BIOMECÂNICA DO CORPO HUMANO - SINESIOLOGISTA - BIOLOGIA

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O que é a mecânica?
É uma area da fisica e da engenharia que lida com a avaliação das forças, responsaveis pela manutenção de um objeto ou estrutura numa posição fixa. Bem como a descrição, predição e causas do movimento de um objeto ou estrutura.


O corpo humano diz respeito ao sinesiologista, tanto estável quanto em movimento. Assim o sinesiologista deve ser capaz de aplicar leis e principios basicos de mecanica a fim de avaliar as atividades humanas. Essa aplicação da mecanica cai nos dominios da biomaecanica que pode ser definida como a aplicação da mecanica ao organismos vivos e tecidos biolagicos

O CENTRO DE GRAVIDADE

O conceito de centro de gravidade (CG) é proveitoso ao se descrever e analisar mecanicamente o movimento do corpo hu,ano e outros objetos. O CG é o ponto dentro de um objeto no qual se pode considerar que toda a sua massa, isto é, todo o material que constitui o objeto.
Um bastão de um metro, por exemplo, pode ser equilibrado sobre um dedo no ponto de 50 cm. Este é o CG na dimensão de comprimento, enquanto seu CG na dimensão de largura está a meio caminho através do relativamente estreito bastão. A gravidade puxa para baixo todo ponto de massa, que constitui o bastão, mas como este é de densidade uniforme, a tração total sobre cada lado do ponto do CG é igual : assim, o apoio sob o CG impedirá que o bastão vire ou caia. A determinação do CG do corpo humano que não é rigido, não apresenta densidade uniforme nem é simetrico, é muito dificil. Alguns metodos para se estimar o CG do corpo humano e seus segmentos serão apresentados no final deste capitulo.

BASE DE APOIO - LINHA DE GRAVIDADE 

A localização do CG do corpo como um todo varia sobre maneira da posição do corpo. Numa pessoa ereta pode-se situa-lo aproximadamente sobre uma linha formada pela intersecção de um plano que corta o corpo em metades direita e esquerda com um plano que corta em metades anteriores e posteriores. A posição do ponto CG ao lado desta linha imaginaria pode ser estimulada . Pode-se considerar que a gravidade atua sobre o unico ponto de CG do corpo puxando diretamente para baixo em direção ao centro da terra.
A base de apoio para o corpo é a area formada abvixo do corpo pela conexão com uma linha continua de todos os pontos em contato com o solo. Na posição ereta normal, por exemplo, a base de apoio é aproximadamente um retangulo formando por linhas retas através dos dedos e calcanhares ao longo dos lados de cada pé. Quando o corpo está numa posição fixa coma limha de gravidade passando atraves da base de apoio, diz-se que ele está compensado, estável ou em equilibrio estatico.
Se a linha de gravidade passar fora da base de apoio o equilibrio e estabilidade são perdidos e os membros apoiadores devem mover-se para evitar uma queda. Essa situação ocorre continuamente enquanto andamos, corremos e mudamos de direção. É mais dificil manter o equilibrio e estabilidade quandoa base de apoio é aumentada e o CG abaixado. Durante certos tipos de movimento, particularmente vistos em muitas atividades desportivas, a linha de gravidade passa bem fora da base de apoio. Estas são situações altamente dinamicas durante as quais outras considerações como a força centrifuga, tendem a compensar a atração da gravidade.

No metodo descrito acima o torque foi calculado levando-se em conta o componente da força que é perpendicular que é a alavanca levada ao braço. O segundo metodo requer que o braço de alavanca perpendicular a força original seja calculado. A partir do centro de rotação X desenhe XL perpendicular a OL determine se o comprimento de XL do seuinte modo

Quando um torque é aplicado a um objeto com pivô, o objeto começará a girar se a magnetude do torque for suficiente para sobrepuxar a sua inercia rotacional. A inercia rotacional é analoga a massa do movimento retilineo. A Segunda Lei de Newton mostrou que um objeto submetido a uma força dada acelerar-se-à; quanto maior a massa do objeto menor a aceleração. De maneira semelhante um objeto começara a girar em torno de seu pivô quando submetido a um torque. Como a velocidade da rotação ou velocidade angular muda quando um torque suficiente é aplicado diz-se que o torque causa uma aceleração angular.

