Biomecanica Aparatului Locomotor_curs

BIOMECANICA SI BIOMOTRICITATE

Suport de curs

1.1. Generalităţ Generalităţii

Biomecanica este ştiinţ a care studiază mişcările fiinţ elor elor vii, ţ inând inând seama de caracteristicile lor mecanice. Ea poate fi considerată o mecanică aplicată la statica şi dinamica vieţ uitoarelor uitoarelor în general şi a omului în special. Are un domeniu de cercetare apropiat de al anatomiei, fiziologiei şi mecanicii. La acestea se mai poate adăuga biochimia, care furnizează date asupra metabolismului, legate de procesul de mişcare, de efortul fizic în procesul de recuperare. Biomecanica studiază modul cum iau naştere for ţ ţele e le musculare, analizându-le din punct de vedere mecanic, cum intr ă în relaţ ie ie cu for ţ ţele e le exterioare care acţ ioneaz ionează asupra corpului. Pornind de la aceste relaţ iiii de interdependenţă, biomecanica exerciţ iilor iilor fizice stabileşte eficienţ a lor mecanică şi indică metodele practice pentru creşterea randamentului în funcţ ie ie de scopul antrenam antrenamentului fizic. fizic. De la studiile biomecanice se aşteaptă soluţ iiii ştiinţ ifice, ifice, în vederea însuşirii unor tehnici raţ ionale. ionale. Totodată, cercetările biomecanice mai au şi scopul de a constata în mod obiectiv, greşelile care apar în decursul efectuării exerciţ iilor iilor fizice, de a descoperi cauzele mecanice şi de a prevedea consecinţ ele ele în procesul însuşirii mişcărilor din cadrul procesului de recuperare. În acest fel, biomecanica poate indica măsurile ce se impun pentru însuşirea corectă a unei tehnici, poate formula indicaţ iiii metodice preţ ioase, ioase, poate contribui la perfecţ ionarea ionarea tehnicilor. Biomecanica exerciţ iului iului fizic terapeutic studiază atât mişcările active, cât şi poziţ iile iile corpului, condiţ ionate ionate de organele de sprijin şi de mişcare ale corpului. Conţ inutul inutul biomecanicii poate fi împăr ţ ţiti t în: A) biomecanica generală legile obiective, generale ale mişcărilor; general ă, care studiază legile

special ă, care studiază particularităţ ile B) biomecanica specială ile mişcărilor din diferite domenii ale activităţ iiii motrice. Din acest punct de vedere, în afara biomecanicii speciale a exerci ţ iilor iilor fizice, mai există biomecanica biomecanica specială a muncii, a deficienţ ilor ilor fizici etc. Biomecanica mai contribuie, prin însuşirea noţ iunilor iunilor de spaţ iu, iu, timp, mişcare, a celor cu privire la proprietăţ i şi forme fundamentale ale existenţ ei ei materiei, a noţ iunilor iunilor despre interdependenţ a între for ţ ţele e le care concur ă la efectuarea mişcărilor, la o justă înţ elegere elegere a fenomenelor vieţ ii. ii.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Trusted by over 1 million members

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.













Prof. dr. Luminita Moraru

1.2. Miş Mişcarea ca formă formă de existenţă existenţă a materiei

Mişcarea, în sensul cel mai înalt, filozofic, este forma de existenţă a materiei, însuşirea esenţ ial ială şi inseparabilă a materiei. Mişcarea nu poate exista f ăr ă materie, după cum nici materia nu există f ăr ă mişcare. NU există, deci, mişcare "pur ă", imaterială. Mişcarea, ca şi materia, este veşnică. Nu poate fi creată şi nu poate fi distrusă. Descartes exprima astfel acest adevăr: "cantitatea de mişcare existentă în lume este totdeauna aceeaşi". i". Izvorul mişcării se află în materia însăşi, impulsul interior al oricărei mişcări constituindu-l contradicţ iile, iile, lupta contrariilor. Chiar forma cea mai simplă de mişcare, deplasarea corpurilor în spaţ iu, iu, este o contradicţ ie; ie; despre corpul în mişcare se poate spune că, în aceeaşi clipă, el se află şi nu se află în acelaşi loc. Mişcarea este absolută, iar repausul o măsur ă, o expresie a mişcării, opusul mişcării. Repausul este relativ şi are sens numai în raport cu forma individuală de mişcare. Mişcarea în sens filozofic, nu reprezintă o simplă deplasare în spaţ iu iu a obiectelor materiale, ci, orice schimbare, orice transformare, observată în natur ă şi societate. Există o scar ă largă a posibilităţ ilor ilor de mişcare: - Mi Mişcarea microparticulelor materiei (automişcarea) - deplasările protonilor, electronilor, cu alte cuvinte a particulelor elementare. - Mişcarea mecanică - deplasarea corpurilor în spaţ iu iu - este forma cea mai veche de mişcare cuno cunoscut scută şi se refer ă la mişcarea corpurilor inerte. - Mişcarea fizică - mişcarea molecular ă sub formă de căldur ă, lumină, electricitate - Mişcarea chimică - combinarea şi dezagregarea atomilor. - Mişcarea biologică - viaţ a celulei şi a organismelor vii, metabolismele, locomoţ ia ia lor. - Mişcarea socială - viaţ a socială. Între formele principale ale mişcării există o legătur tur ă reciprocă, ele putându-se transforma una în alta. Mişcarea mecanică se transformă, în anumite condiţ ii, ii, în mişcare fizică etc. Dar, între diferitele forme de mişcare sunt şi deosebiri fundamentale, legate de natura purtătorului unei forme de mişcare, de legile specifice ale fiecărei forme şi de contradicţ iile iile proprii care generează mişcarea

în

cadrul

ărei

fiec

forme.
















