11
OSNOVE BIOMEDICINSKOG INŽENJERSTVA Handout 2 2012/2013 1 BIOMEHANIKA SKELETNO-MIŠIĆNOG SISTEMA Biomehanika predstavlja oblast biofizike koja izučava mehanička svojstva i ponašanja ljudskog organizma i njegovog kretanja. Postoje različite oblasti biomedicine u kojima se primenjuje biomehanika: Medicinska biomehanika ispitivanje kinematike i dinamike zdravog i bolesnog čoveka, mehaničkih svojstava organa i tkiva. Tehnička biomehanika – ispitivanje biomehaničkih sistema radi rešavanja specifičnih problema u tehnici. Biomehanika sporta ispitivanje mehanike skeletno-mišidnog sistema čoveka radi poboljšanja rezultata u treninzima, takmičenjima. Biomehanika rada u okviru medicine rada pravljenje naučne baze radi realizacije optimanih zahteva radnog mesta. BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA Lokomotorni sistem čoveka čini koštano-zglobno-mišidni sistem koji omogudava voljne mehaničke pokrete i menjanje položaja. Ovaj sistem ima pasivni i aktivni deo. Pasivni deo čine kosti i zglobovi, a aktivni skeletni mišidi. K INEMATIČKI ELEMENTI Kosti S obzirom na lokomotorne funkcije koje obavljaju, kosti se po obliku dele na: Duge 1 dimenzija ovih kostiju je mnogo veda od drugih dveju. Sastoji se od: tela (dijafize) i 2 okrajka (epifize). Primeri ovih kostiju su: ramena kost (humerus - slika 1a) i butna kost (femur slika 1b). Kratke sve 3 dimenzije su slične. Relativno mala pokretljivost. Primeri su: kičmeni pršljenovi (slika 2a), metakarpalne (slika 2b) i metatarzalne kosti. da ih zameni.) Pljosnate 2 dimenzije su mnogo vede od trede. Primeri su: kosti lobanje i karlica (štite meke i osetljive organe), lopatica (slika 3) i ključna kost (služe kao oslonac). Zglobovi Predstavljaju spoj 2 ili više kosti koji omogudava pokretanje. Prema pokretljivosti mogu da se podele na: pokretne polupokretne (pršljenovi kičmenog stuba) nepokretne (nedemo se baviti njima jer nema mehaničkog kretanja). Pokretanje zgloba, tj. rotacija osa zgloba je linija oko koje sve tačke zgloba koje se pokredu opisuju kružne lukove. Osa ostaje nepomična tokom pokretanja zgloba.

BIOMEHANIKA SKELETNO -MIŠIĆNOG SISTEMA

  • Upload
    lamngoc

  • View
    298

  • Download
    9

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: BIOMEHANIKA SKELETNO -MIŠIĆNOG SISTEMA

OSNOVE BIOMEDICINSKOG INŽENJERSTVA Handout 2 – 2012/2013

1

BBIIOOMMEEHHAANNIIKKAA SSKKEELLEETTNNOO--MMIIŠŠIIĆĆNNOOGG SSIISSTTEEMMAA

Biomehanika predstavlja oblast biofizike koja izučava mehanička svojstva i ponašanja ljudskog organizma i njegovog kretanja. Postoje različite oblasti biomedicine u kojima se primenjuje biomehanika: Medicinska biomehanika – ispitivanje kinematike i dinamike zdravog i bolesnog čoveka,

mehaničkih svojstava organa i tkiva. Tehnička biomehanika – ispitivanje biomehaničkih sistema radi rešavanja specifičnih

problema u tehnici. Biomehanika sporta – ispitivanje mehanike skeletno-mišidnog sistema čoveka radi

poboljšanja rezultata u treninzima, takmičenjima. Biomehanika rada – u okviru medicine rada pravljenje naučne baze radi realizacije

optimanih zahteva radnog mesta.

