БИОМЕХАНИКА

БИОМЕХАНИКА (от греч. bios—жизнь и mechane — машина, орудие; син.: животная механика, биотехника, физиологич. механика), отдел общей физиологии, изучающий развитие, строение и деятельность двигательного аппарата животных и человека. Сообразно с этими подразделениями Б. распадается на: 1) механику развития (в этом смысле термин Б. был впервые употреблен Yves Delage'eii), 2) механическую анатомию и 3) физиологию движений. Предпосылкой для Б. является общая (теоретическая) механика, на основе которой разрабатываются частные вопросы, составляющие содержание биомеханики. Начало Б. следует отнести к XVI в. (Leonardo da Vinci); первый трактат по Б. (Borelli, De motu animalium) вышел в Лейдене в 1679 г. Ранний период Б., длившийся, приблизительного середины XIXв., характеризуется, с одной стороны, механистич. априоризмом, с другой—собиранием весьма грубых и часто ошибочных наблюдений. В этом периоде устанавливаются элементарные механические положения, относящиеся к общей физиологии: применение закона рычага к элементарной костно-мы-шечной системе, понятие о центре тяжести тела и первые попытки его локализации, учение о сердце как нагнетательной машине и т. п. Этот период завершается работами братьев Вебер (W. и Е. Weber), работавших над распределением центров тяжести частей тела и выпустивших большую монографию о механике ходьбы (1836 г.), ныне уже совершенно устаревшую. Отсутствие аппаратуры и методов исследования задержало развитие Б. до второй половины XIX в., когда вопросы изучения движений явились одним из самых энергичных побудителей к развитию моментальной фотографии, позднее кинематографии, с одной стороны (Миу-bridge, Anschtitz, Магеу), пневматич. передачи к записывающим приборам—с другой. Возникновение новых методов объективной регистрации движений с точностью, далеко превосходящей точность непосредственного наблюдения, дало энергичный толчок дальнейшему развитию Б. Это время является началом второго периода развития Б., к-рый может быть определен как период собирания фактического материала. К этому времени относятся блестящие работы Марея и, особенно, важные исследования лейпцигской школы Б.—Брауне и Фишер (Braune, О. Fischer) положили начало культивируемой сейчас в биомеханических лабораториях СССР циклограмметрии, с применением ее к изучению ходьбы (см. рисунок 1—5). К этому же периоду Б. следует отнести получившую свое завершение в руках А. и Р. Фик и Штрассера (А. и R. Fick и "Н. Strasser) и др. теорию сочленений животного организма и учение о строении и механике костных звеньев (Kuhlma.nn, Лесгафт, Trie-pel, Варавин и др.). Кино- и циклографическая регистрация движений в начале XX в. приобрела почти исключительно научно-прикладной характер и почти исчезла из обихода лабораторий общей физиологии, заняв зато видное место в изучении физ. труда, спорта, быстрейших видов проф. движений (стенотипия, пианизм), а в военное время—в протезной технике. Лишь в самое последнее время снова возобновляется чисто исследовательский интерес к Б. и к объективному изучению физиологии движений.—Третий период развития Б., находящийся и сейчас еще в начальном стадии, может быть начат с упомянутых выше методологических работ О. Фишера и продолжается исследованиями Е. Фишера, В. Штейнгаузена, Р. Дюбуа-Реймон, Р.Грам-меля, (W. Steinhausen, R. Du Bois-Reymond, R. Gramme 1), H. Бериштейна и др. Этот период характеризуется стремлением максимально уточнить измерения движения изучаемых объектов и изучать их с точки ""с - о - ...........о...........-о-.... ........'ь i In 1ш iv а ..-■*:\ .!-^Sv--..\ ■'smj V,,,..... /1 &■ ■~4^:-~...........Р^ ......у..--..... •... V - ■• А --;. Чг::Ь=, Рисунок 1. Циклограмма ходьбы нормального мужчины. Правая сторона тела. Пунктирные траектории соответствуют следующим точкам тела: с—центр тяжести головы; Ь—плечевое сочленение; а—локтевое; m—лучезапястное; д(т)—центр тяжести кисти; /—середина бедра; s—коленное сочленение; р—голенностопное сочленение; D—головка 5-й кости плюсны. Точки пунктиров соответствуют последовательным фазам движения через каждые 0,0145 секунды (69 точек в секунду на каждой траектории). I, II, III, IV—четыре положения тела, выделенные для ясности линиями и отделенные друг от друга промежутками в 0,29 секунды. зрения высшей механики, не ограничиваясь первыми приближениями, но пытаясь охватить всю сложность и своеобразие живого движения. Центральным вопросом этого новейшего периода развития Б. является вопрос о взаимоотношениях и о законах действия мышц в нормально функционирующей Левая нога Правая нога

Рисунок 2. Основные последовательные фазы нормальной ходьбы: а—фаза наисильнейшего опи-рания на переднюю ногу (передний толчок); б—фаза наименьшего давления на опору; в— фаза наибольшего опирания на заднюю ногу (задний толчок); г—фаза равномерного опира-ния на обе ноги.

