Biomechanika - nauka o żywych mechanizmach, nauka która zajmuje się badaniem struktury ruchu organizmów żywych, a szczególności człowieka.

Cele biomechaniki: badanie przyczyn i skutków ruchu

Bierny aparat ruchu:

• Kości tworzą dźwignie

• Stawy - punkt podparcia dźwigni

• Funkcja lokomocyjna, podtrzymująca, ochronna, amortyzacyjna( budowa stopy, naturalne, krzywizny kręgosłupa, krążki międzykręgowe

Płaszczyzny:

Strzałkowa - zginanie i prostowanie, skłony w przód i tył

Czołowa - przywodzenie , odwodzenie, skłony boczne

Poprzeczna- rotacja

Osie

Tor ruchu:

• Prostoliniowy, v = const. , a=0 , F=0

• Krzywoliniowy , a = różne od 0

I zasada dynamiki Newtona

Ciało pozostaje w równowadze jeżeli działające na niego siły równoważą się

• Jeżeli ciało było w spoczynku- pozostaje w nim

• Jeżeli było w ruchu- porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym

• F=const.

II zasada dynamiki

Jeżeli siły działające na ciało nie równoważą się ( czyli siła wypadkowa Fwjest różna od zera) to ciało porusza się ruchem zmiennym z przyspieszeniem którego wartość jest wprost proporcjonalna do siły wypadkowej Fw

F=m _x a

III zasada dynamiki

Oddziaływania ciał są zawsze wzajemne.

Siły wzajemnego oddziaływania dwóch ciał mają:

• Takie same wartości

• Taki sam kierunek

• Przeciwne zwroty

• Różne punkty przyłożenia

Człon - sztywny element ciała ludzkiego w postaci kości przystosowany do ruchu obrotowego. Może wykonywać 6 ruchów: posuwisto zwrotne i obrotowe - względem 3 osi współrzędnych. Ale połączenie 2 członów w parę ogranicza wykonanie ruchów obrotowych.

Para biokinematyczna ruchome połączenie 2 lub więcej członów - wzajemnie ograniczające ich ruchy względne. Ruchome połączenia występują gdy istnieje między nimi stale co najmniej 1 punkt wspólny oraz gdy ruch względny członów wynosi co najmniej 5kg. Za pary biokinematyczne uznaje się stawy, a nie uznaje się połączeń kości za pomocą więzozrostów.

Stopień swobody - niezależny ruch względny danego członu w stawie.

Liczba stopni swobody - liczba niezależnych parametrow określających dowolne położenie członu łańcucha biokinematycznego lub biomechanizm.

Klasa pary biokinematycznej - liczba odjętych stopni swobody w ruchu względnym członów z których każdy może mieć max 6 stopni swobody w przestrzeni. Każde położenie członu jest określane w przestrzeni za pomocą 6 parametrów. 3 z nich to współrzędne dowolnego punktu względem osi x, y, z, a 3 kolejne określaja kąt obrotu α, ß, ÿ.

Pary biokinematyczne

• Postępowe

• Śrubowe

• Obrotowe

U człowieka w układzie kostno- stawowym wystepują tylko pary obrotowe i w niektórych stawach także śrubowe ( klasa III, IV, V )

Pary klasy V

• Zginanie, prostowanie w płaszczyźnie strzałkowej

• Ruch obrotowy w płaszczyźnie poprzecznej

• Wystepuje w stawach zawiasowych, śrubowych, obrotowych

Pary klasy IV:

• Zginanie i prostowanie w płaszczyźnie strzałkowej

• Przywodzenie i odwodzenie w płaszczyźnie czołowej

• Występują w stawach eliptycznych, siodełkowatych - nadgarstka

Pary klasy III:

• Zginanie i prostowanie w płaszczyźnie strzałkowej

• Przywodzenie i odwodzenie

• Nawracanie, odwracanie

• Występują w stawach kulistych wolnych, kulistych nieregularnych,

Łańcuch biokinematyczny - spójny zespół członów połączony w pary biokinematyczne:

• Łańcuchy otwarte - jeżeli końcowe ogniwo jest wolne np. kończyny

• Łańcuch zamknięty - jeżeli końcowe ogniwo nie jest wolne np. połączenia żeber z kręgosłupem

BIOMECHANIZM - łańcuch biokinematyczny wykonujący ruch określony względem jego podstawy. Przykłady mogą stanowić KG, KD, stopy, tułów - Łańcuchy biokinematyczne stają się biomechanizmami w wyniku działania na nie złożonej struktury mięśniowej.

