Biomechanika

Zajmuje się badaniem struktury i

funkcji systemów biologicznych z
zastosowaniem metod mechaniki

Biomechanika

Nauka zajmująca się działaniem

wewnętrznych i zewnętrznych sił na
ciało – strukturę biologiczną istot
żywych oraz skutkami tych działań

Siły wewnętrzne – siły generowane
przez mięśnie (siłowniki) działające w
systemie kości (dźwigni) i stawów
(połączeń)

Sił zewnętrzne - grawitacja

Od pobudzenia do pracy
mechanicznej

Impuls nerwowy wyzwala potencjał

czynnościowy mięśnia – dochodzi
do wyzwolenia energii chemicznej –
zamiana na pracę mechaniczną –
towarzyszy temu wytworzenie
energii cieplnej

Przedmiot biomechaniki

Identyfikacja potencjału ruchowego
człowieka

Rodzaje ruchów

Parametry

Ogólne

Szczegółowe

Kinetyczne

Dynamiczne

Lokomocyjne

Uderzenia

Czas

Siła

Robocze

Pchnięcia

Droga

Moment siły

Obronne

Rzuty

Prędkość

Moc

Odbicia

Przyśpieszenie

Praca

Amortyzacja

(tempo, rytm)

Energia

Usprawniająco-

lecznicze

Przedmiot biomechaniki

Identyfikacja i optymalizacja
struktury ruchów człowieka

Technika sportowa – domena badań

biomechnicznych

Biomechanika kliniczna

Opisuje oraz analizuje zjawiska

ruchu i równowagi w zakresie, w

jakim odzwierciedlają one

działanie sił mechanicznych

Statyka
Dynamika

Problemy biomechaniki

Niejednorodne morfologicznie ciało
ludzkie (np. kształt kończyn)
Fizjologiczne, a nie tylko
mechaniczne właściwości tkanek
Złożoność zjawisk motorycznych,
np. chód

Zasady biomechaniki

Obiektywna, a nie fałszowana
obserwacja i wiarygodny zapis
ruchu
Obiektywna analiza sił wywołująca
ten ruch

Podstawowe czynności
mięśni

Czynności

Naprężenie (U)

Brak zmiany

Statyczna

Statyka

Izometryczna

Skracanie

Dynamika

Wydłużenie

Zmiana długości

mięśnia (

Warunki

wyzwalania sił

(F)

Stosunek momentu

mięśniowego (Mm) do

zewnętrznego (Mz)

m

=

z

Koncentryczna,

czyli pokonująca

Auksotoniczne,

czyli mieszane

m >

z

Ekscentryczna,

czyli ustępująca

m <

z

Czynności statyczne

Stabilizacja –

unieruchomiony przyczep

początkowy pozwala na ruch w kolejnym stawie
w miejscu przyczepu końcowego

Zrównowarzenie sił zewnętrznych –

utrzymywanie przedmiotu lub segmentu ciała

Wzmocnienie układu biernego –

przy

obciążeniu wzmocnienie torebki stawowej i
więzadeł

Czynności dynamiczne

Suma momentów sił mięśniowych
jest większa od przeciwnie
skierowanej sumy momentów sił
zewnętrznych - koncentryczna
Suma momentów sił mięśniowych
jest mniejsza od przeciwnie
skierowanej sumy momentów sił
zewnętrznych – ekscentryczna

przykłady – unoszenie

kończyny i przysiad

Mechaniczne właściwości

materiałów

Wytrzymałość
Twardość
Sprężystość
Plastyczność
Elastyczność

Wytrzymałość

Zjawiska zachodzące w materiale pod
wpływem sił zewnętrznym



Rozciąganie (siły skierowane na zewnątrz ciała)



Ściskanie (siły skierowane do wewnątrz ciała)



Ścinanie (siła działa w płaszczyźnie przekroju
elementu)



Zginanie (para sił działająca w płaszczyźnie przekroju
wzdłużnego materiału)



Skręcanie (para sił działająca w płaszczyźnie
przekroju poprzecznego materiału wytwarzająca
moment skręcający)

Twardość

Podatność lub odporność na
odkształcanie się materiału

Sprężystość

Odzyskiwanie pierwotnego kształtu
i wymiarów po usunięciu sił
zewnętrznych wywołujących
odkształcenie

Plastyczność

Zdolność materiałów do ulegania
nieodwracalnym odkształceniom
pod wpływem sił zewnętrznych

Elastyczność

Jest to zdolność materiału do
odkształcenia postaciowego i po
odjęciu siły odkształcającej materiał
poddany działaniu siły ulega
powrotowi do początkowych
wymiarów i kształtów w 100%.

