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BIOMECÁNICA
La biomecánica estudia los mov del cuerpo humano. Objetivos.- conocer los movs del cuerpo humano y sus principios fundamentales, y evaluar estos movs en concordancia con los principios anatómicos, fisiológicos y mecánicos. Tb se estudiarán los efectos del mov sobre la estructura del cuerpo. Elegir ejercicios y actividades adecuadas para la prevención, terapia y mantenimiento del cuerpo humano.
UNIDAD DIDÁCTICA I
LECCIÓN 1. Biomecánica
__** Def.- es el estudio de un stma biológico bajo las leyes de la mecánica. Es una cc interdisciplinar. Se apoya en otras cc. Tiene unas áreas de estudio: -- Anatomía y Fisiología del aparato motor, donde osteología, artrología y miología constituyen 1 unidad fcnal de la estática y en la dinámica. -- Neurofisiología motora, ya q el mov aplicado al cuerpo humano, es el resultado de 1 actividad muscular regida x el stma nervioso. -- Mecánica, q es 1 rama de la física q se ocupa de las Fs q se ejerce sobre 1 cuerpo, y el mov q producen dichas Fs “BIOMECÁNICAS”. Se ocupa de la estática (equilibrio) y de la dinámica (desequilibrio). Estática.- significa q todas las Fs tienen una suma = a 0, no q no haya Fs; esto ocurre gracias a un stma interno q se opone a las Fs y las anula. Dinámica.- los desequilibrios producen mov. Dos términos imps:
- Cinemática , Geometría del mov (cómo se desarrolla un mov?), tiempo, desplazamiento, velocidad y aceleración lineal. C. angular. La cinemática describe cómo se mueve, pero no el por qué se produce ni por qué se modifica; describe tb todos los elementos articulares (tendones en tensión, etc...)
- Cinética. Fuerzas q actúan sobre el mov. Aplicado al cuerpo humano, los músculos q realizan el mov, los q se oponen, Fs de rozamiento... + un estudio cinemático. Si se habla de cinética F 0E 0 cinemática + Fs q actúan.
__** Campos de aplicación: -- BM básica, ligada a la comprensión mecánica de la fisiología humana. Se puede dividir en otras partes. -- BM médica, relacionada con el conocimiento de los procesos patológicos y el desarrollo de reparación médica: ¿qué carga puede soportar un callo óseo, 1 hueso con osteoporosis...? -- BM ocupacional, q forma parte del al ergonomía (stma hombre-máquina). -- BM deportiva, se ocupa del análisis de los movs desarrollados en la práctica deportiva, así como del diseño de los accesorios q en ella se utilizan. Hubo un gran avance.
Otra forma de clasificar la BM es según lo q estudia: -- BM de los tejs blandos, centrada en su comportamiento tenso-deformacional: ¿cuánto puede estirar un tendón? ¿qué carga soporta sin llegar a romperse? -- BM de los tejs duros, se ocupa del comportamiento mecánico del material óseo y dental. -- BM articular se centra en el análisis de los movs de las articulaciones y de las cargas q se generan en su seno, así como del a musculatura q en ellas intervienen. (cinética + cinemática) -- BM del impacto y de las vibraciones, q estudia la respuesta del cuerpo humano frente a excitaciones mecánicas q varían rápidamte en el tiempo. -- BM de los implantes, órtesis y prótesis. Hay q tener en cuenta q para hacer las prótesis la forma, cargas, movs... y a partir de ahí buscar el material y la forma) Normalmte para estudiar la BM de los tejs blandos se estira el tej y ser relaciona con la deformación. En el tej óseo se estudia el comportamiento bajo cargas y se miden las deformaciones y tb estudia las líneas de F, la composición (tej esponjoso...) y los engrosamientos. En la BM articular se estudian los centros de rotación y la geometría del mov (desplazamiento del mov F 0E 0 cinética) y tb estudia las cargas q se generan (qué se amortigua, quién lo amortigua...) El comportamiento de las vibraciones se usa sobretodo en BM ocupacional. En órtesis y prótesis.- se desarrollaron varias prótesis en base a los estudios biomecánicos. La prótesis debe adaptarse a la tipología del pac. Se incluye el estudio de lo q pasa después de implantar la prótesis (reacciones biológicas –afloja u oxidan los
Todo esto se aplica a modelos de segmentos rígidos articulados (muñeco articulado al q se coloca en las distintas posiciones) 3.- Tto de datos: análisis cinemático macroscópico, análisis cinético macroscópico (sacados ambos del modelo articulado), análisis energético macroscópico... Para llegar a un resultado.
