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Biomecânica - Aparelho locomotor. Unip. Professor Ms Fernando José Bernardelli. fbernardelli@uol.com.br A biomecânica é um dos métodos para estudar a maneira como os seres vivos (principalmente o homem) se adaptam às leis da mecânica quando realizando movimentos voluntários. Chkaidze, 1973 CONCEITOS * A biomecânica é a ciência que investiga os efeitos das forças internas e externas sobre os corpos vivos. Miller & Nelson, 1973 CONCEITOS * A biomecânica é uma matéria das ciências naturais que se preocupa com a análise física dos sistemas biológicos, examinando, entre outros, os efeitos das forças mecânicas sobre o corpo humano em movimentos quotidianos, de trabalho e de esporte. Baumann, 1976 CONCEITOS * A biomecânica é uma ciência entre as ciências derivadas das ciências naturais que se ocupa com análises físicas de sistemas biológicos, e, consequentemente, análises físicas de movimentos do corpo humano. Amadio, 1988 CONCEITOS * A biomecânica é a ciência das leis do movimento mecânico nos sistemas vivos. Donskoy & Zatsiorsky, 1988 CONCEITOS * A biomecânica pode ser definida como a aplicação da mecânica a organismos vivos e tecidos biológicos. Garhammer, 1991 CONCEITOS * A biomecânica é a ciência que estuda as forças internas e externas que atuam sobre uma estrutura biológica e os efeitos produzidos por estas forças. Nigg, 1994 CONCEITOS * TÓPICOS CENTRAIS O progresso da Biomecânica como disciplina científica que estuda funções dos seres vivos tornou-se, ao longo dos últimos três séculos, muito amplo e disso resultaram, como nas Ciências Naturais (Matemática, Física, Química, Biologia), múltiplas divisões didáticas e delimitação de território de especialidades científicas. * Biomecânica do movimento humano Biomecânica do esporte Biomecânica ocupacional Biomecânica clínico-ortopédica TÓPICOS CENTRAIS * Biomecânica músculo-esquelética Controle do movimento Mecânica muscular Biomecânica das articulações e da coluna Análise eletromiográfica TÓPICOS CENTRAIS * Biomecânica dos tecidos e biomateriais Biomecânica dos tecidos moles e duros Biomateriais Próteses e fixações externas TÓPICOS CENTRAIS * Biomecânica ambiental Impacto e vibrações Biomecânica de micro e hipergravidade Locomoção terrestre, aquática e aérea TÓPICOS CENTRAIS * pinturas medievais - baixa e média Idade Média * esculturas medievais - alta Idade Média * Leonardo da Vinci (1452 - 1519) * estudos de da Vinci sobre a anatomia humana * Andreas Vesalius (1514 - 1564) * estudos de Vesalius sobre a anatomia humana * Galileu Galilei (1564 - 1642) * BORELLI - “De motu animalium” - ao estudar a locomoção dos animais caracterizou-os como figuras geométricas em movimento. BORELLI estabeleceu ainda a hipótese de que os nervos transportavam substâncias capazes de desencadear a contração muscular. Esta hipótese foi confirmada em meados do século XX quando se descobriu a mediação química da transmissão sináptica. * De motu animalium - Giovani Afonso Borelli (1608 - 1679) * JAN SWAMMERDAM (1637 - 1680) - primeiras descobertas em relação à inervação e evidências de que conduziu o primeiro experimento com estimulação elétrica. * Sir Isaac Newton (1642 - 1727) * NEWTON - “Philosophiae naturalis principia mathematica” - estabeleceu uma completa teoria para a análise mecânica do corpo humano (mecânica newtoniana). lei da inércia lei da aceleração em função de uma força lei da ação e reação lei da gravidade * LUIGI GALVANI (1737 - 1798) - pai da neurofisiologia, mostrou que a estimulação elétrica de um tecido muscular produz contração e força. * MUYBRIDGE - estudos fotográficos sobre padrões de movimentos. MAREY & DEMENY - instrumentação e quantificação de parâmetros para análise da marcha humana. AUGUSTE & LOUIS LUMIÈRE - invenção da cinematografia. BRAUNE & FISCHER - modelo matemático para reconstrução tridimensional da marcha humana. * Eadweard Muybridge (1830 - 1904) * Muybridge Fotógrafo, inglês de nascimento, emigrou