ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.12.2021
Просмотров: 764
Скачиваний: 4
добутку маси на квадрат швидкості – кінетична енергія. Ця величина називається живою силою. Жива сила суттєво відрізняється від ньютонівської сили і дала змогу описувати рух не лише твердих, але і рідких тіл (закони цього руху знайдені Д.Бернуллі).
Досягнення механіки для описання біологічних об'єктів використовував Л. Ейлер (1707–1783). Він заклав основу ще однієї ланки біомеханіки – руху біологічних рідин, центральною проблемою якої є гемодинаміка.
Найбільш видатною фігурою другої половини XVIII століття в області розвитку біофізики був французький фізик і хімік А. Лавуазьє (1743–1794). Він зробив передбачення, а потім разом з видатним французьким фізиком і математиком П. Лапласом (1749–1827) експериментально довів, що дихання є мехнізмом постачання кисню – необхідної складової теплоутворення. Фізіологічні дослідження Лавуазьє та його учня Ж. Сегена стосувалися процесів забезпечення постійності температури тіла, а також вивчався зв'язок між кількістю кисню у видиху, частотою пульсу і виконуваною механічною роботою. Отримані в цих експериментах результати і висновки залишаються актуальним й сьогодні.
У XIX столітті класична фізика вступила у пору своєї зрілості. В цей період були відкриті І сформульовані два принципи термодинаміки. Причому характерним є те, що пріоритетом відкриття першого принципу термодинаміки належить німецькому лікарю Р. Майеру (1814–1878), який зробив висновок про еквівалентність тепла і механічної роботи не з логіки експериментальних відкриттів, а на основі спостережень за фізіологічними змінами крові під час своєї лікарської практики. Експериментальні доведення справедливості цього закону для організмів тварин і людини були отримані лише в кінці XIX століття.
Одним Із найвидатніших вчених природознавців XIX століття можна назвати німецького фізика, математика і фізіолога Г. Гельмгольца (1821–1894). Основними досягненнями його наукової діяльності були: визначення швидкості розповсюдження нервового імпульсу та кількості тепла, яке виробляє м'яз при скороченні; він є основоположником фізіологічної оптики та фізіологічної акустики – нових напрямів біофізичної науки того часу.
Важливим здобутком XIX століття є зародження біофізики клітини. Основою цього вчення є клітинна теорія, створена Т. Шванном (1810–1882). Фізична модель клітини, яка отримала назву мембранної теорії і була започаткована В. Пфеффером (1887) і Х. де Фрізом (1884), дала загальне уявлення про будову і властивості клітини. Значний вклад у вирішення проблеми проникливості клітинних мембран вніс Р. Овертон (роботи 1895–1902 pp.).
Відкриття у 1896 році Х-променів К. Рентгеном та І. Пулюєм давали можливість досліджувати внутрішню структуру оптично-непрозорих матеріалів без їх пошкодження. Пріоритет використання Х-променів в аспекті дослідження внутрішньої будови біологічних об'єктів належить українському вченому, професору Німецької політехніки у Празі Івану Пулюю, ім'я і наукові здобутки якого незаслужено замовчуються в історії світової науки.
Це далеко не повний перелік наукових досягнень, які були базою для широкого проведення досліджень фізичних та фізико-хімічних явищ у живій природі.
Всі ці дослідження мали велике значення для пізнання життєдіяльності живих організмів з фізичної точки зору, допомогли поширенню ідеї про можливість використання принципів фізичних досліджень до процесів, які відбуваються у живій природі.
Біомеханіка
-
допомагає розумінню функціонувань організмів, їх підсистем, органів та інших структурних компонентів за даних умов;
-
допомагає передбаченню зміни живого організму при зміні умов і віку;
-
вказує на можливості пересадження штучних тканин, частин органів і цілих органів.
За роботи у цих напрямах ряд вчених-дослідників отримав Нобелівські премії.
Альвар Гульстранд, як і його великий попередник, розробник теорії зору Герман Гельмгольц, був спочатку лікарем. Але оптична система зору настільки захопила молодого дослідника із Стокгольма, що в результаті він став одним найкрупніших спеціалістів в галузі оптики. А за роботи з діоптрики ока в 1911 році був відзначений Нобелівською премією.
Датський фізіолог Август Крог з Копенгагенського університету отримав Нобелівську премію у 1920 році за дослідження капілярного кровообігу.
