering af et sæt tests. Kan udføres ved hjælp af regressionsanalyse. Ligning som Y = a + b 1 x 1 + b 2 x 2 +...+ b n x n giver dig mulighed for at bestemme resultatet i en konkurrenceøvelse (U) baseret på testresultaterne (x 1, x 2, ...). Men vi skal huske på, at testene skal være ulige. Vigtigheden (vægten) af en test kan bestemmes på tre måder. 1. Ekspertgennemgang– til en vigtig test indføres en multiplikationsfaktor. 2. Koefficienter fastsættes på baggrund af faktoranalyse. 3. Et kvantitativt mål for vægten af en test kan være parkorrelationskoefficienten med resultatet i en konkurrenceøvelse. Disse er måder at opnå en "vægtet" testscore på.

Den anden mulighed for at vurdere kompleks kontrol er at bygge en "profil" af en atlet - det vil sige en grafisk repræsentation af vurderingsresultaterne i individuelle batteritest. Grafen viser tydeligt beredskabets styrker og svagheder.

Punkttabeller. I dem er det maksimale antal point (1000-1200) givet for et resultat, der overstiger verdensrekorden, og resultatet for begyndere anslås til 100 point. Dernæst kommer en af hovedskalaerne. Valget er rent subjektivt. Svært at sammenligne forskellige slags sport Men disse skalaer er nødvendige for at bestemme forløbet af holdkonkurrencer og deres resultater, og ikke udviklingsniveauet for en bestemt egenskab.

Således består biomekanisk kontrol (fra et metrologisk synspunkt) af flere stadier.

Bestemmelse af formålet med test baseret på eksistensen af tre varianter (operationel, nuværende, iscenesat) og tre kontrolområder (konkurrenceaktivitet, træningsaktivitet, beredskabsniveau).

JEG. Valg af en test (test) - bestemmelse af dens (deres) pålidelighed, informationsindhold samt stabilitet, ækvivalens og konsistens baseret på undersøgelse af videnskabelig og metodisk litteratur eller ved hjælp af metoder til matematisk statistik. Definition af testprocedure. Valg af udstyr. Bestemmelse af systematisk målefejl.

II. Test (måling) – registrering af biomekaniske processer under motorisk aktivitet ved hjælp af instrumentelle metoder. Bekæmpelse af tilfældige fejl.

III. Behandling af testresultater ved hjælp af passende matematiske metoder, afhængigt af hvad der blev målt (parametre eller variabler). Identifikation af fejl og bekæmpelse af dem.

IV. Præsentation af forskningsresultater i tekst-, tabel- eller grafisk form.

V. Valg af en skala til vurdering af testresultater (proportional, progressiv, regressiv, S -formet, T-skala, percentil, GCOLIFKA osv.).

VI. Evaluering af testresultater.

Litteratur.

1. Godik M.A. Sports metrologi: lærebog for IFC. – M.: Fysisk kultur og sport, 1988. S. 10-44.

2. 2. Workshop om biomekanik: En manual for Fysisk Institut. kult /Under generel udg. Ph.D. DEM. Kozlova. – M.: Fysisk kultur og sport, 1980. – S. 65-75.

3. Utkin V.A. Fysiske øvelsers biomekanik: Proc. manual for idrætsfakulteterne. – M.: Uddannelse, 1989. – S. 33-56.