para os Estados Unidos em 1851. Em 1872 Leland Stanford convidou-o para fotografar seus cavalos de corrida. Nesta época, havia dúvidas se em algum instante durante o galope as quatro patas de um cavalo não tocavam o solo. * Muybridge * Muybridge * Muybridge * Muybridge o zoopraxiscópio * Étiènne-Jules Marey (1830-1904) * Georges Demeny (1850-1918) * Marey Médico, fisiologista, inventor e fotógrafo francês, é um dos precursores do cinema com seus estudos fotográficos sobre o vôo dos insetos e o movimento de cavalos. Apaixonado pela fotografia, inventou muitos instrumentos e desenvolveu muitos métodos, como a cronofotografia, a partir da qual a cinematografia moderna foi desenvolvida. Em 1894 criou uma máquina fotográfica que tirava 700 fotos por segundo! * Marey * Marey * Marey * Marey * Marey * Auguste Lumière (1862-1954) Louis Lumière (1864-1948) * Irmãos Lumière Nascidos França, os “pais” da cinematografia eram filhos de um fotógrafo e dono de empresa de papéis fotográficos. Louis dedicou a vida ao cinema, realizando documentários curtos, e Auguste, mais tarde, seguiu carreira na medicina. * Irmãos Lumière Toda imagem captada pelo olho humano permanece na retina por cerca de um décimo de segundo. Por isso, se neste período forem apresentadas mais de uma imagem, ter-se-á a impressão de estar vendo uma só. Por causa desta pequena ilusão óptica, comum a todas as pessoas, foi possível a invenção do cinema. * Irmãos Lumière o cinematógrafo “uma invenção sem futuro” * Christian Wilhelm Braüne (1821-1892) Otto Fischer (1861-1917) * Braüne & Fischer Alemães, considerados os “pais” da fotogrametria analítica, foram os primeiros a fazer a reconstrução tridimensional do movimento humano. * Braüne & Fischer * A BIOMECÂNICA NO BRASIL As propostas curriculares das primeiras escolas de Educação Física do Brasil já tinham a Cinesiologia como discipliana obrigatória. A Biomecânica começou a ser introduzida nos currículos a partir de 1965, quando foi estabelecido um acordo cultural entre o Brasil e a Alemanha. Natação (Maria Lenck, 1942) - primeiro livro escrito em português que aplica conceitos de biomecânica na análise de um movimento desportivo. * A BIOMECÂNICA NO BRASIL Hartmut Riehle - 1976 Cursos de especialização em biomecânica na EEFE/USP e no CEFD/UFSM. Wolfgang Baumann - 1979 Cursos e avaliação de potencialidades na USP, UFSM, UFRGS, UFRJ e UERJ. “A UFSM possui grande interesse e potencial para desenvolver um bom trabalho.” * A BIOMECÂNICA NO BRASIL Desde que a biomecânica iniciou-se no Brasil, observa-se o aumento do número de estudiosos e de interessados na área. Com este novo espaço para a comunicação e a reflexão de procedimentos e condutas acadêmicas, a biomecânica expandiu-se para além da Educação Física e do Esporte, gerando importantes relações interdisciplinares. * A BIOMECÂNICA NO BRASIL O Congresso Brasileiro de Biomecânica I Encontro Nacional de Docentes de Cinesiologia e Biomecânica - Porto Alegre, 1988 II Encontro Nacional de Docentes de Cinesiologia e Biomecânica - Pelotas, 1989 III Congresso Nacional de Biomecânica - Juiz de Fora, 1991 IV Congresso Nacional de Biomecânica - São Paulo, 1992 V Congresso Brasileiro de Biomecânica - Santa Maria, 1993 VI Congresso Brasileiro de Biomecânica - Brasília, 1995 * A BIOMECÂNICA NO BRASIL O Congresso Brasileiro de Biomecânica VII Congresso Brasileiro de Biomecânica - Campinas, 1997 VIII Congresso Brasileiro de Biomecânica - Florianópolis, 1999 IX Congresso Brasileiro de Biomecânica - Gramado, 2001 X Congresso Brasileiro de Biomecânica - Ouro Preto, 2003 XI Congresso Brasileiro de Biomecânica - João Pessoa, 2005 XII Congresso Brasileiro de Biomecânica - Rio Claro, 2007 XIII Congresso Brasileiro de Biomecânica- São Paulo, 2009 XIV Congresso Brasileiro de Biomecânica - São José do Rio Preto, 2011 * BIOMECÂNICA DO ESPORTE tecnologia aplicada à analise do movimento * BIOMECÂNICA DO ESPORTE fratura durante um salto triplo - sobrecarga * Histórico e técnicas usadas no estudo e na pesquisa da cinesiologia. Cronologia. Idade Antiga: 370 A.C. – Hipócrates – Regime na saúde - pai da medicina. 