Biomecanica Functionala

 

5

Cuprins    Cuprins .................................................................................................................................................................... 5 Cap 1. ...................................................................................................................................................................... 8 BIOMECANICA CA INTERDISCIPLINA............................................................................................................ 8 1.1 INTRODUCERE........................................................................................................................................... 8 1.2 MIŞCAREA CA FORMĂ DE EXISTENŢĂ A MATERIEI........................................................................ 8 1.3 CORPUL OMENESC - UN TOT UNITAR................................................................................................ 10 1.4 CERCETĂRI PRIVIND BIOMECANICA PERFORMANŢEI UMANE.................................................. 11 1.5 SCURT ISTORIC PRIVIND STUDIEREA MIŞCĂRII............................................................................ 12 Cap 2 ..................................................................................................................................................................... 17 Cap 2 ..................................................................................................................................................................... 18 ANTROPOMETRIE ............................................................................................................................................. 18 2.1 SCOP........................................................................................................................................................... 18 2.2 STRUCTURAREA ŢESUTURILOR ŞI ORGANELOR SUB INFLUENŢA FACTORILOR MECANICI ........................................................................................................................................................................... 18 2.3 DIMENSIUNILE SEGMENTELOR .......................................................................................................... 20 2.4 IMPORTANŢA STRUCTURII ŞI ORGANIZĂRII ŞISTEMULUI OSOS, DIN PUNCT DE VEDERE BIOMECANIC.................................................................................................................................................. 21 2.4.1 Generalităţi ........................................................................................................................................... 21 2.4.2 Structura ţesutului osos......................................................................................................................... 22 2.4.3 Organizarea ţesutului osos.................................................................................................................... 22 2.4.4 Procesul de osificare............................................................................................................................. 23 2.4.5 Creşterea în lungime a oaselor.............................................................................................................. 24 2.4.6 Adaptarea funcţională a osului – legile arhitecturării osoase ............................................................... 25 2.4.7 Lanţurile osoase şi pârghiile ................................................................................................................. 27 2.4.8 Acţiunea hipomochlionului .................................................................................................................. 31 2.5 IMPORTANŢA STRUCTURII ŞI ORGANIZĂRII SISTEMULUI MUSCULAR, DIN PUNCT DE VEDERE BIOMECANIC ................................................................................................................................. 32 2.5 STRUCTURA MUŞCHIULUI SCHELETIC ............................................................................................. 33 2.5.1 Proprietăţile mecanice ale muşchiului scheletic ................................................................................... 33 2.5.2 Gradarea contracţiei.............................................................................................................................. 33 2.5.3 Elasticitatea şi componentele elastice................................................................................................... 34 2.5.3 Sumaţia contracţiilor............................................................................................................................. 34 2.6. ELEMENTE DE BIOMECANICĂ MUSCULARĂ................................................................................. 35 2.6.1 Clasificarea funcţională a muşchilor .................................................................................................... 35 2.6.2 Reprezentarea grafică a acţiunii musculare .......................................................................................... 36 2.6.3 Adaptarea funcţională a muşchiului ..................................................................................................... 36 2.7. DENSITATE, MASA ŞI PROPRIETĂŢI INERŢIALE ....................................................................... 36 2.7.1. Densitatea intregului corp ................................................................................................................. 37 2.7.2 Densitățile segmentelor ................................................................................................................ 38 2.8. MASA SEGMENTULUI ŞI CENTRUL SĂU DE MASĂ.................................................................. 38 2.9. CENTRUL DE MASĂ AL UNUI SISTEM DE SEGMENTE ............................................................. 39 2.10. MOMENTUL DE INERŢIE ŞI RAZA DE GIRAŢIE...................................................................... 41 2.10.1.  Teorema axelor paralele................................................................................................................... 42 2.11. UTILIZAREA DATELOR ANTROPOMETRICE ŞI A DATELOR CINEMATICE ........................... 43 2.12. MĂSURĂTORI EXPERIMENTALE...................................................................................................... 45 Cap. 3 .................................................................................................................................................................... 49 IMPORTANŢA TIPURILOR ŞI STRUCTURII ARTICULAŢIILOR, DIN PUNCT DE VEDERE BIOMECANIC...................................................................................................................................................... 49 3.1 TIPURI ŞI STRUCTURI ARTICULARE .................................................................................................. 49 3.2. CLASIFICAREA ARTICULAŢIILOR ..................................................................................................... 51 3.3 CONDUCEREA ÎN ARTICULAŢII .......................................................................................................... 54 3.4. SUPRAFEŢELE ARTICULARE.............................................................................................................. 54 3.5 ELEMENTE DE BIOMECANICĂ ARTICULARĂ .................................................................................. 57 3.6 ADAPTAREA FUNCŢIONALĂ A ARTICULAŢIILOR.......................................................................... 58 3.7 CENTRUL DE MIŞCARE ŞI ARTICULAŢIILE ...................................................................................... 59 3.8 CUPLURI ŞI LANŢURI CINEMATICE ................................................................................................... 61

 

6

Cap 4 ..................................................................................................................................................................... 63 BIOMECANICA CENTURII SCAPULARE ŞI MEMBRULUI SUPERIOR ..................................................... 63 4.1 BIOMECANICA CENTURII SCAPULARE ............................................................................................. 63 4.2 CINEMATICA ARTICULAŢIEI STERNO-CLAVICULARE.................................................................. 65 4.3 CINEMATICA ARTICULAŢIEI ACROMIO-CLAVICULARE .............................................................. 66 4.4 CINEMATICA ARTICULAŢIEI SCAPULO-TORACICE ....................................................................... 67 4.5 CINEMATICA CENTURII SCAPULARE, ÎN ANSAMBLU................................................................... 69 4.6 CINEMATICA ARTICULAŢIEI SCAPULOHUMERALE ...................................................................... 72 4.7 ELEMENTE DE BIOMECANICĂ A COTULUI ...................................................................................... 82 4.7.1. Cinematica articulațiilor cotului .................................................................................................... 82 4.7.2. Biomecanica musculaturii cotului.................................................................................................. 86 4.8 BIOMECANICA MÂINII........................................................................................................................... 88 4.8.1. Cinematica mâinii ................................................................................................................................ 89 4.8.2. Prehensiunea....................................................................................................................................... 92 Cap 5 ..................................................................................................................................................................... 94 ELEMENTE DE BIOMECANICĂ A COLOANEI VERTEBRALE................................................................... 94 5.1. ELEMENTE DE ANATOMIE FUNCŢIONALĂ A COLOANEI VERTEBRALE ................................. 94 5.2. ELEMENTE DE BIOMECANICĂ A COLOANEI VERTEBRALE...................................................... 102 5.3. PARTICULARITĂŢI STRUCTURALE ŞI BIOMECANICE ALE COLOANEI CERVICALE........... 106 5.4. PARTICULARITĂŢI STRUCTURALE ŞI BIOMECANICE ALE CUTIEI TORACICE.................... 111 5.4.1 Biomecanica coastelor vertebrosternale ............................................................................................. 112 5.4.2 Biomecanica coastelor vertebrocondrale ............................................................................................ 113 Cap 6 ................................................................................................................................................................... 116 BIOMECANICA CENTURII PELVINE ŞI ŞOLDULUI .................................................................................. 116 6.1 BIOMECANICA CENTURII PELVINE.................................................................................................. 116 6.1.1 Funcţia statică a centurii pelvine ....................................................................................................... 117 6.1.2 Funcţia dinamică a centurii pelvine şi şoldului.................................................................................. 120 6.2. PARTICULARITĂŢI STRUCTURALE ŞI FUNCŢIONALE ALE ŞOLDULUI ............................. 120 6.3 STABILITATEA ŞOLDULUI.................................................................................................................. 123 6.5 BIOMECANICA CENTURII PELVINE ŞI ŞOLDULUI ÎN TIMPUL MERSULUI .................................................... 124 6.6 ANTROPOMETRIE MUSCULARĂ................................................................................................................. 124 6.6.1 Aria transversală a muşchilor ............................................................................................................. 125 6.6.2 Modificarea lungimii muşchiului în timpul mişcării .......................................................................... 125 6.6.3 Forţa pe unitate de suprafata transversala (tensiunea) ...................................................................... 126 Cap 7 ................................................................................................................................................................... 127 LUCRUL MECANIC, ENERGIA SI PUTEREA............................................................................................... 127 7.1.  INTRODUCERE.......................................................................................................................................... 127 7.2. LEGILE FIZICE ALE MIŞCĂRII. UNITĂȚI DE MĂSURĂ. ................................................................................. 127 7.3 FORȚELE INTERIOARE ALE LOCOMOȚIEI: IMPULSUL NERVOS ŞI CONTRACȚIA MUSCULARĂ ................... 130 7.4 FORŢELE INTERIOARE ALE LOCOMOŢIEI: PÂRGHIA OSOSĂ ŞI MOBILITATEA ARTICULARĂ ......................................................................................................................................................................... 134 7.6 MUŞCHII MULTIARTICULARI...................................................................................................................... 138 7.7  FORȚELE EXTERIOARE ALE LOCOMOȚIEI .................................................................................................. 138 7.8 ENERGIA ŞI LUCRUL MECANIC................................................................................................................... 140 7.9 CAUZELE MIŞCĂRII INEFICIENTE ................................................................................................................ 152 7.10. SINTEZA FLUXURILOR DE ENERGIE ......................................................................................................... 155 7.11. FORME DE STOCARE A ENERGIEI............................................................................................................ 156 Cap 8 ................................................................................................................................................................... 158 BIOMECANICA LOCOMOŢIEI UMANE........................................................................................................ 158 8.1. ISTORICUL CERETĂRILOR PRIVIND LOCOMOŢIA UMANĂ....................................................... 158 8.2 . EVOLUŢIA TEHNICILOR ŞI ECHIPAMENTELOR DE ÎNREGISTRARE A MIŞCĂRII................ 158 8.3 TERMINOLOGIA DESCRIERII LOCOMOŢIEI UMANE .................................................................... 162 8.4 MASURARE, DESCRIERE, ANALIZA SI EVALUARE....................................................................... 166 8.5 MĂSURAREA, DESCRIEREA ŞI MONITORIZAREA........................................................................ 167 8.6 ANALIZA MIŞCĂRII ............................................................................................................................. 168 8.7 EVALUAREA ŞI INTERPRETAREA.................................................................................................... 169 8.8. BIOMECANICA ŞI RELAŢIA SA CU FIZIOLOGIA ŞI ANATOMIA ................................................ 170 8.9 DIFERITE FORME DE MERS ................................................................................................................ 172 8.10. VARIABILE KINEMATICE................................................................................................................ 180 8.11. CONCLUZII .......................................................................................................................................... 191 Cap 9 ................................................................................................................................................................... 194

 

7

TEHNICI DE MODELARE BIOMECANICA ASISTATA DE CALCULATOR ............................................ 194 BIBLIOGRAFIE ................................................................................................................................................. 199

 

 

8

Cap 1.  BIOMECANICA CA INTERDISCIPLINĂ 

  1.1 INTRODUCERE  Biomecanica  mişcării  umane  poate  fi  definită  ca  interdisciplină  care  descrie,  analizează  şi  evaluează  mişcarea  umană.  Mişcările  fizice  implicate  sunt  de  o  mare  diversitate: mersul persoanelor cu deficiențe neurofizice, ridicarea unei greutăți de către un  muncitor  sau  performanțele  unui  atlet.  Principiile  fizice  şi  biologice  care  se  aplica  sunt  aceleaşi in toate cazurile, ceea ce se schimba este doar specificul miscarii şi nivelul de detaliu  care se cere in privinta performantelor fiecarei miscari.  Biomecanica, mecanică adaptată la formele de manifestare a ființelor vii, are o mare  importanță,  din  punct  de  vedere  al  scopurilor  şi  obiectivelor  kinetoterapiei,  studiind  particularitățile mişcărilor din diferite domenii ale activității motrice. La baza mişcărilor stau  factorii morfo‐funcționali, rezultați din mişcarea însăşi. Mişcarea a influențat şi influențează  corpul  omenesc,  structurându‐l  şi  formându‐l  apt  de  a  realiza  mişcări  din  ce  în  ce  mai  complexe.  Structurile  corpului  omenesc  sunt  structuri  funcționale,  produse  prin  funcțiune,  cu scopul de a crea funcții.  Lista specialistilor interesati in aspectele miscarii umane este lunga: ortopezi, chirurgi  antrenori  de  atletism,  ingineri  din  domeniul  recuperarii  functionale,  terapeuti,  kineziologi,  specialisti in ortezare şi protezare, psihiatrii, proiectanti de echipament sportiv.  La  nivel  fundamental  numele  dat  stiintei  care  se  ocupa  de  problematica  diversa  a  miscarii umane este cel de KINEZIOLOGIE.  Aceasta  disciplina,  in  plina  evolutie    combina  aspecte  ale  fiziologiei,  ale  invatarii  motorii, ale fiziologiei exercitiilor fizice precum şi multe cunostiintede biomecanica.  BIOMECANICA,  ca  dezvoltare  a  stiintelor  vietii  şi  a  celor  fizice,  este  construita  pe  corpul cunostiintelor de baza ale fizicii, chimiei, matematicii, fiziologiei şi anatomiei. Ea poate  fi definita ca stiinta care studiaza caracteristicile raspunsului in timp şi spatiu ale materialelor  biologice,  solide, lichide şi visco‐elastice , şi ale corpului uman in ansamblu cind sunt supuse  actiunii unor sisteme de fortele interne şi externe. Cu alte cuvinte ea aplica legile mecanice  la studiul sistemelor biologice, umane şi animale. 

1.2 MIŞCAREA CA FORMĂ DE EXISTENŢĂ A MATERIEI  Biomecanica  este  ştiința  care  studiază  mişcările  ființelor  vii,  ținând  seama  de  caracteristicile  lor  mecanice.  Ea  poate  fi  considerată  o  mecanică  aplicată  la  statica  şi  dinamica  viețuitoarelor  în  general  şi  a  omului  în  special.  Are  un  domeniu  de  cercetare  apropiat  de  cel  al  anatomiei,  fiziologiei  şi  mecanicii.  La  acestea  se  mai  poate  adăuga  biochimia,  care  furnizează  date  asupra  metabolismului,  legate  de  procesul  de  mişcare,  de  efortul fizic în procesul de recuperare.  Biomecanica  studiază  modul  cum  iau  naştere  forțele  musculare,  analizându‐le  din  punct de vedere mecanic, cum intră în relație cu forțele exterioare care acționează asupra  corpului.  Pornind  de  la  aceste  relații  de  interdependență,  biomecanica  exercițiilor  fizice 

 

9

stabileşte eficiența lor mecanică şi indică metodele practice pentru creşterea randamentului  în funcție de scopul antrenamentului fizic.  De  la  studiile  biomecanice  se  aşteaptă  soluții  ştiințifice,  în  vederea  însuşirii  unor  tehnici  raționale.  Totodată,  cercetările  biomecanice  mai  au  şi  scopul  de  a  constata  în  mod  obiectiv,  greşelile  care  apar  în  decursul  efectuării  exercițiilor  fizice,  de  a  descoperi  cauzele  mecanice şi de a prevedea consecințele în procesul însuşirii mişcărilor din cadrul procesului  de recuperare. În acest fel, biomecanica poate indica măsurile ce se impun pentru însuşirea  corectă  a  unei  tehnici,  poate  formula  indicații  metodice  prețioase,  poate  contribui  la  perfecționarea  tehnicilor.  Biomecanica  exercițiului  fizic  terapeutic  studiază  atât  mişcările  active, cât şi pozițiile corpului, condiționate de organele de sprijin şi de mişcare ale corpului.  Conținutul biomecanicii poate fi împărțit în:  • biomecanica generală, care studiază legile obiective, generale ale mişcărilor;  • biomecanica  specială,  care  studiază  particularitățile  mişcărilor  din  diferite  domenii  ale  activității  motrice.  Din  acest  punct  de  vedere,  în  afara  biomecanicii  speciale  a  exercițiilor  fizice,  mai  există  biomecanica  specială  a  muncii, a deficienților fizici etc.  Biomecanica mai contribuie, prin însuşirea noțiunilor de spațiu, timp, mişcare, a celor  cu  privire  la  proprietăți  şi  forme  fundamentale  ale  existenței  materiei,  a  noțiunilor  despre  interdependența  între  forțele  care  concură  la  efectuarea  mişcărilor,  la  o  justă  înțelegere  a  fenomenelor vieții.  Mişcarea,  în  sensul  cel  mai  înalt,  filozofic,  este  forma  de  existență  a  materiei,  însuşirea  esențială  şi  inseparabilă  a  materiei.  Mişcarea  nu  poate  exista  fără  materie,  după  cum nici materia nu există fără mişcare. NU există, deci, mişcare "pură", imaterială.  Mişcarea,  ca  şi  materia,  este  veşnică.  Nu  poate  fi  creată  şi  nu  poate  fi  distrusă.  Descartes  exprima  astfel  acest  adevăr:  "cantitatea  de  mişcare  existentă  în  lume  este  totdeauna  aceeaşi".  Izvorul  mişcării  se  află  în  materia  însăşi,  impulsul  interior  al  oricări  mişcări  constituindu‐l  contradicțiile,  lupta  contrariilor.  Chiar  forma  cea  mai  simplă  de  mişcare,  deplasarea  corpurilor  în  spațiu,  este  o  contradicție;  despre  corpul  în  mişcare  se  poate spune că, în aceeaşi clipă, el se află şi nu se află în acelaşi loc.  Mişcarea este absolută, iar repausul o măsură, o expresie a mişcării, opusul mişcării.  Repausul este relativ şi are sens numai în raport cu forma individuală de mişcare.  Mişcarea  în  sens  filozofic,  nu  reprezintă  o  simplă  deplasare  în  spațiu  a  obiectelor  materiale, ci, orice schimbare, orice transformare, observată în natură şi societate.   Există o scară largă a posibilităților de mişcare:  • Mişcarea  microparticulelor  materiei  (automişcarea)  ‐  deplasările  protonilor,  electronilor, cu alte cuvinte a particulelor elementare.  • Mişcarea  mecanică‐  deplasarea  corpurilor  în  spațiu  ‐  este  forma  cea  mai  veche de mişcare cunoscută şi se referă la mişcarea corpurilor inerte.  • Mişcarea  fizică  ‐  mişcarea  moleculară  sub  formă  de  căldură,  lumină,  electricitate  • Mişcarea chimică ‐ combinarea şi dezagregarea atomilor.  • Mişcarea  biologică  ‐  viața  celulei  şi  a  organismelor  vii,  metabolismele,  locomoția lor.  • Mişcarea socială ‐ viața socială.  Între  formele  principale  ale  mişcării  există  o  legătură  reciprocă,  ele  putându‐se  transforma  una  în  alta.  Mişcarea  mecanică  se  transformă,  în  anumite  condiții,  în  mişcare  fizică  etc.  Dar,  între  diferitele  forme  de  mişcare  sunt  şi  deosebiri  fundamentale,  legate  de 

 

10

natura  purtătorului  unei  forme  de  mişcare,  de  legile  specifice  ale  fiecărei  forme  şi  de  contradicțiile proprii care generează mişcarea în cadrul fiecărei forme.  Mişcarea  biologică  (viața  şi  locomoția  organismelor  vii)  este  o  formă  superioară  de  mişcare,  care  dispune  de  calități  şi  mecanisme  speciale,  ce  nu  pot  fi  explicate  numai  prin  aplicarea  legilor  mişcărilor  mecanice,  fizice  sau  chimice,  considerate  forme  inferioare.  Formele  inferioare  sunt,  în  acest  caz  numai  auxiliare  şi  nu  pot  epuiza  esența  formei  superioare a mişcării biologice. Ex: natura biocurenților nervoşi şi musculari nu este identică  naturii curenților electrici. Segmentele osoase nu acționează ca nişte simple pârghii şi forța  lor  de  acțiune  nu  se  poate  determina  matematic,  apelând  la  formulele  clasice  de  determinare a funcțiilor mecanice ale pârghiilor, deoarece intervin o serie de factori, care nu  pot  fi  încadrați  (componenta  articulară,  momentul  muşchiului,  intervenția  scripetelor  de  flexie, existența muşchilor poliarticulari).  Iată  de  ce,  în  înțelegerea  şi  interpretarea  mişcării  biologice,  aplicarea  legilor  din  mecanică,  din  fizică  şi  chimie,  nu  reuşeşte  să  redea  întreaga  complexitate  a  fenomenelor.  Aplicarea acestor legi poate prezenta, schematic şi mecanicist, numai aspecte singulare ale  complexului proces biologic, care este locomoția animală sau umană. 

1.3 CORPUL OMENESC ­ UN TOT UNITAR  Organismul uman, în mişcare, trebuie privit ca un întreg, nu ca o manifestare izolată a  unor  mecanisme  ale  anumitor  aparate  şi  sisteme  care  ar  acționa  complet  independent.  În  acelaşi timp, studiul analitic al factorilor morfo‐funcționali, care stau la baza exercițiilor fizice  nu  este  semnificativ,  decât  dacă  este  urmat  de  reintegrarea  acestor  factori  şi  a  caracteristicilor  în  "totul"  organismului.    Pe  lângă  această  integrare,  este  necesară  şi  stabilirea relațiilor obiective dintre organismul ca întreg şi mediul în care se mişcă.  Rezultat  al  unei  îndelungate  filogeneze  şi  al  unei  ontogeneze  complicate,  perfecționarea continuă a aparatului locomotor şi a sistemului nervos a dus la posibilități din  ce  în  ce  mai  complexe  de  statică  şi  mişcare,  culminând  cu  cea  mai  complexă  formă  de  mişcare, statica şi locomoția umană.  Factorii morfo‐funcționali şi interdependența lor  La baza mişcărilor stau factorii morfo‐funcționali rezultați din mişcarea însăşi:  • organele aparatului locomotor: oase, articulații, muşchi  • organele  sistemului  nervos:  receptorii,  nervii  senzitivi,  măduva  spinării,  encefalul, nervii motori, plăcile motorii, sistemele gamma  Intrarea  în  acțiune  a  tuturor  acestor  factori  în  timpul  mişcării  este  o  condiție  obligatorie  pentru  ca  ea  să  se  desfăşoare  în  parametrii  normali,  mecanismele  lor  de  funcționare sunt stereotipe şi pot fi încadrate sub formă de principii.  Relațiile dintre organism şi mediu  O serie de factori externi exercită influențe asupra diferitelor etape ale mişcării:  • rezistența şi elasticitatea solului;  • accelerația gravitațională;  • temperatura mediului înconjurător;  • presiunea atmosferică.  Exemple:  temperatura  scăzută  scade  excitabilitatea  neuro‐musculară  şi  are  efect  vasoconstrictor. Prin aceste influențe, scade randamentul muscular.  Influența exercițiilor fizice asupra structurării corpului omenesc  Mişcarea  a  influențat  şi  influențează  corpul  omenesc,  structurându‐l  şi  formându‐l  apt  de  a  realiza  mişcări  din  ce  în  ce  mai  complexe.  Structurile  corpului  omenesc  sunt  structuri funcționale, produse prin funcțiune, cu scopul de a crea funcții. 

 

11

Funcția poate fi definită, după Repciuc, ca o acțiune, ca un proces complex, a cărui  caracteristică generală este aceea de a se desfăşura în timp. Forma structurii funcționale ar  putea  fi  definită,  în  acelaşi  mod,  ca  o  stare  complexă  a  cărei  caracteristică  generală  este  aceea de a se desfăşura în spațiu.  Forma şi funcția nu sunt însă decât aspecte ale manifestării aceleiaşi unități ‐ materia  vie‐  şi  nu  pot  exista  una  fără  cealaltă,  aşa  cum  mişcarea  nu  poate  exista  în  afara  materiei.  Desfăşurarea  lor  în  timp  şi  spațiu  se  condiționează  reciproc,  funcția  creând  forma,  forma  creând  funcția.  Prin  urmare,  forma  nu  este  o  stare  definitiv  imuabilă,  ci  este  permanent  modelată de funcție, adică este o formă funcțională.  Funcția  reprezintă  excitantul  indispensabil  viețuirii  materiei  însăşi,  modul  de  existență  al  formei.  Ea  are,  înainte  de  toate,  valoare  trofică,  întreținând  forma.  Valoarea  trofică a excitantului funcțional nu se exercită însă direct asupra formei, ci prin intermediul  sistemului nervos. Este, deci, vorba de o valoare trofică mediată.   Locomoția,  mişcările  segmentelor  aparatului  locomotor,  exercițiile  fizice,  reprezintă  funcția  aparatului  locomotor.  Factorii  morfo‐funcționali  care  îl  alcătuiesc  reprezintă  forma  lui.  Intercondiționarea  dintre  locomoție,  ca  funcție,  şi  aparatul  locomotor,  ca  formă,  este  evidentă  şi  reprezintă  una  din  premisele  de  bază  ale  fundamentării  ştiințifice  a  rolului  şi  importanței exercițiului fizic profilactic şi terapeutic.  

1.4 CERCETĂRI PRIVIND BIOMECANICA PERFORMANŢEI UMANE   Domeniul  de  bază  al  biomecanicii  este  acela  de  a  aplica  legile  mecanice  la  organismele  vii  în  acelaşi  mod  în  care  ele  se  aplică  la  obiectele  studiate  de  mecanica  corpului. Structura tensiunilor mecanice ale unui copac, depladarea în apă a unui înnotător,  sau  alergarea  unui  maratonist  sunt  tratate  cu  aceleaşi  legi  ale  mecanicii  la  fel  ca  în  cazul  alunecări  unui  paralelipiped  din  lemn  pe  un  plan  înclinat,  caz  binecunoscut  din  experimentele clasice ale fizicii.  Biomecanica  este  un  domeniu  interdisciplinar  cu  ramuri  în  discipline  diferite  ca  antropologie fizică, ortopedie, bioinginerie şi performanță umană. În toate aceste discipline  scopul general al biomecanicii este de a înțelege relațiile mecanice de tip cauză effect care  determină sau influențeaza miscarea umană. De altfel în fiecare domeniu al biomecanicii se  încearcă înțelegerea legaturii dintre structură şi funcție în cazul antropologiei, dezvoltarea de  structure  protetice  optime  în  cazul  ortopediei  şi  bioingineriei,  respective  descrierea,  explicarea  şi  predicția  aspectelor  mecanice  din  exercițiile  fizice,  sport  şi  jocuri  în  cazul  performanței umane.  Se poate spune că cercetările biomecanice au două mari direcții în ceea ce priveşte  performanța  umană:  "ştiința  de  bază"  şi  "ştiința  aplicată."  În  cazul  ştiinței  de  bază,  Biomecanica  încearcă  să  înțeleagă  cum  funcționează  din  punct  de  vedere  macanic  corpul  uman în condiții de effort maxim. Atunci când un atlet obține un maxim de  performanță, o  parte este datorată antrenamentului atletului, dar cea mai mare parte este determinată de  eficacitatea cu care atletul îşi utilizează corpul. Această eficiență poate fi îmbunătățită prin  coordonarea mişcărilor diferitelor părți ale organismului, astfel încât să‐i permită antrenarea  muscular pentru marirea efortului. Astfel valoarea performanței depinde de antrenamentul  atletului dar şi de tehnica folosită. Obiectivul de bază este acela de a înțelege mecanismele  cauză effect care fac ca unele tehnici să fie mai bune decât altele, şi în final să gasească o  tehnică optimă care să conducă la cea mai bună performanță umană. Ştiința de bază are o  limitare în aplicarea sa. Odată ce este cunoscuta tehnica optimă care trebuie folosită pentru  obținerea performanței, este posibilă examinarea individual a atleților pentru a detremina ce 

 

12

erori tehnice trebuie îndepărtate. Corectarea acestor defecte poate îmbunătăți performanța  subiectului. 

1.5 SCURT ISTORIC  PRIVIND STUDIEREA MIŞCĂRII  Verne Thompson Inman (1905‐1980)  Studiile sale de biomecanica mişcării au stability ca domeniu de dezvoltare legăturile  dintre activitățile aplicative inginereşti  şi expertizarea problemelor clinice.   După  cel  de‐al  doilea  război  mondial  el  a  publicat  studii  privind  biomecanica  umărului,  studii  folosite  în  dezvoltarea  de  tehnici  aplicate  în  protezare  la  persoanelor  amputate (veteran din cel de‐al doilea război mondial.   Multitudinea de cazuri specific perioadei  l‐au determinat sa‐şi direcționeze studiile  către  folosirea  de  dispositive  protetice  mecanice  şi  electronice.  Din  acest  motiv  cercetările  au fost direcționate către elucidarea biomecanicii locomotorii de bază, nu numai din punct  de  vedere  al    dinamicii  miscării  corpului  uman    cât  şi  către  analiza    activității  electrice  muscular.  Scopul  cercetărilor  sale  a  fost  de  a  include  în  problematic  fiziologia  musculară,  țesutul cutanat şi aspectele relative la durere.   Studiile sale referitoare la determinareaunei structure in care se deplasează în lateral  centrul de  greutate au fost direcționate catre minimizarea acestor deplasări fie ca acestea  sunt deplasări normale sau patologice.  Howard Davis Eberhart (1906‐1993)  Prof. Eberhart este unul din primii cercetători in studierea miscării umane aplicată la  crearea de dispositive de protezare.   John B. De C. M. Saunders (1903‐1991)  Este  cunoscut  pentru  studiile  sale  referitoare  la  coloana  vertebrală,  afecțiunile  şi  regenerarea nervilor, mecanismele articulațiilor.   Frank Todd  Cercetări cu privire la dinamica mersului, alternanta  sprijinului.  Figura 1 Analiza mişcării după Todd 

 

Boris Bresler (1919‐2000)  Ca membru in colectivul de cercetători de la laboratoarele de biomecanică Berkeley  din cadrul Universitatii din California , contribuie la cercetările referitoare la analiza dinamicii  mişcării calculând puterea şi momentele din principalele articulații.  

 

13

Nikolai Bernstein (1896—1966)  Multe  din  teoriile  de  azi  referitoare  la  coordonarea  mişcării  au  fost  formulate  de  neurofiziologul  rus  Nikolai  Bernstein.  Se  pot  inscribe  aici  cercetarile  privind  numărul  de  grade de libertate, echivalența motorize, comenzile motorii ne univoce şi efectele periferice.  Din motive  politice lucrarea sa publicată în 1947, Cooronarea şi reglarea mişcărilor,  nu a putut fi tradusă până în 1967. Bernstein atacă ideile din perioada in care se considera  sistemul  ierarhic  (McGraw  şi  Gesell)  conform  căruia  comenzile  mişcării  erau  asigurate  de  creier, precizând  că performanța oricărui tip de mişcare rezultă dintr‐o varietate infinită de  combinații,  de  grade  de  libertate  ale  componentelor  sistemului  musculo‐skeletal.  Sistemul  trebuie  considerat  ca  un  system  cu  auto‐organizare,  compus  din  elemente  coordinate  şi  asamblate astfel încât săp răspundă unui anumit scop. Dezvoltarea motorize este dependent  de  maturizarea  creierului  dar  corpul  se  adaptează  la  diferite  constrângeri  (modificări  de  masă  corporal  şi  de  proporții  în  perioada  de  creştere)  şi  la  condiții  exogene  (gravitația,  suprafața, asigurarea diferitelor cerințe si obiective).   Analiza mişcărilor coordonate devine element de studiu în biomecanică. Prin aceasta  terminologie folosită de Bernstein, sunt descrise aplicațiile principiilor şi metodelor mecanice  la  sistemele  biologice.  Aceasta  implică  duă  zone:  cinematice,  sau  forme  de  mişcare  referitoare  la  timp  şi  spațiu  cum  ar  fi  activitatea  musculară  şi  mişcările  articulare;  şi  dinamice, referitoare la cauze fizice de mişcare cum ar fi forțe de inerție centrifuge. Putere  (accelerație)  şi  torsiune  (rotație).  Metodele  de  analiză  includ  inregistrări  electrographic  ale  vitezei unghiulare a articulației, şi ale activității musculare.   Wilfrid Taylor Dempster  Dempster  a  determinat  prin  studiu  pe  cadavre  volumul,  masam  densitatea  şi  momentul de inerție al diferitelor segmante ale corpului omenesc.  Rudolfs Drillis şi Renato Contini.  Interesul inițial al lui Drillis şi Contini a fost cel de a îmbunătăți dispozitivele protetice,  dar deoarece pentru atingerea acestui scop era necesară o bună estimare a masei, sentrului  de masă şi a momentului de inerție al segmentelor corpului uman, acestea a fost meticulos  estimate.  Metoda  de  estimare  a  fost  similară  celei  folosite  de  Cleveland  şi  Dempster  (greautate  hidrostatică)  şi  prin  metoda  de  segmentare  a  corpului  (greautate  hidrostatică  incrementală).   Charles E. Clauser  Clauser,  şi  colaboratorii  au  perfecționat  studiile  privind  studiile  de  masă,  volum  şi  centru  de  masă  pentru  segmente  de  corp  în  vederea  obținerii  unor  rezultate  mai  precise   care sa poata să fie folosite în estimarea măsurătorilor din dimensiuni antropometrice.  Larry W. Lamoreux    Studiile lui Lamoreaux  sunt dirijate către cinematica experimentală a mişcării umane  (Experimental  Kinematics  of  Human  Walking,  Ph.D.  Thesis,  University  of  California  at  Berkeley, 1970 )  In  figura  2  este  prezent  dispozitivul  folosit  la  analiza  cinematică  şi  goniometrică  a  mersului în diferite condiții.     

 

14

  Figura 2 Echipament folosit la studiul lui Lamoreaux    Cadrul  pelvian  este  ataşat  cu  opt  puncte  de  contact  pe  ASIS,creasta  iliacă,  pubis,  sacrum,  şi  tuberozitățile  ischiale.   Articulația  şoldului  este  studiată  după  secvența  Euler  ‐  flexie,  abductie,  rotatie  axială  –  care  au  fost  aliniate  la  articulația  şoldului.  Articulațiile  genunchiului şi gleznei au fost măsurate folosind metoda  paralelogramului care nu depinde  pentru o măsurare precisă de alinierea precisă a axei anatomice. Inregistrările traducătarelor  de  deplasarea  au  fost  inregistrate,  convertite  în  semnal  digital  şi  prelucrate  cu  ajutorul  calculatorului.   Charles, Robert, Jean & Pierre Ducroquet ("Walking and Limping: A study of Normal  and  Pathological  Walking"  (JB  Lipincott  Co.  1965).  A  dezvoltat  o  metodă  de  analiză  a  mersului folosind o cuşcă de sticlă prezentată în Fig. 3                           

15

 

Figura 3 Cuşca de sticlă folosită la studiul mişcării    Au fost dezvoltate alte căteva metode  care să simplifice metoda cuştii de sticlă (Fig. 4 a, b,  Fig. 5).   Figura 4. a.‐ Analiza unipedalismului uman cu ajutorul schemelor simplificate ‐ metoda  cuştii de sticlă                      Figura 4. b. Evaluarea parametrilor mersului prin scheme simplificate ‐ metoda cuştii de  sticlă 

16

 

Figura 5 – Evaluarea angulației mişcărilor cu ajutorul înclinometrului   

                         

Marcel Saussez   Marcel  Saussez  descrie  experimentele  de  inregistrare  a  mersului  folosind  curbe  luminoase     Figura 6 ‐ Echipamentul folosit de Saussez        

                          Figura 7  ‐ Înregistrarea unei kinegrame cu ajutorul echipamentului lui Saussez 

17

 

 

18

 

Cap 2  ANTROPOMETRIE 

    2.1 SCOP    Definiție:  Ramura  de  bază  a  antropologiei  care  studiază  dimensiunile  fizice,  proporțiile şi compoziția  corpului uman în scopul determinării diferențelor la nivel individual  şi de grup.  În vederea descrierii şi diferențierii caracteristicilor de rasă, sex, vârsta şi  constituție  corporală sunt necesare măsurători fizice diverse.  În  trecut  accentul  major  al  acestor  studii  era  de  natură  evolutivă  sau  istorică.  În  ultimul  timp,  totuşi,  aceste  studii  au  crescut  în  importanță,  fiind  necesare  în  proiectarea  interfețelor om ‐ maşină, a spațiilor de lucru şi a echipamentelor. Multe din aceste necesități  sunt rezolvate prin măsurători simple, liniare de suprafață sau volum.  În  analiza  mişcării  umane  sunt  necesare,  totuşi,  măsurători  cinematice  precum  şi  determinarea maselor, a momentelor de inerție şi a poziției lor.  Acestora li se adaugă şi un  corp  restrâns  de  cunoştințe  ce  se  referă  la  centrele  de  rotație  ale  articulațiilor,  originea  şi  inserția muşchilor, unghiurile de acțiune a tendoanelor, lungimea şi secțiunea muşchilor. 

2.2 STRUCTURAREA ŢESUTURILOR ŞI ORGANELOR SUB INFLUENŢA  FACTORILOR MECANICI  Exercițiile fizice acționează asupra țesuturilor şi organelor prin declanşarea unor forțe  mecanice. Aceste forțe mecanice externe sunt grupate în 5 tipuri:  • forțe de compresiune tind să deformeze țesuturile comprimându‐le.;  • forțe de încovoiere tind să deformeze țesuturile prin îndoire;  • forțe de torsiune tind să deformeze țesuturile prin răsucire;  • forțe  de  forfecare,  rezultă  din  combinarea  forțelor  de  compresiune,  încovoiere  şi  torsiune  şi  vor  tinde  să  deformeze  țesuturile  prin  comprimare,  îndoire şi răsucire în acelaşi timp;  • forțe de tracțiune tind să deformeze țesuturile, întinzându‐le.  Primele  patru  tipuri  de  forțe  rezultă  în  special  din  acțiunea  forțelor  gravitaționale  (greutatea corpului, greutatea segmentelor, greutatea obiectelor sau  aparatelor cu care se  lucrează etc).  Forțele de tracțiune rezultă în special din acțiunea tonusului şi contracțiilor diferitelor  grupe musculare.  În  afara  forțelor  mecanice  externe,  asupra  țesuturilor  acționează  şi  o  serie  de  forțe  mecanice interne rezultate din procesele de dezvoltare ale țesuturilor, presiunea vasculară,  procesele metabolice, factorii chimici, a căror importanță nu poate fi neglijată.  Țesutul  asupra  căruia  acționează  o  forță  oarecare,  reacționează  printr‐o  contraacțiune  şi  intră  într‐o  stare  specială  denumită  stare  de  tensiune,  stare  de  eforturi 

 

19

unitare sau stare de stress. S‐ar putea afirma că forțele mecanice interne realizează o stare  de  tensiune  minimă,  pe  când  forțele  mecanice  externe  realizează  intrarea  într‐o  stare  de  tensiune maximă.   Starea  de  tensiune  creată  în  țesuturi  acționează  în  sensul  structurării  funcționale  a  acestora, conform cerințelor mecanice. Structurarea funcțională apare astfel ca un rezultat  al  adaptărilor,  sub  influența  factorilor  mecanici.  Structurile  tisulare  pot  fi  deci  considerate  mecanostructuri.  Structurarea țesuturilor se face astfel, încât cu minimum de material, țesutul să poată  oferi o rezistență suficientă la solicitările uzuale. Construcțiile care folosesc un minimum de  material  şi  reuşesc  să  opună  un  maximum  de  rezistență  se  numesc    construcții  minime  absolute.  Țesuturile  şi  organele  normale  sunt  astfel  de  construcții,  prezentând  forme,  dimensiuni şi dispoziții interioare, care, folosind un minim de material, asigură o rezistență  maximă  la  solicitări  diverse.  Mecanostructurile  corpului  omenesc  apar  ca  rezultat  al  adaptărilor  mecanice  de‐a  lungul  filogeniei  şi  ontogeniei.  Unul  din  scopurile  kinetoterapiei  este  acela  de  a  întreține  aceste  mecanostructuri  în  condiții  normale  şi  de  a  le  îmbunătăți,  prin partea de profilaxie. Un alt scop este terapeutic, adică  acela de refacere a parametrilor  funcționali ai mecanostructurilor, în cazul afectării lor în diverse afecțiuni.    Schema raporturilor de interdependență 

Raporturile  de  interdependență  dintre  factorii  morfo‐funcționali  care  execută  mişcarea,  sistemul  nervos  central  ca  pupitru  de  comandă  al  mişcării,  totul  unitar  al  organismului, mediul extern şi exercițiile fizice apar deosebit de complexe. Interdependența  este asigurată prin controlul exercitat de SNC prin căile sensibilității proprioceptive, dirijând  acțiunile prin căile nervoase motorii.  Din coroborarea acțiunilor factorilor morfo‐funcționali (impulsuri nervoase, contracții  musculare,  pârghii  osoase,  mobilitatea  articulară)  rezultă  exercițiile  fizice.  Acestea  acționează  prin  producerea  de  tensiuni  asupra  factorilor  morfo‐funcționali,  structurându‐I  funcțional.  Pe  de  altă  parte,  exercițiile  fizice  favorizează  adaptarea  organismului  la  mediul  înconjurător şi pot determina şi modificări ale mediului extern. La rândul său, mediul extern  acționează în permanență asupra SNC prin intermediul exteroceptorilor, dar şi direct asupra  efectuării  exercițiilor  fizice,  prin  intermediul  forțelor  externe  (gravitație,  presiune  atmosferică, rezistența mediului etc.).  Mişcarea  a  influențat  şi  influențează  corpul  omenesc,  structurându‐l  şi  formându‐l  apt  de  a  realiza mişcări din ce în ce mai complexe. Structurile  corpului omenesc sunt structuri funcționale, produse  prin funcțiune, cu scopul de a crea funcții.  Forma  şi  funcția  nu  sunt  însă  decât  aspecte  ale  manifestării  aceleiaşi  unități  ‐  materia  vie  ‐  şi  nu  pot  exista  una  fără  cealaltă,  aşa  cum  mişcarea  nu  poate  exista  în  afara  materiei.  Desfăşurarea  lor  în  timp  şi  spațiu  se  condiționează  reciproc,  funcția  creând  forma,  forma  creând  funcția.  Prin  urmare,  forma  nu  este  o  stare  definitiv  imuabilă,  ci  este 

20

 

permanent modelată de funcție, adică este o formă funcțională.  Structurarea țesuturilor se face astfel, încât cu minimum de material, țesutul să poată  oferi o rezistență suficientă la solicitările uzuale.  Figura 8 

2.3 DIMENSIUNILE SEGMENTELOR      Dimensiunea  de  bază  a  corpului  uman  o  constituie  lungimea  segmentelor  între  fiecare  dintre  articulații.  Acestea  variază  funcție  de  constituția corporală, de sex şi rasă.  Dempster  şi  colaboratorii  săi  (1955,  1959)  au  rezumat  estimările  lungimilor  şi  pozițiile  centrului  de  rotație  a  articulațiilor  relativ  la   puncte, corespunzând unor repere anatomice.   Date  cu  privire  la  lungimile  segmentelor,  exprimate  ca  procente  din  înălțimea  corpului  au  fost stabilite de Drills şi Contini(1966)‐ pornind de  la principiul segmentării corpului uman  fig.9.       Fig  9 După Dempster şi Fischer  (Belgia)     

          Aceste proporții ale segmentelor servesc drept o bună aproximație în absența unor  informații mai bune, preferabil măsurate direct pe individ.    Fig 10 Modelul celor 24 de segmente 

21

 

      2.4 IMPORTANŢA STRUCTURII ŞI ORGANIZĂRII ŞISTEMULUI OSOS, DIN  PUNCT DE VEDERE BIOMECANIC  2.4.1 Generalităţi   

Mişcările  osoase  provin  de  la  mobilizarea  diferitelor  lanțuri  osoase  asupra  cărora  intervin solicitări de presiune şi tracțiune rezultate din acțiunea musculară, dar şi în raport cu  mediul ambiant. Aceste forțe influențează mai mult sau mai puțin structurile osoase şi pot  ele  însele  în  unele  cazuri  să  provoace  fracturi  mai  mult  sau  mai  puțin  complexe.  Este  deosebit  de  important  ca  în  acest  caz  kinetoterapeutul  să  analizeze  mişcarea  în  funcție  de  structura  şi  de  adaptarea  funcțională  a  țesutului  osos  şi  să  se  asigure  de  obținerea  unui  randament maxim al mişcării din gestica umană.  Coloana vertebrală se articulează la partea superioară cu capul şi constituie împreună  cu  coastele  şi  sternul  cutia  toracică  la  care  sunt  ataşate  membrele  superioare  prin  intermediul centurii scapulare, constituită din claviculă şi omoplat. Membrele inferioare sunt  ataşate  la  coloana  vertebrală  prin  intermediul  osului  iliac  care  formează  centura  pelviană  care se articulează cu partea inferioară a coloanei vertebrale (prin sacrum).  Oasele  corpului  uman  sunt  în  număr  de  circa  206,  şi  din  punct  de  vedere  al  configurației exterioare le putem subdiviza în trei grupe:  • oase scurte care sunt de formă aproximativ cubică  • oase lungi  la care lungime predomină în raport cu grosimea şi  lățimea şi  • oase  plate  la  care  grosimea  este  net  inferioară  în  raport  cu  celelalte două dimensiuni.  Oasele  lungi  prezintă  un  corp  sau  diafiză,  de  secțiune  triunghiulară  şi  două  extremități mai largi care sunt epifize. Ca exemplu putem cita humerus, radius şi cubitus (în  general oasele membrelor. Oasele plate sunt reprezentate de omoplat, stern, etc. pe când  oasele scurte se găsesc în principal la nivelul carpului sau tarsului.  Suprafața oaselor este neregulată şi prezintă proeminențe şi depresiuni sau cavități.  Aceste  cavități  pot  fi  articulare  sau  ne‐articulare  şi  sunt  destinate  măririi  suprafeței  de  inserție  a  muşchiului  sau  mai  mult  de  atât  lasă  să  treacă  vasele  sangvine  şi  nervii  către  regiunile mai îndepărtate ale organismului. Extremitățile sau apofizele pot în egală măsură să  fie  articulare sau la fel de bine să fie destinate receptării inserțiilor tendinoase care găsesc o  suprafață  destul  de  mare  pentru  a  realiza  un  punct  de  acțiune  rezistent.  Se  remarcă  că  mărimea  acestora  este  direct  proporțională  cu  secțiunea  ligamentelor  sau  tendoanelor  pe  care le receptează.  Suprafața osoasă prezintă în mod egal orificii de penetrare în părțile interne; acestea  sunt canalele vasculare şi canalele de hrănire a osului, căi prin care trec vasele sangvine şi  nervii. 

