Биомеханика

БИОМЕХАНИКА (от био... и механика), раздел биологии (физиологии, биофизики), изучающий механические свойства органов, тканей и целого организма, а также происходящие в них механические процессы. Биомеханика характеризуется применением основных принципов механики ко всем живым организмам. Начало исследованиям по биомеханике было положено Леонардо да Винчи, изучавшим движения с позиций анатомии и механики. В конце 17 века значительное влияние на развитие биомеханики оказал Дж. Борелли, который рассматривал организм как машину и дал механический анализ движений отдельных звеньев тела человека и животных при ходьбе, беге, плавании. Работы по биомеханике сначала носили прикладной характер и были направлены на рационализацию рабочего места, рабочей позы, формы инструмента, приёмов работы. В России развитие биомеханики связано с исследованиями П. Ф. Лесгафта, И. М. Сеченова, Н.А. Бернштейна и др.

У одноклеточных организмов к механическим явлениям относятся, прежде всего, перераспределение цитоплазмы и органелл внутри клетки, деление клеток, перемещение их в пространстве с помощью ресничек и жгутиков. У растений исследуются механизмы роста, устойчивости к внешним воздействиям, перенос веществ в стеблях, листьях и корнях, реакция цветков на положение Солнца на небосклоне или насекомоядных растений на появление насекомых, односторонние воздействия различных факторов среды (свет, земное притяжение, химические вещества и др.), вызывающие направленные ростовые движения (изгибы) органов растений - тропизмы, настии, нутации и так далее. Но наиболее часто термин «биомеханика» применяют при анализе движений животных и человека. Лучше всего изучена биомеханика птиц и млекопитающих. С помощью различных методов (главным образом оптических, в том числе ускоренная киносъёмка, циклография) определяют пространственные перемещения тела, отдельных его частей относительно друг друга, рассчитывают линейные и угловые скорости и ускорения, действующие силы и т. д. Биомеханика движений основывается на данных анатомии и теоретической механики, исследует структуру органов движения. Предметом изучения биомеханики дыхательного аппарата является его эластичное и неэластичное сопротивление, динамика дыхательных движений и так далее. Биомеханика кровообращения изучает упругие свойства сосудов и сердца, гидравлическое сопротивление сосудов току крови, распространение колебаний по стенке сосудов, движение крови, работу сердца и т. д.; биомеханика опорно-двигательного аппарата - свойства мышц, прочность костей, суставов, связок и др. Данные биомеханики позволяют оценить экономичность движения, степень использования внешних и мышечных сил, судить о механизмах координации и регуляции движений. Изучение отдельных положений тела (стояние, сидение и др.) важно для определения значения статических моментов, положения центра тяжести тела по отношению к опоре, степени его устойчивости в определённом положении.

Работы в области биомеханики представляют существенный интерес для разных областей знания: физиологии труда и спорта, военной и клинической медицины, в том числе неврологии, ортопедии, травматологии, протезирования. Данные биомеханики используются при создании автоматов-манипуляторов и роботов, применяемых в различных областях техники. Исследования биомеханики дыхания и кровообращения легли в основу создания аппарата «сердце - лёгкие».

Лит.: Моделирование в биологии. М., 1963; Глазер Р. Очерк основ биомеханики. М., 1988; Образцов И.Ф., Ханин М. А. Оптимальные биомеханические системы. М., 1989; Полевой В. В. Способы движения растений // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 1; Романенко Е. В. Гидродинамика рыб и дельфинов. М., 2001.