Alimov Shohruhning "Bioinformatika va biomexanika"

Tananing harakatlari
Biomexanikada tananing harakatlari anatomik holatda tik turgan holda, nigohingiz oldinga qarab, qo'llar yoningizda, kaftlar oldinga qaragan holda va oyoq barmoqlari oldinga qarab tovonlarda bir oz masofada joylashgan holda aytiladi. Bu yerdan uchta anatomik tekislik mavjud: sagittal (median), frontal va ko'ndalang (gorizontal).4
Agar tanangizni o'ng va chap yarmiga ajratsangiz, bu sagittal yoki median tekislikdir. Sagittal tekislikda fleksiyon (kichikroq bo'g'in burchagi) va kengaytma (kattaroq bo'g'in burchagi) ham sodir bo'ladi.
Frontal tekislik tanani old va orqa tomonlarga ajratadi, lekin frontal tekislikda o'g'irlash (o'rtadan uzoqroqqa siljish) va adduksiya (o'zakni markazga qarab siljitish) harakatlarini ham o'z ichiga oladi. Tananing yuqori va pastki qismlari ko'ndalang (gorizontal) tekislik bilan bo'linadi. Aylanma harakatlar ko'ndalang tekislikda sodir bo'ladi.4
Har uchala harakat tekisligida tanangizni harakatlantirish kundalik faoliyat davomida sodir bo'ladi. Shunday qilib, har bir harakat tekisligida kuch, funktsiya va barqarorlikni oshirish uchun mashqlarni bajarish oqilona. Misol uchun, yadroni mashq qilayotganda, nafaqat qisqichlarni, balki Pallof presslari va shamol tegirmonlarini ham bajaring.
Biomexanikada ishlatiladigan asboblar
Biomexanikani o'rganish uchun turli xil vositalar qo'llaniladi. Siz ba'zi mashqlarni boshqalardan ko'ra maqsadli mushaklarni yaxshiroq faollashtirishi haqida eshitgansiz. Ushbu tadqiqotlar odatda elektromiyografiya (EMG) sensorlari deb ataladigan narsa yordamida amalga oshiriladi.
Ushbu sensorlar teriga joylashtiriladi va sinovdan o'tgan mashqlar davomida ma'lum mushaklardagi mushak tolalari faollashuvining miqdori va darajasini o'lchaydi. EMG nafaqat tadqiqotchilarga qaysi mashqlar boshqalardan ko'ra samaraliroq ekanligini tushunishga yordam beradi, balki ular fizioterapevtlarga bemorlarning mushaklari kerak bo'lgan tarzda o'qiyotganligini bilishga yordam beradi.
Dinamometrlar mushaklar kuchini o'lchashga yordam beradigan yana bir foydali vositadir. Dinamometrlar mushaklarning qisqarishi paytida hosil bo'ladigan quvvatni o'lchab, mushaklar qanchalik kuchli ekanligini ko'rishadi. Ular odatda umumiy kuch, salomatlik va uzoq umr ko'rsatkichi bo'lgan tutqich kuchini o'lchash uchun ishlatiladi.
Biomexanika murakkab o'rganish va qo'llash sohasi bo'lib, u o'qitish, tiklash va jihozlarni ishlab chiqishda yordam beradi. Olimlar, sport tibbiyoti shifokorlari, fizioterapevtlar va konditsionerlar sportchilar va aholi uchun natijalarni yaxshilash uchun o'quv protokollari va usullarini ishlab chiqishda yordam berish uchun biomexanikadan foydalanadilar.
