24

2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

  • Upload
    others

  • View
    50

  • Download
    4

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja
Page 2: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

17

2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG

SISTEMA ČOVEKA

Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja živih sostema.

Biomehanika je MEHANIKA ŽIVIH SISTEMA.

Lokomotorni sistem omogućuje čoveku da se kreće u prostoru. U kretanju učestvuju dve vrste elemenata lokomotornog sistema:

pasivni elementi - kosti i zglobovi (60% težine, 40% zapremine)

aktivni elementi - mišići (40% težine, 60% zapremine)

Page 3: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

1

1

8

Page 4: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

19

2. BIOMEHANIKA

LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA

1. ELEMENTI LOKOMOTORNOG SISTEMA kosti, zglobovi, mišići

2. FUNKCIONISANJE LOKOMOTORNOG SISTEMA poluge i sistemi poluga

model funkcionisanja lokomotornog sistema

3. REALNI SISTEMI elastičnost i elastične deformacije

funkcionalna adaptacija kostiju

Page 5: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

20

2.1. ELEMENTI LOKOMOTORNOG SISTEMA

2.1.1. KOSTI

Podela:

Kratke kosti (kosti šake, stopala, kičmeni pršljenovi)

Duge kosti Sastoje se od srednjeg dela (dijafiza i okrajaka

(epifiza) koji su prokriveni hrskavicom i ulaze u sastav zglobova.

Pljosnate kosti (kosti lobanje, karlične i grudne kosti)

Nepravilne kosti nemaju ni jedan od parametara koji su nam poslužili u prethodnoj podeli. To su kosti lica i kičmeni pršljenovi.

Pneumatične kosti imaju u svojoj strukturi šupljine ispunjene vazduhom (primer: mastoidni nastavak slepoočne kosti).

Sezamoidne kosti podsećaju svojim oblikom na seme susama. Razvijaju se u tetivama nekih mišića, najčešće u predelu zglobova (primer: čašica – patela).

Page 6: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

21

(mozak, srce,

Funkcija:

održavanje organizma u odreñenom položaju

hodanje i druge vrste kretanja organizma

zaštita osetljivih delova i vitalnih organa pluća)

stovarište za odreñene hemijske elemente koje organizam može koristiti po potrebi

ishrana organizma (zubi)

transmisija zvuka (kosti srednjeg uha - jedine kosti koje tokom celog života čoveka zadržavaju veličinu koju su imale pre roñenja)

Page 7: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

Sastav i struktura kosti

Kolagen - organski materijal (oko 60% zapremine i 40% težine kostiju) obezbeñuje elastičnost kostiju.

Minerali - neorganski deo (oko 40% zapremine i 60% težine) koji kostima daje neophodnu čvrstinu; neorganski kristali hidroksilapatita Ca10(PO4)6(OH)2, oblika štapića dijametra od 2 - 7 nm i dužine od 5 - 10 nm, ukupne površine kod odraslog čoveka oko 4x105 m2; oko svakog kristala nalazi se sloj vode bogate mnogim hemijskim jedinjenjima potrebnim ljudskom organizmu.

Ako se kost potopi u kiselinu dolazi do rastvaranja minerala i ostaje samo kolagen koji ima osobine viskoelastičnih materijala i ponaša se kao guma. Ukoliko se kost upali kolagen će sagoreti. Kost sada predstavljaju slabo povezani kristali minerala koji zadržavaju oblik, ali će se na najmanji dodir raspasti u pepeo.

22

Page 8: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

23

Ogroman procenat koštanog tkiva je inertan, ali to ne znači da je kost mrtva. Oko 2% koštanog tkiva predstavljaju osteociti - ćelije koje se, kao i sve druge žive ćelije, snabdevaju elementima potrebnim za njihovo funkcionisanje putem krvi. Rasporeñene su ravnomerno unutar kosti (u kolagenu) tako da održavaju kost u zdravom stanju.

Koštane ćelije se u neprekidnom procesu uništavaju (osteoklasti) i ponovo stvaraju (osteoblasti); u periodu od oko sedam godina koštane ćelije celog kostura bivaju obnovljene.

osteoporoza

Page 9: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

Svaka kost je sastavljena od sledećih struktura: kompaktne i sunđeraste.

Kompaktni deo kosti se nalazi na mestu koje je izloženo dejstvu sporadičnih

spoljnjih sila različitog intenziteta, kao što je srednji deo femura.