BIOMEHANIKA LOKOMOTORNOG SISTEMA

Lokomotorni sistem čoveka čini koštano-zglobno-mišidni sistem koji omogudava voljne mehaničke pokrete i menjanje položaja. Ovaj sistem ima pasivni i aktivni deo. Pasivni deo čine kosti i zglobovi, a aktivni skeletni mišidi.

KINEMATIČKI ELEMENTI

Kosti

S obzirom na lokomotorne funkcije koje obavljaju, kosti se po obliku dele na: Duge – 1 dimenzija ovih kostiju je mnogo veda od drugih dveju. Sastoji se od: tela (dijafize) i 2 okrajka (epifize). Primeri ovih kostiju su: ramena kost (humerus - slika 1a) i butna kost (femur – slika 1b). Kratke – sve 3 dimenzije su slične. Relativno mala pokretljivost. Primeri su: kičmeni pršljenovi (slika 2a), metakarpalne (slika 2b) i metatarzalne kosti. da ih zameni.) Pljosnate – 2 dimenzije su mnogo vede od trede. Primeri su: kosti lobanje i karlica (štite meke i osetljive organe), lopatica (slika 3) i ključna kost (služe kao oslonac).

Zglobovi

Predstavljaju spoj 2 ili više kosti koji omogudava pokretanje. Prema pokretljivosti mogu da se podele na: pokretne polupokretne (pršljenovi kičmenog stuba) nepokretne (nedemo se baviti njima jer nema mehaničkog kretanja).

Pokretanje zgloba, tj. rotacija – osa zgloba je linija oko koje sve tačke zgloba koje se pokredu opisuju kružne lukove. Osa ostaje nepomična tokom pokretanja zgloba.

Page 2: BIOMEHANIKA SKELETNO -MIŠIĆNOG SISTEMA

OSNOVE BIOMEDICINSKOG INŽENJERSTVA Handout 2 – 2012/2013

2

Zglobove možemo da podelimo prema broju stepeni slobode kretanja u 3 grupe: Jednoosni (uniaksijalni, cilindrični) – zglobovi u obliku šarke na vratima. Slika 1a pokazuje uprošden model gde je okrajak jedne kosti cilindrično ispupčen, a čašica druge kosti cilindrično udubljena, pa se obrtanje okrajka vrši samo oko ose x-x u ravni koja je na nju normalna. Primeri ovih zglobova su: zglob lakta (slika 1a), kolena, prstiju.

Dvoosni (biaksijalni) – klizne površine ovih zglobova su najčešde elipsoidne ili sedlaste. Na elipsoidno zakrivljenoj površini su 2 luka (AB i PQ) koji se uzajamno seku pod pravim uglom (slika 2a). Ta 2 luka imaju najvedi (R) i najmanji (r) poluprečnik krvine. Čašica zgloba se krede uz minimalnu rotaciju duž luka PQ i uz maksimalnu rotaciju duž luka AB. Ovi zglobovi se nazivaju dvoosni zbog postojanja 2 (x-x i y-y) uzajamno normalne ose rotacije. Primeri elipsoidnog zgloba je skočni zglob, a primer sedlastog je zglob korena šake (slika 2b).

Slika 1b: Zglob lakta kao

jednoosni zglob.

Slika 1a: Šematski prikaz

jednoosnog zgloba.

Slika 2b: Zglob korena šake kao

dvoosni zglob.

Slika 2a: Šematski prikaz dvoosnog

zgloba.

Slika 3: Zglob kuka kako višeosni zglob.

Page 3: BIOMEHANIKA SKELETNO -MIŠIĆNOG SISTEMA

OSNOVE BIOMEDICINSKOG INŽENJERSTVA Handout 2 – 2012/2013

3

Slika 5: Šematski prikaz poluge 2. vrste.

Višeosni – ovi zglobovi imaju najviše stepeni slobode kretanja. Okrajci su sfernog oblika, pa kretanje može da se vrši oko svih osa koje prolaze kroz centar sfere. Primeri ovog zgloba su: zglob ramena i kuka (slika 3).