322 A.C. – Aristóteles – Animais e partes de animais - Pai de Cinesiologia. 212 A.C. – Arquimedes – Flutuação dos corpos - Pai da Hidrostática. 201 D.C. – Galeno – “De Naturalibus Facultatibus”- Pai da Medicina Desportiva. Da Renascença ao Século XVIII: 1519 – Da Vinci – Do vôo dos Pássaros - Pai do Gênio. 1642 – Galileu – Diálogos sobre o movimento - Pai da dinâmica. 1679 – Borelli – “De motu animalium”- Pai da Bimecânica. 1727 – Newton – “Principia Mathemetica Phil. Naturalis”- Leis Universais do movimento. 1798 – Galvani – Efeitos de letricidade sobre o músculo – Bioeletricidade. 1777 – Von Haller – Elementos de fisiologia – Irritabilidade do músculo. Século XIX: 1871/91 – Weber (irmãos) – Mecânica da locomoção humana. 1875 – Ducchene – “Physiologia des Mouvements” – Ação do músculo in vivo 1892 – Braune – “Der Gang dês Menschen” – Centro de gravidade. 1904 – Muybridge – “The human Figure in Motion”- Investigação da locomoção pela fotografia. 1904 – Marey – “Lê mouvement” – Investigação locomotora e fotografia. 1917 – Fischer – Massas e momentos de inércia dos segmentos corporais. Século XX: 1914 – Amar – “The human Motor” 1917 – Gilbreths – “Applied Motion Study. 1926 – Bernstein – “ General Biomechanics” – Investigators. 1967 – Basmajian – “ Muscles alive: Their Functions Revealed by Electromyography Diferencie eletromiografia e estimulação elétrica? TÉCNICAS USADAS NO ESTUDO DE CINESIOLOGIA. Dissecação de cadáver – observando os músculos, seus pontos de origem e de inserção, e a maneira como eles atuam tracionando-os, cuidadosamente, com auxílio de fitas elásticas. Dessa maneira, fazemos agir o músculo de modo semelhante ao que ocorre no vivo. Pode-se relacionar está técnica aos estudos de GALENO. Utilização do esqueleto articulado – prendendo fitas elásticas nos pontos de origem e de inserção de cada músculo estudado. Neste caso, a fita elástica substitui o músculo e executa o mesmo movimento realizado por aquele. A engenhosidade deste método sugere-nos o nome de DA VINCI como seu idealizador. Este método pode ser substituído por sarrafos por meios de dobradiças. Excitação elétrica de um determinado músculo – embora realizada na superfície sobre o local que se pressupõe passe o nervo responsável pela contração muscular, faz com que esse músculo se contraia. Aplica-se este método, criado por DUCCHENE, principalmente aos músculos superficiais. Aos músculos profundos somente se aplicaria no caso de ferimentos profundos, em que tais músculos ficassem expostos, o que evidentemente constitui caso excepcional. Observação de indivíduos lesionados (ou que sofreram determinado tipo de paralisia) – permite ao médico avaliar quais os músculos ou grupos musculares que foram atingidos pela lesão ou pela paralisia, e por outro lado permite avaliar a recuperação que se pode esperar do tipo de lesão em questão. Palpação dos músculos dos atletas (mesmo em repouso) – Essa pesquisa, geralmente realizada pelo médico ou fisicultor, também serve para avaliar o grau de recuperação da função de um músculo ou de um grupo muscular que ficou inativado em face de um traumatismo, ou devido a uma inatividade forçada do atleta, por causa de outra enfermidade. Observação dos trajes usados pelos atletas – foi um método muito utilizado pelos treinadores, quando as roupas se amarfanhavam com facilidade. Entretanto, hoje em dia, com a utilização de malhas que praticamente não enrugam dificilmente se aplicaria este método. Notava-se o aparecimento de rugas e pregas no lado do traje em que se situam os músculos que mais trabalham encurtando-se (trabalho positivo), e, do lado em que os músculos se distendem (trabalho negativo), observar-se-ia uma extensão do traje. Utilização de fotografias e de filmes cinematográficos – introduzida (simultaneamente), por MUYBRIDGE e MAREY, trabalhando um independentemente do outro, permitiu