F F F

F

a b c

Sunđerasta struktura kosti karakteristična je za delove koji ulaze zglob.

Prednost ovakve strukture u odnosu na kompaktnu strukturu je da:

dejstvu sila u zglobovima pružaju neophodan otpor sa manje materijala

zbog veće fleksibilnosti mogu da apsorbuju više energije i kompenzuju dejstvo

sila 24

linije

kompresije

linije tenzije

težina tela

sunñerasti deo kosti

kompaktni deo kosti

Page 10: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

25

Page 11: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

2.1.2. ZGLOBOVI

Zglob predstavlja skup koštano-hrskavičavih materijala pomoću kojih se kosti meñusobno zglobljuju.

Sinartroza je kontinuirani spoj izmeñu kostiju. Na mestu spajanja elemenata skeleta čitav prostor je ispunjen potpornim tkivom, koje može biti vezivno ili hrskavičavo.

Diartroza je spoj sa prekidom kontinuiteta izmeñu kostiju, do kojeg je došlo usled formiranja šupljine u dubini spoja.

Diartroze čini grupa zglobova koje nazivamo sinovijalni zglobovi.

Page 12: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

glava kosti

čašica

sinovijalna membrana

sinovijalna tečnost

hrskavica

Elementi pokretnog zgloba.

•U sastav pokretnog zgloba ulaze: krajevi

(okrajci) kostiju od kojih je jedan ispupčen -

glava kosti, a drugi udubljen - čašica.

•Krajevi kostiju su obloženi hrskavicom i

odvojeni zglobnom šupljinom.

•U šupljini se nalazi bezbojna sluzava tečnost -

sinovija, koja je obuhvaćena sinovijalnom

membranom.

•U sastav zgloba ulaze još i zglobne veze -

ligamenti.

•Pri pokretima postoji trenje izmeñu okrajaka

kostiju.

•Površina hrskavice koja prekriva okrajak

kosti je glatka.

•Da bi se trenje dalje smanjilo, izmeñu

okrajaka kostiju u sastavu zgloba nalazi se

sinovijalna tečnost, koja "podmazuje" zglob.

•Koeficijent trenja u zglobu ima vrednost

manju od 0,01.

Page 13: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

ODREĐIVANJE KOEFICIJENTA TRENJA

zglob

teret

Odreñivanje koeficijenta trenja u zglobu pomoću klatna (predložili su 1969.

godine Litl, Frimen i Svonson (Little, Freeman & Swanson)).

Page 14: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

ROTACIJA ZGLOBOVA

Pokretni zglobovi mogu da rotiraju oko jedne, dve ili tri ose (odnosno, praktično oko beskonačno mnogo osa).

Jednoosni zglobovi mogu da rotiraju oko jedne ose (zglob lakta:humero-ulnarni, zglob kolena, zglobovi prstiju).

Zglobne površine dvoosnog zgloba imaju elipsoidni ili sedlasti oblik, koji im obezbeñuje veću pokretljivost pri rotaciji oko dve uzajamno normalne ose (zglob stopala, zglob korena šake).

Loptasti oblik glave omogućuje rotaciju oko tri meñusobno ortogonalne ose (zglob kuka i ramena)

A B

X'

X

Y' A

X

X'

Y

A B

X'

X

Y Y'

Z

Z' (a) (b) (c)

Modeli jednoosnog (a), dvoosnog (b) i troosnog (c) zgloba.

Page 15: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja
Page 16: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja
Page 17: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja
Page 18: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

MIŠIĆI – OSNOVNE KARAKTERISTIKE

U telu čoveka postoji preko 630

mišića (oko 40% težine tela).

30 od njih su facijalni mišići.

Oni nam pomažu da kreiramo sve

moguće izraze lica: srećno,

iznenañeno, zadovoljno, ljuto,

nesrećno, tužno, uplašeno,...

Najzaposleniji mišići u telu su oni

koji okružuju oko. Pokreću se

preko 100.000 puta na dan.

Najveći mišić u telu je gluteus

maximus (vaš tur).

2.1.3. MIŠIĆI

Page 19: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

Funkcija mišića je da pomera telo. Bez mišića ne bismo mogli da

pomeramo skelet. Ne bi postojao način da se animira fizičko telo ni da

se izgovori misao. Ne bi smo bili sposobni da trepćemo, varimo hranu,

dišemo. Naše srce ne bi moglo da pumpa krv. Ne bi smo mogli da se

smejemo, uriniramo, izbacujemo fekalije, ili da izduvamo svoj nos.