22

 

  2.4.2 Structura ţesutului osos   

O treime a materiei osoase este constituită din apă, în timp ce restul de două treimi  este  constituit  din  alte  substanțe  minerale  :  fosfat,  carbonat  de  calciu  şi  dintr‐o  proteină,  colagenul. Studiul de rezistență a osului arată că mineralele asigură rezistența la solicitarea  de  compresiune,  pe  când  substanțele  proteice  asigură  osul  la  solicitarea  de    tracțiune.  Lucrări interesante privind rezistența osoasă au fost publicate  de Marique 1945, Marneffe  1948, Hamilton 1956, Evans 1957, Koch 1964 , Leduc 1968 şi admit că osul poate rezista le o  solicitare de şase ori mai mare decât cele care caracterizează viața cotidiană. Aceste noțiuni  subliniază  interesul  pe  care  trebuie  să‐l  acordăm  tehnicilor  de  analiză  care  permit  înregistrarea presiunilor asupra solului, la executarea mişcărilor.  Pe  de  altă  parte  se  poate  sublinia  că  atunci  când  osul  este  sărac  în  elemente  minerale,  el  prezintă  o  suplețe  remarcabilă.  În  timpul  fenomenului  de  îmbătrânire,  caracterizat  printr‐o  diminuare  gradată  a  conținutului  în  apă  şi  substanțe  organice,  osul  devine din ce în ce mai fragil sau casant.  Partea  organică  este  constituită  dintr‐o  structură  fibroasă  care  cuprinde:  o  rețea  (tramă)  de  fibre  de  colagen,  o  substanță  bazată  în  principal  pe  mucopolizaharide  (MPZ)  dispersate între fibrele de colagen şi din celule, care nu constituie decât o parte infimă din  os.     2.4.3 Organizarea ţesutului osos   

Materia osoasă  Elementele  minerale  şi  organice  se  amestecă  pentru  a  forma  celor  două  tipuri  de  țesut osos: țesutul compact, situat la partea periferică a osului şi țesutul spongios, format el  însuşi  din  lamele  osoase,  care  delimitează  alveole,  umplute  cu  măduvă  osoasă,  situate  în  interiorul  spațiului  delimitat  de  țesutul  compact.  Orientarea  acestor  lamele  este  realizată  într‐o  astfel  de  manieră  aşa  încât  osul  să  poată  oferi  o  rezistență  cât  mai  mare  posibilă  la  tensiunile la care este supus. Oasele scurte prezintă un înveliş subțire de țesut compact care  înconjoară țesutul spongios. Oasele plate sunt constituite din două straturi subțiri de țesut  compact,  care  înconjoară  un  volum  mai  mare  sau  mai  mic  de  țesut  spongios.  Oasele  lungi  prezintă o arhitectură puțin mai complexă, conformă cu eforturile mari la care sunt supuse.   Țesutul compact prezintă un strat voluminos în centrul diafizei, care va diminua spre  extremități,  dar  o  creştere  de  volum  se  va  observa  şi  în  dreptul  inserțiilor  sau  la  nivelul  curburilor,  fiind  determinată  de  faptul  că  în  aceste  zone  osul  trebuie  să  reziste  riscului  de  fractură, mult mai mare în aceste zone decât la nivelul zonelor rectilinii. Stratul compact se  întinde  către  epifize,  pentru  a  acoperi  țesutul  spongios,  constituentul  principal  al  extremităților osoase. Alveolele delimitate de lamelele de țesut spongios comunică între ele  dar şi cu o cavitate care se întinde de‐a lungul diafizei – canalul medular.  Țesutul  osos  este  parcurs  de  vase  sanguine  şi  limfatice,  precum  şi  de  ramificații  nervoase, la examenul microscopic al țesutului osos compact remarcându‐se  prezența unui  ansamblu de canale mici, cu diametrul de 50 microni, numite canale Havers sau canalele de  hrănire ale osului. Ele comunică între ele şi conțin mici vase şi nervi. Țesutul osos este dispus 

 

23

în  jurul  acestor  canale  sub  forma  unor  lamele  concentrice  care  prezintă  între  ele    mici  cavități, fiecare conținând câte o celulă osoasă numită osteocit. Ansamblul acestui dispozitiv  constituie sistemul Haversian, la rândul său un element de bază al țesutului compact.   Țesutul  spongios  este  constituit  din  lamele  fine  de  os  dur  aranjate  într‐o  rețea  (tramă) descrisă înainte.   Periostul  Este  un  țesut  conjunctiv  format  dintr‐o  membrană  fibroasă  albicioasă,  situată  la  periferia  osului,  pe  care  o  acoperă  complet,  cu  excepția  suprafețelor  articulare,  care  sunt  acoperite  de  cartilaj.  Periostul  este  constituit  din  două  straturi:  stratul  extern,  el‐însuşi  format din fibre de colagen şi stratul profund, osteogen, producător de osteoblaste, care se  vor transforma în osteocite. Periostul are, datorită acestor caracteristici, un rol deosebit în  dezvoltarea  osului.  Este  bogat  irigat  şi  inervat,  având  o  sensibilitate  deosebită,  ceea  ce  explică faptul că senzația de durere este resimțită în cea mai mare parte la acest nivel, mai  ales în cazul fracturilor sau secționărilor osului.   Inserția musculară nu se face direct pe os, ci la nivelul periostului, care este la rândul  său ataşat de materia osoasă prin mici prelungiri comparabile cu nişte rădăcini. Aderențele  periostului la os sunt cu atât mai puternice cu cât suprafața osului este mai neregulată. Un  țesut  conjunctiv  similar  şi  în  mod  egal  osteogen  se  descoperă  la  nivelul  canalului  medular,  canalelor Havers şi alveolelor spongioase.   Măduva osoasă  Măduva roşie prezentă încă de la naştere, atât în diafiză cât şi în epifize, are o dublă  funcție:  de  a  forma  globulele  roşii  şi  de  a  participa  la  procesul  de  osificare.  Odată  cu  înaintarea în vârstă, măduva roşie nu mai apare prezentă decât în zona spongioasă, în timp  ce la nivelul diafizelor începe să fie înlocuită cu măduva galbenă. La vârsta adultă în canalele  medulare nu mai există decât măduvă galbenă. Numai o parte din oase, precum vertebrele,  sternul, coastele, posedă încă măduvă roşie hematogenă.  2.4.4 Procesul de osificare   

Prin  procesul  de  osificare  se  înțelege  formarea  de  țesut  prin  acumularea  de  săruri  care  se  depun  într‐o  structură  de  bază,  constituită  din  materie  organică.  Înainte  de  toate,  acest  proces  este  precedat  de  o  proliferare  celulară,  care  va  sintetiza  trama  din  fibre  de  colagen. Aceste fenomene se pot produce în cadrul țesutului conjunctiv şi oferă posibilitatea  unei  osificări  fibroase  sau  la  fel  de  bine  într‐o  eboşă  cartilaginoasă  şi  realizează  atât  o  osificare endochondrală sau intracartilaginoasă. Oasele, de exemplu cele care fac parte din  bolta  craniană  prezintă  o  osificare  fibroasă  care  se  dezvoltă  direct  în  țesutul  conjunctiv  embrionar  şi  nu  necesită  matrice  cartilaginoasă.  Din  contră,  oasele  scurte  se  dezvoltă  pornind  de  la  un  proces  endochondral,  pe  când  oasele  lungi  prezintă  cele  două  tipuri  simultan.  Osificarea endochondrală  La  embrion,  la  nucleele  osoase,  încă  dinainte  de  naştere  se  formează  în  cartilajul  hialin  un  punct  de  osificare  primară,  ca  urmare  a  modificărilor  histogenice,  în  zona  părții  centrale a matricei. Osificarea va progresa în toate direcțiile pornind din acest punct primar  (primitiv  sau  principal)  şi  va  cuprinde  cea  mai  mare  parte  a  zonei  cartilaginoase.  La  oasele 

 

24

lungi acest punct va forma toată diafiza. Punctele de osificare secundare sau complementare  apar  într‐o  perioadă  mai  târzie,  într‐un  interval  care  debutează  de  la  naştere  şi  se  întinde  până  la  terminarea  perioadei  de  pubertate,  la  nivelul  epifizelor  şi  a  proeminențelor  (apofizelor), asigurând completa osificare. Această osificare epifizară şi diafizară nu se face  numai  pe  lungime  ci  şi  pe  grosime  şi  este  important  să  subliniem  că  în  acelaşi  timp  membrana  conjunctivă  (sau  perichondrală)  care  înconjoară  zona  cartilaginoasă  şi  care  va  deveni  periostul  produs,  prin  structura  sa  internă  sub  formă  de  lamele  succesive  şi  concentrice va contribui la creşterea sa în grosime. Pe măsură ce diafiza creşte în lățime prin  aport  de  straturi  succesive,  asistăm  în  zona  sa  centrală  la  un  fenomen  de  resorbție  care  explică dispariția progresivă de os enchondral, a straturilor mai profunde de os periostic cât  şi formarea unei cavități care ocupă tot spațiul diafizei şi care este denumită canal medular.  Pe toată durata dezvoltării osului, punctul de osificare diafizar rămâne separat de punctele  epifizare  printr‐un  strat  de  cartilaj  special  (metafiza),  de  conjugare,  care  explică  creşterea  osului în lungime.    2.4.5 Creşterea în lungime a oaselor   

Dacă dezvoltarea osului în lățime care se produce pentru cea mai mare parte înainte  de  vârsta  adultă,  şi  poate  continua  pe  aproape  întreaga  perioada  de  viață  prin  aport  de  periost  şi  resorbția  medulară  simultană,  creşterea  în  lungime  se  definitivează  la  o  vârstă  determinată  pentru  fiecare  os,  dar  care  nu  depăşeşte  vârsta  adultă.  Un  os  lung  are  două  cartilagii  de  conjugare  la  nivelul  cărora  se  realizează  cea  mai  mare  parte  a  creşterii  în  lungime.  De  fapt  straturile  superficiale  din  acest  cartilaj  şi  în  special  cele  de  la  diafiză  se  transformă în țesut osos în timp ce asistăm la o proliferare în partea mediană, fapt ce explică  creşterea în lungime a osului. Acest proces persistă până când osul atinge lungimea sa totală.  În  acest  moment  cartilajul  încetează  să  se  regenereze  şi  va  fi  invadat  şi  osificat  de  punctele  diafizare  şi  epifizare  care  se  reunesc.  O  creştere  suplimentară  în  lungime  este  realizat  de  cartilajul articular care este situat la extremitatea osului. Vârsta  la care fuzionează cele două puncte diafizare şi epifizare diferă  în funcție de tipul de os şi în funcție de individ în parte. Putem  concluziona că sunt mai mulți factori care pot influența această  fuziune  caracteristică  sfârşitului  perioadei  de  creştere  (de  ex.  sex, factori ereditari, rase, dar şi de fracturi sau alte afecțiuni).  Gradul de osificare este un factor deosebit de important  de care trebuie să țină seama kinetoterapeutul în programele de  reeducare,  în  scopul  de  a  nu  favoriza  anomaliile  de  dezvoltare  osoasă.  De  fapt  o  fractură  sau  un  traumatism  repetat  poate  antrena  malformații  sau  induce  oprirea  prematură  a  creşterii  osoase. Şi dacă se cunoaşte că o multitudine de oase nu ajung la  maturitate  înainte  de  şaptesprezece,  optsprezece  sau  chiar  nouăsprezece  ani,  se  poate  pune  întrebarea  de  ce  anumite  sporturi ca lupte, box sau alte sporturi violente nu sunt interzise  înainte de această vârstă. 

 

25

Aceste noțiuni subliniază importanța pe care trebuie să o acordăm în organizarea şi  structurarea programelor de recuperare.     Figura 11  2.4.6 Adaptarea funcţională a osului – legile arhitecturării osoase   

Problema  de  adaptare  a  osului  a  fost  discutată  încă  de  la  începutul  secolului  XIX  deoarece a fost remarcat că segmentele osoase nu sunt dispuse într‐o manieră oarecare ci  sunt orientate într‐o manieră care să asigure o cât mai mare rezistență la tensiunile aplicate  pe os.  În  1866,  inginerul  german  Karl  Culmann  care  era  interesat  de  analiza  grafică  a  problemelor  statice  a  atras  atenția  asupra  faptului  că  arhitectura  internă  a  extremității  superioare  a  femurului  corespunde  liniilor  de  tensiune  stabilite  prin  metode  grafostatice,  acela  a curbei  de  macara.  Pornind  de  aici  a  încercat  prin  calcule  să  superpozeze  cele  două  scheme de structură, dar concepțiile sale au fost rapid criticate.  În 1892 Julius Wolff a formulat o lege după care toate modificările funcției sau formei  unui os antrenează modificări de structură internă, modificarea conformației exterioare, în  conformitate cu legi matematice. El a pornit de la ideea că formarea osoasă este rezultată ca  urmare  a  tensiunilor  produse  prin  contracție  musculară  şi  de  presiuni  statice  antrenate  de  menținerea în poziție verticală.  În 1917 J.C. Koch a publicat un articol în care a demonstrat că osul se organizează de  o  manieră  în  care  oferă  o  rezistență  maximă  pentru  un  minim  de  materie  osoasă,  şi  de  o  arhitectură pentru care osul să poată rezista economic la tensiuni mari cauzate de greutatea  corpului.  Prin  această  teorie  se  presupunea  că  forțele  datorate  greutății  sunt  mult  mai  importante  decât  cele  rezultate  din  acțiunile  musculare,  care  pot  fi  neglijate  în  calculul  structurilor osoase. Atunci când corpul uman adoptă atitudini vicioase, are loc o creştere  de  presiune  într‐o  anumită  parte,  creştere  care  implică  diminuarea  tensiunii  în  altă  parte.  Menținerea  acestor  atitudini  antrenează  modificări  ale  structurilor  osoase,  pe  care  nu  le  putem  combate  decât    menținând  corpul  în  poziție  corectată  printr‐un  sistem  de  atele,  a  căror scop va fi acela de a restaura structura osoasă normală.    În  1920  Jansen  a  elaborat  critici  ale  teoriei  lui  Wolff  conform  cărora  formațiunea  osoasă  va  fi  funcțională  atunci  când  presiunile,  tensiunile  şi  forțele  prezintă  o  intersecție  rectangulară.   De  fapt  el  a  observat  că  travee  osoase  nu  prezintă  totdeauna  unghiuri  drepte  la  nivelul  intersecțiilor.  Jansen  din  contră  a  emis  ipoteza  conform  căreia  formarea  osului  va  depinde de influența tensiunilor datorate gravitației şi de contracțiile musculare care vor fi  stimulii mecanici determinanți (Fig. 11).       Teoria lui Koch a fost criticată de  Carey  (1929)  care  a  reproşat  că  nu  se  ține  cont  de  tensiunile  de  origine  musculară  în  dezvoltarea  şi  organizarea  osoasă.  De  fapt  pentru  el  acestea  sunt  presiunile  care  sunt  determinante  şi  nu  presiunile  statice;  pe  de  altă  parte,  acțiunea  musculară  poate  antrena  tensiuni  cu  mult  mai  importante,  de  altfel  poziția  în  picioare  este  rezultatul  interacțiunii  scheletului  şi  sistemului  muscular.  În  consecință,  dezvoltarea  normală  care  conduce  la  maturitatea osoasă este rezultatul activității dinamice a muşchilor şi a proprietății celulelor  osoase de a se prolifera de o manieră centrifugă, în scopul de a se opune forțelor centripete  extrinseci. 

 

26

În  alte  studii  ceva  mai  recente  autori  ca  Evans  (1957)  şi  Scott  (1957)  subliniază  importanța  care  trebuie  acordată  experimentelor,  care  ar  putea  rezolva  problemele  de  adaptare funcțională a osului. Scott a încercat să stabilească o relație care să cuantifice cât  din funcțional şi cât din dezvoltare există între sistemul neuromuscular şi sistemul osos. Pe  când Evans  a ajuns la concluzia că analiza matematică, care vrea să demonstreze că traseele  osoase  urmează  liniile  de  forță,  este  defectuoasă,  deoarece  tensiunile  care  apar  în  timpul  mişcărilor umane au o anumită importanță în explicarea formării şi dezvoltării osoase, şi că  trebuie  ținut  cont  şi  de  alți  factori  care  intervin  cum  ar  fi:  nutriția,  irigarea  şi  în  special  ereditatea.  Efectele structurale ale forțelor mecanice pot fi urmărite la nivelul tuturor celor patru  ordine de structuri.    La  nivelul  structurilor  de  prim  ordin,  dispoziția  materialului  este  conformă  cu  legile  rezistenței.  Diafiza,  cu  materialul  dispus  la  periferie  şi  reprezentat  de  compactă,  are  un  aspect tubular (un tub este mai rezistent la compresiune decât un cilindru plin).  Epifizele  oaselor  lungi  şi  oaselor  scurte  prezintă  o  dispoziție  a  trabeculelor  osoase  care  s‐a  dovedit  că  urmează  un  traiect  care  poate  fi  determinat  prin  legi  ale  mecanicii.  În  acest  sens,  ni  se  pare  util  să  amintim  câteva  din  „legile”  de  arhitecturare  a  epifizelor,  importante în procesul de recuperare al dezalinierilor osoase.     Legea lui DELPECH (1828): dacă extremitățile oaselor care formează o articulație sunt  supuse,  într‐o  parte  a  lor,  la  o  presiune  anormală,  puternică  şi  continuă,  volumul  lor  se  va  micşora în acea parte, în timp ce, în partea care este scoasă timp îndelungat de sub acțiunea  presiunilor  obişnuite,  extremitatea  îşi  măreşte  volumul.  Aceste  deformări  se  observă  constant în dezalinierile genunchiului: genu‐varum sau genu‐valgum.    Legea  lui  WOLFF  (1870):  când  asupra  unei  părți  a  epifizei  se  exercită  o  apăsare  anormală  şi  continuă,  trabeculele  spongioasei  subiacente  se  vor  îndrepta  în  direcția  de  acțiune  a  forței.  Osul  va  suferi  o  modificare  a  structurii  arhitectonice,  în  sensul  că  se  condensează şi îşi micşorează volumul, pentru a rezista la solicitările noi, statice şi dinamice.  Partea  din  epifiză,  care  nu  este  supusă  adaptării,  îşi  măreşte  volumul,  dar  îşi  micşorează  consistența prin: gradul apreciabil de resorbție a trabeculelor osoase şi alungirea şi subțierea  trabeculelor rămase.       Dacă teoriile lui Wolff nu pot fi acceptate într‐o manieră absolută, trebuie totuşi să  admitem  că  în  numărate  cazuri  este  subliniată  importanța  funcțiunii  asupra  dezvoltării  osoase.  Astfel  anomaliile  în  formarea  osului  sunt  observate  în  cazuri  de  atrofie  sau  de  paralizie musculară. Se observă de asemenea că presiunile alternative favorizează creşterile  osoase  pe  când  presiunile  constante  pot  antrena  atrofierea  în  aceeaşi  manieră  în  care  inactivitatea,  ca  urmare  a  unei  imobilizări,  este  însoțită  uneori  de  o  încetinire  sau  chiar  o  oprire a creşterii osoase.         Legea lucrului constant sau a balansării porneşte de la aceleaşi premise, dar se referă  la  perioada  de  creştere:  când  o  supraapăsare  se  face  constant  asupra  unei  jumătăți  de  cartilaj de creştere, care va fi astfel comprimat, osul nou format va fi mai consistent, cu un  volum micşorat, pe când partea scoasă de la presiunea normală, va produce un os spongios,  mărit de volum.   

 

27

Legea  lui  ROUX,  rezumă  legea  lui  Wolff,  aplicând‐o  la  condiții  normale:  oasele  normale  ale  adultului  prezintă,  concomitent  cu  structura  lor  funcțională  şi  o  formă  funcțională.  Astfel,  într‐un  os  în  funcțiune,  suportul  necesităților  mecanice  se  dezvoltă,  în  măsura cea mai mare, în direcția solicitărilor.  Conform  acestor  legi,  orice  presiune  s‐ar  solda  cu  formare  de  os  şi  orice  depresurizare, cu resorbția osului. Legile neglijează însă, intensitatea cu care intervin factorii  mecanici.  Există  situații  în  care  efectele  pot  apare  paradoxale:  studiile  lui  Nikulov  asupra  influenței  presiunilor  crescute  asupra  metatarsienelor  IV  şi  V  la  bolnavii  cu  diformități  ale  piciorului  au  relevat  faptul  că  diafiza  metatarsianului  se  poate  îngroşa  /condensa,  sub  influența  unei  presiuni  mărite,  care  acționează  transversal,  dar  când  presiunea  depăşeşte  puterea  de  rezistență  a  osului,  pot  apare  procese  de  resorbție  (!).  Prin  urmare,  factorul  presiune  produce  schimbări  în  forma  şi  consistența  osului,  după  intensitatea  cu  care  acționează: presiunile „favorabile” sunt denumite funcționale şi au valori de apăsare între 8‐ 15kg/cm2  os.  Dacă  sunt  depăşite,  efectul  lor  nu  este  de  formare  a  țesutului  osos,  ci  de  resorbție a osului.  La  nivelul  structurilor  osoase  de  ordinul  al  II  lea  şi  al  III  lea,  influența  factorilor  mecanici  este  evidențiată  prin  faptul  că  sistemele  haversiene  sunt  orientate  după  traiectoriile  de  tensiune  principale.  Fibrele  de  colagen,  care  intră  în  alcătuirea  lamelelor  osoase realizează, prin orientarea şi încrucişarea lor funcțională, o mare rezistență osoasă.  La  nivelul  structurilor  osoase  de  ordinul  IV,  forțele  de  presiune  determină  următoarele  modificări:  creşterea  coeziunii  intermoleculare,  modificarea  moleculelor  imediat învecinate, apariția de legături noi. Forțele mecanice de tipul tracțiunii, presiunii şi  forfecării  acționează  asupra  mezenchimului,  extrem  de  plastic,  iar  proteinele  din  lichidul  intercelular se dispun paralel, formând fibrilele, care se vor orienta în direcția celei mai mari  solicitări.  Direcția  de  acțiune  a  forței  influențează  şi  fenomenele  de  polaritate,  existente  grație structurii cristaline a osului. Experiențele lui Fukada şi Yasuda (1957), Bassett şi Becker  (1962) au demonstrat că în zonele în care se dezvoltă forțe de compresiune, apar potențiale  negative şi că forțele mecanice produc o serie de curenți şi potențiale electrice proporționale  cu intensitatea lor. După părerea autorilor, toate efectele se transmit prin legăturile dintre  fibrele de colagen şi cristalele de apatită. Curenții bioelectrici, apăruți în aceste condiții, sunt  capabili  să  dirijeze  activitatea  celulelor  osoase,  să  orienteze  şi  să  structureze  macromoleculele din spațiul extracelular.   Putem concluziona că osul este un țesut viu care se formează şi se dezvoltă pentru a  prezenta o structură care se orientează şi se organizează într‐o manieră care să ofere un plus  de  rezistență  în  direcția  solicitărilor  dominante  (Marique,  1945).  Aşa  se  poate  explica  rezistența remarcabilă a femurului care în timpul unui exercițiu de mers trebuie să suporte  încărcări  repetate  la  fiecare  pas  care  sunt  de  aproape  trei  ori  mai  mari  decât  greutatea  corpului (De Marneffe 1948).  Din  aceleaşi  rațiuni  mecanice,  suprafețele  de  care  sunt  ataşați  muşchii  sunt  mai  solide cu cât tensiunile suportate de os sunt mai mari, adică contracția musculară este mai  importantă.  Observăm că osul se adaptează şi se structurează funcțional şi ceea ce este important  este că o cunoaştere a problemelor relative la constituția osoasă, va oferi kinetoterapeutului  posibilitatea de a interveni la nivelul anumitor deformații în scopul corectării acestora prin  folosirea unei tehnici specifice fiecărui caz în parte.  2.4.7 Lanţurile osoase şi pârghiile   

 

28

Autorii  care  s‐au  preocupat  de  mecanica  umană  au  reprezentat  corpul  ca  un  ansamblu  de  unități  funcționale  mobilizate  una  în  raport  cu  alta.  Dempster  (1955)  a  reprezenta  scheletul  uman  printr‐un  sistem  simplificat  constituit  dintr‐un  ansamblu  de  pârghii (fig.1).  Se remarcă faptul că „elementul” cap se articulează cu  segmentul cervical, acesta cu  segmentul dorsal şi la rândul lui, acesta se articulează cu cel lombar. „Elementul” bazin este  reprezentat  printr‐un  triunghi  construit  pe  articulația  sacro‐iliacă  şi  cele  două  articulații  coxo‐femurale,  unind  astfel  regiunea  lombară  de  elementele femurale.  Elementul  coapsă  se  articulează  cu  elementul  Axa mecanică gambă, care la rândul său se articulează cu elementul  picior.   În  partea  superioară  a  trunchiului,  elementul  clavicular se articulează, pe de o parte, la nivel sterno‐ costal  şi  pe  de  altă  parte,  cu  elementul  scapular,  deci  Axa  axa  trece  prin  articulația  gleno‐humerală  şi  articulația  longitudinală  acromioclaviculară. Aceasta din urmă se articulează cu  elementul  braț.  Această  simplificare  care  vizează  reprezentarea    corpului  uman  ca  un  ansamblu  de  unități  articulate    între  ele  este  aplicativ  în  analiza  mecanică a mişcării.  F ig. 12  Dreapta  trasată  pe  un  segment  osos  este  denumită  „axa  mecanică”  a  elementului  corporal  avut  în  vedere.  Această  axă  mecanică  se  poate  defini  ca  un  segment  de  dreaptă  care trece prin centrele suprafețelor articulare situate la extremitățile osului.   Axa  mecanică  nu  se  confundă  cu  „  axa  longitudinală”  care  este  o  curbă  ce  uneşte  centrele tronsoanelor infinit mici din componența osului. În Fig. 12 este prezentată această  diferență în cazul femurului.      Dreapta este axa mecanică, iar curba, reprezentată cu linie punctată, este axa longitudinală.  Axele mecanice sunt asimilate segmentelor din structura lanțului osos şi permit raportarea la  mişcările unghiulare, pentru care gradele de libertate sunt limitate de posibilitățile  articulare.   Aceste mişcări de rotație pot fi măsurate şi exprimate în grade sexagesimale sau radiani.  Desigur o simplă flexie sau extensie prezintă evoluții mult mai complexe şi de o varietate  mult mai mare.                                                                                                           Astfel, o combinație de mişcări unghiulare segmentare care totalizează valoarea zero,  au ca rezultat o mişcare de translație, cum sunt cele puse în evidență la mers sau la alergare.  Reprezentarea corpului uman printr‐o succesiune de axe mecanice sau de segmente osoase,  ne permite să aplicăm principiile mecanice în analiza unei mişcări.  În  realizarea  mişcărilor,  pârghiile  osoase  acționează  ca  o  forță,  alături  de  forța  musculară.  Contracțiile  musculare  (apărute  în  urma  impulsului  nervos)  acționează  asupra  segmentelor  osoase,  care  se  comportă,  la  prima  vedere,  ca  maşini  simple,  destinate  să  echilibreze forțele sau să le deplaseze punctul de aplicație cu ajutorul altor forțe.   La pârghiile mecanice se deosebesc trei puncte de aplicare a forțelor:  • Punctul de sprijin (S)  • Punctul de aplicarea a rezistenței (R) 

29

 

•

Punctul de aplicare a forței motorii (F)  Pârghia  are,  prin  urmare,  două  puncte  în  care  se  aplică  forțe  statice  (S  şi  R)  şi  un  punct de aplicare a forței motorii (F).  Raportul  dintre  aceste  puncte  poate  varia  şi  pârghiile  se  împart,  după  acest  criteriu,  în  pârghii:  • de gradul I – ordinea punctelor de aplicare este RSF, cu sprijin la mijloc;  • de gradul II – ordinea punctelor de aplicare este SRF, cu rezistența la mijloc;  • de gradul III – ordinea punctelor de aplicare este SFR, cu forța motorie la mijloc.  Funcția mecanică a pârghiilor (Fig. 13) se deduce din formula lor de echilibru:   F x l = R x r     sau      F x l / R x r = 1   În care F = forța, l = brațul forței, R = rezistența şi r = brațul rezistenței     R 

  F

   r 

    l

S

Fig. 13 – Funcția mecanică a pârghiilor  Pârghiile de gradul I sunt pârghii de echilibru, cele de gradul II sunt pârghii de forță,  iar cele de gradul III sunt pârghii de viteză (cu economie de deplasare).  La pârghia osoasă, sprijinul (S) este reprezentat de axa biomecanică a mişcării sau de  punctul  de  sprijin  pe  sol  ,  rezistența  (R)  este  reprezentată  de  greutatea  corpului  sau  segmentului care se deplasează, la care se poate adăuga şi greutatea unui material oarecare,  iar forța (F) este reprezentată de inserția muşchiului care realizează mişcarea, pe segmentul  osos.   Exemple de pârghii osoase găsim şi în cadrul lanțurilor osoase ale corpului uman:  • capul în echilibru pe coloana vertebrală este un exemplu de pârghie de gradul I (FSR)  – punctual de sprijin (S) corespunde articulației condililor occipitali cu vertebra atlas;  rezistența  (R)  este  reprezentată  prin  greutatea  capului,  care  tinde  să  cadă  înainte;  forța (F) este reprezentată prin muşchii cefei, care nu lasă capul să cadă înainte (Fig.  14). Exemplul în mecanică este balanța. 

30

 

Fig. 14 – Pârghia de gradul I în corpul uman

•

pârghia de gradul II (SRF) este întâlnită numai într‐o situație: la ridicarea corpului „în  vârful  degetelor”.  În  acest  caz,  punctul  de  sprijin  (S)  este  situat  la  nivelul  capetelor  metatarsienelor,  forța  motorie  (F)  este  reprezentată  de  forța  tricepsului  sural,  aplicată  pe  calcaneu,  iar  rezistența  (R)  este  reprezentată  de  proiecția  centrului  de  greutate,  care  cade  la  nivelul  articulației  gleznei,  deci  între  sprijin  şi  F  (Fig.  15).  Exemplul în mecanică este roaba. 

    Fig. 15 – Pârghia de gradul II în corpul uman  

 

Fig. 16 – Pârghia de gradul III în corpul uman (flexia antebraţului pe braţ) •

pârghiile de gradul III (SFR) sunt cele mai numeroase în corpul omenesc. Am precizat  că  sunt  pârghii  de  viteză,  adică  permit  ca,  printr‐o  forță  redusă,  să  se  imprime  brațului rezistenței deplasări foarte mari într‐un timp foarte scurt. Mişcarea de flexie  a  antebrațului  pe  braț  este  un  astfel  de  exemplu,  punctul  de  sprijin  fiind  situat  la  nivelul cotului. În timpul mişcărilor de extensie, cotul devine însă  o pârghie de gradul  I,  deoarece  punctul  de  sprijin  trece  la  mijloc  (Fig.16).  Exemplul  în  mecanică  este  penseta. 

 

31

  Pârghiile de gradul III sunt de trei tipuri, în funcție de distanța dintre punctele de  aplicare a rezistenței, forței şi sprijinului :  • când forța F acționează la mijlocul distanței dintre punctele de aplicare a sprijinului S  şi rezistenței R, pârghia acționează cu o forță şi viteză medie;  • când forța F este mai apropiată de punctul S, pârghia va acționa cu o forță scăzută,  dar cu viteză crescută;  • când  forța  F  este  mai  apropiată  de  R  ,  pârghia  va  acționa  cu  forță  mărită,  dar  cu  viteză scăzută.      Forțele  care  pun  în  acțiune  pârghiile  nu  au  totdeauna  o  direcție  perpendiculară  pe  acestea,  caz  în  care  ar  fi  un  maximum  de  acțiune,  întrucât  forța  nu  se  mai  descompune.  Important pentru eficiența unei pârghii este, de fapt. brațul „virtual”  al pârghiei – distanța  dintre  linia  de  acțiune  a  forței  musculare  şi  axa  biomecanică  a  articulației.  Acest  braț  se  poate  mări  sau  micşora,  deoarece  muşchiul  în  acțiune  se  depărtează  sau  se  apropie  de  articulație. Din aceste motive, nu volumul unui muşchi este cel care dictează eficiența forței  sale  de  contracție,  ci  momentul  forței  musculare,  a  cărui  valoare  se  calculează  conform  formulei M= F x d (unde d este brațul pârghiei). Se observă inversa proporționalitate dintre  forță  şi  mărimea  brațului.  Dacă  muşchii  sunt  voluminoşi  şi  brațul  lor  de  pârghie  este  mic,  rezultă  că  şi  momentul  forței  va  fi  mic,  în  schimb,  muşchi  mai  puțin  voluminoşi,  care  pot  acționa la un moment dat pe un braț de pârghie mai mare, au un moment al forței mai mare  şi, prin urmare, o eficiență mai mare a contracției lor.  Un exemplu concret: bicepsul şi brahialul anterior, deşi dispuşi oblic pe antebraț,  ajung, în timpul flexiei antebrațului pe braț, să acționeze perpendicular  pe acesta.   2.4.8 Acţiunea hipomochlionului   

Calculul mecanic al forței cu care acționează unele  din  pârghiile  osoase  se  complică  prin  intervenția  hipomochlionului.  Unii  muşchi  prezintă  acțiuni  a  căror  direcție  nu  corespunde  direcției  forței  de  acțiune  a   fasciculelor  musculare,  deoarece  tendoanele  lor  îşi  schimbă direcția.       Fig. 17 – Muşchii ischiogambieri sar peste două articulații,  iar tendoanele lor îşi pot schimba raportul față de condilii  femurali ( O1A‐ distanța de la axul articulației la punctul de  inserție al ischiogambierilor – brațul de pârghie virtual; α –  unghiul brațului de pârghie virtual ; P‐ punctul de acțiune a  rezistenței, reprezentată  de  greutatea  propriului  membru;  OB‐ direcția de deplasare a gambei ca urmare a contracției fasciculelor musculare).    Exemplu:  fasciculele  musculare  ale  bicepsului,  după  orientarea  lor,  ar  trebui  să  realizeze  mişcarea  de  adducție  a  brațului.  Această  mişcare  este  realizată  într‐adevăr,  dar  numai prin porțiunea sa scurtă. Tendonul lung al bicepsului, după ce iese din culisa bicipitală  ,  având  o  direcție  verticală,  se  îndreaptă  înăuntru,  spre  extremitatea  superioară  a  humerusului  şi  devine  orizontal,  ajungând  să  se  insere  pe  suprafața  supraglenoidiană  a 

 

32

omoplatului. În acest fel, orientarea tendonului este schimbată, iar mişcarea realizată de el  nu va mai fi adducția, ci abducția brațului.     Un  alt  exemplu  îl  constituie  ischiogambierii  (bicepsul  femural,  semitendinosul,  semimembranosul)  ale  căror  fascicule  musculare  sunt  orientate  astfel  încât  să  realizeze  flexia gambei pe coapsă. Ei sunt cu adevărat flexorii principali ai gambei, dar atât timp cât  tendoanele  lor  distale  trec  înapoia  condililor  femurali,  continuând  direcția  fasciculelor  musculare. Când tendoanele trec însă înaintea condililor femurali, care le deviază direcția, ei  devin extensori ai gambei pe coapsă.  Punctul  unde  un  tendon  îşi  schimbă  direcția  poartă  numele  de  scripete  de  reflexie  sau  hipomochlion.  Astfel,  tendonul  lungii  porțiuni  a  bicepsului  brahial  are  drept  hipomochlion,  extremitatea  superioară  a  humerusului.  Tendoanele  ischio‐gambierilor  au  drept hipomochlion, condilii femurali (Fig. 17).  Întregul  sistem  osos  este  structurat  pentru  a  răspunde  cerințelor  de  adaptare  a  structurilor la factorii care influențează mişcarea, după legi mecanice. Economia de material,  de  forță  şi  deplasare  internă  reprezintă  legea  fundamentală  care  guvernează  structurile  vii  ale organismului uman.     

2.5 IMPORTANŢA STRUCTURII ŞI ORGANIZĂRII SISTEMULUI MUSCULAR,  DIN PUNCT DE VEDERE BIOMECANIC  Elementul de bază al mecanicii umane este muşchiul scheletic care prin contracția sa  transformă energia chimică de care dispune în energie mecanică. Muşchii permit omului de  a se mişca prin mobilizarea diferitelor segmente ale corpului dar au şi funcția de a menține o  atitudine  particulară  ca  aceea  de  ortostatism.  Acțiunea  lor  nu  este  izolată,  ci  interdependentă, iar legile după care trebuie să funcționeze pentru a avea eficiență, pot fi  asimilate legilor mecanicii.  Câteva  noțiuni  elementare  de  neurofiziologie  sunt  indispensabile  pentru  a  înțelege  elementul  motor  al  corpului  uman.  Muşchii  permit  omului  de  a  se  mişca  prin  mobilizarea  diferitelor  segmente  ale  corpului  dar  au  şi  funcția  de  a  menține  o  atitudine  particulară  ca  aceea de ortostatism.  Energia mecanica astfel dezvoltată poate actiona asupra mediului ambiant pentru a  deplasa  un  obiect  sau  a  efectua  un  nou  lucru  mecanic  cum  ar  fi  în  cazul  unei  lansări  a  membrului superior.   Elementul de bază al mecanicii umane este muşchiul scheletic care prin contracția sa  transformă energia chimică de care dispune în energie mecanică. Pe de altă parte există un  ansambul  de  sisteme  care  controlează,  orientează,  conditionează  forțele  angajate.  Acest  ansambul este reprezentat de sistemul nervos care are funcția de a dicta şi de a supraveghea  intervenția  combinată  a  diferitelor  unitați  funcționale  care  au  întotdeauna  o  acțiune  sinergică.  Putem  vorbi  astfel  de  grupe  musculare  agoniste,  antagoniste  şi  fixatoare.  Apartenența  unui  muşchi  la  o  grupă  se  poate  schimba  în  funcție  de  situație  sub  contolul  sistemului nervos.  Toate  aceste  baze  neurofiziologice  ne  permit  o  interpretare  corectă  a  gesturilor  umane. 

 

33

2.5 STRUCTURA MUŞCHIULUI SCHELETIC  Pentru o mai bună înțelegere a muşchilui scheletic trebuie să cercetăm atât structura  muşchiului  cât  şi  procesele  de  contracție  şi  nu  în  ultimul  rând  reflexele  şi  controlul  motor  voluntar.  Mişcarea este o caracteristică a numeroaselor forme celulare. La animal, organisme  foarte complexe anumite celule sunt specializate în producerea mişcarii. Aceste celule sunt  diferențiate prezentând o formă alungită caracteristică: acestea sunt fibrele musculare.  Un ansambu de fibre musculare se grupează pentru a forma un muşchi. Acest muşchi  prezintă  o  activitate  caracteristică  reprezentată  de  contracție  a  cărei  rezultat  este  mobilizarea segmentelor osoase şi producerea mişcării având ca rezultat deplasarea corpului  în întregime.  Scurtarea muşchiului duce la modificarea formei lui şi la o diminuare a lungimii sale.  Aceste  modificări  ale  aspectului  exterior  a  fibrei  musculare  şi  a  muşchilui  în  întregime  nu  sunt însoțite permanent şi de o schimbare a volumului muscular  Un alt tip de contracție este observată când muşchiul este supus unei forțe externe  care îl împiedică să se scurteze. În acest caz vorbim de o contracție izometrică. în situațiile  când muşchii sunt supuşi unei forțe externe care este de învingere ambele aspecte (scurtare  şi tensiune) sunt combinate. În acest caz muşchiul efectuează un travaliu pentru deplasarea  unei încarcaturi pe o distanța oarecare.   În concluzie, travaliul este egal cu produsul de forța pe drumul parcurs T=f x d. Acestă  activitate  musculară  se  realizează  cu  degajare  de  caldură.  Suma  celor  două  (degajarea  de  caldură şi travaliul efectuat) exprimate în calorii, corespund energiei puse în joc de muşchiul  care se contractă. Aceasta se gaseşte în rezervele chimice şi este utilizată de metabolismul  celular.  Putem astfel compara țesutul muscular cu o maşină care transformă energia chimică  de  rezervă  în  travaliu  mecanic  şi  degajare  de  caldură.  Aceasta  caldură  degajată  prin  contracție nu este pierdută ea având un rol deosebit în reglarea termică.  2.5.1 Proprietăţile mecanice ale muşchiului scheletic   

Unele  proprietăți  mecanice  ale  muşchilor  prezintă  un  interes  deosebit  în  analiza  biomecanică, cum ar fi :  • gradarea contracției;  • elasticitatea;  • sumația contracțiilor succesive.  2.5.2 Gradarea contracţiei   

Intensitatea  mecanică  dezvoltată  de  activitatea  musculară  la  muşchi  în  timpul  efectuării unei mişcări poate fi adaptată gradat în funcție de două fenomene diferite.  Prin  urmare,  sistemul  nervos  poate  recruta  un  numar  mai  mic  sau  mai  mare  de  unități motorii având drept consecință dezvoltarea unei forțe mai mici sau mai mari la nivel  muscular. Acest fenomen poartă denumirea de sumație în spațiu.  Pe  de  altă  parte,  sistemul  nervos  poate  grada  intensitatea  efortului  trimițând  impulsuri motorii cu frecvența variabilă. În acest caz vorbim de sumație în timp (temporală). 

34

 

Sistemul  nervos  poate  controla  cele  două  tipuri  de  sumații  în  scopul  de  a  grada  răspunsurile  musculare.  Frecvența  de  impulsuri  la  motoneuroni  este  relativ  limitată  şi  nu  depaşeşte  50  impulsuri/sec  datorită  influenței  buclei  δ  şi  existenței  unui  potențial  tardiv.  Acestă frecvență de 50/sec se regăseşte în cercetările electromiografice de intensitate înaltă  şi este cunoscută sub denumirea de ritmul Piper.  2.5.3 Elasticitatea şi componentele elastice   

Una  din  caracteristicile  muşchiului  care  se  poate  pune  uşor  în  evidență  este  elasticitatea.  Acestă  caracteristică  se  evidențiază  prin  ataşarea  unei  greutăți  la  una  din  extemitățile unui muşchi şi are drept consecință alungirea muşchiului.  Când  această  greutate  este  luată  muşchiul  revine  la  poziția  inițială.  Se  observă  că  procesul de alungire se desfăşoară de‐a lungul a două faze.  Prima fază este foarte rapidă, în timp ce cea de a doua este foarte lentă. Tensiunea  care corespunde întinderii bruşte atinge rapid un nivel ridicat şi revenirea la poziția inițială se  face  lent  (corespunzând  gradului  de  întindere).  Tensiunea  dezvoltată  de  muşchi  nu  este  aceeaşi  pe  toată  durata  alungirii  progresive  a  acesteia  prin  mărirea  greutății  şi  în  cursul  scurtării progresive prin diminuarea acestei greutăți. În concluzie, pentru aceeaşi lungime a  muşchiului  tensiunea  din  timpul  alungirii  este  mai  mare  decât  cea  dezvoltată  în  cursul  scurtării.  Acest  fenomen  este  consecința  faptului  că  țesutul  muscular  nu  este  omogen  şi  componentele lui au elasticități diferite.  Elasticitatea  musculară  şi  în  mod  considerabil  a  anumitor  componente  a  țesutului  muscular joacă un rol important în activitatea musculară.  Hill în 1949 a comparat cele două sisteme ale muşchiului: un element contractil situat  la  nivelul  miofibrilelor  şi  un  element  elastic.  Acesta  din  urmă  prezintă  două  componente.  Primul component legat în serie cu un element contractil situat la nivelul  tendoanelor şi un  al  doilea  element  situat  paralel  cu  fibrele  şi  care  poate  fi  situat  de  cele  mai  multe  ori  la  nivelul țesutului conjunctiv.  Elasticitatea  musculară  joacă  un  rol  important  în  amortizarea  tensiunilor  foarte  brutale  dezvoltate  în  timpul  scurtării  şi  alungirii  musculare,  având  un  rol  important    în  protecția levierelor osoase, inserțiilor musculare, ligamentelor şi tendoanelor.  2.5.3 Sumaţia contracţiilor   

Stimularea unui nerv motor sau a unui muşchi fixat pe un miograf prin aplicarea unui  şoc  electric  dă  un  răspuns  numit  secusă.  Acest  răspuns  este  caracterizat  printr‐o  fază  de  urcare  sau  de  contracție  şi  o  fază  exponențială  de  coborâre  sau  de  relaxare.  Această  fază  survine  cu  o  anumită  întârziere  în  raport  cu  fenomenul  electric  de  depolarizare.  Este  perioada  de  latență  mecanică  care  în  realitate  este  un  fenomen  foarte  complex.  Dacă  se  aplică  un  al  doilea  stimul,  înainte  ca  muşchiul  să  se  relaxeze  complet,  cea  de‐a  doua  contracție debutează la un nivel mai ridicat față de prima atingând un nivel foarte ridicat şi o  durată mai lungă. Apropierea stimulilor produce fuzionarea din ce în ce mai perfectă a celor  două  răspunsuri  până  în  momentul  când  cel  de‐al  doilea  intră  în  perioada  refractară  a  primului răspuns.  Este important de subliniat faptul că răspunsurile mecanice se pot însuma în timp ce  răspunsurile electrice (potențialele de acțiune) rămân discontinui.  Repetiția unei serii de stimuli permite realizarea unui platou  ridicat  şi  regulat  în  cazul  când  frecvența  de  stimulare  este  ridicată.  Acest  lucru  se  realizează  în 

35

 

contracția tetanică sau tetanos. Când fuziunea este perfectă, tetanosul este perfect şi poate  atinge  de  4‐5  ori  valoarea  unei  secuse  izolate.  Frecvența  de  stimulare  necesară  pentru  producerea unui tetanos perfect depinde de viteza de contractie a muşchiului şi poate varia  între 30 si 350/s. Gradarea fiziologică a contracției voluntare este foarte complexă datorită  faptului ca ea rezultă din fenomenul de sumație temporală şi din sumația spațială. Aceasta  din urmă se datorează recrutării unui număr mai mic sau mai mare de unități motorii. Pe de  altă parte, aceste unități motorii au o asincronizare caracteristică care permite contracția, la  aceeaşi intensitate, de o formă regulată, fără oscilații, ce caracterizează tetanosul imperfect. 

2.6.  ELEMENTE DE BIOMECANICĂ MUSCULARĂ  Mişcările  voluntare  ale  corpului  uman  sunt  coordonate  de  sistemul  nervos  care  efectueză această mişcare în funcție de anumite elemente interne şi externe. El adaptează  răspunsul în funcție de diferite solicitări şi coordonează activitatea musculară.  Biomecanica  musculară  cercetează  diferitele  tipuri  de  intervenție  a  muşchilor,  adaptarea lor funcțională la activitatea prestată, forțele angajate în acțiunea musculară.  2.6.1 Clasificarea funcţională a muşchilor  Această clasificare se face în funcție de:  • modul de contracție a muşchilor  • de intervenția lor în mişcare  Trebuie făcută o primă distincție între contracția musculară care însoțeşte mişcarea,  izotonică, şi cea care nu este însoțită de mişcare, izometrică. Acestea sunt caracterizate de  poziția forțelor musculare FM echilibrate de o rezistență R exterioară (Tabel Nr. I)    Contracțiile izotonice pot fi de două feluri.   • concentrică,  când  forța  musculară  învinge  rezistența  exterioară  şi  are  drept  consecință scurtarea muşchiului şi   • excentrică, când avem de‐a face cu un fenomen invers.        Tabel Nr. I         Raport al forțelor  Mod  de  Tip de travaliu muscular  contracție        Izometrică  Izotonic :  1.concentric  2.excentric 

Fm = R 

Static 

Fm > R                            

Dinamică pozitivă 

Fm < R 

Dinamică negativă 

   Este important de subliniat aici faptul că în fiziologie se vorbeşte mai mult de travaliu  în cazul unei contracții statice decât în cazul unei contracții dinamice. În fizică din contră se  foloseşte noțiunea de travaliu (T= f x d) în contracția însoțită de mişcare. Travaliul dinamic  este pozitiv când forța musculară este mai mare ca rezistența şi  în caz contrar negativ. 