imagens sucessivas da realização de um determinado movimento por parte de um atleta, de tal sorte que se pode realizar uma análise do movimento efetuado, verificando se o mesmo o foi corretamente, obedecendo aos princípios básicos da cinesiologia. Caso não o tenha sido, pode-se sugerir ao atleta as correções necessárias para a melhoria da performance. Eletromiografia – utilizando eletródios coaxiais (inseridos nos músculos ou de superfície), captam a atividade elétrica muscular, permite avaliar se o músculo está ou não trabalhando, e em que intensidade. Por método comparativo, pode-se chegar à diferenciação entre trabalho produzido por contração concêntrica e por contração excêntrica do músculo. Observações de Inghios Selts. Em um tanque com água, este cientista, observou um homem e um quadrúpede, fazendo as seguintes anotações: Homem Posição da cabeça, situada em continuidade à coluna vertebral, o que dificulta a respiração, principalmente se o tronco esta voltado para baixo. A tendência do homem a manter-se em pé dentro d água o que provoca um desequilíbrio do corpo. A posição dos membros, inferiores em continuidade com o tronco, tende, a desequilibrar o corpo por meio de braços de alavanca. Quadrúpede As quatro patas são dispostas verticalmente em relação ao tronco, e o animal nada como se estivesse caminhando, Auxilia a flutuação, a posição originaria do tronco situado horizontalmente. A cabeça mantém-se naturalmente fora da água, o que facilita a respiração. PRECURSOR: Atualmente, os técnicos em natação preconizam o ensinamento da natação a crianças nos primeiros anos de vida, em que as crianças estão engatinhando, e com isso se igualam aos quadrúpedes. Planos e Eixos. Planos de movimento:- Derivam-se das dimensões do espaço formando ângulos retos ao se cruzarem; são usados para descrever as disposições estruturais. A - Plano Sagital é vertical e divide o corpo em lados direito e esquerdo. B - Plano Frontal é vertical e divide o corpo lateralmente pelo meio em anterior e posterior. C – Plano Transversal é horizontal e divide o corpo pelo meio em partes superior e inferior Planos anatômicos Terminologia Planos e eixos anatômicos de referência INTRODUÇÃO À BIOMECÂNCIA Eixos Coronal Sagital Longitudinal Esqueleto: constituição O esqueleto do adulto é constituído por cerca de 206 ossos O número difere com a idade e com fatores genéticos Existem, nomeadamente, ossos acessórios: • Ossos wormianos • Ossos sesamóides Esqueleto: organiza organização Esqueleto axial Crânio Ossículos auditivos Osso hióide Coluna vertebral Caixa torácica Esqueleto apendicular Cintura escapular Membros superiores Cintura pélvica Membros inferiores Esqueleto: função • Suporte • Proteção • Movimento • Hematopoiese • Armazenamento mineral (cálcio e fósforo) Articulações: classificações: Articulações fibrosas ( SINARTROSES) Articula Articulações cartilaginosas (ANFIARTROSES) Articula Articulações sinoviais (DIARTROSES) Articulações Sinartroses: Classificações Articulações fibrosas Suturas Serradas Escamosas Planas Sindesmoses Gonfoses Articulações Anfiartroses: Classificações. • Articula Articulações cartilaginosas • Sínfises • Sincondroses Articulações Diartroses ou sinoviais: classificações. Articulações sinoviais. Os ossos não estão em continuidade. Elas estão cobertas por uma cartilagem hialina especializada e o contato está restrito a esta cartilagem revestidas por uma cápsula fibrosa. Tendo em comum: 1- Dois ou + Ossos; 2- Movimento; 3- Liquido; 4- Tendões; 5- Cápsulas; 6- Ligamentos; 7- Amortecedores; 8- Outros. Articulações: movimentosMovimentos angulares Flexão / Extensão Abdução / Adução Movimentos circulares Rotação Circundução Movimentos especiais Inversão / Eversão Protração / Retração Elevação / Depressão Hérnias 1 - Protusão 2 – Extrusão 3 – Seqüestro Hérnias de disco Alavancas. 1º Gênero ou interfixa. Ex: Cintura pélvica; Predomina EQUILÍBRIO. 2º Gênero ou inter-resistente. Ex: tornozelo; Predomina FORÇA. 