__** Para qué sirve el análisis BM. A nivel de análisis BM hay dos utilizaciones:
- estudiar patrones de mov: los patrones de mov son la base de los estudios BM.
- análisis individual BM de una persona (st en deportistas): analizar un dtdo gesto de un dtdo deportista y mejorarlo.
__** Cómo se realizan los exámenes BM. Tenemos un grupo de técnicas instrumentales q registran los movs, y otras solicitan las fuerzas q actúan externamte. Dentro de las primeras, hay 2 tipos:
- directas (electrogoniómetro, acelerómetro... el problema es q son muy delicadas)
- indirectas (imágenes: grabar un mov. ralentizarlo, pararlo, compararlo con otros...) Una vez hecho esto podemos establecer patrones de mov. Hay 2 tipos de técnicas para registrar cargas externas:
- plataformas dinamométricas (se sabe la F total al poner el talón, cómo se distribuyen estas Fs, permiten situar el centro del equilibrio de una persona y sus distintas desplazamientos F 0E 0 tiene q estar en un sótano, sin alteraciones... su precio. (hoy en día se usa en otorrinolaringología F 0E 0 vértigos)
- plantillas instrumentadas F 0E 0 registran la carga de todo el pie (cómo carga el pie en cada pto, las distintas presiones, cómo se desarrollo el paso... )
LECCIÓN 3. Fuerzas. F 0E 8 Fuerzas. Al analizar un mov hay q tener en cuenta las Fs internas y externas q van a incidir en el mov global y en los particulares. Las Fs internas son Fs musculares q se oponen a las Fs externas. Hay una serie de Fs q actúan sobre el cuerpo humano: --- F de la gravedad.- está siempre presente. Influye en el levantamiento de un peso (el esfuerzo es mayor cuanto + cerca está de la horizontal debido a la F de la gravedad). Cuando nos movemos nos adaptamos para vencer la F de la gravedad, influye en la posición global del tronco (al subir o bajar cuestas es + evidente); debido a la F de la gravedad hay un trabajo cte de dtdos músculos y puede causar dolor (+ frecuente en articulaciones de carga F 0E 0 x ello es poco habitual en M. S.) Se puede anular o disminuir con suspensionterapia e hidroterapia respectivamte. --- Inercia.- resistencia de un cuerpo a modificar su estado de reposo o mov sin q una F actúe sobre él. Hay q evitar los movs inerciales en una potenciación. --- Fricción.- es la F q se opone al mov cuando una superficie se desliza sobre otra. Se estudia en el cuerpo humano en relación a las articulaciones (las superficies articulares tiene cartílago hialino para eliminar esas Fs de fricción, ya q es muy deslizante) Tb será una F q podamos usar para hacer un mov de tipo resistido (reeducación de la mano, principalmte) --- F de presión hidrostática.- al sumergir un cuerpo en el agua se produce una descalibración y tb hay una presión hidrostática q actúa a nivel circulatorio, respiratorio, a nivel de órganos... se usa tb en su efecto térmico. Podemos tratar de usar o eliminar estas Fs para realizar los ttos. Las Fs se dividen x dirección, sentido, pto de aplicación y x su origen:
- dirección:
- paralelas (mismo sentido de mov)
- concurrentes (son secantes o se cortan)
- sentido:
- motrices ( = sentido q el mov)
- resistentes ( distinto sentido q el mov)
- pto de aplicación:
- de contacto
- a distancia (ej: gravedad)
- x su origen:
- internas (Fs musculares, tendinosas, ligamentosas...)
