Biofizica - generaliti

Biofizica reprezint studiul fenomenelor fizice implicate n funcionarea sistemelor biologice, tiinta care utilizeaz tehnici i concepte fizico-chimice, precum i aparatul matematic asociat acestora, pentru cercetarea fenomenelor lumii vii.7.1. Mecanica posturii i locomoieiVom aborda mecanica locomoiei axat pe cele trei mari capitole ale mecanicii: statica; cinematica; dinamica.

Statica posturalSe numete postur meninerea n echilibru a corpului ntr-o anumit poziie, ortostatic sau oricare alt poziie.n mecanismele posturii intervin elemente pasive, rspunznd legilor mecanice de echilibru al corpurilor i elemente active, de coordonare, prin intermediul musculaturii comandate de sistemul nervos.Informaiile necesare proceselor de reglare a posturii provin, aa cum s-a vzut, de la proprioceptorii din muchi, tendoane aponevroze, analizorul vestibular, ca i de la analizorul vizual i exteroceptorii tactili, pentru stabilirea poziiei relative faa de alte corpuri.n acest capitol vor fi abordate aspectele care privesc elementele pasive ce concureaz la stabilirea echilibrului. Vom defini cteva noiuni de baz i vom vedea cum se aplic ele corpului uman.

Spre a avea un reper n descrierea poziiei diferitelor pri ale corpului, s-au stabilit trei plane de referina: planul sagital, frontal i transversal (orizontal). Se vede c planul sagital este un plan de simetrie, corpul uman avnd, n cea mai mare parte, o simetrie bilateral.Se numete centru de greutate punctual de aplicare al rezultantei forelor de greutate ale tuturor punctelor materiale ce alctuiesc sistemul. n cazul n care corpul are un plan de simetrie, centrul de greutate se afla n acest plan, deci centrul de greutate al corpului uman e n plan sagital. Mai exact, se afl n intersecia dintre planul sagital, planul frontal i un plan orizontal la nivelul celei de a doua vertebre lombare.

Baza (poligonul) de susinere e reprezentat de suprafaa poligonal obinuta prin unirea punctelor extreme de contact al corpului cu suprafaa pe care se sprijin. Exemplu: pentru corpul uman n poziie ortostatic, poligonul de susinere e delmitat de marginile exterioare ale plantelor i liniile care le unesc. Pentru ca un corp s se afle n echilibru, e necesar ca proiecia centrului de greutate s cad n interiorul bazei de susinere. Echilibrul e cu att mai stabil, cu ct poligonul are o suprafaa mai mare i centru de greutate se gasete mai jos. E un fapt banal ca echilibru se mbuntete deprtnd picioarele.n stabilirea centrului de greutate intervine dispoziia diferitelor segmente osoase, a ligamentelor i a prilor moi. Cercetri privind staiunea biped au demonstrat faptul c un om n poziie vertical are o activitate deosebit de slab la nivelul trunchiului i coapselor, astfel c un echilibru tranzitoriu i instabil poate fi asigurat i n mod pasiv, n unele cazuri patologice, cum ar fi paralizia poliomielitic, el poate suplini parial stabilitatea controlat activ.

Cinematica osteoarticular

Pentru studiul cinematicii osteo-articulare e necesar definirea unor concepte.

Gradele de libertate ale unui sistem corespund numrului maxim de micri simple (rotaie sau translaie) independente pe care le poate efectua. n spaiul nostru tridimensional, numrul maxim de grade de libertate este de ase: trei rotaii n jurul a trei axe rectangulare i trei translaii de-a lungul acelorai trei axe spaiale. Orice micare, pe traiectorii orict de complexe, poate fi descompus n micrile simple de mai sus. Frecvent, n sistemele mecanice sau biomecanice exist anumite constrngeri, legate de structura sistemului respective, care nu permit efectuarea tuturor micrilor, limitnd deci numrul de grade de libertate.

n cazul articulaiilor, dat fiind curbura neuniform a suprafeelor, unul pn la trei grade de libertate, constnd n rotaii n jurul uneia pna la trei axe. Micile deplasri laterale, adic translaiile, se pot reduce la rotaii n jurul unei axe cu alt orientare.Pentru oasele lungi, se poate defini, mai mult sau mai puin artificial, deoarece oasele n general nu sunt strict simetrice, o ax mecanic, ax ce coincide cu axa lung a osului. Dac singura micare permis de articulaia respective este rotaia n jurul acestei axe, sistemul are un singur grad de libertate. Fiecare punct al osului descrie cercuri cu centru pe ax.De regul, extremitatea articular a osului are o alt orientare dect ax lung. Dac rotaia are loc n jurul unei axe ce trece prin aceast extremitate, osul descrie o suprafa conic. Sistemul are tot un singur grad de libertate.O articulaie sferic permite rotaia n jurul altei axe, deci are trei grade de libertate.

Micrile articulare pot fi clasificate, iari mai mult sau mai puin artificial, n patru mari categorii:

translaie;

micare unghiular;

rotaie;

circumducie.

Translaia e cea mai simpl micare i const n glisarea lateral a unei suprafee articulare fa de cealalt. Glisarea ,de obicei, nu apare singur, ci insoete micri de rotaie avnd ca efect rotirea n jurul unor axe diferite. Translaia e implicit.Micarea unghiular se refer la modificarea unghiului dintre segmentele osoase adiacente. Ea poate fi submprit n alte dou categorii: flexie extensie abducie adducie.