3º Gênero ou interpotente. Ex: Joelho; Predomina VELOCIDADE Alavancas. Alavancas. Alavancas OS TIPOS DE MÚSCULOS. Existem 3 tipos de músculos: lisos, estriados e miocárdio. Os músculos lisos pertencem à vida de nutrição (digestão, excreção, etc.); independem da vontade, e suas fibras são lisas. Os músculos estriados estão relacionados à vida de relação, isto é, são os responsáveis por movimentos exteriores, estando subordinado à vontade, apresentado estrias transversais, e ainda são os tipos de músculos que interessam diretamente aos estudos do treinamento desportivo. O coração, ou miocárdio é um músculo excepcional, vermelho e estriado, mas que é involuntário, e sua adaptação ao esforço é de capital importância na preparação desportiva. Resumidamente Existem três tipos de músculos no corpo humano: Liso = incumbido à vida de nutrição (digestivo, excreção, etc.) Cardíaco = é um músculo excepcional (involuntário) Esqueléticos = relacionados à vida de relações, contêm duas proteínas contráteis (actina e miosina). É envolvido por uma fina camada de tecido conjuntivo. Epimísio - envolve o músculo. Perimísio - envolve o fascículo. Endomísio – envolve a fibra muscular. Origem – Ponto mais proximal de onde um músculos insere. Inserção – local mais distal no qual o músculo se insere. Classificação funcional dos Músculos Os músculos esqueléticos exercem diferentes funções no tocante à ação articular: 1- Motor ou Agonista – Quando um músculo se contrai produzindo movimento. Os músculos motores se encontram em diversas ocasiões subdivididas em MP./ACESS. Motor Primário é o principal responsável por uma ação articular específica Acessório ou motor secundário é o músculo que auxilia essa mesma ação articular (principalmente na sobrecarga) 2- Antagonista – O músculo antagonista exerce uma contração que tende a produzir uma ação articular contrária à ação produzida pelo músculo agonista. 3- Fixador ou estabilizador – como o nome diz, são os músculos que fixam um determinado osso ou uma parte do corpo para que o outro músculo tenha um ponto de apoio para exercer tensão, movimentando assim outro segmento. 4- Sinergista – são chamados de sinergista, músculos que exercem a mesma função. 5- Neutralizador – é o músculo que neutraliza um outro ou um componente de outro músculo cuja ação é desejada no movimento a ser realizado. Propriedades dos músculos estriados. Elasticidade – E a propriedade pelo qual o músculo, depois de distendido por uma força exterior volta ao que era logo ao terminar aquela força. Irritabilidade – Capacidade do tecido muscular para responder à estimulação. Tonicidade – umas características específicas do tecido muscular, permitindo ao mesmo músculo outro tipo de encurtamento. Contratilidade – É a propriedade pelo qual o músculo excitado por agentes exteriores se contrai rapidamente. Contração isométrica (estática), F ≤ R Contração isocinética (velocidade controlada e força igual em toda amplitude), e; Contração isotônica (dinâmica) – concêntrica e excêntrica. Tipos de fibras musculares - A classificação das fibras musculares faz-se de acordo com o metabolismo energético dominante, da velocidade de contração e da sua coloração histoquímica, a qual depende das atividades enzimáticas. As fibras musculares dividem-se em: Tipo I, de contração lenta ou vermelhas, e isto devido à densidade capilar e ao conteúdo em mioglobina. Tipo II, de contração rápida ou fibras brancas a) Fibras tipo I, de contração lenta, vermelhas ou ST(slow twitch) São fibras com menor diâmetro, com um maior fornecimento sanguíneo, quando expresso em capilares por fibra, possuem muitas e grandes mitocôndrias e muitas enzimas oxidavas. São por isso fibras com um metabolismo energético de predomínio aeróbico, resultando uma grande produção de ATP, permitindo esforços duradouros. Estas fibras predominam nos músculos dos atletas de endurance ou resistência. b) Fibras tipo II, de contração rápida, brancas ou FT(fast twitch) São fibras brancas, de maior diâmetro, com