MIŠIĆI – OSNOVNA FUNKCIJA

Page 20: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

VRSTE MIŠIĆA

Prema strukturi mišićno tkivo se deli na: glatko i poprečno prugasto.

Glatki mišići: zovu se još i nevoljni, jer NISU pod svesnom kontrolom. Nevoljni u ovom slučaju znači da “ne morate da mislite o njima”. Mogu se naći u unutrašnjim organima – digestivni trakt, respiratorni prolazi, urinarni trakt i bešika, žučna kesa, zidovi limfnih i krvnih sudova,...

Poprečno-prugasti mišići: zovu se još i voljni, jer su pod svesnom kontrolom. To možemo opisati na sledeći način: ako kažeš ruci “ruko, pomeri se” ona se pomera.

Osnovna podela poprečno-prugastih mišića: skeletni mišići i srčani mišić

od tri Prema svojoj funkciji svaki mišić pripada jednoj kategorije: glatkim, skeletnim, ili srčanim mišićima.

Page 21: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

Skeletni mišići

aktivni elementi lokomotornog sistema

Skeletni mišići predstavljaju aktivne elemente lokomotornog sistema jer se na njihovim krajevima generišu sile prilikom njihove kontrakcije. Uzrok ovih sila vezuje se za generisanje električnih impulsa koji se prostiru duž motornih nerava iz kičmene moždine i, delujući na mišićna vlakna, izazivaju njihovu kontrakciju. Ove sile su, dakle, u osnovi električnog porekla.

Preko tetiva, koje povezuju mišiće sa kostima, sile deluju na kosti i omogućuju njihove pokrete. Vezivanje može biti jednostruko ili višestruko (dvostruko - bicepsi, trostruko - tricepsi, ...).

Page 22: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

Struktura skeletnih mišića

Skeletni mišići se sastoje od vlakana debljine manje od debljine dlake (dijametra 20 - 80 nm), dužine nekoliko santimetara. Svako vlakno je omotano membranom debljine 0,01 nm.

Vlakna koja formiraju skeletni mišić sastoje se od tankih kontraktilnih niti - miofibrila, kojih u jednom vlaknu može biti izmeñu 1000 i 2000.

Page 23: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

Struktura miofibrila - sarkomere

Miofibrile su po dužini podeljene na sarkomere. Ukupna dužina jedne sarkomere iznosi 2,2 m.

Sarkomeru formiraju dve vrste proteinskih niti. Deblje niti, dijametra 10 nm i dužine 1500 nm, načinjene su od proteina miozina, dok su tanje niti dijametra 5 nm i dužine 1000 nm načinjene od proteina aktina. Z predstavlja granicu izmeñu sarkomera.

M je protein velike elektronske gustine, koji povezuje miozinske niti i održava njihov položaj. U procesu mišićne kontrakcije stepen prekrivanja aktinskih i miozinskih niti se menja, a samim tim i dužina sarkomere. Sa promenom dužine sarkomere menja se i mišićni tonus.

Z Z

sarkomera

M

100

aktinske niti miozinske niti

Šematski prikaz strukture

sarkomere.

(%)

1 2 3

l (m)

0

Zavisnost normalnog napona mišića od

dužine sarkomere

Page 24: 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG - physics.kg.ac.rsphysics.kg.ac.rs/stari/content/VZbn7AAC7g.pdf · 2. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA ČOVEKA Biomehanika izučava osobine i zakone kretanja

Mehanizam mišićne kontrakcije

Izometrička (statička) kontrakcija -

dužina napregnutog mišića se ne menja,

tako da se, termodinamički posmatrano,

utrošena hemijska energija transformiše

samo u toplotu.

Izotonička (dinamička) kontrakcija -

mišić se skraćuje, dolazi do pomeranja

tela, ali napregnutost mišića ostaje

nepromenjena. U procesu izotoničke

kontrakcije hemijska energija se

delimično troši na vršenje rada, a jedan

deo se transformiše u toplotu.

Realna kontrakcija mišića je kombina-cija

ovih dveju vrsta kontrakcije.

Najveća i najmanja dužina mišića stoje u

odnosu 1 : 2.