SISTEMAS DE ALAVANCAS - APLICAÇÃO DOS PRINCIPIOS DE TORQUE
Os cientistas envolvidaos com problema de engenharia humana frequentemente falam em elos e pivôs em vez de em ossos e articulações. Os elos são definidos como linhas retas que se estendem ao longo de um segmento corporal entre pontos de fulcros adjacentes. São entidades funcionais, não estruturais, embora não se possam medir precisamente os elos a partir de pontos de referencias superficiais. Usando esse conceito pode-se representar o corpo por meio de esqueleto de bastões para analise mecanica.

O movimento pode dar-se apenas na direção ou direções da configuração articulações e suas estruturas de suas sustentações e na estenção permitidas por elas quase todo movimentos articulares são rotacionais e podem ser medidos em graus ou radianos.
As diversar combinações possiveis de elos e pivôs proporcionaram ao corpo uma ampla variedade de movimentos a comprensão do efeito de alavanca e dos varios tipos de alavancas é essencial para entender os movimentos do corpo.
Uma alavanca é uma barra rigida que gira em torno de um ponto fixo denominado pivô, eixo ou fulcro. O comprimento da alavanca entre o fulcro é o peso ou resistencia denomina-se braço de resistencia: o comprimento entre o fulcro e a força aplicada é denominado braço de força.
A vantagem mecanica de uma alavanca é a proporção do compimento do braço de força para o braço de resistencia.
Quando uma alavanca gira sobre seu pivô, todos os pontos na alavanca se movem em arcos de um circulo e a distancia atraves do qual um dado ponto se move é proporcional a sua distancia do eixo.

ALAVANCAS DE PRIMEIRA CLASSE
As alavancas de primeira classe tem o fulcro situado entre a força e a resistencia.
Em consequencia os dois braços da alavanca se movem em direções opostas, como num pé de cabra, par de tesouras ou gangorra.
As alavancas de primeira classe podem favorecer a força oua aplitude de movimente em detrimento da outra. Um exemplo tipico é o triceps do braço, suponha que o cotovelo estja ao lado do corpo, fletido num angulo de 90 e a palma está exercendo uma força de 4,5 KG contra o alto de uma mesa. A palma está a 30 cm da articulação do cotovelo e triceps tem um braço de força de 2,5 cm. Qual a força rotatoria da contração do triceps.

ALAVANCAS DE SEGUNDA CLASSE
Nestas alavancas a reaistencia está entre o fulcro e a força, aqui a amplitude de movimento é sacrificada em beneficio da força os exemplos incluem o carrinho de mão e o quebra nozes. Quase nenhuma alavanca desse tipo é encontrada no corpo mas a abertura da boca contra aresistencia é um exemplo.

ALAVANCAS DE TERCIRA CLASSE
Nestas alavancas a força é aplicada entre o fulcro e a resistencia.
Um exemplo comum é encontrado na mola que fecha uma porta de vai-e-vem. Esta classe de alavanca é mais comum no corpo pois permite que o muscula se prenda proximo a articulação e produz uma distancia e velocidade de movimento com encurtamento muscular minimo, embora em detrimento da força. Suponha que o cotovelo está fletido a 90 e qu um projetil de 8 Kg seja segurado na mão. O fulcro é na articulação cotovelo caso se assuma que o biceps tenha um braço de força de 5 cm e que a distancia do fulcro ao centro do peso é 35 cm. O peso pode ser calcualdo pela forma anterio

Nesse exemplo entretanto negligenciou-se o peso do antebraço se desejamos inclui-lo, devemos saber se peso e a localização do seu centro de gravidade. Um exemplo mais complicado de uma alavanca de terceira classe é vista na fratura de Monteggia.

