مبادئ أساسية في الميكانيك الحيوي ج9

خط الجاذبية line of gravity:

تعريفه: عبارة عن خط وهمي عمودي يمر من خلال مركز ثقل الجسم وكذلك يمكن تعريفه بأنّه خط عمل الجاذبية الأرضية على الجسم وكذلك يمر من خلال مركز ثقل الجسم.

يعتمد موقع هذا الخط على موقع مركز ثقل الجسم ومن الوضع التشريحي لجسم الإنسان يسقط الخط الوهمي بشكل عمودي ماراً بالنتوء الجذمي للجمجمة وخلف العمود الرقبي وعبر الاتصال الرقبي الظهري وإمّام الفقرات الظهرية وعبر الاتصال الظهري القطني وخلف الفقرات القطنية وضمن المفصل القطني العجزي وإلى الخلف قليلاً من مفصل الورك ماراً إمّام الركبة ساقطاً ما بين القدمين على قاعدة الارتكاز.

قاعدة الارتكاز base of support:

قاعدة الارتكاز: هي المساحة التي يرتكز عليها الجسم وهي المحصورة في المنطقة التي يستند عليها الجسم فقط، فمثلاً إذا كان هذا الجسم عبارة عن كرسي ذو أربعة أرجل فإنّ قاعدة الارتكاز هي المساحة المحصورة بين هذه الأرجل الأربعة.

إمّا بالنسبة للإنسان فيختلف موقع وحجم قاعدة الارتكاز بحسب وضع الجسم وحجمه فمثلاً في وضع الاستلقاء تكون قاعدة الارتكاز هي عبارة عن المساحة المغطاة بواسطة هذا الجسم ومن وضع الوقوف العادي تكون قاعدة الارتكاز هي عبارة عن المساحة المحصورة بين القدمين (مع الأخذ بعين الاعتبار مساحة القدمين أيضاً).

لقاعدة الارتكاز علاقة وثيقة بثبات الجسم واتزانه وهي علاقة طردية فكلما ازدادت مساحة قاعدة الارتكاز كلما زادت حالة الثبات والتوازن.

كذلك توجد علاقة وثيقة بين قاعدة الارتكاز وخط مركز الثقل فكلما وقع خط مركز الثقل داخل قاعدة الارتكاز كلما كان الثبات موجوداً.

لهذا السبب نستعمل الوسائل المساعدة على المشي والتوازن لأنها تزيد من مساحة قاعدة الارتكاز.

فعلى سبيل المثال عملياً: في المرحلة المبكرة من إعادة تعليم المشي عند المرضى، يمكن للمعالج أن يدرب المريض على المشي بجهاز walker في بادئ الأمر لكي يزيد من قاعدة الارتكاز وأيضاً لمنح المريض الثقة الكافية خوفاً من الوقوع أرضاً، وفي الرحلة التي بعدها يمكن للمعالج أن يعطيه عكازين ولاحقاً يستعمل عكاز واحد ثم يدرب على المشي بدون عكازات.

التوازن Equilibrium:

تعريفه: يعني تعادل القوى المتعاكسة العاملة على الجسم مما يؤدي إلى حالة توازن أو بمعنى آخر نقول عن جسم أنه متوازن إذا كانت محصلة جميع القوى المؤثرة عليه تساوي الصفر، فالمشي والوقوف والجلوس يحتاج إلى عمليات معقدة في عمل العضلات المتعاكسة لإنتاج عملية التوازن.

أنواع التوازن:

1-التوازن الثابت (المستقر) stable equilibrium:

هذا النوع من التوازن يعني أن الجسم يميل إلى أو يحاول أن يستعيد الوضع الأساسي أو السابق له بعد تأثيره ببعض القوى وتزداد نسبة الثبات عند سقوط خط الجاذبية (مركز الثقل) ضمن قاعدة الارتكاز ويزداد هذا الثبات كلما كان مركز سقوط خط مركز الثقل يمر بقاعدة الارتكاز أو بالقرب من مركزها.

2- التوازن غير الثابت (غير المستقر) Unstable equilibrium:

عندما يتأثر توازن جسم ما بشكل بسيط فإنّ القوى المؤثرة على هذا التوازن سوف تزيد من حالة عدم الثبات مثلاً كلما ازداد ارتفاع مركز الثقل وصغرت قاعدة الارتكاز وكان خط الجاذبية لا يقع ضمن قاعدة الارتكاز كان هناك توازن غير مستقر.