DINAMIČKI ELEMENTI

Na lokomotorni sistem čoveka deluju spoljašnje sile – sila teže (gravitacija) i unutrašnje sile – sile mišidnih kontrakcija. Dejstvo ovih sila prenosi se posredstvom kostiju skeleta i zglobova lokomotornog sistema. Uravnotežavanje ovih sila može se posmatrati pomodu poluge. Poluga je telo opteredeno ravnim sistemom sila koje može da se obrde oko nepokretne ose zgloba koja je upravna na ravan dejstva sile. Tačka prodora ose zgloba kroz ravan dejstva sile naziva se oslonac poluge. Sila koja se stvara pomodu mišida (aktivna sila) deluje u nekoj tački poluge (deo tela) i ona pokrede polugu koja može biti izložena opteredenju u drugoj tački poluge. Odnos sile opteredenja i aktivne sile naziva se koeficijent prenosa poluge. Ove sile izazivaju obrtno dejstvo koje je okarakterisano momentom sile. Mera obrtnog dejstva koja deluje na telo oko nepokretne tačke tela naziva se moment sile za tu tačku. Tačka za koju se računa moment naziva se momentna tačka ili centar. Najkrade rastojanje napadne linije sile od momentne tačke naziva se krak sile. U zavisnosti od uzajamnog položaja tačaka u kojima deluju sile mišida i opteredenja u odnosu na osu obratanja poluga (krakova) sila, razlikuju se poluge prve, druge i trede vrste. Poluga 1. vrste - dvokraka poluga kod koje se oslonac nalazi između napadnih tačaka sila koje deluju na polugu. Ako su kraci poluga različiti, poluga se naziva raznokraka, a ako su međusobno jednaki, poluga je ravnokraka. Kao primer se može posmatrati glava (slika 4) čiji je oslonac 0 na početku kičmene moždine, na jednom kraju deluje sila mišida vrata F koja održava glavu u uspravnom položaju, a na drugom kraju deluje sila opteredenja R koja vuče glavu u napred.

Poluga 2. vrste - jednokraka poluga kod koje se napadna tačka opteredenja nalazi između oslonca i napadne tačke sile mišida (aktivna sila). Kao primer se može uzeti stopalo čoveka koje je solonjeno na prstima (slika 5). Na ovu polugu deluje sila mišida (m. soleus) F i sila opteredenja R čija napadna linija prolazi kroz podkolenu kost (tibia) i skočni zglob. Krak sile mišida F vedi je od kraka sile opteredenja R koja se može uzeti da je jednaka polovini težine čoveka. Iz koeficijenata prenosa poluge i odnosa krakova sile vidi se da relativno slabiji mišid može da podigne čitavo telo.

Poluga 3. vrste – jednokraka poluga kod koje se napadna tačka aktivne sile nalazi između oslonaca i napadne tačke opteredenja. Kao primer može se uzeti podlaktica (slika 6). Oslonac je u centru zgloba lakta, aktivna sila F potiče od kontrakcije dvoglavog mišida (biseps), dok otpor R može da prestavlja težinu predmeta u šaci. Za razliku od prethodnih slučajeva ovde je sila F znatno veda od R, što je opšta karakteristika poluga 3. vrste.

Slika 4: Šematski prikaz poluge 1. vrste.

Slika 6: Šematski prikaz poluge 3. vrste.

Page 4: BIOMEHANIKA SKELETNO -MIŠIĆNOG SISTEMA

OSNOVE BIOMEDICINSKOG INŽENJERSTVA Handout 2 – 2012/2013

4

BIOMEHANIČKI ASPREKT OSTEOGENEZE

Koštano tkivo čine delije koje su na površini zbijene, a u unutrašnjosti razređene. Svaka kost je prekrivena opnom koja se naziva pokosnica. U pokosnici se nalazi najvedi deo mladih koštanih delija osteoblasta koje neprekidno stvaraju koštano tkivo i omoguduju rast kostiju u dužinu i širinu. Ovo stvaranje koštanog tkiva naziva se koštana depozicija (taloženje). U graničnim delovima koštanih šupljina nalaze se krupne delije osteoklasti koje razaraju i apsorbuju unutrašnje delove koštanog tkiva. Ovaj proces je suprotan depoziciji i naziva se koštana apsorpcija.