EFEITO DO ÂNGULO DE TRAÇÃO
Este efeito do angulo de tração modifica a medida que o musculo se contrai. Quandoa alavanca ossea esta posição BC o angulo de tração é de 12 na posição BC, 20 em BC, 25. Quanto menor o angulo de tração mais longe e mais rapido uma dada contração muscular. Veja nesta figura.

Do ponto de vista apenas da força o angulo de tração ideal para o musculo é 90, parte da atração muscular atoa para tracionar o osso contra a articulação deste modo estabilizando mas aumentando o atrito da articulação e reduzindo a quantiade de tração disponivel para realizar o trabalho externo.

AÇÃO DE POLIA
A polia oferece um meio de mudar a direção de uma força, deste modo aplicando a num angulo diferente e talvez resultando nuam linha de movimento bem diferentee talvez resultando numa linha de movimento bem diferente da que de outro modo teria ocorrido.

O tendão de inserção do musculo fibular longo é um bom exemplo. Este musculo desce na face lateral da perna, contorna o maleolo lateral, segue para uma incisura no osso cubóide, vira-se para baixo do pé e se insere nos ossos cuneiformes medial e primeiro metartasal.
Assim a ação de polia do maleolo material e do osso cibóide realiza duas mudanças de direção que do outro modo seriam impossiveis. O resultado é que a contração deste musculo causa flexão plantar do pé: sem as polias o musculo seria inserido na frente do tornozelo e em cima do pé, de modo que causaria dorsiflexão desse segmento.
Ao modificar a direção da aplicação de uma força uma polia pode propiciar um angulo de inserção maior do que outro modo seria possivel. Os resultados dessa analise podem ser usados para produzir um melhoe desempenho, mostrando ao atleta exatamente o que ele está tentando fazer. Veja o exemplo na figura abaixo

ESTRUTURA DO OMBRO
O ombro é articulado mais complexa do corpo humano, principalmente pelo fato de ele incluir quatro articulações basicas: a glenoumeral, esternoclavicular, a acromioclavicular e a coracoclavicular. A articulação glenoumeral situa-se entre a cabeça do úmero e a cavidade glenóida da escapula, que é a articulação esferoidal tipicamente considerada como a principal articulação do ombro. As articulações esternoclavicular e acromioclavicular fornecem mobilidade para a clavicula e a escapula - os ossos da cintura escapular.

ESTABILIDADE ARTICULAR
A estabilidade de uma articulação é a sua capacidade de resistir ao deslocamento. Especificamente, é a capacidade de resistir ao deslocamento de uma extremidade óssea em relação à outra, prevenindo lesões dos ligamentos, musculos e tendões que circundam a articulação. Diferentes fatores influenciam a estabilidade articular.
Em muitas articulações mecanicas, as partes articulares são exatamente opostas em forma, de maneira que elas se ajustam perfeitamente. No corpo humano, as extremidades articulares dos ossos apresentam geralmente superficies convexas e concavas.
Embora a maioria das articulações tenha superficies que se encaixavam reciprocamente, estas superficies não são simétricas e existe tipicamente uma posição de melhor ajuste.

FLEXIBILIDADE ARTICULAR
Mobilidade articular é um termo qualitativo usado para descrever o arco de movimento (AM) permitido em cada um dos planos de movimento de uma articulação. O AM articular é medido segundo uma orientação. Por exemplo, o AM para flexão do quadril é a diferença entre o angulo do quadril, quando ele está na posição anatomica (completamente estendido), e o angulo quando ele está em flexão maxima. O AM para extensão (retorno à posição anatomica) é o mesmo da mobilidade articular, termo que indica o grau relativo do movimento permitido em uma articulação.


