ę ąca ę ż ę ś ą ż ę ęż ś ę ęś ż ęż ą ę ś ą ś ą ń ż .BIOMECHANIKA Biomechanika

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of ę ąca ę ż ę ś ą ż ę ęż ś ę ęś ż ęż ą ę ś ą ś ą ń ż .BIOMECHANIKA...

Physiotherapy&Medicine www.pandm.org

1

BIOMECHANIKA Biomechanika od grec. sowa mechane - narzdzie, jest to dyscyplina naukowa, zajmujca si organizmami ywymi traktowanymi jako narzdzia o okrelonych funkcjach mechanicznych. Biomechanika bada waciwoci mechaniczne tkanek, narzdw, ukadw oraz ruch mechaniczny ywych organizmw jego przyczyny i skutki. Przyczynami ruchu s siy zewntrzne ( cikoci) i wewntrzne ( zwaszcza miniowe). Skutkiem jest zmiana pooenia ciaa wasnego lub obcego albo naprniaczy odksztacenia ciaa. Cybernetyka nauka o systemach sterowania oraz zwizanym z tym przetwarzaniu i przekazywaniu informacji ( komunikacja). Kinematyka dzia mechaniki zajmujcy si matematycznym opisem ukadw mechanicznych oraz badaniem geometrycznych waciwoci tego ruchu. Kinematyka abstrahuje od dziaajcych si i bezwadnoci ciaa. Przedmiotem biomechaniki jest badanie przyczyn oraz skutkw dziaania si zewntrznych i wewntrznych na ukad biologiczny, a w szczeglnoci na czowieka. Biomechanika jest interdyscyplin dziedzin nauki, ktrej obszar bada ley na pograniczu nauk cisych ( mechanika) i biologicznych ( biologia medyczna).

Dwa warunki statyki: 1) suma siy = 0 2) suma momentw siy musi si = 0 Ruch obrotowy moment siy M0 = r P Ruch postpowy sia

Physiotherapy&Medicine www.pandm.org

2

UKAD RUCHU 1) Pojcia kinematyczne - czon ko ( element, ktry nie zmienia swoich wymiarw geometrycznych pod wpywem siy). - para biokinematyczna poczenie dwch czonw ( musi by co najmniej 2 pary, wtedy powstanie 3 czon) Kiedy s co najmniej 3 czony ( 2 pary biokinematyczne) wtedy powstaje acuch biokinematyczny. - acuch biokinematyczny zamknity nie ma czonu wolnego, w jednym przegubie wymusza ruch w pozostaych stawach ( 4 czony) - acuch biokinematyczny otwarty posiada czon wolny ( np. koczyna dolna niezaleny ruch), nie wymusza ruchw innego przegubu ( 3 czony), acuch wykonuje ruch ( np. k. grna, k. dolna) RUCHLIWO - Stopnie swobody moliwo wykonywania ruchu ( 6 stopni swobody = 3 postpowe, 3 obrotowe) - Wizy zebrane moliwoci ruchu ( np. 2 koci = staw biodrowy, nie ma ruchw postpowych) - Klasy pocze stawowych ilo wizw mwi o klasie - Zakres ruchw pary biokinematyczne bierny zawsze wikszy od czynnego - Ruch obrotowy droga ktowa ( tylko ruch obrotowy) - Ruch postpowy przemieszczenie liniowe - Biomechanizm podstawa + acuch biokinematyczny wiczenia w pozycjach izolowanych - Biomechanizm chwilowy zmienna podstawa, zmienny acuch biokinematyczny Czynno misni w biomechanizacji: - antycypacyjna czynno statyczna Mz = Mw ( stabilizacja zawsze przed funkcj ruchow) - ruchowa Funkcja dynamiczna czynnoci: - koncentryczna ( pokonujca) - ekscentryczna w acuchu Misnie antygrawitacyjne ( m. posturalne, przeciwcieniowe) Choroba przecieniowa krgosupa ( autor J. Stoddry) podzia na minie toniczne i fazowe ( minie posturalne postawy atwo ulegaj przykurcz, a minie fazowe nie) Energia potencjalna: Ep = m g h ( zmiana do minimum) SIY REAKCJI ( WG III ZASADY DYNAMIKI NEWTONA) I zasada dynamiki ( zasada bezwadnoci). Jeeli na ciao nie dziaa adna sia lub dziaajce siy rwnowa si, to ciao pozostaje w spoczynku lub porusza si ruchem jednostajnym prostoliniowym ( po prostej ze sta prdkoci) II zasada dynamiki