Kości

Prawo Wolffa:

Kość samoistnie zmienia kształt w

warunkach normalnych i

patologicznych, aby wytrzymać

maksymalny ucisk przy minimalnym

wydatku tkanki kostnej

Wady i zalety – wzrost i zanik kości

lub rozrost

Cechy fizyczne kości

Sprężystość – możliwość
deformacji kości bez jej złamania,
ale i elastyczność
Wytrzymałość – wskazuje na siłę,
która działając na jednostkę
przekroju poprzecznego, powoduje
jej złamanie lub niewydolność

Prawo Hooke’a

Istnieje stała arytmetyczna

zależność między siłą a
wydłużeniem

Ciało jest doskonale elastyczne

wtedy, gdy każda jednostka siły
wywołuje analogiczną i stałą
jednostkę wydłużenia

Moduł elastyczności

Younga

Jest to teoretyczna siła, która

działając na jednostkę przekroju
poprzecznego struktury, podwaja
jego pierwotną długość

Dla kości 2000kg/mm

2

Wytrzymałość

Ucisk (kompresja) 12-16 kg/mm

2



Statyczny



Dynamiczny mv

2

/2

Rozciąganie 10-12 kg/mm

2

Siły ścinające i zginające
(k.piszczelowa 400-600 kg
Skręcenie

Teoria ekscentrycznie

obciążonej kolumny

Jeżeli długość kolumny znacznie

przekracza jej średnicę, to każde
obciążenie kolumny nie jest ściśle
koncentryczne i na skutek
pionowego obciążenia kolumny
dochodzi do jej pewnych
wygięciowych deformacji.

Kość udowa

W płaszczyźnie czołowej deformacja na
2/3 górnej długości kości w kształcie
cosinusoidy. Beleczki kostne gęstnieją
w przyśrodkowej części trzonu.
W płaszczyźnie strzałkowej deformacja
na całej długości w kształcie
cosinusoidy. Beleczki kostne gęstnieją
w tylnej części trzonu.

Kość piszczelowa

W płaszczyźnie strzałkowej
deformacja na całej długości.
W płaszczyźnie czołowej
deformacja o długości równej
połowie długości kości z
maksymalnym wygięciem w środku
długości kończyny.

Wpływ mięśni na

znoszenie obciążeń

grawitacyjnych

deformujących kości

Rola tractus ilio-tibialis w
staniu na jednej nodze
Mięśnie jednostawowe
Mięśnie dwustawowe

Funkcjonalna adaptacja

kości w stanach

patologicznych

Absorpcja Loosera i zł.zmęczeniowe
Złamanie marszowe
Kość osteoporotyczna
Stany porażenia mięśni
Amputacja kkd u młodych osobników
Krzywica i osteomalacja

Stany pourazowe

1914 Zondeck wykazał, że funkcjonalna

przebudowa kostniny w kość plecioną
zachodzi tylko podczas używania
kończyny.

W źle złożonych złamaniach dochodzi

do tworzenia się masywniejszej
kostniny po wklęsłej stronie
zniekształcenia, gdzie ucisk jest
największy.

Angulacja

(zrost nieprawidłowy)

W płaszczyźnie strzałkowej i/lub

czołowej pod wpływem bodźca
(naprężenia i kompresja) może w
pewnych granicach skorygować
zniekształcenia powstałe w wyniku
angulacji.

W płaszczyźnie poprzecznej taka

korekcja jest niemożliwa.

Chrząstka stawowa

Jest w dużym zakresie rozciągliwa
w kierunku ruchu stawu

Obciążenie chrząstki i czas jego
trwania

Mięśnie

Elastyczność

Kurczliwość

SFTR

S – sagittal – strzałkowa
F – frontal – czołowa
T – transverse – poprzeczna

Pozycja wyjściowa – neutralne 0
Po lewej stronie zapis ruchu od ciała,

po prawej zapis ruchu do ciała

Zgięcie – flexio

Prostowanie – extensio

Odwodzenie – abductio

Przywodzenie - adductio

Typy ruchu stawowego

Ruch ślizgowy (np. śródręczno-

paliczkowy, łopatka
Ruch toczenia się (kołyskowy) np.

st. kolanowy
Ruch toczenia kombinowany z

ruchem ślizgowym
Ruch rotacji osiowej (st.

promieniowo-ramienny)

Stopnie swobody ruchu

Jeden stopień – stawy zawiasowe

Dwa stopnie – staw kolanowy

Trzy stopnie – staw barkowy,
biodrowy

Łańcuchy kinematyczne

Otwarty

Zamknięty