ADUÇÃO E ABDUÇÃO HORIZONTAL NA ARTICULAÇÃO GLENOUMERAL
Os musculos anteriores à articulação, incluindo ambas as porções do peitoral maior, as fibras anteriores do deltóide e o coracobranquial, produzem adução horizontal, com o auxilio da porção curta do biceps branquial. Os musculos posteriores ao eixo articular afetam a abdução horinzontal. Os principais abdutores horinzontais são as porções médias e posterior do deltóide, o infra-espinhoso e o redondo menor, com o auxilio do redondo maior e do grande dorsal. Os principais adutores e abdutores horinzontais estão mostrados nas figuras abaixo:


ABDUÇÃO E ADUÇÃO HORINZONTAIS
Abdução e adução horinzontais do femur ocorrem quando o quadril está em 90 graus de flexão, com o femur em abdução ou em adução. Estas ações requerem o movimento simultaneo e coordenado de varios musculos. É necessario haver tensão nos flexores do quadril para a elevação do femur. Os abdutores do quadril podem então produzir a abdução horinzontal e, a partir desta posição, os adutores do quadril podem produzir a adução horinzontal. Os musculos localizados na face postrior do quadril são mais efeticos como abdutores e adutores horizontais do que os musculos da face anterior, porque os primeiros são estirados quando o fêmur está em 90 graus de flexão, enquanto que a tensão nos musculos anteriores geralmente diminui com o fêmur nesta posição.

LIGAMENTOS DA COLUNA
Os ligamentos contribuem para a estabilidade dos segmentos motores. Os ligamentos longitudinais anterior e posterior, que se estendem da base do cranio até o sacro, unem os corpos vertebais. O ligamento supr-espinhoso percorre todo o comprimento da coluna, conectando todos os processos espinhosos. Este ligamentos do pescoço devido à sua proeminencia. Vertebras adjacentes têm conexões adicionais entre os processos interespinhosos, intertransversos e amarelos.
Outro ligamento importante, oligamento amarelo, conecta os pediculos de vertebras adjacentes.

Embora muitos ligamentos espinhais sejam compostos por fibras colágenas que permitem pouco estriamento, o ligamento amarelo contem uma grande proporção de fibras elasticas que aumentam de comprimento, quando estriadas, durante a flexão da coluna e encurtam durante a extensão. A elasticidade do ligamento é suficiente para mante-lo sob tensão, mesmo quando a coluna está na posição anatomica, aumentando assim a estabilidade da coluna. Esta tensão cria uma leve e constante compressão nos discos intervertebrais, chamada de prè-estresse. Os ligamentos da coluna estão mostrados na figura:

MOVIMENTOS DA COLUNA
Como uma unidade a coluna permite movimentos nos três planos do espaço. O movimento entre vértebras adjacentes, entretanto, é pequeno e os movimento da coluna sempre envolvem alguns segmentos motores. As direções e os arcos de movimento dos segmentos motores individuais diferem de acordo com as resistencias anatomicas nas respectivas regiões vertebrais. O arco de movimento da coluna está relacionado com a idade, com um decrescimo de aproximadamente 50% desde a adolescencia até a idade avançada.

ARQUITETURA ARTICULAR
Vários sistemas de classificação das articulações são representados em cursos de anatomia, e eles são baseados tipicamente na complexibilidade articular, no número de eixos presentes, na geomtria articular ou na capacidade de movimento. Segue um sumario do sistema de classificação das articulações baseado na natureza do movimento permitido.
Sinartroses (imoveis): Estas articulações fibrosas podem atenuar a força mas permitem pouco ou nenhum movimento do ossos articulados.
suturas: Estas articulações têm apenas uma leve separação entre os ossos adjacentes e o teecido fibroso da articulação se continua com o periosteo. O unico exemplo no carpo humano são as suturas do crânio. Nestas articulações um tecido fibroso denso mantem os ossos umidos, permitindo movimentos extremamente restritos. Exemplos incluem as articulações coracoacromial,radioulnar intermédia, tibiofubular distal.

