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