Physiotherapy&Medicine www.pandm.org

3

Gdy siy dziaajce na ciao nie rwnowa si to ciao porusza si ruchem zmiennym. Kierunek i zwrot tego przypieszenia s zgodne z kierunkiem siy. Warto przypieszenia ciaa o masie m jest wprost proporcjonalny do wartoci wypadkowej siy dziaajcej na to ciao, a jego kierunek i zwrot s zgodne z kierunkiem i zwrotem tej siy. Ciao o wikszej masie pod dziaaniem takiej siy wypadkowej uzyskuje mniejsze przypieszenie . Przypieszenie ruchu ciaa jest wprost proporcjonalne do wartoci siy, a odwrotnie proporcjonalne do masy ciaa. III zasada dynamiki ( zasada akcji i reakcji) Siy wzajemnego oddziaywania na siebie dwch cia maj takie same wartoci, ten sam kierunek, przeciwny zwrot i rny punkt przyoenia. Siy te nie rwnowa si bo dziaaj na dwa rne ciaa. Jeli ciao A dzia na ciao B sia F ( akcja) to ciao A si ( reakcja) o takiej samej wartoci i kierunku, lecz o przeciwnym zwrocie. OBCIENIA UKADU RUCHU: - zewntrzne gownie momenty siy cikoci Opory zewntrzne reakcja podoa oraz inne siy bezwadnoci - wewntrzne - miniowe Wektor siy miniowej i jego skadowe obrotowe ruch i styczna nacisk na staw Biomechanizm czynno misni w biomechanice Reakcje wizw w stawach:

Metody i techniki oceny siy miniowej: Nie mona zbada siy miniowej, moemy tylko zmieni moment siy zewntrznej na podstawie tego wyniku, moemy w sposb poredni zredukowa warto siy zewntrznej: - metoda wolitywna - stymulacja Zasady pomiaru momentu siy mini w statyce: - elektromiografia badanie potencjaw elektrycznych podczas skurczw ( ruchw) wkien miniowych - globalne ( powierzchniowe) interferencja wieku IR igowa i badanie jednej IR Sia minia w funkcji jego dugoci

Physiotherapy&Medicine www.pandm.org

4

Zakres skracania si i wyduania sarkomeru, a zatem i wkna wzgldem dugoci wejciowej, ktra wynosi 2,25 , jest ograniczony. Sia ( F) wyzwalana przez pobudzony sarkomeru jest funkcj jego dugoci ( I) F= f (I) Pojedyncze wkienko wyzwala max si przy dugoci sarkomeru od 2 do 2,25. Sia ta maleje wraz z jego rozciganiem oraz wwczas, gdy sarkomeru skraca si i nitki miozyny dochodz do linii Z. Jeeli za wyjciow dugo sarkomeru przyjmuje si warto spoczynkow, czyli I0= 2,25, to przy jego rozcigniciu do 3,65, a wic o 62% dugoci spoczynkowej, jego sia spadnie do zera. Maksymalnie skrcony sarkomeru ma wymiary 1,27, czyli moe si skrci o ok. 44 %, wwczas jego sia te spada do zera. Sia wzgldem F/F0, zaley od stanu dugoci wzgldnej l/l0 sarkomeru ( 100% = 2,25) Na rysunku uwzgldniono si pochodzc tylko od elementu kurczliwego sarkomeru.

Z charakterystyki struktury wynika, e misie ma elementy czynne, zdolne do wyzwalania siy i elementy bierne jak ciganie i powizanie oraz pozostae tkanki czne. Waciwoci spryste tych elementw musz by uwzgldnione jeli rozwaana jest zdolno minia do rozwijania siy, gdy za ich porednictwem jest ona przenoszona na ko. W modelu minia moemy wyrni elementy kurczliwe EK oraz elementy spryste uoone rwnolegle RES i szereg SES. Model struktury minia: EK elementy kurczliwe RES rwnolege elementy spryste

Eksperymenty wykonywane na miniach aby i krlika day, aczkolwiek otrzymano rne rezultaty dla mini pierzastych i wrzecionowatych, pewien oglny pogld na zaleno siy

Physiotherapy&Medicine www.pandm.org

5

minia od stanu jego dugoci, uwzgldniajc wanie obie skadowe siy miniowe tj. czynna ( od elementw kurczliwych) bierne ( od szeregowych elementw sprystych).