36

 

În funcție de intervenția lor în mişcare, muşchii se clasifică în:   • Agonişti  • Antagonişti  • Neutralizatori  • Fixatori  Agoniştii reprezintă muşchii care efectueză mişcarea.  Antagoniştii sunt muşchii care efectuează mişcarea inversă celor agonişti.  Neutralizator  este  definit  un  muşchi  care  neutralizează  un  alt  muşchi  sau  o  componentă a unui alt muşchi a cărei acțiune nu este dorită în efectuarea unei mişcări.  Fixatorii intervin pentru a participa la imobilizarea unor anumite segmente.  Se  ştie  că  un  muşchi  nu  intervine  singur  într‐o  mişcare,  el  asociindu‐se  cu  muşchii  vecini,  realizând  o  sinergie  musculară.  Deci,  vorbim  de  grupe  de  muşchi  agonişti,  antagonişti,  fixatori  şi  neutralizatori.  Fiecare  muşchi  din  această  grupă  intervine  cu  o  oarecare eficiență în realizarea diferitelor mişcări.  2.6.2 Reprezentarea grafică a acţiunii musculare  Forța musculară dezvoltată în muşchi prin scurtarea sarcomerului este transmisă prin  intermediul  tendonului  situat  la  cele  două  extremități  pe  structurile  osoase.  Această  forță  transmisă  prin  cele  două  extremități  ale  muşchilui  este  reprezentată  de  vectori  situați  pe  aceeaşi  direcție,  care  este  în  general  direcția  muşchiului,  având  aceeaşi  intensitate  dar  în  sens opus şi căutând puncte de aplicare la nivelul punctelor de inserție a muşchiului. Această  noțiune  subliniază  rolul  important  jucat  de  tendoane,  care  au  nu  numai  rolul  de  a  fixa  muşchii  de  suprafețele  osoase  ci  şi  de  a  transforma  forța  dezvoltată  de  elementele  contractile la segmentele corpului pentru a realiza mişcarea şi a asigura poziția de echilibru.  Muşchiul  se  reprezintă  printr‐un  segment  de  dreaptă,  având  originea  la  nivelul  inserției musculare care în general se suprapune cu direcția muşchiului.  2.6.3 Adaptarea funcțională a muşchiului  La  începutul  secolului,  De  Moor  (1903)  a  demonstrat  adaptarea  funcțională  a  muşchiului  în  mişcare.  Acesta  a  arătat  faptul  că  muşchii  fusiformi  se  adaptează  bine  la  mişcări rapide, în timp ce celelalte categorii de muşchi necesită o forță mare.  Aceste considerente de adaptare funcțională a muşchiului permit Kinetoterapeutului  să țină cont de ceea ce a numit Dehoux  <mission>, misiunea, fiecărui muşchi.   

2.7.

DENSITATE, MASA ŞI PROPRIETĂŢI INERŢIALE 

 

Analizele kinematice si kinetice cer date privind:  ‐ centrele de masa,   ‐ momentele de inerție;  ‐ distribuția maselor.  Unele  dintre  aceste  masurători  au  fost  determinate  pe  cadavre;  altele  au  utilizat  volumele segmentelor masurate in combinatie cu tabele de densitate iar tehnicile moderne  folosesc  sisteme  de  scanare  care  furnizeaza  imagini  transversale  multiple  preluate  de‐a  lungul unui segment( tehnica tomografică). 

37

 

2.7.1. Densitatea intregului corp   

Corpul uman constă din mai multe tipuri de țesuturi, fiecare cu o densitate diferită.   De exemplu, greutățile specifice pentru diferite structuri anatomice sunt:  ‐ osul cortical : γ > 1,8;  ‐ țesutul muscular: γ ≅1;  ‐ țesutul gras: γ < 1.  Densitatea medie este funcție de constituția corporală, numită somatotip.   Drills si Contini (1966) au dezvoltat pentru densitatea ρ a  corpului o expresie ce este  dată ca o funcție a indicelui ponderal c.  Acest indice ponderal are expresia :  c =  3

h w

                                                                    [1] 

  în care :  w = masa corpului ( în pounds);          h = înălțimea corpului ( în inchi).   În cazul utilizării sistemului anglo‐saxon de unități de măsura, expresia densității are  forma:    ρ = o.69 + 0.0297 c [  kg l ]                          [2]    Expresia echivalentă în S.I. este :  ρ = 0.69 + 0.9 c [ kg/l]                                             [2’]    în care:     w – [kg]                     h – [m]  Se poate vedea ca o persoana scunda si grasa are un indice ponderal mai scazut decit  o persoana inalta si slaba si deci are o densitate  corporala mai mica.    Exemplul 1.   Pentru  o  persoană  având  înălțimea  h  =  5”  10’  şi    greutatea  w  =  170  lb,  indicele  ponderal este:    c = h/ 3 w   = 70/  3 170 = 12.64  Densitatea va fi  în acest caz :     d = 0.69 + 0.0297 c = 0.69 + 0.0297 x 12.64 = 1.065 kg/l]    În S.I. :     h = 70/ 39.4 = 1.78 m      deci        c = 1.78 /  3 77.3  = 0.418  w = 170 / 2.2 = 77.3 kg         Pentru densitate se va obține :    d =  0.69 + 0.9 c = 0.69 + 0.9 x 0.418 = 1.066 kg/l 

38

 

  2.7.2  

Densitățile segmentelor 

Fiecare  segment  corporal  are  o  combinație  unică  de  oase,  muşchi,  grăsime  şi  alte  țesuturi,  iar  densitatea  în  interiorul  unui  anumit  segment  nu  este  uniformă.  În  general,  datorită proporției mai mari de oase, densitățile segmentelor distale sunt mai mari decât ale  celor proximale, iar segmentele individuale îşi cresc densitățile după cum creşte densitatea  medie a corpului. 

2.8.

MASA SEGMENTULUI ŞI CENTRUL SĂU DE  MASĂ 

 

Termenii de centru de masă sau centrul de greutate sunt deseori utilizați unul în locul  altuia.   Termenul  mai  general  este  de  centru  de  masă,  în  timp  ce  centrul  de  greutate  se  referă  la  centrul  de  masă  pe  o  singură  direcție,  cea  definită  de  direcția  forței  de  greutate.  Pentru celelate două axe, din plan orizontal, trebuie utilizat termenul de centru de masă.  Creşterea masei corpului determină şi creşterea masei fiecărui segment, ca procent  din masa corpului.   Poziția centrului de masă este dată, de asemenea, ca procent al lungimii segmentului  față de capătul distal sau proximal.  În studiile efectuate pe cadavre determinarea centrului de masă se efctuează simplu,  prin determinarea centrului de echilibru al fiecărui segment. Pentru calcularea centrului de  masă in vivo este necesar a se cunoaşte profilul ariei transversale şi lungimea segmentului.  Exemplul 1   

 

 

 

 

 

 Fig. 18 

Pentru un profil ipotetic (Fig. 18), divizat în „n” secțiuni, fiecare având masa mI, masa  totală va rezulta ca fiind :   

39

 

n

M =  ∑ mi

I 

                                                                                      [3] 

i =1

în care : mI = dI VI    cu  dI  = densitatea secțiunii i;             VI  = volumul secțiunii i.  Dacă densitatea d se presupune a fi uniform distribuită pe segment, atunci :    n

mi =  d ⋅ Vi        deci        M = d  ∑ Vi

                                                                               [4] 

i =1

Centrul  de  masă  trebuie  să  fie  astfel  incât  să  creeze  acelaşi  moment  al  forței  de  greutate în jurul oricărui punct de‐a lungul axei segmentului ca şi masa distribuită inițial.       Considerând  centrul  de  masă  localizat  la  o  distanță  x   de  capătul  din  stânga  al  segmentului, se poate scrie :    n

n

M ⋅ x = ∑ mi ⋅ xi    i =1

de unde rezultă :   x =

∑m i =1

i

M

⋅ xi  

 

               [5] 

  Se  poate  reprezenta  masa  distribuită  printr‐o  singură  masă  M  poziționată  la  o  distanță  x de unul din capetele segmentului.    Exemplul 2   Din datele antropometrice prezentate mai jos am prefigurat coordonatele centrului  de masă pentru picior şi coapsă, ştiind coordonatele următoarelor repere anatomice:  ‐ glezna :  ( 84.9 ; 11.0);  ‐ metatarsiene: ( 101.1; 1.3);  ‐ marele rohanter: ( 72.1;  92.8);  ‐ condilul femoral lateral: ( 86.4 ; 54.9).    Rezultă că centrul de masă al piciorului este la 0.5 din distanța dintre maleola laterală  şi  reperul  de  pe  metatarsiene.  Deci  centrul  de  masă  al  piciorului  se  obține  ca  fiind  dat  de  următoarele coordonate:              X = 84.9 + ( 101.1 – 84.9 ) . 0.5 = 93 cm;  Y = 1.3 + (11 – 1.3). 0.5 = 6.15 cm    Centrul  de  masă  al  coapsei  se  va  afla  la  0.433  de  capătul  proximal  al  segmentului.  Deci centrul de masă al coapsei se obține ca fiind dat de următoarele coordonate:    X = 72. + 0.433. ( 86.4 – 72.1) = 78.3;  Y = 92.8 – 0.433. ( 92.8 – 54.9) = 76.4   

2.9.  

CENTRUL DE MASĂ AL UNUI SISTEM DE SEGMENTE 

40

 

Definiție şi localizare   Centrul de masă al unui corp este definit ca fiind punctul în care întreaga masă a unui  obiect se presupune a fi concentrată.   Cu fiecare segment în mişcare, centrul de masă al întregului corp este variabil în timp.  Este,  deci,  necesară  calcularea  lui    după  fiecare  interval  de  timp,  ceea  ce  impune  cunoaşterea traiectroiilor centrului de masă pentru fiecare segment al corpului.  Se  consideră  pentru  un  anumit  moment  de  timp  un  sistem  de  trei  segmente  cu  centrele de masă indicate ca în Fig. 19.  Centrul  de  masă  al  întregului  sistem  este  localizat  în  (  x0,  y0  )  şi  fiecare  din  aceste  coordonate pot fi calculate separat:    m1 ⋅ y1 + m2 ⋅ y 2 + m3 ⋅ y 3 m + m 2 + m3 M = m1+ m2 + m3      si      x0 =  1            [6]                  y0 = M M   Centrul de masă al întregului corp este o variabilă frecvent calculată. Utilitatea ei în  evaluarea mişcării umane este oarecum limitată. Unii cercetători utilizează variația în timp a  centrului de masă pentru a calcula variațiile de energie ale întregului corp. Un astfel de calcul  este  însă  eronat  pentru  că  centrul  de  masă  nu  contează  în  variațiile  de  energie  relative  la  mişcările reciproce ale segmentelor membrelor.   Astfel, variațiile de energie asociate cu mişcarea înainte a unui picior şi cea înapoi a  celuilalt  picior,  nu  vor  fi  detectate  prin  centrul  de  masă  care  poate  ramâne  relativ  neschimbat.              Fig.19        Utilizarea  majoră  a  centrului de masă este în  analiza  activităților  sportive,  în  special  a  săriturilor, unde traiectoria centrului de masă este critică pentru succesul acțiunii pentru că  este  decisă  în  chiar  momentul  startului  (al  desprinderii).  Poziția  centrului  de  masă  este  de  asemenea importantă în studiile privind postura şi echilibrul corpului. 

 

41

2.10. MOMENTUL DE INERŢIE ŞI RAZA DE GIRAŢIE   

Localizarea  centrului  de  masă  pentru  fiecare  segment  este  necesară  pentru  analiza  mişcării  de  translație  în  spațiu.  Dacă  sunt  implicate  accelerații  este  necesară  cunoaşterea  rezistenței inerțiale la astfel de mişcări.   În  cazul  mişcării  liniare  relația  dintre  forța  şi  accelerția  rezultantă  este  descrisă  de  relația:    F = m ⋅ a     În cazul mişcării de rotație  relația echivalentă este:   

M = I ⋅ ε     Constanța de proporționalitate dintre momentul M şi accelerația unghiulară produsă  de acesta reprezintă abilitatea segmentului de a se opune modificărilor în viteza unghiulară.  Unitățile de măsură sunt cele cunoscute :    M = [ N.m] , ε = [ rad/sec2 ] , I = [ kg.m2 ]    Valoarea lui I depinde de punctul în jurul căruia are loc rotația şi este minimă când  rotația are loc în jurul centrului de masă.  Să considerăm o masă distribuită pe un segment, ca în Fig.20. Momentul de inerție în  jurul capătului stâng al segmentului va fi :    n

I =  m1 ⋅ x12 + m2 ⋅ x22 + ...... + mn ⋅ xn2 = ∑ mi ⋅ xi2                                    [7]  i =1

Se  poate  vedea  ca  masa  apropiata  de  centrul  de  masă  are  o  influență  foarte  mică  asupra  momentului  de  inerție  I,  în  timp  ce  masa  cea  mai  îndepărtată  are  un  efect  considerabil.  Masa unui volant este concentrată la periferia roții având o rază cât mai mare posibil.  Momentul  său  mare  de  inerție  se  va  opune  schimbărilor  în  viteza  şi  prin  aceasta  tinde  să  păstreze echipamentul în care este inclus, la o viteza constantă.  Se consideră, conform Fig. 20, o masă M care a fost divizată în două puncte de mase  egale,  pentru  care  momentul  de  inerție  calculat  în  raport  cu  centrul  de  masă  este  dat  de  expresia:    I0 = m ⋅ ρ 02                                                                 [8]  în care :  ρ = raza de giratie, reprezentând o distanță astfel aleasă încât momentul de inerție 

 

42

în planul de rotație, al celor doua mase egale să fie egal cu cel al segmentului inițial în raport  cu centrul de masă.  Fig.20    Se observă că centrul de masă a acestor două mase punctuale este încă acelaşi cu cel  al masei inițiale distribuite.  2.10.1.  Teorema axelor paralele    Majoritatea  segmentelor  corpului  nu  se  rotesc  în  jurul  centrului  lor  de  masă  ci  mai  degrabă în jurul articulației amplasate la unul dintre capete.    Masurători in vivo ale momentului de inerție pot fi făcute doar în raport cu centrul  unei articulații. Relația dintre acest moment de inerție şi cel în jurul centrului de masă este  dată de teorema axelor paralele.    O demonstrație a acestei teoreme este următoarea:    m I =  ( x − ρ 0 ) 2 + ( x + ρ 0 ) 2 = m ⋅ ρ 02 + m ⋅ x 2 = I 0 + m ⋅ x 2                              [9]  2   în care : I0   =  momentul de inerție în jurul centrului de masă;         x   =  distanța dintre centrul de masă şi centrul de rotație;         m  =  masa segmentului     De fapt x poate fi orice distanță de pe oricare direcție față de centrul de masă atâta  timp cât este de‐a lungul aceleiaşi axe pentru care a fost calculat I0.  Exemplul 3  a. O  proteză de picior având masa m = 3 kg are centrul de masă amplasat la o  distanță de 3cm față de articulația genunchiului. Raza de girație este de 14.1 cm. Momentul  de inerție față de articulația genunchiului se va calcula astfel:    Momentul de inerție față de centrul de masă  este:    I0 = m ⋅ ρ 02 = 3  ⋅ (0.141) 2 = 0.06 kg.m2    Momentul de inerție în raport cu articulația genunchiului va fi:    I = I0 + m.x2 = 0.06 + 3.(0.2)2 = 0.18 kg.m2   

b. Dacă distanța dintre articulația genunchiului şi articulația coapsei este de 42 cm,  momentul  de  inerție  Is  în  raport  cu  articulația  şoldului,  pentru  cazul  în  care  amputatul  balansează piciorul cu genunchiul blocat va fi:    Notând cu x = distanța de la centrul de masă la coapsă, se obține:    x = 20 + 42 = 62 cm   

43

 

Momentul de inerție în raport cu articulatța şoldului va fi :    Is = I0 + m.x2 = 0.06 + 3.(0.62)2 = 1,21 kg.m2   

Se  observă  că  în  acest  caz  momentul  de  inerție  este  de  aproximativ  20  de  ori  mai  mare decât momentul de inerție în raport cu centrul de  masă.   

2.11.  UTILIZAREA DATELOR ANTROPOMETRICE ŞI A DATELOR CINEMATICE   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Utilizarea  datelor  cinematice  permite  determinarea  multor  variabile  necesare  analizelor privind energia cinetică.  În acest tabel masa segmentelor este dată ca procent din masa corpului, iar centrele  de masă ca procent din lungimile lor față de capătul proximal sau distal.   Raza de girație este de asemenea exprimată ca fracțiune din lungimea segmentului,  în raport cu centrul de masă, de capătul proximal şi de cel distal.    Calculul maselor segmentelor şi a centrelor lor de masă  Exemplul 4  

Considerând un subiect având masa de 80 kg putem determina masele următoarelor  segmente  corporale:  picior  (mp),  gamba  (mg),  coapsa(mc)  şi  ansamblul  constituit  din  cap  ‐  trunchi  –  brațe  (mCTB)  precum  şi  poziția  lor  în  raport  cu  capătul  proximal  sau  distal  al  segmentului  corporal.  Se  cunosc  prin  măsurători  directe  lungimile  segmentelor  ca  având  următoarele valori:     Lp = 0.195 m     Lg = 0.435 m    Lc = 0.410 m     LCTB = 0.295 m    Utilizând  fracțiunile  de  masă  prezentate  mai  jos,  corespunzător    fiecărui  segment  corporal,   se obține:        mp = 0.0145 .80 = 1.16 kg                  mg = 0.0465 . 80 = 3.72 kg                              mc = 0.1 . 80 = 8 kg                  mCTB = 0.678 . 80 = 54.24    Poziția centrului de masă pentru fiecare segment corporal  este după cum urmează:  CMp  = 0.5  ⋅ 0.195 = 0.098 m            intre glezna si metatarsiene;  CMg = 0.433 ⋅ 0.435 = 0.188 m           sub   condilul femural;  CMs =0.433 ⋅ 0.410 = 0.178 m            sub    marele trohanter;  CMCTB= 1.142 ⋅ 0.295 = 0.337 m        deasupra marelui trohanter    Calculul centrului de masă a întregului corp  Calcularea centrului de masă pentru tot corpul este un caz special al relațiilor  6.  

44

 

Pentru un sistem de „n” segmente centrul de masă CM în direcția x este dată de relația  generală:  m ⋅ x + m2 ⋅ x 2 + ........ + mn⋅ ⋅ x n x =  1 1        [9]  m1 + m + ... + mn  

în care : m1 + m2 + …+mn = M,   reprezintă masa totală a sistemului de segmente.    Masele segmentelor individuale mI se determină pe baza procentelor  fi, ca fiind:    m1 = f1.M, m2 = f2.M… mn = fn .M    de unde rezultă :    n f ⋅ M ⋅ x1 + f 2 ⋅ M ⋅ x 2 + ......... + f n ⋅ M ⋅ x n = ∑ f i ⋅ xi     x =  1        [10]  M i =1   Aceasta  ecuație  este  mai  uşor  de  utilizat  pentru  ca  necesită  doar  cunoaşterea  fracțiunii din masa totală şi coordonatele centrului de masă pentru fiecare segment. Aceste  fracțiuni sunt date in formula de mai sus.  Nu este întotdeauna posibil să se măsoare centrul de masă al fiecărui segment,  mai  ales dacă nu se află în câmpul vizual al echipamentului de înregistrare a mişcării.      Calcularea momentului de inerție    Exemplul 5    Pentru un subiect având masa de 80 kg şi înălțimea de 1.76 m se calculează  momentul de inerție al gambei în jurul centrului său de masă, față de capaăul sau distal şi cel  proximal.     Din formula de mai jos rezultă pentru masa mg a gambei valoarea:    mg = 0.0465 . 80 = 3.72 kg    Lungimea gambei se determină pe baza datelor furnizate de formula următoare:    Lg = 0.285H – 0.039H  = 0.246H = 0.246 . 1.76 = 0.435 m    Raza de girație se calculează pe baza rapoartelor prezentate în formula de mai jos :         

ρ CM Lg

= 0.302    

ρ proxim Lg

= 0.528  

ρ distal Lg

= 0.643  

 

                        Momentele de inerție față de centrul de masă, capătul proximal şi cel distal vor fi:   

45

 

I0 = M  ρ 02 = 3.72.(0.435 x 0.302)2 = 0.064 kg.m2  Ip = M ( 

ρp Lg

⋅ Lg ) = 3.72(0.435 ⋅ 0.528) = 0.196kgm 2   2

⎛ ρp ⎞ 2 ⋅ L g ⎟ = 3.72.(0.435 ⋅ 0.643) = 0.291kg.m 2   Id = M ⎜ ⎜L ⎟ ⎝ g ⎠ Se  observă  că  momentele  de  inerție  față  de  capătul  distal  sau  proximal  ar  putea  fi  calculate şi folosind teorema axelor paralele.  De exemplu,  distanța centrului de masă al gambei față de capătul proximal este:    x= 0.433 x 0.435 = 0.188 m    iar pentru momentul de inerție rezultă valoarea :    Ip = I0 + m.x2 = + 0.064 + 3.72 .( 0.188)2 = 0.196 kg.m2    Exemplul 6  Momentul  de  inerție  a  ansamblului  cap  –  brațe  ‐  trunchi  (HAT)  față  de  capătul  său  proximal  şi  față  de  centrul  său  de  masă.  Masa  subiectului  este  de  80  kg  iar  lungimea  ansamblului HAT este de 0.295 m.  Din tabelul cu date antropometrice se obține:   mHAT= 0.678 ⋅ 80 = 52.54kg ;       lHAT= 0.295 m ;           lCG = 1.142   l HAT Deci : 

ρp

l HAT

= 1.456 ;     

 

ρp

⋅ l HAT ) 2 = 52.54(0.295 ⋅ 1.456) 2 = 10kg.m 2   l HAT I0 = Ip – m.x2 = 10 – 52.54(0.295 x1.142)2 = 3.84 kgm2    

 Ip = mHAT( 

În calcul s‐ar putea utiliza şi raportul 

ρ CG

l HAT

=0.903 obținându‐se: 

I0 = m ρ 02 = 52.54 ⋅ (0.295 ⋅ 0.903) 2 = 3.84kgm 2  

  2.12. MĂSURĂTORI EXPERIMENTALE 

  Pentru calculele kinematice şi kinetice mai exacte este preferabil ca valorile antropometrice  să fie măsurate direct. Echipamentele şi tehnicile care au fost dezvoltate, în acest sens, au  însă capacități limitate şi nu aduc o îmbunătățire prea mare valorilor ce se obțin din tabele.    DETERMINAREA POZIȚIEI CENTRULUI  DE MASĂ  ANATOMIC AL   ÎNTREGULUI CORP 

46

 

Centrul de masă al întregului corp, numit şi centru anatomic de masă, este uşor de  măsurat cu ajutorul unei instalații ( Fig. 21) constând dintr–o placă basculantă montată la un  capăt pe un cântar, iar la celalălt capăt pe un element de sprijin.  

 

Fig. 21 a, b    Punctul  de  sprijin  trebuie  ales  astfel  încât  centrul  de  greutate  să  fie  plasat  între  acesta şi cântar, de preferință cât mai aproape de punctul de sprijin. Prin respectarea acestei  condiții,  se  asigură  o  mai  mare  precizie  a  măsurătorilor,  prin  posibilitatea  utilizării  unor  sisteme de cântărire cu o limită de măsurare de (0‐5) kg, în loc de (50‐100) kg.  Determinarea  poziției  centrului  de  greutate  pentru  întregul  corp  se  realizează  cu  subiectul amplasat pe placa basculantă, cu fața în jos.   Notând cu S valoarea indicată de cântar, în acest caz, şi, presupunând cunoscute  greutatea (w1) şi poziția (x1) a centrului de greutate a plăcii, precum şi greutatea (w2) a  corpului şi poziția (x3) a punctului de sprijin, prin  scrierea ecuațiilor de echilibru, față de  punctul de sprijin, pentru momentele forțelor ce acționează pe placă, se obține:    w1 x1 +w2x2 = Sx3    de unde rezultă, pentru poziția centrului de masă, valoarea dată de expresia:    S ⋅ x3 − w1 ⋅ x1 x2 =   w2 DETERMINAREA MASEI UNUI SEGMENT DISTAL  Masa  sau  greutatea  unui  segment  distal  poate  fi  determinată  prin  tehnica  demonstrată anterior, în Fig. 21 b. Segmentul a cărui masă se doreşte a fi determinată – de  exemplu  gamba  şi  laba  piciorului  –  este  ridicat  în  poziție  verticală,  astfel  încât  poziția  centrului său de masă să fie deasupra centrului articulației. 

 

47

Anterior  ridicării,  poziția  centrului  de  masă  a  segmentului  este  w4,  iar  indicația  cântarului, în acest caz, este S. După ridicare, centrul de masă va fi plasat la o distanță w5 de  punctul de sprijin al plăcii basculante, indicația cântarului fiind, în acest caz, S’.  Ținând  cont  că  descreşterea  în  moment,  în  sensul  acelor  de  ceas,  datorită  mişcării  segmentului, este egală cu creşterea în momentul forței de reacție a cântarului, în raport cu  punctul de sprijin, se poate scrie:    w4 ⋅ ( x4 − x5 ) = ( S '− S ) ⋅ x3       de unde rezultă pentru  masa  segmentului distal expresia:    ( S '− S ) ⋅ x3 w4 =   x4 − x5   Eroarea majoră în aceasta determinare este dată de eroarea în valoarea poziției x4 , a  centrului  de  masă  pentru  segment,  valoare  care  în  mod  obişnuit  este  obținută  din  tabele  antropometrice.  Pentru a obține masa întregului picior, acest experiment poate fi repetat cu subiectul  aşezat pe spate şi cu piciorul flectat la 900. Din masa întregului picior se poate acum scădea  cea a gambei şi labei piciorului, pentru a obține masa coapsei.    DETERMINAREA MOMENTULUI DE INERȚIE A UNUI SEGMENT DISTAL   Pentru  mişcarea  de  rotație,  momentul  de  inerție  reprezintă  constanta  de  proporționalitate dintre accelerația unghiulară  α şi momentul M, care a determinat apariția  acestei accelerații, comform relației:    M= I. α              Această ecuație poate fi utilizată pentru determinarea momentului de inerție a unui  segment  distal,  momentul  fiind  luat  în  raport  cu  articulația  proximală,  iar  segmentul  proximal fiind considerat fixat.  Pentru calculul direct al momentului de inerție se poate utiliza aşa numita metodă a  “eliberării  rapide”(  Fig.  22).  Pacientul  amplasat  pe  un  scaun  are  glezna  prinsă  într‐un  mecanism de decuplare rapidă, care se opune forței F, exercitate pe un cablu de tracțiune la  distanța  y1 față de articulația genunchiului.   Pentru  măsurarea  accelerației  se  utilizează  un  accelerometru  ce  este  amplasat  pe  călcâi, la distanța y2 față de genunchi. În poziție neutră, sub acțiunea forțelor ce acționează  asupra lui, piciorul se va afla în echilibru.   Între  accelerația  tangențială  a,  măsurată  de  accelerometru,  şi  cea  unghiulară    α   există relația:     a =  y2 . α    În  momentul  acționării  mecanismului  de  decuplare  acesta  va  elibera  brusc  piciorul,  forța  de  reținere  a  piciorului  va  scădea  brusc  la  zero,  iar  momentul  net  ce  acționează  pe  picior va fi : 

48

 

  M = F. y1    Având  în  vedere  timpul  scurt  de  desfăşurare  a  evenimentului,  pentru  înregistrarea  forței F şi accelerației tangențiale a se poate utiliza un osciloscop cu memorie dublă.    

Fig.22    Momentul de inerție pentru segmentul distal se va obține ca fiind:   

I=

M

α

=

F ⋅ y1 ⋅ y2   a

  Pe  osciloscop  se  poate  observa  creşterea  bruscă  a  accelerației,  simultan  cu  descreşterea rapidă a forței  F ce acționa asupra piciorului.   Scăderea  forței  este  determinată  de  deplasarea  înainte  a  piciorului,  ca  urmare  a  acționării mecanismului de decuplare. Decuplarea poate avea loc, de exemplu, prin tăierea  bruscă a cablului ce reține piciorul.   Variația bruscă a accelerației poate fi utilizată pentru declanşarea baleiajului de către  osciloscop, astfel încât să se poată capta variațiile rapide ale forței şi accelerației.  În  prezent  există  echipamente  sofisticate    ce  permit  determinarea  simultană  a  mai  multor parametri.   Astfel de tehnici au fost dezvoltate de Hatze (1975) şi permit măsurarea simultană a  momentului de inerție, a poziției centrului de masă şi a coeficientrului de amortizare.   

49

 

Cap. 3  IMPORTANŢA TIPURILOR ŞI STRUCTURII ARTICULAŢIILOR, DIN  PUNCT DE VEDERE BIOMECANIC   

Articulațiile se adaptează condițiilor mecanice impuse de activitatea musculară. Prin  urmare,  o  absență  a  activității  în  timpul  unei  imobilizări    prelungite,  antrenează  un  blocaj  progresiv a articulației, în timp ce mobilizările repetate şi forțarea limitei articulare permite  subiectului să realizeze o hiperextensie a segmentului.  Aceasta  adaptare  funcțională  a  articulației  se  repartizează  egal  pe  toată  suprafața  structurii articulare. Gradul de adaptare  funcțională a articulației este dat de amplitudinea  care o permite mişcarea ei.   

3.1 TIPURI ŞI STRUCTURI ARTICULARE  Se  înțelege  prin  articulație  sau  încheietură,  joncțiunea  între  două  oase  care  se  formează  din  ansamblul  de  structuri  prin  care oasele  se  unesc  unele de  altele.  Articulațiile  sunt subdivizate în trei clase:   • articulațiile imobile sau „sinartrozele”,   • articulațiile semimobile sau „amfiartrozele” şi   • articulațiile mobile „diartrozele”.  Dacă  în  cea  din  urmă  clasă  a  articulațiilor  mobile  acestea  prezintă  o  cavitate  articulară, celelalte două nu prezintă cavitate articulară.    Tipuri de articulaţii Articulațiile  sunt  zonele  unde  se  întâlnesc  2  oase.  Majoritatea  articulațiilor  sunt  mobile,  permițând mişcarea oaselor (Fig. 23, 24).     Articulațiile sunt alcătuite din:   • cartilaj  ‐  la  articulații,  oasele  sunt  învelite  în  cartilaj  (un  țesut  de  legătură),  alcătuit din celule şi fibre, foarte rezistent. Cartilajul ajută la reducerea frecării  datorate mişcării oaselor;  • membrana  sinovială  ‐  un  țesut  care  înconjoară  articulația  închizând‐o  într‐o  capsulă.  Membrana  sinovială  secretă  lichid  sinovial  (un  fluid  clar,  lipicios)  pentru lubrifierea articulației;  • ligamente  ‐  ligamente  puternice  (benzi  dure,  elastice,  de  țesut  de  legătură)  înconjoară articulația pentru a o susține şi a‐i limita mişcările;  • tendoane ‐ tendoanele (un alt tip de țesut de legătură) leagă fiecare parte a  articulației de muşchii care îi controlează mişcarea; • burse  ‐  săculețe  umplute  cu  fluid,  situate  între  oase,  ligamente  sau  alte  structuri adiacente , care ajută la reducerea frecării datorită mişcării;  • fluid sinovial ‐ un lichid clar, lipicios secretat de membrana sinovială; 

50

 

•

menisc  ‐  o  bucată  curbată  de  cartilaj,  cu  rol  de  a  asigura  congruența  dintre  suprafețele osoase, pe care o găsim la genunchi şi alte articulații (Fig. 24). Fig. 23. Articulația şoldului   

Fig. 24   

51

 

3.2. CLASIFICAREA ARTICULAŢIILOR  Articulațiile  sunt  constituite  din  totalitatea  elementelor  prin  care  oasele  se  unesc  între ele. Aceste elemente sunt reprezentate de formațiuni conjunctive şi muşchi. 

 

  Fără articulații nu ar fi posibilă realizarea funcției statice şi dinamice a oaselor, deci  deplasarea şi activitățile organismului.  Clasificarea articulațiilor  Există  mai  multe  tipuri  de  articulații.  Ele  sunt  clasificate  în  funcție  de  structura  şi  posibilitățile  lor  de  mişcare.  Articulațiile  care  nu  se  mişcă  sunt  numite  "fixe".  Anumite  articulații se mişcă foarte puțin, cum ar fi vertebrele. Exemple de articulații clasificate după  forma structurilor osoase (Fig. 25) :  •

articulațiile  sferice  ‐  la  umăr  si  sold  ‐  permit  miscari  inainte,  imapoi,  lateral  si  de  rotatie;  

•

articulatiile de tip "balama" ‐ la degete, genunchi si coate ‐ permit numai miscari de  indoire si indreptare;  

•

articulatiile de tip "pivot" ‐ articulatiile gatului ‐ permit miscari limitate de rotatie;  

•

articulatiile  elipsiodale  ‐  la  incheietura  mainii  ‐  permit  toate  tipurile  de  miscari  mai  putin cele de pivotare.   Fig. 25 

52

 

 

  În  funcție  de  tipul  de  structuri  conjunctive  care  participă  la  alcătuirea  unei  articulații  şi  gradul  de  mobilitate,  la  care  se  adaugă  formațiunile  de  legătură  şi  modul  de  dezvoltare,  articulațiile au fost împărțite în trei grupe:  • • •

articulații fibroase sau sinartroze, fixe;  articulații cartilaginoase sau amfiartroze, semimobile;  articulații sinoviale sau diartroze, mobile. 

 

a. Articulațiile fibroase sau sinatrozele  Sunt articulații în care oasele sunt strâns legate între ele prin țesut fibros dens.  Acest  tip  de  articulație  prezintă  două  suprafețe  articulare  care  sunt  sudate  una  de  alta  fie  prin  intermediul unui cartilaj, fie prin intermediul unui țesut fibros, în funcție de tipul de osificare  care a avut loc în formarea osului. Deci în primul caz vorbim de o „synchondroză” iar în cel 

53

 

de‐al doilea de o „ synfibroză”. Aceasta din urmă prezintă o subdivizare mai detaliată pe care  nu o tratăm în acest moment.  Aceste articulații nu permit mişcări sau dacă acestea există sunt foarte reduse. 

b. Articulațiile cartilaginoase sau amfiartozele  Aceste  articulații  prezintă  două  suprafețe  articulare  plane  sau  concave  care  sunt  acoperite de cartilaj articular şi sunt reunite şi sunt unite printr‐un ligament fibros sau fibro‐ cartilaginos,  întins  între  cele  două  suprafețe  şi  prin  ligamente  periferice  sau  ligamente  interosoase. Unele amfiartroze prezintă o proeminență a cavității articulare şi sunt denumite  din acest motiv „diartro‐amfiartroze”.  Ele  au  un  grad  de  mobilitate,  dar  un  grad  mare  de  elasticitate,  care  permite  amortizarea  şocurilor.   c. Articulațiile sinoviale sau diartrozele  Cele mai multe articulații aparținând corpului uman se încadrează în grupul sinovial.  Sunt articulații complexe, la nivelul cărora se produc mişcări multiple şi variate. La nivelul lor  există elemente anatomice specifice care permit sau frânează mişcarea, amortizează şocurile  şi conferă stabilitate. Suprafețele articulare sunt netede, acoperite de cartilaj hialin. Aceste  articulații, care ne interesează în mod particular în timpul unei activități, prezintă suprafețe  separate printr‐o cavitate articulară. Ele sunt înconjurate de o capsulă şi de ligamente.      Articulațiile mobile se clasifică după trei criterii: 

• • •

După numărul articulațiilor oaselor care intră în compunerea articulațiilor  După forma suprafețelor articulare  După numărul axelor de mişcare 

  Elementele anatomice care participă la biomecanica articulară    a.  Suprafețele  articulare.  Acestea  pot  fi  sferice,  cilindrice,  eliptice  şi  plane.  Aceste  suprafețe, geometric, sunt de două feluri: plane şi sferoidale.  În  articulațiile  plane  mişcările  sunt  reduse.  În  cele  cu  suprafețe  sferoidale  există  porțiuni  osoase  convexe  care  corespund  unor  porțiuni  concave.  Mişcările  sunt  mult  mai  întinse.  b.  Cartilajul  articular  este  cartilaj  hialin,  de  culoare  albă‐sidefie,  care  acoperă  suprafețe osoase ce vin în contact. Prezintă două suprafețe:  •  o  suprafață  liberă,  netedă,  lucioasă,  care  vine  în  contact  cu  suprafața  articulară opusă;  • o suprafață aderentă, care se fixează pe suprafața articulară a osului.  c. Elementele anatomice de congruență sunt formațiuni ce asigură concordanța între  două suprafețe articulare care nu se “potrivesc”.  Ca  şi  structură,  elementele  de  convergență  sunt  fibrocartilajele.  Ele  sunt  de  două  feluri:  • cadrul, labrul articular;  • fibrocartilaje intraarticulare.  d.  Capsula  articulară  este  o  formațiune  care  uneşte  cele  două  oase  care  se  articulează, dar are rol şi de protecție a suprafețelor articulare. 

 

54

Are forma unui manşon fibros, tapetat la interior de sinovială. Are grosime variabilă,  în raport cu mobilitatea articulară.  e.  Ligamentele  articulare  sunt  formațiuni  anatomice  fibroase,  sub  formă  de  benzi,  care se inseră pe oasele ce formează o articulație, ajutând la menținerea lor în contact.  Rolurile ligamentelor în biomecanica articulară sunt:  • întăresc capsula articulară;  • previn depăşirea limitei fiziologice a mişcării;  • sunt suficient de flexibile încât să nu împiedice executarea mişcărilor;  • sunt  suficient  de  rezistente  şi  inextensibile  încât  să  mențină  în  contact  suprafețele articulare.  f.  Membrana  sinovială.  Împreună  cu  lichidul  sinovial  face  parte  din  mijloacele  de  alunecare  ale  unei  articula]ii.  Ea  formează  stratul  profund  al  capsulei  articulare.  E  subțire,  netedă şi lucioasă. Acoperă toate formațiunile situate în interiorul capsulei articulare.  g. Lichidul sinovial    Este  un  lichid  gălbui,  vâscos,  care  are  rol  de  lubrifiant  al  suprafețelor  articulare  în  mişcare, precum şi rol de nutriție a cartilajelor articulare. Mai are rol de curățire şi adeziune  a suprafețelor osoase.    Se  formează  prin  trecerea  plasmei  sanguine  în  cavitatea  articulară,  prin  pereții  capilarelor.  h.  Cavitatea  articulară,  rolul  muşchilor  şi  presiunii  atmosferice  în  menținerea  suprafețelor articulare 

3.3 CONDUCEREA ÎN ARTICULAŢII  Include  sensul,  direcția  şi  amplitudinea  mişcării.  Conducerea  articulației  poate  fi  osoasă, ligamentară şi musculară.  • Conducerea  osoasă,  când  amplitudinea  mişcării  este  determinată  de  suprafețele  articulare. Ex. : cotul.  • Când  amplitudinea  mişcării  se  datorează  frânării  ligamentare  vorbim  de  conducere  ligamentară. Ex. : şoldul.  • Când  mişcarea  este  limitată  exclusiv  de  acțiunea  muşchilor  periarticulari  vorbim  de  conducere musculară.  ndiferent de felul conducerii, mişcările se produc în jurul unui ax denumit axul articular.  El este o linie teoretică în jurul căreia se execută mişcările.  

3.4.  SUPRAFEŢELE ARTICULARE   Sunt acoperite de cartilaj hialin cunoscut sub numele de cartilaj articular. El este fixat  pe os prin una din fațetele sale, în timp ce cealaltă este dispusă către cavitatea articulară.  Principalele caracteristici funcționale ale cartilajului articular normal sunt:  • Rezistența la compresiune;  • Elasticitatea‐    permite  acestuia  să  absoarbă  şocurile  şi  să  împiedice  uzura osului;  • Distribuția sarcinilor şi încărcarea uniformă a osului subcondral;  • Durabilitatea care poate asigura funcția normală a articulației pentru  80 de ani sau chiar mai mult, fiind în această privință, net superior oricărui material  de sinteză.  Cartilajul articular normal are două funcții mecanice esențiale:  

 

55

• Transmiterea încărcăturii mecanice de la un os la celălalt;  • Asigurarea unei suprafețe netede autolubrifiante pentru ca oasele să  alunece în interiorul articulație.  Deşi  macroscopic  suprafața  acrtilajului  articular  poate  fi  remarcabil  de  netedă,  s‐a  dovedit  că  acesta  prezintă  depresiuni  de  formă  sferică,  cu  diametrul  de  20  nanometri  şi  adîncime de 1 nanometru, asemănătoare cu porii unei mingi de golf.   Grosimea acestui strat este direct proporțională cu presiunea întâlnită în articulație.  În  articulațiile  mari  ‐  şold,  genunchi  –este  de  aproximativ  3  mm,  ajungând  până  la  aproximativ  0,05  mm  în  articulațiile  mici  ale  oscioarelor  urechii  medii.  De  asemenea,  grosimea cartilajului variază în aceeaşi articulație şi nu scade cu vârsta.  Din punct de vedere histologic, cartilajul adult normal pare a fi un țesut inert. El este  alcătuit  dintr‐un  singur  tip  de  celule  (condrocite)  şi  din  matricea  extracelulară.    După  unii  autori  (K.  Hainaut),  nu  prezintă  irigație  sangvină  sau  inervație  proprie,  după  alții  (Popescu,  Trandafir) el ar fi foarte sărac în vase sanguine şi limfatice şi ar fi slab inervat. Comparativ cu  alte țesuturi are activitate metabolică mai scăzută şi este mai puțin.afectat de traumatisme  şi presiune. În ciuda acestor aparențe, studii morfologice şi biologice detaliate arată că acest  țesut are o structură complexă, ordonată şi că între matrice şi condrocite există interacțiuni  complexe.  El  este  supus  unui  proces  lent,  dar  continuu,  de  remodelare  internă,  ca  rezultat  al  activității condrocitelor (mai ales în zonele medii şi bazale) şi a celulelor sinoviale.   Condrocitele  au  o  activitate  metabolică  intensă  sintetizând:  colagen  de  tip  II  (rezistent  la  forțele  de  forfecare,  datorită  aranjării  fibrelor  de  colagen  în  triplu  helix)  şi  proteoglicani  (macromolecule  cartilaginoase,  cu  afinitate  pentru  apă,  care  servesc  la  realizarea punților de legătură între fibrele de colagen, contribuind la stabilizarea rețelei şi  sporind rezistența cartilajului la compresiune). În condrocite există un echilibru între funcțiile  de  sinteză  şi  de  degradare  (prin  producerea  unor  enzime  litice,  care  degradează  matricea  deteriorată în timpul activității articulare), influențat de următorii factori:  • Frecvența  şi  intensitatea  solicitărilor  articulare  –  cresc  activitatea  de  sinteză,  cu  remanierea țesutului;  • Imobilizarea  articulară  sau  scăderea  încărcării  articulare  –  cresc  activitatea  de  degradare.  Capacitatea  condrocitelor  de  a  sintetiza  proteoglicani  scade  cu  vârsta,  putând  contribui  la  degradarea  cartilajului.  Condrocitele  se  hrănesc  cu  substanțele  nutritive  din  lichidul  sinovial.  Acestea  sunt  „filtrate”  prin  membrana  sinovială  şi  mai  ales  prin  matricea  extracelulară,  care  selectează  trecerea  substanțelor  nutritive  în  funcție  de  greutatea  moleculară,  încărcarea  electrică  şi  configurația  moleculară.  Datorită  acestui  sistem,  concentrația  de  oxigen  la  nivelul  condrocitelor  este  scăzută,  activitatea  lor  depinzând  de  metabolismul anaerob.   În  perioada  de  creştere  a  scheletului  condrocitele  produc  țesut  nou,  care  creşte  şi  remodelează  suprafața  articulară.  La  individul  matur,  condrocitele  nu  modifică  substanțial  volumul  țesutului,  dar  înlocuiesc  macromoleculele  degradate  ale  matricei  şi  pot  remodela,  parțial, suprafața articulară.  Matricea extracelulară este alcătuită din lichid tisular şi o rețea de macromolecule,  care conferă  forma şi stabilitatea țesutului. Matricea cartilajului este hiperhidratată (66‐78%  apă).  Apa  este  „gelificată”  cu  ajutorul  proteoglicanilor,  care  joacă  un  rol  important  în  meținerea apei în interiorul matricei, alături de concentrația electroliților din lichidul tisular  (concentrația mai mare a ionilor pozitivi de Na+ şi Ca2+, față de ionii negativi de Cl, conduce la  creşterea  osmolarității  țesutului‐  efect  Donnan  ‐  şi  la  creşterea  reținerii  apei  în  cartilaj). 

