BIOMECÂNICA

A mecanica ‚ uma area da fisica e engenharia que lida com a avalia‡Æo das for‡as responsaveis pela manuten‡Æo de um objeto ou estrutura numa posi‡Æo fixa. Bem comoa descri‡Æo, predi‡Æo e causas do movimento de um objeto ou estrutura. Ao sinesiologista interessa o corpo humano, tanto estavel 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 aplica‡Æo da mecanica cai nos dominios da biomaecanica que pode ser definida como a aplica‡Æo da mecanica ao organismos vivos e tecidos biolagicos

CENTRO DE GRAVIDADE

O conceito de centro de gravidade (CG) ‚ proveitoso ao se descrever e analisar mecanicamente o movimento do corpo hu,ano e outros objetos. O CG ‚ o ponto dentro de um objeto no qual se pode considerar que toda a sua massa, isto ‚, todo o material que constitui o objeto.

Um bastÆo de um metro, por exemplo, pode ser equilibrado sobre um dedo no ponto de 50 cm. Este ‚ o CG na dimensÆo de comprimento, enquanto seu CG na dimensÆo de largura est a meio caminho atrav‚s do relativamente estreito bastÆo. A gravidade puxa para baixo todo ponto de massa, que constitui o bastÆo, mas como este ‚ de densidade uniforme, a tra‡Æo total sobre cada lado do ponto do CG ‚ igual : assim, o apoio sob o CG impedir que o bastÆo vire ou caia. A determina‡Æo do CG do corpo humano que nÆo ‚ rigido, nÆo apresenta densidade uniforme nem ‚ simetrico, ‚ muito dificil. Alguns metodos para se estimar o CG do corpo humano e seus segmentos serÆo apresentados no final deste capitulo.

LINHA DE GRAVIDADE E BASE DE APOIO

A localiza‡Æo do CG do corpo como um todo varia sobre maneira da posi‡Æo do corpo. Numa pessoa ereta pode-se situa-lo aproximadamente sobre uma linha formada pela intersec‡Æo de um plano que corts o corpo em metades direita e esquerda com um plano que corta em metades anteriores e posteriores. AQ psi‡Æo 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 dire‡Æo ao centro da terra.

A base de apoio para o corpo ‚ a area formada abvixo do corpo pela conexÆo com uma linha continua de todos os pontos em contato com o solo. Na posi‡Æo ereta normal, por exemplo,a base de apoio ‚ aproximadamente um retangulo formando por linhas retas atrav‚s dos dedos e calcanhares ao longo dos lados de cada p‚. Quando o corpo est numa posi‡Æo fixa coma limha de gravidade passando atraves da base de apoio, diz-se que ele est compensado, est vel ou em equilibrio estatico.

Se a linha de gravidade passar fora da base de apoio o equilibrio e estabilidade sÆo perdidos e os membros apoiadores devem mover-se para evitar uma queda. Essa situa‡Æo ocorre continuamente enquanto andamos, corremos e mudamos de dire‡Æo. mais dificil manter o equilibrio e estabilidade quandoa base de apoio ‚ 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 sÆo situa‡äes altamente dinamicas durante as quais outras considera‡äes como a for‡a centrifuga, tendem a compensar a atra‡Æo da gravidade.

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

Quando um torque ‚ aplicado a um objeto com piv“, o objeto come‡ar a girar se a magnetude do torque for suficiente para sobrepuxar a sua inercia rotacional. A inercia rotacional ‚ analoga a massa do movimento retilineo. A Segunda Lei de Newton mostrou que um objeto submetido a uma for‡a dada acelerar-se-…; quanto maior a massa do objeto menor a acelera‡Æo. De maneira semelhante um objeto come‡ara a girar em torno de seu piv“ quando submetido a um torque. Como a velocidade da rota‡Æo ou velocidade angular muda quando um torque suficiente ‚ aplicado diz-se que o torque causa uma acelera‡Æo angular.

