T6 BIOMECANICA DEL APARATO LOCOMOTOR

Tema 6: Anatomía Tema 6: Anatomía funcional y biomecánica funcional y biomecánica del aparato locomotordel aparato locomotor

Anatomía aplicadaAnatomía aplicadaCurso 2013-14Curso 2013-14

Profesor: Daniel FerrerProfesor: Daniel Ferrer

La Biomecánica: conceptoLa Biomecánica: concepto La La biomecánicabiomecánica es la disciplina que es la disciplina que estudia los modelos, fenómenos y estudia los modelos, fenómenos y leyes que sean relevantes en el leyes que sean relevantes en el movimiento (incluyendo el estático) movimiento (incluyendo el estático) de los seres vivos. Es una de los seres vivos. Es una disciplina científica que tiene por disciplina científica que tiene por objeto el estudio de las objeto el estudio de las estructuras de carácter mecánico estructuras de carácter mecánico que existen en los seres vivos, que existen en los seres vivos, fundamentalmente del cuerpo humanofundamentalmente del cuerpo humano..

¿Qué es la Biomecánica?¿Qué es la Biomecánica? Esta área de conocimiento se apoya Esta área de conocimiento se apoya en diversas ciencias biomédicas, en diversas ciencias biomédicas, utilizando los conocimientos de:utilizando los conocimientos de:– AnatomíaAnatomía– FisiologíaFisiología– FísicaFísica– IngenieríaIngeniería

El objeto de estudio es el El objeto de estudio es el movimiento humano.movimiento humano.

CIENCIA INTERDISCIPLINARCIENCIA INTERDISCIPLINAR

Utilidades de la Utilidades de la BiomecánicaBiomecánica

Comprensión de actividades y Comprensión de actividades y ejercicios.ejercicios.

Prevención de lesiones.Prevención de lesiones. Mejora del rendimiento.Mejora del rendimiento. Descripción y mejora de las Descripción y mejora de las técnicas de ejecución. técnicas de ejecución.

Desarrollo de nuevos materiales.Desarrollo de nuevos materiales. Rehabilitación.Rehabilitación.

Clasificación de la Clasificación de la Biomecánica Biomecánica

(según Aguado-Jodar, Izquierdo Redin 1995)(según Aguado-Jodar, Izquierdo Redin 1995)ClasificacióClasificació

nnCaracterístiCaracterísti

cacaIndicadorIndicador Sub-Sub-

indicadoresindicadoresINTERNAINTERNA BiológicaBiológica FisiológicaFisiológica

BioquímicaBioquímica

FcFcVO2 máx.VO2 máx.OtrosOtrosLactatoLactatoGlucosaGlucosaHemoglobinaHemoglobinaOtrosOtros

EXTERNAEXTERNA MecánicaMecánica CinemáticaCinemáticaDinámicaDinámica

FotometríaFotometríaEstáticaEstáticaCinéticaCinética

La Biomecánica externaLa Biomecánica externa CinemáticaCinemática: Estudia el movimiento de los : Estudia el movimiento de los cuerpos en función de su recorrido, cuerpos en función de su recorrido, velocidad, aceleración,..., sin velocidad, aceleración,..., sin considerar las causas que lo originan.considerar las causas que lo originan.

DinámicaDinámica: Estudia la relación entre las : Estudia la relación entre las fuerzas y los movimientos que producen.fuerzas y los movimientos que producen.– CinéticaCinética: Estudia las fuerzas que provocan el : Estudia las fuerzas que provocan el movimiento.movimiento.

– EstáticaEstática: Estudia las fuerzas que determinan : Estudia las fuerzas que determinan que los cuerpos se mantengan en equilibrio.que los cuerpos se mantengan en equilibrio.

Las fuerzasLas fuerzas Se entiende como fuerza a cualquier Se entiende como fuerza a cualquier acción o influencia que es capaz de acción o influencia que es capaz de modificar el estado de movimiento o de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración a ese imprimirle una aceleración a ese cuerpo.cuerpo.

Existen dos tipos de magnitudes:Existen dos tipos de magnitudes:– Escalares: se refiere a un valor numérico Escalares: se refiere a un valor numérico (masa, temperatura, volumen,...)(masa, temperatura, volumen,...)

– Vectoriales: es la forma de representar una Vectoriales: es la forma de representar una fuerza (velocidad, aceleración, peso,...)fuerza (velocidad, aceleración, peso,...)

Las Leyes de NewtonLas Leyes de Newton Ley de InerciaLey de Inercia :Un cuerpo en descanso permanecerá en :Un cuerpo en descanso permanecerá en descanso y un cuerpo  en movimiento continuará descanso y un cuerpo  en movimiento continuará moviéndose a una velocidad constante y en la moviéndose a una velocidad constante y en la misma dirección a menos que actúe sobre  él mismo misma dirección a menos que actúe sobre  él mismo una fuerza externa. una fuerza externa.

