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A. Fusco UNIGE 2013
Università di Genova.Facoltà di Medicina e ChirurgiaCorso di Laurea in Fisioterapia
Immagini relative alcorso di Biomeccanica
A. Fusco UNIGE 2013
La biomeccanica: introduzione
Perché Studiare la biomeccanica?
• Traumatologia:
- Incidenti stradali
- Lesioni dello sportivo
A. Fusco UNIGE 2013
Il movimento
• Lo spostamento può avvenire in due differenti modi:
Traslazione: quando ogni punto del corpo considerato si sposta lungo linee parallele.
Rotazione: quando i punti del corpo considerato descrivono cerchi concentrici intorno ad un asse.
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Descrizione del Movimento
• Osteocinematica
Rotazioni e TraslazioniAssi e piani
(S. Cartesiano)
Flessione, Estensione, Abduzione, Adduzione, Rotazione
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Descrizione del Movimento
• Artrocinematica
Rotazioni e TraslazioniLe superfici articolari
dell’articolazione
•Roll, slide e spin
Convenzione del concavo e convesso
(Mc Connail 1959, Kaltenborn 1989)
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yy
xx
xx
xx
xx
(4,10)(4,10)
(4.5,2)(4.5,2)
(7,6.5)(7,6.5)
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Osteocinematica: la colonna
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Descrizione del Movimento: artrocinematica
• Superfici articolari
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Descrizione del Movimento: artrocinematica
• Superfici articolari
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Descrizione del Movimento: artrocinematica
• Superfici articolari
Possono essere immaginate come superfici ovoidali o a sella.
I gradi di curvatura variano di molto tra le stesse articolazioni di differenti soggetti
Non esistono articolazioni con superfici realmente piane.
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Quando una superficie concava si muove su di una superficie convessa si verifica un movimento di roll e slide nella stessa direzione
Quando una superficie convessa si muove su di una superficie concava si verifica un movimento di roll e slide in direzioni opposte.
Descrizione del Movimento: artrocinematica La convenzione concavo-convesso
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Descrizione del Movimento: artrocinematica
• Roll, Slide e SpinRoll: si verifica quando i punti sulla superficie di un
capo osseo entrano in contatto con i punti della superficie dell’altro capo osseo nello stesso intervallo.
Slide: si verifica quando solo un punto della superficie del capo osseo in movimento entra in contatto con vari punti della superficie opposta.
Spin: movimento rotatorio attorno ad un asse meccanico*.
*Linea passante per il capo osseo in movimento, orientata perpendicolarmente al centro della superficie articolare del capo osseo immobile
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Descrizione del Movimento: artrocinematica
• Swing e glideSwing (pendolo): si verifica quando
alcuni punti sulla superficie di un capo osseo prendono contatto con alcuni punti della superficie dell’altro capo osseo ed altri lo perdono.
Glide: si verifica quando i punti della superficie del capo osseo in movimento entrano in contatto successivo con vari punti della superficie opposta.
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Descrizione del Movimento: artrocinematica
• Roll e Slide
Nei movimenti fisiologici questi movimenti sono accoppiati.
I movimenti puri di slide provocano un impingement
I movimenti puri di roll provocano la dislocazione
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• Centro di rotazione istantaneo.
Durante il movimento articolare il centro di rotazione cambia istante per istante.
Descrizione del Movimento: artrocinematica
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La cartilagine articolare
caratteristiche:• Spessore variabile 1.5mm 5mm
• Colore bianco lucido giallo opaco
• Non contiene vasi
• Non è innervata
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La cartilagine articolare
Struttura e composizione
• Cellule condrociti
acqua (75%) • Matrice extracellulare le fibre collagene
proteoglicani
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La cartilagine articolare Disposizione nell’ambito della cartilagine articolare del collagene (A), dei
proteoglicani (B) e dei condrociti (C).