Suport de curs

acest caz numai auxiliare şi nu pot epuiza esenţ a formei superioare a mişcării biologice. Ex: natura biocurenţ ilor ilor nervoşi şi musculari nu este identică naturii curenţ ilor ilor electrici. Segmentele osoase nu acţ ioneaz ionează ca nişte simple pârghii şi for ţ ţa lor de acţ iune iune nu se poate determina matematic, apelând la formulele clasice de determinare a funcţ iilor iilor mecanice ale pârghiilor, deoarece intervin o serie de factori, care nu pot fi încadraţ i (componenta articular ă, momentul muşchiului, intervenţ ia ia scripetelor de flexie, existenţ a muşchilor poliarticulari). Iat Iată de ce, în înţ elegerea elegerea şi interpretarea mişcării biologice, aplicarea legilor din mecanică, din fizică şi chimie, nu reuşeşte să redea întreaga complexitate a fenomenelor. Aplicarea acestor legi poate prezenta, schematic şi mecanicist, numai aspecte singulare ale complexului proces biologic, care este locomoţ ia ia animală sau umană. 1.3. 1.3. Corpul Corpul omenesc ca un tot unitar

Organismul uman, în mişcare, trebuie privit ca un întreg, nu ca o manifestare izolat ă a unor mecanisme ale anumitor aparate şi sisteme care ar acţ iona iona complet independent. În acelaşi timp, studiul analitic al factorilor morfo-funcţ ionali, ionali, care stau la baza exerci ţ iilor iilor fizice nu este semnificativ, decât dacă este urmat de reintegrarea acestor factori şi a caracteristicilor în "totul" organismului. Pe lângă această integrare, este necesar ă şi stabilirea relaţ iilor iilor obiective dintre organismul ca întreg şi mediul în care se mişcă. Axe, planuri şi direcţ direcţii de miş mişcare

Planurile anatomice sunt suprafeţ e care secţ ioneaz ionează imaginar corpul omenesc sub o anumită incidentă. În raport cu orientarea faţă de poziţ ia ia anatomică se descriu trei categorii principale de planuri anatomice: planuri frontale, sagitale şi transversale. Planurile frontale sunt dispuse paralel cu fruntea, deci vertical şi lateral şi împart corpul într-o parte posterioar ă şi o parte anterioar ă. Planul frontal care împarte greutatea corpului într-o jumătate posterioar ă şi o jumătate anterioar ă poartă denumirea de plan medio-frontal. Planurile sagitale sunt dispuse vertical şi anteroposterior anteroposterior şi împart corpul într-o parte dreaptă şi o parte stângă. Planul sagital care împarte greutatea corpului într-o jumătate dreaptă şi o jumătate

stângă poartă denumirea de plan medio-sagital.
















Centrul de greutate. Gravitatea acţ ioneaz ionează asupra corpului sub forma unui sistem de linii de for for ţ ţe verticale, care se dirijează spre centrul pământului. Toate aceste for ţ ţe, e , asociate vectorial, au o rezultantă care acţ ioneaz ionează asupra unui punct al masei corpului, luând numele de centru de greutate ia planuri planurilor lor medio-frontal, medio-sagital edio-sagital şi medio-transversal. edio-transversal. şi se găseşte situat la intersecţ ia Centrul de greutate sau de gravitaţ ie ie poate fi definit ca fiind punctul masei corpului asupra căruia acţ ioneaz ionează rezultanta for ţ ţelor e lor gravitaţ ionale. ionale. Pentru a determina for ţ ţa gravitaţ ional ională, vom înmulţ i masa corpului (M) cu acceleraţ ia ia gravitaţ ional ională (g). Dacă corpul este perfect simetric şi are o densitate uniformă, de exemplu ca o minge de biliard, centrul de greutate se suprapune centrului sau geometric. Corpul omenesc nu este însă simetric; diversele lui segmente au densităţ i diferite, ceea ce face ca centrul de greutate să nu coincidă cu centrul geometric. În plus, corpul omenesc poate să ia poziţ iile iile cele mai diferite, ceea ce atrage o modificare continuă a punctului asupra căruia se aplică rezultanta liniilor for ţ ţelor e lor gravitaţ ionale. ionale. Din această cauză, centrul de greutate al corpului nu ocupă o poziţ ie ie fixă, ci variază de la individ la individ, de la pozi ţ ie ie la poziţ ie ie şi de la o secvenţă a mişcării la alta. Clasificarea miş mişc ărilor în raport cu planurile anatomice

Mişcările se clasifică în raport cu planul anatomic în care este dispus axul lor de mi şcare, şi anume: - în plan frontal - flexia şi extensia; - în plan sagital - abducţ ia ia şi adducţ ia; ia; - în axul lung al segmentului - rotaţ iile. iile. - în mai multe planuri - circumducţ ia; ia; Mişcările cu axul în plan frontal sunt flexia şi extensia. Mişcările de flexie sunt mişcările de îndoire faţă de poziţ ia ia iniţ ial ială ortostatică. Mi Mişcările de extensie sunt opuse acestora şi au loc în sensul revenirii la poziţ ia ia ortostatică sau în sensul exager ării acestei poziţ ii.ii. Nu totdeauna însă aceste mişcări sunt etichetate ca atare. La umăr, de exemplu, mişcarea de flexie se numeste anteproiecţ ie ie sau anteducţ ie, ie, iar cea de extensie retroproiecţ ie ie sau retroducţ ie. ie. De asemenea, la

laba piciorului, flexia gleznei are loc în plan anterior, în timp ce flexia labei din articula ţ ia ia mediotarsiană are loc în plan posterior. De aceea, se prefer ă termenul de flexie dorsal ă în loc de flexia labei piciorului şi termenul de flexie plantar ă în loc de extensia labei piciorului.
