костно-мышечной системе. Еще О. Фишер исследовал силовые моменты отдельных скелетных мышц и условия действия мышц, перекинутых через два и более сочленения. Постановка вопроса, характерная для работ этого периода (дано изменение состояния мыщцы—найти результирующее движение), начинает в новейшее время сменяться прямо противоположной, имеющей несравненно больший практический интерес: дано реальное движение (напр., в виде фотодокумента)—найти форму, характер и меру участия в этом движении мышц. Общее решение этой задачи дано Н. Бернштейном (Abder-haldens Handbuch, Abteilung 5), но исследования в этом направлении находятся еще в очень раннем стадии. Непосредственный 0,7 0,8 0,9 [1.0 Ijjl 1,2 1,3 1,4s

6           \о ia              6          ifl \a

0,6-0,7 Й.8 0,9 1,01 1,1 sec Рисунок 3. Кривые опорных реакций при ходьбе. Вертикальное давление ног на путевую поверхность. 121—медленный шаг, 123, 162 и Б.F.U.—средний, 106—быстрый шаг. Абсциссы—время в десятых долях секунды, ординаты—давление в килограммах. Ординаты а, б, в соответствуют фазам ходьбы по рис. 2. учет мышечной динамики живого движения, сравнение картины этой динамики на нормальном и пат. материале, в генетическом аспекте и т. д. представляют значительный интерес, особенно в виду открывающейся яа этом пути возможности пролить свет на двигательную роль центральной нервной системы и ее отделов. С точки зрения Б. организм есть конструкция, подвергающаяся как в покое, так и в движении действию внутренних и внешних сил. К основным внутренним силам относятся: а) молекулярные (силы сцепления частиц, поверх- ностное натяжение тканевых жидкостей, вязкость и т. д.) и б) силы, развиваемые мышцами. К внешним силам относят: а) постоянные силы (тяжесть), б) переменные силы преобладающего направления

Рисунок 4. Патологическая ходьба: циклограмма случая disbasiae lordoticae progressivae на почве летаргического энцефалита. Буквенные обозначения те же, что на рис. 1.

(динамические опорные реакции, сопротивление среды, давление воздуха или воды и т. д.) и в) силы без преимущественного направления (внешние сопротивления при физ. труде, борьбе и т. д.). Действие внешних сил и их взаимодействие с внутренними сказываются на организме и длительно, оказывая свое влияние на филогенез (механика развития), и в каждый данный момент, влияя на протекание его движений. Внешние силы групп (а) и (б) вызывают в организмах стойкие приспособительные изменения, до сих пор еще не изученные исчерпывающим образом. Сюда следует отнести распределение костных перегородок и Гавер-совых колонн кости, изменения форм костных звеньев в результате изменения направлений постоянных сил; особенное значение имеет изучение происхождения основных

Рисунок 5. Патологическая ходьба: циклограмма случая ataxiae gravis на почве рассеянного склероза. Буквы те же, что на рис. 1 (ft—центр тяжести палки, на которую опирался Сольной).

структурно-статических схем костно-мышеч-ного скелета.—Основным методом современной физиологии движений является хроно-фотография, или хроноциклография движений, созданная Мареем и О. Фишером и видоизмененная в последние годы Гильбре-том (F. Gilbreth), Н. Тихоновым и Н. Бернштейном.Кинематографическая регистрация, позволяющая наиболее совершенным аппаратом нашего времени регистрировать до 240 положений движущегося предмета в секунду («Zeit-Lupe» Lehmann'a, «Cinema au ralenti» A. Debrie, Mod. G. W.), все же имеет для аналитического изучения лишь подсобное значение, так как измерения кинодокументов чрезвычайно затруднительны и неизбежно неточны. Хроноциклография представляет собой съемку движения нескольких избранных точек организма на неподвижной светочувствит. поверхности. Такими точками обычно служат миниатюрные лампочки накаливания, укрепляемые над центрами сочленений изучаемого органа. При движении органа перед открытым объективом фотоаппарата на фотопластинке фотографируются траектории движений всех находящихся на органе лампочек. Если заставить лампочки мигать с помощью прерывателя тока или (что значительно совершеннее) поместить перед объективом фотоаппарата затвор, периодически открывающий и закрывающий его несколько десятков раз в секунду, то изображения траектории разобьются на ряды точек, представляющих собой ряд быстро следующих друг за другом моментальных фотографий последовательных положений лампочек. Этим путем можно легко достигнуть, частот, далеко превышающих наибольшую частоту кинематографов. Измерение масштаба фотоизображения и скорости затвора производится в наст, время с точностью до 0,1 мм и до 0,00001 сек. Затруднительность «Я