 

56

Matricea  conține,  pe  lângă  colagen  de  tip  II  (sintetizat  de  condrocite)  şi  proteoglicani,  următorii compuşi solizi: lipide, colagen de alte tipuri, acid hialuronic, condronectină.   Morfologia cartilajului normal  În arhitectura externă a cartilajului descrie patru zone:  • Zona  superficială  –  cea  mai  subțire,  cu  cea  mai  mare  concentrație  de  apă,  cu  activitate marcată a condrocitelor şi un turnover (înlocuire) rapid al proteoglicanilor,  cu o concentrație scăzută de colagen, fibre dispuse în paralel cu suprafața articulară.  Ele conferă rezistență la întindere şi durabilitate mai mare. Studii in vitro au arătat că  zona superficială deține un rol important în rezistența la compresiune a cartilajului şi  îndepărtarea acestei zone creşte permeabilitatea țesutului cu suprasolicitarea rețelei  în timpul compresiunii;  • Zona de tranziție – cu volum de câteva ori mai mare ca zona superficială, matricea  alcătuită din fibre de colagen mai groase, dispuse oblic, concentrație mai scăzută de  apă şi mai mare de proteoglicani;  • Zona de mijloc (radială sau profundă) – condrocite sferoidale, dispuse perpendicular  pe  suprafața  articulară,  fibrele  de  colagen  cu  diametrul  cel  mai  mare  şi  cea  mai  scăzută  concentrație  de  apă  şi  proteoglicani.  Ea  este  considerată  indicatorul  procesului de calcifiere a cartilajului pentru că în zona sa de limită cu zona calcificată  prezintă concentrări de material calcificat şi material necalcificat;  • Zona de cartilaj calcificat – zonă subțire, cu celule mici şi metabolism foarte scăzut.  Mărimea  acestor  zone  variază  de  la  specie  la  specie,  şi  în  cadrul  aceleiaşi  specii.  Limitele dintre zone nu sunt bine definite, deşi structura şi funcționalitatea lor diferă.   Aceste date au fost furnizate din dorința de a sublinia strânsa legătură între structura  cartilajului  şi  acțiunea  diferitelor  forțe  care  se  manifestă  pe  parcursul mişcării.  Menținerea  unei compoziții normale a cartilajului articular necesită un minim de încărcare şi mişcare în  articulație.  Dar  încărcarea  repetată  şi  mişcarea  articulară  la  nivele  mai  mari  decât  cele  normale, poate creşte activitate de sinteză a condrocitelor. Compresia suprafeței articulare  deformează  matricea  dar  poate  deforma  direct  şi  condrocitele.  Matricea  transmite  la  condrocite semnale despre încărcarea mecanică a suprafeței articulare, care vor răspunde, la  rândul lor, prin transformarea matricei, în primul rând prin modificarea gradului de agregare  a  proteoglicanilor.  Încărcarea  suprafeței  articulare  determină  şi  deplasarea  rapidă a  apei  şi  cationilor corespunzători, cu creşterea reținerii apei, deformarea excesivă a cartilajului fiind  astfel limitată. Totuşi, supraîncărcarea poate determina modificări persistente în organizarea  moleculară a matricei, alterând răspunsul condrocitelor la încărcări ulterioare.    Consecințe biomecanice ale organizării macromoleculare a cartilajului normal    Articulațiile purătoare de greutate sunt supuse repetat la sarcini locale crescute. Deşi  muşchii  şi  osul  subcondral  joacă  un  rol  major  în  distribuirea  energiei  exercitate  asupra  purtătorului de greutate, cartilajul suportă totuşi, forțe mecanice considerabile.  Un  cartilaj  normal  repartizează  aceste  forțe,  datorită  proprietăților  sale  speciale  (amintite  mai  sus).  Dacă  efectul  protector  al  cartilajului  nu  ar  mai  exista,  osul  ar  fi  distrus  rapid de forțele de forfecare din articulație.   Atunci  când  suprafețele  articulare  nu  sunt  perfect  complementare,  este  întâlnită  o  structură fibro‐cartilaginoasă intra‐articulară care restabileşte concordanța dintre cele două  suprafețe.  Aceste  suprafețe  aderă  la  capsula  articulară.  Ele  separă  cavitatea  articulară  în  două,  fie  complet,  fie  parțial.  Atunci  acest  cartilaj,  care  prezintă  două  suprafețe  libere,  poartă numele de menisc. Din contră dacă una din fațete este sudată la cartilajul articular de 

57

 

o  suprafață  osoasă,  poartă  numele  de  burelet.  Menționăm  în  acest  sens  ca  exemplu  meniscul  articulației  genunchiului  şi  bureletul  glenoidian  al  articulației  scapulo‐humerale.  Aceste cartilaje facilitează funcționarea articulară nu numai prin ameliorarea raporturilor pe  care le realizează ci şi prin diminuarea forțelor de frecare. De fapt studiile de specialitate au  subliniat că acest cartilaj liber lubrifiază numai atunci când el este supus  la o presiune, dar  aceste mecanisme nu sunt clar explicate.  Un  manşon  fibros  înconjoară  această  articulație  şi  participă  la  menținerea  suprafețelor  articulare  una  contra  alteia,  în  acelaşi  timp  ca  un  sistem  de  ligamente  particulare.  Acest  înveliş  denumit  capsulă  articulară,  este  de  altfel  destul  de  lejer  în  jurul  articulației, când aceasta prezintă mişcări de mare amplitudine. El se ataşează în jurul osului  fie  la  proximitatea  cartilajului  articular,  fie  la  distanță  cum  este  cazul  articulațiilor  care  prezintă o mare suplețe în mişcări. Această capsulă poate prezenta grosimi mai mari acolo  unde  forțele  sunt  mai  importante,  dar  se  observă  în  jurul  manşonului  ligamente  destul  de  rezistente şi mai puțin elastice cu rolul de a asigura menținerea contactului între suprafețele  articulare  şi  cel  de  prevenire  a  apariției  dislocațiilor  de  articulație.  Unele  mişcări  mai  puțin  adaptate  sau  chiar  brutale  pot  antrena  o  distensiune  sau  o  smulgere  parțială  a  acestor  ligamente.   

3.5 ELEMENTE DE BIOMECANICĂ ARTICULARĂ  Din punct de vedere mecanic, se ințelege prin articulație joncțiunea dintre două oase  care este formată dintr‐un ansambu de structuri prin care oasele se unesc unele cu altele.  Articulația scapulo‐humerala este o articulație mobilă care are trei grade de libertate.  Mişcările realizate la nivelul articulațiilor sunt în funcție de configurația articulației şi  de  starea  ei.  Presiunile  transmise  acestei  structuri  în  timpul  mişcărilor  pot  fi  crescute,  de  aceea  cartilajul  articular  trebuie  să  fie  foarte  elastic  pentru  a  repartiza  cât  mai  uniform  posibil aceste presiuni.   Diferitele tipuri de mişcari elementare ne permit să descriem şi să analizăm mişcarile  complexe ale unei articulații. Se descriu trei tipuri de mişcari ale jocului articular:  a. Rularea  Rularea  se  realizează  în  condițiile  în  care,  prin  mişcare,  puncte  noi  de  pe  suprafata  unui os intra în contact mereu cu puncte noi de pe suprafața celuilalt os.  b. Alunecarea  Este o mişcare intracapsulară caracterizată prin deplasarea unui segment sau a unei  suprafețe pe o alta, fiecare punct al primului corp trebuie să intre în contact permanent cu  puncte noi de pe cealaltă suprafată.    c. Rotația  Se descrie ca mobilizarea unui segment în raport cu altul în jurul unei axe, descriind  astfel  o  mişcare  care  se  realizează  pe  o  traictorie  circulară  astfel  încat  toate  parțile  segmentului se mobilizează în jurul unei axe de rotație.    Toate aceste tipuri de mişcări se pot combina între ele ducând la mişcările complexe  realizate,  de  exemplu,  la  nivelul  centurii  scapulare.    Articulația  scapulo‐humerală  este  o  articulație care prezintă trei grade de libertate.   Întelegem  prin grade de libertate, posibilitatea mobilizării unui segment în diverse  planuri, în jurul unui ax. Mişcările realizate în jurul unui ax, pot fi:   

 

58

a. Mişcarea de flexie‐extensie    Miscarea  de  flexie  este  aceea  de  apropiere  a  segmentelor  în  timp  ce  în  extensie  acestea sunt plasate unul în prelungirea celuilalt. Pentru că această mişcare se realizează din  diverse poziții trebuie să precizăm întotdeauna sensul de miscare.    b. Mişcarea de abducție‐adducție    Mişcarea  de  abducție  deplasează  segmentul  prin  îndepărtarea  axului  longitudinal  şi  central al corpului în timp ce adducția apropie segmentul de acest ax.    c. Mişcarea de rotație internă‐ rotație externă  Mişcarea  de  rotație  internă  apropie  părțile  anterioare  ale  acestui  segment,  de  axul  central al corpului şi le depărtează pe cele inferioare, în timp ce rotația externă realizează o  mişcare inversă.    d. Circumducția  Reprezintă o combinație între flexie şi abducție respectiv extensie şi adducție şi are  ca rezultat descrierea unui con cu vârful la nivelul centurii scapulare.   

3.6 ADAPTAREA FUNCŢIONALĂ A ARTICULAŢIILOR  Articulațiile se adaptează condițiilor mecanice impuse de activitatea musculară. Prin  urmare,  o  absență  a  activității  în  timpul  unei  imobilizări    prelungite,  antrenează  un  blocaj  progresiv a articulației, în timp ce mobilizările repetate şi forțarea limitei articulare permite  subiectului să realizeze o hiperextensie a segmentului.  Aceasta  adaptare  funcțională  a  articulației  se  repartizează  egal  pe  toată  suprafața  structurii articulare. Gradul de adaptare  funcțională a articulației este dat de amplitudinea  care  o  permite  mişcarea  ei.  Prin  urmare,  o  articulație  ca  cea  scapulo‐humerală  care  intersectează  muşchi  lungi,  prezintă  un  grad  de  mobilitate  foarte  mare  fată  de  articulația  intervertebrală care reuneşte muşchi ce dezvoltă o forța mică.  De aici putem trage concluzia  că mişcările posibile într‐o articulație sunt în funcție de varietatea muşchilor care înconjoară  centrul de mişcare.  Această  posibilitate  de  adaptare  a  articulației  reprezintă  un  element  important  în  problemele  puse  de  kinetoterapeut  în  reeducarea  funcțională  a  articulației  sau  în  menținerea unei bune supleți articulare. La acestea contribuie şi gradul de funcționalitate a  suprafețelor osoase, tendoanelor, ligamentelor, muşchilor şi alte structuri periferice.  Readaptarea  sau  recuperarea  suprafețelor  articulare  se  măsoară  cu  ajutorul  goniometrului. Examenul constă în compararea valorilor obținute cu valorile medii  obținute  pe un eşantion reprezentativ.  Trebuie subliniate dificultățile pe care poate să le întâmpine un kinetoterapeut când  vrea  să  definească  o  mobilitate  articulară  normală,  deoarece  efectele  practicării  diferitelor  sporturi antrenează mobilități articulare diferite, femeile prezintă o mobilitate articulară mai  mare  în  comparație  cu  bărbații,  iar  în  cursul  vieții,  individul  dezvoltă  stadii  diferite  de  mobilitate.  Importanța cunoaşterii stadiilor diferite de mobilitate permite kinetoterapeutului să  intervină eficient în procesul de recuperare.   

 

59

3.7 CENTRUL DE MIŞCARE ŞI ARTICULAŢIILE  Mişcarea  umană  efectuată  la  nivelul  articulațiilor  prezintă  uneori  suprafețe  foarte  neregulate.  Aceste  neregularități  angajează,  de  cele  mai  multe  ori,  modificări  de  poziție  a  segmentului mobilizat,  când  acesta se deplasează dintr‐o poziție în alta.  Centrul  articular  nu  poate  fi  prezentat  ca  un  singur  punct,  el  fiind  reprezentat  de o  succesiune de puncte, care reprezintă centre instantanee, succesive, de rotație (Fig. 26).  Această noțiune de centru instantaneu de rotație a fost explicată de Dempster ‐ un  corp sau un segment descrie o mişcare de rotație trecând suceesiv prin pozitiile A, B, C, D, E  şi se observă că două puncte (1 şi 2 ) ale corpurilor prezintă o modificare de unghiuri, care  sunt diferite în cursul deplasării.                        Fig. 26 – Centre instantanee de rotație                       

Pentru a determina teoretic un centru de rotație (d), de exemplu pentru trecerea din  poziția A, în poziția B, se descriu dreptele 1‐1 ‘ si  2‐2 ‘, iar prin mijlocul acestora se coboară   perpendicularele.  Intersecția  acestora  reprezintă  centrul  instantaneu  de  rotație  pentru  mişcarea instantanee de la A la B.  Dacă  se  repetă  această  descriere  pentru  alte  mişcări  parțiale,  se  determină  un  ansambu de puncte  (a, b, c, d ), care reprezintă centre instantanee de rotație, puncte care  trec prin axe instantanee de rotație, sau prin centre succesive, pentru deplasarea corpurilor  de la pozițiile A‐E.  

 

60

Să luăm un exemplu din practică: la nivelul centurii scapulare, mobilizarea se face în  jurul  unei  multitudini  de  axe  instantanee  a  căror  proiecție  în  articulație  determină  o  suprafată  caracteristică  a  mişcării  care  a  fost  efectuată.  Gaverst  a  demonstrat  că  aceste  suprafețe la nivelul centurii scapulo‐humerală au un diametru de 18,9 mm.  Una din consecințele imediate ale acestei variații a axei în curs de mişcare, este aceea  că punctul pe care se sprijină levierul osos nu este situat în permanență de aceeaşi parte, de  aceea,  când  vrem  să  interpretăm  mişcarea  corpului,  este  necesar  să  fixăm  o  poziție  intermediară pentru a nu obține erori de calcul.  Trebuie  să  subliniem  faptul  că  studiul  fenomenelor  biologice  în  general  şi  a  celor  mecanice  în  particular  prezintă  întotdeauna  variații  cu  toate  că  se  aplică  riguros  principile  fiziologice. În studiul acestora se acceptă, de aceea, întotdeauna o marjă de eroare.    O altă consecință a acestei variații a centrelor de rotație în cursul mişcării este că axa  mecanică, segmentul de dreaptă care trece prin două centre de mişcare succesive situate la  două extremitați ale segmentului osos, diferă în funcție de lungimea segmentului.  O metodă precisă de investigare a centrelor articulare este cea telemetrică. Aceasta  foloseşte  markeri  ataşați  de  corp,  plasați  în  zona  de  mobilitate  maximă  a  unei  articulații  ,  pentru  a  reprezenta  cele  mai  bune  estimări  ale  centrelor  articulațiilor.  Totuşi,  datorită  constrângerilor anatomice, poziționările pot genera erori de evaluare.   Maleola laterală, de exemplu, este o localizare obişnuită pentru marker–ii articulației  gleznei.  Articularea  suprafețelor  tibie‐talus  se  realizează,  însă,  astfel  încât  capătul  distal  al  tibiei (şi fibula) să se mişte pe un arc de cerc, peste talus. Adevăratul centru de rotație este,  de fapt, cu câțiva centimetri distal față de maleola laterală.   La  alte  articulații  apar  diferențe  şi  mai  evidente.  Articulația  şoldului  este  deseori  identificată  în  plan  sagital,  printr‐un  marker  plasat  pe  marginea  superioară  a  marelui  trohanter.  Markerul  este,  în  mod  evident,  plasat  întrucâtva  mai  lateral  decât  centrul  articulației  şoldului  astfel  încât  rotațiile  internă  şi  externă  ale  şoldului  relativ  la  pelvis,  precum şi abducția‐aducția sa, pot cauza erori considerabile la nivelul şoldului.  Apare  astfel  important  a  se  identifica  adevăratele  centre  de  rotație  în  raport  cu  markerii anatomici care sunt amplasați pe piele.  Pentru  rezolvarea  acestei  probleme  s‐au  dezvoltat  mai  multe  tehnici  care  permit  calcularea  centrului  instantaneu  de  rotație  al  oricărei  articulații  utilizând  pentru  aceasta  istoricul deplasării markeri‐lor de pe două segmente adiacente.  În Fig. 27 sunt prezentate două astfel de segmente aflate în mişcare plană. Ele sunt  translatate şi rotite în spațiu astfel încât un segment să fie fix în spațiu, iar cel de‐al doilea  să  se rotească după cum este indicat pe figură. 

61

 

  Fig. 27    Centrul de rotație corespunzător unui moment oarecare de timp este ( xC , yC), el fiind  amplasat în interiorul segmentului fixat. Ceea ce interesează este poziția punctului ( xC , yC)  relativ la coordonatele anatomice (x3 , y3) şi ( x4 , y4) ale segmentului.   Markerii  (x1  ,y1)  şi  (x2,y2)  sunt  localizați  ca  în  Fig.  27.  Marker‐ul  (x1,y1)  are  viteza  tangențială instantanee  V  şi este amplasat la raza R de centrul de rotație. Dreapta ce uneşte  punctele (x1,y1) şi (x2,y2) permite determinarea vitezei unghiulare  ω z  a  segmentului care se  roteşte. Cu unul din segmente fixat în spațiu,  ω z  devine viteza unghiulară a articulației, deci:    V = ωz × R   sau, în coordonate carteziene:    Vx ⋅ i + Vy ⋅ j = ( Ry ⋅ ω z ) ⋅ i − ( Rx ⋅ ω z ) ⋅ j     Deci:  

Vx = Ry ⋅ ω z      şi     Vy = − Rx ⋅ ω z  

  Având  în  vedere  că  Vx  ,  Vy  si  ω z   pot  fi  calculate  din  informațiile  privind  traiectoria  marker‐ului, rezultă că valorile pentru Ry şi Rz  pot fi determinate. Pe baza poziției cunoscute  a markerului amplasat în (x1,y1) se va putea determina poziția (xC,yC) a centrului de rotație al  articulației.  O  atenție  deosebită  trebuie  acordată  situațiilor  corespunzătoare  apropierii  de  zero  sau  ale  schimbării  semnului  polarității  vitezei  unghiulare  ω z ,  pentru  că,  în  acest  caz,  valorile pentru R, calculate cu relațiile de mai sus, devin nedeterminate sau, în mod eronat,  devin foarte mari.   

3.8 CUPLURI ŞI LANȚURI CINEMATICE    Activitățile  motorii  nu  rezultă  din  activitatea  izolată  a  unor  muşchi,  oase  sau  articulații, ci prin punerea în acțiune a cuplurilor şi lanțurilor motrice.    Cuplurile de forțe  În timpul mişcărilor corpului viu, intervin atât forțe active, cât şi forțele contrarii, care  alcătuiesc  împreună  cupluri  de  forțe.    Cuplul  de  forțe  este  format,  prin  urmare,  de  două  forțe paralele, care acționează asupra pârghiilor în direcții opuse.  De exemplu, asupra articulației cotului acționează concomitent flexorii şi extensorii,  acțiunea lor inversându‐se. Când flexorii sunt agonişti, iar extensorii sunt antagonişti, pârghia  acționează  după  principiul  unei  pârghii  de  gradul  III,  deci  o  pârghie  de  viteză,  mişcarea  rezultantă fiind flexia antebrațului pe braț. În extensie, extensorii sunt agoniştii, flexorii sunt  antagoniştii, iar pârghia realizată este de gradul I, deci o pârghie de sprijin. 

 

62

  Cupluri cinematice  Două segmente mobile apropiate realizează un cuplu cinematic. Exemple: gamba şi  piciorul, antebrațul şi mâna etc. În mecanică se descriu trei tipuri de cupluri cinematice:  • de translație;  • de rotație;  • elicoidale.  În  biomecanica  corpului  omenesc,  cuplurile  de  translație  nu  se  întâlnesc,  cele  elicoidale sunt rare (articulația gleznei), iar cele de rotație sunt cele mai numeroase.     Lanțuri cinematice  Cuplurile  cinematice  se  leagă  între  ele  realizând  lanțurile  cinematice,  care  pot  fi  deschise sau închise.  a.  Lanțul  cinematic  deschis  reprezintă  o  succesiune  de  articulații  care  formează  un  lanț al cărui ultim element este liber.  b. Lanțul cinematic închis reprezintă o combinație analoagă a celei precedente, dar  ultimul element este fixat sau întâlneşte o forță rezistentă care îi înhibă mişcarea liberă.  Prin urmare distingem un lant cinetic închis şi unul frânat, la nivelul căruia  se descriu  mai multe grade de frânare.        Astfel extensia brațului în cădere frontală este un exemplu de lanț cinematic închis, în  timp  ce  extensia  brațului  spre  în  sus,  într‐un  exercițiu  de  haltere,  este  un  lanț  cinematic  frânat, închis. Un lanț cinematic închis cu ambele capete fixate este, de exemplu, poziția de  atârnat  sau  atârnat  cu  sprijin‐  lanțul  închis  fiind  la  nivelul  membrului  superior.  În  poziția  stând, membrul inferior acționează ca un lanț închis.   Se pot descrie trei tipuri de lanțuri cinematice principale ale corpului omenesc :  • lanțul capului, gâtului şi trunchiului ;  • lanțul membrului superior ;  • lanțul membrului inferior  Lanțurile  cinematice  sunt  deservite  de  grupe  musculare  care  realizează  lanțurile  musculare despre care vom aminti în capitolul următor.    Prin  existența  lor,  prin  structura  lor,  articulațiile  au  importanta  funcție  de  a  înlesni  mişcarea cuplurilor cinematice, cu economie de forță şi deplasare a centrelor  de rotatie  ale   articulatiilor 

 

63

Cap 4  BIOMECANICA CENTURII SCAPULARE ŞI MEMBRULUI SUPERIOR   

Pentru a favoriza mobilitatea membrului superior liber, centura scapulară formează  un  cerc  discontinuu  în  partea  superficială  şi  cu  mari  posibilități  de  alunecare  pe  suprafața  cutiei  toracice.  Contactul  cu  scheletul  axial  se face  numai prin  articulația  sternoclaviculară,  iar  absența  legăturii  directe  cu  coloana  vertebrală  oferă  o  posibilitate  de  amplificare  a  mobilității centurii scapulare. În sens general, umărul poate fi considerat ca fiind format de  totalitatea structurilor care leagă membrul superior liber de torace.   

4.1 BIOMECANICA CENTURII SCAPULARE  Membrele  inferioare  şi  superioare  au  fost  construite  inițial  pe  baza  principiului  simetriei,  având  acelaşi  plan  structural.  Acesta  s‐a  modificat  ulterior,  prin  exercitarea  unor  funcții diferite:  1)  membrele  superioare  s‐au  adaptat  la  funcția  de  prehensiune,  care  presupune  mobilitate;  2)  membrele  inferioare  la  funcția  de  locomoție  în  poziție  ortostatică,  ceea  ce  presupune  transmiterea  greutății  corpului  pe  suprafața  de  sprijin.  Sub  influența  acestor  modificări  adaptative,  centurile  celor  patru  membre,  inițial  cu  funcție  unică  de  asigurare  a  legăturii  dintre  membre  şi  scheletul  axial,  au  suferit  diferențieri  tipice.  Astfel,  pentru  a  favoriza  mobilitatea  membrului  superior  liber,  centura  scapulară  formează  un  cerc  discontinuu  în  partea  superficială  şi  cu  mari  posibilități  de  alunecare  pe  suprafața  cutiei  toracice.     Contactul  cu  scheletul  axial  se  face  numai  prin  articulația  sternoclaviculară,  iar  absența  legăturii  directe  cu  coloana  vertebrală  oferă  o  posibilitate  de  amplificare  a  mobilității centurii scapulare. În sens general, umărul poate fi considerat ca fiind format de  totalitatea  structurilor  care  leagă  membrul superior liber de torace.          Articulația  scapulo‐humerală  este  una  dintre  cele  mai  mobile  articulații  din  organism,  dar  nu  poate  asigura  necesitățile  de  orientare  complexă  în  spațiu a membrului superior.   Faptul  că  membrul  superior  (Fig.  28)  poate  fi  poziționat  şi  se  poate  mişca  într‐un  spațiu  care  depăşeşte  dimensiunile  unei  hemisfere  se 

 

64

datorează funcționării armonioase a patru articulații într‐un angrenaj bine sincronizat.       Fig. 28 – Unghiuri şi axe de mişcare la nivelul principalelor articulații ale membrului  superior (scapulo‐humerală, cot, pumn)      Din acest punct de vedere este îndreptățită comparația raporturilor dintre membrul superior  liber  şi  centura  scapulară  cu  raporturile  dintre  brațul  unei  macarale  şi  platforma  ei  de  susținere:  platforma  amplifică  mobilitatea  brațului,  oferindu‐i  cea  mai  eficientă  poziție  de  acțiune.  Orientarea  angrenajului  mecanic  al  articulațiilor  umărului  urmăreşte  un  model  piramidal care sugerează că mişcările generate rezultă din sumația convergentă a activității  constituente:  • articulație principală (falsă) de tip special: syssarcoza scapulo‐toracică cu conducere  musculară ;  • două articulații secundare (adevărate) de tip sinovial: articulațiile sterno‐claviculară  şi acro‐mio‐claviculară, cu conducere ligamentară.  • articulația  scapulohumerala,  articulația  propriu‐zisă  a  umărului,  funcționând  pe  platforma  mobilă  a  scapulei,  ceea  ce  o  face  beneficiara  mobilității  primelor  trei  articulații.  Datorită  acestui  mod  particular  de  funcționare  prin  mişcări  sumative,  nu  poate  fi  corectă  studierea  izolată  a  biomecanicii  fiecărei  articulații  în  parte,  decât  poate  din  considerente didactice. Cele patru articulații sunt implicate concomitent în ritmul mişcărilor  umărului,  cu  multiple  variații  care  depind  de  anatomia  individuală,  de  nivelul  activității,  încărcarea membrului superior, etc.  Dacă într‐o anumită situație patologică, mişcarea dintr‐o articulație este limitată sau  blocată,  celelalte  articulații  îşi  măresc  în  mod  corespunzător  amplitudinea  de  mişcare,  realizând un adevărat mecanism compensator (Fig. 29).    ZONA STERNO‐ CLAVICULARĂ      ZONA ACROMIO‐CLAVICULARĂ                       ZONA GLENO‐HUMERALĂ 

 

65

Fig. 29 ‐ Cele patru zone principale de mişcare a articulațiilor umărului 

4.2 CINEMATICA ARTICULAŢIEI STERNO­CLAVICULARE  Clavicula  funcționează  ca  o  pârghie  mobilă,  interpusă  între  acromion  şi  manubriul  sternal.  Dezvoltarea  ei  a  fost  condiționată  de  necesitatea  păstrării  unei  distanțe  constante  între  scheletul  axial,  situat  în  plan  mediosagital  şi  membrul  superior  liber,  situat  lateral.  Poziția claviculei în spațiu este oblică (axul lung al claviculei este înclinat cu 10° spre superior,  deasupra  planului  orizontal  şi  cu  40°  spre  lateral,  înapoia  planului  frontal),  favorizează  activitatea de prehensiune şi stabilizează joncțiunea scapulo‐toracică, dar creşte, în acelaşi  timp,  solicitarea  articulară  din  această  joncțiune  unică,  dintre  scheletul  axial  şi  membrul  superior.  Ca formă de organizare, articulația sternoclaviculară este o diartroză în formă de şa.  Deşi  forma  suprafețelor  articulare  este  toroidală,  ceea  ce  le  conferă  o  stabilitate  prin  angrenare  reciprocă,  există  un  grad  de  instabilitate  potențială,  dată  de  lipsa  de  proporționalitate a suprafețelor articulare: suprafețele de recepție de pe manubriu şi primul  cartilaj  costal  nu  reprezintă  decât  25%  din  suprafața  articulară  claviculară  (mai  puțin  de  2  cm2).  Prezența  meniscului  articular,  fixat  superior  pe  claviculă  şi  inferior  pe  primul  cartilaj  costal,  îmbunătățeşte  congruența  articulară  şi  absoarbe  şocurile.  El  determină  apariția  a  două compartimente funcționale în cavitatea articulară:  Compartimentul  medial,  în  care  se  efectuează  mişcările  în  plan  orizontal  şi  compartimentul lateral, în care se realizează mişcările în plan frontal.  Principalul  element  stabilizator  al  articulației  este  ligamentul  costoclavicular,  cu  structura bilaminată, întins între zona juxtaarticulară rnedială a claviculei şi cartilajul coastei  I.  Articulația  sternoclaviculară  permite  realizarea  mai  multor  tipuri  de  mişcări  şi  de  combinații ale acestora, ca într‐o articulație cu trei grade de libertate.  1. Proiecția înainte şi înapoi a umărului este o mişcare în plan orizontal, cu ax vertical  care trece prin inserția ligamentului costoclavicular. Mişcarea de proiecție înainte se face pe  o  distanță  de  10  cm  spre  ventral,  fiind  limitată  de  ligamentele  costoclavicular  şi  sternoclavicular posterior.   Mişcarea de proiecție înapoi a umărului se face pe o distanță de 3 cm spre posterior  şi  este  limitată  de  ligamentele  costoclavicular  şi  sternoclavicular  anterior.  Amplitudinea  de  mişcare este de 13 cm (=60°).  2.   Ridicarea şi coborârea umărului este mişcarea în plan vertical cu un ax orizontal,  uşor oblic dinspre antero‐lateral către postero‐medial, proiectat peste inserția ligamentului  costoclavicular. Mişcarea de ridicare se realizează pe o inălțime de 10 cm, fiind limitată de  ligamentul  costoclavicular  şi  activitatea  muşchiului  subclavicular.  Mişcarea  de  coborâre  se  face  pe  o  distanță  de  3  cm  şi  se  blochează  prin  contactul  cu  prima  coasta.  Coborârea  claviculei  tensionează  ligamentul  interclavicular.  Amplitudinea  mişcării  de  ridicare  şi  coborâre a umărului face ca extremitatea acromială a claviculei să descrie un arc vertical de  60°.  3.  Inserția  mai  distanțată  a  capsulei  articulare  pe  claviculă  şi  prezența  discului  articular conferă articulației sternoclaviculare al treilea grad de libertate, permițând apariția  mişcărilor de rotație axială a claviculei față de axul său longitudinal (amplitudine de rotație  maximă, aproximativ 50° ‐ Kent), mai ales la abducția brațului.  Față  de  centrul  de  mişcare  reprezentat  de  inserția  ligamentului  costoclavicular,  pe  parcursul  mişcărilor  în  planurile  frontal  şi  orizontal,  clavicula  se  comportă  ca  o  balanță  cu 

 

66

brațele  inegale.  Angrenajul  articular  face  ca  pentru  fiecare  10°  de  abducție  în  articulația  scapulo‐humerală,  clavicula  să  se  ridice  cu  4°  în  articulația  sternoclaviculară  (Inman)  (Fig.  30). La sfârşitul unei abducții de 90° a brațului, articulația sternoclaviculară realizează 30° de  ridicare, dupa care mişcarea nu mai progresează, deşi abducția poate continua. Comparativ  cu  articulația  acromioclaviculară,  articulația  sternoclaviculară  este  considerată  centrul  principal al mişcării de abducție a brațului. 

4.3 CINEMATICA ARTICULAŢIEI ACROMIO­CLAVICULARE  Articulația  acromioclaviculară  realizează  legătura  dintre  extremitatea  laterală  a  claviculei  şi  acromion.  Ea  este  o  diartroză  planiformă  în  care  se  efectuează  mişcări  de  translație  şi  de  rotație.  Imediat,  medial  de  ea,  ligamentele  coraco‐claviculare  dublează  legătura  dintre  oasele  centurii  scapulare,  constituind  o  syndesmoză  care  are  rolul  de  a  asigura  stabilitatea  de  la  distanță  în  articulația  acromioclaviculară.  Syndesmoza  coraco‐ claviculară realizează, odată cu stabilizarea şi o funcție de "suspendare" a scapulei. Astfel, se  poate considera clavicula o bară orizontală de care scapula stă suspendată prin două puncte:  articulațiile acromioclaviculară şi cora‐coclaviculară. Este posibil ca sistemul de suspendare  al  sindesmozei  să  preia  o  parte  din  greutatea  membrului  superior,  descărcând  indirect  articulația acromioclaviculară şi extremitatea laterală a claviculei (Fig. 30).  Într‐o  articulație  acromioclaviculară  normală,  mişcările  claviculei  în  plan  orizontal  sunt limitate de ligamentul acromioclavicular. Acțiunea acestuia este întărită de ligamentul  conoid,  care  limitează  mişcările  spre  înainte  şi  de  ligamentul  trapezoid,  care  limitează  mişcările  spre  înapoi.  Ruptura  ligamentului  acromioclavicular  în  entorse  permite  apariția  mişcării  de  "sertar"  antero‐posterior  al  articulației.  Ligamentele  coraco‐claviculare  controlează mai mult stabilitatea verticală a articulației acromioclaviculare, astfel că ruptura  lor în entorse produce coborârea acromionului sub planul extremității distale a claviculei. 

MIŞCAREA SCAPULARĂ                                                                         RIDICAREA BRAȚULUI (în grade)    Fig. 30 ‐ RITMUL GLENOHUMERAL ÎN TIMPUL SCAPTAȚlEI (Participarea articulațiilor  sternoclaviculară şi acromioclaviculară la ridicarea umărului)      În  afara  asigurării  stabilității  articulare,  ligamentele  coracoclaviculare  materializează  axe de mişcare pentru articulația acromioclaviculară:  a)  ligamentul conoid leagă baza procesului coracoid de tuberculul conoid, situat sub  apexul curburii laterale a "S"‐ului clavicular. Direcția ligamentului corespunde unui ax vertical  față de care scapula realizează mişcări de rotație. Față de acest ax, scapula poate fi rotată în 

 

67

articulația  acromioclaviculară  până  când  marginea  ei  medială  se  desprinde  de  pe  peretele  toracic. Amplitudinea mişcării este de 30°;  b) ligamentul trapezoid are inserții lineare pe apofiza coracoidă şi pe linia omonimă  de  pe  claviculă,  întinzându‐se  lateral  până  în  apropierea  articulației.  Direcția  ligamentului  este aproape orizontală, astfel că poate acționa ca o balama cu ax orizontal, situată în plan  frontal.  Axul  orizontal,  care  trece  prin  prin  ligamentul  trapezoid,  reprezintă  al  II‐lea  ax  al  articulației acromioclaviculare, iar amplitudinea mişcării de rotație este de 60°.  c)    al  Ill‐lea  ax  articular  este  tot  orizontal  şi  trece  prin  centrul  articulației  acromioclaviculare,  în  plan  sagital.  După  Inman,  mişcările  scapuloclaviculare  realizate  față  de  acest  ax,  sunt posibile numai după ce scapula s‐a rotat posterior față de claviculă (conform axului, prin  ligamentul trapezoid), ceea ce a produs o alungire relativă a ligamentului conoid, favorizată  de forma în "S" italic a claviculei, care se comportă ca o manivelă. Mărimea arcului de rotație  față de ax este de 30". Meniscul articulației acromioclaviculare împarte cavitatea articulară  în două compartimente funcționale: rotațiile față de axul vertical prin ligamentul conoid se  realizează  între  acromion  şi  menisc,  iar  mişcările  de  balama  față  de  axul  orizontal  prin  ligamentul trapezoid au loc între menisc şi claviculă. Din punct de vedere al posibilităților de  mişcare, articulația acromioclaviculară se comportă ca o articulație cu trei grade de libertate.  Verificări efectuate pe cadavru au confirmat existența unei mişcări de rotație a scapulei față  de  sistemul  triaxial  descris  (Dempster),  cu  amplitudini  mai  mari  decât  în  realitate,  datorită  lipsei acțiunii supresoare a musculaturii antagoniste. Inman considera că în cadrul mişcării de  abducție a brațului, articulația acromioclaviculară participă cu 20°, realizate în primele 30° şi  în  ultimele  45"  ale  mişcării  (Fig.  31).  Mişcările  dintre  scapulă  şi  claviculă  în  articulația  acromioclaviculară  sunt  posibile  datorită  rotației  axiale  a  claviculei.  Fără  această  rotație,  ligamentul coracoclavicular ar bloca mişcarea articulară în timpul abducției brațului. Forma  de "S" italic a claviculei permite relaxarea ligamentelor coracoclaviculare prin rotație axială şi  desfăşurarea abducției. 

4.4 CINEMATICA ARTICULAŢIEI SCAPULO­TORACICE  În  afară  de  articulațiile  acromioclaviculară  şi  sternoclaviculară  care  o  ataşează  de  stern,  scapula  mai  este  legată  şi  de  peretele  postero‐lateral  al  toracelui  prin  chingi  musculare,  aparținând  grupurilor  scapulovertebral  şi  scapulotoracic.  Sub  acțiunea  lor,  platforma scapulară" este mobilizată activ pe suprafața cutiei toracice.  Raportul  variabil  dintre  cele  două  elemente  osoase  (scapula  şi  perete  toracic)  reprezintă  o  legatură  mobilă  care  poate  fi  echivalată  cu  o  articulație  de  tip  special  în  care  elementele  capsuloligamentare  de  legătură  au  fost  înlocuite  cu  elemente  musculare.  Cloquet a descris acest tip de articulație ca o syssarcoză, iar Latarjet a denumit‐o "joncțiune  scapulotoracică". Suprafețele de alunecare sunt reprezentate de țesutul conjunctiv lax situat  între muşchii subscapular, serratus anterior şi peretele toracic. Practic se delimitează doua  spații de alunecare:  1.   spațiul interserrato‐subscapular situat dorsal;  2.   spațiul interserrato‐toracic situat ventral.    

 

68

    Fig. 31.  Relațiile spațiale ale unghiului acromioclavicular    Cele  mai  ample  mişcări  din  articulația  scapulotoracică  se  realizează  în  spațiul   interserrato‐toracic.  Mişcarea platformei scapulare pe curbura peretelui toracic este dictată de acțiunea  agenților motori dispuşi sub formă de chingi musculare. Prin contracția lor, scapula poate fi  ridicată  sau  coborâtă,  apropiată  sau  depărtată  de  coloana  vertebrală,  sau  rotată  față  de  diferite  axe  perpendiculare  pe  suprafața  ei.  Acțiunea  musculară  se  combină  cu  presiunea  atmosferică,  elasticitatea  tegumentelor.  Amplitudinea  forțelor  de  încărcare  este  dată  de  greutatea membrului superior şi contribuie la realizarea, celor două funcții fundamentale:  a)    mobilitatea:  reorientarea  unghiului  supero‐lateral  (deci  a  cavității  glenoide)  cu  facilitarea şi amplificarea mişcărilor umărului şi membrului superior liber;  b)    stabilitatea:  asigurarea  transmiterii  armonioase,  în  condiții  de  siguranță,  a  sarcinilor de la membrul superior liber spre scheletul axial şi invers.  Odată  clarificat  mecanismul  de  cuplaj  strâns  în  care  lucrează  articulațiile  glenohumerală şi scapulotoracică, s‐a încercat stabilirea raportului de funcționare dintre cele  două  articulații.  Acest  raport  de  mişcare  mai  este  cunoscut  şi  sub  denumirea  de  "ritm  scapulohumeral".  Pentru  abducția  în  plan  frontal,  efectuată  între  30°‐170°  raportul  de  mişcare  glenohumerală  față  de  scapulotoracică  se  menține  constant  de  2/1,  ceea  ce  înseamnă că pentru fiecare 15° de abducție, 10° se realizează în articulația glenohumerală şi  5°  în  articulația  scapulotoracică.  În  continuare,  din  cele  60°  preluate  de  syssarcoză,  20°  se  realizează  în  articulația  acromioclaviculară  şi  40°  în  articulația  sternoclaviculară  (Inman).  Raportul  de  mişcare  dintre  cele  două  articulații  rămâne  dependent  de  planul  de  ridicare,  arcul  de  ridicare,  mărimea  sarcinii  purtată  de  membrul  superior  şi  variable  anatomice.  Problema  planului  de  ridicare  (şi  deci  a  unei  poziții  de  referină  a  scapulei  față  de  peretele  toracic)  rămâne  încă  o  problemă  nerezolvată:  acesta  depinde  de  dimensiunile  toracelui,  forma  scapulei,  tonusul  muscular,  sarcina  transmisă.  Cu  brațul  atârnând  pe  lângă  corp  (poziția  neutru‐zero),  cavitatea  glenoidă  priveşte  înainte  şi  în  jos  cu  o  înclinație  de  5"  (Freedman). Planul general de poziționare a scapulei pe peretele toracic formează cu planul  frontal  un  unghi  de  40°,  iar  mişcarea  de  ridicare  a  brațului  efectuată  în  planul  scapulei  se  numeşte scaptație (Fig. 30).  Mişcările articulației scapulotoarcice pot fi definite în funcție de direcția de deplasare  a acromionului:  1.  deplasări în plan vertical: ridicări şi coborâri 

 

69

2. deplasări lineare în plan orizontal: mişcări de abducție (îndepărtarea de coloana  vertebrală), mişcări de adducție (apropierea de coloana vertebrală)  3.  mişcări de rotație:    ‐  rotația  înainte  a  scapulei  realizează  arcul  cel  mai  mare  de  mişcare  (apro‐ximativ  60°)          ‐  rotația  înapoi  a  scapulei  însoțeşte  extensia  articulației  glenohumerale  în  timpul  mişcării  de  rotație  înainte  a  scapulei,  axul  sagital  de  rotație  se  deplasează  din  centrul  scapulei către unghiul lateral   

4.5 CINEMATICA CENTURII SCAPULARE, ÎN ANSAMBLU  Scheletul centurii scapulare reprezintă partea proximală a unui lanț cinematic deschis  reprezentat  de  scheletul  întregului  membru  superior.  Solidarizate  prin  cele  trei  articulații,  oasele  centurii  realizează  mişcări  complexe  care  se  desfăşoară  în  special  în  articulația  scapulo‐humerală. Conventional, mişcările centurii se studiază sub denumirea de mişcări ale  umărului,  excluzând  mişcările  articulației  scapulohumerale.  Oasele  centurii  formează  un  cuplu  cinematic  în  care  musculatura  acționează  asupra  articulațiilor,  producând  ridicarea,  coborârea, proiecția anterioară şi posterioară şi circumducția umărului.    1. Mişcările în plan frontal    A.  Mişcarea de ridicare a umărului    Această mişcare se realizează în articulațiile sternoclaviculară şi scapulotoracică față  de  un  ax  anteroposterior  care  trece  prin  inserția  superioară  a  ligamentului  costoclavicular.  Clavicula  acționează  ca  o  balanță  cu  bratțe  inegale  care  basculeză  în  plan  frontal:  extremitatea  sternală  alunecă  în  jos  pe  discul  articular,  iar  extremitatea  acromială  este  propulsată,  împreună  cu  scapula  spre  superior.  Amplitudinea  mişcării  este  de  aproximativ  10cm, ceea ce corespunde unui arc de 50°, descris de extremitatea acromială a claviculei. În  articulația  acromioclaviculară  se  realizează  o  mişcare  de  angulație  în  balama,  acomodând  fața anterioară a scapulei la o noua înclinație pe peretele toracic. Factorii frenatori ai mişcării  sunt  reprezentați  de  tensionarea  ligamentului  costoclavicular  şi  de  partea  inferioară  a  capsulei  articulare  ca  elemente  pasive  şi  de  opoziția  musculaturii  antagoniste,  ca  element  activ (Fig. 32).    Agenții motori sunt reprezentați de:   a. muşchiul sternocleidomastoidian – porțiunea claviculară (inervat de n.accesor);   b. muşchiul trapez ‐ porțiunile descendentă şi transversă (inervat de n. accesor);   c. muşchiul ridicător al scapulei (inervat de n.dorsal al scapulei);   d. muşchii romboizi mare şi mic (inervați de n.dorsal al scapulei);  e. muşchiul dințat anterior ‐ porțiunea divergentă (inervat de n.toracal lung);  f.    muşchiul  pectoral  mare  ‐  porțiunea  claviculară  (inervat  de  n.pectoral  lateral).  Ultimii doi au acțiune secundară.      Fig. 32 ‐ Planurile elementare de ridicare a umărului    

70

 

                              FLEXIE       În  cursul  mişcării  de  ridicare  a  umărului,  se  realizează  un  sinergism  muscular:  componenta de rotație laterală a scapulei, indusă de m.ridicător al scapulei, este neutralizată  de  componenta  de  rotație  medială  a  scapulei,  indusă  de  m.  trapez.  Rezultanta  se  materializează într‐o acțiune de ridicare pură a umărului.     B. Mişcarea de coborâre a umărului    Pe parcursul desfaşurării acestei mişcări, față de acelaşi ax de mişcare, se inversează  raporturile articulare: extremitatea sternală a claviculei urcă pe disc, tensionând ligamentele  sternoclaviculare şi interclaviculare, iar extremitatea acromială şi scapula, coboară.   Amplitudinea  de  mişcare  este  de  3  cm,  corepunzând  unui  arc  de  5°  descris  de  extremitatea  acromială.  Această  limitare marcată  în  sensul de  coborâre  este explicată  prin  prezența, imediat inferior, a coastei I, care stopează, ca un obstacol natural, mişcarea.  Articulația acromioclaviculară participă, prin aceeaşi mişcare de angulație în balama,  necesară acomodării scapulei la noua poziție în articulația scapulotoracică.  Deseori, mişcarea se realizează pasiv, sub influența forței gravitaționale.     Agenții motori sunt reprezentați de:    a. m. subclavicular ‐ inervat de n.subclavicular;   b. m. pectoral mic ‐ inervat de n. pectoral medial;   c. m. pectoral mare, indirect ‐ inervat de n.pectoral lateral;  b. m. dințat anterior ‐ inervat de n. toracic lung;   e.  m. trapez ‐ porțiunea ascendentă – inervat de n. accesor;   f.  m. marele dorsal, indirect ‐ inervat de n.toraco‐dorsal.    2. Mişcările în plan orizontal    A. Mişcarea de proiecție înainte a umărului   

 

71

Această  mişcare  este  cunoscută  şi  sub  denumirea  de  "protracție",  realizându‐se  în  timpul acțiunilor de împingere, lovire, încrucişarea brațelor. Axul mişcării este vertical, prin  inserția claviculară a ligamentului costoclavicular, în care clavicula oscilează ca o balanță cu  brațe  inegale  în  plan  orizontal.  Extremitatea  acromială  este  împinsă  anterior,  în  timp  ce  extremitatea sternală, împreună cu discul, alunecă posterior în incizura manubriului.  Amplitudinea  de  mişcare  este  de  aproximativ  10  cm,  ceea  ce  corespunde  unei  traiectorii de 50° spre anterior descrisă de extremitatea acromială.  Articulația  acromioclaviculară  răspunde  printr‐o  modificare  complexă,  necesară  adaptării feței anterioare a scapulei la profilul eliptic al peretelui toracic. La aceasta, trebuie  adăugat  faptul  că  în  timpul  mişcării  de  proiecție  înainte  a  umărului,  scapula  efectuează  concomitent  şi  o  mişcare  de  rotație  înainte,  ceea  ce  solicită  articulația  acromioclaviculară  după cele trei axe de mişcare. Unghiul dintre claviculă şi scapulă se micşorează.  Factorii frenatori ai mişcării sunt reprezentați de ligamentul sternoclavicular anterior  şi  lama  posterioară  a  ligamentului  costolavicular,  ca  elemente  pasive  şi  de  musculatura  antagonistă, ca element activ.    Agenții motori sunt reprezentați de:    a. m. dințat anterior ‐ inervat de n.toracic lung;   b. m. pectoral mare, indirect ‐ inervat de n.pectoral lateral;   c. m. pectoral mic ‐ inervat de n. pectoral medial;  d. m. ridicător al scapulei ‐ inervat de n.dorsal al scapulei;  Pentru  tendința  de  ridicare  a  unghiului  inferior  al  scapulei  de  pe  peretele  toracic,  fibrele  superioare  ale  muşchiului  dorsal  mare  acționează  pe  acesta  ca  o  chingă  fixatoare.  Mişcarea  de  protracție  este  echivalentă  cu  o  mişcare  de  abducție  în  articulația  scapulo‐ toracică .     B. Mişcarea de proiecție înapoi a umărului    Aceasta mişcare mai este denumită şi "re‐tracție" şi presupune inversarea mişcărilor  de  balanță  ale  claviculei,  față  de  acelaşi  ax  vertical.  Sunt  tensionate  ligamentul  sternoclavicular posterior şi lama anterioară a ligamentului costoclavicular. Amplitudinea de  mişcare este de 3 cm. Unghiul dintre claviculă şi scapulă se măreşte.    Agenții motori sunt reprezentaji de:   a. m. trapez ‐ cu toate cele trei porțiuni inervat de plexul accesoriu cervical;  b. m. romboizi mare şi mic ‐ inervați de n.dorsal al scapulei;   c. m. marele dorsal ‐ indirect inervat de n.toraco‐dorsal.  Mişcarea de retracție este echivalentă cu o mişcare de adducție în articulația scapulo‐ toracică.    3. Mişcarea de circumducție    Asociază  cele  două  tipuri  de  mişcări  precedente  în  succesiune,  în  aşa  fel  încât  clavicula  descrie  în  spațiu  două  conuri  imaginare  ale  căror  vârfuri  se  întâlnesc  la  nivelul  pivotului,  reprezentat  de  ligamentul  costoclavicular.  Elipsa  descrisă  de  extremitatea  acromială  a  claviculei  constituie  baza  conului  lateral.  Ea  antrenează  sau  este  antrenată  de  scapulă în cursul mişcărilor complexe realizate de centură. 

