ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.12.2021
Просмотров: 767
Скачиваний: 4
Конспект лекцій
з дисципліни
"Основи біофізики
та біомеханіки"
Викладач к.т.н., доц. Загоруйко Л.В.
к.т.н., доц. Данильчук М. М.
ТЕМА 1. ВСТУП. ПРЕДМЕТ І ЗАВДАННЯ КУРСУ. ІСТОРІЯ
РОЗВИТКУ.
1.1. Предмет і завдання курсу
З часу появи свідомості і здатності аналітичного мислення, людина вивчала навколишній світ і саму себе, своє тіло, елементи якого виступали спочатку головним і єдиним знаряддям для добування їжі, облаштування якогось прихистку, виготовлення простих знарядь тощо.
Сучасна наука досягла великих успіхів у пізнанні живої природи, незважаючи на те, що жива матерія є незрівнянно складнішою від неживої.
Стає зрозумілим, що подальший прогрес у будь-якій науці стає неможливим без використання інших галузей знань. Для вивчення даного предмету необхідні знання з фізики, хімії, біології, анатомії і фізіології. Симбіоз декількох наук (математична фізика, фізична хімія, обчислювальна математика тощо) сприяє не лише глибшому пізнанню певних явищ, але й дозволяє природодослідникам оволодіти загальними знаннями, а отже, розмовляти однією професійною мовою, спільно працювати на стику наукових інтересів. У цьому розумінні не є винятком біофізика та біомеханіка.
Питання про зв'язок між фізикою, механікою і біологією дискутується протягом століть. Однак біомеханіка як галузь науки відокремилась останнім часом у результаті розвитку науково-технічного прогресу. Предмет біомеханіки вивчає прояви механічних закономірностей у біологічних системах і реакцію цих систем на механічні збудження зовнішнього середовища Поняття біофізики є більш широким ніж поняття біомеханіки і включає останнє.
Останніми роками роботи з біомеханіки суто пізнавального значення витісняються роботами, завдання яких пов'язані з питаннями охорони здоров'я та іншими прикладними галузями біологічних досліджень, наприклад: гемореологія, дослідження біоматеріалів, створення штучних біоматеріалів, протезування. Велике значення біомеханіка відіграє в гармонізації системи оператор-машина при створенні зразків нової техніки. Високі результати у великому спорті, спортивна медицина ґрунтуються на досягненнях сучасної біомеханіки.
Великі швидкості, прискорення, вібрації і удари, інші види механічних впливів при освоєнні космосу і глибин світового океану поставили перед людством питання про можливості людського організму і можливості його адаптації (пристосування) до екстремальних умов. Досягнення біомеханіки за останні 20-30 років (час її бурхливого розвитку) дали можливість значно поглибити знання тих процесів, які відбуваються в організмі людини, вдосконалити і запропонувати нові методи діагностики, розробити нові штучні біоматеріали, модифікувати багато видів пристроїв ортопедії, створити основи біомеханіки спорту тощо.
Біомеханіка як навчальна дисципліна в наведеному викладі має за мету закласти підвалини медикобіологічних знань, необхідних для розроблення та експлуатації біотехнічного та медичного обладнання.
I;
1.2. Історія розвитку
Оскільки з механікою був пов'язаний початок розвитку фізики взагалі, тому й не дивно, що біомеханічні дослідження почалися ще на ранньому етапі розвитку наук. Ці дослідження були нероздільними від перших кроків фізіології і анатомії.
Перші ідеї про біомеханіку можна знайти в роботах Аристотеля (384-370 pp. до н.е.) і Галена (210-130 pp. до н.е.)
Леонардо да Вінчі (1452-1519) зробив перші кроки у дослідженні людського тіла в русі, нотатки по механіці рухів літаючих біооб’єктів – комах, птахів, кажанів під кутом зору можливості технічного застосування.
Вивчення фізичних властивостей біологічних об'єктів і процесів, які в них відбуваються, почалося з того часу, коли були закладені основи першої фізичної науки – механіки. Це було зроблено в роботах Г. Галілея (1564-1642) і Р. Декарта (1596-1650). Засновник механіки Г. Галілей вивчав спочатку медицину, а потім – фізику. На той час фізики використовували свої теоретичні пізнання і експериментальну техніку для вивчення біологічних об'єктів і раціонального пояснення життєдіяльності (Галілей вимірював пульс серця). Французький філософ, математик, фізик і фізіолог Декарт вперше зробив спробу надати процесам життєдіяльності фізичне (механічне) пояснення. Він стверджував, що людина і тварини – це механічні машини і складаються з тих же матеріальних елементів, що і тіла неорганічної природи. Значний вклад у фізичне розуміння функціонування ока як оптичного приладу зробив Декарт у своєму трактаті "Діоптрика", опублікованому у 1637 році.
Найбільш відомим послідовником декартівського підходу (про причинну єдність руху в живій і неживій природі) був Італійській фізик Дж. Бореллі (1608–1679). У своїй основній праці, яка вийшла в світ у 1680 році (за 10 років до знаменитих "Принципів" І .Ньютона), "Про рух тварин", Бореллі з фізичної точки зору описує механіку ходіння, бігу, плавання і літання. Він також вивчав механіку дихальних рухів. Від Бореллі веде свою історію біомеханіка .
Одним з найважливіших наукових досягнень XVII століття є вчення англійського лікаря і анатома У. Гарвея (1578–1657) про кровообіг. Вчення суттєво вплинуло на розвиток фізичних пояснень життєдіяльності людини І теплокровних тварин. У своїй праці "Ананмічне дослідження руху серця у тварин" (1628) він, як писав Н. Г. Шавлов, "підглянув одну з найважливіших функцій організму – кровообіг".
Створення оптичної лінзи А. ван Левенгуком (1652–1723) стало суттєвим поштовхом, який дав змогу значно поглибити знання в області мікросвіту живої природи і життєдіяльності організмів на мікрорівні (відкриття капілярів М.Мальпігі, клітинної будови рослин Р.Гуком).
Біомеханіка, родоначальником якої вважається Бореллі, отримала подальший розвиток у XVIII столітті у зв'язку з успіхами фізичних уявлень про механічний рух. В XVIII ст. поряд із суто кінетичними принципами фізики (Декарт) і динамічним напрямом, в основі якого є сила (Ньютон), з'явився третій напрям, пов'язаний з іменами Гюйгенса і Лейбніца. Цей напрям характерний тим, що центральним поняттям механіки розглядається половина