Рисунок 6. Схема кимоциклографа и разрезы его (1-1—поперечный разрез, 2-2 и 3-3—продольные разрезы). F—светочувствительная фильма; Sg—передача движения к фильме; Д,,R_%—колесики, при соприкосновении которых фильма приходит в движение; Ет—электромагнит, прижимающий колесо R, к й₈; BW—гибкий вал, соединяющий прибор с мотором; Sck-^ ключ, D—задвижка аппарата. Весь прибор вставляется в обычный фотоаппарат на место кассеты.

фиксировать на неподвижной фотографической пластинке движения объекта, не вмещающегося целиком в поле зрения (мелкие, ритмические движения, медленные движения и т. д.), привела к устройству прибора, фотографирующего одновременные движе- ния ряда точек объекта на медленно и равномерно движущейся пленке (кимоциклограф), что позволило производить длительную запись движений, недоступных для обычной хроноциклографии (см. рисунок 6). Этот путь регистрации оказался очень удобным для $т. „150 _120 ) Рисунок 7. Кимоциклограмма адиадохокинеза. Б-ная держит в руках легкие палочки с лампочками. ДЯ—правая, LH—левая рука, К—контрольная (неподвижная) лампочка. Промежутки времени между точками каждой траектории— 0,0275 и 0,0550 секунды. записи пат. расстройств движений [тремо-ры, адиадохокинезы (см. рисунок 7), расстройства тонических моторных реакций и т. д.]. Точность современных биомеханических регистрирующих приборов весьма значительна—см. выше. Обработка фотозаписей, составляющая содержание циклограмметрии, позволяет определять по кимоциклограмме целый ряд механических функций изучаемого движения, давая весьма обстоятельный анализ последнего. Лит.: Сеченов И. М., Очерк рабочих движений человека, М., 1900; Ухтомский А. А., Физиология двигательного аппарата, вып. 1, Л., 1927; Бернштейн Н. А., Общая биомеханика, М., 1926; его те, Исследования по биомеханике удара с помощью световой записи (Исследования вионди Центрального ин-та труда, т. I, Ж., 1923); его те Новое в методике изучения рабочих движений (сб. «Психофизиология труда», Л., 1927); е г о ж е, Клинические пути современной биомеханики (Сб. в честь 30-летия проф. Р. А. Лурия, Казань, 1928); Л е с-гафт П., Основы теоретической анатомии, СПБ, 1905; В» Bois-Reymond R., Spezielle Muskelphy-siologie Oder Bewegungslehre, В., 1903; Braus H., Anatomle desMenschen, B. I, В., 1921; Mollier S., Plastische Anatomie, Miinchen, 1924; Fick R., Handbuch d. Anatomie und Mechanik d. Gelenke, Jena, 1910; Strasser H., Lehrbuch d. Muskel-und Gelenkmechanik, Berlin, 1908—17; Bernstein N., Kymozyklographiscbe Methodik der Bewegungsuntersuchung (Handbuch d. biologischen Arbeitsmethoden, herausg. v. E. Abderhalden, Abt. 5, Berlin—Wien, 1927).                             H. Бернштеин. Б ИОН Д И ОКРАСКА, см. дрлш-Бионди окраска.

• БИОНТ (от греч. bios—жизнь), термин Геккеля (Haeckel) для обозначения каждого организма или его части, могущих вести самостоятельный образ жизни; так, бионтами могут быть названы лучи нек-рых морских звезд, которые, будучи оторваны ...
• БИОПСИХОЛОГИЯ, или биологическая психология, научная дисциплина, изучающая психологич. функции (поведение животных и человека) сравнительно-генетическим методом и рассматривающая их как продукт биологической эволюции. Объем, содержание и задачи Б. не являются еще ...
• БИОПСИЯ (от греч. bios—жизнь и ops, op6s—глаз, зрение), прижизненное иссечение частей тканей или органов для микроскопического исследования их в целях диагностики того или иного пат. процесса. В более широком смысле слова, ...
• БИОРИЗАЦИЯ МОЛОКА, особый способ пастеризации, производимой в пастеризато--ре-биоризаторе, имеющем вид двустенного барабана, нагреваемого водяным паром (см. рисунок 1 и 2). Поступая по трубке, под давлением 3—4атм., в биоризатор А, где t°ок. ...
• БИОСЕСТОН, см. Cecmou.