История биомеханики

К предыдущей странице

Биомеханика: приложения и отдельные направления

Интенсивные и разнообразные исследования в области анатомии, физиологии, механики, физики, химии способствовали постепенному накоплению разнообразных практических приложений, в первую очередь для диагностики и лечения заболеваний. Начиная с середины XVIII века, интенсивно развивается биомеханика опорно-двигательной системы. Немецкий анатом и физиолог И.Вейтбрехт (1702-1747) выпустил капитальный труд «Синдесмология» (1742) о строении и функциях связок. В 1855 г. прусский военный врач Breithaupt (1791-1873) впервые исследовал роль механических напряжений в разрушении (переломах) кости. Механическое разрушение кости происходит, когда внешние нагрузки (растяжения-сжатия, кручения и пр.), приложенные к кости, превосходят ее предел прочности и вследствие кумуляции микроповреждений развивается разрушение. В связи с исследованиями механических причин и особенностей переломов начались обширные исследования структуры и функции кости. В 1862 г. известный немецкий врач и физиолог Ричард фон Фолькман (Richard von Volkmann 1830-1889), который впервые описал теперь носящие его имя каналы в кости, расположенные в направлении, перпендикулярном к длинной оси, в математической форме сформулировал зависимость роста тканей от приложенных механических напряжений (закон Гютера-Фолькмана). Он обнаружил, что длительные сжимающие нагрузки кости способствуют замедлению ее роста, в то время как менее нагруженные участки растут быстрее, что может приводить в результате к неоднородному росту и изменению формы кости. Это открытие привело к новому повороту в развитии ортопедии. В 1867 фон Майер (Юлиус Роберт (1814-1878) ? немецкий естествоиспытатель и врач, открывший независимо от Г.Гельмгольца, закон сохранения энергии) сформулировал соотношения между структурой и функций костей, учитывая механическую нагрузку. В его работах впервые было указано на существование «траекторий» - определенных направлений, вдоль которых располагается костное вещество. В 1867 г. известный немецкий инженер основатель графической статики Карл Кульман (Karl Culmann 1821-1881) обнаружил, что направление костных балочек в бедренной кости совпадает с направлением линий максимальных напряжений и сформулировал инженерные принципы архитектуры трубчатых костей, которые соответствуют структуре оптимальных технических сооружений (подъемный кран и другие). Своеобразное итог этим исследованиям был подведен в работах немецкого естествоиспытателя Вольфа (Wolff 18??-1???), который систематизировал результаты по влиянию механических нагрузок на рост и перестройку структуры в кости и в 1870 (1892?) сформулировал известный закон (Wolff's law), согласно которому костная ткань способна образовываться/растворяться в тех областях, которые несут повышенную/пониженную нагрузку. Таким образом, постепенно выяснялось, что ростовые процессы в тканях могут быть описаны в рамках физических законов (соотношение между напряжениями и деформациями), а инженерные принципы могут применяться для расчета и понимания устройства биомеханических систем. Дальнейшие открытия в этой области были связаны с исследованиями походки и электромеханических свойств костной и мышечной тканей.