 

72

  4. Mişcările de rotație ale scapulei    Una  dintre  cele  mai  importante  şi  cele  mai  specifice  mişcări  realizate  în  articulația  sca‐pulotoracică este mişcarea de rotație înainte a scapulei, numită şi "mişcare de basculă".  Acesta este rezultatul unor mişcări complexe de rotație şi de translație efectuate de scapulă  pe  peretele  posterolateral  al  cutiei  toracice,  după  un  ax  de  compromis,  care  rezultă  din  compunerea mişcărilor dirijate de cele trei axe principale ale articulației acromio‐claviculare.  Bascula  reorientează  direcția  cavității  glenoide  în  sus  şi  înainte,  acesta  reprezentând  mecanismul prin care se obține mişcarea de ridicare a brațelor deasupra planului capului. La  sfârşitul  mişcării  de  basculă,  scapula  s‐a  rotat  astfel  că  unghiul  ei  inferior  priveşte  lateral  după ce a descris un arc de 60°, iar planul frontal inițial al scapulei s‐a translatat pe peretele  toracic  anteolateral,  ajungând  într‐o  poziție  înclinată  cu  40°  față  de  planul  inițial  (planul  scapulei).    5.  Mişcarea de basculă necesită cooperarea a două articulații:    a.  Articulația  sternoclaviculară  care  permite  ridicarea  extremității  acromioclaviculare  a  claviculei şi apoi rotația axială a acesteia  b.  Articulația  acromioclaviculară  care  gradează  şi  adaptează  mişcările  scapulei  pe  curbura  peretelui  toracic,  în  special  în  primele  30°  de  abducție  a  axului.  Axul  de  compromise  al  mişcării este situat în apropierea unghiului lateral al scapulei (Kapandji).  Agenții motori ai acestei mişcări formează un cuplu basculant şi sunt reprezentați de  m.  trapez, porțiunea descendentă (inervat de plexul accesoriu cervical), care trăgând de  spina  scapulei,  rotează  lateral,  şi  m.  dințat  anterior  care  mobilizează  marginea  medială  a  scapulei spre înainte. La sfârşitul mişcării de basculă, fosa subscapulară se aşează pe peretele  lateral  al  toracelui,  după  ce  unghiul  inferior  a  efectuat  o  deplasare  laterală  de  12  cm.  Ca  agent  motor  auxiliar  poate  fi  considerată  porțiunea  ascendentă  a  m.  trapez,  care  poate  mobiliza extremitatea medială a spinei spre inferior, favorizând rotația.  Revenirea  din  mişcarea  de  basculă  se  realizează  de  obicei  pasiv,  sub  acțiunea  greutății  membrului  superior.  Mişcarea  poate  fi  activată  de  un  "cuplu  de‐basculant",  reprezentat  de  m.  ridicător  al  scapulei  şi  m.  pectoral  mic,  la  care  se  adaugă  acțiunea  mm.  romboizi.  Debascularea,  ca  mişcare  gravitațională  se  realizează  sub  controlul  cuplului  basculant.  Mişcarea  de  basculă,  ca  mişcare  complexă  a  oaselor  centurii  scapulare,  cu  un  singur punct de sprijin pe scheletul axial, prin capătul medial al claviculei a fost comparată de  Dumas şi Renault cu oscilația unui săritor cu prăjina. 

4.6 CINEMATICA ARTICULAŢIEI SCAPULOHUMERALE  Cea mai mobilă articulație din organism, articulația scapulohumerală funcționează ca  o diartroză sferoidală cu conducere musculară.  Mişcările umărului sunt definite printr‐o serie de termeni specifici.    1.  Ridicarea  brațului  este  mişcarea  pe  care  o  face  brațul  îndepărtându‐se  în  orice  plan. Ea se măsoară în grade față de verticală (Fig. 33, 34). Ridicarea se clasifică după planul  în care se realizează mişcarea în:  a.  flexie ‐ este ridicarea în plan sagital înainte  b. abducție ‐ este ridicarea în plan frontal 

 

73

c. scaptație ‐ se referă la ridicarea brațului în planul scapulei situat cu 40° anterior de  planul frontal.  Amplitudinea  maximă  de  mişcare  este,  teoretic,  de  180°,  dar  media  măsurată  la  bărbați  a  fost  de  168°,  iar  pentru  femei  de  175°.  Mişcarea  se  realizează  cu  contribuția  humerusului  şi  scapulei,  dar  cele  două  oase  nu  se  mişcă  sincron:  există  un  decalaj  de  30°  între  începutul  mişcării  glenohumerale  şi  mişcarea  scapulotoracică  (decalaj  scapular)  şi  o  predominență  humerală  la  sfârşitul  mişcării  de  ridicare.  Atât  flexia  cât  şi  abducția  au  ca  punct  final  plasarea  brațului  deasupra  capului  în  aceeaşi  poziție,  cu  epicondilul  medial  privind înainte.     Flexia se realizează ca o mişcare de ridicare simplă, dar abducția presupune rotația  externă  a  humerusului,  pentru  a  preveni  contactul  dintre  tuberculul  mare  şi  arcul  coracoacromial. Această rotație externă aduce epicondilul medial în poziție anterioară.          Extensia ‐ este ridicarea în plan sagital înapoi.  Ea este posibilă pe o amplitudine de 60°.      Fig. 33 – Flexia – extensia brațului în raport   cu planul corpului (considerat de referință)          Fig. 34 – Sistemul de axe ale membrului superior în  mişcare, raportat la axele corpului, luat ca sistem de referință (fix)    2.  Coborârea  brațului  este  mişcarea  de  readucere  a  brațului  la  corp.  Ea  este  limitată  de  contactul  brațului  cu  corpul.   3. Flexia orizontală  este  considerată  mişcarea  brațului  în  plan  orizontal  spre  înainte.  Ea  se  poate  realiza cu o amplitudine de  135°.  4.  Extensia  orizontală  este  mişcarea  orizontală  a  brațului  spre  înapoi,  efectuată  pe  o  amplitudine de 45°.  5.  Rotațiile  se 

 

74

desfăşoară față de axul diafizei humerale. Amplitudinea rotației externe sau interne depinde  de poziția brațului. În poziție de abducție la 90° a brațului, rotația externă şi internă prezintă  amplitudini egale de mişcare la 90° fiecare. Cu brațul atârnând de‐a lungul corpului, rotația  externă întrece rotația internă cu 108° față de 71°.  Structura articulației scapulo‐humerale  Din analiza structurii anatomice rezultă că mobilitatea remarcabilă este obținută cu  prețul  reducerii  securității  articulare.  Următorii  factori  contribuie  la  preponderența  mobilității față de stabilitate:  1. Lipsa de proporționalitate a suprafețelor articulare  a)  Cavitatea  glenoidă  este  foarte  puțin  concavă,  în  formă  de  pară,  cu  baza  aşezată  inferior. Capul humeral reprezintă aproape o jumătate de sferă cu raza de 35‐55 mm;  b) Diametrul vertical al cavității glenoide este 75% din diametrul capului humeral, iar  diametrul orizontal este de 60%. Suprafața cavității glenoide este o treime până la o pătrime  din aceea a capului humeral (Kent). Numai 35% din capul humeral realizează contact osos cu  cavitatea glenoidă.  c) Suprafața articulară a capului humeral formează un unghi de 135° cu diafiza şi este  retroversată cu 30° față de axul condilului humeral. Cavitatea glenoidă este în mod normal  retroversată  (7,4  grade  în  medie)  în  75%  din  cazuri,  dar  poate  fi  şi  perpendiculară  sau  anteversată față de suprafața scapulei.    2. Laxitatea sistemului capsuloligamentar Capsula şi ligamentele articulare sunt con‐ siderate  stabilizatori  statici  ai  unei  articulații.  La  nivelul  umărului,  capsula  este  o  structură  subțire care închide un volum de aproximativ două ori dimensiunea capului humeral pentru  a  putea  favoriza  mobilitatea.  Ligamentele  glenohumerale  sunt  considerate  îngroşări  anterioare  ale  capsulei,  fără  să  ofere  o  securitate  articulară,  cu  excepția  subluxației  anterioare şi inferioare.  3. Flexibilitatea cavității de recepție articulară. Cavitatea glenoidă este înconjurată la  periferie  de  rama  fibrocartilaginoasă  a  labrumului  glenoidal  din  structura  căruia  fac  parte  tendonul capului lung al bicepsului brahial şi inserția medială a ligamentelor glenohumerale.  Labrul  glenoidal  nu  adânceşte  efectiv  suprafața  concavă  a  cavității  glenoide,  ci  îi  oferă  o  extensie  flexibilă  care  favorizează  mişcările  capului  humeral.  În  final,  cavitatea  de  recepție  flexibilă  permite  o  amplitudine  mare  de  mişcare,  absoarbe  şocurile  din  timpul  mişcărilor  agresive  cu  impact,  dar  micşorând  contactul  suprafețelor  osoase  favorizează  apariția  instabilității articulare.  Practica  traumatologică  a  dovedit  că  dislocările  scapulohumerale  sunt  mai  puțin  frecvente  decât  fracturile  umărului.  Aceasta  presupune  funcționarea  unor  mecanisme  de  protecție care să asigure stabilitatea articulară. După Saha următorii factori sunt responsabili  de stabilitatea glenohumerală:  a.  O  cavitate  glenoidă  cu  o  suprafață  normală  ‐  se  consideră  că  un  raport  glenoidă/cap  humeral  mai  mic  de  0,75  în  direcție  verticală  şi  mai  mic  de  0,57  în  direcție  orizontală,  defineşte  o  cavitate  glenoidă  hipoplazică  (insuficient  dezvoltată)  şi  o  articulație  instabilă;  b. Înclinarea posterioară a cavității glenoide ‐ se consideră că orientarea anterioară  a  cavității  glenoide  (ca  variantă  anatomică)  favorizează  instabilitatea  articulară.  Incidența  acesteia este de 27% la populația normală;  c. Un cap humeral retroversat;  d. O capsulă articulară şi un labrum glenoidal intacte. Rezistența capsulei articulare  scade  cu  vârsta.  Tinerii  cu  instabilitate  de  umăr  prezintă  mai  frecvent  o  desprindere  a 

75

 

labrumului de pe marginea cavității glenoide iar persoanele vârstnice, rupturi sau elongații  capsulare.  e. O coordonare musculară normală între muşchii subscapular şi infraspinos, care să  permită controlul anteroposterior al poziției capului humeral;    Primii  patru  factori  fac  parte  din  mecanismul  de  stabilizare  statică  a  articulației  umărului. Alături de ei contribuie, în partea superioară, structura mixtă a bolții formată de  acromion şi ligamentul coracoacromial, care împiedică ascensionarea capului humeral. Bursa  subacromială  permite  alunecarea  capului  humeral  cu  coafa  rotatorie  (explicațiile  mai  departe), sub acest arc osteoligamentar.  Superficialitatea  topografică  a  articulației  sugerează  şi  contribuția  presiunii  atmosferice ca factor stabilizator al ei.    Acțiunile mecanismului de stabilizare statică ar putea fi rezumate astfel:   a) tendința  de dizlocare inferioară a capului humeral este limitată la aproximativ 3  mm prin tensionarea ligamentelor coracohumeral şi glenohumeral superior;  b)  tendința  de  dizlocare  anterioară  a  capului  humeral  prin  rotație  externă  glenohumeral  mijlociu.  Abducția  brațului  ridică,  torsionează  şi  tensionează  ligamentul  gle‐ nohumeral  inferior,  care  se  opune  astfel  la  dizlocarea  anterioară.  Complexul  glenohumeral  inferior este considerat principalul stabilizator static anterior al articulației glenohumerale;  c) tendința de dizlocare superioară este blocată de bariera arcului acromial;  d)  tendința  de  dizlocare  în  abducție  (mai  mare  de  120°)  este  limitată  de  contactul  tuber‐culului mare cu bolta osteoligamentară acromială. 

  Fig. 35. Tendoanele umărului  Din partea anterioară spre partea posterioară : subscapularul; tendonul bicepsului; supraspinosul;  infraspinosul; micul rotund. 

   

 

76

  Mecanismul  de  stabilizare  dinamică  se  realizează  prin  acțiunea  tendoanelor  muşchilor  scapulohumerali  transverşi  (Fig.  35),  care  fuzionează  cu  capsula  articulară  la  nivelul perimetrului humeral, dând naştere la formațiunea numită « coafa rotatorie » (coiful  rotatorilor, după alți autori). Deşi fiecare muşchi scapulohumeral are un rol precis, acțiunea  sinergică a tuturor muşchilor realizează stabilizarea dinamică a articulației glenohumerale  Testut  a  denumit  tendoanele  lor  aderente  la  capsula  articulara  “ligamente  active”  pentru a sublinia funcția lor de suport activ în cavitatea glenoidă flexibilă.      Alcătuirea şi funcționarea coafei rotatorilor poate fi sintetizată astfel:  a)  muşchiul  supraspinos  traversează  articulația  peste  suprafața  ei  superioară,  deasupra centrului de mişcare. Este în primul rând un muşchi abductor, dar în acelaşi timp  împinge capul humeral în jos;  b) muşchiul subscapular încrucişează articulația glenohumerală anterior. Funcția lui  principală este rotația internă, dar o parte din fibrele oblice produc o foiță inferioară, având  ca efect depresia capului humeral;  c)  muşchiul  infraspinos  se  află  pe  fața  posterioară  a  articulației.  Fibrele  lui  produc  rotație externă şi depresia capului humeral. Muşchiul rotund mic este considerat un rotator  extern secundar;  d)  muşchiul  biceps  brahial  este  considerat  un  stabilizator  articular  prin  tendonul  capului lung care prezintă un contact intim cu capul humeral, participând în acelaşi timp la  mişcările  cotului.  Funcția  de  flexie  a  cotului  rămâne  separată  de  funcția  de  abducție  în  articulația glenohumerală.  Pierderea  sinergiei  muşchilor  coafei  rotatorii  duce  la  micşorarea  forțelor  de  compresie  intraarticulară,  cu  rol  stabilizant.  Astfel,  dezechilibrul  muscular  dintre  muşchiul  subscapular  (stabilizatorul  dinamic  principal  anterior)  şi  muşchii  rotatori  externi  este  considerat o cauză a luxației recidivante de umăr (De Palma).  Stabilitatea  articulației  umărului  este  rezultatul  acțiunii  combinate  a  mecanismului  static  şi  dinamic  de  stabilizare.  O  ipoteză  interesantă  încearcă  să  ajusteze  mobilitatea  articulară  la  stabilitate  (Rowe  şi  Sakellarides):  prin  mobilitatea  ei,  scapula  este  capabilă  să  orienteze cavitatea glenoidă (în ciuda dimensiunii ei mici), în cea mai stabilă poziție față de  capul humeral, indiferent de mişcarea executată. Aceasta micşorează riscul de dizlocare, iar  forțele preluate de umăr sunt amortizate în sistemul articulației scapulotoracice.  Articulația  glenohumerală  însumează  maximum  de  grade  de  libertate,  realizând  mişcări în conformitate cu o multitudine de axe în toate cele trei planuri ale panului. Oricât  de complicate ar fi aceste mişcări, pentru fiecare plan de mişcare se descompun în trei tipuri  de mişcări de suprafața:  1.  mişcarea  de  rotație:  prin  fața  aceluiaşi  punct  de  pe  cavitatea  glenoidă,  alunecă  puncte succesive ale capului humeral;  2.  mişcarea  de  rostogolire:  puncte  diferite  de  pe  ambele  suprafețe  articulare  se  schimbă în cantități egale;  3.  mişcarea  de  translație:  punctele  de  contact  de  pe  capul  humeral  rămân  neschimbate, iar cele ale cavității glenoide alunecă peste ele.  Se consideră că în articulația glenohumerală rotația se combină cu mici procentaje de  translație  sau  rostogolire,  astfel  că  centrul  de  mişcare  articular  se  poate  deplasa  față  de  centrul  capului  humeral.  În  timpul  mişcării  de  abducție  a  brațului,  centrii  de  rotație 

 

77

instantanee se schimbă cu o medie de 6 +/‐ 2 mm față de centrul capului humeral (Poppen şi  Walker).    Biomecanica musculaturii umărului  Diartroza  glenohumerală  este  un  exemplu  tipic  de  articulație  cu  conducere  musculară. Ea este solicitată de sarcini care aproximează greutatea corpului.  Muşchii  periarticulari  ai  umărului  realizează  două  funcții:  mişcările  articulare  şi  stabilizarea  dinamică  a  articulației  glenohumerale.  Cei  14  muşchi  care  realizează  aceste  funcții  sunt  dificil  de  apreciat  ca  acțiune  individuală  sau  ca  sarcină  individuală  impusă  articulației  în  vederea  obținerii  diagramei  forțelor.  Ei  pot  fi  mai  curând  clasificați  în  patru  grupe funcționale:  1.  grupul  muşchilor  coafei  rotatorii:  subscapularul,  supraspinosul,  infraspinosul  şi  rotundul mic. Bicepsul brahial îşi adaugă opțional funcția;  2. grupul deltoid reprezentat de cele trei porțiuni: anterioară, mijlocie şi posterioară;  3. grupul muşchilor scapulari: trapez, dințat anterior, romboizi şi ridicător al scapulei;  4. grupul muşchilor axiohumerali: pectoralul mare şi latissimus dorsi.  Studiul  acțiunilor  musculare  la  nivelul  umărului  pune  în  evidență  câteva  particularități:  a)  Structura  complexului  articular  al  umărului  ca  lanț  cinematic  deschis  (scapulă,  claviculă, humerus şi articulațiile care le conectează) face ca un muşchi sau un grup muscular  să  acționeze  concomitent  în  mai  multe  articulații.  Latissimus  dorsi  care  este  un  muşchi  axiohumeral  sare  peste  şi  acționează  asupra  articulațiilor  glenohumerală,  scapulotoracică,  sternoclaviculară şi acromioclaviculară;  b)  Posibilitățile  mari  de  mişcare  ale  articulației  fac  posibilă  schimbarea  acțiunii  musculare în funcție de poziția elementelor osoase. Muşchiul biceps brahial capul lung poate  acționa  ca  un  abductor  accesor  dacă  articulația  glenohumerală  este  poziționată  în  rotație  externă. Dacă humerusul a fost inițial rotat intern, acțiunea de abducție nu mai este posibilă;  c)  Datorită  lipsei  de  stabilitate  rigidă,  un  muşchi  care  acționează  asupra  articulației  glenohumerale trebuie să fie dublat în funcția lor de alți muşchi pentru a evita producerea  unei dizlocații articulare. Din acest punct de vedere, muşchii coafei rotatorii sunt capabili să  împingă  puternic  capul  humeral  în  cavitatea  glenoidă.  Acțiunea  de  împingere  a  supraspinosului  previne  subluxația  superioară  a  capului  humeral  în  timpul  contracției  muşchiului  deltoid.  Muşchiul  subscapular  comprimă  capul  humeral  în  cavitatea  glenoidă,  îl  rotează intern şi îl împinge posterior, prevenind subluxația anterioară a umărului.  Muşchii generează, prin contracția lor, mişcare, dar şi forțele care solicită articulația:  forțele  perpendiculare  pe  suprafața  cavității  glenoide  produc  compresiune  şi  cresc  stabilitatea articulară în timp ce forțele paralele produc forfecare şi instabilitate articulară.   Acest  studiu  este  evidențiat  de  studiul  mişcării  de  ridicare  a  brațului.  Muşchiul  deltoid  este  situat  lateral  de  axul  anteroposterior  al  mişcării  de  abducție,  dar  cu  brațul  pe  lângă  corp  cele  7  subunități  funcționale  ale  lui  (Pick)  sunt  orientate  paralel  cu  diafiza  humerală. Inițierea mişcării de abducție se realizează prin activarea subunităților II şi III din  segmentul acromial al deltoidului.   La 30° de abducție, deltoidul produce o forță de forfecare de 1,73 ori mai mare față  de  forța  de  compresiune  din  articulație.  În  consecință  apare  tendința  de  subluxație  superioară a capului humeral, care necesită intervenția sinergică a muşchiului supraspinos.  Prin acțiunea acestuia, forța predominantă din articulație devine compresiunea (de 2,73 ori 

 

78

mai mare decât forfecarea), articulația se stabilizează şi cuplul de rotație continuă mişcarea  de abducție (Fig. 36).   După DeLuca şi Forrest, în timpul mişcării de abducție devin activi electromiografic în  afară  de  deltoid,  muşchii  pectoral  mare,  porțiunea  claviculară,  supraspinos,  infraspinos,  subscapular,  trapezul  descendent  şi  orizontal,  dințatul  anterior  şi  romboizii.  Acest  studiu  confirmă existența sinergismului dintre deltoid şi coafa rotatorie. Pentru o abducție de 90°,  deltoidul devine orizontal şi raportul de forțe forfecare/compresie se inversează (F/C = 0,70)  .  În  timpul  flexiei,  acțiunea  subunităților  anterioare  ale  deltoidului  crează  o  forță  orizontală  de  forfecare  direcționată  posterior,  care  necesită  intervenția  muşchiului  infraspinos pentru neutralizare. În timpul abducției, partea posterioară a deltoidului împinge  anterior capul humeral printr‐o forță de forfecare care trebuie neutralizată de subscapular.    Conceptul sinergiei obligatorii deltoid/coafa rotatorie este contrazis de posibilitatea  executării  abducției  deasupra  nivelului  orizontal  în  paraliziile  de  deltoid  sau  supraspinos  (paraliziile  plexului  brahial  superior).  Această  situație  a  fost  verificată  experimental  prin  blocurile anestezice selective pentru nervul axilar sau supraspinos. În ciuda faptului ca forța  de  ridicare  a  brațului  peste  orizontală  a  scăzut  cu  50%,  mişcarea  s‐a  realizat  pe  toată  amplitudinea ei în absența sinergiei musculare discutate.  Aceasta sugerează posibilitățile de compensare existente, sub forma agenților motori  accesori.               FIG. 36  Mecanismul sinergiei  deltoid/coafa rotatorie în mişcarea de ridicare a brațului 

Deltoidul poate fi substituit parțial în funcția de ridicare prin capul lung al bicepsului,  porțiunea claviculară a pectoralului mare şi muşchiul coracobrahial. 

 

79

Asemănător  supraspinosului  pot  funcționa  muşchii  subscapular  şi  rotund  mic.  După  Colachis,  în  blocul  selectiv  pentru  nervul  axilar  care  exclude  temporar  acțiunea  muşchiului  deltoid, forța de ridicare este redusă cu 35% din poziția de zero‐neutru şi scade cu 70%  în  abducție de 150°.  Acțiunea muşchilor scapulari contribuie la mişcarea de ridicare a brațului prin rotația  anterioară  a  cavității  glenoide.  Contribuția  teoretică  a  mişcării  de  basculă  în  articulația  scapulotoracică  este  de  60°.  Această  mişcare  micşorează  necesarul  de  scurtare  pe  care  ar  trebui  să‐1  facă  muşchii  glenohumerali  dacă  ar  acționa  izolați.  În  cadrul  grupului  scapular,  dominanța cuplurilor musculare de rotație variază cu tipul mişcării de ridicare:  ‐ în mişcarea de flexie este necesară poziționarea în abducție a scapulei, iar serratus  devine rotatorul primar al cavității glenoide;  ‐  în  mişcarea  de  abducție  este  necesară  poziționarea  scapulei  în  adducție,  iar  trapezul descendent devine rotatorul primar al cavității glenoide;  ‐  în  mişcarea  de  scaptație,  datorită  planului  neutru  (planul  scapulei)  în  care  se  realizează mişcarea de ridicare a brațului, se ajunge la un echilibru între primul şi al doilea  sistem de rotație. În acest plan de mişcare acțiunea musculară este mai simetrică şi nu apare  tensionarea capsulei inferioare în timpul flexiei sau abducției.            Fig.  37  Influența  brațului  asupra  efortului  muscular  în  mişcarea  de  ridicare  a  brațului          Aprecierea  solicitărilor  în  articulația  glenohumerală  este  o  problemă  complexă  care  necesită  simplificări  majore  pentru  a  obține  date estimative. Din analiza statică a  forțelor  care  acționează  în  plan  frontal  cu  brațul  ridicat  în  abducție  de  90° se poate face următorul calcul al  forței dezvoltate de deltoid:  ‐  brațul  momentului  de  rotație  muscular  este  de  30  mm  (perpendiculara  ridicată  de  pe  inserția  deltoidului  ‐  tuberozitatea  deltoidiană ‐ pe centrul de rotație glenohumeral);  ‐ brațul momentului greutății membrului superior este de 318 mm;  ‐ greutatea membrului superior este de 0,052 ori greutatea corpului.  Din  condiția  de  echilibru  în  care  suma  momentelor  forțelor  este  egală  cu  zero,  deducem: 

80

 

D x 30 mm  = 0,052G x  318 mm unde D = 0,551G, adică forța dezvoltată de deltoid  este de 10 ori mai mare decât greutatea membrului superior, fiind echivalentă cu jumătate  din greutatea corpului (Fig. 37).  Orice mişcare desfăşurată în articulația glenohumerală îşi găseşte corespondentul în  mişcarea  unei  articulații  complementare  cu  structura  specială  numită  articulația  paralelă  subacromială sau cea de a doua articulație a umărului.   Între arcul osteofibros coracoacromial (fornix) şi capul humeral se formează un spațiu  subacromial în care se află bursa subacromială. Mai lateral, între fața profundă a muşchiului  deltoid şi capul humeral cu tendoanele de inserție ale muşchilor supraspinos şi infraspinos se  afla  o  bursă  subdeltoidiană.  Cele  două  burse  comunică  între  ele  şi  constituie  împreună  o  adevarată  cavitate  articulară,  care  permite  alunecarea  capului  humeral  cu  tuberculul  mare  sub bolta acromială în mişcarea de abducție peste orizontală.   În  mod  normal,  în  articulația  paralelă  subacromială  nu  acționeaza  forțe  de  compresiune  între  bolta  acromio‐coracoidiană  şi  capul  humeral  acoperit  de  tendoanele  muşchilor coafei rotatorii.   Modificările  patologice  de  cauză  traumatică,  inflamatorie  sau  degenerativă  ale  acestei  articulații  (ruptura  de  coafa  rotatorie,  conflictul  dintre  tendonul  supraspinosului  şi  acromion,  calcificările  şi  bursita  retractilă)  pot  duce  la  blocarea  mişcărilor  din  articulația  glenohumerală normală (umărul înghețat).    Contribuția diferiților muşchi pe parcursul mişcărilor realizate în articulația scapulo‐ humerală poate fi urmărită şi în următoarele diagrame (Fig. 38)    Fig. 38    120   100   80   deltoid 60     40   20   0   0 30 60 90 120 150 180         120   100   80   supraspinos 60   40     20   0 0 30 60 90 120 150 180      120 100   80 60 40 20 0

m arele pectoral

0

30

60

90

120

150

180

81

 

                                       

120 100 80

subspinos

60 40 20 0 0

30

60

90

120

150

180

        120    100   80   60   40   20   0      

teres m inor

0

30

60

90

120

150

180

  Fig. 38 – Diagrame ale variației forței diferiților muşchi în timpul flexiei brațului (pe  abscisă‐ unghiul de mişcare, pe ordonată‐ forța exprimată în daN      Intervenția  musculară  în  timpul  mobilizării  articulației  scapulo‐humerale  este  rezumată în tabelul de mai jos (Tabel nr. II):      Tabel nr. II    Deltoid anterior  Deltoid mijlociu  Deltoid posterior 

Abducție  accesor  principal  ‐ 

Adducție  ‐  ‐  accesor 

Flexie 

Extensie 

principal  ‐  ‐ 

‐  ‐  accesor 

Rotație  internă  accesor  ‐  ‐ 

Rotație  externă  ‐  ‐  accesor 

82

  Supraspinos  Subspinos  Marele pectoral   (porțiunea  claviculară)  Marele pectoral   porțiunea sternală) 

principal  ‐ 

‐  ‐ 

accesor  (+90°) 

‐ 

‐ 

Coracobrahial 

‐ 

Subscapular 

‐ 

Marele dorsal  ‐  Marele rotund  ‐  Subspinos  ‐  Micul rotund  ‐  Capul lung al  accesor  bicepsului  Capul scurt al biceps  ‐  Capul  lung  al  ‐  tricepsului 

‐  ‐  principal 

principal  accesor  (+90°)  accesor  (+90°)  principal  principal  ‐  ‐ 

‐  accesor  ‐  ‐  ‐  ‐  ‐ 

‐  accesor 

‐  accesor 

accesor 

‐ 

‐  ‐ 

‐  ‐ 

‐  ‐ 

accesor 

accesor 

‐ 

principal 

accesor 

‐ 

‐ 

accesor  (retur) 

‐ 

principal 

principal  principal  ‐  ‐  ‐  ‐  accesor 

accesor  principal  ‐  ‐  ‐  accesor  ‐ 

accesor  (retur)  ‐  ‐  ‐  principal  principal  ‐  ‐  ‐ 

   

4.7 ELEMENTE DE BIOMECANICĂ A COTULUI  Articulația  cotului  reprezintă  articulația  intermediară  a  membrului  superior.  Ea  realizează  joncțiunea  dintre  braț  şi  antebraț  permițând  controlul  distanței  mâna‐corp  şi  poziționarea  mâinii  în  spațiu.  Prin  mobilizarea  acestei  articulații  se  realizează  mişcări  esențiale  ale  vieții  cotidiene  legate  de  alimentație,  igienă,  apărare,  etc.  Diviziunea  funcțională  a  acestei  articulații  face  ca  prin  mişcarea  de  flexie‐extensie  să  fie  controlată  poziția  mâinii  în  plan  sagital,  iar  prin  mişcarea  de  pronație‐supinație  să  se  realizeze  controlul în plan transversal.  Din  punct  de  vedere  anatomic,  cotul  este  o  articulație  complexă,  formată  între  extremitatea  distală  a  humerusului  cu  trohleea  şi  capitulum,  căreia  i  se  opun  extremitățile  proximale  ale  celor  două  oase  ale  antebrațului.  lau  naştere  articulațiile  humero‐ulnară,  humeroradială,  radioulnară  proximală,  care  sunt  integrate  anatomic  prin  prezența  unui  singur aparat capsulolipamentar, cu o singură cavitate articulară.  4.7.1. Cinematica articulațiilor cotului   

Articulația cotului poate fi considerată  trohoginglym  cu  două  grade  de  libertate.  Componenta  humeroulnară  este  o  balama  (ginglym)  cu  un  singur  grad  de  libertate  care  permite  realizarea  mişcărilor  angulare,  de  flexie‐extensie  față  de  un  ax  transvers  antrenând  în  mod  secundar  articulația  humeroradială.  Componenta  radioulnară  proximală  este  o  trohoidă  cu  un  singur  grad  de libertate, care permite realizarea mişcărilor  de  rotație  a  antebrațului  față  de  un  ax 

un 

 

83

longitudinal, antrenând în mod secundar tot articulația humeroradială.          Fig. 39    Funcția de flexie‐extensie a antebrațului pe braț este considerată specifică pentru ginglymul  humeroulnar (Fig. 39).   Aceasta  asigură  realizarea  mişcării  printr‐o  conducere  osoasă  tipică,  bazată  pe  angrenajul  osos realizat între trohleea humerală şi incizura trohleară a ulnei. Această conducere permite  un  control  strict  al  mişcărilor  ulnare  prin  geometria  trohleei.  Datorită  ancorajului  prin  care  radiusul  se  fixează  de  ulnă  (ligamentul  inelar,  ligamentul  colateral  lateral)  articulația  hu‐ meroradială este cuplată în paralel şi este obligată să realizeze aceleaşi mişcări ca articulația  humeroulnară.   Axul  de  mişcare  este  situat  transversal  sub  epicondili,  trecând  prin  centrul  trohleei  şi  al  capitulumului.   Acest lucru este în concordanță cu teoria articulației humeroulnare, funcționând ca o balama  uniaxială.  Morrey  şi  Chao  au  arătat  că  centrele  instantanee  de  rotație  în  timpul  flexiei‐ extensiei se distribuie variabil pe o distanță de 2‐3 mm față de acest ax.   Alți  autori  au  evidențiat  modificări  ale  axului  de  rotație,  în  special  la  extremele  mişcării de flexie‐extensie: mişcarea articulară se transformă din alunecare în rostogolire, iar  axul  de  rotație  migrează  spre  suprafețele  articulare  ale  şanțului  trohlear  şi  capitulumului.  Începutul mişcării de flexie este asociat cu o mişcare de rotație axială internă a ulnei (5°), iar  flexia maximă cu rotația ei externă.   După  Dempster,  se  adaugă  şi  o  rotație  humerală  față  de  ulnă  în  timpul  flexiei  (Fig.  40).  Aceste date sugerează că teoria balamalei uniaxiale este o simplificare mult prea severă față  de modelul mecanic real al articulației humeroulnare.   

Fig. 40  Față de poziția neutră‐zero, flexia se realizează, cu  o  amplitudine  de  150°,  iar  extensia  cotului  este  reprezentată  de  poziția  neutră‐zero  şi  dincolo  de  această  poziție  ea  nu  este  posibilă  la  un  adult.  Variabil de la individ la individ, femeile şi copii pot  realiza o hiperextensie de 15°. Mişcările de flexie‐ extensie  sunt  limitate  de  geometria  suprafețelor  articulare  şi  a  structurilor  osoase  înconjurătoare,  de factorii pasivi de stabilizare capsuloligamentari,  de  contactul  dintre  părțile  moi.  Un  mecanism  de  limitare  osoasă  specific  este  reprezentat  de  blocarea  vârfului  olecranului  în  fosa  cu  acelaşi  nume în faza terminală a extensiei.  Trohleea humerală are forma unui scripete  osos asimetric. Versantul medial al trohleei se proiectează mai jos cu 6 mm decât cel lateral,  iar  suprafața  articulară  a  procesului  coronoid  ulnar  este  oblică  (Gray).  Datorită  acestor  particularități în poziția de extensie a articulației, axul humerusului şi al ulnei nu se aşează  colinear, ci realizează un unghi deschis lateral. Aceasta dispoziție anatomică este cunoscută  sub denumirea de cubitus valgus cu valoare de 10‐15° la bărbați şi 20‐25° la femei. Deviația  în  valgus  a  antebrațului  față  de  braț  permite  ca  marginea  medială  a  antebrațului  să  nu  se  proiecteze peste coapsă în timpul mersului cu o greutate în mână (de unde şi denumirea de 

 

84

"unghi  portant").  Cubitus  valgus  se  modifică  de  la  10°  valgus  la  8°  varus  atunci  când  antebrațul trece din poziție de extensie în poziție de flexie (Morrey şi Chao).  În  poziția  de  flexie  maximă  a  cotului,  mâna  se  proiectează  spre  linia  mediană  a  corpului şi față, realizând o traiectorie utilă pentru economia energetică a organismului.  Articulația  humeroradială  este  o  articulație  de  tip  sferoid  formată  între  sfera  capitulumului humeral şi fosa capului radial. Deşi teoretic ar prezenta trei grade libertate, ea  pierde aceste posibilități prin cuplajul cu articulațiile humeroulnară şi radioulnară proximală.  Secondează  mişcările  din  aceste  articulații  în  conformitate  cu  axul  de  flexie‐extensie  care  trece prin centrul trohleei şi capitulumului, şi cu axul de pronosupinație care trece prin capul  ulnei şi capul radiusului.  Amplitudinea  mişcării  de  flexie‐extensie  este  de  140°.  Aceasta  se  poate  deduce  din  calculul valorilor angulare ale suprafețelor articulare: arcul descris de trohleea humerală este  de  330°,  cel  al  fosei  trohleare  ulnare  de  190°,  iar  diferența  este  amplitudinea  de  mişcare.  Clinic poziția de extensie maximă este notată cu 0, de la care începe măsurarea flexiei către  limita maximă de 140° (cele mai obişnuite activități cotidiene se efectuează printr‐un arc de  100°, între 40° şi 134°. Limitarea mişcării de extensie este realizată prin:  a) blocarea vârfului olecranului în fosa olecraniană;  b) tensionarea capsulei anterioare;  c) rezistența activă produsă de muşchii flexori.  Limitarea flexiei se realizează prin contactul maselor musculare din loja anterioară a  brațului  şi  antebrațului;  în  mod  activ  intervine  tricepsul  brahial.  Cotul  este  o  articulație  foarte  stabilă  prin  configurația  ei  anatomică  mai  ales  în  flexie  de  90°.  În  această  poziție  troh1eea  humerală  este  aproape complet cuprinsă  în  incizura  trohleară,  ferm  aplicate  prin  contracția  muşchiului  brahial  anterior  şi  muşchiul  triceps  brahial  posterior.  În  poziție  de  extensie,  articulația  este  mai  puțin  stabilă.  Ea  rezistă  la  acțiunea  forțelor  de  tracțiune  prin  tensionarea  ligamentelor  colaterale  şi  contracția  musculaturii  periarticulare.  Vârful  olecranului  se  poate  angrena  în  fosa  olecraniană.  Articulația  humeroradială  este  mult  mai  vulnerabilă  la  aceste  forțe,  capul  radial  se  luxează  sub  ligamentul  inelar  ca  în  sindromul  pronației  dureroase  la  copii  mici.  Stabilitatea  la  presiune  este  realizată  prin  transmiterea  transarticulară a forțelor: prin foveea capului radial spre capitulum şi prin procesul coronoid  spre trohleea humerală.  Un  rol  important  în  stabilitatea  articulară  îl  joacă  elementele  capsulo‐ ligamentare.  Ligamentul  colateral  medial  este  considerat  principalul  stabilizator  al  solicitărilor  în  valgus  mai  ales  prin  componenta anterioară oblică, în timp ce  în  partea  laterală  capsula  cu  suprafețele  articulare  asigură  rezistența  în  varus.  Când  ligamentul  colateral  medial  cedează,  compresia  în  articulația  radiohumerală  devine  mecanism  secundar  de  stabilizare  la  stresul  în  valgus.  În  timp  ce  ligamentele  colaterale  direcționează ca nişte şanțuri mişcarea în  ginglymul  articular,  prevenind  mişcările  anormale  în  plan  frontal,  membrana  interosoasă  împiedică  separarea  sau 

 

85

alunecarea longitudinală a radiusului față de ulnă.  Fig. 41    Funcția de rotație a antebrațului este consecința posibilității de a realiza mişcări de rotație  între  radius  şi  ulna.  Aceasta  implică  funcționarea  articulației  radiohumerale  cuplată  cu  articulațiile radioulnare proximală şi distală într‐o mişcare sincronă.   Axul de mişcare trece din centrul capitulumului humeral prin mijlocul foveei capului  radial,  coborând  oblic  distal  pentru  a  intersecta  procesul  stiloid  al  ulnei.  În  condiții  de  lanț  cinematic deschis, capul radiusului realizează o mişcare de rotație fără deplasare în interiorul  ligamentului inelar, în timp ce extremitatea inferioară a radiusului descrie un arc semicircular  în  jurul  capului  ulnei  (Fig  41).  Aceasta  formă  de  rotație  specifică  a  antebrațului  apare  ca  o  consecință a oblicității dintre axul anatomic al radiusului şi axul mecanic al rotației facând ca  mişcarea de rotație să contureze un con (Fig. 41)  Mişcarea de pronație este efectuată de radius care se deplasează oblic în fața ulnei, astfel că  extremitatea lui superioară rămâne lateral şi extremitatea inferioară ajunge medial de axul  ulnar. În mişcarea de supinație deplasarea se inversează şi radiusul ajunge lateral şi paralel  cu ulna.  Amplitudinea  medie  de  mişcare  este  considerată  71°  pentru  pronație  şi  81°  pentru  supinație, dar la aceasta medie de 150° se adauga şi acțiunea articulației radiocarpiene, ceea  ce permite o amplitudine totala de mişcare de 180° a mainii. Marea majoritate a activităților  vieții zilnice se realizează într‐un interval de 50° pronație până la 50° supinație.   Clasic,  se  consideră  uşoară  adducție.  Mişcarea  extremității  proximale  a  ulnei  este  neimportantă,  dar  extremitatea  distală  se  deplasează  pe  un  arc  redus,  cu  o  componentă  laterală  şi  una  de  extensie.  Central  celor  două  arcuri  ar  reprezenta  punctul  prin  care  trece  distal axul mişcării de supinație‐pronație (Kapandji).  Datorită formei imperfect circulare (ovoid) capul radial împreună cu axul mişcării se  deplasează lateral cu aproximativ 2 mm în pronație. Această deplasare laterală crează spațiu  pentru tuberozitatea radială care îşi schimbă poziția spre medial în timpul pronației (Fig. 42).  Mişcările  de  rotație  ale  antebrațului  sunt  limitate  la  extremele  lor  de  acțiune  combinată  a  ligamentelor  şi  muşchilor.  Membrana  interosoasă  nu  intervine  printr‐o  acțiune  specifică:  rolul  ei  constă  în  prevenirea  deplasării  proximale  a  radiusului  față  de  ulnă,  aşa  cum  se  întâmplă în acțiunea de împingere. Fibrele oblice din structura ei se opun deplasării distale a  radiusului  față  de  ulna,  ca  în  mişcarea  de  tracțiune.  În  poziție  de  pronație  radiusul  este  întotdeauna supus unor solicitări mai înalte decât ulna, care nu este solicitată. Căderea pe  mâna  pronată,  în  extensie  dorsală,  produce  fracturi  ale  extremității  distale  a  radiusului.  În  poziție  de  supinație  ulna  preia  o  parte  din  sarcini,  transmise  de  la  mână  prin  intermediul  complexului fibrocartilaginos triunghiular (Palmer şi Werner). Dacă mâna este prinsă pe un  obiect  fix,  membrul  superior  realizează  un  lanț  cinematic  închis.  În  aceste  condiții  este  posibilă apariția supinației şi pronației ulnei în jurul radiusului cu centrul de rotație la nivelul  articulației  glenohumerale  care  se  substituie  ginglymului  humeroulnar  în  care  nu  se  pot  realiza mişcări de rotație.        FIG.  42  Mişcările  extremității  superioare  şi  inferioare  a  radiusului  în  supinație‐ pronație   

86

 

Axa biomecanică a  antebrațului 

Mişcările extremității superioare a  Mişcările extremității superioare a  Mişcarea de con a  radiusului în jurul  radiusului în pronație  radiusului în supinație  ulnei, în supinație‐ pronație 

 

 

 

Mişcările extremității inferioare a  radiusului în pronație 

Mişcările extremității inferioare a  radiusului în supinație 

           

 

       

    4.7.2. Biomecanica musculaturii cotului    Funcția de flexie este dată de totalitatea muşchilor a căror componentă de acțiune  este  situată  anterior  de  axul  transvers  al  ginglymului  humeroulnar.  Forța  musculară  se  descompune în trei vectori caracteristici:  a)  componenta  de  oscilație  care  determină  accelerația  unghiulară  a  ulnei  (considerând humerusul fix), modificând unghiul de flexie între cele două oase;  b)componenta  transarticulară  ce  comprimă  suprafețele  articulare  asigurând  stabilitatea organului de mişcare;  c) componenta rotațională.    Muşchii  flexori  principali  sunt  considerați  muşchiul  brahial,  muşchiul  biceps  brahial,  muşchiul brahioradial. 