FUNKCIONALNA ADAPTACIJA KOSTIJU

Ako se stepen korišdenja nekog dela tela ili organa poveda, organ se tada uveda ili hipertrofira, a u suprotnom dolazi do smanjenja ili atrofiranja. Isto važi i za kosti samo što su promene tada drugačijeg karaktera. Osteogeneza omogudava da se kost funkcionalno adaptira na sile koje na nju deluju. Ova adaptacija odvija se na dva načina:

1. u smislu promene strukture 2. u smislu promene forme (oblika).

Osteogeneza predstavlja proces postanka i formiranja kostiju. Oko 20.-te godine života kosti prestaju da rastu u dužinu i nastavljaju da rastu u širinu uz istovremenu razgradnju koštanog tkiva. Tada ova 2 procesa stoje u dinamičkoj ravnoteži bududi da ukupna masa kosti u toku kradeg perioda postaje stalna.

1. „Zakon transformacije kostiju“ definisao je Julius Volf (Wolff) 1892.

godine i on glasi: Svaka sila koja deluje trajno ili veoma često na idređenu kost muskulatornog sistema dovodi do očvršćavanja te kosti, tj. povećanja gustine koštanih ćelija i debljine kosti. Kost de uvek prilagoditi svoju čvrstinu srazmerno stepenu opteredenja koje se prenosi na nju. Ako se npr. kost podvrgne velikom opteredenju, ona vremenom odeblja.

2. Adaptacija oblika kostiju. Osteogeneza je, dakle, proces koji omoguduje stalnu adaptaciju oblika kostiju u skladu sa silama koje na nju deluju. Štitedi se od poprečnih (transferzalnih) sila, kost se izvija, vrši promenu svog oblika težedi da zauzme položaj u kome de sile delovati podužno (aksijalno) u odnosu na tu kost.

MEHANIČKI OBLIK ADAPTACIJE KOSTIJU

Da bi se pokazalo na koji način prava kost može da se modifikuje tako da postane trajno zaštidena od poprečnih sila, prava kost može da se zamisli kao kruta poluga čiji je jedan kraj 0 u zglobnoj čašici, a na drugi kraj A deluje sila Q pod uglom u odnosu na njenu osu (slika 7a). Sila Q može da se razloži na aksijalnu Qa i transferzalnu komponentu Qt (slika 7b). Aksijalna sila Qa, kao klizedi vektor kada deluje na kruto telo, može se preneti duž ose poluge tako da deluje na zglob 0 (slika 7c). Transferzalna komponenta Qt sile Q teži da savije polugu naniže. Savijanje kosti pod dejstvom sile Qt može se uravnotežiti silom F u tački

Page 5: BIOMEHANIKA SKELETNO -MIŠIĆNOG SISTEMA

OSNOVE BIOMEDICINSKOG INŽENJERSTVA Handout 2 – 2012/2013

5

B (slika 7d). To može da se postigne oprugom u kojoj se javlja sila F. Aksijalna komponenta Qa sile F, kao klizedi vektor može da se pomeri u bilo koju tačku poluge duž svoje napadne linije, pa i u tačku B (slika 7d). Sile F i Qa, kao sučeljne sile imaju rezultantu R’ (slika 7e). Transferzalna komponenta sile R’ i dalje de težiti da savije polugu delujudi u tački B naviše. Međutim, ako bi se kost savila tako da ima oblik tupog ugla sa temenom u tački B, pri čemu krak AB ima pravac sile Q, a krak BO pravac sile R’’ (slika 7f), oba dela poluge bide opteredena samo aksijalnim silama. Naime, na delu AB delovade sila Q i ta sila može da se složi sa silom F čija je rezultanta R’’. Kost ovog oblika više nede biti izložena transferzalnim, ved samo aksijalnim silama. Istovremeno de ona biti u ravoteži. Sa druge strane, kost je po svojoj strukturi izuzetno otporna na dejstvo aksijalnih sila, a povedana površina glave kosti štiti klizne površine u zglobu od jakih pritisaka izazvanih ovim silama. Na osnovu ovog modela može da se objasni realni oblik ulne. Naime, u tački B ulna (slika g) poseduje krivinu kao i ugaona poluga na slici f. Iz ovog primera proizilaze 3 činjenice:

1. Smer savijanja kosti bio je naniže i suprotan je od smera u kome sila F želi da savije polugu delujudi naviše.

2. Smerovi sila F i Q su takvi da se njihove napadne linije uvek seku u tački B, tj. u temenu ugla poluge. Tako može da se predvidi mesto izmene forme kosti pri dejstvu sila na nju.

3. Kao što kod prve poluge rezultanta sila koja deluju mora da prolazi kroz oslonac, tako de i ovde rezultanta – dejstvujuda sila F i Q takođe da prolazi kroz centar 0 rotacije kosti (tj. zglob). Celokupno dejstvo kosti na zglobnu čašicu bide tada aksijalno, tj. sila na čašicu delovade duž ose onog dela kosti koji ulazi u čašicu.

BIOMEHANIKA VISKOELASTIČNIH TKIVA – MIŠIĆI

U ljudskom telu nalaze se tri vrste mišida: 1. skeletni (poprečno-pruhasti 2. glatki 3. srčani.

1. Skeletni mišići povezani su sa sa kostima preko tetiva i pokredu skelet. 2. Glatki mišići su mišdi u unutrašnjim organima (jednjak, creva, bešika,..). 3. Srčani mišići nisu pod kontrolom svesti i zaduženi su za pumpanje krvi. Po strukturi su slični

skeletnim mišidima, a po funkciji glatkim.

a)

b)

c)

Slika 8: Lokalizacija mišida, šematski i mikroskpski prikaz.

Page 6: BIOMEHANIKA SKELETNO -MIŠIĆNOG SISTEMA

OSNOVE BIOMEDICINSKOG INŽENJERSTVA Handout 2 – 2012/2013

6

Skeletne mišide sačinjavaju hiljade vlakana grupisanih na raziličite načine (slika 8). Kod vretenastih mišida (jedan od tipova skeletnih mišida) vlakna su skupljena u snopove koji se na oba kraja skupljaju i prelaze u tetive. Tetive srastaju za kost i na taj način se mišid pripaja. Vedina mišida na svojim krajevima prelazi u 1 zajedničku tetivu, ali postoje i oni koji imaju 1 ili više tetiva i nazivaju se dvoglavi (bicepsi) i troglavi (tricepsi). Mišidno vlakno je napeto čak i kada je u stanju mirovanja i neopteredeno spoljnim teretom. To stanje se naziva tonus mišića. Karakteristike mišića: nadražljivost – reaguju na nadražaje (npr. nervni impulsi,..) stezanje – mogu da se skraduju po dužini rastegljivost – istežu se prilikom povlačenja elastičnost – vradaju se u prvobitni položaj, tj. na prvobitnu dužinu, nakon skradenja ili istezanja.

Funkcije mišića: kretanje održavanje posture

održavanje telesne temperature.

Slika 9: Struktura skeletnog mišida.

Page 7: BIOMEHANIKA SKELETNO -MIŠIĆNOG SISTEMA

OSNOVE BIOMEDICINSKOG INŽENJERSTVA Handout 2 – 2012/2013

7

Kontrakcija mišića

Termin kontrakcija se uobičajeno odnosi na skradenje, ali kada su u pitanju mišidi radi se o stvaranju napetosti mišidnih vlakana uz pomod motornih neurona. Mozak šalje signale, u obliku akcionog potencijala, kroz nervni sistem do motornih jedinica koje inervišu mišidna vlakna i tada se mišid kontrahuje. Motorna jedinica predstavlja kombinaciju motornih neurona i svih mišidnih delija koje on inerviše (slika 10).