Suport de curs

Mişcările de înclinare laterală şi de revenire ale trunchiului se realizează faţă de planul medio-sagital. Pentru mişcările distale ale membrelor, terminologia este însă diferit înţ eleas eleasă. Planul sagital faţă de care se face orientarea nu este acelaşi pentru toţ i autorii: şcoala franceză consider ă ca acest plan este planul medio-sagital al trunchiului, pe când şcoala german germană şi anglo-saxonă, care folosesc terminologia americană, consider ă ca acest plan este planul medio-sagital al membrului care execută mişcarea. De aici provin unele neînţ elegeri elegeri aparente, deoarece ducerea labei piciorului înăuntru, de exemplu, este denumită adducţ ie ie de către autorii francezi şi abducţ ie ie de către cei anglosaxoni. Chiar şi denumirile muşchilor sunt, din această cauză, deosebite. Mişcarea care se execută concomitent pe mai multe planuri este circumducţ ia, ia, adică mişcarea prin care segmentul descrie un con, cu baza mai mare sau mai mic ă, al cărui vârf este reprezentat de axul articulaţ iei. iei. Rotaţ iile iile se execută în jurul axului lung al segmentului şi pot fi interne sau externe. La antebraţ , aceste mişcări capătă numele de mişcare de pronaţ ie ie (rotaţ ie ie internă) şi de supinaţ ie ie (rotaţ ie ie externă). Tipuri biomeca biom ecanice nice de activitate statică statică

Activitatea statică, de asigurare postural ă, foarte complexă din punct de vedere biomecanic, este strict legată de tipurile de echilibru în care corpul omenesc se poate afla, adic ă în echilibru

stabil sau instabil . Analizată astfel, activitatea statică este de trei feluri: de consolidare, de fixare inere. sau echilibra re şi de menţ inere. 1) Activitatea statică de consolidare se întâlneşte în toate cazurile în care corpul sau segmentele sale, luate separat, se afl ă în echilibru stabil. Un corp se află în echilibru stabil atunci când centrul său general de greutate se află sub baza de sprijin, cum sunt toate pozi ţ iile iile atârnat la diverse aparate. Caracteristica sa mecanică principală este că, dacă o for ţă ionează asupra corpului aflat în ţă acţ ioneaz echilibru stabil, el pendulează până ce revine în poziţ ia ia de plecare. În aceste situaţ ii, ii, musculatura corpului se contractă izometric cu scopul de a proteja, de a consolida articulaţ iile, iile, faţă de for ţ ţele e le care tind să întindă sau să rup rupă ligamentele. Contracţ ia ia statică de acest tip se numeşte de consolidare şi este îndeplinită cu participarea tuturor grupelor şi lanţ urilor urilor musculare antagoniste. Valoarea for ţ ei ei contracţ iei iei statice de consolidare este mai mare în
















Activitatea statică de consolidare poate fi folosită cu succes pentru creşterea globală a for ţ ţe i musculaturii, chiar la copii şi şcolari, întrucât, aşa cum am ar ătat, ea solicită static toate grupele şi lan lanţ urile urile musculare antagoniste, iar valoarea solicitării nu este mare decât când poziţ iile iile atârnat se fac cu îngreuiere. Poziţ iiii diverse în atârnat, mai ales la scara fix ă, se folosesc în gimnastica terapeutică pentru corectarea unor deficien ţ e fizice.

2) Activitatea statică de fixare (echilibrare) se întâlneşte în toate cazurile în care corpul sau segmentele sale se găsesc în poziţ ie ie de echilibru nestabil. Un corp se află în echilibru nestabil atunci când centrul său general de greutate se află situat deasupra bazei de sprijin, (pozi ţ ia ia stând, şezând etc). Întreaga activitate de educaţ ie ie fizică este desf ăş ăşurată în imensă majoritate din poziţ iiii de echilibru nestabil. Chiar pe parcursul mi şcărilor, pe lângă activitatea dinamică, există o componentă de efort static de valoare diferită, în funcţ ie ie de particularităţ ile ile mişcărilor. Există deci o infinitate de situaţ iiii în care corpul sau segmentele sale se află în echilibrul instabil, care este asigurat prin activitate statică de fixare, care se mai numeşte şi de echilibrare, deoarece efortul static al musculaturii are acest scop. Activitatea statică de fixare (echilibrare) este îndeplinită de grupele şi lanţ urile urile musculare antagoniste, iar valoarea ei cea mai mare este în apropierea bazei de sprijin (sol, aparate). Valoarea efortului static de echilibrare creşte în poziţ iile iile corpului în care verticala centrului general de greutate nu este în centrul bazei de sprijin ci spre periferia ei. Valoarea efortului static de echilibrare mai variază şi în funcţ ie ie de alţ i factori mecanici, cum este unghiul de stabilitate. Acest unghi este format din verticala centrului general de greutate şi o dreaptă care îl uneşte pe acesta cu marginile bazei de sprijin. Cu cât unghiul de stabilitate este mai mic, cu atât gradul de stabilitate este mai mic, iar activitatea statică de fixare (echilibrare) este mai mare şi invers. De asemenea, cu cât centrul general de greutate este mai înalt fa ţă de baza de sprijin, iar aceasta are un perimetru mai mic, cu atât stabilitatea este mai mic ă şi efortul static de asigurare a echilibrului este mai mare şi invers. În practică, activitatea statică de echilibrare se foloseşte în cadrul pregătirii fizice generale, în corectarea unor deficien ţ e fizice, mai ales ale coloanei vertebrale, şi în cadrul a numeroase pozi ţ iiii şi

mişcări pentru creşterea capacităţ iiii de echilibrare. inere este al treilea tip de efort static; el se întâlneşte atât în 3) Activitatea statică de menţ inere

poziţ iile iile de echilibru stabil cât şi în cele cu echilibru nestabil, ori de câte ori membrele superioare sau inferioare, prin poziţ ia ia lor, se depărtează de verticala centrului general de greutate. Astfel, membrul


