Dat fiind poziiile foarte diferite ale corpului (sagital, frontal, e greu de dat o definiie general valabil pentru diferite micri unghiulare. De regul, se consider flexia i inversul ei extensia ca rotaii n plan sagital, n jurul unei axe frontale, iar abducia i adducia apropie segmentele membrelor de planul frontal.Circumducia apare atunci cnd un os lung descrie o suprafaa conic n jurul unei axe ce trece prin articulaie. E lesne de observat c este o micare combinat, avnd ca elemente flexia, extensia, abducia i adducia.Funcia este un termen utilizat de obicei pentru o micare n jurul unei axei independente, trecnd prin articulaie, axa paralel dar nu cu axa osului.Din cele prezentate mai sus, se poate vedea ca n afar de uoarele deplasri laterale (translaii) n articulaie, toate celelalte sunt micri de rotaie n jurul uneia pn la trei axe.

Micrile ce apar la nivelul suprafeei articulare pot fi considerate ca fiind compuse din trei componente de baz: rotaie propriu-zis; rulare; glisare. Aceste micri, de regul, nu apar izolate, ci n diverse combinaii.

Amplitudinea micrilor articulare; a) articulaia cotului flexie, extensie; b) articulaia umrului rotaii exterioare i interioare; c) antebraul: pronosupinaia; d) articulaia umrului: adducia (20-40), deducia (0-90); e) articulaia umrului: rotaii; f) articulaia radiocarpian: flexie dorsal (35-60), flexie palmar (50-60); g) articulaia radiocarpian: nclinaie radial (25-30), nclinaie cubital (30-40); h) articulaia oldului: hiperextensia (10

Din punct de vedere cinematic, osul se comporta ca un solid rigid, deci dac o extremitate parcurge o anumit traiectorie, aceasta impune o traiectorie bine definit extremitaii distale. n cazul n care un punct al osului parcurge un arc n zona articular, punctul axial opus parcurge i el un arc n spaiu.

. Dinamica locomoiei

Sistemul osteoarticular e pus n micare de forele de traciune ale muchilor, conjugate cu fora gravitaional, forele elastice din muchi, tendoane i articulaii i ineia sistemului.Din punct de vedere al parcularitii forelor musculare la realizarea micrii, grupurile de muchi se mpart n: muchi motori primari; muchi antagoniti; muchi de fixare sau stabilizare; muchi sinergici.

. Muchiul motor primar iniiaz i menine micarea. Muchiul antagonist contrabalanseaz aciunea motorului primar la nceputul i la sfritul deplasrii. Uneori, muchiul motor primar i cel antagonist au o aciune conjugal, pentru a menine i fixa poziia unui segment osteo-articular, avnd deci rol de muchi de fixare. n anumite situaii, mai ales n cazul articulaiilor multiaxiale sau atunci cnd muchiul ce se contract traverseaz mai multe articulaii, contracia lui poate duce i la micri nedorite. Spre a elimina aceast posibilitate, intervine contracia muchilor sinergici, care, n acest sens, sunt parial antagoniti muchiului motor primar.Modul n care se distribuie forele date de tensiunea din muchi depinde de poziia inseriilor musculare. Atunci cnd unul din segmentele osoase este fix, iar celalalt este mobil, articulaia este multiaxial. Inseria e excentric fa de planul format de cele dou oase. Fora dezvoltat de muchi se descompune ntr-o component axial slab i una normal mare. Fora normal e cea sub aciunea creia se modific unghiul dintre cele dou segmente. Cnd unghiul scade sub 90 grade, se observ c sensul forei axiale se inverseaz.

Dac inseria e aproape de articulaie pe segmentul fix i deoparte pe cel mobil intensitatea cea mai mare o are fora axial, care i menine sensul indiferent de unghi, avnd tendina s comprime articulaia. Dac inseria muchiului pe segmentul mobil se face mult n afara planului oaselor, intensitatea cea mai mare o are fora transversal, impunnd osului o micare de rotaie n jurul axei lungi.

Dac inseria e aproape de articulaie pe segmentul fix i deoparte pe cel mobil intensitatea cea mai mare o are fora axial, care i menine sensul indiferent de unghi, avnd tendina s comprime articulaia. Dac inseria muchiului pe segmentul mobil se face mult n afara planului oaselor, intensitatea cea mai mare o are fora transversal, impunnd osului o micare de rotaie n jurul axei lungi.

Relaia de echilibru al prghiei este:F.l=R.rn care: l = braul forei motoare; r = braul forei rezistente

n cazul n care braul forei rezistente e mai mare dect al forei motoare (r>l), o deplasare mic a punctului de aplicaie al forei motoare determin o deplasare amplificat a punctului de aplicaie al forei rezistente. Dac ns braul forei motoare este mai mare (l>r), fora rezistent poate fi nvins (echilibrat) de o for proporional mai mic.

Spre a avea un reper n descrierea poziiei diferitelor pri ale corpului, s-au stabilit trei plane de referina: planul sagital, frontal i transversal (orizontal). Se vede c planul sagital este un plan de simetrie, corpul uman avnd, n cea mai mare parte, o simetrie bilateral.Se numete centru de greutate punctual de aplicare al rezultantei forelor de greutate ale tuturor punctelor materiale ce alctuiesc sistemul. n cazul n care corpul are un plan de simetrie, centrul de greutate se afla n acest plan, deci centrul de greutate al corpului uman e n plan sagital. Mai exact, se afl n intersecia dintre planul sagital, planul frontal i un plan orizontal la nivelul celei de a doua vertebre lombare.