Prilikom maksimalne kontrakcije mišid se u proseku skrati za 1/3 svoje dužine (u neaktivnom-distrahovanom stanju). Pod dejstvom spoljne sile mišid može i da se istegne za istu dužinu. Prema tome, dužine maksimalno istegnutog i maksimalno skradenog mišida stoje u odnosu 2:1. Mišidi zajedno sa tetivama deluju na 2 načina: izometrična kontrakcija (pasivna) izotonična (aktivna).

Izometrična kontrakcija se dešava kada se mišid nadraži pri svojoj normalnoj dužini. Njegova dužina se ne menja, ali se u njemu razvija sila koja deluje na tačkama pripoja. Dakle, uprošdeno, kada se mišid stimuliše na svojim krajevima, ili u fiksiranim tetivama, kontrahuje se, ali se ne skraduje. U mišidu se razvija napetost, ali zato što se ne skraduje, ne dešava se nikakav spoljašnji rad.

Slika 11: Šematski prikaz mišida.

Slika 11daje šematski prikaz mišida koji pokazuje njegove elastične elemente (sarkolema + tetiva) u serijskoj i paralelnoj vezi sa kontraktilnim elementima (miofibrili). Kratko objašnjenje:

– Paralelni elastični elementi – elementi mišida koji obezbeđuju odupiranje kada je mišid pasivno istegnut. Ovaj element nije kontraktilan i čine ga mišidne membrane, koje su paralelne sa mišidnim vlaknima. Uz serijske elastične elemente, ovi delovi omogudavaju mišidu da se isteže i vrada i prvobitan položaj.

– Serijski elastični elementi – ne-kontraktilni elementi mišida koji leže u seriji sa mišidnim vlaknima. Oni skladište energiju pri istezanju i zaslužni su za elastičnost ljudskog skeleta. Tetive su najbolji predstavnici ovih elemenata.

Kada se ceo nenapregnut mišid istegne, ili samo 1 njegovo vlakno, suprotstavlja se istezanju silom koja se povedava sa povedanjem istezanja. Ova elastičnost je rezultat paralelnih elastičnih elemenata koji se

Slika 10: Motorna jedinica.

a) b)

Page 8: BIOMEHANIKA SKELETNO -MIŠIĆNOG SISTEMA

OSNOVE BIOMEDICINSKOG INŽENJERSTVA Handout 2 – 2012/2013

8

vedinom nalaze, izvan kontraktilnog elementa u elastičnom tkivu, uključujudi tetive i sarkolemu. Kada se mišid kontrahuje, skradenje mišida zaostaje za skradenjem sarkomera, zbog serijskih elastičnih elemenata. Prema tome, kod izometrične kontrakcije, sarkomere se skraduju i istežu serijske elastične elemente, iako se ceo mišid u stvari ne skaduje (slika 11b). Iako mišid ne vrši spoljašnji rad, vrši unutrašnji.

Slika 12: Izometrična kontrakcija.

Izotonična kontrakcija se dešava kad se slobodni kraj mišida, fiksiran na jednom kraju, učvrsti za kraj poluge 1. vrste, a na drugom kraju poluge se nalazi teret. Na taj način, sila koju razvija mišid u toku kontrakcije ima stalnu vrednost (jednaka težini tereta na poluzi), ali se dužina mišida i brzina kontrakcije menjaju. Dakle, uprošdeno, ako je jedna strana mišida fiksirana, mišid se skraduje pri konstantnom opteredenju. Kada se kontraktilni elementi skraduju, prvo moraju da se istegnu serijski elastični elementi i razvije naprezanje jednako opteredenju, pre nego što sledede povedanje naprezanja prouzrokuje podizanje tereta. Sve kontrakcije koje se dešavaju pre podizanja tereta su izometrične. Čak i ako mišid ne nosi spoljašnje opteredenje i dalje mora da razvije naprezanje pre nego što se skrati. Kada kontraktilne sile savladaju opteredenje, počinje skradenje, naprezanje ostaje malo vede nego što težina tokom skradenja. Skradenje prestaje kada aktivno naprezanje padne na nivo gde je jednako težini opteredenja. O ovom trenutku kontrakcija opet postaje izometrička. Mišid se izdužuje (isteže) kada ukupno naprezanje u mišidu padne ispod veličine opteredenja. Slike 13 pokazuju promene i u serijskim i u paralelnim elementima i u kontraktilnim elementima tokom izotonične kontrakcije.

