Tema 6: Anatomía funcional y biomecánica del aparato locomotor

1. Tema 6: Anatomía funcional y biomecánica del aparato locomotor Anatomía aplicada Curso 2013-14 Profesor: Daniel Ferrer

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

3. ¿Qué es la Biomecánica? • Esta área de conocimiento se apoya en diversas ciencias biomédicas, utilizando los conocimientos de: • Anatomía • Fisiología • Física • Ingeniería • El objeto de estudio es el movimiento humano. • CIENCIA INTERDISCIPLINAR

4. Utilidades de la Biomecánica • Comprensión de actividades y ejercicios. • Prevención de lesiones. • Mejora del rendimiento. • Descripción y mejora de las técnicas de ejecución. • Desarrollo de nuevos materiales. • Rehabilitación.

5. Clasificación de la Biomecánica (según Aguado-Jodar, Izquierdo Redin 1995)

6. La Biomecánica externa • Cinemática: Estudia el movimiento de los cuerpos en función de su recorrido, velocidad, aceleración,..., sin considerar las causas que lo originan. • Dinámica: Estudia la relación entre las fuerzas y los movimientos que producen. • Cinética: Estudia las fuerzas que provocan el movimiento. • Estática: Estudia las fuerzas que determinan que los cuerpos se mantengan en equilibrio.

7. Las fuerzas • Se entiende como fuerza a cualquier acción o influencia que es capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleración a ese cuerpo. • Existen dos tipos de magnitudes: • Escalares: se refiere a un valor numérico (masa, temperatura, volumen,...) • Vectoriales: es la forma de representar una fuerza (velocidad, aceleración, peso,...)

8. Las Leyes de Newton • Ley de Inercia:Un cuerpo en descanso permanecerá en descanso y un cuerpo  en movimiento continuará moviéndose a una velocidad constante y en la misma dirección a menos que actúe sobre  él mismo una fuerza externa. • Ley de Aceleración:La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza que causa la aceleración y es  inversamente proporcional a la masa de ese cuerpo y en la  misma dirección de la fuerza. Ecuación fundamental de la dinámica: F = m . A El peso de un objeto no es la masa del mismo sino el efecto de la aceleración por la gravedad en una masa. Por lo tanto, el peso es una fuerza. • Ley de Acción-Reacción: Para cada acción siempre hay una reacción igual y opuesta.

9. Los vectores • Un vector es la representación gráfica de una fuerza. Se hace por medio de una flecha y queda definido por 4 componentes: • Dirección: Es la recta en la que está contenido el vector. • Sentido: Es hacia donde se aplica la fuerza, y se representa por la flecha del vector. • Punto de aplicación: Es el punto sobre el que se ejerce la fuerza. • Intensidad o módulo: Es la cuantía de la fuerza y se corresponde con la longitud del vector.

10. Los componentes de un vector

11. Los sistemas de fuerzas • Cuando varias fuerzas actúan sobre puntos invariablemente unidos, forman lo que se llama un sistema de fuerzas. Cuando un sistema de fuerzas puede sustituirse por una sola fuerza capaz de realizar el mismo efecto, esta fuerza se denomina resultante (R). • Cuando unas fuerzas actúan en la misma dirección o en direcciones paralelas, y en el mismo sentido, podemos sumar las fuerzas para encontrar la fuerza resultante. • Si las fuerzas actúan en la misma dirección, pero con sentido opuesto, las fuerzas se restan. • Si dos fuerzas actúan en ángulo: Regla del paralelogramo.

12. Regla del paralelogramo • Si el ángulo entre las fuerzas aumenta, la fuerza resultante disminuye. • Si el ángulo entre las fuerzas disminuye, la fuerza resultante aumenta.

13. Algunos ejemplos...

14. Las Fuerzas internas • Son aquellas generadas por la musculatura y se fundamentan en el proceso de contracción muscular. Trabajo estático Isométrica Contracción muscular Trabajo dinámico positivo Concéntrica Isotónica Trabajo dinámico negativo Excéntrica

15. Las Fuerzas externas • La gravedad: Es la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos y depende de la masa de éstos (P=mxg). • La fuerza normal: Es la fuerza ejercida por el suelo de forma perpendicular sobre un cuerpo apoyado en él (Ley de acción y reacción). • La fuerza de rozamiento: Es la resistencia al movimiento de dos superficies en contacto. • Resistencia del aire: La resistencia que ofrece el aire (o el agua) al desplazamiento de un cuerpo depende de la forma del objeto, del área de la sección frontal y de la velocidad a la que se desplaza.

16. El momento de una fuerza • Se llama momento de una fuerza a la capacidad de dicha fuerza para producir un giro o rotación alrededor de un punto.  • Matemáticamente es igual al producto de la intensidad de la fuerza por la distancia desde el punto de aplicación de la fuerza hasta el eje de giro: M = F • d

17. Sistemas de palancas 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.

18. Elementos de un sistema de palancas

19. Sistemas de palancas en el cuerpo humano 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 tensiónde los músculos se aprovecha al actuar en la serie de palancas proporcionadas por los tejidosóseos 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.

20. Elementos de una palanca en el cuerpo humano 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.

21. Tipos de palancas en el cuerpo humano 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.

22. Palanca de primer grado 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.

23. Palanca de segundo grado 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.

24. Palanca de tercer grado 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.

25. Ejemplos...

26. Las cadenas cinéticas 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:

27. La cadena cinética abierta • El extremo final de la cadena es libre y por lo tanto al trabajar con ella conseguiremos movimiento 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.

28. Ejemplos de cadenas cinéticas abiertas

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

30. Ejemplos de cadenas cinéticas cerradas

31. El centro de gravedad 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.

32. Localización del centro de gravedad en relación a la base de sustentación • 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.

33. Tipos de equilibrio 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.