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La cartilagine articolare
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La cartilagine articolare
Il collagene
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La cartilagine articolare
Il collagene• Il diametro ed orientamento delle fibre nelle cartilagini
articolari cambia con la distanza della superficie articolare.
• Zona superficiale: il diametro è circa 300nm. Organizzazione a fogli paralleli alla superfice articolare, costituisce 10-20% del volume della matrice.
• Zona transizionale: il diametro varia tra 30 e 60nm, questa zona costituisce il 40-60% del volume della matrice e le fibre sono disposte in modo casuale.
• Zona profonda: 30%del volume della matrice e le fibre sono disposte in modo radiale
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La cartilagine articolare I proteoglicani
Lo ialuronato raccorda tra loro i vari proteoglicani formando degli aggregati di multimolecole.
Aggrecan: large aggregating chondroitinsulphate proteoglycan
Aggrecan = 10%del peso secco
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La cartilagine articolare
Compressione
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La cartilagine articolare
Caratteristiche meccaniche• La CA si comporta come un materiale viscoelastico• associano le proprietà elastiche e viscose• Si deformano in modo non lineare e ritornano alla forma e dimensione
originaria in modo non lineare
Tempo Spessore cartilagine Forza applicata
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La cartilagine articolare Tensione
Le fibre collagene sono gli elementi più resistenti alla tensione nei tessuti connettivi. La loro presenza nella cartilagine articolare è indicativa del fatto che si possa verificare degli stress in tensione.
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Il disco intervertebrale
La sua capacità di trasmettere e distribuire il carico dipende dalla sua anatomia e dalla sua composizione chimica
I carichi sono in compressione e o torsione
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Il disco intervertebrale
Il disco è una fibrocartilagine avascolare, costituito da cellule (5800 cells/mm³) e matrice extracellulare.
Strutture: nucleo polposo, anello fibroso, piatto cartilagineo.
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Il disco intervertebrale
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Il disco intervertebrale
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Il disco intervertebrale
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I legamenti e la capsula articolazione
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I legamenti e la capsula Struttura e
composizione.
A) Legamento: hanno una forma simile ad una bandeletta allungata (intra/extra articolari)
• Guidano/limitano B) Capsula fibrosa:
costituita da varie bandelette con direzioni diverse, costituisce una sorta di involucro.
• Stabilizzano
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I legamenti e la capsula Biomeccanica• Tessuto viscoelastico con caratteristiche influenzate dalla
composizione e dalla organizzazione strutturale.• Caratterizzato dalla tipica curva stress-strain
elastina ++
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I legamenti e la capsula Stress-Rilassamento
Un’azione deformante costante induce un grosso stress iniziale seguito da un diminuzione dello stress, in funzione del tempo, per mantenere la deformazione
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I legamenti e la capsula
Deformazione (Creep)Un carico costante induce una deformazione continua che tende a stabilizzarsi in funzione del tempo
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I legamenti e la capsula Isteresi
Un caratteristica importante dei tessuti viscoelastici è la dissipazione dell’energia. Quando viene rimosso il carico dal tessuto ritorna alla lunghezza iniziale descrivendo una curva diversa
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Il tendine Struttura e composizione
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MLCM (Hagenaars et al 2002)“multidimensional load and carryability model”
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Tipi di contrazioneconcentrica: F>R eccentrica: F<R isometrica: F=R
Senso della forza muscolare
Senso dello spostamento
Senso della forza muscolare
Senso della forza muscolare
Senso dello spostamento
Nessuno spostamento
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Tipi di contrazioneconcentrica: F>R eccentrica: F<R isometrica: F=R
Senso della forza muscolare
Senso dello spostamento
Senso della forza muscolare
Senso della forza muscolare
Senso dello spostamento
Nessuno spostamento
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Il muscolo
Ampiezza/contrazione.
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Il muscolo
Forza-lunghezza del muscolo.
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Il muscolo
Forza-velocità del muscolo.
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ClinicaAmpiezza movimento:
Corsa interna vs. esterna
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