3- التوازن المحايد (المستتر) Neutral equilibrium:

في بعض الحالات وعلى الرغم من تحريك الجسم من مكانه فإنّ مركز الثقل يبقى في وضع ثابت وعلى نفس الارتفاع، مثال: دحرجة كرة على سطح مستوي.

العوامل المؤثرة على التوازن:

مما سبق نستنتج بأنّ هناك عدة عوامل تؤثر في توازن الجسم إمّا تزيد من حالة التوازن أو تقلل منه ومن هذه العوامل:

• مساحة قاعدة الارتكاز: كلما زادت مساحة قاعدة الارتكاز كلما زادت نسبة الثبات.
• مركز الثقل: كلما اقترب مركز الثقل من الأرض كلما كان التوازن أكبر وكلما ارتفع مركز الثقل عن الأرض كلما قل التوازن لذلك فإنّ الأحذية ذات الكعب العالي ترفع من مركز الثقل للأعلى وبالتالي تقلل من توازن الجسم مما يؤدي إلى إرهاقه.
• علاقة خط مركز الثقل (خط الجاذبية) بقاعدة الارتكاز: كلما وقع خط مركز الثقل ضمن قاعدة الارتكاز كلما ازداد الثبات وكلما اتجه موقع هذا الخط نحو مركز قاعدة الارتكاز ازداد الثبات وفي حال وقوع هذا الخط خارج قاعدة الارتكاز لا يعود هناك توازن.
• كتل الجسم: تناسب كتلة الجسم طردياً مع توازنه.
• الاحتكاك: كلما ازداد الاحتكاك بين الجسم وقاعدة الارتكاز كلما كان التوازن أكبر مثال: المقارنة بين التوازن عند المسير على أرض جافة والتوازن عند السير على الثلج.
• عوامل فيزيولوجية.
• عوامل متعلقة بالرؤية.
• عوامل نفسية.

العتلات أو الروافع levers system:

تعريف الرافعة: قضيب صلب يدور حول محور معين ولنظام الروافع تطبيقات في الحياة العملية (مفاتيح المعلبات، رفع حجر كبير ....).

هناك ثلاثة نقاط رئيسية موجودة في كل رافعة وهي:

1. نقطة تأثير القوة force.
2. نقطة تأثير المقاومة (الوزن) resistance / weight.
3. محور الدوران axis / fulcrum.

ملاحظة:

عند تغيير مواقع هذه النقاط الثلاثة تتغير طبيعة عمل الرافعة ويختلف تبعاً لذلك نوعها.

إنّ كل حركات المفاصل في جسم الإنسان هي حركات راجعة (ذات اتجاهين) وتشترك بنية الهيكل العظمي الصلبة مع التقلص العضلي مشكلة سلسلة من الروافع وهذه بدورها تجعل الحركات المفصلية ذات قيمة عملية حيث يشكل العظم الذراع أو المحور الصلب ويشكل المفصل نقطة الاستناد أمّا القوة فتنشأ من العضلة.

فوائد العتلات أو الروافع:

• الاقتصاد في القوة.
• زيادة المدى الحركي.
• زيادة سرعة الحركة.
• تغيير اتجاه الحركة.

أنواع الروافع:

النوع الأول:

عندما يقع محور الدوران (نقطة الاستناد) بين المقاومة والقوة وفي هذا النوع يكون ذراع القوة تساوي ذراع المقاومة وتكون العلاقة التالية:

القوة × ذراعها = المقاومة × ذراعها

مثال على ذلك: لعبة التوازن عند الأطفال، المقص.

وهذه الرافعة مثال على صرف الطاقة والفائدة الوحيدة من هذا النوع من الروافع بأنّها تفيد في تغيير اتجاه الحركة.

من الأمثلة التشريحية في جسم الإنسان على هذا النوع من الروافع:

المفصل الأطلسي القذالي حيث يشكل جسم المفصل نقطة الاستناد وتتمثل المقاومة في ثقل مقدمة الرأس والوجه إمّا القوة فتمثلها العضلات الباسطة للرقبة.

في الطرف العلوي عمل العضلة ثلاثية الرؤوس في بسط الساعد حيث أنّ محور الدوران موجود في olecranon، والقوة من العضلة triceps أمّا القوة فهي وزن الساعد من المرفق حتى الأصابع.

في الطرف السفلي عند مفصل الكاحل: حيث أن محور الدوران هو مفصل الكاحل والقوة من العضلات العاطفة الأخمصية (gastrocnemius -soleus) أمّا نقطة المقاومة تقع في الجزء الأمامي من القدم.

النوع الثاني: