Тензометрирование и оптимизация динамических нагрузок стопы человека

Известия ТРТУ

Тематический выпуск

УДК 534.222.2

ТЕНЗОМЕТРИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

СТОПЫ ЧЕЛОВЕКА

Н.П. Заграй

Таганрогский государственный радиотехнический университет

Данные проблемы затрагивают непосредственные измерения функций организма во время бега для получения объективной информации о динамическом состоянии стопы чеоловека. Методология постановки проведений в этом случае измерений заключается в формировании системы датчиков на биологическом объекте, в частности на стопе человека. Для этой цели используются прежде всего тензодатчики, располагаемые на нижней части стопы. Биомеханические испытания проводятся с сенсорами на подошве при движении бегунов-испытателей по измерительной платформе. Основной частью измерительного стенд является беговая дорожка, позволяющая моделировать динамические нагрузки на ногу человека при его различных видах движения: бега или ходьбы. В этом случае нога человека, являющаяся сложной биомеханической конструкцией, алаптируется к ходьбе по любой поверхности и разному темпу движения. Ноги накапливают энергию упругой дефорамции мышц и сухожилий, обеспечивая уверенное перемещение в пространстве тела человека. Обычно здоровая стопа касается поверхности в нескольких точках: пяткой, передней частью плюсины и внешней сторой стопы. Образуется своеобразная живая инженерная конструкция - арка. Распрямляясь под нагрузкой она действует как рессора. При этом размер обуви определяется в основном предплюсной, т.е средней частью стопы. Если человек босой,то имеет место неравмерное распределение давления между передней и задней частями стопы (большая частью усилия приложена к пяточной кости). В обуви с невысоким каблуком (всего 1,5-2 см) распределение давления выравнивается. Увеличение величины каблука начинает перегружать передний обтел стопы. Угол между голенью и продольной осью стопы увеличивается и изменяется угол ахиллова сухожилия. При движении человека большой нагрузке подвергаются его суставы, связки и мускулы. Самое слабое место при этом - область колена. Плохая обувь ускоряет процесс износа суставов, в то время как хорошо продуманная, добротно сделанная обувь в значительной мере способствует снятию нагрузки. Актуальной становится проблема установления критериев оценки степени удобства обуви, как биомеханической инженерной конструкции.

Обувь прежде всего должна выполнять следующие функции:

- амортизировать толчок при приземлении ноги,

- создать опору для ноги, чтобы она не подворачивалась внутрь,

- помогать движению ноги.

В отличие от обычных статических измерений на обуви биомеханический метод помогает лучше регистрировать нагрузки на организм человека во время его движения. Критериями оценки качества обуви могут служть следующие параметры: общая оценка качества

- масса обуви,

- подъем в мм, зависящий от высоты каблука: чем больше поъем, тем выше расположение ноги в области пятки,

биомеханические свойства

- амортизация,

- снятие нагрузки,

- упор при «приземлении» стопы (контроль пронации),

- сохранение функций после 5 км,

МИС-2000

Ультразвуковые и акустические приборы в медико-биологической практике

свойства материала

- прочность (визуальный и механический испытательный контроль),

- идентичность материала и конструкции (левый/правый ботинок),

- гибкость носка ботинка,

- эластичность подошвы,

- отклонения размера от установленного стандарта.

При движении человека происходит прежде всего движение во внутреннем голеностопном суставе, называемое пронацией и обеспечивающем естественную амортизацию тела. Ввиду сложности биомеханического аппарата движения наряду с вышеперечисленными оценками обуви используются также ортопедическая оценка, осоновывающаяся на заключениях экспертов-специалистов по биомеханике, и субъективные впечатления самих пользователей. Выборка по данным последних дает отдельные индивидуальные данные, которые являются заключениями пользователей, и при правильной постановки анализа и экспертизы обуви приводят к совпадаениям между обртопедическими и индивидуальными данными.

Такое сочетание совокупности разносторонних подходов в оценке качества обуви являются на настоящее время необходимым и требующим развития с точки зрения разработки набора подходов и методик независимого научного исследования. Для потребителей решение данного вопроса может превратиться в возможность получения обуви оптимальной конструкции, способствующей сохранению сил организма человека и обеспечиващей удобство ее пользования независимо от моды и различных моделей ее реализации.