Anfiartroses (levemente móveis): Estas articulações cartilaginosas atenuam forças aplicadas e permitem o maior mobilidade dos ossos adjacentes do que as sinartroses.
sincondroses: Nessas articulações os ossos estão separados por uma fiana camada de fibrocarbotilagem. Exemplos incluem as articulações esternocostais e os discos apifisários.
sínfises: Nessas articulações, finas camadas de cartilagem hialina separam um disco de fibrocarbotilagem dos ossos. Exemplos incluem as articulações vertebrais e a sínfise púbica.

REGULAÇÃO DO MOVIMENTO
Quando o musculo desenvolve tensão concentricamente ocorre movimente na articulação atravessadapor ele. Entretanto, muitos musculos no corpo humano atravessam duas ou amis articulações. Estes musculos provocam movimentos em toas as articulações atravessadas, simultaneamente, o que é uma relação entre a potencia muscular concentrica presente no musculo.

Uma disposição obliqua de fibras é aquela onde as fibras fazem angulo difente de zero com o eixo longitudinal do musculo. Cada fibra deste tipo se insere em um ou mais tendões, alguns dos quais se estendem por todo o comprimento do musculo tibial posterior, reto femoral e deltoide tem orientação obliqua de fibras.
Embora numerosos subtipos de disposição de fibras paralelas e obliquas tenham sido propostos, a distinção dastas duas categorias é suficiente para a discussão de aspectos biomecanicos.

Quando tensão é desenvolvida em um músculo de fibras paralelas, qualquer encurtamento do musculo é, primeiramente, o resultado do encurtamente de suas fibras. Quando as fibras obliquas de um musculo encurtam, elas giram em torno de suas inserções tendinosas, aumentando progressivamente este angulo de inserção. Quanto maior for angulo de inserção, menor a quantidade de força efetiva transmitida aos tendões para mover os ossos.Uma vez que o angulo de inserção exceda 60 graus, a quantidade de força efetiva tranferida para o tendão é menor que a metade da força produzida pelas próprias fibras musculares.
Embora a obliquidade reduza a força efetiva gerada em um dado nivel de tensão de fibra, esta disposição permite um amior recrutamento de fibras do que seria utilizados por um musculo longitudinal, ocupando o mesmo espaço. Pelo fato de os musculos de fibras oblliquas conterem mais fibras por unidade de volume muscular, eles podem gerar mais força e os musculos de fibras paralelas de mesmo tamanho.

Entretanto, a disposição paralela de fibras permite maior encurtamento de todo o musculo, o que não é possivel com a disposição obliqua. Musculos de fibras paralelas podem mover segmentos corporais mais amplamente que musculos de fibras obliquas de tamanho comparativamente igual.

FATORES MECANICOS QUE AFETAM A FORÇA MUSCULAR
A magnitude da força gerada pelo musculo é tambem relacionada à velocidade de encurtamento ao comprimento e ao tempo de ativação do musculo. Pelo fato de estes fatores serem determinantes significativos da força muscular, ele vêm sendo estudados exaustivamente pelos cientistas.

A classica relação forçaXvelocidade para o desenvovimento de tensão concêntrica no tecido muscular foi documentada primeiramente por Hill em 1938. A relação entre força concentrica exercida por um musculo e a velocidade na qual o musculo é capaz de encurtar é inversa, como mostrado na porção da curva acima da linha da contração isometrica. Quando um musculo desenvolve tensão concentrica contra uma carga elevada, a velocidae de encurtamento muscular deve ser relativamente baixa. Quando a resistencia é baixa, a velocidade de encurtamento pode ser relativamente alta.

Os ossos longos estão adaptados em tamanho e peso para funções biomecanicas especificas. A tibia e o femur são grandes e maciços para suportar o peso do corpo. Os ossos longos da extermidade superior - o úmero, o radio e a ulna - são menores e mais leves para facilitarem o movimento. Outros ossos longos incluem a clavicula, a fíbula, os metatarsianos e as falanges.


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