CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Cơ sinh là gì? Cơ sinh được định nghĩa là sự nghiên cứu về chuyển động của các sinh vật sống sử dụng khoa học cơ học. Cơ học là một nhánh của vật lý liên quan đến việc mô tả chuyển động và cách các lực tạo ra chuyển động. Lực tác động lên sinh vật có thể tạo ra chuyển động, là tác nhân kích thích lành mạnh cho sự tăng trưởng và phát triển hoặc làm quá tải các mô, gây thương tích. Cơ sinh cung cấp các công cụ khái niệm và toán học cần thiết để hiểu cách các sinh vật sống di chuyển và cách các chuyên gia về vận động học có thể cải thiện chuyển động hoặc làm cho chuyển động an toàn hơn.
Cơ sinh là nghiên cứu về chuyển động và nguyên nhân của nó trong các sinh vật sống. Cơ sinh cung cấp thông tin quan trọng về các kiểu chuyển động, thiết bị và bài tập liên quan hiệu quả và an toàn nhất để cải thiện chuyển động của con người. Theo một nghĩa nào đó, các chuyên gia về vận động học giải quyết các vấn đề về chuyển động của con người hàng ngày và một trong những công cụ quan trọng nhất là cơ sinh. Nói chung, cơ sinh quan tâm đến việc ứng dụng cơ học cổ điển vào các vấn đề sinh học khác nhau.
Cơ sinh kết hợp lĩnh vực cơ học kỹ thuật với lĩnh vực sinh học và sinh lý học. Về cơ bản, cơ sinh liên quan đến cơ thể con người. Trong cơ sinh, các nguyên tắc cơ học được áp dụng vào việc hình thành, thiết kế, phát triển và phân tích các thiết bị và hệ thống trong sinh học và y học. Về bản chất, cơ sinh là một ngành khoa học đa ngành liên quan đến việc áp dụng các nguyên lý cơ học vào cơ thể con người khi chuyển động và đứng yên.
Sự phát triển của lĩnh vực cơ sinh đã cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về nhiều thứ, bao gồm các tình trạng bình thường và bệnh lý, cơ chế kiểm soát thần kinh cơ, cơ chế lưu lượng máu trong vi tuần hoàn, cơ chế luồng không khí trong phổi và cơ chế phát triển và hình thành. Nó đã góp phần vào sự phát triển của các thủ tục chẩn đoán và điều trị y tế. Nó đã cung cấp các phương tiện để thiết kế và sản xuất thiết bị, dụng cụ và dụng cụ y tế, thiết bị công nghệ hỗ trợ cho người 1 khuyết tật cũng như các thiết bị thay thế và cấy ghép nhân tạo. Nó đã góp phần thúc đẩy phát triển các phương tiện để cải thiện hiệu suất của con người tại nơi làm việc và trong thi đấu thể thao.
Các khía cạnh khác nhau của cơ sinh sử dụng các khái niệm và phương pháp cơ học ứng dụng khác nhau. Ví dụ, các nguyên lý tĩnh học được áp dụng để xác định độ lớn và tính chất của các lực liên quan đến các khớp và cơ khác nhau của hệ cơ xương. Các nguyên lý động lực học được sử dụng để mô tả chuyển động và có nhiều ứng dụng trong cơ học thể thao. Các nguyên lý cơ học của các vật thể biến dạng cung cấp các công cụ cần thiết để phát triển trường và các phương trình cấu thành cho các vật liệu và hệ thống sinh học, từ đó được sử dụng để đánh giá hành vi chức năng của chúng trong các điều kiện khác nhau.
Các nguyên lý cơ học chất lỏng được sử dụng để nghiên cứu lưu lượng máu trong hệ tuần hoàn của con người và luồng không khí trong phổi. Các ứng dụng của cơ sinh vào chuyển động của con người có thể được phân thành hai lĩnh vực chính: cải thiện hiệu suất và giảm hoặc điều trị chấn thương.1 Cải thiện hiệu suất Hiệu suất chuyển động của con người có thể được tăng cường theo nhiều cách. Chuyển động hiệu quả liên quan đến các yếu tố giải phẫu, kỹ năng thần kinh cơ, năng lực sinh lý và khả năng tâm lý cũng như nhận thức. Hầu hết các chuyên gia về vận động học đều quy định những thay đổi về kỹ thuật và đưa ra hướng dẫn cho phép một người cải thiện hiệu suất.
Cơ sinh hữu ích nhất trong việc cải thiện thành tích trong thể thao hoặc các hoạt động mà kỹ thuật là yếu tố chi phối hơn là cấu trúc thể chất hoặc năng lực sinh lý. Kinh nghiệm của huấn luyện viên cho anh ta biết rằng vận động viên này đủ khỏe để thực hiện kỹ năng này, nhưng họ phải quyết định xem vận động viên thể dục nên tập trung vào phần nào để đạt được thành tích tốt nhất. Huấn luyện viên sử dụng kiến thức của mình về cơ sinh để giúp phân tích định tính tình huống này. Nghiên cứu cơ sinh về kỹ thuật thể thao đôi khi có xu hướng tụt hậu so với những thay đổi đang diễn ra một cách tự nhiên trong thể thao.
Các vận động viên và huấn luyện viên luôn thử nghiệm các kỹ thuật mới. Sinh viên cơ sinh có thể ngạc nhiên khi thấy rằng khoa học cơ sinh về kỹ thuật chuyển động thường hạn 2 chế, cơ sinh là yếu tố chính đóng góp cho một trong những kỹ năng quan trọng nhất của các chuyên gia về vận động học: phân tích định tính về chuyển động của con người. Số lượng lớn các kỹ thuật, các biến thể của chúng cũng như tỷ lệ thay đổi và đổi mới cao có xu hướng vượt xa các nguồn lực nghiên cứu cơ sinh. Mặc dù kỹ thuật luôn có liên quan đến sự chuyển động của con người, nhưng trong một số hoạt động, các yếu tố tâm lý, giải phẫu hoặc sinh lý có liên quan chặt chẽ hơn đến thành công.