 

87

a)  Muşchiul  brahial  este  unicul  flexor  al  articulației  cotului  a  cărui  lungime  nu  se  schimbă în funcție de poziția de supinație sau pronație a antebrațului. Are origine la distanță  de  articulație  şi  inserția  în  imediata  vecinătate  a  ei,  pe  componenta  mobilă  ulnară.  Componenta rotațională este aproape nulă pentru brahial.    b)  Muşchiul  biceps  brahial,  cu  o  secțiune  fiziologică  mai  mare  este  un  flexor  mai  puternic  decât  brahialul.  Componenta  rotațională  bine  reprezentată  în  activitatea  lui,  influențează  ceilalți  vectori.  Astfel  bicepsul  e  un  flexor  puternic  al  cotului  cu  antebrațul  în  poziție de supinație (deci dupa ce s‐a epuizat componenta rotațională). Deasemenea poate  acționa  ca  flexor  puternic  când  antebrațul  este  în  poziție  neutră  (cu  policele  vertical),  componenta lui supinatorie fiind neutralizata de cuplul rotund pronator‐pătrat pronator.  Bicepsul  şi  brahialul  transformă  (în  timpul  flexiei)  scheletul  antebrațului  într‐o  pârghie de gradul III cu sprijin în articulația cotului. Eficiența contracției lor este caracterizată  prin  momentul  muşchiului,  adică  produsul  dintre  mărimea  forței  musculare  şi  lungimea  brațului virtual al pârghiei. Din calculul momentului se poate deduce că bicepsul şi brahialul  acționează cu un moment al brațului relativ scurt, făcând necesară o forță musculară mare  pentru  a  menține  o  greutate  în  mână.  Aceasta  generează  o  forță  de  reacție  importantă  în  articulație,  care  explică  predispoziția  spre  artroze  de  cauză  mecanică,  similare  membrului  inferior.  Pe  de  altă  parte,  doar  o  mică  modificare  de  lungime  a  muşchilor  în  timpul  contracției  este  capabilă  să  producă  deplasări  de  mare  amplitudine  a  extremității  antebrațului şi mâinii. Din acest motiv ei sunt considerați muşchi de viteză, teoretic fiind cel  mai bine adaptați la producă o mişcare accelerată de‐a lungul arcului de mişcare articular.    c) Muşchiul brahioradial este şi el un flexor puternic când antebrațul este în poziție  neutră, consecință a brațului lung de pârghie pe care o foloseşte. Spre deosebire de primii  doi  muşchi,  brahioradialul  are  originea  în  imediata  vecinătate  a  articulației,  pe  marginea  laterală  a  humerusului,  iar  inserția  pe  procesul  stiloid  al  radiusului  este  situată  la  mare  distanță de articulație. Analiza momentului muscular evidențiază existența unei forțe cu un  vector  transarticular  bine  reprezentat,  indiferent  de  poziția  articulației.  Muşchiul  brahioradial constituie un factor principal în asigurarea stabilității articulare când se exercită  forțe care tind să separe suprafețele articulare; căratul unei greutăți în mână, realizarea unor  mişcări  rapide  de  flexie‐extensie  care  generează  forțe  centrifuge  de  separate.  El  este  considerat un muşchi în derivație capabil să producă forțe centripete de stabilizare în cursul  realizării mişcărilor rapide.  Sunt  considerați  muşchi  flexori  auxialiari  sinergici,  mm.  epicondilieni  mediali  sau  laterali,  a  căror  rezultantă  de  acțiune  se  proiectează  anterior  de  axul  de  mişcare  pentru  anumite  grade  de  flexie.  Astfel  contribuie  la  acțiunea  flexorilor  principali  mm.  pronator  teres, flexor carpi radialis şi palmaris longus (dintre epicondilienii mediali) şi extensor carpi  radialis longus şi brevis (pentru muşchii epicondilieni laterali).    Agenții motori ai extensiei sunt reprezentați de muşchiul triceps brahial şi anconeus.  Extensorii principali sunt reprezentați de cele două capete scurte ale tricepsului, lucrând ca  muşchi monoarticulari. În timp ce capul medial este activ în toate formele de extensie, capul  lateral intervine mai ales în mişcările contra unei rezistențe. Capătul lung acționează eficient  când, cu brațul proiectat înainte se realizează extensia articulației cotului (lovitura tăietorului  de  lemne)  sau  când  vrem  să  împingem  un  corp  greu  înainte.  Când  greutatea  corpului  este  susținută  în  mâini,  cu  articulația  cotului  semiflectată,  membrul  superior  devine  lanț  cinematic închis, iar olecranul se transformă în hipomochlion, facilitând acțiunea de extensie 

 

88

a tricepsului. Pauly demonstrează electromiografic că muşchiul anconeus este activ în fazele  de  inițiere  a  extensiei  articulare,  de  menținere  a  ei  şi  de  stabilizare  articulară  în  cursul  realizării altor mişcări. Mişcarea de extensie a articulației cotului în ortostatism se desfăşoară  pasiv,  prin  acțiunea  forței  gravitaționale.  Controlul  acestei  mişcări  este  realizat  prin  contracția excentrică a muşchilor flexori din loja anterioară a brațului.  Contracția  izometrică‐sinergică  a  muşchilor  flexori  şi  extensori  fixează  articulția  cotului  intr‐o  poziție  dată,  permițând  realizarea  altei  rnişcări,  ulterior  (o  supinație  forțată)  sau  transformarea  membrului  superior  într‐un  sistem  eficient  de transport al greutăților (Pauwels).  Mărimea  şi  direcția  forțelor  care  acționează  la  nivelul  cotului  pot  fi  determinate  relativ  uşor  pe  modele  statice.  Muşchii flexori acționează printr‐un braț al momentului relativ  scurt,  necesitând  dezvoltarea  unor  forțe  mari  pentru  o  greutate  în  mână  cu  cotul  în  flexie  (!!).  Ca  o  consecință,  forța  de  reacție  articulară  este  mare,  ceea  ce  explica  predispoziția  articulației pentru boli degenerative de cauză mecanică.       Fig. 43        Pentru  articulația  cotului  în  flexie  de  90°,  principala  forță  musculară  M  este  produsă  prin  contracția  muşchiului  brahial  şi  bicepsului  brahial.  Ea  acționează  perpendicular  pe  axul antebrațului, cu o distanță între centrul de rotație al cotului şi punctul de acțiune de 5  cm. Greutatea antebrațului W este de 2 Kg proiectată în centrul de greutate situat la 13 cm  de articulație.  Prin  contrast  dacă  o  greutate  de  IKg  este  ținută  în  mână  (acționând  pe  un  braț  de  pârghie  de  30  cm)  forța  M  necesară  pentru  menținere  creşte  brusc  la  10  N,  iar  forța  de  reacție  articulară  ajunge  la  20  N  (Fig.  43).  Caracteristic  pentru  articulație  este  faptul  că  sarcini relativ mici la nivelul mâinii generează forțe de reacție mari în articulație.  După Nicole, forțele dezvoltate în articulația cotului în timpul activităților vieții zilnice  sunt în medie de 200 N pentru mâncat şi îmbrăcat. Activitățile mai susținute ca împingerea  unui obiect greu pot duce la o creştere a forței de reacție articulară până la 1700N. Aceasta  face  ca  din  punct  de  vedere  mecanic,  articulația  cotului  să  fie  mai  aproape  de  articulațiile  membrului inferior.   

4.8 BIOMECANICA MÂINII  Articulațiile  mâinii  constituie,  din  punct  de  vedere  morfologic,  entități  anatomice  separate,  dar  mişcările  lor  pot  fi  studiate  în  ansamblu  atât  pentru  că  fac  parte  din  acelaşi  mecanism funcțional, cât şi pentru că sunt puse în mişcare de aceleaşi grupe musculare. Ele  sunt  cunoscute  în  clinică  drept  mişcări  ale  pumnului,  fiind  considerate  rezultatul  sumației  mişcărilor  articulațiilor  intercarpiene  între  ele  şi  față  de  extremitatea  distală  a  radiusului.  Participarea articulațiilor carpometacarpiene şi intermetacarpiene este mult mai mică. 

 

89

4.8.1. Cinematica mâinii    Articulațiile  mâinii  sunt  limitate  proximal  de  articulația  carpului,  cu  oasele  antebrațului, iar distal de articulația carpului, cu bazele metacarpienelor. Ele funcționează ca  un  lanț  cinematic  care  face  ajustarea  finală  a  poziției  față  de  restul  membrului  superior.  Pentru mişcările de amplitudine pe care le pot realiza, articulațiile mâinii prezintă suficient  de  multă  stabilitate  pentru  a  suporta  greutatea  întregului  corp.      Fig.  44  Axul  de  mişcare  pentru flexie‐extensie              Articulația radiocarpiană este de tip elipsoidal cu posibilități de mişcare față de două  axe  principale.  Articulația  mediocarpiană  corespunde  unui  sistem  de  două  articulații  asamblate în serie beneficiind de două grade de libertate.  Flexia palmară şi extensia dorsală  Pornind  de  la  poziția  neutră  zero, mâna  poate  fi  flectata palmar,  sau  extinsă  dorsal  față  de  un  ax  de  mişcare  transvers  (Fig.  44,  45)  şi  abdusă  radial  sau  ulnar  față  de  un  ax  dorsopalmar (Fig. 46) .   Centrele  de  mişcare  şi  locul  de  intersecție  ale celor  două  axe  sunt  situate  la  nivelul  capului osului capital, axul transvers fiind situat mai proximal.         Față de poziția neutră, se poate realiza o extensie dorsală de 35 ‐ 60° cu un maximum până  la  80°  şi  o  flexie  palmară  de  50‐60°,  cu  un  maximum  de  85°.  În  realizarea  flexiei  maxime,  aproximativ  2/  3  din  mişcare  se  desfăşoară  în  articulația  radiocarpiană  şi  1/3  în  articulația  mediocarpiană (Fig. 46).                     Fig. 45  În  extensie,  raporturile  se  inversează  între  mişcările  de  amplitudine  obişnuită,  flexia  şi  extensia  se  desfăşoară  cu  amplitudini  aproape  egal  distribuite  în  ambele articulații.             În  explicarea  diferențelor  de  repartiție a mişcărilor trebuie ținut cont de  faptul că rândul proximal de oase carpiene  nu  prezintă  inserții  musculare  sau  tendinoase,  astfel  că  arcul  de  flexie‐ extemie  depinde  doar  de  geometria 

 

90

suprafețelor articulare şi de gradul de constrângere ligamentară.             Fig. 46                                     Este  posibil  ca  orientarea  volară  (11°)  a  suprafeței  articulare  a  radiusului  şi  diferențele  de  tensiune  capsuloligamentară  palmară  şi  dorsală  să  contribuie  la  apariția  acestor  diferențe.  Exprimând  mişcările  de  flexie‐extensie  prin  rotația  unui  rând  de  oase  carpiene față de altul, în flexia palmară se realizează rotația volară a rândului proximal față  de radius cu 45‐50°, iar a celui distal cu 30‐35°.  Extensia  dorsală  se  efectuează  prin  rotația  inversă  a  rândului  proximal  cu  35°  şi  a  rândului distal de oase carpiene până la 50°.  A  doua  categorie  importantă  de  mişcări  este  reprezentată  de  abducția  (deviația)  radială şi ulnară.            Fig. 47 Axul de mişcare pentru  abducție‐adducțle    Axul  de  mişcare  (Fig.  47)  este  orientat dorsopalmar şi trece prin capul  osului  capital,  iar  amplitudinea  de  mişcare față de poziția neutră‐zero este de 25‐30° pentru abducția radială şi 30‐40° pentru  abducția ulnară. Mişcările de deviație radială şi ulnară sunt mişcări complexe în care se pot  evidenția cel puțin trei componente:  a) mişcarea de translație față de axul dorsopalmar în care rândul proximal de oase  carpiene alunecă ulnar în deviația radială şi radial în deviația ulnară. Oasele rândului distal  carpian se mişcă sinergic cu direcția deviației.  b)  mişcarea  de  alunecare  față  de  un  ax  transvers,  care  face  ca  rândul  proximal  de  oase  carpiene  să  se  deplaseze  spre  palmar,  în  deviație  radială  şi  spre  dorsal,  în  deviație  ulnară. Rândul distal alunecă în direcție opusă;  c)  mişcarea de  rotație  față  de  un ax  longitudinal  care  trece  prin coloana  centrală a  osului semilunar, capital şi metacarpian III. Față de acest ax, abducția radială este însoțită de  o uşoară pronație, iar abducția ulnară, de o uşoară supinație.  Deşi apar modificări complexe de poziție ale carpului în cursul mişcărilor de abducție,  acestea  respectă  principiul  raportului  de  înălțime  carpian:  distanța  dintre  baza  metacarpianului III şi suprafața articulară a radiusului raportată la înălțimea metacarpianului  III rămâne constantă, cu o valoare de 0,54 +/‐ 0,03 pentru o mână normală (Fig. 47).  Rândul proximal de oase carpiene este complet lipsit de inserții tendinoase: muşchiul  flexor ulnar al carpului se inseră pe pisiform, dar funcțional îşi exercită acțiunea pe osul cu  cârlig,  prin  intermediul  ligamentului  pisohamat.  Aceasta  particularitate  anatomică  face  ca  orice  contracție  a  unui  muşchi  motor  al  carpului,  al  cărui  tendon  traversează  articulațiile  mâinii,  să  producă  un  moment  rotațional  de  flexie  ‐  extensie  sau  deviație  radio‐ulnară,  în  funcție  de  poziția  lui  față  de  capul  osului  capital.  Momentele  de  rotație  vor  produce  mişcarea  totdeauna  la  nivelul  rândului  carpian  distal.  Oasele  rândului  proximal  vor  începe  mişcarea  mai  târziu,  sub  influența  tensiunii  generate  de  ligamentele  articulației  radio‐ carpiene sau a forței de compresiune produsă de rândul distal carpian. 

 

91

  Oasele rândului proximal al carpului se comportă ca o unitate funcțională, deşi este  format  din  individualități  anatomice.  El  realizează  un  segment  intercalat  între  oasele  rândului distal şi radius. Prezența ligamentelor intrinseci, cu o tensiune ligamentară mai mică  decât la nivelul rândului carpian distal, permite apariția unei mişcări angulare între cele trei  componente. Astfel de la poziția de flexie spre extensie, scafoidul execută o rotație de 80°  față  de  radius,  în  timp  ce  semilunarul  se  roteşte  58°,  iar  piramidalul  71°  (Ruby).  Razele  diferite de curbură ale suprafețelor articulare proximale pot explica rotația angulară diferită,  deci contribuția diferită la realizarea mişcării.    Oasele rândului distal al carpului pot fi considerate o structura mai rigidă decât cele  proximale  formând  o  a  doua  unitate  funcțională  a  carpului.  Tensiunea  mai  mare  a  ligamentelor  intrinseci  face  ca  mişcările  angulare  dintre  componente  să  fie  mai  mici.  De  la  flexie  spre  extensie  apar  9°  de  rotație  în  articulația  hamato‐capitată,  6°  în  articulația  capitato‐trapezoidală  şi  12°  în  articulația  trapezotrapezoidală.  Această  mobilitate  scazută  distorsionează foarte puțin geometria canalului carpian.  În  timpul  deviației  radiale  sau  ulnare  a  mâinii  mişcarea  de  flexie‐extensie  este  mecanismul  adaptativ  prin  care  rândul  de  oase  carpiene  proximale  este  capabil  să  umple  într‐o  modalitate  congruentă,  spațiul  în  continuă  modificare  dintre  rândul  distal  carpian  şi  radius.  Articulațiile  mâinii  sunt  limitate  proximal  de  articulația  carpului,  cu  oasele  antebrațului, iar distal de articulația carpului, cu bazele metacarpienelor. Ele funcționează ca  un  lanț  cinematic  care  face  ajustarea  finală  a  poziției  față  de  restul  membrului  superior.  Pentru mişcările de amplitudine pe care le pot realiza, articulațiile mâinii prezintă suficient  de multă stabilitate pentru a suporta greutatea întregului corp.    Articulația radiocarpiană este de tip elipsoidal cu posibilități de mişcare față de două  axe principale.     Articulația  mediocarpiană  corespunde  unui  sistem  de  două  articulații  asamblate  în  serie beneficiind de două grade de libertate.  Pornind  de  la  poziția  neutră  zero, mâna  poate  fi  flectata palmar,  sau  extinsă  dorsal  față  de  un  ax  de  mişcare  transvers  şi  abdusă  radial  sau  ulnar  față  de  un  ax  dorsopalmar.  Centrele de mişcare şi locul de intersecție ale celor două axe sunt situate la nivelul capului  osului capital, axul transvers fiind situat mai proximal. Față de poziția neutră, se poate realiza  o extensie dorsală de 35 ‐ 60° cu un maximum până la 80° şi o flexie palmară de 50‐60°, cu  un maximum de 85°. În realizarea flexiei maxime, aproximativ 2/ 3 din mişcare se desfăşoară  în  articulația  radiocarpiană  şi  1/3  în  articulația  mediocarpiană.  În  extensie,  raporturile  se  inversează  între  mişcările  de  amplitudine  obişnuită,  flexia  şi  extensia  se  desfaşoară  cu  amplitudini  aproape  egal  distribuite  în  ambele  articulații.  În  explicarea  diferențelor  de  repartiție  a  mişcărilor  trebuie  ținut  cont  de  faptul  că  rândul  proximal  de  oase  carpiene  nu  prezintă inserții musculare sau tendinoase, astfel că arcul de flexie‐extemie depinde doar de  geometria  suprafețelor  articulare  şi  de  gradul  de  constrângere  ligamentară.  Este  posibil  ca  orientarea  volară  (11°)  a  suprafeței  articulare  a  radiusului  şi  diferențele  de  tensiune  capsuloligamentară palmară şi dorsală să contribuie la apariția acestor diferențe. Exprimând  mişcările  de  flexie‐extensie  prin  rotația  unui  rând  de  oase  carpiene  față  de  altul,  în  flexia  palmară se realizează rotația volară a rândului proximal față de radius cu 45‐50°, iar a celui  distal cu 30‐35°. 

92

 

      4.8.2. Prehensiunea   

Mâna  este  segmentul  terminal  al  membrului  superior,  capabilă  să  realizeze  o  gamă  largă  de  mişcări.  Extero‐  şi  proprioceptorii  mâinii  analizează  calitățile  obiectului  pe  care  le  transmit centrilor nervoşi, care controlează mişcările mâinii pe tot parcursul desfăşurării lor.  Mâna este adaptată pentru mişcările de apucat şi strâns, dar are şi posibilitatea altor mişcări  secundare de împingere, lovire, manipulare şi susținere a unor greutăți.  Mişcarea de prehensiune presupune capacitatea mâinii de a apuca obiecte, ca într‐o  pensă cu două brațe rigide, cu articulații mobile care să permită deschiderea şi închiderea lor  sub acțiunea unui aparat musculoligamentar.  După modalitatea de utilizare a degetelor şi suprafețelor palmei se diferențiază mai  multe forme de prehensiune:    a)  de  precizie  (de  finețe)  care  utilizează  o  pensă  terminală,  cu  care  sunt  prinse  obiectele uşoare. Există o pensă bidigitală între police şi index, în flexie (prinderea unui ac ‐  pensa scurtă) sau în extensie (pensa lungă), tridigitală, ca şi prinderea unui arcuş de vioară.    Pensa bidigitală cu priză laterală este utilizată între police şi fața laterală a indexului  (prinderea cheilor), iar pensa interdigitală realizează priza prin adducție a unui obiect uşor  (țigară, foaie de hartie, etc).    Pensa tridigitală implică priza între partea falangiană distală a trei degete (Fig. 48).  Utilizarea  acesteia  este  frecventă,  de  exemplu,  în  susținerea  şi  manipularea  obiectelor  de  scris,  atunci  când  implică  intervenția  feței  laterale  a  degetului  mijlociu,  ca  element  de  susținere.  Un  alt  exemplu  de  pensă  tridigitală  simetrică  este  acela  care  permite  apucarea  hranei.  Prehensiunea  de  precizie  utilizează  muşchii  mici  intrinseci  ai  mâinii  prevăzuți  cu  unități  motorii mici, capabili să producaă mişcări de finețe.    Fig. 48 – Exemplu de pensă tridigitală   

93

 

    b) prehensiunea de forță foloseşte degetele fixate în jurul unui obiect, cu policele în  opoziție, realizând contrapresiunea. Aceasta este o pensă pentadigitală, prin care un obiect  cilindric poate fi apucat cu forță şi manipulat, prin mişcarea întregului membru superior.    Fig. 49   

 

 

  c) prehensiunea de tip cârlig permite suspendarea sau tracțiunea pe obiecte de tip  mâner, rarnură de copac sau stâncă permițând suspendarea corpului de obiectul apucat sau  transportul  unor  greutăți.  Cârligul  este  realizat  printr‐o  pensă  tetradigitală,  formată  de  ultimile patru degete şi regiunea distală palmară a mâinii.   

94

 

 

Cap 5  ELEMENTE DE BIOMECANICĂ A COLOANEI VERTEBRALE    Coloana  vertebrală  este  adaptată  la  poziția  de  ortostatism,  prezentând  o  structură  caracteristică.  Structura  şi  funcția  sa,  în  porțiune  superioară,  sunt  în  strânsă  interdependență  cu  structura şi funcțiile cutiei toracice. 

5.1. ELEMENTE DE ANATOMIE FUNCŢIONALĂ A COLOANEI VERTEBRALE  Coloana vertebrală formează organul axial al corpului uman, o structura heterogenă  complexă  rezultată  din  succesiunea  alternantă  a  33‐35  de  unități  rigide  ‐vertebrele‐  cu  23  unități deformabile ‐discurile intervertebrale. Ia naştere o un ansamblu de structuri osoase  (Fig. 50), care combină rezistența cu flexibilitatea, permițând o protecție maximă a măduvei  spinării  în  condțiile  unei  restricții  minime  a  mobilității.  Ca  o  adaptare  la  poziția  de  ostostatism,  coloana  vertebrală  prezintă  curburi  care  îi  cresc  de  zece  ori  rezistența  în  comparație  cu  o  coloană  rectilinie,  permit  absorbția  şocurilor  în  timpul  locomoției  şi  îi  facilitează mobilitatea în direcții preferențiale.     Fig.  50.  Structura  funcțională  a  țesutului  osos  trabecular  din vertebră    vertebră toracală       

       

 

ertebră lombară 

 

    Se  poate  considera  că  în  structura  coloanei  vertebrale  functionează  două  subansambluri (Fig. 51):    

95

 

 A.  „coloana „  corpurilor  vertebrale  şi  a  discurilor  intervertebrale,  situată  anterior  (pilierul  anterior), cu rol de suport pasiv.      B.  „coloana”  arcurilor  vertebrale,  situată  posterior  (pilierul  posterior),  cu  rol  de  suport  pentru musculatura activă paraspinală.    La joncțiunea celor două coloane ia naştere canalul vertebral cu rol de protecție a măduvei  şi a învelişului ei.    Fig. 51                                          Particularități  structurale  şi  funcționale  ale  „coloanei”  corpurilor  vertebrale  şi  discurilor  intervertebrale 

 

96

Prima particularitate este că există o geometrie individualizată a fiecărei vertebre (Fig.  50), dictată de poziția pe care o ocupă în şir. Corpul vertebrei cumulează masa osoasă prin  creşterea progresivă a dimensiunilor lui dinspre cranial spre caudal.   Această masă osoasă este reprezentată prin 35 % corticală şi 65 % os spongios, ceea  ce îi asigură rezistența mecanică necesară la :   ‐  compresiunea  statică  dată  de  greutatea  segmentelor  corporale  supraiacente  (extremitatea  cefalică  3,7%  din  greutatea  corpului,  membrele  superioare  17,7  %,  trunchi  37,6 %) şi   ‐ compresiunea dinamică a musculaturii de echilibrare.   Conform  legii  lui  Wolff,  trabeculele  țesutului  spongios  din  structura  corpului  se  orientează pe traiectoriile liniilor de efort principale, în patru sisteme: vertical, orizontal şi  două  oblice,  ultimele  realizând  intersecția  din  1/3  posterioară  a  corpului  vertebrei.  Acest  model arhitectonic determină o rezistență mecanică neuniformă, crescută în fața canalului  vertebral  (zidul  posterior  de  protecție)  şi  vulnerabilă  anterior  unde  apar  fracturile  prin  compresiune (tasare)  (Fig. 50).    A  doua  particularitate  este  modul  de  articulare  a  corpurilor  vertebrale,  syncondrotic, prin intermediul discului intervertebral şi a ligamentelor longitudinal anterior  (ancorat  pe  corpurile  vertebrale)  şi  longitudinal  posterior  (ancorat  pe  discuri),  cu  care  formează o unitate funcțională de tip simfiză intervertebrală.     A  treia  particularitate  este  că  discurile  intervertebrale  reprezintă  sistemul  de  amortizare elastică a coloanei vertebrale. Ele contribuie cu 25 % la înălțimea rahisului, fiind  mai  înalte  în  regiunea  cervicală  şi  lombară,  unde  au  un  profil  sagital  conic,  cu  baza  anterioară şi mai puțin înalte în regiunea toracală unde profilul se inversează.    Structura discurilor intervetebrale este prezentată în continuare :  Inelul  fibros  (anulus  fibrosus),  compus  din  lame  de  fibre  de  colagen  concentrice  groase de 1mm, aşezate spiral şi antispiral, cu un unghi de oblicitate de 60° între două lame  succesive, ancorate puternic de plăcile terminale ale discului intervertebral.   Deşi fibrele de colagen I din lamele externe şi fibrele de colagen II din lamele interne  sunt inextensibile, modificarea oblicității lor, sub acțiunea solicitărilor mecanice, crează un  comportament  elastic  al  discului care,  pentru  o  variație  de 1  °  a  unghiului  interlamelar,  îşi  modifică diametrul cu 0,4mm (Horton). Inelul este mai gros anterior, unde este format din  15‐20  lame  prenucleare,  față  de  7‐10  lame  situate  posterior  şi  această  structură  inegală  explică tendința nucleului de a hernia posterior, spre canalul vertebral.         

 

97

Fig. 51  Nucleul  pulpos  (nucleus  pulposus),  o  masă  sferoidală  de  țesut  gelatinos  (care  atinge  15‐20mm  diametru  în  regiunea  lombară)  situată  într‐o  cavitate  perinucleară,  încarcerată  mai  aproape  de  marginea  posterioară  a  inelului fibros.   Nucleul  este  format  din  celule  de  tip  condrocitar  într‐o  rețea  de  proteoglicani,  care  absorb  o  mare  cantitate  de  apă  (69%  din  greutatea  nucleului  la  adult).  Prin  pompa  metabolică  celulară  şi  datorită  bogăției  de  grupări  polare  ‐OH  ale  condroitin  sulfatului,  nucleul  se  îmbibă  şi  leagă  apa,  determinând  o  presiune  de  hidratare,  de  150‐250  mmHg (Charnley).   Datorită  forței  osmotice,  nucleul  nesolicitat  comprimă,  ca  un  resort,  plăcile  terminale  ale  discului  intervertebral, cu o forță de 200 N, de  exemplu,  pentru  discul  L3,  în  decubit  dorsal  (Nachemson)  şi  tensionează  lamele  inelului,  realizând  un  sistem  precomprimat  (Kapandji).  Acesta  menține  în  repaus  o  tensiune  ligamentară  constantă  şi  poziționează  articulațiile posterioare în echilibru.   În  condiții  de  încărcare  axială,  sistemul  precomprimat  acționează  inițial  ca  un  absorbant  de  energie,  ulterior  nucleul  urmând să joace, prin deformare, rolul unui distribuitor al solicitărilor (Fig. 51) mai curând  decât să transmită activ, ca o bilă, încărcarea de la o vertebră la alta (Markolf, Morris).    Particularități structurale şi funcționale ale „coloanei „ arcurilor vertebrale  Coloana arcurilor vertebrale are forma unei bolte agivale, realizată prin suprapunerea  metamerică a pediculilor şi lamelor vertebrale cu cele şapte procese vertebrale. Perechile de  procese  articulare  superioare  şi  inferioare  realizează  articulațiile  zygapofizare  (diartroze  planiforme, prevăzute cu capsulă articulară şi ligamente situate la distanță), solidarizând prin  contiguitate elementele acestei “coloane”.  

 

98

Geometria  suprafețelor  şi  structura  aparatului  fibroelastic  al  acestor  articulații  (ligamentele  galbene,  supraspinos,  interspinos,  intertransvers)  crează  axe  şi  determină  direcția,  sensul şi amplitudinea mişcărilor impuse de contracția muşchilor paravertebrali sau  de  solicitările  mecanice  externe.  Ele  sunt  transmise  prin  intermediul  pediculilor  la  coloana  anterioară,  realizând  echilibrul  intrinsec  şi  extrinsec  al  coloanei  vertebrale,  necesar  în  postura şi locomoția corpului uman.    Fig.  52 . Curburile  sagitale  ale  coloanei vertebrale 

  Din  punct  de  vedere  biomecanic,  rahisul  funcționează  ca  o  coloană  flexibilă  multisegmentată,  fixată  la  bază  de  suportul  pelvin.  În  plan  sagital  prezintă  curburi  tipic  umane  necesare  păstrării  ortostatismului,  absorbției  şocurilor  şi  creşterii  rezistenței  la  încovoiere.  Modelul  acestor  curburi  este  derivat  de  la  curbura  primară  fetală,  occipito‐ coccigiană.  Cifoza  toracală  (2)  rezultă  direct  din  modificarea  curburii  primare,  fiind  întinsă  între T2 –T12. În primele luni de viață extrauterină se conturează lordoza cervicală (1) care  evoluează  odată  cu  ridicarea  capului  copilului  şi  se  definitivează  în  ortostatism.  Se  întinde  între C1‐T2, cu apexul la C4‐C5. Lordoza lombară (3) apare când copilul stă în poziție şezândă  şi  creşte  după  ce  învață  să  meargă  (Fig.  52).  Ea  se  întinde  de  la  T12  la  joncțiunea  lombosacrată.  Cifoza  sacrată  (4)  aparține  coloanei  fixe,  întinsă  între  joncțiune  şi  vârful  coccisului, reprezentând partea caudală a curburii primare.    Fig. 53 (după P. Zellmeyer)     

 

99

O multitudine de factori influențează forma  şi  amplitudinea  curburilor  sagitale  ale  coloanei  vertebrale,  fără  ca  aceste  modificări  să  se  proiecteze  în  sfera  patologicului.  Zațepin  compara  coloana  vertebrală  cu  un  catarg  a  cărui  poziție  depinde  de  gradul  de  întindere  al  parâmelor.  O  serie  de  variante  ale  formei  pot  fi  considerate  mai  curând  adaptări  ale  echilibrului  extrinsec,  fiind  cunoscute  ca  forme  posturale  ale  coloanei  vertebrale  (Fig. 53)     Prezența  curburilor  vertebrale  conferă  coloanei  o  rezistență  crescândă  în  funcțiile  ei  statică  şi  dinamică,  demonstrându‐se  că  rezistența  unei  coloane  care  prezintă  curburi  este  proportională  cu  pătratul  numărului  curburilor plus unu (R=N2+1). (L. Şdic). Dacă  luăm  ca  unitate  de  referință  o  coloană  rectilinie,  coloana  cu  3  curburi  va  fi  de  10  ori mai rezistentă decât aceasta.  Pe  de  altă  parte,  studiile  lui  Dalmas  au  arătat  că  o  colonă  vertebrală  care  are  curburi  accentuate,  corespunde  unui  tip  funcțional  dinamic,  pe  când  o  coloana  vertebrală  care are curburi şterse, corespunde unui tip funcțional static.  După Wagenhauser acestea se încadrează în patru categorii :  1. spatele normal : verticala coborâtă prin tragus, intersectează coloana cervicală la  C6, trece anterior de coloana toracală intersectand fața anterioară vertebrei T11, ajunge pe  fața  posterioară  corpului  vertebrei  L3,  se  proiectează  în  pelvisul  mic,  înapoia  axului  articulațiilor şoldurilor şi cade în aria poligonului de susținere. Această verticală reprezintă  linia de proiecție a centrelor de greutate a segmentelor corpului. Fiind situată anterior de  axul  transvers  de  flexie‐extensie,  obligă  coloana  vertebrală  normală  la  o  flexie  anterioară  permanentă.  2.      spatele  rotund  este  o  variantă  frecventă  în  care  cifoza  toracală  se  extinde  inferior  la  primele  vertebre  lombare,  în  detrimentul  lordozei  lombare.  Este  considerată  o  adaptare la realizările muncilor fizice grele (farmers back – spatele de fermier), cu solicitări  statice mari şi de durată.  3. spatele scobit şi rotund reprezintă varianta mai puțin frecventă, în care există o  cifoză  mai  mare,  combinată  cu  o  lordoză  lombară  accentuată,  probabil  cu  rol  de  compensare a cifozei toracale.  4.  spatele  plat  prezintă  curburi  reduse,  cu  distanța  dintre  verticală  şi  coloana  toracală  micşorată.  Această  formă  posturală  favorizează  activitățile  dinamice,  iar  dupa  Staffel este implicată în apariția şi evoluția scoliozelor.  Appleton  a  evidențiat  importanța  suportului  pelvin  (pelvic  carriage)  ca  element  determinant  al  poziției  ,,catargului  vertebral",  în  care  unghiul  lombosacrat  (normal  120°‐

 

100

140°),  înclinarea  suprafeței  superioare  a  vertebrei  S1  față  de  orizontală  (normal  30°)  şi  bascula bazinului, influențează diferitele tipuri de postură.   El a arătat că se poate vorbi, din acest punct de vedere despre :  • un suport pelvin neutru corespunzător spatelui normal,   • un suport pelvin anteproiectat care determină spatele rotund şi   • un suport pelvin retroproiectat care determină spatele scobit şi rotund.  Coloana vertebrală normală este dreaptă în plan frontal, înălțându‐se perpendicular  pe un suport pelvin orizontal. Curburile evidențiate în plan frontal nu sunt atât de constante  ca  şi  cele  din  plan  sagital.  O  curbură  toracală,  cu  o  convexitate  mai  accentuată  în  plan  frontal  spre  dreapta,  este  cel  mai  frecvent  întâlnită.  Ea  ar  putea  fi  generată  de  pulsațiile  peretelui  aortei,  proiectată  asimetric  pe  jumătatea  stângă  a  coloanei  toracale,  sau  de  predominanța folosirii membrului superior drept.  Introducerea noțiunii de ,,segment de mişcare" în 1950 de către Junghans, a permis o  abordare  mai  funcțională  a  structurii  complexe  a  coloanei  vertebrale  şi  o  mai  bună  înțelegere a patologiei acesteia. Un astfel de segment este format din :   • discul intervertebral cu ligamentele longitudinale,   • articulațiile zygapofizare cu ligamentele la distanță aferente,   • metamerul  medular,  cu  perechea  de  nervi  spinali  ce  trece  prin  orificiile  intervertebrale,   • spațiul dintre procesele spinoase şi transverse.   Noțiunea  de  segment  de  mişcare  este  îmbunătățită  de Schmorl,  Schenk,  Roaf,  care  adaugă:  • structurile vertebro‐costale,   • structurile musculare şi   • structurile vasculo‐nervoase, care deservesc segmentul respectiv.   Acesta  devine  ,,segment  motor",  independent  din  punct  de  vedere  anatomic  şi  funcțional,  cu  particularități  şi  patologie  proprii.  Cu  excepția  vertebrelor  C2  şi  S1,  fiecare  vertebră  deserveşte  două  segmente  motorii  succesive,  reconstituind  unitatea  coloanei  vertebrale ca organ axial prin suprapunere de 23 de ori (Fig. 54).    În cadrul segmentului de mişcare, fiecare partener are funcții bine precizate:  1.  Corpul  vertebrei  asigură  funcția  statică,  de  transmitere  a  sarcinilor  spre  etajele  inferioare. Teoretic, fiecare segment conține câte două jumătăți de vertebră, separate prin  discul intervertebral. Prin geometria şi dimensiunile lui, influențează direcția şi amplitudinea  de  mişcare  a  segmentului.  Determină  configurația  regională  a  diferitelor  sectoare  din  strucura coloanei.  2.  Discul  intervertebral  este  considerat  elementul  determinant  al  capacității  de  mişcare  a  segmentului.  Constitue  o  legătură  elastică,  cu  rol  de  amortizor  prin  deformare.  Controlează  spațiul  intervertebral  cu  implicații  asupra  mobilității  segmentului,  tensiunii  ligamentare  necesară  stabilității  segmentului,  alinierii  articulațiilor  zygapofizare  şi  diametrului  orificiului  intervertebral.  Răspunde  la  solicitări  axiale  de  compresiune,  încovoiere sau torsiune, pe care le neutralizează sau le transmite mai departe.  3. Articulațiile zygapofizare definesc axe de mişcare şi asigură conducerea mişcărilor  în  direcții  preferențiale, diferite  de  la  segment, la  segment.  Împart  cu discul  intervertebral  transmiterea forțelor de compresiune la nivelul segmentelor inferioare.  4.  Sistemul  ligamentar  reprezintă  aparatul  pasiv  de  susținere  şi  stabilizare  a  segmentului. Rezultă din suprapunerea unei componente lungi cu rol de fixare şi integrare a  celor 23 de segmente (ligamentele longitudinale, ligamentul supraspinos) cu o componentă 

 

101

scurtă,  metamerică,  ce  deserveşte  un  singur  segment  (ligamente  galbene,  intertransverse,  interspinos).  La  acestea  se  adaugă  capsulele  perechii  de  articulații  posterioare.  Sistemul  ligamentar are rol frenator al amplitudinii de mişcare şi asigură revenirea elastică la poziția  inițială.  Realizează  în  contrapartidă,  cu  discul  intervertebral,  echilibrul  intrinsec  (EI)  al  segmentului (Steindler).                  Procesele articulare                                                                                                                                     Gaura                      Nucleul                                                          intervertebrală                pulpos        Fig. 54  Structura anatomică a segmentului de mişcare      E.I.=  Rezistența  elastică  la  tracțiune  a  ligamentelor  /  Rezistența  elastică  la  compresiune a discului  Valoarea E.I. este dată de sarcina critică la care apare dezechilibrarea unei coloane  toracolombare disecată de muşchi, fiind de aproximativ 20N (Lucas si Bresler).  5. Spațiul  dintre  procesele  spinoase  şi  transverse  determină  şi  limitează  diferite  tipuri de mişcare în funcție de particularitățile regionale ale segmentelor.   6. Nervii  spinali  împreună  cu  arterele  segmentare  care  trec  prin  orificiile  intervertebrale,  constituie  suportul  arcului  reflex,  prin  care  centrii  medulari  controlează  gradul  de  contracție  al  muşchilor  în  timpul  menținerii  unei  posturi  sau  executării  unei  mişcări.  7. Muşchii care deservesc un segment sunt muşchi autohtoni scurți inserați pe două  vertebre  adiacente:  intertransversali,  interspinoşi,  rotatori,  multifizi.  Sunt  inervați  metameric de ramura posterioară a nervului spinal corespunzător segmentului.  Sunt considerați muşchi de postură, tonici, imprimând o anumită alură segmentală,  utilă executării unei mişcări ample, produsă de un muşchi lung de forță. Prin fibrele fuzale,  muşchii asigură inervația proprioceptivă necesară reflexului miotatic.   

 

102

5.2. ELEMENTE DE BIOMECANICĂ A COLOANEI VERTEBRALE    Din  punct  de  vedere  mecanic,  segmentul  motor  îndeplineşte  două  funcții  fundamentale:  • funcția statică antigravitațională  • funcția dinamică    Funcția statică antigravitațională,     Funcție  de  susținere  şi  transmitere  a  greutății  segmentelor  corpului,  care  permite  coloanei vertebrale realizarea poziției de ortostatism.   Pentru realizarea funcției statice, segmentul de mişcare lucrează ca un sistem pârghie  de gradul I, cu brațe inegale: un braț scurt al forței, acționat de muşchii erectori spinali şi un  braț  lung,  al  proiecției  centrului  de  greutate  al  segmentului  corpului  deasupra  nivelului  considerat.   Punctul  de  sprijin  (fulcrum)  este  reprezentat  de  complexul  triarticular  format  de:  discul  intervertebral  (anterior)  şi  perechea  de  articulații  zygapofizare  (posterior),  astfel  că  pentru  fiecare  segment,  articulațiile  posterioare  sunt  perpendicular  aşezate  pe  planul  discului intervertebral (Louis) (Fig. 45).                               Fig. 45 Structura funcțională  a segmentului de mişcare  (Porțiunea  îngroşată  a  desenului  reprezintă  complexul  triarticular  cu  funcție  de  punct  de  sprijin – fulcrum ‐  pentru pârghie)    Aceasta  formă  de  pârghie  sugerează  avantajul  mecanic  negativ  al  musculaturii  extensoare, efortul susținut necesar păstrării poziției ortostatice şi explică prezența fibrelor  musculare  de  tip  roşu,  bogate  în  mioglobină  (proteină  contractilă),  capabile  să  realizeze  contracții tonice fără să obosească.   Presiunea  într‐un  disc  încărcat  în  compresiune  este  de  aproximativ  1,5  ori  sarcina  externă   aplicată pe unitatea de suprafața, repartizată 75% pe nucleu şi 25% pe inel.   Dacă proiecția centrului de greutate se depărtează de fulcrum (ca în flexia coloanei),  creşte momentul rezistenței, prin lungirea brațului de pârghie (vezi Unitatea 1). Dacă poziția  segmentului se modifică față de orizontală, apare o componentă tangențială care, pentru o  înclinare  de  45°,  transformă  50%  din  eforturile  de  compresiune  de  la  nivelul  discului,  în 

103

 

Din  acest  motiv,  sugerăm  că  dacă  musculatura  vertebrală  este  slăbită,  rolul  său  de  amortizare  în  timpul  mişcării  de  flexie  (când  acționează  prin 

Momentul de torsiune daNcm

eforturi de forfecare. Raportul brațelor de pârghie, pentru joncțiunea lombo‐sacrată, este de  1/10  în  favoarea  momentului  greutății  corpului,  iar  acțiunea  combinată  a  greutății,  echilibrată de contracția musculară, determină, la un individ cu o greutate medie, o presiune  de 174,6 kg în discul inferior lombar, în poziție şezândă (Nachemson)    Cercetări  realizate  în  cadrul  Secției  de  Kinetoterapie  (cu  sprijinul  Facultății  de  Inginerie‐ şef lucrări ing. I.C. Raveica) – Universitatea din Bacău, sub conducerea autorului,  prin  metoda  AutoCad,  prezentate  în  graficul  din  Fig.  46.,  au  pus  în  evidență  modificările  momentului  de  torsiune,  calculat  conform  formulei  G  x  d  (unde  G  reprezintă  greutatea  corpului şi d, distanța de la punctul de aplicare al forței de rezistență față de verticala „firului  cu plumb” a corpului), în funcție de deplasarea centrului de greutate față de axa verticală a  corpului.             Fig. 46  Calculul  momentului  forței  de  tasare  (compresiune)  prin  metoda  AutoCad  ‐  proiectare  asistată  de  calculator  (s‐a notat cu Mt – momentul forței  de tasare, Ft – forța de tasare)                  Fig. 47      Se  observă  că  deplasarea  Variatia momentului de torsiune centrului de greutate spre partea  cu distanta de la axa de rotatie anterioară  a  corpului  este  urmată  direct,  de  o  creştere  a  la centrul de greutate momentului  de  torsiune  (Fig.  47),  supunând  coloana  la  150 eforturi  suplimentare,  din  cauza  100 tendințelor de forfecare.   50 0 0

50 distanta in cm

100

 

104

contracție de cedare) este foarte mult atenuat, iar cel care va suporta direct impactul va fi  discul intervertebral. Ultimele cercetări, care pornesc de la rezultatele bioptice (!!!) şi pun în  evidență într‐adevăr modificări ale structurii şi funcției musculaturii paravertebrale, pledează  pentru  o  tonifiere  a  muşchilor  extensori  ai  coloanei,  în  egală  măsură  cu  tonifierea  musculaturii  flexoare  (abdominale).  Prin  urmare,  acelaşi  lucru  poate  fi  dedus  prin  calcule  biomecanice, după părerea noastră (neinvaziv).                                              Fig. 48 Ipoteza coloanei hidroaerice de descărcare    Realizarea  funcției  statice  în  condițiile  echilibrării  coloanei  unui  subiect  care  ține  ridicat în brațe un obiect greu de 800N, implică o contribuție a musculaturii extensoare de  8000N  (!)  ceea  ce  depăşeşte  rezistența  la  fractură  a  unei  vertebre.  Evitarea  pragului  de  fractură  prin  supraîncărcare  (excluzând  osteoporoza !)  se  face  prin  intervenția  unui  mecanism  compensator  care  implică  participarea  trunchiului.  În  timpul  necesar  efortului  ridicării obiectului, are loc rigidizarea toracelui umplut cu aer (prin contracția concomitentă a  muşchilor intercostali şi a diafragmului) şi rigidizarea abdomenului plin cu fluid incompresibil  (prin  contracția  muşchilor  lați  ai  abdomenului).  Se  crează  două  camere  rigide  suprapuse,  capabile să transmită o parte din greutate direct la bazin (Fig. 48).  Prin aceasta, coloana toraco‐lombară este descarcată de o parte din sarcina inițială,  tot aşa cum o cârjă descarcă şoldul opus cu 1/3 din greutatea corpului .   În  condițiile  nerespectării  echilibrului,  cel  mai  adesea  din  cauza  slăbirii  forței  de  contracție  a  muşchilor  abdominali,  dar  şi  a  muşchilor  paravertebrali,  după  cum  demonstrează ultimele cercetări, discul intervertebral va fi suprasolicitat, deteriorându‐se în  timp, ceea ce se traduce prin pierderea funcției de amortizor (prin modificări ale lamelelor  elastice) şi, în timpul mişcării de flexie, când este supus forțelor de forfecare, nucleul pulpos  va avea tendința de „herniere” (principiul „nucilor sparte” – Fig. 49).               

105

 

                                                         Fig. 49                                                                      

Funcția dinamică    Funcție de mobilitate, prin care coloana vertebrală modifică activ poziția segmentelor  corpului  şi  participă  la  realizarea  locomoției.  Implică  modificarea  activă  a  poziției  cu  deformarea  corespunzătoare  a  elementelor  segmentului  motor  sub  acțiunea  musculaturii  autohtone  sau  de  la  distanță.  Sistemul  triarticular  intervertebral  permite  cele  două  tipuri  fundamentale de mişcare: translația şi rotația. Discul lucrează ca o articulație universală, iar  fiecare  vertebră  prezintă  6  grade  de  libertate,  impuse  de  cele  3  axe:  transvers  pentru 

106

 

flexie/extensie, sagital pentru încovoiere laterală dreaptă/stângă şi vertical pentru rotații la  dreapta  şi  la  stânga.  Deşi  amplitudinea  de  mişcare  între  două  vertebre  este  determinată  direct  de  pătratul  înălțimii  discului  şi  indirect  de  pătratul  diametrului  orizontal  al  corpului  vertebral,  prezența  perechii  de  articulații  posterioare  face  ca  unele  mişcări  să  fie  mai  favorizate  decât  altele  în  funcție  de  caracteristicile  regionale  ale  segmentului  respectiv.  Amplitudinea de mişcare pentru un singur segment este restrânsă de condițiile anatomice şi  din  motive  de  securitate  a  măduvei,  dar  prin  sumație  la  nivelul  întregii  coloane  se  obțin  amplitudini suficient de mari pentru deservirea funcțiilor dinamice ale scheletului axial. 