SISTEMAS DE ALAVANCAS – APLICAÇÃO DOS PRINCIPIOS DE TORQUE

Os cientistas envolvidaos com problema de engenharia humana frequentemente falam em elos e piv“s em vez de em ossos e articula‡äes. Os elos sÆo definidos como linhas retas que se estendem ao longo de um segmento corporal entre pontos de fulcros adjacentes. SÆo entidades funcionais, nÆo estruturais, embora nÆo 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 bastäes para analise mecanica.

O movimento pode dar-se apenas na dire‡Æo ou dire‡äes da configura‡Æo articula‡äes e suas estruturas de suas sustenta‡äes e na esten‡Æo permitidas por elas quase todo movimentos articulares sÆo rotacionais e podem ser medidos em graus ou radianos.

As diversar combina‡äes possiveis de elos e piv“s proporcionaram ao corpo uma ampla variedade de movimentos a comprensÆo do efeito de alavanca e dos varios tipos de alavancas ‚ essencial para entender os movimentos do corpo.

Uma alavanca ‚ uma barra rigida que gira em torno de um ponto fixo denominado piv“, eixo ou fulcro. O comprimento da alavanca entre o fulcro ‚ o peso ou resistencia denomina-se bra‡o de resistencia: o comprimento entre o fulcro e a for‡a aplicada ‚ denominado bra‡o de for‡a.

A vantagem mecanica de uma alavanca ‚ a propor‡Æo do compimento do bra‡o de for‡a para o bra‡o de resistencia.

Quando uma alavanca gira sobre seu piv“, todos os pontos na alavanca se movem em arcos de um circulo e a distancia atraves do qual um dado ponto se move ‚ proporcional a sua distancia do eixo.

ALAVANCAS DE PRIMEIRA CLASSE

As alavancas de primeira classe tem o fulcro situado entre a for‡a e a resistencia.

Em consequencia os dois bra‡os da alavanca se movem em dire‡äes opostas, como num p‚ de cabra, par de tesouras ou gangorra.

As alavancas de primeira classe podem favorecer a for‡a oua aplitude de movimente em detrimento da outra. Um exemplo tipico ‚ o triceps do bra‡o, suponha que o cotovelo estja ao lado do corpo, fletido num angulo de 90 e a palma est exercendo uma for‡a de 4,5 KG contra o alto de uma mesa. A palma est a 30 cm da articula‡Æo do cotovelo e triceps tem um bra‡o de for‡a de 2,5 cm. Qual a for‡a rotatoria da contra‡Æo do triceps.

ALAVANCAS DE SEGUNDA CLASSE

Nestas alavancas a reaistencia est entre o fulcro e a for‡a, aqui a amplitude de movimento ‚ sacrificada em beneficio da for‡a os exemplos incluem o carrinho de mÆo e o quebra nozes. Quase nenhuma alavanca desse tipo ‚ encontrada no corpo mas a abertura da boca contra aresistencia ‚ um exemplo.

ALAVANCAS DE TERCIRA CLASSE

Nestas alavancas a for‡a ‚ aplicada entre o fulcro e a resistencia.

Um exemplo comum ‚ encontrado na mola que fecha uma porta de vai-e-vem. Esta classe de alavanca ‚ mais comum no corpo pois permite que o muscula se prenda proximo a articula‡Æo e produz uma distancia e velocidade de movimento com encurtamento muscular minimo, embora em detrimento da for‡a. Suponha que o cotovelo est fletido a 90 e qu um projetil de 8 Kg seja segurado na mÆo. O fulcro ‚ na articula‡Æo cotovelo caso se assuma que o biceps tenha um bra‡o de for‡a de 5 cm e que a distancia do fulcro ao centro do peso ‚ 35 cm. O peso pode ser calcualdo pela forma anterio

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

EFEITO DO ÂNGULO DE TRAÇÃO

Este efeito do angulo de tra‡Æo modifica a medida que o musculo se contrai. Quandoa alavanca ossea esta posi‡Æo BC o angulo de tra‡Æo ‚ de 12 na posi‡Æo BC, 20 em BC, 25. Quanto menor o angulo de tra‡Æo mais longe e mais rapido uma dada contra‡Æo muscular. Veja nesta figura.