- externas (gravedad, inercia...) F 0E 8 Fuerzas aplicadas al cuerpo humano ** Fuerzas en el mismo sentido: la resultante tiene la misma dirección y sentido y la I es la suma de las I de las Fs primitivas: = Ej: llevar un peso en la cabeza: peso + gravedad ** Fuerzas en sentido contrario: la resultante tiene como I la diferencia de las I de las Fs primitivas, y la dirección y el sentido de la mayor de ellas: = Ej: cuando realizamos una tracción, vencemos la F de los elementos periarticulares. ** Fuerzas secantes: es útil para hallar la línea de acción de un músculo en conjunto q tenga varios haces situados en distintos planos: se hace una composición de Fs. Con la resultante se sabe la F q va a desarrollar y la dirección. Ej: deltoides. ** Fuerzas paralelas: sirve par saber, sobre varias Fs q actúan sobre un segmento óseo, dónde se sitúa el pto de acción de la resultante (para evitar, x ej, un foco de fractura). --- en el mismo sentido: cuando aplicamos la F, la resultante de ésta y de la gravedad se sitúa en un pto comprendido entre los ptos de aplicación de las dos Fs (q esté más cerca de un lado u otro depende de las I de las Fs).
Es difícil calcular exactamente en ----------------------------- la práctica ese pto. Ej: estiramiento de codo con fractura en cúbito y radio.
--- en distinto sentido: el pto de la resultante cae fuera del límite marcado entre los ptos de aplicación de las Fs.
El ángulo F 06 1 es imp para hallar C.R. y C. L. y sus magnitudes:
- C.R. F 0E 0 R x sen F 06 1 R F 0E 0intensidad del músculo
- C.L. F 0E 0 R x cos F 06 1 coaptante (+) tracción (-) C.L. va a ser coaptante o va a traccionar.
- Si F 06 1 = 90º F 0E 0 la F muscular es rotatoria (el músculo provoca casi exclusivamte mov.)
- Si F 06 1 = 45º F 0E 0 F (^) R = F (^) L (el músculo será menos eficaz).
- Si F 06 1 = - de 45º F 0E 0 el músculo es coaptador (predomina C.L.)
- Si F 06 1 = + de 90º F 0E 0 el músculo tracciona (apenas hay mov)
** Las palancas tienen tb imp a la hora de hallar los sectores de eficacia. Palanca.- barra rígida q rota alrededor de un eje fijo (fulcro) cuando se aplica en un pto de esta una F para vencer una resistencia.
Características de la palanca: --- eje o pto de apoyo fijo --- 2 ptos de aplicación de la F (uno donde se aplica la potencia y otro donde se aplica la resistencia) --- estos 3 factores determinan la longitud de la palanca: brazo de potencia (distancia entre el eje y el pto de aplicación de la potencia); brazo de resistencia (distancia entre el fulcro y el pto de aplicación de la F de resistencia).
Hay 3 tipos de palancas: --- Palancas de 1er^ género: el fulcro en el pto medio entre el pto de aplicación de la potencia y pto de aplicación de la resistencia. --- Palancas de 2º género: el brazo de potencia es > q el de resistencia. --- Palancas de 3er^ género: el brazo de resistencia es > q el de potencia.
----------------------------- 1 er^ género ((a)) = esfuerzo ---------------------------- 2º género ((b)) = resistencia ---------------------------- 3 er^ género ((c))
F 0E 8 Palancas aplicadas al cuerpo humano. Barra rígida F 0E 0 segmento óseo. Eje F 0E 0 articulación. Potencia F 0E 0 F muscular; el pto de aplicación es la inserción. Resistencia F 0E 0 es el peso; el pto de aplicación es el centro de gravedad de un segmento dado.