Suport de curs

de anteductori sau abductori, f ăr ă participarea antagoniştilor. Vieţ uitoarele uitoarele şi corpul omului, spre deosebire de corpurile inerte, pot păstra echilibrul - în anumite limite - chiar când verticala centrului general de greutate nu cade în perimetrul bazei de sprijin; corpurile inerte cad în momentul când înclinarea lor scoate verticala centrului general de greutate din limitele sprijinului. La vieţ uitoare uitoare şi la om acest lucru este posibil datorit ă contracţ iei iei statice de echilibrare a musculaturii; efortul va fi cu atât mai mare, cu cât verticala centrului de greutate depăşeşte mai mult baza de sprijin. De asemenea, în poziţ ia ia stând, cu trunchiul aplecat înainte, activitatea statică pentru trunchi este de menţ inere, inere, fiind asigurată de muşchii şanţ urilor urilor vertebrale. Importanţ a pentru practica educaţ iei iei fizice şi sportului, a acestui tip de activitate muscular ă statică, rezultă din faptul că poziţ iile iile sunt asigurate numai de către anumite grupe sau lanţ uri musculare, f ăr ă participarea antagoniştilor. În felul acesta, pot fi antrenate, selectiv, pentru creşterea for for ţ ţei e i prin efort izometric, numai anumite grupe sau lanţ uri uri musculare care ne interesează. Tipurile biomecanice de activitate dinamică dinamică

Contracţ ia ia izotonă a mu muşchilor produce mişcare, adică deplasarea segmentelor osoase; în timpul contracţ iei iei muşchiul î şi scurtează lungimea, î şi schimbă forma, însă volumul r ămâne acelaşi. Segmentele osoase pe care se fixează muşchiul se apropie, iar tensiunea dezvoltată prin contracţ ie ie r ămâne mâne neschimb neschimbat ată (izotonia). Studiul mai aprofundat al mişcării a ar ătat că ea se produce şi când muşchiul care s-a contractat î şi cedează treptat scurtarea, iar segmentele osoase se depărtează lent. Este un nou aspect al asigur ării mişcării, tot izotone, dar printr-un mecanism invers. Astăzi este admis, în biomecanică, că muşchiul poate dezvolta două tipuri de activitate dinamică, unul “de învingere” şi altul “de cedare”.


















unor opinii mai vechi din anatomia funcţ ional ională referitor la acţ iunea iunea muşchilor somatici, care erau împăr ţ ţ iţ i,i, în raport cu acţ iunea iunea lor, în muşchi flexori, extensori, abductori, adductori etc. Unul şi acelaşi muşchi poate produce atât acţ iunea iunea lui clasic cunoscută, cât şi acţ iunea iunea antagonistă acesteia. Astfel, în anatomia clasică, muşchii şanţ urilor urilor vertebrale sunt cunoscuţ i ca extensori ai coloanei vertebrale, asigurând, prin contracţ ia ia lor dinamică, “de învingere”, poziţ ia ia verticală a corpului. În prezent se ştie că aceiaşi muşchi ai şanţ urilor urilor vertebrale asigur ă şi flexia coloanei vertebrale, înclinarea înainte a corpului, însă prin activitatea dinamică “de cedare”. De asemenea, muşchii pereţ ilor ilor abdominali asigur ă, din poziţ ia ia culcat, flexia trunchiului prin activitate dinamică “de învingere” şi extensia trunchiului, însă prin activitate dinamică "de cedare". Bicepsul brahial este flexor al cotului, prin activitatea dinamic ă “de învingere” şi extensor al antebraţ ului, ului, prin activitate dinamică “de cedare”. În felul acesta se pot demonstra, pentru fiecare muşchi în parte, cele două tipuri de activitate activitate muscular ă dinamică. Deci, noţ iunea iunea clasică de muşchi flexori, extensori etc. a devenit relativă, ea ea exprimând numai un aspect al capacităţ iiii lui motrice. Noţ iunile iunile de activitate dinamică “de învingere” şi “de cedare” au o mare importanţă practică.

2. Biomecanica Biomecanica aparatului locomot or 2.1. Principiile mecanicii newtoniene

Principiul iner ţiei (Kepler): un corp î şi menţ ine ine starea de repaus sau de mişcare rectilinie uniformă atâta timp cât asupra lui nu acţ ioneaz ionează alte corpuri care să-i schimbe această stare. Dificultatea de a mişca un obiect depinde atât de masa obiectului, cât şi de viteza pe care dorim să o mi şcare sau impulsul ( p ). Formula atingem. Produsul acestor doi parametri reprezint ă cantitatea de miş

variaţ iei iei impulsului este ∆ p = m ⋅ ∆v , unde m = masa corpului, ∆v = v final −v initial variaţ ia ia vitezei.


















Suport de curs

numai de for ţ ţa aplicată asupra lui, ci şi de durata de aplicare a acestei for ţ ţe. e . Impulsul este mărimea fizică ce arată efectul for ţ ţei e i aplicate în timp ( F = ∆ p ). r

∆t

Principiul acţ ac ţiunii si reacţ reac ţiunii: dacă un corp acţ ioneaz ionează asupra altui corp cu o for ţă ţă, numită acţ iune, iune, cel de-al doilea corp acţ ioneaz ionează asupra primului cu o for ţă ţă egală în modul şi opusă ca sens, numită reacţ iune iune (Ex: dacă facem o săritur ă am exercitat o for ţă iune asupra solului -, iar acesta ţă - acţ iune va r ăspunde cu o reacţ iune). iune).

