Ранее в этом месяце французский гимнаст Самир Айт Саид сломал ногу на Олимпийских играх в Рио во время прыжков во время отборочных соревнований среди мужчин. Когда северо-восточный профессор Сандра Шефелбин впоследствии увидела ужасную травму в Интернете, ее реакция повторила реакцию большинства зрителей. "Ой!" воскликнула она.
Тем не менее, Шефелбин смотрит на эту травму иначе, чем большинство зрителей Олимпиады. Она является экспертом в биомеханике костей и изучает, как структура и состав костей влияют на их механические свойства.
"Это выглядело так, как будто его ступня была поставлена, а его колено скручивалось," объясняет Шефелбин, доцент кафедры машиностроения и промышленной инженерии. "Это называется скручиванием, и кости – и большинство материалов, если на то пошло, – не так прочны на скручивание. Обычно так случаются разрывы связок. По тому, как его нога опустилась, вероятно, была высокая степень деформации, которая связана с вращающей силой."
Кости ломаются, когда нагрузка на кость слишком велика, чтобы она могла выдержать, – говорит Шефелбин. "Но одна интересная вещь о костях заключается в том, что они оптимизированы для наших повседневных нагрузок. Если на них возложить уникальные нагрузки, они не будут такими прочными, как при обычных нагрузках."
Нагрузки, объясняет Шефелбин, по сути, относятся к силе. Кости также ломаются, когда сила движется в другом направлении, чем обычно – в случае французского гимнаста его нога при приземлении была согнута под другим углом, чем обычно.
"По тому, как он приземлился, ситуация с загрузкой сильно отличалась от обычной," она говорит.
Исследования Shefelbine сосредоточены в первую очередь на травмах, которые можно предотвратить, и на понимании соответствующих уровней и типов нагрузок, которые мы должны оказывать на наши кости. Она использует эксперименты in vivo и компьютерное моделирование для изучения различных тем: от того, как кости адаптируются к повышенной механической нагрузке, до того, что делает кости пациентов с болезнью хрупкости костей более восприимчивыми к переломам. Она также смотрит, как кости развиваются в течение жизни одного человека.
Одно из ее исследований посвящено работе с парализованными нижними конечностями, чтобы помочь им сохранить здоровье костей; она объясняет, что их кости становятся слабее, потому что они не создают на них такую же нагрузку, как когда-то. Другой трек исследует детей, которые занимаются юношескими видами спорта на элитном уровне, с особым акцентом на то, влияет ли это на рост их костей и может ли это привести к деформации бедра и артриту в более позднем возрасте.
Это не значит, что физическая активность вредна для ваших костей. "Наши кости отлично подходят для ходьбы и бега," Шефелбин говорит, отмечая, что увеличение нагрузки на кости на самом деле увеличивает костную ткань и делает их сильнее и жестче. По ее словам, исследования показали, что, например, у взрослых теннисистов плотность костей в верхней части тела выше, чем у не спортсменов.
По ее словам, будут происходить странные и непредотвратимые несчастные случаи, подобные случаю французской гимнастки. Но, если говорить в целом о среднестатистическом человеке и предотвращении травм, "Имея здоровые кости, вы получаете больший запас прочности."