((a)) Es una palanca de equilibrio xq en principio, ambos brazos son parecidos o iguales y no hay ventaja ni desventaja mecánica, x lo q la potencia aplicada será proporcional a la resistencia. ((b)) El músculo con poco esfuerzo vence grandes resistencias: ventaja mecánica. Se conocen como palancas de fuerza. ((c)) Se consideran de velocidad. Trabajan en desventaja mecánica. Un músculo con este tipo de palanca hará grandes esfuerzos. Son las más frecuentes en el cuerpo humano. Se considera de velocidad xq cuando el músculo se contrae con gran esfuerzo pero producen movs rápidos. Ejemplos: 1 er^ género: --- La cabeza sobre el atlas: (fulcro) articulación occipitoatloidea; (pto de aplicación potencia) lugar de inserción de los músculos q vienen del cuello; (pto de aplicación resistencia) delante del oído, en la silla turca. Su objetivo es equilibrar la cabeza, q de x sí se iría hacia delante.
El bíceps y el supinador, a pesar de realizar ambos la flexión del antebrazo, a 90º de flexión del codo no tienen la misma eficacia, xq tienen brazos de potencia y resistencia distintos. El momento motor de un músculo se halla x una ecuación: Mt = I x sen F 06 1 x Bp Mt F 0E 0máxima eficacia I F 0E 0de la F ejercida I x sen F 06 1^ F 0E 0C.R. El Bp es cte. La I es cte. α es el q cambia.
La F es imp pero está condicionada a la palanca mecánica en q se encuentre el músculo. Durante una contracción la F muscular no varía, pero la F total sí varía debido a los cambios en el ángulo de inserción. Un músculo, x tanto, podría quedar anulado x la posición del ángulo de inserción. Pero para q esto no pase el cuerpo humano posee unos mecanismo q minimizan (no eliminan) las variaciones en el ángulo de tensión: --- contrafuertes óseos de deslizamientos .- salientes óseos x donde pasan dtdos tendones (ej: peroneo largo F 0E 0 tendón retromaleolar); si no lo hubiese, los cambios serían enormes. --- ligamentos transversos .- suelen estar en concavidades y fijan tendones. Tb forman parte de este mecanismo los túneles osteofibrosos (túnel carpiano) y las poleas de reflexión (vainas tendinosas q poseen muchos músculos). --- huesos sesamoideos .- por ej. la rótula; si se extrae la rótula no se consiguen los últimos 20º ó 30º de extensión xq falta eficacia mecánica F 0E 0 se busca entonces la hipertrofia del cuadriceps. En las plantas de los pies hay varios (para los flexores dorsales de los dedos). --- correderas de deslizamiento.- tendones de los flexores de los dedos (si no existieran estas sujecciones, al flexionar los dedos, los tendones quedarían sueltos, colgando).
LECCIÓN 4. Centros de gravedad del cuerpo humano. F 0E 8 Definición. Centro de gravedad.- es el pto de aplicación de la resultante de todas las Fs de gravedad q actúan sobre ese cuerpo. Línea de gravedad.- vertical q pasa x el pto de gravedad. El centro de gravedad de 1 objeto permanece fijo mientras ese cuerpo no cambie de forma o de posición. Los centros de gravedad están en relación con la forma del cuerpo. Ej: un cuerpo rígido tiene su centro de gravedad en el centro geométrico. Si es un cuerpo no homogéneo, su centro de gravedad se sitúa en las zonas de más peso. En el cuerpo humano el centro de gravedad dependerá de la posición del cuerpo humano. En postura estática de bipedestación el centro de gravedad en la columna sacra (S2). Pero si nos movemos cambia. En sedestación, el centro de gravedad es L3. Centros segmentarios de gravedad del cuerpo humano:
- cabeza: silla turca, x delante de la art occipitoatloidea.
- brazo: pto medio del húmero.
- antebrazo: casi en su mitad.
- mano: centro geométrico.
- tronco: L1 (sin tener en cuenta brazos ni cabeza; si no, el centro es L3)
- (^) muslo: mitad sobre el eje mecánico (línea q une dos arts)
- pierna: mitad superior.
- pie: art de Chopart.
- antebrazo + mano: 1/3 inferior del antebrazo (próximo a la muñeca)
- miembro superior extendido: codo.