Miş Mişcarea: carea: for f or ţe şi sisteme de referinţă referin ţă.. termeni şi concepte con cepte mecanice mecanice Organismul uman reprezintă o unitate biologică (organismul şi mediul în care acesta apare şi se dezvoltă) şi o unitate ontogenetică (organismul individual, produsul armoniei reciproce dintre celulele). Homeostazia, respectiv totalitatea constantelor morfofiziologice care condi ţ ioneaz ionează funcţ ionalitatea ionalitatea normală a organismului, este tocmai expresia dinamică, în mişcare, a acestei interrelaţ iiii ecotrope (din mediul extern) şi idiotrope (din mediul intern). Organismul uman se prezintă ca un tot unitar, diferitele lui sisteme şi aparate fiind în strânsă corelaţ ie ie funcţ ional ională, integrate de către sistemul nervos atât între ele cât şi cu mediul exterior. În acelaşi timp, organismul poate fi considerat un sistem biomecanic. În cadrul sistemului putem deosebi, schematic, trei componente principale: a) aparatul locomotor, alcătuit din oase, muşchi şi articulaţ ii, ii, la nivelul cărora se produc modificări materializate în însăşi mişcarea diferitelor diferitelor segmente segmente ale corpului; b) sistemul neuroendocrin, care realizează coordonarea motricităţ iiii şi, în acelaşi timp, prin corelarea funcţ ional ională a activităţ iiii celorlalte sisteme şi aparate (digestiv, respirator, cardiovascular, urinar), asigur ă nivelul metabolic necesar desf ăş iunilor motrice; ăşur ării acţ iunilor c) aparatele metabolice: de import a materiei (digestiv şi respirator), de export (urinar), de


















legi fizice şi pot fi sistematizate astfel: a) rezistenţ e exterioare materializate în diferite aparate pentru exerci ţ iiii fizice (haltere, aparate de tracţ iune, iune, greutăţ i etc), în instalaţ iiii sau dispozitive de for ţă ţă. Aceste rezistenţ e exterioare se exercită vertical, orizontal, oblic, circular, excentric sau concentric; b) configuraţ ia ia şi măsura segmentelor corporale incriminate în exerciţ iul iul sportiv. Valoarea acestui factor, în contextul realizării unei anume activităţ i sportive, depinde de: numărul de segmente corporale mobilizate, volumul, lungimea, densitatea şi forma segmentului, orientarea lui în spaţ iu. iu. 2. Greutatea segmentelor corporale , ca urmare a for ţ ţei e i gravitaţ ionale, ionale, depinde de sediul mişcării, de unghiul axului, de segmentele interesate în mişcare, de unghiul format de axa de progresie progresie cu verticala, de viteza de progresie. 3. Iner ţ ţia ine în repaus sau mobilitate. Condi ţ iile iile de execuţ ie ie i a , tendinţ a corpului de a se menţ ine ale mişcării determinate, îndeosebi de factorii exteriori, pot fi rezumate la trei elemente principale: a) echilibrul, care poate fi cu sau f ăr ă punct de sprijin şi în studiul căruia trebuie să avem în vedere centrul de greutate şi condiţ iile iile particulare ale execuţ iei iei mişcării (incidenţ ele); ele); b) realizarea unor pârghii, ce pot fi de gradul I, II sau III; c) ritmul, prin care înţ elegem elegem alternanţ a dintre acţ iune iune şi reacţ iune iune şi care este condiţ ionat ionat de tipul constitu constituţ ional ional individual, de for ţ ţele e le exterioare şi de durata exerciţ iului. iului. Legile după care se guvernează acţ iunile iunile motrice realizate de sistemul biomecanic biologic uman, integrat în mediul exterior, pot fi astfel sintetizate: 1) Legea efortului util; 2) Legea efortului voluntar maxim.

1) Legea efortului util se refer ă la obţ inerea inerea unui randament maxim în condi ţ iile iile reducerii la minimum a acţ iunii iunii motrice principale (selectarea mişcărilor, eliminarea gesturilor inutile, repartiţ ia ia efortului pe ansamblul corpului, ajustarea intensit ăţ iiii efortului în raport cu rezistenţ a, căutarea compensaţ iilor iilor favorabile în mişcări).


















Suport de curs

2.2. Caracteristicile unei for ţ e e

For ţ ţa

F

este un vector şi are: mărime, direcţ ie, ie, sens, punct de aplicaţ ie. ie. O for ţă ţă este

reprezentată printr-o săgeată care indică direcţ ia ia şi sensul ei de acţ iune iune şi câteodată şi mărimea ei. Ca orice vectori, for ţ ţele e le pot fi compuse sau descompuse. Dacă două sau mai multe for ţ ţe acţ ioneaz ionează simultan asupra unui punct material, efectul lor asupra acelui punct este acela şi cu al unei for ţ ţe unice, numite rezultanta lor. Descompunerea unei for ţ e se realizează invers compunerii sale. Este întotdeauna posibil să înlocuim o for ţă ţă prin două componente care produc acelaşi efect. Asupra oricărui sistem pot acţ iona iona for fo r ţe externe (din exteriorul sistemului) şi for fo r ţe interne (din interiorul sistemului). -

For ţ ţele e le externe - sunt for ţ ţele e le ce acţ ioneaz ionează asupra unui sistem din exteriorul sistemului; cele de care se ţ ine ine cont în activitatea fizică sunt: gravitaţ ia, ia, reacţ ia ia solului, for ţ ţa de frecare, rezistenţ a mediului, for ţ ţa de iner ţ ţie. i e.