Англійський дослідник Арчібалд Вівієн Хілл з Кембриджськог університету завдяки запроектованого ним прецизійного термогальванометр провів серію експериментів з вивчення термодинаміки м'язової діяльності механізмів м'язового скорочення, за які був удостоєний в 1922 рої Нобелівської премії.
Американський фізик (угорець за національністю) Дьйорді Бекеши у 1961 році отримав Нобелівську премію за великий індивідуальний внесок дослідження механізмів звукового сприйняття. У 20-ті роки він працював в угорській фірмі, де займався проблемами експлуатації телефонних ліній. Вивчаючи послідовно всі елементи системи телефонного зв'язку, які б могли бути причиною поганої якості передачі інформації Бекеши прийшов до кінцевого приймача сигналів – до органу слуху, з'ясовуючи механізм сприйняття звуку на анатомічних препаратах, він використовував свої великі переваги перед іншими дослідниками — глибокі знання в галузі фізики та електроніки. З неймовірною винахідливістю він розробив метод дослідження органа слуху, створивши для цього прилад (аудіометр Бекеши) і механічну модель внутрішнього вуха.
Історичний досвід, на прикладі наукових досягнень Бекеши (можливо найбільш характерному), як і на прикладах інших дослідників, про які вже згадувалося, наводить на декілька висновків:
по-перше, будь-які суттєві досягнення в пізнанні живої природи є тісно пов'язані із знаннями в галузях точних наук, наприклад, фізики, механіки, і з розвитком технічних засобі досліджень, а отже, і багатоплановістю знань дослідників;
по-друге, для сучасного розвитку медико-біологічних наук характерним є те, що над окремими їх проблемами працюють наукові колективи і ефективність їх досліджень значною мірою буде залежати від «взаємопроникнення» знань окремих науковців-фахівців, які працюють на межі наук (біомеханіків, біофізиків, біохіміків тощо).
Основні історичні дати становлення біомеханіки як науки нведені в табл. 1.1.
Таблиця 1.1. Основні історичні дати становлення біомеханіки як науки.
|
Дата (часовий період) |
Науковці |
Зміст відкриття чи предмет вивчення. |
|
IV–I ст. до Р. Х. |
Аристотель (384-370 pp. до Р. Х.) Гален (210-130 pp. до Р. Х.) |
Перші ідеї про біомеханіку можна знайти в роботах |
|
|
Леонардо да Вінчі (1452-1519) |
Перші кроки у дослідженні людського тіла в русі, нотатки по механіці рухів літаючих біооб’єктів – комах, птахів, кажанів під кутом зору можливості технічного застосування |
|
|
Г. Галілея (1564-1642) |
Заснував механіку як науку. Вивчав медицину. |
|
1637 |
Р. Декарт (1596-1650) |
Зробив спробу надати процесам життєдіяльності фізичне (механічне) пояснення. Зробив значний вклад у фізичне розуміння функціонування ока як оптичного приладу зробив Декарт у своєму трактаті "Діоптрика". |
|
1680 |
Дж. Бореллі (1608–1679) |
У своїй основній праці "Про рух тварин", Бореллі з фізичної точки зору описав механіку ходіння, бігу, плавання і літання. Вважається основоположником біомеханіки. |
|
1628 |
У. Гарвей (1578–1657) |
Одним з найважливіших наукових досягнень XVII століття є вчення англійського лікаря і анатома про кровообіг викладене у праці "Ананмічне дослідження руху серця у тварин". |
|
|
А. ван Левенгуком (1652–1723) |
Створення оптичної лінзи 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). |
|
XVIII ст. |
Гюйгенса і Лейбніца. |
В поряд із суто кінетичними принципами фізики (Декарт) і динамічним напрямом, в основі якого є сила (Ньютон), з'явився третій напрям, в рамках якого центральним поняттям механіки розглядається половина добутку маси на квадрат швидкості – кінетична енергія (жива сила). |
|
XVIII ст. |
Л. Ейлер (1707–1783) |
Заклав основу ще однієї ланки біомеханіки – руху біологічних рідин, центральною проблемою якої є гемодинаміка. |
|
друга половина VIII ст |
А. Лавуазьє (1743–1794), Ж. Сеген П. Лаплас (1749–1827) |
Довели, що дихання є мехнізмом постачання кисню – необхідної складової теплоутворення. |
|
XІХ ст. |
Р.Майер (1814–1878) |
Пріоритет відкриття першого принципу термодинаміки. Зробив висновок про еквівалентність тепла і механічної роботи на основі спостережень за фізіологічними змінами крові під час своєї лікарської практики. |