Sia minia izometryczna w funkcji jego dugoci F = F (I) I0 dugo spoczynkowa d = skadowe siy pochodzce od elementw kurczliwych r = skadowe siy pochodzce od elementw biernych e = wypadkowa siy minia suma skadowa d i r PARAMETRY BIOMECHANICZNE UKADU RUCHU CZOWIEKA 1. Paszczyzna strzakowa: - o strzakowa i pionowa - dzieli ciao na cz praw i lew koczyny na cze boczn i przyrodkow - ruchy: zginania, prostowania - jest to paszczyzna symetrii ( porodkowa) 2. Paszczyzna czoowa: - os poprzeczna i pionowa - dzieli tuw, gow i koczyny dolne na cz przednia i tyln, koczyny grne na cz doniow i grzbietow - ruchy koczyny: odwodzenia, przywodzenia tuowia i gowy zginanie w bok ( prawo i lewo) 3. Paszczyzna poprzeczna: - o strzakowa i poprzeczna - dzieli; tuw, gow na cz doln i grn

Physiotherapy&Medicine www.pandm.org

6

koczyny na cz dystalna i proksymaln - ruchy koczyn: nawracanie, odwracanie ruchy tuowia: skrty w lewo i w prawo Ukad odniesienia nie zwizany z ziemi jest ukadem nieintercyjnym. Masa ilo czsteczek w danej objtoci. Masa jest wielkoci skalarn. Ciar jest szczeglnym rodzajem siy. Q = m g [N] g = 9,81 m/s2 Sia jest wielkoci wektorow. Jest to masa razy przypieszenie. F = m a [ N] Przedstawieniem wielkoci skalarnej jest liczna. Przedstawieniem graficznym 1 skalarnej jest wektor. Cechy wektora: - kierunek jest to prosta, na ktrej ley wektor ( przd, ty, prawo, lewo) - zwrot okrelenie jednej z dwch moliwoci na danym kierunku - warto jest to bezwzgldna dugo wektora - punkt przyoenia to miejsce, w ktrym wektor przyczepia si do belki na ktra dziaa Wektor cikoci: - kierunek jest zawsze gra, d - zwrot zawsze w d - warto wektora siy cikoci jest zwizana z masa poszczeglnych czci ciaa - punkt przyoenia wektora punkt zwany rodkiem cikoci Ruch postpowy jest wywoany za pomoc nierwnomiernej ( niezrwnowaonej) siy. Ruch obrotowy jest wywoany momentem siy. Moment siy ( ramie dziaania siy) jest to najkrtsza odlego od osi obrotu do kierunku dziaania siy. PARAMETRY STRUKTURALNE UKADU RUCHU CZOWIEKA - czon sztywny element ciaa ludzkiego ( nie odksztacony, koci bez tkanek mikkich) 1-3 nm ruch ostpowy o 5 ruch obrotowy jeszcze jest czon Czon jest podstawow cegiek strukturalna mechanizmu lub biomechanizmu. - ppara czon przystosowany do poczenia z innymi czonami ( powierzchnia stawowa) - para kinematyczna ruchome poczenie dwch ppar swobodnych - acuch kinematyczny lub biokinematyczny spjny ukad czonw poczonych ruchomo - mechanizm lub biomechanizmu podstawa ( czon nieruchomy) plus acuch kinematyczny wykonujcy okrelone ruchy Stopnie swobody: Czon w przestrzeni okrelaj trzy punkty ABC o 9 wsprzdnych.

Physiotherapy&Medicine www.pandm.org

7

Ciao sztywne odlego AB, BC, CA nie ulegaj zmianie, z 9 wsprzdnych pozostaje tylko 6 niezalenych parametrw okrelajcych czon w przestrzeni. Mwimy wtedy o 6 stopniach swobody. - trzy ruchy postpowe niezalene - trzy ruchy obrotowe Stopie swobody ruch niezaleny wykonany w jednym kierunku bez zmiany pooenia w stosunku do innych kierunkw.

Para kinematyczna posiada ograniczenia ruchw wzgldnych wizy, co moemy przedstawi wz