- pierna + pie: 1/3 inferior de la pierna.
- (^) miembro inferior extendido: 6 a 8 cm x debajo de la rodilla.
- cabeza + tronco: D10 (apófisis xifoides).
** Porcentaje de talla desde el suelo al centro de gravedad. En el hombre el centro de gravedad se sitúa a más distancia del suelo q el de la mujer, quedando en este en un 57% de su altura, y en la mujer en un 55%. Cuando se hace una composición de palancas, hay q tener en cuenta el centro de gravedad, y así hallaremos si está en ventaja o en desventaja mecánica.
F 0E 0 Cuando una persona se desvía de esta línea de actitud y se sitúa
posteriormente, a esta desviación se llama actitud en arco anterior. Esto implica unos mecanismos compensatorios para no caerse.
La línea ideal cae a la altura de Polígono de Chopart (X), y si la línea desviada sustentación se posterioriza, hay poco espacio en posición dentro del polígono de sustentación bípeda de doble para mantener el equilibrio, x tanto apoyo. si los mecanismos compensatorios no fuesen suficientes, se caería. Debido a esta distribución de la base de sustentación es más fácil mantener el equilibrio hacia delante q hacia atrás. La base de sustentación varía mucho según la posición. Como consecuencia de una actitud en arco anterior el aparato muscular deberá generar unas Fs anteriores continuas q eviten q el cuerpo se caiga hacia atrás (trabajo muscular previo a cualquier esfuerzo). Es un trabajo excéntrico (embarazadas). A nivel muscular hay q diferenciar las zonas cóncavas de las convexas: --- musculatura de la concavidad (espalda).- estará permanentemente acortada y como no se puede estirar puede perder propiedades elásticas; tb tendrá problemas de buena oxigenación (lo q dificultará la eliminación de metabolitos) y todo ello dará lugar a la atrofia (el músculo perderá F). --- musculatura de la convexidad (abdomen).- estará + elongada más tiempo del q debería, x lo q puede perder cierta capacidad de elasticidad xq no se puede nutrir bien y tb se atrofiará y puede sufrir una fibrosis. El psoas estaría elongado y trabajando constantemte en excéntrico. Se sobrecarga la zona lumbar. Se pueden comprimir los discos. Una compensación frecuente es la hiperlordosis cervical, para llevar la línea de gravedad hacia delante.
F 0E 0 Desviación hacia delante (traslación anterior): Tb habrá diferencias entre
concavidad y convexidad: --- la concavidad (anterior) estará acortada, y --- la posterior (convexidad) evitará q el cuerpo se vaya hacia delante (los paravertebrales). La musculatura cervical estará acortada y en contracción permanente. El sufrimiento articular se produce en todo el MI. Las vértebras dorasales y lumbares están sobrecargadas x la contracción permanente de los paravertebrales en excéntrico, q evitan q se caiga el cuerpo hacia delante, aunq no soporten la carga del peso del cuerpo en sus arts posteriores (ya q caería sb los cuerpos vertebrales). Puede darse incluso la calcificación de alguno de los ligs de la zona posterior. En ambos casos, si bien cambia la musculatura q está acortada, habrá consecuencias imps en planos articulares, sobretodo en las q soportan peso: arts interapofisarias, cadera, rodilla y pie. Puede ser motivo de lesión xq la carga no está centrada ni repartida uniformemte (en las arts hay compartimentos de carga adecuados para soportar pesos); puede ocasionar artrosis; además es una carga permanente. En el miembro inferior hay menos afectación q en la c. vertebral, xq en la marcha se hacen apoyos alternos y las arts descansan, y en las interapofisarias la carga es constante mientras están sometidas a la gravedad.
En el cuerpo humano, cuando hay una desviación de la línea de gravedad o de la carga, hay mecanismos de compensación automáticos: desplazamiento de un segmento tendente a restablecer el eq de un esqueleto alterado x el desplazamiento previo de otro segmento, situando de nuevo la línea de gravedad dentro del polígono de sustentación. Las causas de estas desviaciones son muy variadas: problemas en la base de sustentación, un problema emocional grave (la tensión se transmite a los músculos y comienzan a aparecer problemas) q provoca un cambio postural... Que haya una desviación en bipedestación no implica q tenga q haberla tb en otras posturas, como la sedestación.