Biomexanika - bu biologik tizimlarning uzluksiz mexanikasini (ya'ni qattiq va suyuqliklarning yuklarini, harakatini, kuchlanishini va deformatsiyasini o'rganish) va tananing harakati, hajmi, shakli va tuzilishiga mexanik ta'sirini o'rganadigan fan. Biologik tizimlarga mexanik ta'sir molekulyar va hujayradan tortib to to'qima, organ va tizim darajasiga qadar ko'p darajalarda bo'lishi mumkin. Shuning uchun inson biomexanikasini o'rganish hujayraning ichki ishlaridan, yumshoq va qattiq to'qimalarning mexanik xususiyatlaridan, tananing nerv-mushak-skelet tizimining rivojlanishi va harakatiga qadar. Molekulyar biomexanika mexanik kuchlar va deformatsiyalarning DNK, RNK va oqsillar kabi biomolekulalarning konformatsiyasi, bog‘lanishi/reaksiyasi, funksiyasi va tashilishiga qanday ta’sir qilishini hamda biomolekulyar motorlar va ion kanallari oqimida mexanobiokimyo juftliklari va boshqalarni o‘rganishga ishora qiladi. Hujayralarning mexanik kuchlar yoki deformatsiyalarni qanday sezishini va ularni biologik reaktsiyalarga o'tkazishini o'rganish bilan shug'ullanadi, ayniqsa mexanik kuchlarning hujayra o'sishi, differentsiatsiyasi, harakati, signal uzatilishi, oqsil sekretsiyasi va transporti, gen ekspressiyasi va boshqarilishini o'rganish uchun. Tirik to'qimalarning xususiyatlariga qo'llaniladigan yuklar va deformatsiyalar ta'sir qiladi va to'qimalarning biomexanikasi asosan qo'llaniladigan mexanik stimullarga javob sifatida to'qimalarning o'sishi va qayta tuzilishi bilan bog'liq. Masalan, ko'tarilgan qon bosimining arterial devorning mexanikasiga ta'siri va yurak infarkti bo'lgan yurak ichidagi kardiyomiyositlarning xatti-harakatlari qo'llaniladigan yuklarning bevosita oqibati sifatida tirik to'qimalarning yangilanishi holatlari sifatida keng tarqalgan. Yana bir misol, 19-asrda Yuliy Volf (1836–1902) tomonidan ishlab chiqilgan Vulfning suyaklarni qayta qurish qonuni. Wolff qonunlari shuni ko'rsatadiki, sog'lom odam yoki hayvondagi trabekulyar suyakning ichki arxitekturasi va tashqi kortikal suyak suyakka tushadigan yuklarga moslashadi va u vaqt o'tishi bilan o'zini qayta shakllantiradi va bu turdagi yukga qarshi turish uchun kuchliroq bo'ladi. Qarama-qarshilik ham to'g'ri. Agar suyakka yuklanish kamaysa, suyak almashinuvi va suyak massasini ushlab turish uchun zarur bo'lgan doimiy qayta qurish uchun stimul etishmasligi tufayli zaiflashadi.Tizim darajasida mexanik omillar tayanch-harakat tizimining shakli, ishlashi va funktsiyasiga ham ta'sir qiladi. Inson harakati asab tizimi nazorati ostida tayanch-harakat tizimidagi suyaklar, mushaklar, ligamentlar va bo'g'inlar o'rtasidagi murakkab va yuqori darajada muvofiqlashtirilgan mexanik o'zaro ta'sir orqali erishiladi. Mushaklar tortishish kuchlarini hosil qiladi va qisqa tutqichli qo'llar bilan bo'g'inlarda momentlarni qo'llaydi, bunda gravitatsiyaviy va boshqa yuklar ostida tananing statik va dinamik barqarorligini ta'minlash, oyoq-qo'llarning aniq nazoratini muntazam ravishda amalga oshiradi . Tayanch-harakat tizimining har qanday alohida elementlarining har qanday shikastlanishi yoki shikastlanishi mexanik o'zaro ta'sirni o'zgartiradi va buzilish, beqarorlik yoki harakatning nogironligiga olib keladi. Boshqa tomondan, mexanik muhitni to'g'ri o'zgartirish, manipulyatsiya qilish va nazorat qilish shikastlanishning oldini olishga, anormallikni tuzatishga, shifo va reabilitatsiyani tezlashtirishga yordam beradi. Shuning uchun har bir elementning biomexanikasini va yuklanishini tushunish kasallikning etiologiyasini o'rganish, davolash to'g'risida qaror qabul qilish va davolanishning ta'sirini baholash uchun foydalidir. Biroq, axloqiy mulohazalar va texnologik cheklovlar tufayli, inson tanasida uzatiladigan kuchlarni to'g'ridan-to'g'ri o'lchash faqat istisno holatlarda, masalan, asbob implantlari orqali mumkin. Yana bir qiyinchilik - bu mushak-skelet tizimining ortiqcha tabiati. Inson tanasida kundalik motor vazifalarimizni bajarish uchun zarur bo'lgandan ko'ra ko'proq bo'g'inlar va mushaklar mavjud. Shuning uchun, ma'lum bir vazifani bir nechta mushak-skeletlari topildi strategiyasi orqali amalga oshirish mumkin. Biroq, bu kompensatsiya mexanizmi tayanch-harakat tizimidagi shikastlanishlar yoki kasalliklarning oqibatlarini bartaraf etish uchun zarurdir, ammo bu ichki kuchlarni noinvaziv tarzda aniqlashni qiyinlashtiradi.Inson harakati tahlili