-

For ţ ţe interne - sunt for ţ ţele e le ce acţ ioneaz ionează asupra unui sistem din interiorul său; cele de care se ine cont în activitatea fizică sunt: for ţ ţa de contact articular, for ţ ţele e le tendoanelor şi a ligamentelor, ţ ine for for ţ ţa muscular ă, presiunea intraabdominală, for ţ ţa elastică. 2.3. 2.3. Pârghii Pârghi i

În fizică, pârghia este o bar ă rigidă, care se poate roti în jurul unui punct de sprijin (S) şi asupra căreia acţ ioneaz ionează: for ţ ţa care trebuie învinsă (for ţă R) şi for ţ ţa cu ajutorul căreia este ţă rezistenţă - R) învinsă for for ţ ţa rezistentă (for ţ ţa activă - F). Muşchii acţ ioneaz ionează ca for ţ ţe active în cadrul aparatului locomotor, producând mi şcările prin deplasarea oaselor pe care se inser ă. Astfel, mu şchii şi oasele alc ătuiesc în biomecanic biomecanic ă lan ţ ţ uri uri




















vedere mecanic, o pârghie este în echilibru când:

r

F ⋅ a = R ⋅ b

, unde

F este

for ţ ţa activă,

a

braţ ul

for for ţ ţe i, R rezistenţ a, b braţ ul ul rezistenţ ei. Pârghiile au rolul de a transmite mi şcarea, mărind eficienţ a ei (adică amplificarea for ţ ţei, e i, vitezei sau deplasării, rii, eventual eventual schimba schimbarea rea direc direcţ iei iei mişcării rii sau contrabalan contrabalansarea sarea ei).

Fig. 1. Elementele unei pârghii




















Suport de curs

-

Pârghiile de gradul III – pârghii de viteză; rotaţ ie; ie;

F

F

si R sunt aplicate de aceeaşi parte a axei de

este aplicată mai aproape faţă de axa de rotaţ ie ie decât R ;

F

ionează în şi R acţ ioneaz

sensuri opuse (Ex: flexia cotului). 2.4. 2.4. Stati Statica ca articular arti cular ă

Importante si esenţ iale iale probleme de statică sunt la nivelul coloanei vertebrale, genunchiului, piciorului, iar în general la nivelul tuturor articulaţ iilor iilor portante. La nivelul coloanei vertebrale se doresc cunoscute: tipurile de ţ inut inută, echilibru intrinsec şi extrinsec, rolul componentelor musculare în funcţ ia ia statică dar şi dinamică a coloanei vertebrale şi evidenţ ierea ierea rolului discurilor intervertebrale şi a ligamentelor anterioare şi posterioare a coloanei vertebrale. Se impune cunoaşterea axelor biomecanice de transmitere a for ţ elor, elor, care pot diferi de axele anatomice. La nivelul genunchiului se ridică problemele legate de modul de reparti ţ ie ie a greutăţ iiii pe cele doua glene tibiale, de presiunile şi contrapresiunile exercitate asupra platoului tibial şi asupra condililor femurali, interes prezentând şi pârghiile formate la nivelul genunchiului şi „închise” de ligam ligamentele entele colaterale. colaterale. Stabilitatea articulaţ iei iei talo-crurale trebuie înţ eleas eleasă prin rolul diferit ce revin în realizarea acesteia, pe de o parte morfologiei structurilor osoase, iar pe de alt ă parte ligamentelor articulare. La




















Mersul, ca „bipedalism alternativ“, este o mişcare ciclică, realizată prin ducerea succesivă a unui picior înaintea celuilalt, fiecare dintre cele doua membre inferioare având pe rând funcţ ia ia de propulsor şi de suport (există un sprijin permanent al corpului pe sol, fie prin intermediul unui picior perioada sprijinului unilateral – fie cu ambele picioare - perioada sprijinului bilateral). În timpul sprijinului unilateral, un picior susţ ine ine greutatea corpului şi este numit picior de sprijin , iar celălalt se numeşte picior oscilant sau pendulant. În mersul normal, pentru un membru, 60% din durata unui ciclu de mers este reprezentată de sprijin si 40% de balans. Momentul în care piciorul oscilant se află în dreptul celui de sprijin se numeşte momentul verticalei şi el împarte pasul în: pas posterior si ională în mers este reprezentată de pasul dublu (ciclu de paşi) – pas anterior . Unitatea funcţ ional totalitatea mişcărilor efectuate între două sprijiniri succesive ale aceluiaşi picior; el este alcătuit din doi paşi simpli. Lungimea pasului dublu se măsoar ă de la călcâiul primului pas la vârful celui de al doilea pas, iar cea a pasului simplu de la călcâiul piciorului de contact cu solul la vârful piciorului de impulsie. Numărul de paşi executaţ i pe unitatea de timp (minut) se numeşte cadenţă cadenţă (frecvenţă). Kinematica mersului este în strânsă corelaţ ie ie cu consumul energetic; acesta determină apariţ ia ia

oboselii în mers, fiind în raport de propor ţ ţionalitate i onalitate directă cu amplitudinea mişcărilor centrului de greutate pe verticală şi pe orizontală. Mişcările determinante ale mersului sunt: rotaţ ia ia pelvisului, înclinarea pelvisului, flexia genunchiului, mişcarea piciorului, deplasarea laterală a pelvisului. Desigur că în mers se produc şi alte mişcări, ale trunchiului, capului, balansul braţ elor, elor, dar acestea nu determină kinematica




