Do ponto de vista apenas da for‡a o angulo de tra‡Æo ideal para o musculo ‚ 90, parte da atra‡Æo muscular atoa para tracionar o osso contra a articula‡Æo deste modo estabilizando mas aumentando o atrito da articula‡Æo e reduzindo a quantiade de tra‡Æo disponivel para realizar o trabalho externo.

AÇÃO DE POLIA

A polia oferece um meio de mudar a dire‡Æo de uma for‡a, 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 tendÆo de inser‡Æo do musculo fibular longo ‚ um bom exemplo. Este musculo desce na face lateral da perna, contorna o maleolo lateral, segue para uma incisura no osso cub¢ide, vira-se para baixo do p‚ e se insere nos ossos cuneiformes medial e primeiro metartasal.

Assim a a‡Æo de polia do maleolo material e do osso cib¢ide realiza duas mudan‡as de dire‡Æo que do outro modo seriam impossiveis. O resultado ‚ que a contra‡Æo deste musculo causa flexÆo plantar do p‚: sem as polias o musculo seria inserido na frente do tornozelo e em cima do p‚, de modo que causaria dorsiflexÆo desse segmento.

Ao modificar a dire‡Æo da aplica‡Æo de uma for‡a uma polia pode propiciar um angulo de inser‡Æo 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 est tentando fazer. Veja o exemplo na figura abaixo

ESTRUTURA DO OMBRO

O ombro ‚ articulado mais complexa do corpo humano, principalmente pelo fato de ele incluir quatro articula‡äes basicas: a glenoumeral, esternoclavicular, a acromioclavicular e a coracoclavicular. A articula‡Æo glenoumeral situa-se entre a cabe‡a do £mero e a cavidade glen¢ida da escapula, que ‚ a articula‡Æo esferoidal tipicamente considerada como a principal articula‡Æo do ombro. As articula‡äes esternoclavicular e acromioclavicular fornecem mobilidade para a clavicula e a escapula – os ossos da cintura escapular.

ESTABILIDADE ARTICULAR

A estabilidade de uma articula‡Æo ‚ a sua capacidade de resistir ao deslocamento. Especificamente, ‚ a capacidade de resistir ao deslocamento de uma extremidade ¢ssea em rela‡Æo … outra, prevenindo lesäes dos ligamentos, musculos e tendäes que circundam a articula‡Æo. Diferentes fatores influenciam a estabilidade articular.

Em muitas articula‡äes mecanicas, as partes articulares sÆo 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 articula‡äes tenha superficies que se encaixavam reciprocamente, estas superficies nÆo sÆo sim‚tricas e existe tipicamente uma posi‡Æo de melhor ajuste.

FLEXIBILIDADE ARTICULAR

Mobilidade articular ‚ um termo qualitativo usado para descrever o arco de movimento (AM) permitido em cada um dos planos de movimento de uma articula‡Æo. O AM articular ‚ medido segundo uma orienta‡Æo. Por exemplo, o AM para flexÆo do quadril ‚ a diferen‡a entre o angulo do quadril, quando ele est na posi‡Æo anatomica (completamente estendido), e o angulo quando ele est em flexÆo maxima. O AM para extensÆo (retorno … posi‡Æo anatomica) ‚ o mesmo da mobilidade articular, termo que indica o grau relativo do movimento permitido em uma articula‡Æo.