5.3. PARTICULARITĂŢI STRUCTURALE ŞI BIOMECANICE ALE COLOANEI  CERVICALE    Comparativ  cu  întreaga  coloană  vertebrală  mobilă,  coloana  cervicală  reprezintă  segmentul cel mai vulnerabil la traumatisme. Mobilitatea deosebită a acestei zone este obținută  cu  prețul  scăderii  siguranței  mecanice  a  sistemelor  de  stabilizare,  care  pot  fi  depăşite  când  traumatismul  transferă  o  cantitate  de  energie  mai  mare  decât  sunt  ele  capabile  să  disipeze.  Conexiunea cu cutia craniană transformă regiunea cervicală într‐o coloană încărcată  excentric,  mobilă  la  extremitatea  proximală,  unde  masa  craniului  adaugă  o  încărcătură  suplimentară de forțe inerțiale.  Particularitățile  de  mişcare  ale  coloanei  cervicale  sunt  legate  de  mai  mulți  parametri  discovertebrali (contur, dimensiuni, raporturi), aceştia fiind integrați în structura anatomică a  segmentului  de  mişcare.  Geometria  segmentului  este  considerată  elementul  determinant  al  direcției şi amplitudinii de mişcare pentru coloană.  Coloana cervicală este organizată în două regiuni:   • cervicală superioară C1‐C2 şi   • cervicală inferioară C3‐C7   ale  căror  particularități  se  manifestă atât în funcția normală diferită cât şi în patologia  specifică fiecărei regiuni în parte.  Coloana  cervicală  superioară.  Primele  două  vertebre  cervicale  sunt  considerate  vertebre  de  tranziție.  Ele  sunt  mult  modificate  față  de  vertebra  tip  datorită  funcției  specifice  realizate:  asigurarea  unei  legături  puternice şi stabile între cutia craniană şi coloana cervicală,  permițând în acelaşi timp o mobilitate remarcabilă a craniului față de platforma de susținere.  a.  Atlas  este  prima  vertebra  cervicală  pe  care  se  sprijină  craniul,  o  vertebră  inelară  formată din două mase laterale conectate printr‐un arc osos anterior şi unul posterior. Ligamentul  transvers  al  atlasului  uneşte  fețele  mediale  ale  maselor  laterale  delimitând  un  compartiment  anterior,  al  articulației  atlantoaxoidiene  mediale  şi  un  compartiment  posterior  meningomedular.  Între  condilii  occipitali  şi  fața  articulară  superioară  a  maselor  laterale  se  formează  o  articulație  atlanto‐occipitală  bicondiliană  stabilizată  prin  capsule  articulare  distincte,  întărite  de  la  distanță  de  membranele  atlanto‐occipitală  anterioară  şi  posterioară. În această articulație se realizează mişcări sagitale de flexie (10°) şi extensie (25°),  prin  combinarea  unor  mişcări  de  alunecare  şi  rotație  față  de  un  ax  transversal,  care  obligă  articulația  să  lucreze  ca  o  pârghie  de  gradul  I  cu  brațul  extensiei  mai  scurt,  dezavantajând  musculatura antigravitațională.  b.  Axis,  a  doua  vertebră  cervicală,  prezintă  pe  fața  superioară  a  corpului  un  dinte  ca  un  pivot osos cranial echivalent cu corpul atlasului anexat. Relizează cu atlasul o legatura triplă, iar cu  baza  craniului,  o  legătură  fibroasă  puternică.  Între  dinte  şi arcul anterior  al atlasului  şi ligamentul  transvers  posterior  se  formează  articulația  atlantoaxoidiană  mediană,  o  trohoidă  ce  ghidează 

 

107

mişcările  de  rotație  ale  unității  atlantocraniene  față  de  pivotul  vertical.  Între  suprafața  inferioară a maselor laterale şi suprafața superioară articulară a axisului se formează o  pereche  de articulații atlantoaxoidiene laterale care preiau greutatea craniului şi o transmit spre coloana  cervicală  inferioară.  Mişcarea  majoritară  este  de  rotație  axială  de  45°  spre  dreapta  sau  spre  stânga, realizată în articulația centrală, în timp ce articulațiile laterale permit un grad de flexie de  15° (corespunzător unei distanțe arc anterior‐dinte de 2mm) şi de extensie de 15°. În plus, se pot  realiza  mişcările  de  înclinație  laterală  (30°)  şi  de  aproximație  verticală  (ridicare  şi  coborâre  a  atlasului  față  de  dinte).  Toate  mişcările  se  realizează  concomitent,  şi  există  un  cuplaj  obligatoriu  între  rotație,  flexie  laterală  şi  aproximația  verticală.  Per  total,  coloana  cervicală  superioară  relizează  30%  din  mişcările  de  flexie‐extensie  şi  50%  din  mişcările  de  rotație  ale  coloanei cervicale globale.  În  structura  coloanei  cervicale  inferioare,  cele  5  vertebre  componente  asigură  transmiterea greutății capului şi mobilitatea necesară, formând împreună cu discurile aferente,  5 segmente de mişcare, aşezate în serie. Structura cuboidală a corpului vertebral are dimensiunea  transversală  mai  accentuată.  Prezența  proceselor  uncinate  face  ca  suprafața  superioară  a  corpilor  vertebrali  să  fie  concavă  în  plan  frontal  şi  convexă  în  plan  sagital,  ceea  ce  favorizează  mişcarea  de  flexie‐extensie  şi  restricționează  încovoierea  laterală.  Articulațiile  zygapofizare  plane,  situate  perpendicular  pe  planul  sagital  şi  înclinate  la  45°  față  de  orizontală  favorizează  rotația  şi  încovoierea  laterală.  Controlul  flexiei‐extensiei  se  face  prin  oblicitatea  suprafețelor  zygapofizare în plan frontal, iar paralelismul lor reciproc exclude apariția unui efect de blocaj al  mişcărilor.   Aceste  caracteristici  geometrice  permit  relizarea  a  trei  tipuri  de  mişcări,  cu  centre  instantanee de mişcare, la nivelul corpurilor vertebrale:  Mişcarea de alunecare este mişcarea de deplasare în plan sagital, după un model liniar, al  corpului unei vertebre, care alunecă pe nucleul pulpos subiacent, spre anterior sau posterior.                Fig. 50 Cele trei tipuri de mişcări fundamentale în coloana cervicală        În  seria  de  segmente  de  mişcare  ia  naştere  un  aspect  de  „scară  cu  trepte „,  fiecare  vertebră  deplasându‐se  față  de  cea  inferioară.  Mişcarea  de  alunecare  este  tipică  pentru  segmentele prevăzute cu discuri dreptunghiulare, cum sunt cele din partea superioară a  coloanei cervicale.  b.Mişcarea de înclinare este mişcarea de deplasare obținută prin deformarea discului,  în care corpul vertebral alunecă pe suprafața nucleului care se conicizează şi se deplasează  în  partea  opusă.  Această  mişcare  contribuie  atât  la  realizarea  flexiei‐extensiei  cât  şi  a  încovoierii  laterale  fiind  caracteristică  pentru  segmentele  cu  discurile  în  formă  de  trapez,  cu  baza anterioară, aşa cum sunt cele din zona centrală a lordozei.  c. Mişcarea de rotație se realizează în jurul unui ax vertical ce trece prin corpul vertebral,  deformând prin torsiune discul vertebral. Se asociază cu încovoierea laterală (Fig. 50).  Realizarea  mişcărilor  în  coloana  cervicală  implică  o  compunere  a  celor  trei  tipuri  fundamentale  de  mişcări.  Pentru  efectuarea  flexiei  în  regiunea  mijlocie,  unde  discurile  sunt  trapezoidale, inițierea mişcării se face prin alunecare, dar se continuă prin înclinare, rezultând în 

 

108

final  o  rostogolire.  În  timpul  flexiei  participă  toate  segmentele  de  mişcare,  funcționând  în  serie.   Înălțimea  anterioară  a  discurilor  scade,  cea  posterioară  creşte,  iar  nucleul  pulpos  se  deplasează  posterior,  ascuțindu‐se  spre  ventral.  Suprafețele  articulare  zygapofizare  alunecă  anterior, creşte distanța dintre procesele spinoase, iar lordoza cervicală se reduce. Flexia este  limitată  în  special  de  tensionarea  complexului  ligamentar  posterior.  În  extensie  se  inversează  succesiunea  modificărilor.  Încovoierea  laterală  rezultă  din  sumația  mişcărilor  de  înclinare  din  fiecare segment, limitată de prezența proceselor uncinate.  Rotația  axială  este cuplată cu în‐ covoierea,  având  centrele  instantanee  de  rotație  la  nivelul  corpului  vertebral.  Coloana  cervicală  inferioară  asigură  o  flexie‐extensie  de  75°,  cu  maximum  de  mişcare  la  nivelul  segmentului  C4‐C5,  o  încovoiere  laterală  de  50°  şi  rotație  axială  de  40°  diminuând  în  segmentele inferioare (Fig. 51)   

  Fig. 51 Cuplajul mişcărilor intervertebrale în coloana cervicală         Particularități structurale şi biomecanice ale coloanei toraco‐lombare    Coloana  toraco‐lombară  funcționează  după  principii  diferite  în  comparație  cu  coloana  cervicală  şi  acest  lucru  se  reflectă  asupra  patologiei ei. Regiunea toracală a  coloanei vertebrale formează o cifoză relativ rigidă de 15‐49°, în timp ce regiunea lombară are  o conformație lordotică mobilă mai mică de 60°.   Anatomic  şi  biomecanic  se  pot  defini  trei  regiuni:  toracică  Tl‐T10,  joncțiunea  tranzițională toraco‐lombară Tl0‐, LI şi lombară LI‐SI.  Din  punct  de  vedere  al  formei,  regiunea  toracală  formează  o  cifoză  de  40°  condiționată  de  structura  osoasă  vertebrală,  spre  deosebire  de  lordoza cervicală şi lombară  care  sunt  controlate  prin  variația  dimensiunii  discale.  În  regiunea  toracală  discurile  intervertebrale  au  structură  şi  dimensiuni  uniforme,  iar  curbura  sagitală  rezultă  din  diferențele inălțimii anterioare şi posterioare ale corpilor vertebrali. În acest sens vertebra T7  prezintă  o  cuneiformizare  anterioară  normală  a  corpului  de  5°,  iar  raportul  dintre  inălțimea corpului şi a discului este de 5 la 1.   Prin încărcare  axială, acest model arhitectonic determină apariția solicitărilor  de  tasare  (compresiune)  în  coloana  vertebrală  anterioară  (« coloana »  corpurilor  şi  discurilor  intervertebrale).  În  conformitate  cu  legea  pârghiei  de  gradul  I,  la  nivelul  coloanei  posterioare (« coloana » arcurilor vertebrale şi a ligamentelor) iau naştere solicitări în tracțiune.  În  echilibrul  static,  mărimea  acestor  eforturi  este  egală  cu  suma  greutății  capului, 

 

109

membrelor  superioare  şi  trunchiului  (echivalente  cu  32%  din  greutatea  corpului  pentru  nivelul  T12),  la  care  se  adaugă  solicitarea  musculaturii  extensoare,  necesară  echilibrării  centrului de greutate, care cade anterior de coloană.  Regiunea lombară se prezintă sub forma unei  lordoze  mobile,  cu  mari  posibilități  de  variație a profilului curburii în plan mediosagital. Această situație este susținută de cuplajul inferior  cu bazinul, realizat prin joncțiunea lombo‐ sacrată, prin care variația poziției bazinului prin basculare  în  flexie  sau  extensie  schimbă  configurația  lordozei  lombare.  Din  această  cauză,  solicitările  coloanei lombare prin încărcare axială sunt mult mai variate în comparație cu coloana toracală.  Diferențele apar şi prin proiecția centrului de greutate al trunchiului, care, la nivelul L3, ajunge să  se  proiecteze  posterior  de  corpul  vertebral.  Această  dispoziție  transferă  coloanei  inferioare  solicitări de compresiune, pe care le poate prelua până la 30% din sarcină, prin intermediul  articulațiilor zygapofizare.  Din  punct  de  vedere  al  mobilității,  segmentul toraco‐lombar al coloanei vertebrale  prezintă variații caracteristice în cele trei regiuni descrise.    Coloana toracală     Este cea mai rigidă, principalul factor de micşorare a mobilității fiind reprezentat de cutia  toracică. Articulațiile dintre coaste şi vertebrele adiacente sunt prevăzute cu ligamente puternice  (ligamentele costotransverse şi ligamentele radiate) având un efect restrictiv asupra mişcărilor de  flexie laterală şi extensie. Pe de altă parte, orientarea suprafețelor articulațiilor zygapofizare este  de 60° .față de planul orizontal şi 20° față de planul frontal. Prin aceasta este facilitată rotația şi  flexia  laterală,  cu  blocarea  puternică  a  translației  antero‐posterioare.  Nu  în  ultimul  rand,  ligamentele  galbene  şi  interspinoase  scurte  contribuie  la  rigidizarea  suplimentară  a  coloanei  toracice. Aceste particularități structurale influențează decisiv mobilitatea segmentală în această  regiune (Fig. 52).        Fig.  52.  Blocarea  translației  anteroposterioare  la  nivelul coloanei toracale              Mişcarea  de  flexie‐extensie  se  realizează  cu  o  amplitudine  de  35°,  dintre  care  doar  o  treime  aparțin  extensiei.  Segmentele  superioare  T1‐T6  permit  o  mobilitate  de  4°,  segmentele  mijlocii  T6‐T10  o  mobilitate  de  6°,  iar  segmentele  inferioare T10‐T12,  o mobilitate de 12°.  Centrele  instantanee de mişcare sunt situate la nivelul discurilor, iar mişcarea combină balansul la nivelul  corpilor  vertebrali,  cu  alunecarea  la  nivelul  articulațiilor  zygapofizare.  Creşterea  mobilității  în  segmentele inferioare se explică prin scurtarea şi orizontalizarea proceselor spinoase ca şi  prin orientarea suprafețelor articulare într‐un plan mai sagital.  Mişcarea de flexie  laterală totalizează o amplitudine de 50° la nivelul coloanei toracale,  repartizată aproape uniform, cu o valoare de 6° pentru fiecare segment. Factorii restrictivi țin  mai mult de elasticitatea disco‐ligamentară decât de elementul osos. Flexia laterală este cuplată  cu un grad uşor de rotație a trunchiului de aceeaşi parte.  

 

110

Mişcarea de rotație este cel mai puțin restricționată în coloana toracală. Factorii de  facilitare sunt legați de suprafața plană a proceselor articulare, aşezate pe un arc de cere cu  centrul în jumătatea anterioară a corpului vertebral. Rotația totală este de 70° pentru  regiunea toracală, cu o medie de 9° pentru segmentele superioare. De la nivelul segmentului  T9‐T10 rotația se reduce prin orientarea tot mai sagitală a suprafețelor articulare, corespunzând  unui centru de rotație proiectat tot mai posterior. 74% din posibilitățile de rotație ale coloanei  toraco‐lombare se realizează în regiunea toracală.   Coloana lombară     Este  a  doua  regiune  ca  mobilitate  după  coloana  cervicală  prezentând  un  gradient  de  mişcare  ce  creşte  spre  distal.  Mobilitatea  defineşte  şi  aici  mişcarea  vertebrală  dependentă  de  discuri  şi articulațiile zygapofizare.  a.  Discurile  intervertebrale  prezintă  cele  mai  mari  dimensiuni  de  la  nivelul  coloanei  vertebrale  mobile,  dar  această  supradimensionare  rămâne  în  limitele  unui  echilibru  necesar.  Inălțimea  discului  favorizează  mobilitatea,  dar  suprafața  mare  a  discului  impune  rigiditatea.  În  regiunea  lombară,  proporția  creşterii  inălțimii  suprafeței  discului  determină  un  raport  fix,  ce  se  încadrează în marjele funcționării cu coeficient de siguranță.  b. În regiunea lombară, procesele articulare sunt orientate la 90° față de planul orizontal şi la  45° față de planul frontal. Această arhitectonică, împreună  cu  suprafețele  articulare  sferoidale,  impun  restricții  majore mişcării  de  rotație.  Doar  în  regiunea  lombo‐sacrată  orientarea  şi  forma  suprafețelor articulare permit un grad de rotație.  Mişcarea de flexie‐extensie creşte gradat de la 12° în segmentul L1‐ L2 până la 20° în segmentul L5‐S1.  Mişcarea  de  flexie  laterală  păstrează  o  valoare  constantă  de  6°  pentru  fiecare  segment  ca  şi  coloana  toracală. Numai segmentul L5‐S1 prezintă o  restricție de 3° în flexia laterală. Cele două  tipuri de mişcare sunt facilitate de spațiile  interlaminare  mari  şi  orientarea  sagitală a suprafețelor articulare (Fig. 53).                 

Fig. 53 Restricția rotației în coloana lombară    Miscarea de rotație este redusă la două grade pentru fiecare segment lombar, cu excepția   segmentului L5‐S1 care poate realiza o rotație de 5°.  Centrul  mişcării  de  rotație  axială  este  situat  posterior de disc, în apropierea proceselor articulare. Aceasta sugerează că în timpul mişcării,  discul este supus acțiunii forțelor de forfecare, spre deosebire de discul toracal al cărui centru de 

 

111

mişcare se proiectează la nivelul nucleului pulpos, ceea ce presupune acțiunea forțelor de rotație.  Privită ca sinteză, rotația axială a colanei toraco‐lombare este oglinda unei rezistențe neuniforme  la  torsiune.  După  Gregersen  şi  Lucas,  amplitudinea  totală  de  rotație  T1‐S1  este  de  102°,  repartizată diferențiat ca amplitudine şi sens în timpul mersului. Coloana lombară este cuplată şi  se roteşte în acelaşi sens cu pelvisul în timpul fazei de pendulare (4° spre anterior) în timp ce coloana  toracală superioară rotează în direcția opusă cuplată cu centura scapulara. Zona de tranziție  este considerată vertebra T7 (Fig. 54).              Fig.  54  Amplitudinea  sumativă  a  mişcărilor  de  flexie‐ extensie ale coloanei vertebrale                               

  5.4. PARTICULARITĂŢI STRUCTURALE ŞI  BIOMECANICE ALE CUTIEI  TORACICE    În timpul respirației, volumul cutiei toracice variază ritmic. Această variație este obținută  prin  modificarea  activă  şi  simetrică  a  poziției  pereților  săi,  care  produce  în  consecință  variația  diametrelor  cavității  intratoracice.  Diametrul  vertical  se  modifică  prin  deplasarea  peretelui inferior (diafragmul), iar diametrele anteroposterior şi transvers sunt dependente de  deplasarea  peretelui  lateral  (sternocostal).  Se  poate  considera  că  în  inspirație  cutia  toracică  realizează un câştig de spațiu pe care îl pierde în expirație.  Fiecare  coastă  cu  cartilajul  ei  costal  poate  fi  asimilată  cu  o  pârghie  care  se  ridică  şi  coboară. Fiecare coastă este conectată la coloana vertebrală prin câte două articulații: o articulație  compusă,  puternic  angrenată  (articulația  costovertebrală),  asociată  cu  o  articulație  simplă  (articulația costotransversală). Centrele celor două articulații definesc un ax de mişcare, iar direcția  axului față de  planul  sagital determină  planul  de mişcare a  coastei.  Anatomic, axul de  mişcare 

 

112

coincide cu axul lung al gâtului coastei respective, unind articulațiile situate de o parte şi de  alta a lui. În afara înclinației față de planul sagital, axul de mişcare este înclinat spre posterior  şi lateral, urmărind direcția procesului transvers. Procesele transverse sunt aproape paralele cu  orizontala  pentru  vertebrele  toracale  superioare,  dar  cresc  gradat  în  oblicitate  la  nivelul  vertebrelor  toracale  inferioare.  Deşi  axul  de  mişcare  al  coastelor  adiacente  poate  rămâne  neschimbat față de planul sagital, mişcarea rezultată poate fi diferită datorită înclinației axului. Alți  parametri care influențează mişcarea unei coaste sunt legați de lungimea pârghiei osoase şi de  modalitatea de conexiune directă sau indirectă cu sistemul.  Mişcările  cutiei  toracice  nu  ar  fi  posibile  dacă  nu  ar  interveni  şi  elasticitatea  cartilajelor  costale. În timpul inspirației se constată o deformare prin torsiune a cartilajelor costale, consecința  rotației  axiale  realizată  față  de  axul  lor  lung.  Aceasta  se  traduce  prin  modificarea  unghiurilor  costocondrale şi sternocondrale, prin care se materializează mişcarea relativă a sternului  față de coaste.   Articulațiile  dintre  cartilaj,  coaste  şi  stern  oferă  adaptări  specifice  față  de  solicitările  în  torsiune:  a) în  articulația  condrosternală,  între  incizura  costală a sternului şi extremitatea în  formă  de  pană  a  cartilajului,  sunt  posibile  câteva  mici  mişcări  verticale,  dar  mişcarea  de  rotație este blocată;  b) între extremitatea anterioară a coastei şi extremitatea laterală a cartilajului în  formă  de  con  turtit  se  realizează  articulația  costocondrală,  care  permite  uşoare  mişcări  verticale şi laterale, dar blochează rotația.  Se consideră că în inspirație, coasta ajunge să mobilizeze sternul obligând cartilajul costal  să se torsioneze, asemănător cu o bară de torsiune într‐un sistem de absorbție a şocurilor. Energia  stocată  prin  deformare,  preluată  de  la  muşchii  inspiratori,  este  eliberată  în  expirație,  când  elasticitatea cartilajelor aduce toracele în poziția lui inițială. Odată cu vârsta, cartilajele îşi pierd  elasticitatea şi odată cu aceasta, scade randamentul şi eficiența mişcărilor respiratorii.   Fiecare  coastă  este  caracterizată  de  o  amplitudine  de  mişcare  şi  o  direcție  de  mişcare  proprii,  contribuind  specific  la  realizarea  excursiilor  respiratorii  ale  peretelui  toracic.  Considerate  ca  pârghii  osoase,  punctul  de  sprijin  este  situat  lateral  de  articulația  costotransversă,  determinând  apariția unei pârghii cu brațele inegale, astfel încât mişcări  mici ale extremității vertebrale produc mişcări amplificate ale extremității anterioare.  Mişcările  fundamentale  ale  coastelor  sunt  reprezentate de mişcarea de ridicare  şi coborâre, realizate în cadrul rotației față de axul comun al articulațiilor costovertebrale şi  costotransversale.  Variațiile  de  orientare  ale  axului  de  rotație  vor  avea  ca  urmare  ca  ridicarea  unei  coaste  să  mărească  diametrul  toracelui  în  planul  în  care  aceasta  este  ridicată.  5.4.1 Biomecanica coastelor vertebrosternale    Coasta  întâi  este  o  coastă  scurtă,  relativ  fixă,  puternic  ancorată  de  manubriu  sub  articulația sternoclaviculară. Mişcarea extremității anterioare este de mică amplitudine, evidentă  numai  în  timpul  inspirației  profunde.  Axul  mişcării  trece  prin  col,  iar  corpul  coastei  se  ridică  devenind mai orizontal. Se consideră că, odată cu calcifierea cartilajului costal, tipul mişcării se  schimbă,  iar  perechea  de  coaste  împreună  cu  manubriul  funcționează  ca  o  singură unitate față de un ax transvers care trece prin articulațiile costotransversale (Gray).  Coastele  III‐VI  reprezintă  un  grup  omogen  care  realizează  în  inspirație  o  mişcare  de  ridicare şi împingere înainte a extremității lor anterioare, aceasta fiind efectul mişcării de rotație a  gâtului coastei spre posterior. Miscarea extremității anterioare a coastelor este transformată de 

 

113

cartilajele costale în translația înainte şi în sus a corpului sternului, concomitent cu accentuarea  unghiului sincondrozei manubriosternale.   Consecința directă a acestor modificări este evidențiată prin creşterea diametrului sagital  al  cutiei  toracice.    În  continuare  mişcarea  se  limitează  rapid,  restul  energiei  de  ridicare  fiind  consumată  pentru  ridicarea  porțiunii  mijlocii  a  coastelor  şi  eversarea  marginii  inferioare.  Se  realizează suplimentar un grad de mişcare laterală, prin care se obține o creştere a diametrului  transvers al toracelui. Mişcarea coastelor vertebrosternale, favorizată de forma concav‐convexă a  articulațiilor  costotransversale  superioare,  sugerează  mişcarea  mânerului  de  pompă  pentru  extragerea apei, fiind dealtfel cunoscută ca mişcarea "mânerului de pompă" (Fig. 55).          Fig.  55  Mişcarea  în  "mâner  de  pompă"  a  unei  coaste  inferioare  (după KAPANDJI) 

5.4.2 Biomecanica coastelor vertebrocondrale    Coastele vertebrocondrale, legate anterior între ele prin intermediul unui cartilaj  comun, includ şi coasta a VII‐a, al cărei mod de mişcare este mai aproape de coastele VIII‐IX  decât de coastele vertebrosternale. În acest grup, cartilajele costale se articulează unul cu  altul (articulațiile intercondrale), astfel încât fiecare îl poate împinge pe cel de deasupra lui,  acționând în final asupra corpului sternului. Se realizează o mişcare de ridicare a corpului  coastei, care produce lateralizarea acestuia cu lărgirea unghiului infrasternal.   Concomitent,  pentru  coastele  inferioare  mai  scurte,  apare  o  componentă  de  mişcare  ce  tinde  să  tragă  posterior  extremitatea  anterioară  a  coastei.  Rezultanta  finală  a  mişcării produce creşterea diametrului  transvers  şi  micşorarea  diametrului  mediosagital  inferior  al  cutiei  toracice,  dar,  pe  de  altă  parte  şi  creşterea  diametrelor  parasagitale  (medioclaviculare)  ale  aperturii  toracice  inferioare.  Forma  plană  a  suprafețelor  articulare  costotransverse  inferioare  permite  rotația  şi  alunecarea  concomitentă  a  unei  suprafețe  față  de  alta  ceea  ce avantajează  producerea unei mişcări față de un ax care trece prin  articulația costotransversă şi sternocondrală.   Pentru că mişcarea în lateral şi în sus a unei coaste inferioare a fost comparată cu efectul  ridicării unui coş elastic de mânerul sau, mişcarea coastelor vertebrocondrale  este  cunoscută  ca şi mişcarea "mânerului de coş" (Fig. 56). Din acest punct de vedere, coastele intermediare VI şi  VII prezintă mişcări combinate de "mâner de pompă" şi "toartă de coş".    Fig. 56 Mişcarea în "mâner de coş" a unei coaste inferioare 

114

 

(după KAPANDJI) 

  Coastele vertebrale    Ultimele două perechi de coaste nu sunt ataşate anterior, şi prin aceasta influențează prea  puțin  modificarea  diametrelor  cutiei  toracice.  În  înspirație,  în  timp  ce  restul  coastelor  sunt  ridicate, ele sunt trase în jos şi fixate de muşchiul pătrat lombar, realizând un cadru fix de inserție  pentru diafragm.  În afara mişcărilor active respiratorii, produse de muşchii cu funcție specifică, coastele se  pot  deplasa  pasiv,  odată  cu  mişcările  coloanei  toracale.  În  timpul  flexiei,  coastele  se  apropie anterior, în timpul extensiei se desfăşoară separat. Înclinarea laterală produce convergența  coastelor din concavitate şi desfăşurarea celor din convexitate. Rotația vertebrală produce o  uşoară deplasare orizontală a unei coaste față de alta.   Este recunoscută interacțiunea dintre componentele osoase, cartilaginoase şi articulare  ale peretelui toracic  şi  coloana  toracală:  ele  au  un  efect  restrictiv,  de  orientare  şi  limitare  a  mişcărilor veretebrelor toracice. În sens invers, modificările patologice  ale  coloanei  toracale  (cifoză  şi  scolioză)  produc,  prin  modificarea  poziției  coastelor,  alterări  patologice  ale  diametrelor şi mecanicii respiratorii, cu micşorarea semnificativă a capacității vitale (Fig. 57)           

115

 

 

    Fig.  57.  Modificări  globale  ale  toracelui  în  plan  sagital  în  tlmpul  inspirului  (după  KAPANDJI)   

 

116

 

Cap 6  BIOMECANICA CENTURII PELVINE ŞI ŞOLDULUI 

6.1 BIOMECANICA CENTURII PELVINE    Funcția primară a centurii pelvine constă în asigurarea legăturii între scheletul axial şi  membrele  inferioare.  Prin  aceasta  se  asigură  transferul  greutății  trunchiului,  capului  şi  membrelor superioare spre membrele inferioare către sol (în ortostatism) sau către suportul  de  sprijin  (în  poziție  şezândă),  aceasta  realizand  funcția  statică  a  pelvisului.  Concomitent,  centura pelvină formează un soclu inelar masiv pe care se sprijină coloana vertebrala mobilă.  Prin intermediul articulațiilor şoldului, pelvisul (şi o dată cu el, restul corpului) este deplasat  în  spațiu  de  membrele  inferioare,  contribuind  la  realizarea  funcției  de  locomoție.  Ca  element structural al peretelui inferior al trunchiului, pelvisul asigură o funcție de protecție  pentru viscerele pelvine: vezica urinară, rect, organe genitale interne, uter gravid, etc.  Pelvisul  formează  un  bloc  osos  puternic  interpus  între  coloana  vertebrală  şi  membrele inferioare. În structura lui se asociază cele două coxale ‐ anterolateral şi osul sacru  ‐ posterior, fiecare din cele trei piese osoase fiind la rândul lor oase de fuziune.  În mod normal, la omul adult, oasele coxale se mişcă concomitent cu sacrul şi bazinul  poate  fi  considerat  un  întreg  rigid.  În  realitate  se  produc  mişcări  de  mică  amplitudine,  în  special la nivelul articulațiilor sacroiliace, mai accentuate la tineri.   Mişcările articulațiilor sacroiliace constau în basculări ale sacrului. Ele sunt în număr  de două: mişcarea de nutație şi contranutație.  În  nutație,  baza  sacrului  se  apleacă  înainte  şi  în  jos.  În  contranutație,  baza  se  îndreaptă  înapoi  şi  în  sus.  În  ambele  mişcări,  axul  transversal  nu  trece  prin  articulația  propriu‐zisă,  ci  prin  ligamentele  sacroiliace  dorsale,  sau  prin  cel  interosos.  Sacrul  nu  este  unicul care participă. Cele două oase coxale se deplasează pe osul sacrat imobilizat în acelaşi  timp cu sacrul.   Prin  mişcarea    de  nutație  strâmtoarea  superioară  se  micşorează,  permițând  însă  strâmtorii inferioare să se mărească. Când se trece de la poziția culcat la poziția în picioare,  sacrul  este apăsat  de  coloana  vertebrală  şi  baza  lui  coboară  cu  câțiva  milimetri.  (Schubert,  Weisl).   Prin mişcarea de contranutație baza sacrului se îndreaptă în sus şi înapoi, în timp ce  vârful  lui  se  îndreaptă  în  jos  şi  înainte.  Prin  această  mişcare  se  măreşte  strâmtoarea  superioară în timp ce strâmtoarea inferioară se micşorează. Ea se produce astfel în poziția  culcat sau când se execută mişcarea de hiperextensie a trunchiului.  Mişcările de nutație şi contranutație au importanță mai ales în obstetrică, pentru că  ele  sunt  cele  care  permit  la  naştere  modificarea  diametrelor  bazinului.  În  afara  actului  naşterii,  nutația  se  realizează  în  timpul  susținerii  unei  greutăți  pe  umeri.  În  acest  caz, 

 

117

greutatea se transmite prin intermediul coloanei vertebrale spre baza sacrului şi aceasta este  împinsă înainte (într‐o mică măsură).   Repausul  unei  persoane  pe  regiunea  lombară,  sprijinit  pe  o  bancă  transversală  constituie  un  exemplu  pentru  mişcarea  de  contranutație.  În  această  situație,  baza  sacrului  este  dusă  înapoi,  deoarece  greutatea  trunchiului  apasă  asupra  bazei  sacrului  prin  intermediul  coloanei  vertebrale.  În  acelaşi  timp,  membrele  inferioare  deplasează  oasele  coxale înainte.    6.1.1  Funcţia statică a centurii pelvine    Transferul  greutății  truchiului  spre  suportul  de  sprijin  este  considerată  funcția  principală a pelvisului. În lucrările lor, von Meyer, Braus şi Pick au plecat de la premiza că în  spijin  bipodal  simetric,  sub  acțiunea  greutății  trunchiului,  sacrul  se  inclaveaza  în  partea  posterioară a inelului pelvin, între cele două oase iliace.   Fixat  prin  puternicele  amfiartroze  sacro‐iliace,  osul  sacru  arputea  acționa  ca  un  macaz, împărțind şi dirijând greutatea trunchiului (K) în două jumătăți egale (Kl + K2), spre  cele  două  coxale.  Această  modalitate  de  funcționare  sugerează  distribuția  forțelor  într‐o  boltă arhitecturală romană, în care sacrul reprezintă cheia de boltă. Sarcina aplicată în vârful  bolții se descompune pentru fiecare K1, K2 într‐o componentă care se transmite la sol şi altă  componentă care tinde să departeze stâlpii ce formează bolta.  Pentru contracararea ultimei componente, în construcții se utilizează un lanț (tirant)  care  menține  apropiate  picioarele  bolții  (Fig.  58).  Pentru  pelvis,  rolul  de  tirant  este  reprezentat  de  ramurile  orizontale  şi  simfiza  pubiană,  care  vor  fi  solicitate  prin  eforturi  de  tracțiune.                              

118

 

   

    Fig.  58  Descompunerea  forțelor  din  pelvis  în  timpul  sprijinului  bipodal  simetric  (după LUHKEN)    Reluând  analiza  mecanică  a  forțelor,  Pauwels  a  demonstrat  că  pelvisul  uman  se  comportă  ca  o  bolta  arhitecturală  numai  în  poziție  şezândă,  şi  că  descrierea  de  stâlpi  în  interiorul pelvisului nu este corectă din punct de vedere mecanic, iar simfiza este solicitată în  compresiune. În spijinul bipodal simetric, pelvisul se comportă ca un inel osos. Un segment  posterior,  care  reprezintă  sacrul,  este  ancorat  în  circumferința  inelului  prin  intermediul  ligamentelor  sacroiliace  dorsale,  interosoase  şi  iliolombare.  Se  ştie  că  pe  bazinul  osos  preparat  pentru  schelet,  sacrul  cade  singur  din  structura  inelului  pelvin,  sub  acțiunea  propriei  greutăți.  La  organismul  viu,  stabilitatea  inelului  pelvin  depinde  de  integritatea  complexului  sacroiliac  posterior,  reprezentat  de  articulațiile  sacroiliace  cu  ligamentele  aferente,  împreună  cu  ligamentele  sacrotuberal  şi  sacrospinal  şi  sistemul  musculofascial  al  planşeului  pelvin.  Datorită  poziției  aproape  sagitală  a  suprafețelor  articulare  sacroiliace,  în  ortostatism nu este posibilă o preluare directă de către coxal a forțelor verticale de presiune  transmise  de  trunchi.  Greutatea  trunchiului  este  preluată  de  la  sacru  de  extrem  de  puternicele  ligamente  sacroiliace  dorsale,  care  se  tensionează  şi  blochează  alunecarea  sacrului spre anterior.  Ele realizează un sistem de suspensie al sacrului, analog cu sistemul de suspensie al  unui pod (Fig. 59).             Lig. sacroiliac  Lig. sacroiliac post.  Spina iliacă postero‐sup. 

119

 

interosos 

  Fig.  59  Structurile  ligamentare  esnțiale  pentru  stabilitatea  pelvină  (după  TILE)  ‐  Analogie cu structura unui pod (prezentat în partea de jos a figurii)      Prin  tensionarea  aparatului  ligamentar  dorsal  se  produce  transferul  de  forțe  la  tuberozitatea  iliacă,  ceea  ce  creează  solicitări  evidente  de  încovoiere  la  nivelul  marginii  posterioare a osului iliac. Concomitent, la nivelul simfizei pubiene apar forțe de compresiune  pe  tracțiune.  Prezența  presiunilor  în  jumătatea  superioară  a  articulației  presupune  o  solicitare  prin  încovoiere  a  bazinului  în  sprijinul  simetric  bipodal.  Nici  în  sprijinul  unipodal,  modelul  de  « boltă »  al  pelvisului  nu  corespunde  realității.  În  această  situație  bazinul  este  asemănător unui inel fixat unilateral, pe circumferința căruia sunt intercalate trei articulații  mobile,  iar  la  greutatea  trunchiului  se  adaugă  şi  acțiunea  membrului  inferior  oscilant.  Descompunerea şi repartiția forțelor este mult mai complicată, dar pentru simfiza pubiană  se pot evidenția forțe de tracțiune care acționează în partea cranială şi forțe de compresiune  în  partea  caudală  a  simfizei,  combinate  cu  forțe  de  forfecare  mari  în  interiorul  inelului  articular . Față de aceste solicitări complexe, simfiza pubiană prezintă o structură capabilă să  reziste cât mai eficient. Țesutul cartilaginos de pe suprafețele articulare preia solicitările de  compresiune.  Fasciculele  orizontale  de  colagen  din  structura  ligamentului  pubian  superior  preiau  forțele  de  tracțiune,  iar  fibrele  oblic  răsucite  din  structura  discului  interpubian  neutralizează forțele tangențiale.  Pelvisul  uman  corespunde  mecanic  unei  construcții  inelare  prevazută  cu  două  articulații  de  tip  amfiartroză  situate  posterolateral  şi  o  articulație  de  tip  simfiză  situată  anteromedian.  Funcția  prevalentă  de  transfer  al  greutății  trunchiului  ca  şi  funcția  de  protecție  impun  o  structură  rigidă.  Din  această  cauză,  la  nivelul  articulațiilor  sacroiliace  şi  simfizei sunt posibile mişcări restrânse de rotație şi de tanslație, evidente mai ales la tineri.  Aceste mişcări se realizează sub formă de combinații sub acțiunea greutății trunchiului.  1) Mişcarea de rotație se realizează prin bascularea sacrului în plan sagital față de axa  transversă care trece prin centrul suprafețelor articulare:  a) Prin rotație înainte, promontoriul se deplasează în jos şi ventral, iar coccisul, cu o  mişcare  mai  amplă,  dorsal  şi  cranial.  Această  rotație  este  numită  şi  mişcare  de  nutație 

 

120

(amintită  mai  sus).  În  timpul  nutației  se  produce  o  apropiere  a  celor  două  oase  iliace.  Mişcarea  de  rotație  înainte  este  limitată  de  ligamentele  sacrotuberale,  sacrospinale  şi  de  ligamentele sacroiliace ventrale.  b)  Mişcarea  de  rotație  înapoi  se  mai  numeşte  şi  mişcarea  de  contranutație,  fiind  limitată de ligamentele sacroiliace dorsale profunde.  2) Mişcarea de translație are ca efect deplasarea sacrului spre ventral în plan sagital.  Prin trecerea de la poziția de decubit la poziția ortostatică, sacrul este translat de greutatea  trunchiului cu câțiva milimetri.  Concomitent cu mişcările articulațiilor sacroiliace sau în funcție de solicitările aplicate  inelului pelvin, la nivelul simfizei pubiene se realizează combinații ale mişcărilor de rotație şi  translație. În mod normal, în simfiza pubiană se pot efectua mişcări de translație verticală de  2 mm şi mişcări de rotație de 30.  Sistemele ligamentare puternice cu care este prevăzut pelvisul uman sunt necesare  asigurării stabilității inelului pelvin.  Ligamentele  sacroiliace  dorsale  şi  interosoase  împreună  cu  ligamentele  iliolombare  asigură  ancorajul  sacrului  în  structura  inelului  în  poziție  ortostatică.  Ligamentele  sacrotuberale controlează mişcările de rotație în plan sagital, iar ligamentele sacrospinale se  opun mişcărilor de rotație laterală ale coxalului.  În timpul sarcinii şi naşterii apare o adevarată "deblocare" a articulațiilor bazinului,  printr‐un  mecanism  hormonal.  Hisaw  a  descris  acțiunea  relaxinei,  un  hormon  secretat  de  ovar  şi  placentă,  care  detensionează  ligamentele  pelvine  prin  inhibiție.  Bascularea  sacrului  spre dorsal, obținută prin adoptarea poziției Crouzat‐Walcher permite un câştig de 3‐13 mm  pentru diametrul sagital al strâmtorii pelvine superioare, iar relaxarea ligamentelor simfizei  pubiene  permite  mărirea  diametrului  transvers.  Persistența  acestei  hipermobilități  după  naştere se soldează cu o instabilitate pelvină dureroasă şi tulburări ale mersului.    6.1.2  Funcţia dinamică a centurii pelvine şi şoldului  Alături  de  centura  pelvină,  şoldul  (articulația  coxofemurală)  ocupă  un  loc  important  în  dinamica  centurii  pelvine,  mişcările  realizate  fiind  în  strânsă  corelație  şi  interdependență.  Pentru o mai bună înțelegere vom face o prezentare prealabilă a particularităților structurale  şi funcționale ale acestei articulații.     

6.2.

PARTICULARITĂŢI STRUCTURALE ŞI FUNCŢIONALE ALE ŞOLDULUI 

 

Articulația şoldului (coxofemurală) se prezintă ca o articulație sferoidală tipică, cu trei  axe  de  mişcare.  La  nivelul  ei  se  pot  produce  următoarele  mişcări:  1)  flexie‐extensie;  2)  abducție‐adducție; 3) circumducție; 4) rotație. Datorită lungimii colului femural şi unghiului  de înclinație, mişcările de flexie‐extensie şi cele de abducție‐adducție se asociază cu mişcări  de rotație.  Fig. 60  Flexia şi extensia.              

 

121

Dacă  mişcările  de  flexie  şi  extensie  ar  fi  pure,  ar  trebui  să  se  execute în jurul unui ax transversal care  trece  prin  vârful  trohanterului  mare  şi  prin  foseta  ligamentului  rotund  (Fig.  60).  Această  axă  ar  corespunde  axei  anatomice  a  colului  şi  a  capului.  Cum  însă mişcarea de flexie se însoțeşte şi de  o  mişcare  de  rotație  înăuntru,  iar  mişcarea  de  extensie  se  însoțeşte  de  o  mişcare  de  rotație  în  afară,  adevărata  axă  biomecanică  nu  se  suprapune  nici  axei  anatomice,  nici  planului  frontal  ci  unei  axe  care  reprezintă  axa  centrală  a  cavității cotiloide.   Prin  mişcarea  de  flexie,  coapsa  se  aproprie    de  peretele  anterior  al  abdomenului,  iar  în  extensie  se  îndepărtează.  În  flexie,  partea  anterioară  a  capsulei  şi  ligamentul  iliofemural  se  relaxeză.  Limitarea  acestei  mişcări  se  face  de  către  muşchii  posteriori ai coapsei. Amplitudinea totală a mişcărilor de flexie‐extensie depinde de poziția  în care se găseşte genunchiul: astfel, dacă acesta este extins, flexia coapsei atinge 900, prin  punerea  în  tensiune  a  muşchilor  posteriori  ai  coapsei.  Când  genunchiul  este  flectat,  flexia  şoldului atinge 1300. În poziția “pe vine”, coapsa se alipeşte de peretele abdominal anterior.   Ligamentele iliofemurale au rol principal în stațiunea verticală, opunându‐se căderii  trunchiului înapoi, ligamentele pubofemurale au rol adjuvant.  Muşchii care intervin în flexia şoldului sunt:     ‐ muşchiul iliopsoas şi dreptul femural, cu acțiune principală şi  ‐ tensorul fasciei lata şi muşchiul croitor, cu acțiune mai redusă.    În  poziția  de  decubit  dorsal,  deci  antigravitațională,  dacă  flexia  este  asociată  cu  rotația externă şi abducția şoldului, contracția psoasiliacului este substituită prin contracția  croitorului  (muşchi  accesor);  dacă  flexia  se  asociază  cu  rotația  internă  şi  abducția  şoldului,  contracția  psoasiliacului  este  substituită  prin  contracția  tensorului  fasciei  lata  (muşchi  accesor).  La aceştia se adaugă muşchii adductori şi gracilisul care însă acționează numai până la  poziția  orizontală  a  coapsei.  De  la  această  poziție  în  sus,  intervine  şi  muşchiul  fesierul  mijlociu  (prin  fasciculele  anterioare).  Fesierul  mijlociu  participă  şi  ca  flexor  al  coapsei  din  poziție ortostatică în primele grade de flexie. Dacă se opune rezistență, activitatea lui creşte.  Muşchii flexori sunt mai puternici decât muşchii extensori.  În extensie, partea anterioară a capsulei şi ligamentul iliofemural se întind, limitând  mişcarea.   Este  posibilă  şi  executarea  unei  extensii  forțate,  hiperextensie,  ca  în  mişcările  de  balet  sau  patinaj.  În  asemenea  cazuri,  extensia  maximă  nu  se  obține  în  articulația  şoldului  respectiv, ci printr‐o mişcare de flexie executată din articulația şoldului de partea opusă (a  membrului fixat), ceea ce are drept urmare şi o aplecare a trunchiului înainte; mişcarea se  mai  petrece  şi  în  coloana  vertebrală,  accentuându‐se  curbura  lombară.  În  această  poziție,  ligamentele iliopubian şi ischiofemural se întind şi fixează puternic capul în cavitate. 

 

122

În  extensia  şoldului  acțiune  principală  au  semitendinosul,  semimembranosul,  bicepsul femural, ajutați de fasciculele posterioare ale fesierului mijlociu şi de fesierul mic. În  menținerea poziției de hiperextensie intervine fesierul mare. Când coapsa se află dincolo de  orizontală,  intervin  ca  extensori  şi  adductorii,  dreptul  intern,  obturatorul  extern  şi  pătratul  femural.  Extensia  este  limitată  de  întinderea  părții  anterioare  a  capsulei  şi  de  ligamentul  iliofemural.    Mişcările de abducție‐adducție.       Fig. 61  Se realizează în jurul unui ax antero‐ posterior  (sagital),  care  trece  prin  centrul  capului  femural  şi  sunt  însoțite  de  mişcări  de rotație ale coapsei (Fig. 61).   Când  coapsele  sunt  extinse,  amplitudinea  maximă  a  abducției  este  de  600, astfel că ambele coapse formează între  ele  un  unghi  de  1200;  când  se  găsesc  în  flexie,  abducția  atinge  700,  între  coapse  formându‐se un unghi de 1400.         Abducția  este  realizată  de:  tensorul  fasciei lata, fesierul mijlociu şi croitor.  Tensorul fasciei lata este activ în abducția cu rotație internă şi flexia coapsei. Rolul de  rotator  este  slab,  deşi este  implicat  în  executarea  rotației,  indiferent  de  poziția  membrului  inferior. Spre deosebire de fesieri, are un rol important în pedalajul pe bicicletă, dovedind că  devine mai activ când şoldul este flectat.   Fesierul  mijlociu  este  abductor  şi  rotator  intern.  Este  activat  în  mers,  având  o  contribuție minimă în pedalajul pe bicicletă.   Rolul  croitorului  a  fost  discutat  în  paragrafele  anterioare.  În  plus,  este  un  muşchi  întotdeauna  activat  în  urcat  şi  coborât,  precum  şi  în  pedalaj,  activitatea  sa  crescând  mult  când şoldul este flectat concomitent cu genunchiul sau când se extinde genunchiul după ce  şoldul a fost flectat.  Muşchii  abductori  sunt  mai  slabi  decât  adductorii.  Abducția  este  limitată  prin  punerea sub tensiune a ligamentului ilio‐pretrohanterian (când coapsa este în extensie) şi a  ligamentului  pubo‐femural  (când  coapsa  este  în  flexie).  Amplitudinea  abducției  poate  fi  mărită  prin  mişcările  de  compensare  ale  bazinului  şi  ale  coloanei  lombare.  În  mişcarea  de  sfoară, de exemplu, abducția reală a coapsei pe bazin nu depăşeşte 700 de fiecare parte, dar  mişcarea devine posibilă datorită înclinării bazinului înainte şi unei lordoze accentuate, ceea  ce face ca abducția să se transforme în mişcare de flexie.  La efectuarea adducție participă: psoas‐iliacul, fesierul mic, dreptul intern, pectineul,  cei trei adductori, semitendinosul şi semimembranosul. Amplitudinea adducției este de 300.  Mişcarea de adducție este limitată de întâlnirea coapselor, iar când acestea se încrucişează,  limitarea este dată de către ligamentul pretrohanterian şi ligamentul rotund.   În  adducția  liberă  a  coapsei,  mişcarea  principală  este  de  fapt  a  adductorului  lung,  adductorul  mare  fiind  mut,  el  fiind  activat  doar  dacă  mişcarea  este  cu  rezistență.  Rotația  internă solicită însă contracția tuturor adductorilor.  

 

123

În  postura  unipodală  nu  intră  în  joc,  dar  în  mers  sunt  activați  de  mai  multe  ori  în  diverse faze. Unii autori (Janda, Stara) apreciază că activitatea acestor muşchi este facilitată  de engrama de mers şi mai puțin de o mişcare simplă, primară. 

