Развитие медицины и физики всегда были тесно переплетены между собой. Еще в глубокой древности медицина использовала в лечебных целях физические факторы, такие как тепло, холод, звук, свет, различные механические воздействия.
Медицинские физики непосредственно участвуют в лечебно-диагностическом процессе, совмещая физико-медицинские знания.
Цель медицинской физики - изучение систем профилактики и диагностики заболеваний, а также лечение больных с помощью методов и средств физики, математики и техники. Природа заболеваний и механизм выздоровления в ряде случаев имеют биофизическое объяснение [1].
Одной из важных задач современной медицинской физики является выяснение механизмов управления движением живого организма. Это направление исследований выделено в особый раздел физиологии - физиология движений. Актуальность этих исследований связана с тем, что более глубокое понимание механизмов управления движением позволило бы продвинуться и в вопросах диагностики двигательных расстройств, лечении заболеваний двигательного аппарата, связанного с механическими повреждениями, в совершенствовании методик тренировки спортсменов [2].
Цель и задачи бакалаврской работы. Исследовать воздействие центрального генератора паттернов (центрального генератора активности) в управлении опорно-двигательным аппаратом. В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:
1. Построить математическую модель однозвенного опорно-двигательного аппарата под управлением центрального генератора активности.
2. Исследовать математическую модель опорно-двигательного аппарата под действием центрального генератора паттернов (т.е. при активации обратной связи мышечного афферента).
В ходе данной работы воссоздана модель звена опорно-двигательного аппарата при локомоции. Построены и проанализированы зависимости угла, угловой скорости и углового ускорения от времени. В результате данного моделирования были определены изменения наклона маятника, найдена амплитуда угловой скорости растяжения мышцы.
Спроектирована биомеханическая модель одного сустава конечности. Получена зависимость растяжения мышцы, скорости удлинения мышцы от времени. В ходе анализа были найдены: пики угловой скорости растяжения мышцы и оптимальное растяжение мышцы.
Определена зависимость обратной афферентной связи от активации мышц антагонистов. И соответственно был найден основной вклад сил отвечающую за обеспечение информацией о степени растяжения мышцы и динамических нагрузках.
Вывод:
1. Построенная нами модель продемонстрировала хорошее совпадение с результатами, полученными другими авторами. Нами с помощью этой модели решается обратная задача механики о колебательном движении маятника - можно оценить сагиттальные моменты, возникающие в однозвенном опорно-двигательном аппарате при локомоции.
2. Наши расчеты показали существенную роль обратной афферентной связи, которая регулирует работу центрального генератора паттернов при локомоции однозвенного опорно-двигательного аппарата, зависимая от биомеханических характеристик конечности и ее взаимодействия с поверхностью.