ADUÇÃO E ABDUÇÃO HORIZONTAL NA ARTICULAÇÃO GLENOUMERAL

Os musculos anteriores … articula‡Æo, incluindo ambas as por‡äes do peitoral maior, as fibras anteriores do delt¢ide e o coracobranquial, produzem adu‡Æo horizontal, com o auxilio da por‡Æo curta do biceps branquial. Os musculos posteriores ao eixo articular afetam a abdu‡Æo horinzontal. Os principais abdutores horinzontais sÆo as por‡äes m‚dias e posterior do delt¢ide, o infra-espinhoso e o redondo menor, com o auxilio do redondo maior e do grande dorsal. Os principais adutores e abdutores horinzontais estÆo mostrados nas figuras abaixo:

ABDUÇÃO E ADUÇÃO HORINZONTAIS

Abdu‡Æo e adu‡Æo horinzontais do femur ocorrem quando o quadril est em 90 graus de flexÆo, com o femur em abdu‡Æo ou em adu‡Æo. Estas a‡äes requerem o movimento simultaneo e coordenado de varios musculos. necessario haver tensÆo nos flexores do quadril para a eleva‡Æo do femur. Os abdutores do quadril podem entÆo produzir a abdu‡Æo horinzontal e, a partir desta posi‡Æo, os adutores do quadril podem produzir a adu‡Æo horinzontal. Os musculos localizados na face postrior do quadril sÆo mais efeticos como abdutores e adutores horizontais do que os musculos da face anterior, porque os primeiros sÆo estirados quando o fˆmur est em 90 graus de flexÆo, enquanto que a tensÆo nos musculos anteriores geralmente diminui com o fˆmur nesta posi‡Æo.

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 at‚ o sacro, unem os corpos vertebais. O ligamento supr-espinhoso percorre todo o comprimento da coluna, conectando todos os processos espinhosos. Este ligamentos do pesco‡o devido … sua proeminencia. Vertebras adjacentes tˆm conexäes 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 col genas que permitem pouco estriamento, o ligamento amarelo contem uma grande propor‡Æo de fibras elasticas que aumentam de comprimento, quando estriadas, durante a flexÆo da coluna e encurtam durante a extensÆo. A elasticidade do ligamento ‚ suficiente para mante-lo sob tensÆo, mesmo quando a coluna est na posi‡Æo anatomica, aumentando assim a estabilidade da coluna. Esta tensÆo cria uma leve e constante compressÆo nos discos intervertebrais, chamada de prŠ-estresse. Os ligamentos da coluna estÆo mostrados na figura:

MOVIMENTOS DA COLUNA

Como uma unidade a coluna permite movimentos nos trˆs planos do espa‡o. O movimento entre v‚rtebras adjacentes, entretanto, ‚ pequeno e os movimento da coluna sempre envolvem alguns segmentos motores. As dire‡äes e os arcos de movimento dos segmentos motores individuais diferem de acordo com as resistencias anatomicas nas respectivas regiäes vertebrais. O arco de movimento da coluna est relacionado com a idade, com um decrescimo de aproximadamente 50% desde a adolescencia at‚ a idade avan‡ada.

ARQUITETURA ARTICULAR

V rios sistemas de classifica‡Æo das articula‡äes sÆo representados em cursos de anatomia, e eles sÆo baseados tipicamente na complexibilidade articular, no n£mero de eixos presentes, na geomtria articular ou na capacidade de movimento.Segue um sumario do sistema de classifica‡Æo das articula‡äes baseado na natureza do movimento permitido.

Sinartroses (imoveis): Estas articula‡äes fibrosas podem atenuar a for‡a mas permitem pouco ou nenhum movimento do ossos articulados.

suturas: Estas articula‡äes tˆm apenas uma leve separa‡Æo entre os ossos adjacentes e o teecido fibroso da articula‡Æo se continua com o periosteo. O unico exemplo no carpo humano sÆo as suturas do crƒnio.

sindesmoses; Nestas articula‡äes um tecido fibroso denso mantem os ossos umidos, permitindo movimentos extremamente restritos. Exemplos incluem as articula‡äes coracoacromial,radioulnar interm‚dia, tibiofubular distal.