Slika 13: Šematski prikaz mišida.

a) b)

Page 9: BIOMEHANIKA SKELETNO -MIŠIĆNOG SISTEMA

OSNOVE BIOMEDICINSKOG INŽENJERSTVA Handout 2 – 2012/2013

9

Slika 13a pokazuje da se kontraktilni elementi skraduju, istežu se serijski povezani elastični elementi, ali se mišid ne skraduje. Slika 13b pokazuje da nastavak skradenja kontraktilnih elemenata vodi ka skradenju mišida zbog toga što su serijski elastični elementi ved istegnuti.

Slika 14: Izometrična kontrakcija.

Postoje 2 tipa ovih kontrakcija: koncentrične – izazivaju skradenje mišida pri njegovoh

kontrakciji. Primer je podizanje tega.

ekscentrične – suprotne koncentričnim, izazivaju izduženje mišida tokom kontrakcije. Primer je spuštanje tega.

TRZAJ, SUMACIJA I GRČ MIŠIĆA

Ako se mišid nadraži kratkotrajnim ili dovoljno jakim električnim stimulusom, prvo se kontrahuje, pa se onda relaksira vradajudi se u početno stanje. Taj odgovor mišida na pojedinačni stimulus naziva se trzaj (slika 15a). Jačina trzaja zavisi od količine motornih jedinica koje su aktivirane. Sila koja se razvija pri izometričnom trzaju srazmerna je amplitudi stimulusa. Tj. ovo je oposledica stimulacije srazmerno vedeg broja mišidnih vlakana pri jačoj stimulaciji. (Mišid razvija maksimalnu silu kada se razdraže sva vlakna.) Trzaj se sastoji iz 3 etape:

1. latentni period – vreme od početka kontrakcije do postizanja njenog maksimuma 2. period kontrakcije – vreme od nastanka kontrakcije do vradanja mišida u prvobitni položaj 3. period relaksacije – vreme od nastanka kontrakcije do vradanja mišda u prvobitni pložaj.

Ukoliko na mišid deluje drugi stimulus pre nego što se mišid sasvim opustio, tj. vratio u prvobitno stanje, dolazi do ponovne kontrakcije, koja kada se pridoda prvoj kontrakciji izaziva naprezanje jače nego kod pojedinačnog trzaja. Ova pojava se naziva sumacija i predstavlja sabiranje pojedinih mišidnih trzaja radi povedanja intenziteta ukupne mišidne kontrakcije(slika 15b) .

Page 10: BIOMEHANIKA SKELETNO -MIŠIĆNOG SISTEMA

OSNOVE BIOMEDICINSKOG INŽENJERSTVA Handout 2 – 2012/2013

10

Slika 15: Mišidni trzaj, sumacija i grč.

Fenomen “stepenica” - kod prve kontrakcije mišida, sila koju mišid ostvaruje, manja je od sile koju de mišid ostvariti kasnije. Kod prvih nekoliko trzaja (serija laganih trzaja), svaki slededi nadražaj proizvede malo vedu silu od prethodnog, sve dok ne dostigne maksimalnu silu (slika 15c). Ako se mišidno vlakno stimuliše tako brzo da uopšte nema relaksacije između stimulacija, dolazi do ekstrmene pojave koja se naziva grčenje mišida (tetanus) (slika 15d). Predstavlja trajnu, ravnomernu kontrakciju.