Ley de AceleraciónLey de Aceleración :La aceleración de un cuerpo es :La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza que causa directamente proporcional a la fuerza que causa la aceleración y es  inversamente proporcional a la aceleración y es  inversamente proporcional a la masa de ese cuerpo y en la  misma dirección de la masa de ese cuerpo y en la  misma dirección de la fuerza. la fuerza. Ecuación fundamental de la dinámica: Ecuación fundamental de la dinámica: F = m . AF = m . AEl peso de un objeto no es la masa del mismo sino El peso de un objeto no es la masa del mismo sino el efecto de la aceleración por la gravedad en el efecto de la aceleración por la gravedad en una masa. Por lo tanto, el peso es una fuerza. una masa. Por lo tanto, el peso es una fuerza.

Ley de Acción-ReacciónLey de Acción-Reacción : : Para cada acción siempre hay Para cada acción siempre hay una reacción igual y opuesta.una reacción igual y opuesta.

Los vectoresLos vectores Un vector es la representación gráfica Un vector es la representación gráfica de una fuerza. Se hace por medio de una de una fuerza. Se hace por medio de una flecha y queda definido por 4 flecha y queda definido por 4 componentes:componentes:– Dirección: Es la recta en la que está Dirección: Es la recta en la que está contenido el vector.contenido el vector.

– Sentido: Es hacia donde se aplica la fuerza, Sentido: Es hacia donde se aplica la fuerza, y se representa por la flecha del vector.y se representa por la flecha del vector.

– Punto de aplicación: Es el punto sobre el Punto de aplicación: Es el punto sobre el que se ejerce la fuerza.que se ejerce la fuerza.

– Intensidad o módulo: Es la cuantía de la Intensidad o módulo: Es la cuantía de la fuerza y se corresponde con la longitud del fuerza y se corresponde con la longitud del vector.vector.

Los componentes de un Los componentes de un vectorvector

Los sistemas de fuerzasLos sistemas de fuerzas Cuando varias fuerzas actúan sobre puntos Cuando varias fuerzas actúan sobre puntos invariablemente unidos, forman lo que se llama invariablemente unidos, forman lo que se llama un un sistema de fuerzas. sistema de fuerzas. Cuando un sistema de fuerzas Cuando un sistema de fuerzas puede sustituirse por una sola fuerza capaz de puede sustituirse por una sola fuerza capaz de realizar el mismo efecto, esta fuerza se realizar el mismo efecto, esta fuerza se denomina denomina resultante (R).resultante (R).

Cuando unas fuerzas actúan en la misma dirección Cuando unas fuerzas actúan en la misma dirección o en direcciones paralelas, y en el mismo o en direcciones paralelas, y en el mismo sentido, podemos sumar las fuerzas para sentido, podemos sumar las fuerzas para encontrar la fuerza resultante.encontrar la fuerza resultante.

Si las fuerzas actúan en la misma dirección, Si las fuerzas actúan en la misma dirección, pero con sentido opuesto, las fuerzas se restan.pero con sentido opuesto, las fuerzas se restan.

Si dos fuerzas actúan en ángulo: Regla del Si dos fuerzas actúan en ángulo: Regla del paralelogramo.paralelogramo.

Regla del paralelogramoRegla del paralelogramo

Si el ángulo entre Si el ángulo entre las fuerzas las fuerzas aumenta, la fuerza aumenta, la fuerza resultante resultante disminuye.disminuye.

Si el ángulo entre Si el ángulo entre las fuerzas las fuerzas disminuye, la disminuye, la fuerza resultante fuerza resultante aumenta.aumenta.

Algunos ejemplos...Algunos ejemplos...

Las Fuerzas internas Las Fuerzas internas Son aquellas generadas por la musculatura Son aquellas generadas por la musculatura y se fundamentan en el proceso de y se fundamentan en el proceso de contracción muscular.contracción muscular.

Contracción muscular

Isométrica

Isotónica

Concéntrica

Excéntrica

Trabajoestático

Trabajodinámicopositivo

Trabajodinámiconegativo

Las Fuerzas externasLas Fuerzas externas La gravedadLa gravedad: Es la fuerza con que la Tierra : Es la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos y depende de la masa de atrae a los cuerpos y depende de la masa de éstos (P=mxg).éstos (P=mxg).

La fuerza normalLa fuerza normal: Es la fuerza ejercida por el : Es la fuerza ejercida por el suelo de forma perpendicular sobre un cuerpo suelo de forma perpendicular sobre un cuerpo apoyado en él (Ley de acción y reacción).apoyado en él (Ley de acción y reacción).

La fuerza de rozamientoLa fuerza de rozamiento: Es la resistencia al : Es la resistencia al movimiento de dos superficies en contacto.movimiento de dos superficies en contacto.

Resistencia del aireResistencia del aire: La resistencia que : La resistencia que ofrece el aire (o el agua) al desplazamiento ofrece el aire (o el agua) al desplazamiento de un cuerpo depende de la forma del objeto, de un cuerpo depende de la forma del objeto, del área de la sección frontal y de la del área de la sección frontal y de la velocidad a la que se desplaza.velocidad a la que se desplaza.

El momento de una fuerzaEl momento de una fuerza Se llama Se llama momentomomento de de una fuerza a la una fuerza a la capacidad de dicha capacidad de dicha fuerza para producir fuerza para producir un giro o rotación un giro o rotación alrededor de un alrededor de un punto. punto. 