Anfiartroses (levemente m¢veis): Estas articula‡äes cartilaginosas atenuam for‡as aplicadas e permitem o maior mobilidade dos ossos adjacentes do que as sinartroses.

sincondroses: Nessas articula‡äes os ossos estÆo separados por uma fiana camada de fibrocarbotilagem. Exemplos incluem as articula‡äes esternocostais e os discos apifis rios.

s¡nfises: Nessas articula‡äes, finas camadas de cartilagem hialina separam um disco de fibrocarbotilagem dos ossos. Exemplos incluem as articula‡äes vertebrais e a s¡nfise p£bica.

REGULAÇÃO DO MOVIMENTO

Quando o musculo desenvolve tensÆo concentricamente ocorre movimente na articula‡Æo atravessadapor ele. Entretanto, muitos musculos no corpo humano atravessam duas ou amis articula‡äes. Estes musculos provocam movimentos em toas as articula‡äes atravessadas, simultaneamente, o que ‚ uma rela‡Æo entre a potencia muscular concentrica presente no musculo.

Uma disposi‡Æo obliqua de fibras ‚ 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 tendäes, alguns dos quais se estendem por todo o comprimento do musculo tibial posterior, reto femoral e deltoide tem orienta‡Æo obliqua de fibras.

Embora numerosos subtipos de disposi‡Æo de fibras paralelas e obliquas tenham sido propostos, a distin‡Æo dastas duas categorias ‚ suficiente para a discussÆo de aspectos biomecanicos.

Quando tensÆo ‚ desenvolvida em um m£sculo de fibras paralelas, qualquer encurtamento do musculo ‚, primeiramente, o resultado do encurtamente de suas fibras. Quando as fibras obliquas de um musculo encurtam, elas giram em torno de suas inser‡äes tendinosas, aumentando progressivamente este angulo de inser‡Æo. Quanto maior for angulo de inser‡Æo, menor a quantidade de for‡a efetiva transmitida aos tendäes para mover os ossos.Uma vez que o angulo de inser‡Æo exceda 60 graus, a quantidade de for‡a efetiva tranferida para o tendÆo ‚ menor que a metade da for‡a produzida pelas pr¢prias fibras musculares.

Embora a obliquidade reduza a for‡a efetiva gerada em um dado nivel de tensÆo de fibra, esta disposi‡Æo permite um amior recrutamento de fibras do que seria utilizados por um musculo longitudinal, ocupando o mesmo espa‡o. Pelo fato de os musculos de fibras oblliquas conterem mais fibras por unidade de volume muscular, eles podem gerar mais for‡a e os musculos de fibras paralelas de mesmo tamanho. Entretanto, a disposi‡Æo paralela de fibras permite maior encurtamento de todo o musculo, o que nÆo ‚ possivel com a disposi‡Æo 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 for‡a gerada pelo musculo ‚ tambem relacionada … velocidade de encurtamento ao comprimento e ao tempo de ativa‡Æo do musculo. Pelo fato de estes fatores serem determinantes significativos da for‡a muscular, ele vˆm sendo estudados exaustivamente pelos cientistas.

A classica rela‡Æo for‡aXvelocidade para o desenvovimento de tensÆo concˆntrica no tecido muscular foi documentada primeiramente por Hill em 1938. A rela‡Æo entre for‡a concentrica exercida por um musculo e a velocidade na qual o musculo ‚ capaz de encurtar ‚ inversa, como mostrado na por‡Æo da curva acima da linha da contra‡Æo isometrica. Quando um musculo desenvolve tensÆo concentrica contra uma carga elevada, a velocidae de encurtamento muscular deve ser relativamente baixa. Quando a resistencia ‚ baixa, a velocidade de encurtamento pode ser relativamente alta.

Os ossos longos estÆo adaptados em tamanho e peso para fun‡äes biomecanicas especificas. A tibia e o femur sÆo grandes e maci‡os para suportar o peso do corpo. Os ossos longos da extermidade superior – o £mero, o radio e a ulna – sÆo menores e mais leves para facilitarem o movimento. Outros ossos longos incluem a clavicula, a f¡bula, os metatarsianos e as falanges.