DINAMIKA MIŠIĆNE KONTRAKCIJE

Opisana je putem 2 osnovne relacije: 1. zavisnost sile kontrakcije mišida od njegove dužine 2. zavisnost brzine kontrakcije od njegovog opteredenja.

1. Maksimalna sila – dužina mišića

Slika 16 prikazuje 3 različite zavisnosti maksimalne sile u odnosu na dužinu mišida. Kriva 1 prikazuje relaciju sila-dužina za neaktivan mišid (tj. mišid u relaksiranom stanju) – sa izduženjem mišida, sila kojom se mišid protivi izduživanju naglo raste. Kad bi se mišid pokoravao Hukovom zakonu elastičnosti, kriva 1 bi predstavljala ravnu liniju. Zaključuje se da pasivan mišid poseduje svojstvo nelinearne elastičnosti. Kriva 2 pokazuje da maksimalna sila koju nadražen mišid razvija pri izometrijskoj kontrakciji raste ravnomerno proporcionalno sa dužinom mišida. Kriva 3 dobijena je kao razlika krivih 2 i 1. Pokazuje silu koju mišid razvija pri izometrijskoj kontrakciji samo zbog kontraktilnih sposobnosti, a ne zbog elastičnosti. U odnosu na određenu dužinu mišida kriva dostiže maksimum koji zavisi od vrste mišida.

2. Brzina kontrakcije – opterećenje

Brzina izotonične kontrakcije mišida je utoliko manja ukoliko je mišid opteredeniji. Kad je opteredenje ravno 0, brzina je maksimalna moguda, a kada je težina opteredenja ravna maksimalnoj sili koju mišid određene dužine može da razvije, brzina kontrakcije je 0. To znači da kontrakcije nema iako je mišid aktiviran.

Slika 16: Zavisnost sile od dužine mišida.

Page 11: BIOMEHANIKA SKELETNO -MIŠIĆNOG SISTEMA

OSNOVE BIOMEDICINSKOG INŽENJERSTVA Handout 2 – 2012/2013

11

ELEKTROMIOGRAFIJA

Predstavlja medicinsko ispitivanje pri kome se meri i procenjuje odgovor mišida ili električna aktivnost pri odgovoru na nervnu stimulaciju. Instrument kojim se vrši merenje zove se elektromiogram. Svrha ispitivanja je mogude otkrivanje neuro-muskulatornih poremedaja zbog kojih dolazi do oštedenja mišida, nerava, zglobova, nalaženje uzroka za slabost, paralizu, uklještenje, grčenje, drhtanje (tremor). Tokom testa jedna ili više manjih igli (elektroda) il senzora (slika 17) se postavljaju kroz ili na kožu mišida. Električna aktivnost koju elektroda detektuje preikaže se na osciloskopu (monitoru koji električnu aktivost prikazuje u obliku talasa). Audio-pojačalo se koristi da bi aktivnot mogla da se čuje. EMG meri električnu aktivnost mišida u opušteom stanju, tokom blage kontrakcije o potpne kontrakcije. Mišidna aktivnost se meri u mikrovoltima (μV) i najčešde se krede u rasponu od 5-40 μV. Potpuno elaksiran mišid pokazuje aktivnost od oko 1-2 μV. Normalno mišidno tkivo ne proizvodi električne signale tokom testa. Kada se elektroda postavi, na osciloskopu može da se primeti kratak period aktvnosti, nakon koga ne bi trebalo da bude signala. Prilikom rehabilitacije pacijenata koji su pretrpeli slog i koji ne osedaju nikakve senzacije u paralizovanom ekstremiteu niti voljno mogu da pomere ekstremiteet, EMG može da detektuje izvesnu električnu aktivonost mišida. EMG aparat pojačava signal koji dolazi iz paralizovanog ekstremiteta, pretvara ga u zvuk i na taj način se saznaje da možda još postoje mogudnosti za uspešnu rehabilitaciju.

Slika 17: Izgled merenja EMG aparatom.