Barcha harakatlar va harakatlardagi o'zgarishlar ichki va tashqi kuchlarning ta'siridan kelib chiqadi. Jismga ta'sir qiluvchi kuchning o'zgarishi jismni harakatsiz holatdan siljitish yoki uning tezligini o'zgartirish uchun zarurdir. Jismning tezligining o'zgarishi miqdori qo'llaniladigan kuchning kattaligi va yo'nalishiga bog'liq. Nyutonning harakat qonunlari o'zgaruvchan kuch va natijada harakatning o'zgarishi o'rtasidagi aniq munosabatni beradi va bu harakatning barcha shakllariga, shu jumladan inson harakatiga ham tegishlidir [3]. Inson harakatini tahlil qilish - bu tana harakatlarini, tana mexanikasini va mushaklarning faolligini o'lchash uchun asboblar yordamida to'ldiriladigan diqqat bilan kuzatish orqali inson harakatini tizimli o'rganish. Bu vosita vazifasini bajarishda tayanch-harakat tizimi mexanikasi haqida miqdoriy ma'lumotlarni to'plashga qaratilgan [10]. Inson harakatini tahlil qilishning maxsus bo'limi bu odamning yurishini o'rganishga xos bo'lgan yurish tahlili bo'lib, ularning yurish qobiliyatiga ta'sir qiladigan sharoitlarni baholash, rejalashtirish va davolash uchun ishlatiladi. Quyida inson harakatini tahlil qilish/yurish tahlili tarixi haqida qisqacha ma'lumot berilgan.

Aqliy va jismoniy mukammallikka intilishda qadimgi yunonlar aql va tananing uyg'unligi bilimga intilishni to'ldirish uchun sport faolligini talab qilishini aniqladilar. Ularning sportga va inson harakatlariga qiziqishini badiiy ommaviy axborot vositalarida yunon atletikasining kinematik tasvirlarining ustunligida ko'rish mumkin. Antik yunon davrida ishlab chiqilgan mexanik, matematik va anatomik paradigmalar bilan buyuk faylasuf Aristotel inson harakati haqidagi birinchi kitobini (Hayvonlarning harakati haqida) yozdi, bu inson va hayvonlar harakatining mushaklarni kuzatish va tavsiflash nuqtai nazaridan birinchi ilmiy tahlilidir. harakat va harakat

Inson harakatini tahlil qilishning asosiy maqsadi vosita vazifasini bajarish paytida mushak-skelet tizimining mexanik funktsiyasini tushunishdir. Tayanch-harakat tizimida harakatni keltirib chiqaradigan kuchlarni noinvaziv usulda o'lchash juda qiyin bo'lganligi sababli, kombinatsiyalangan eksperimental va matematik modellashtirish usullari qo'llanilgan. Matematik modellashtirishning kuchi shundaki, u o'lchash qiyin yoki imkonsiz bo'lgan parametrlarning qiymatlarini o'lchash mumkin bo'lgan miqdorlarning qiymatlaridan hisoblash imkonini beradi. Bunday yondashuvga misol sifatida to'g'ridan-to'g'ri o'lchash mumkin bo'lmagan prujinada kuchni aniqlash mumkin. Prujinaning o'lchanadigan deformatsiyasi bilan bahordagi kuchni deformatsiyani bahordagi kuch bilan bog'laydigan Guk qonuni yordamida hisoblash mumkin (1-rasm). Shu sababli, ko'plab tadqiqotlar teskari dinamikani tahlil qilish orqali tayanch-harakat tizimidagi o'lchovsiz ichki kuchlarni hisoblash uchun invaziv bo'lmagan eksperimental o'lchovlar bilan birgalikda matematik modellashtirishdan foydalangan. 1-rasm
Guk qonunidan foydalanib, bahorning o'lchangan deformatsiyasidan (Dx) bahordagi o'lchovsiz kuchni (DF) aniqlash.
Inson harakatini tahlil qilishda miqdorlarning o'lchanadigan qiymatlari odatda teri belgilari bilan aniqlangan va harakatni ushlab turish tizimlari bilan o'lchanadigan tayanch-harakat tizimining harakati va bu tayanch-harakat tizimiga qo'llaniladigan tashqi kuchlar kuch plitalari bilan o'lchanadi. Stereofotogrammetriya yordamida olingan teri markerlarining 3D traektoriyalari va kuch plitalari yordamida o'lchangan GRF va bosim markazi (COP), pastki oyoq-qo'llarning bo'g'inlaridagi ichki momentlar va Nyuton qonunlariga asoslangan tenglamalar yechimidan hisoblab chiqiladi. harakatdan. Bunday yondashuv teskari dinamika tahlili deb ataladi.