Chạy là một ví dụ điển hình của loại chuyển động này. Có rất nhiều nghiên cứu về cơ chế sinh học của hoạt động chạy để huấn luyện viên có thể tinh chỉnh kỹ thuật của vận động viên chạy cho phù hợp với đặc điểm của những vận động viên chạy ưu tú. Mặc dù những điều chỉnh kỹ thuật này tạo ra những cải thiện nhỏ về thành tích nhưng hầu hết thành tích chạy đều liên quan đến khả năng sinh lý và quá trình luyện tập của họ. Điều này cho thấy rằng các huấn luyện viên điền kinh có thể sử dụng cơ chế sinh học để tinh chỉnh kỹ thuật chạy, nhưng họ chỉ nên mong đợi những thay đổi nhỏ về thành tích từ những sửa đổi này.
Hiệu suất của con người cũng có thể được nâng cao nhờ những cải tiến trong thiết kế thiết bị. Nhiều cải tiến trong số này liên quan đến vật liệu mới và thiết kế kỹ thuật. Khi những thay đổi này được tích hợp với thông tin về người vận hành, chúng ta có thể nói rằng những cải tiến của thiết bị là dựa trên cơ sở sinh học. Có nhiều ví dụ về việc ứng dụng cơ sinh trong việc thay đổi thiết kế thiết bị đã cải thiện thành tích thể thao như thế nào.
Các nhà nghiên cứu cơ sinh là một trong những người đầu tiên kêu gọi vợt tennis nhỏ hơn để phù hợp hơn với sức mạnh cơ bắp của các tay vợt trẻ. Một cách khác để nghiên cứu cơ sinh cải thiện hiệu suất là những tiến bộ trong các chương trình tập thể dục và điều hòa. Các nghiên cứu cơ sinh về các động tác tập thể dục và thiết bị tập thể dục nhằm xác định cách tập luyện hiệu quả nhất để cải thiện thành tích. Nghiên cứu cơ sinh về tập thể dục thường được so sánh với nghiên cứu về môn thể thao hoặc hoạt động tập trung vào tập thể dục.
Các chuyên gia về sức mạnh và thể lực có thể áp dụng tốt hơn các nguyên tắc cụ thể khi sử dụng nghiên cứu cơ sinh để phát triển các chương trình đào tạo. Máy 3 tập thể dục và kiểm tra được điều khiển bằng máy tính là một ví dụ khác về cách cơ sinh đóng góp vào sức mạnh và khả năng điều hòa. Trong phần tiếp theo, ứng dụng y tế của cơ sinh của dụng cụ chỉnh hình và chân tay giả sẽ được đề cập liên quan đến việc ngăn ngừa chấn thương, nhưng nhiều bộ phận giả hiện đang được thiết kế để cải thiện thành tích của các vận động viên khuyết tật.2 Ngăn ngừa và hỗ trợ điều trị chấn thương An toàn di chuyển, hay phòng ngừa/điều trị chấn thương, là một lĩnh vực chính khác mà cơ sinh có thể được áp dụng. Các chuyên gia y học thể thao theo truyền thống đã nghiên cứu dữ liệu chấn thương để cố gắng xác định nguyên nhân tiềm ẩn của bệnh tật hoặc chấn thương (dịch tễ học).
Nghiên cứu cơ sinh là một đồng minh đắc lực trong nhiệm vụ y học thể thao nhằm ngăn ngừa và điều trị chấn thương. Nghiên cứu cơ sinh giúp ngăn ngừa thương tích bằng cách cung cấp thông tin về tính chất cơ học của mô, tải trọng cơ học trong quá trình vận động và các liệu pháp phòng ngừa hoặc phục hồi chức năng. Các nghiên cứu cơ sinh cung cấp dữ liệu quan trọng để xác nhận các cơ chế chấn thương tiềm ẩn được các bác sĩ y học thể thao và các nghiên cứu dịch tễ học đưa ra giả thuyết. Sự tham gia ngày càng tăng của trẻ em gái và phụ nữ vào thể thao đã cho thấy rõ rằng phụ nữ có nguy cơ bị chấn thương dây chằng chéo trước (ACL) cao hơn nam giới do một số yếu tố cơ sinh.
Các kỹ sư và nhà trị liệu nghề nghiệp sử dụng cơ sinh để thiết kế các nhiệm vụ công việc và thiết bị hỗ trợ nhằm ngăn ngừa thương tích do sử dụng quá mức liên quan đến công việc cụ thể. Nghiên cứu cơ sinh về tai nạn ô tô đã đưa ra các biện pháp đo lường mức độ nghiêm trọng của chấn thương đầu, được áp dụng trong thử nghiệm cơ sinh và thiết kế nhiều loại mũ bảo hiểm để ngăn ngừa chấn thương đầu. Khi tai nạn dẫn đến phải cắt cụt chi, chân tay giả hoặc chân tay giả có thể được thiết kế để phù hợp với đặc tính cơ học của chi bị mất. Ngăn ngừa chấn thương cấp tính cũng là một lĩnh vực khác của nghiên cứu cơ sinh.
Cơ sinh pháp y liên quan đến việc tái tạo lại các nguyên nhân gây thương tích có thể xảy ra từ các phép đo tai nạn và lời khai của nhân chứng. 4 Cơ sinh giúp nhà trị liệu vật lý chỉ định các bài tập phục hồi chức năng, thiết bị hỗ trợ hoặc dụng cụ chỉnh hình.