Liczba stopni swobody dowolnego odcinka całego ciała określa się wzorem

W= 6n - i pi

n- liczba członów ruchomych

W - ruchliwość

i - klasa pary

pi - liczba par danej klasy

W= 6 x 22 - [1 x 3 + 1 x 4 + 1 x 4 + 4 x 4] + 15 x 5

W = 135 - (27+15) 135

Dźwiganie

1. 
   
   jednostronne - jednoramienne, jest ich najwięcej, siły mięśniowe i siły mięśniowe działają w różne strony ale przyłożone są po jednej stronie punktu podparcia. Siła reakcji w osi obrotu jest równa geometrycznej różnicy sił.

2. dwustronne - obie grupy sił działają w jednym kierunku a oś stawu znajduje się między punktami przyłożenia sił. Siła reakcji równa się sumie geometrycznej obu wypadkowych sił.

Układ dźwigni jest w równowadze, jeżeli siły, momenty sił działających na ten układ równoważą się, czyli ich sumy wektorowe są równe 0.

Równowaga dźwigni:

m₁ =m₂

Q₁=mg

Q₁=Q₂

Qr=Q₁+Q₂

m_{2 >} m₁

Q_{1 <} Q₂

Wyróżniamy układy sił:

• liniowy - kiedy wszystkie siły leżą na jednej prostej, wartość równowagi: Σ F=0

• równoległy płaski - wszystkie siły są równoległe , leżą w jednej płaszczyźnie, ale nie leżą na jednej prostej, wartość równowagi : Σ F=0 M=0

• centralny płaski - wszystkie siły leżą w jednej płaszczyźnie i przechodzą przez początek układu współrzędnych nie wywołując momentu obrotowego, wartość równowagi ; Σ F₁x = 0

Σ F₁y = 0

• obrotowy płaski - siły działają w jednej płaszczyźnie ale maja dowolne punkty zaczepienia

MODEL STRUKTURY KOŃCZYNY GÓRNEJ

Staw ramienny (kulisty)

• para klasy III, połączenia łopatki i kości ramiennej - połączenie to umożliwia tzry niezależne ruchy kości ramiennej względem łopatki

• płaszczyzna strzałkowa: zginanie i prostowanie

• płaszczyzna czołowa :odwodzenie i przywodzenie ( 90 * )

• płaszczyzna poprzeczna: skręty ramienia do wewnątrz i na zewnątrz

Staw łokciowy( złożony)

• połączenie kości ramiennej, łokciowej i promieniowej umożliwia ruch zginani i prostowania w pł. Strzałkowej, ruch nawracania i odwracania przedramienia wraz z ręką w pł. Poprzecznej(para klasy IV)

• w jego skład wchodzą;

1. staw ramienno - łokciowy - (zawiasowy) , połączenia k. ramiennej i k. łokciowej( bloczek k. ramiennej i wcięcie bloczkowe k. łokciowej) umożliwia ruch zginania i prostowania w pł. Strzałkowej ( para kl V)

2. staw ramienno - promieniowy( zawiasowo - obrotowy) - połączenia kości ramiennej i promieniowej( główka kości ramiennej i dołek głowy k. promieniowej) jest to para kl IV, umożliwia 2 niezależne ruchy: zginania i prostowania w pł. strzałkowej , obracanie głowy kości promieniowej w stosunku do główki k. ramiennej - pł. Poprzeczna

3. staw łokciowo - promieniowy ( obrotowo - sprzężony) połączenie k. łokciowej i promieniowej)

4. łokciowo promieniowy dalszy - obrót stawowy głowy k. łokciowej i wcięcie łokciowe k. promieniowej. Staw stanowi parę kl. V umożliwiającą ruchy nawracania przedramienia(pronacja) i odwracanie( supinacja)

Staw promieniowo - nadgarstkowy(eliptyczny)

• tworzą powierzchnia nadgarstkoa k. promieniowej i krążek stawowy. Głowę stanowią k. pierwszego szrzegu nadgarstka z wyjątkiem k. grochowatej.

• W stawie wykonywane są 2 niezależne ruchy ( para biokinematyczne kl IV): zginanie i prostowanie ręki( pł. strzałkowa) , przywodzenie i odwodzenie ręki( pł. czołowa)

Połączenie 1 i 2 szeregu kości nadgarstka

Staw śródnadgarstkowy( dalszy reki)

• Utworzony przez 1 i 2 szereg k. nadgarstka i umożliwia on wykonywanie ruchu zginania i prostowania ręki

• Stawy międzynadgarstkowe - półścisłe

• Nadgarstkowo - śródręczne ( półścisłe)

• Międzyśródręczne ( półścisłe)

• Nadgarstkowo - śródręczny kciuka (siodełkowaty)

• Śródręczno - paliczkow (kuliste)

• Śródręczno - paliczkowy kciuka (zawiasowy)

• Międzypaliczkowe ( zawiasowe)

---