Suport de curs

3. ANALIZA ANAL IZA BIOM B IOMECANICA ECANICA A MERSULUI MERSULUI DIN PRISMA PRISMA VECTORILOR VECTORILOR DE DEPLASARE A SEGMENTELOR CORPORALE

1. Miş Mişc ări locomotorii Mişcările de locomoţ ie ie sunt de doua feluri: ciclice si aciclice. In mi şc ările ciclice , fiecare parte a corpului revine în poziţ ia ia iniţ iala, iala, adică căpăta mereu un ciclu asemănător de mişcări. Prin ciclu de mişcări se înţ elege elege totalitatea mişcărilor corpului şi ale segmentelor sale, începând de la o pozi ţ ie ie ini iniţ iala iala oarecare până la poziţ ia ia următoare, identica. Locomoţ ia ia ciclica rezultă din repetarea acestor cicluri uniforme, asemănătoare numite şi “unităţ i de mişcare”. La mers sau la alergare, ciclul este âinilor de de la bărbie înainte, tragerea lor înapoi şi pasul dublu . La înot în ciclu intr ă ducerea mâinilor mişcarea de împingere a picioarelor. In locomo ţ ţiile i ile aciclice nu se produce o repetare succesivă a unor cicluri de mişcări ; executarea mişcărilor aciclice, cum sunt, spre exemplu, săriturile, corpul trece dintr-o poziţ ie ie iniţ iala iala într-una finală, după care mişcarea încetează. Mersul

Mişcarea locomotorie bipeda este o achizi ţ ie ie relativ recentă în evoluţ ia ia filogenetica. Copilul învaţă să meargă după vârsta de un an, când s-a asigurat staţ iunea iunea bipedă. Fiind una din cele mai




















In perioada sprijinului unilateral, membrul inferior care susţ ine ine greutatea corpului se numeşte

picior de sprijin , iar celalalt, picior oscilant . Faze Fazele le pasului dublu dub lu sunt urmatoarele urmatoarele :

Mersul este format dintr-o succesiune de paşi: în analiza biomecanică a mersului se foloseşte pasul dublu, compus din totalitatea mişcărilor care se efectuează între două sprijiniri succesive ale aceluiaşi picior. Pasul dublu este unitatea funcţ ional ională de mişcare în timpul mersului. El se compune din doi paşi simpli şi poate fi descompus pentru studiu în şase faze, din care două, de foarte scurtă durată, au fost numite momente. o

Faza I sau faza de amortizare începe din momentul când piciorul anterior ia contactul cu solul

prin calcâi şi durează până la momentul vertical






















Suport de curs o

Faza a V-a sau momentul verticalei piciorului oscilant – piciorul oscilant trece u şor flexat pe la

verticală, încrucişându-se cu piciorul de sprijin, aflat, de asemenea, la momentul verticalei. o

Faza a VI-a sau pasul anterior al piciorului oscilant, care oscileaz ă de la verticală înainte,

pregătindu-se să ia contact cu solul, adică să înceapă un nou ciclu al pasului dublu. Dintre toate fazele descrise, cea mai importantă pentru mişcarea înainte este cea de impulsie, când for ţ ţa musculaturii acţ ioneaz ionează în direcţ ia ia deplasării corpului. In faza de amortizare se frânează mişcarea progresivă a corpului, reacţ ia ia sprijinului opunându-se deplasării acestuia. Deplasarea prin mers a corpului în spaţ iu iu rezultă din interacţ iunea iunea for ţ ţelor e lor interne, şi anume contracţ ia ia musculaturii, cu for ţ ţe externe care acţ ioneaz ionează în toate fazele mersului şi mai ales la punctele de contact al corpului cu solul. Deşi specificul aparatului locomotor al omului imprimă o for ţă ţă de impuls periodică şi discontinuă, totuşi, în ansamblu, mersul este o mişcare continuă, care prezintă unele oscilaţ ii. ii. Această transformare a impulsului periodic într-o mişcare continuă este rezultatul interacţ iunii iunii cu






















Pasul simplu înseamnă distanţ a dintre călcâiul piciorului de contact cu solul şi vârful piciorului de impulsie; el se realizează în timpul sprijinului bilateral. Lungimea pasului simplu depinde de lungimea membrelor inferioare şi de acţ iunea iunea de impulsie; în medie, el este de 0,63m la bărbat şi de 0,50m la femeie. S-a observat că paşii aceluiaşi individ nu sunt egali între ei; de regulă, pasul este mai lung când membrul inferior stâng serve şte ca sprijin. In toate tempourile de mers, cei doi paşi simplu ai unui pas dublu au, adeseori, lungimi inegale ; pasul mai lung corespunde membrului inferior cu musculatura mai dezvoltat ă. Astfel, la fiecare om, şi mai ales la sportivi, for ţ ţa muscular ă este mai dezvoltată la unul din membrele inferioare. Când omul duce greutăţ i,i, lungimea pasului şi frecvenţ a mersului scad. Frecvenţ a sau ritmul mersului reprezintă numărul de paşi f ăcuţ i într-un minut. Lungimea paşilor este influenţ ată de frecvenţă. De asemenea, talia influenţ ează frecvenţ a, a, ea fiind accelerată la persoanele cu talie submedie. Viteza mersului, adică spaţ iul iul parcurs într-un minut, este egală cu produsul dintre lungimea






















Suport de curs

Fig a

Fig b

De exemplu, în timpul sprijinului mijlociu, vectorul for ţă ţă trece anterior de glezna şi posterior de






