predomínio de metabolismo energético de tipo anaeróbico. Possuem grandes quantidades de enzimas ligadas a este tipo de metabolismo, como por exemplo a CPK (creatinofosfoquínase), necessária à regeneração rápida de ATP a partir da fosfocreatina (CP). O músculo constituído por este tipo de fibras tem uma velocidade de contração. Fibras subtipo IIb: constituem o subtipo mais característico. São fibras de contracção rápida (fast twitch), nas quais o metabolismo anaeróbico é dominante, o que origina uma grande acumulação de ácido láctico no final do exercício. O componente aeróbico é reduzido ÓRGÃOS PROPRIOCEPTIVOS Fuso Muscular Órgão de Golgi ÓRGÃOS PROPRIOCEPTIVOS GOLGI – Sensíveis à tensão presente no tendão. Alerta quando o alongamento é extremo. FUSO MUSCULAR - Mais sensíveis à taxa de variação de estiramento. Alerta quando a força de contração é extraordinário. AGONISTA – ANTAGONISTA Quando se contrai, a força desenvolvida por este músculo tende a produzir flexão do cotovelo. No entanto, como veremos a seguir, nem sempre a contração deste músculo tem esse resultado, sendo necessário considerar três possibilidades: A) A força de contração do músculo braquial anterior equilibra a resistência. O músculo não sofre alterações significativas do seu comprimento e a articulação mantém a sua posição; trata-se de uma ação muscular estática. Este tipo de ação é utilizado para manter posições e fixar segmentos ósseos contra forças externas. B) A força produzida pela contração do músculo braquial anterior é superior à resistência, ao total de peso do antebraço, da mão e do copo. A inserção do braquial anterior aproxima-se da origem e o cotovelo flete. Este é um tipo de ação muscular dinâmico, dado que o comprimento muscular e o ângulo articular variam, e concêntrico, porque a força contráctil supera a resistência e o músculo encurta. A ação muscular dinâmica concêntrica é utilizada para gerar movimento nas articulações corporais. C) A força de contração do músculo braquial anterior é superada pela força externa, que é a responsável pelo movimento articular. O músculo alonga pela ação da força externa e há extensão do cotovelo. Trata-se de uma ação muscular dinâmica excêntrica, e é utilizada para contrariar as forças externas, travando o movimento. Muscolo striato Il muscolo è costituito da un tessuto formato da cellule dette fibrocellule, allungate nella direzione della contrazione. Contrazione muscolare = scorrimento dei filamenti di actina e di miosina che si vanno a sovrapporre in parte. Il muscolo può solo contrarsi o rilassarsi, ma NON allungarsi. Contrazione del muscolo Le teste della miosina prendono rapporti con siti di attacco del filamento di actina. Per ogni interazione actina-miosina, ioni Ca2+ ‘espongono’ i siti dell’actina. CONSIDERAÇÕES FINAIS A biomecânica é um campo vasto e relativamente novo, reunindo ou aproximando-se de diversas ciências, muitas tecnologias e toda a faixa de técnicas de movimentos usadas na educação física e no esporte. * CONSIDERAÇÕES FINAIS Esta área de conhecimento muito ainda pode oferecer. Ela pode explicar o que já é sabido na prática e desta maneira fornecer uma base científica para coisas tais como a seleção de um equipamento, o ensino de uma técnica e a prevenção de lesões. * CONSIDERAÇÕES FINAIS Ela pode também explorar o desconhecido. Pode procurar respostas para questões fundamentais relativas a como o corpo humano se move,e, especialmente importante, como o corpo pode ser movido para obter o melhor efeito. * POSTURAL CONTROL Postural control in four (or more) legged animals, is a relatively simple problem compared to bi-pedal postural control. In either case, postural stability is assured if the vertical projection of the body’s center of mass falls within the ‘footprint’ of the animal, i.e., the base of support. Bipedal Quadrupedal Posture is also needed (in animals with manipulating upper limbs) to support the movements of the terminal joints. Grato pela atenção! *