Matemáticamente es Matemáticamente es igual al producto de igual al producto de la intensidad de la la intensidad de la fuerza por la fuerza por la distancia desde el distancia desde el punto de aplicación de punto de aplicación de la fuerza hasta el eje la fuerza hasta el eje de giro: de giro: M = F • dM = F • d

En una palanca, la distancia entre el eje y el punto de aplicación de una fuerza se denomina "brazo de palanca". Así pues, el principio de la palanca afirma que una fuerza pequeña puede estar en equilibrio con una fuerza grande si la proporción entre los brazos de palanca de ambas fuerzas es la adecuada.

La palanca es una máquina simple compuesta por una barra rígida que puede girar libremente alrededor de un punto de apoyo, o eje.  El ensamblaje del movimiento humano se realiza mediante sistemas de palancas músculo-hueso. La tensión de los músculos se aprovecha al actuar en la serie de palancas proporcionadas por los tejidos óseos rígidos. Los componentes óseos actúan como brazos de palanca y las articulaciones constituyen el eje de movimiento (fulcro); la fuerza depende de la contracción muscular.

Punto de apoyo: Representado por el eje de giro de la articulación.

Potencia o fuerza para realizar el movimiento: Fuerza desarrollada por los músculos.

Resistencia que hay que vencer: Es el segmento óseo que hay que desplazar, incluso con una carga externa (Pesa).

Brazo de potencia : Representa aquel trozo de la palanca que se encuentra entre el punto donde se aplica la fuerza y el eje de la articulación.

Brazo de resistencia: es el trozo de la palanca que se encuentra entre la resistencia y el punto o eje de rotación articular.

Las palancas pueden ser de tres géneros o tipos, dependiendo de la posición relativa del fulcro y los puntos de aplicación de las fuerzas de potencia y de resistencia. El principio de la palanca es válido indistintamente del tipo, pero el efecto y forma de uso de cada tipo de palanca cambia considerablemente.

El eje se encuentra entre la resistencia y la potencia. En este tipo de palanca no se puede predecir la  ventaja mecánica ya que dependera del lugar en que se encuentre el eje. Ejemplo: Articulacion atlanto-occipital. Su función principal es la de conseguir el equilibrio de los elementos corporales.

La resistencia se encuentra entre el eje y la potencia. El brazo de potencia es mayor que el largo del brazo de la resistencia. Ventaja mecánica: Esta palanca provee una ventaja de fuerza tal que con poco esfuerzo se pueden sostener resistencias grandes. Ejemplo: Articulación tibiotarsiana o del tobillo.

La potencia se encuentra entre el el eje y la resistencia. El brazo de la resistencia es mayor al brazo de potencia. Es la más común en el cuerpo y la encontramos en la mayoría de los movimientos en cadena cinética abierta. Este tipo de palanca no es recomendable si queremos mover una resistencia grande. Se utiliza para mover pesos pequeños, grandes distancias y con velocidad. Ejemplo: articulación del codo.

Una cadena cinética es la utilización coordinada de diferentes palancas con un objetivo común de movimiento. Este trabajo mediante cadenas es importante, puesto que , permitirá al ser humano moverse con gran coordinación y economía Existen dos tipos de cadena cinética:

El extremo final de la cadena es libre y por lo tanto al trabajar con ella conseguiremosmovimiento en este extremo final y en las cosas  en contacto con él. Para que el extremo de la cadena sea libre, se tiene que cumplir, que no exista resistencia al movimiento , o que la fuerza de resistencia sea menor , que la fuerza conseguida al activar la cadena.Un ejemplo de utilización de CCA sería al mover una mesa, al lanzar una pelota etc.

Se caracteriza porque el último segmento corporal está en contacto con el suelo y/o levanta una carga muy elevada. Ejemplo: Ejercicio de sentadilla.

Es el punto en el que se supone toda la masa concentrada del cuerpo. En dicho punto, se aplica la resultante de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre un cuerpo.

En posición anatómica de pie el centro de gravedad se encuentra un poco anterior a la segunda vértebra sacral.

Para que exista estabilidad y en consecuecia, equilibrio, el centro de gravedad de un cuerpo debe proyectarse dentro de la base de sustentación. El grado de estabilidad o movilidad de un cuerpo en términos  mecánicos va a depender de: - El tamaño de la base de sustentación.

- La altura del centro de gravedad sobre la base de sustentación. - La localización de la línea de gravedad dentro de la base de sustentación.

- La masa del cuerpo.

Estable: Alteramos la posición del centro de gravedad levemente y el cuerpo puede hacer los ajustes necesarios para lograr que el centro de gravedad regrese a su posición original.

No estable: Alteramos la posición del centro de gravedad y el cuerpo no puede regresar a su posición original y asume una posición nueva.

Neutral: Cuando el centro de gravedad se desplaza pero permanece a un mismo nivel (el cuerpo ni se cae, ni regresa a la posición original, sino que se desplaza el centro de gravedad con su base de sustentación). Ej.: Patinaje.