Metoda dinamicii inverse, aplicată în calculul momentelor, permite stabilirea unor relaţ iiii precise între activitatea muscular ă, energie şi momente. In scopul determinării grupei musculare dominante, dintro anumită faz fază a mersului, este necesar ă înţ elegerea elegerea convenţ iilor iilor biomecanice utilizate în determinarea momentelor, aceasta fiind impusă de contradicţ ia ia ce apare în raport cu convenţ ia ia utilizată de specialiştii din domeniul protezării rii şi ortezării (fig.c (fig.c). ). Figura c prezintă convenţ ia ia standard privind momentul unei for ţ e. e. Momentele având sens antiorar , calculate la capetele proximale ale fiecărui segment, sunt considerate pozitive , în timp ce momentele având sensul în sensul acelor de ceas sunt considerate negative. In consecinţă un moment de extensie a genunchiului va fi pozitiv, în timp ce momentele de flexie plantar ă a gleznei sau de extensie a şoldului vor fi negative. Determinarea acestui moment de for ţă la nivelul fiecărei articulaţ iiii furnizează un indicator al efectului net al tuturor for ţ ţelor e lor interne, fiind incluse aici muşchii, ligamentele şi frecarea. Spre deosebire de momentele de la genunchi şi sold, momentele la gleznă prezintă

valori aproape constante de la individ la individ. Variaţ iile iile ce apar la nivelul genunchiului şi şoldului






















Suport de curs

orizontal pe sol, orice altă mişcare, în special cea pe verticală împiedicând atingerea acestui obiectiv, fiind consumatoare de energie. Dacă corpul ar avea roţ i el ar putea evita aceste mi şcării totalitate ceea ce nu se întâmpl ă în cazul utilizării membrelor inferioare ca mijloc de locomoţ ie. ie. Motivul constă în faptul că în fazele de contact cu călcâiul ( heel-strike) şi de desprindere a vârfului piciorului de pe sol (toe-off), cele două picioare formează laturile unui triunghi în timp ce în faza de sprijin mijlociu, piciorul pe care se face sprijinul este vertical. Efectul imediat este coborârea păr ţ ţiii i superioare a corpului, numită în mod obişnuit HAT (head-arms (head-arms-tr -trun unk), k), la contactul cu călcâiul, aceast această faz fază de mers fiind denumită faza de sprijin dublu, ea corespunzând momentului în care ambele picioare vin în contact cu solul, şi ridicarea lui în timpul fazei de sprijin mijlociu (mid-stance).













































Suport de curs

Oscilaţ iile iile bazinului în timpul mersului descriu o traiectorie elicoidală; ele pot fi evidenţ iate iate prin traiectoria descrisă de pubis. Mişcările membrelor superioare sunt sincrone şi opuse mişcărilor membrului inferior de aceeaşi parte ; astfel, când piciorul stâng oscilează înainte, braţ ul ul stâng oscilează înapoi. Ele au rolul de a corecta, în parte, deplasarea centrului general de greutate datorita mi şcărilor efectuate de membrele superioare şi torsiunii trunchiului. Aceste mişcări efectuate de membrele superioare au o amplitudine mică, însă dacă sunt suprimate, mersul este jenat. Astfel, mersul cu mâinile legate la spate, mersul






















Intre fazele piciorului de sprijin şi cele ale piciorului oscilator există o scurtă perioadă de sprijin bilateral, când corpul se sprijină pe sol cu călcâiul piciorului anterior şi cu vârful piciorului posterior. După G. Demeny, durata sprijinului bilateral este în medie de 2/40 – 7/40 de secund ă ; ea se prelungeşte când survine oboseala, constituind un semn obiectiv al acesteia. Piciorul oscilant parcurge fazele sale printr-o pendulare dinapoi-înainte în articula ţ ia ia coxofemurală. Faza pasului posterior se execută din momentul desprinderii vârfului piciorului de pe sol şi






















Suport de curs

a)

In mar şul sportiv, dinamica activităţ iiii musculare arată că efortul principal este depus de către tre

grupele şi lanţ urile urile musculare ale membrelor inferioare şi trunchiului ; restul musculaturii participă în măsur ă mai mică la efortul global. Ceea ce caracterizează mar şul sportiv este asemănarea sa cu mersul obişnuit, cu excepţ ia ia câtorva particularităţ i specifice în cadrul fazelor pasului dublu. Astfel, în faza de amortizare, contactul piciorului cu solul se face pe călcâi, apoi talpa se derulează complet pe sol. Extensia genunchiului la piciorul de impulsie şi pendularea piciorului oscilant se execută mai viguros. In faza de impulsie se






















e)

Mersul înapoi se compune din aceleaşi faze ca şi mersul înainte cu deosebirea că amortizarea

se face pe vârfuri, cu genunchii uşor flexaţ i,i, sprijinul bilateral fiind prelungit în timp ; viteza mersului este scăzuta, iar mersul nesigur, din cauza că lipseşte orientarea în spaţ iu iu pe care o dă vederea la mersul înainte. f)

Mersul prin tatonare sau mersul pe întuneric se caracterizează ca şi mersul înapoi, prin

nesiguranţă, datorită neparticipării analizatorului vizual. Genunchii sunt flexaţ i în toate fazele acestui fel de mers, sprijinul bilateral este prelungit, iar oscilaţ iile iile laterale ale corpului crescute ; viteza
























Suport de curs

-

distribuţ ia ia maselor.






















plan orizontal, trebuie utilizat termenul de centru de masa. Pozi ţ ia ia centrului de masă este dată, de de






















Suport de curs






















momentul startului (al desprinderii). Poziţ ia ia centrului de masă este de asemenea importantă în






















Suport de curs





















































































































































































































Biomecanica Aparatului Locomotor_curs

Recommend Documents