- matriz orgánica intercelular o sustancia fundamental: colágeno (q le da cierta capacidad de deformación sin llegar a romperse) y stancia fundamental amorfa (contiene agua y lípidos). El colágeno es el 90% de la totalidad de la matriz.
- stancia mineral: confiere dureza y resistencia al hueso. Contiene calcio y fósforo (magnesio, fosfato, carbonato...) y no es estable: hay un intercambio cte de stancias con los fluidos tisulares. Ambos sin mineralizar F 0E 0 Tej osteoide (o tej óseo recién formado).
Periostio y endostio: --- Periostio.- membrana conjuntiva q recubre al hueso. Tiene dos capas: una superficial y otra profunda. La más interna es rica en céls especializadas (q se van a convertir en osteoblastos) y en céls precursoras de los componentes del hueso. Estos osteoblastos van a provocar una regeneración y crecimiento óseo en espesor. Está altamente vascularizada. La superficial es más consistente, tiene alto contenido en fibras de colágeno (x tanto es más resistente, sobre todo a la F de tracción). Es la q recibe todas las inserciones de tendones y ligamentos (q ejercen Fs de tracción). Está poco vascularizada (x lo q su regeneración es + difícil). Tiene fc de protección. --- Endostio.- fina membrana conjuntiva q tapiza la cavidad medular, conductos de Havers y Volkman y los espacios medulares del hueso esponjoso. Posee céls endósticas q tienen actividad osteogénica (precursores de osteoblastos) y otras con capacidad hematopoyética. F 0E 8 Morfogénesis ósea. Intervienen varios factores: -- genéticas -- metabólicas (hay hormonas q influyen en el crecimiento del hueso: por la PTH el hueso se descalcifica xq frena el proceso). -- mecánicos
Los factores mecánicos:
- la trabeculación ósea y ejes de osteonas está condicionado x las líneas de F (si no hay F el hueso no se remodela y se descalcifica, y el colágeno se ordena mal). Sólo influyen los factores mecánicos.
- tensiones mecánicas.- estímulo indispensable para la actividad osteoblástica (para q se regenere el hueso).
En base a esto hay 2 leyes del crecimiento óseo: F 0E 0 Ley de Delpech (del hueso infantil en crecimiento): “Las zonas de cartílago de crecimiento sometidas a presión excesiva sufren una inhibición y enlentecimiento del crecimiento, mientras q en las q están sometidas a una tracción tienen un crecimiento acentuado”. X tanto si hay una carga descentrada y una zona tiene una presión excesiva o cte y otra sufre Fs de tracción, una no crecerá y la otra se desarrollará mucho más (x ello es imprescindible corregir la escoliosis grave en los niños, xq si no, en la edad adulta las vértebras estarán deformadas y no habrá corrección posible).
F 0E 0 Ley de Wolff: crecimiento x aposición en el hueso maduro (crecimiento en
espesor). “El crecimiento en grosor está estimulado x Fs de presión”. Un hueso q esté incurvado, la zona cóncava sometida a Fs de flexión incrementará su grosor. Pero en la otra cortical se producirá un adelgazamiento (se volvería + frágil). X ello para prevenir la osteoporosis se somete al hueso a demandas mecánicas. F 0E 8 Vascularización ósea. Normalmente es una buena vascularización. Es una vascularización endomedular (arteria nutricia), una vasc. perióstica y una vasc. a través del endostio; además, cuando está en crecimiento hay tb una vasc. epifisometafisaria. Esta es la situación más común, pero hay huesos q tienen una vascularización menos abundante (xq tienen una única vía): --- cabeza femoral (a través de una arteria y del lig redondo).- si hay fractura del cuello femoral se puede producir la necrosis de la cabeza femoral.