6.3 STABILITATEA ŞOLDULUI  

În  stațiunea  unipodală,  echilibrul  bazinului  este  menținut  de  abductori  (fesierul  mijlociu) în cadrul balanței Pauwels, iar în bipedism, de activitatea antagonistă a abductorilor  şi  adductorilor  şoldului.  Modificarea  raportului  dintre  brațul  forței  şi  brațul  rezistenței  (normal  1/3),  prin  scăderea  primului  (ca  în  coxa  valga)  va  necesita  creşteri  importante  ale  forței abductorilor pentru a menține echilibrul bazinului în noile condiții. În acelaşi timp va  creşte  şi  presiunea  pe  capul  femural.  În  mod  normal  ea  reprezintă  de  4  ori  greutatea  corpului,  iar  odată  cu  scăderea  brațului  forței,  poate  ajunge  să  reprezinte  de  5‐7  ori  greutatea  corpului,  când  balanța  are  brațele  într‐un  raport  de  1/4  sau  1/6.  La  această  presiune intermitentă articulară se mai adaugă presiunea permanentă a tonusului muscular  periarticular, determinată mai ales de adductori, abductori şi flexori. Contractura unora sau  altora va mări presiunea articulară, putând favoriza atitudinile vicioase.  Cea mai fiziologică poziție a şodului, în care presiunile intraarticulare vor fi cele mai  mici, este poziția de extensie uşoară, abducție şi rotație internă – poziția în care coaptarea  suprafețelor articulare este cea mai perfectă şi deci presiunea pe cm2 cea mai mică. Poziția  vicioasă cea mai frecventă, în care se fixează şoldul este inversă – flexie, adducție şi rotație  externă – de unde se deduce că accentul la posturare şi mobilizare se va pune pe extensie –  abducție – rotație internă.  Presiunea  de  susținere articulară  se  repartizează  pe  o  anumită  suprafață  (suprafața  portantă)  care  este  de  16  cm2  în  mod  normal.  Reducerea  acestei  suprafețe  va  determina  creşterea corespunzătoare a presiunii pe unitatea de suprafață.  Pentru  procesul  recuperator,  importanța  acestor  factori  de  stabilitate,  ‐  osoşi,  ligamentari  şi  musculari  –  rezidă  din  faptul  că  atitudinea  va  fi  diferențiată  în  funcție  de  sectorul  afectat.  Factorii  osoşi  de  destabilizare  sunt  puțini  accesibili  kinetoterapiei,  care  poate  fi  eficientă  mai  mult  în  dezechilibrele  musculare  şi  parțial  ligamentare.  În  poziția  "picior  peste  picior"  abducția este asociată cu flexia şi rotația  externă,  realizând  poziția  de  maximă  instabilitate pentru articulația şoldului 

FIG. 62  Amplitudinea mişcării de flexie‐ extensie a şoldului cu genunchiul extins 

 

124

6.5 BIOMECANICA CENTURII PELVINE ŞI ŞOLDULUI ÎN TIMPUL MERSULUI   

Studiul  forțelor  articulare  în  timpul  activităților  dinamice  s‐a  efectuat  cu  ajutorul  analizei mersului pe platforma de forță (Paul, 1967) sau prin recoltarea măsurătorilor in vivo  cu  ajutorul  protezelor  instrumentate  prevăzute  cu  transductori  (Rydell,  1965).  În  timpul  mersului s‐au pus în evidență două momente de creştere brutală a forțelor intraarticulare:  a)  imediat după contactul calcanean forțele cresc de 4 ori greutatea corpului;  b)  chiar inainte de ridicarea degetelor, în partea finală a fazei de sprijin forțele cresc  la o valoare de 7 ori greutatea corpului (Fig. 63 ). Pentru femei, aceste valori sunt mai mici  datorită  diferențelor  anatomice:  pelvis  larg,  unghi  cervi‐codiafizar  femural  mai  închis  (coxa  vara), dar şi modul diferit de mers.  În  timpul  fazei  de  pendulare,  deşi  şoldul  nu  este  încărcat,  forjț  de  reacție  are  valoarea  greutății  corpului  datorită  contracției  muşchilor  extensori  care decelerează membrul inferior. În faza de sprijin,  forța de reacție scade sub valoarea greutății corpului  prin  coborârea  centrului  de  greutate  al  corpului.  Mărirea  vitezei  de  mers  creşte  corespunzător  valoarea forței de reacție articulară.        Fig.  63  Acțiunea  musculară  simetrică  şi  asimetrică  în sprijinul bipodal.     

6.6 ANTROPOMETRIE MUSCULARĂ 

  Înainte de a putea calcula fortele produse de  muschii individuali in timpul miscarii normale, este în  mod  obişnuit  necesară  cunoaşterea  câtorva  dimensiuni ale muşchilor.  Dacă  muşchii  aceluiaşi  grup  împart  sarcina,  aceasta  are  loc  probabil  proporțional  cu  secțiunile  lor  transversale.  De  asemenea,  lucrul  mecanic  al  fiecărui  muşchi  poate  fi  diferit  în  functțe  de  lungimea  brațului  de  acțiune  al  forței  în  raport  cu  originea  şi  inserția  muşchiului  şi  în  funcție  de  alte  structuri de sub muşchi sau tendoane, care alterează  unghiul de acțiune al tendonului. 

125

 

6.6.1 Aria transversală a muşchilor  Aria  transversală  funcțională  sau  fiziologică  (PCA)  a  muşchilor  este  o  măsură  a  numărului de sarcomeri în paralel cu unghiul de tragere al acestora. În muşchii penați, fibrele  acționează la un unghi față de axa longitudinală şi de aceea nu sunt tot atât de eficienți, ca  muşchii ale căror fibre sunt dispuse în paralel.  Unghiul  dintre  axa  longitudinală  a  muşchiului  şi  axa  fibrei  este  numit  “unghi  de  penație”.  În muşchii cu fibrele dispuse în paralel, aria transversală (PCA) este dată de relația:    m  [cm2]  PCA = d ⋅l   în care:  m = masa fibrelor musculare [g];        d = densitatea muşchiului [g/cm3] = 1.056 g/cm3;         l = lungimea muşchiului [cm].    În muşchii penați aria transversală (PCA) devine:      m ⋅ cosθ  [cm2]  PCA = d ⋅l în care θ = unghiul de penație, care creşte cu scurtarea muşchiului.      Wichiewicz şi colaboratorii (1983) au folosit datele prelevate de la trei cadavre şi au  măsurat  masa  ,  lungimile  fibrelor  şi  unghiul  de  penație  pentru  27  de  muşchi  ai  membrului  inferior.  Se  poate  determina  astfel  contribuția  potențială  relativă  a  unui  grup  de  muşchi  agonişti, presupunând că fiecare generează aceeaşi solicitare. Trebuie observat că un muşchi  dublu articular, ca de exemplu gastrocnemian, poate prezenta procente diferite la articulații  diferite, datorită ariei transversale totale (PCA) a tuturor muschilor ce traverseaza articulatia.  6.6.2 Modificarea lungimii muşchiului în timpul mişcării    Puține studii au investigat modificările în lungime a muşchilor ca funcție de unghiurile  articulațiilor care le traversează.  Grieve  şi  colaboratorii  (1978)  au  raportat  într‐un  studiu  efectuat  pe  8  cadavre  modificările  procentuale  în  lungime  ale  muschiului  gastrocnemian  ca  funcție  de  unghiul  genunchiului şi gleznei. Lungimea de repaus a muşchiului s‐a presupus a fi în poziția flectată  cu  900  a  genunchiului,  iar  glezna  în  poziție  intermediară,  deci  nici  în  flexie  plantară,  nici  în  flexie dorsală. Cu o flexie plantară de 40%, muşchiul s‐a scurtat cu 8.5% şi şi‐a schimbat liniar  lungimea, la 200 dorsiflexie crescând cu 4%. Modificările la genunchi au fost descrise printr‐o  variație aproape liniară: 6.5% la extensie totală până la o descreştere de 3% pentru o flexie  de 1500.       

 

126

6.6.3   Forţa pe unitate de suprafata transversala (tensiunea)     A  fost  raportată  o  gamă  largă  de  valori  pentru  tensiuni  ale  muşchilor  scheletici  (Haxton‐1944, Alexander si Vernon – 1975, Maughan şi colaboratorii –1983).  Majoritatea acestor valori de tensiune au fost măsurate în condiții izometrice şi erau  între 20 –100N/cm2. Valorile mai mari au fost obținute în muşchii penați, care sunt cei ale  căror  fibre  sunt  dispuse  sub  un  unghi  față  de  axa  muşchiului.  O  astfel  de  orientare  creşte  efectiv aria transversală peste cea masurată şi folosită în calcularea tensiunii.  Haxton  (1944)  a  stabilit  legătura  dintre  forță  şi  tensiune  în  doi  muşchi  penați  (  gastrocnemian şi solear) şi a găsit valori de 38N/cm2. Tensiunile dinamice au fost calculate în  muşchiul  cvadriceps  în  timpul  alergării  şi  săriturilor  şi  s‐a  obținut  70N/cm2  (  pe  baza  unui  moment  extensor  maxim  la  genunchi  de  210  Nm,  pentru  bărbați  adulți)  şi  ~100N/cm2  în  contracție izometrică ( Maughan si colaboratorii, 1983)   

 

127

Cap 7  LUCRUL MECANIC, ENERGIA SI PUTEREA    7.1.  INTRODUCERE    Analiza  biomecanică  impune  cu  necesitate  luarea  în  considerare  şi  a  variabilelor  ce  descriu  energetica  mişcării.  Fluxurile  de  energie  reprezintă  cauza  directă  a  mişcărilor  ce  se  observă,  absența  lor  conducând  în  mod  direct  la  absența  mişcării.  Evaluarea  corectă  a  mersului  patologic  depinde  direct  de  luarea  în  considerare  a  transferurilor  de  putere  în  articulații,  acestea  completând  datele  furnizate  de  evaluările  electromiografice(EMG)  sau  cele privind forțele şi momentele ce se dezvoltă. Calcularea corectă a lucrului mecanic este  esențială  nu  numai  în  scop  de  diagnostic  ci  şi  în  evaluarea  capacităților  de  muncă  şi  aprecierea  performanțelor  sportive.  Conceptele  de  bază  privind  energetica  mişcării  sunt:  energia, lucrul mecanic şi puterea. 

7.2. LEGILE FIZICE ALE MIŞCĂRII. UNITĂȚI DE MĂSURĂ.    Legile fizice care stau la baza staticii şi cinematicii sunt legile mişcării, care au rezultat  din  analiza  relației  dintre  forță  şi  mişcare.  Legile  fizice  ale  mişcării  au  fost  enunțate  de  fizicianul englez Newton.  Legea inerției – prima lege a mişcării.  Orice  corp  îşi  menține,  pe  baza  propriei  mase,  starea  de  repaus  sau  de  mişcare  rectilinie uniformă, atâta timp cât asupra sa nu acționează o forță care să‐i modifice această  stare. Această tendință a corpului se numeşte inerție.  Datorită  intervenției  inerției  un  corp  aflat  în  repaus  tinde  să  rămână  în  repaus  Æ  inerția de repaus. Un corp aflat în mişcare tinde să se deplaseze în continuare Æ inerția de  mişcare câştigată.  Se  consideră  că  o  forță  poate  să  oprească,  să  inițieze  sau  să  schimbe  o  anumită  mişcare.  În  condițiile  gravitaționale,  asupra  corpului  se  exercită  continuu  forțe  fără  a  se  produce  mişcare;  mişcarea  apare  numai  în  momentul  în  care  se  produce  o  dezechilibrare  între acestea.  Forțele  sunt  mărimi  vectoriale  caracterizate  prin  mărime,  direcție,  sens,  punct  de  aplicare. Modificările oricăreia dintre aceste caracteristici vor influența efectele forței.  Atunci când o forță acționează asupra unui corp, va determina o mişcare a acestuia în  aceeaşi direcție cu direcția de acțiune a forței.  Dacă  asupra  unui  corp  acționează  mai  multe  forțe,  conform  “regulei  paralelogramului”, acestea se sumează şi dau o forță rezultantă (FR).  De exemplu, atunci când două forțe acționează în acelaşi timp, dar din două unghiuri  diferite,  corpul  se  va  mişca  pe  o  direcție  care  va  fi  diagonala  paralelogramului,  trasată  din  punctual de aplicare al forțelor. (Fig. 64)   

128

 

                    Figura 64. ‐ Paralelogramul forțelor          În mecanica mişcării se pot întâlni următoarele situații:  Dacă asupra unui corp acționează o singură forță, mişcarea se va produce în sensul  forței; de exemplu, un grup muscular poate produce mişcare în sensul contracției suficient  de puternice (Fig. 65).      F     Figura 65.        Dacă asupra unui corp acționează, pe aceeaşi direcție, două forțe în acelaşi sens, într‐ un punct comun, acestea vor fi echivalente cu o forță unică egală cu suma mărimilor forțelor  individuale (Fig. 66)      F3   F1   

F2 

                           Figura 66. 

    Dacă  asupra  unui  corp  acționează  două  forțe  diferite,  pe  aceeaşi  direcție,  dar  în  sensuri diferite, se va produce mişcare în sensul forței mai puternice (Fig. 67)     

 

 

 

 

Figura 67. 

      Dacă asupra unui corp acționează două forțe egale, pe aceeaşi direcție, dar în sensuri  opuse, va rezulta o stare de echilibru (Fig. 68)     

129

 

  F1

F2

    Figura 68.    Greutatea  este  măsura  atracției  gravitaționale  pe  care    o  exercită  pământul,  prin  câmpul său gravitațional, asupra unui corp.  Greutatea  (G)  unui  corp  depinde  de  doi  factori:  masa  corpului  şi  accelerația  gravitațională care acționează asupra acestuia.  G = mxg în care m = masa corpului iar g = accelerația gravitațională = 9,81 m/s2.  Gravitația reprezintă o forță prin care toate corpurile sunt atrase de pământ Æ legea  gravitației lui Newton. Valoarea acestei forțe se calculează după formula:  F = m1 x m2 / r2    În natură, toate corpurile se atrag unele pe altele cu o forță, direct proporțională cu  produsul maselor acestora şi invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele (r2).  Momentul  inerției  reprezintă  o  măsură  a  rezistenței  pe  care  o  oferă  un  segment  al  corpului  la  o  schimbare  în  mişcarea  sa  față  de  o  axă  (o  măsură  a  distribuției  masei  segmentului față de o axă a mişcării).  Reamintim  cele  3  axe  principale,  perpendiculare  una  pe  cealaltă,  în  jurul  cărora  se  poate mişca un segment al corpului: latero‐lateral, antero‐posterior, longitudinal. Momentul  inerției scade pe măsură ce masa corpului este mai apropiată de axa de mişcare.  Linia de gravitație este verticala care, trecând prin centrul de gravitație al corpului, se  proiectează în interiorul bazei de susținere.  În  ortostatism,  linia  gravitației  trece:  puțin  înapoia  vârfului  suturii  coronale  –  prin  dintele  axisului  ‐  prin  corpurile  vertebrelor  cervicale  –  vertebra  C7  –  anterior  față  de  vertebrele  toracale  –  intersectează  curbura  lombară  la  nivelul  L2  –  corpurile  ultimelor  vertebre lombare – vertebra S2 – puțin posterior față de centrul articulației genunchiului –  înaintea articulației talocrurale – mijlocul bazei de susținere.  Baza de susținere este aria care suportă greutatea unui corp sau a unui obiect.  La om, în ortostatism, baza de susținere are aproximativ forma unui trapez delimitat  anterior  de  vârful  picioarelor,  lateral  de  marginea  externă  a  acestora  şi  posterior  de  linia  călcâielor.  Unghiul  de  stabilitate  este  format  de  linia  centrului  de  gravitație  (proiecția  CG  al  corpului pe baza de susținere) cu dreapta care uneşte centrul de greutate cu marginea bazei  de susținere (Fig. 69)      α 

 

 

 

Figura 69. 

  Există trei tipuri de echilibru: stabil, instabil şi indiferent.   

 

130

Forțele  de  frecare.  Un  corp  aflat  în  mişcare  este  influențat  de  alte  corpuri  cu  care  vine în contact, acestea având tendința de a frâna mişcarea din cauza forței de frecare dintre  corpuri.  Din  cauza  frecării,  mişcarea  corpului  devine  uniform  încetinită  până  la  oprirea  acestuia. Pentru a‐l menține în mişcare trebuie să intervină o forță exterioară continuă mai  mare decât forța de frecare.  Între aceste două forțe se stabileşte un raport numit coeficient de fricțiune.(μ)  Coeficient de fricțiune = forța care produce mişcarea/forța de frecare.  Legea accelerației – a doua lege a mişcării.  Când  o  forță  acționează  asupra  unui  corp,  pe  direcția  şi  în  sensul  mişcării  acestuia,  apare accelerația.  Forța aplicată corpului în mişcare este proporțională cu rata schimbării momentului,  conform legii accelerației. (momentul (G) reprezintă cantitatea de mişcare a unui corp la un  moment dat Æ G = m x v; în care m = masa şi v = velocitatea).  F = ∆G/∆t = mx∆v/∆t = m x a  Din exprimarea algebrică a legii accelerației Æ F = m x a, se poate deduce accelerația:    a = F/m.  producând  o  deplasare,  forța  efectuează  un  lucru  mecanic.  Dacă  pe  direcția  de  mişcare se aplică o forță egală şi de sens contrar cu forța care a produs mişcarea, corpul se  opreşte Æ se produce decelerația.  Legea acțiunii şi reacțiunii – a treia lege a mişcării  La interacțiunea a două corpuri, forța care acționează asupra unui corp – acțiunea –  este egală şi de sens contrar cu forța care acționează asupra celuilalt corp – reacțiunea.  Această  lege  este  o  consecință  a  legii  inerției  şi  a  forței.  Pentru  această  lege  se  consideră interacțiunea dintre corpuri care nu sunt supuse nici unei alte acțiuni exterioare.  Interacțiunea  celor  două  corpuri  poate  fi  comună  Å  un  corp  se  sprijină  pe  altul  în  câmp  gravitațional  sau  mai  puțin  comună  Å  corpurile  sunt  supuse  numai  acțiunii  forțelor  de  gravitație.     

7.3 FORȚELE INTERIOARE ALE LOCOMOȚIEI: IMPULSUL NERVOS ŞI CONTRACȚIA  MUSCULARĂ 

  Forța este o mărime fizică care tinde să modifice sau modifică starea de repaus sau  de mişcare a unui corp. Baza anatomo‐funcțională a unei mişcări este reprezentată de arcul  neuromusculoosteoarticular.  Prin  intrarea  în  acțiune  a  aparatului  locomotor  comandat  de  sistemul  nervos,  se  declanşează  o  serie  de  forțe  interioare  care  conlucrează  la  realizarea  mişcărilor.  Forțele  interioare sunt obligate să învingă o serie de forțe exterioare care se opun mişcării, mişcarea  rezultând din interacțiunea forțelor interioare ale corpului omenesc cu forțele exterioare ale  mediului de deplasare.  Pentru  a  se  produce  lucru  mecanic,  forțele  interioare  trebuie  să  fie  superioare  ca  intensitate rezistențelor opuse de forțele exterioare şi să acționeze pe aceeaşi direcție, dar în  sens invers acestora din urmă.    Forțele interioare ale locomoției   

131

 

Organele  care  participă  la  locomoție  aparțin  sistemului  nervos,  sistemului  osteoarticular şi sistemului muscular.  Atât locomoția, cât şi mişcarea sub forma exercițiului fizic utilizează energia mecanică  care se manifestă ca nişte forțe.  În  urma  proceselor  metabolice  din  organismul  uman  rezultă  energie  care  este  utilizată sub formă termică, electrică, fizico‐chimică şi mecanică.  Succesiunea forțelor interioare ale locomoției, care intervin în realizarea unei mişcări  este următoarea:  • impulsul nervos;  • contracția musculară;  • pârghia osoasă;  • mobilitatea articulară.    Impulsul nervos  Controlul  mişcării  este  realizat  de  sistemul  nervos  somatic  sau  al  vieții  de  relație.  Acesta  este  alcătuit  din  acele  formațiuni  care  au  rolul  de  a  integra  organismul  în  mediul  extern,  de  a  realiza  relația  organismului  cu  acest  mediu.  Activitatea  sistemului  nervos  somatic este conştientă, voluntară şi are ca efectori musculatura striată (somatică).    Căile descendente 

• • •

Căile descendente sau motorii cuprind:  un centru cortical care elaborează influxul nervos;  o succesiune de neuroni interconectați; dintre aceştia, unul este neuronul motor central  din  scoarța  cerebrală  de  unde  porneşte  calea  efectorie;  altul  este  neuronul  motor  periferic care poate fi localizat în trunchiul cerebral sau în măduva spinării;  plăcile  neuromotorii,  la  nivelul  cărora  influxul  nervos  este  transformat  în  incitație  motorie producătoare de mişcare. 

  Căile motorii sunt de două categorii:  1. căi ale motricității voluntare;  2. căi ale motricității automate sau extrapiramidale    Neuronul motor periferic este supus influențelor centrilor superiori, astfel:  • prin control direct este influențat neuronul motor alfa;  • prin  control  indirect  este  influențat  neuronul  motor  gamma,  care  prin    intermediul  buclei gamma întreține starea de excitabilitate a motoneuronului alfa.    Căile motricității voluntare  Căile motricității voluntare conțin numai doi neuroni: central şi periferic. În funcție de  localizarea neuronului motor periferic, acestea sunt:  • calea  motricității  voluntare  pentru  musculatura  gâtului,  trunchiului  şi  membrelor; 

 

132

• calea  motricității  voluntare  pentru  musculatura  capului  şi  a  unor  părți  ale  muşchilor gâtului.  Neuronii  motori  centrali  sunt  reprezentați,  în  proporție  de  40%,  de  celulele  piramidale  gigante  Betz  din  aria  motorie  principală  4,  de  neuronii  din  pătura  piramidală  internă a ariilor 6, 10, 45, şi 46 ale lobului frontal, dar şi din neuroni din pătura piramidală  internă a lobilor occipital şi parietal.  Neuronii motori periferici sunt situați în cornul anterior al măduvei  spinării. Axonii  acestora, prin intermediul rădăcinii anterioare a nervului spinal ajung la muşchii striați.  • Neuronii  somatomotori  α  şi  β  sunt  situați  în  capul  cornului  anterior.  Axonii  acestora se termină în plăcile motorii ale muşchilor striați. Aceşti neuroni primesc aferente  din fasciculul piramidal, din fasciculele extrapiramidale şi de la ganglionii spinali.  • Neuronii γ sunt aşezați în capul cornului anterior. Axonii acestora se termină  în  plăcile motorii  ale  porțiunilor  contractile  ale  fusurilor  neuromusculare.  Primesc  aferențe  de la fasciculele extrapiramidale (mai ales reticulospinale) şi de la ganglionii bazali.    Căile motricității automate  Căile motricității automate sau extrapiramidale reprezintă un sistem de reglaj sau de  control al mişcării care asigură execuția precisă, armonioasă a mişcării comandate voluntar.  Pentru  realizarea  acestui  scop,  sistemul  extrapiramidal  intervine  în  reglarea  tonusului  muscular, a automatismului muscular şi a reflexelor somatice.  Tonusul  muscular  este  de  origine  reflexă  şi  are  rolul  de  a  pune  la  dispoziția  organismului, în cele mai bune condiții, o modalitate de expresie somatică precisă şi eficace.  Tonusul muscular asigură statica de ansamblu a corpului şi adaptează în permanență poziția  corpului în funcție de activitatea   motorie comandată. Acesta susține în permanență acțiunea în diferitele sale faze de  execuție,  adică  în  fazele  de  stabilizare,  de  desfăşurare  şi  de  menținere  a  atitudinii  finale.  Aşadar,  există  trei  categorii  de  tonus  muscular,  strâns  împletite  în  cursul  executării  unei  activități: tonusul de fond, tonusul de execuție şi tonusul postural.  Originea  căilor  extrapiramidale  este  reprezentată  de  cortexul  cerebral,  care  prin  conexiunile  sale  descendente,  face  legătura  cu  o  serie  de  stații  de  releu  subcorticale  înlănțuite  şi  a  căror  activitate  se  reflectă  înapoi  asupra  scoarței  cerebrale  sau  asupra  neuronilor  motori  periferici.  Zonele  corticale  de  origine  a  căilor  extrapiramidale  sunt  diseminate pe suprafețe mari ale scoarței cerebrale, la nivelul tuturor lobilor.  Centrii de releu subcortical sunt reprezentați de următoarele structuri:      ● nucleii punții şi, în continuarea acestora, cerebelul;      ● corpii striați;      ● nucleii subtalamici;      ● substanța neagră;      ● nucleul roşu;      ● formațiunea reticulată a trunchiului cerebral;      ● nucleii lamei tectale;      ● nucleii vestibulari;      ● oliva bulbară.  De la nucleii de releu, impulsurile sunt redistribuite pentru închiderea circuitelor de  control atât la neuronul motor central, cât şi la cel periferic.   

133

 

Contracția musculară  A doua forță interioară care intervine în realizarea mişcării, ca o reacție caracteristică  la impulsurile nervoase motorii, este forța de contracție musculară.  Activitatea  musculară  nu  este  posibilă  în  absența  tonusului  muscular.  Acesta  este  definit ca fiind „starea specială de semicontracție pe care muşchiul o prezintă şi în repaus şi  care,  îi  conservă  relieful”.  Tonusul  muscular  se  menține  pe  cale  reflexă.  Actul  reflex  care  menține tonusul muscular se numeşte reflex de întindere (vezi bucla gamma).  Tonusul  muscular  este  influențat  de  numeroşi  factori,  dintre  care  amintim  factorii  endocrini; bărbații au muşchi mai tonici comparativ cu femeile, datorită hormonilor sexuali  masculini.  Tonusul  muscular  conferă  muşchiului  proprietatea  de  a  se  contracta,  ca  urmare  a  impulsurilor nervoase motorii.        Unitatea motorie  Prin unitatea motorie se înțelege ansamblul format de un motoneuron alfa din cornul  anterior al măduvei spinării împreună cu fibrele musculare pe care le inervează.  Muşchiul striat funcționează prin jocul coordonat al unităților motorii.    Calitățile caracteristice contracției musculare  Calitățile caracteristice contracției musculare sunt  forța de contracție şi amplitudinea  contracției, factori intrinseci ai activității musculare.    Forța musculară    Forța  musculară  depinde  de  trei  componente,  proprietăți  ale  muşchiului  care  se  contractă,  şi  anume:  mecanica  musculară,  arhitectura  muşchiului  şi  locul  de  inserție  al  acestuia.  Forța  de  contracție  depinde  de  doi  factori  mai  importanți:  numărul  fibrelor  musculare ale unui muşchi şi lungimea acestora.    Sincronizarea acțiunilor musculare  La executarea unei mişcări participă următoarele grupe musculare:  • muşchi agonişti;  • muşchi antagonişti;  • muşchi sinergici;  • muşchi fixatori;  • muşchi neutralizatori.    Gruparea funcțională periarticulară a muşchilor 

 

134

Muşchii din jurul unei articulații sunt aşezați în grupe funcționale.    Cuplul de forțe.   Cuplul de forțe este format din două forțe paralele care acționează asupra pârghiilor  osoase, dar în direcții opuse.     Lanțurile musculare  Grupele musculare care pun în mişcare un lanț cinematic (articular) formează un lanț  muscular. Gruparea se realizează în sens longitudinal, de‐a lungul lanțului articular.    Chingile musculare. Chinga musculară este o grupare funcțională, în formă de ansă, formată  din doi muşchi cu inserția distală apropiată şi capetele proximale divergente.   

7.4 FORŢELE INTERIOARE ALE LOCOMOŢIEI: PÂRGHIA OSOSĂ ŞI MOBILITATEA ARTICULARĂ  

Pârghia osoasă  A  treia  forță  a  locomoției  este  reprezentată  de  acțiunea  pârghiilor  osoase.  Segmentele  osoase  asupra  cărora  acționează  muşchii  se  comportă,  la  prima  vedere,  ca  pârghiile din fizică.  În mecanică, o pârghie este o maşină simplă. Maşinile simple sunt dispozitive utilizate  pentru  ca  în  procesul  de  deplasare  a  unor  corpuri  să  se  poată  reduce  forța  aplicată,  pe  seama deplasării mai  mari a punctului de aplicare a acestor forțe.  Pârghia reprezintă de obicei o bară care se poate roti în jurul unui punct numit punct  de sprijin (S). Scopul principal al utilizării pârghiei este acela de a putea ridica o greutate mai  mare, aplicând o forță mai mică. Deci, asupra pârghiei acționează două forțe:  • forța care trebuie învinsă, numită forța rezistentă – R;  • forța cu ajutorul căreia este învinsă forța rezistentă, numită forța activă – F.  În funcție de raporturile dintre aceste trei puncte, pârghiile se împart în:  • pârghii de gradul I, cu sprijinul la mijloc – RSF;  • pârghii de gradul II, cu rezistența la mijloc – SRF;  • pârghii de gradul III, cu forța la mijloc – SFR.  Distanța  dintre  punctul  de  sprijin  şi  suportul  uneia  dintre  forțe  se  numeşte  brațul  forței,  respectiv  brațul  rezistenței.  Pentru  ca  o  pârghie  să  fie  în  echilibru,  momentele  celor  două forțe față de punctul de sprijin trebuie să fie egale.      F X d2 = R X d1 în care d1 = brațul rezistenței            d2 = brațul forței.  Dacă nu există frecări, şi pârghia este absolut rigidă, atunci:  h2/h1 = d1/d2   în care h1 = înălțimea cu care urcă punctul de aplicare al forței R             h2 = înălțimea cu care coboară punctul de aplicare al forței F.  Conform  acestei  formule,  lucrul  mecanic  efectuat  de  cele  două  forțe  este  egal,  afirmație valabilă numai în cazul ideal. În realitate are loc relația:    F X h2 > R X h1 , randamentul pârghiei fiind subunitar. 

 

135

Segmentele osoase asupra cărora acționează muşchii se comportă, la prima vedere,  ca pârghiile din fizică. Pârghiile biologice sunt formate din două oase vecine articulate mobil  = cuplu cinematic, şi legate între ele printr‐un muşchi. La pârghia osoasă:  • punctul de sprijin S reprezintă axa biomecanică a mişcării;  • forța  rezistentă  R  reprezintă  greutatea  corpului  sau  a  segmentului  care  se  deplasează; la aceasta se poate adăuga greutatea sarcinii de mobilizat;  • forța  activă  F  este  reprezentată  de  inserția  pe  segmentul  osos  a  muşchiului  care  realizează mişcarea.  Pârghiile  de  gradul  I  sunt  pârghii  de  echilibru.  De  exemplu,  la  articulația  atlantooccipitală,  capul  în  echilibru pe  coloana  vertebrală  reprezintă  o  pârghie  de gradul  I:  (fig.10.)  S  corespunde articulației atlantooccipitale;  R  este reprezentată de greutatea capului, care tinde să cadă înainte;  F  este reprezentată de muşchii cefei, care opresc căderea capului înainte.  Pârghiile  de  gradul  al  –II  –lea  sunt  pârghii  de  forță  şi  sunt  mai  rare  în  organismul  uman. Un exemplu de pârghie de gradul al‐II‐lea se întâlneşte atunci când subiectul se ridică  pe vârful degetelor (fig. 11.):  S   corespunde capetelor metatarsienelor;  R      este  reprezentată  de  proiecția  centrului  de  greutate,  care  cade  pe  articulația  talocrurală;  F   este reprezentată de forța muşchiului triceps sural, care se inseră pe calcaneu.  Pârghiile  de  gradul  al‐III‐lea  cele  mai  frecvente  în  organism,  sunt  pârghii  de  viteză,  permițând ca printr‐o forță redusă să se imprime brațului rezistenței deplasări foarte mari.  De exemplu, la nivelul articulației cotului, pentru mişcarea de flexiune realizată de muşchiul  biceps brahial (fig. 12.).  S  corespunde articulației cotului;  F este reprezentată de inserția bicepsului brahial pe tuberozitatea radiusului;  R  este reprezentată de greutatea antebrațului şi a mâinii.    Descompunerea forțelor musculare    Forța  dezvoltată  de  un  muşchi  aflat  în  contracție  nu  realizează  numai  mobilizarea  pârghiilor  osoase.  Prin  tonusul  sau  prin  contracția  voluntară,  muşchii  care  traversează  o  articulație reprezintă, după cum am mai amintit, unul din principalele mijloace de menținere  în contact a suprafețeler articulare.  Conform  paralelogramului  forțelor,  forța  musculară  se  descompune  în  două  componente:  • componenta tangențială, care tinde să mişte segmentul;  • componenta articulară, care se transmite articulației, ca o forță compresivă („os pe  os”) participă, alături de capsulă şi ligamente, la menținerea în contact a suprafețelor  articulare.    Momentul muşchiului    Raportul  dintre  muşchi  şi  pârghia  acestuia  variază  în  funcție  de  faza  mişcării.  În  diferitele  momente  ale  acțiunii,  muşchiul  poate  sau  nu  să  fie  perpendicular  pe  pârghia  pe  care acționează. Faza în care incidența perpendiculară îi  permite un maximum de acțiune a  fost denumită de Debrièrre momentul muşchiului. 

 

 

136

Momentul forței se poate calcula conform formulei:    Tq = F x d 

  În care F = forța musculară (N)      D = brațul momentului (m)  Brațul momentului este reprezentat de distanța perpendiculară dintre axa de mişcare  şi vectorul forței     Scripeții    Scripeții  fac  parte  ca  şi  pârghiile  din  categoria  maşinilor  simple  utilizate  la  om,  fie  pentru amplificarea unei forțe, fie pentru a o face mai comod de aplicat.  Scripeții nu determină amplificarea forței active, dar permit o serie de aranjamente  pentru aplicarea forței în direcții diferite, în funcție de necesități. Spre deosebire de pârghii,  scripeții oferă posibilitatea unei mişcări de rotație continuă.  Scripetele  este  alcătuit  dintr‐o  roată  cu  un  şanț  pe  circumferință,  mobilă,  în  jurul  axului care trece prin centrul acesteia. Axul este montat pe o furcă prevăzută cu un cârlig.  Prin şanțul scripetului trece un cablu.    Planul înclinat    Planul înclinat oferă avantajul descompunerii forței de greutate a corpului sau a unui  segment (G) în două componente:  • greutatea tangențială (Gt), paralelă cu planul înclinat;  • greutatea normală (Gn), perpendiculară pe plan.  În timpul efectuării mişcării este necesară numai învingerea componentei tangențiale  a greutății     Mobilitatea articulară    Deplasarea  segmentelor  osoase  angrenează  în  lanțul  mecanismelor  motorii  şi  participarea obligatorie a articulațiilor.  Articulațiile  reprezintă  locul  unde  structurile  de  rezistență,  reprezentate  de  oase,  asigură  mişcarea  uneia  din  componentele  acesteia  față  de  cealaltă.  Structura  anatomică  a  articulațiilor  permite  transmiterea  tracțiunilor,  stabilitatea  lanțului  cinematic  şi  diminuarea  frecării.  Mobilitatea articulară trebuie considerată un factor activ care participă la realizarea  mişcărilor.  Forma  articulațiilor  şi  gradele  de  libertate  ale  acestora  sunt  factori  importanți  care  conduc  direcția  şi  sensul  mişcărilor  şi  care,  în  acelaşi  timp  limitează  amplitudinea  de  mişcare.    Cupluri şi lanțuri cinematice    Cupluri cinematice. Două segmente mobile apropiate realizează un cuplu cinematic.  De exemplu: gambă‐picior, braț‐antebraț, antebraț‐mână.  În  mecanică  se  descriu  trei  tipuri  de  cupluri  cinematice:  de  translație,  de  rotație  şi  helicoidale. 

 

137

În  biomecanica  corpului  omenesc  nu  se  întâlnesc  cupluri  de  translație,  cele  helicoidale sunt rare (de exemplu, articulația gleznei), iar cele de rotație sunt frecvente (de  exemplu, antebraț‐mână).  Lanțuri  cinematice.  Cuplurile  cinematice  se  leagă  între  ele,  realizând  lanțuri  cinematice  (articulare).  La  formarea  unui  lanț  cinematic  participă  mai  multe  segmente  şi  deci, mai multe articulații (cupluri cinematice).  Lanțurile cinematice pot fi deschise sau închise.    Gradele de libertate şi axele de mişcare    În  biomecanică,  prin  grad  de  libertate  se  înțelege  planul  în  care  se  desfăşoară    o  anumită  mişcare.  În  funcție  de  numărul  gradelor  de  libertate,  articulațiile  sinoviale  se  clasifică în:  articulații cu 1 grad de libertate  articulații cu 2 grade de libertate  articulații cu 3 grade de libertate    Funcțiile articulației în cadrul aparatului locomotor    În  cadrul  aparatului  locomotor,  articulația  are  două  funcții  principale:  asigură  stabilitatea şi mobilitatea segmentelor.  Stabilitatea  este  importantă  la  toate  articulațiile,  dar  reprezintă  o  condiție  majoră  pentru cele ale membrului inferior, care asigură ortostatismul şi mersul.  Stabilitatea  unei  articulații  depinde  de  mai  mulți  factori,  din  care  amintim:  forma  capetelor  osoase  articulare,  capsula  şi  ligamentele  acesteia,  musculatura  periarticulară,  lichidul sinovial şi presiunea atmosferică.  Mobilitatea  articulară  intră  în  discuție  mai  ales  la  articulațiile  sinoviale.  Această  funcție  este  dependentă  de  cel  puțin  trei  structuri  capsula  articulară,  sinoviala  şi  lichidul  sinovial.   

7.5. LUCRUL MECANIC MUSCULAR    Originea şi inserția fiecărui muşchi defineşte unghiul de tragere a tendonului pe os şi  prin aceasta pârghia mecanică a acestuia față de centrul articulației.  Fiecare  muşchi  are  o  lungime  a  brațului  de  forță  unică,  care  este  lungimea  liniei  normale  pe  muşchi,  trecând  prin  centrul  articulației.  Acest  braț  se  modifică  ca  lungime  în  funcție de unghiul articulației.  Unul dintre puținele studii în acest domeniu (Smidt,1973) comunică lungimea medie  a brațului de forță ( pentru 26 de subiecti) pentru muşchii extensori ai genunchiului şi pentru  ischiogambieri, ce acționează la genunchi. Ambele grupe de muşchi au arătat o creştere în  lungime  a  brațului  de  forță  în  timpul  flexiei  genunchiului,  atingând  un  maxim  la  450  şi  descrescând apoi când flexia creşte la 900.  Wilkie (195) a realizat de asemenea cercetări privind momentele şi lungimile pentru  flexorii cotului.   

138

 

7.6 MUŞCHII MULTIARTICULARI    Un număr mare de muşchi din corpul uman trec peste mai mult de o articulație. În  membrele  inferioare  muşchii  ischiogambieri  sunt  extensori  ai  coapsei  şi  flexori  ai  genunchiului,  dreptul  femural  este  o  combinație  de  flexor  al  coapsei  şi  extensor  al  genunchiului, iar gastrocnemienii sunt flexori ai genunchiului şi flexori plantari ai piciorului.  Lungimile fibrelor multora dintre aceşti muşchi pot fi insuficiente pentru a permite o  gamă completă de mişcare pentru ambele articulații implicate. Să considerăm, de exemplu,  acțiunea  dreptului  femural  în  timpul  fazei  timpurii  de  balans  din  alergare.  Acest muşchi  se  scurtează  ca  rezultat  al  flexiei  coapsei  şi  se  lungeşte  la  genunchi  în  balansul  înapoi  al  piciorului ce se pregăteşte de balans. Tensiunea din dreptul femural creează un moment de  flexie a coapsei ( lucru mecanic pozitiv) şi un moment de extensie a genunchiului pentru a  decelera laba piciorului în balans (lucru mecanic negativ) şi începe accelerarea lui înainte. În  acest fel, modificarea netă în lungimea muşchiului este redusă în comparație cu doi muşchi  uniarticulari echivalenți, iar lucrul mecanic pozitiv şi negativ din muşchi poate fi redus.  Un  muşchi  biarticular  poate  fi  chiar  total  izometric  în  astfel  de  situații  şi  ar  putea  efectiv să transmitaă energie de la picior către pelvis în exemplul de mai sus.  În alergare, în  timpul  fazei  critice  de  propulsie  (push‐off),  când    flexorii  plantari  generează  energie  cu  o  viteză  mare,  genunchiul  continuă  să  se  extindă.  Astfel,  muşchii    gastronemieni  pot  acționa  esențial  izometric  (  apar  a  se  scurta  la  capătul  distal  şi  a  se  lungi  la  cel  proximal).  În  mod  similar, către sfârşitul balansului în alergare, genunchiul este rapid extins, în timp ce coapsa a  atins flexia totală şi începe mişcarea inversă (adică ea are o viteză de extensie). În acest fel  muşchii ischiogambieri apar a fi lungiți rapid la capătul distal şi scurtați la cel proximal, cu un  rezultat net de a se putea lungi la viteza mai scăzută, decât ar face‐o o articulație unică.   

7.7  FORȚELE EXTERIOARE ALE LOCOMOȚIEI  

Forțele exterioare ale locomoției  Mişcarea corpului în întregime sau a segmentelor acestuia se datorează atât forțelor  interioare  ale  locomoției,  cât  şi  forțelor  exterioare  ale  mediului  în  care  organismul  se  deplasează.  Pentru  ca  mişcarea  să  se  producă,  forțele  interioare  ale  corpului  omenesc  trebuie să învingă forțele exterioare.  Forțele exterioare ale locomoției sunt:  • forța gravitațională;  • greutatea corpului şi a segmentelor acestuia;  • presiunea atmosferică;  • rezistența mediului;  • inerția;  • forțele de accelerație;  • forța de reacție a suprafeței de sprijin;  • forțele de frecare;  • rezistențe exterioare diverse.  În  capitolul  acesta  vom  dezvolta  numai  o  parte  din  aceste  forțe,  celelalte  fiind  prezente în alte capitole anterioare. 

 

139

• Greutatea  corpului  şi  a  segmentelor.  Indiferent  care  este  poziția  corpului,  greutatea  acționează  vertical,  de  sus  în  jos,  asupra  centrului  de  greutate  al  corpului  sau  al  segmentului.  Valoarea acestei forțe exterioare depinde de masa segmentului care se mişcă (se iau  în  considerare  volumul,  lungimea,  densitatea  segmentului  sau  segmentelor  angajate  în    mişcare).  La  corpul  uman  intră  în  calcul  şi  valoarea  masei  musculare,  care  poate  modifica  această lege.  • Presiunea atmosferică, indirect, este tot o forță de acțiune a gravitației, care  apasă asupra corpului cu o intensitate variabilă, direct proporțională cu viteza de deplasare.  Asupra corpului omenesc aflat în repaus acționează o presiune atmosferică de peste  20.000 kg, repartizată uniform aproximativ 1Kg/cm2, la o suprafață corporală de 2m2.  Presiunea  atmosferică  are  un  rol  deosebit  de  important  în  menținerea  în  contact  a  suprafețelor articulare.  Acțiunea  presiunii  atmosferice  asupra  corpului  este  compensată  de  presiunea  din  cavitățile toracică şi abdominală, cele două presiuni având valori egale.  • Rezistența mediului. Mişcarea unui corp este influențată de mediul fluid – gaz  sau lichid, în care se execută. O parte din energia corpului în mişcare se transferă mediului.  Acest  transfer  de  energie  se  numeşte  rezistență  fluidă  şi  creşte  cu  viteza  de  deplasare  a  corpului.  Rezistența fluidă se calculează după formula:    R = K x S x V2 x sinα       în care  R = rezistența fluidului (Kg)  K  =  coeficientul  de  rezistență  stabilit  în  raport  cu  forma  corpurilor  şi  densitatea  mediului.  S = suprafața celei mai mari secțiuni a corpului care deplasează în mediu, considerată  în raport cu axa de progresie.  V = viteza (m/sec)  Sinα = sinusul unghiului de înclinație pe orizontală.  Din  analiza  acestei  formule  se  pot  deduce  faptul  că,  rezistența  mediului  în  care  se  desfăşoară exercițiile fizice poate fi diminuată prin micşorarea suprafeței de secțiune (S) şi a  unghiului de atac (α).  • Forța  de  reacție  a  suprafeței  de  sprijin.  Forța  de  reacție  a  solului  derivă  din  legea  acțiunii  şi  reacțiunii  a  lui  Newton.  Reprezintă  forța  de  împingere  de  jos  în  sus  a  suprafețelor orizontale de sprijin ale corpului.  Forța  de  reacție  a  solului  este  rezultanta  a  trei  componente  vectoriale  cu  direcții:  verticală,  transversală  şi  anteroposterioară,  care  se  transmit  piciorului  în  timpul  fazei  de  sprijin a mersului şi în alergare.  Mărimea forței de reacție a solului depinde de mărimea masei corpului şi de valoarea  accelerației centrului de greutate al acestuia.  Când  corpul  este  în  repaus  apare  o  forță  de  reacție  statică  care  este  egală  cu  greutatea  corpului.  Când  corpul  se  află  în  mişcare,  la  greutatea  acestuia  se  adaugă  şi  accelerația, suprafața de sprijin dezvoltând o forță de reacție dinamică.   Rs = Gs   În cazul în care subiectul este împins în sus, în direcție verticală, ca în sărituri, reacția  dinamică (Rd) va fi egală cu greutatea statică (Gs) la care se adaugă forța de inerție (Fi).    Rd = Gs + Fi 

 

140

Atunci când subiectul se lasă în jos spre verticală, ca în genuflexiuni, reacția dinamică  va fi egală cu greutatea statică minus forța de inerție, deoarece accelerația se îndreaptă spre  baza de susținere.    Rd = Gs ‐ Fi  Din  studiile  efectuate  de  mai  mulți  autori,  reiese  faptul  că,  alergarea  dă  o  forță  de  reacție mult mai mare decât greutatea corpului, comparativ cu mersul.  • Forța  de  frecare.  În  sporturile  în  care  corpul  alunecă  pe  suprafața  de  sprijin  apare  forța  de  frecare  (F),  care  este  direct  proporțională  cu  greutatea  corpului  (G)  şi  cu  coeficientul de frecare (K), variabil, în funcție de caracteristicile de alunecare ale suprafețelor  aflate în contact.  F = G xK  Rezistențele  exterioare  diverse  sunt  reprezentate  de  toate  obiectele  asupra  cărora  intervine corpul omenesc şi acționează asupra corpului din direcțiile cele mai variate   

7.8 ENERGIA ŞI LUCRUL MECANIC 

  Energia  şi  lucrul  mecanic  au  aceleaşi  unități  de  măsura  (  joul‐ul)    dar  au  ințelesuri  diferite.  Energia  este  o  măsură  a  capacității  unui  corp,  la  un  moment  de  timp,  de  a  efectua  lucru mecanic. De exemplu, un corp având o energie cinetică de 200J şi o energie potențială  de 150J poate efectua un lucru mecanic de 350J.  Lucrul mecanic, pe de altă parte, este o măsura a fluxului de energie de la un corp la  altul, acest transfer necesitând un timp pentru ca lucrul mecanic să fie efectuat. Dacă fluxul  de  energie  este  direcționat    de  la  corpul  A,  la  corpul  B,  se  spune  că  A  poate  efectua  lucru  mecanic asupra lui B, sau muşchiul A poate efectua lucru mecanic asupra segmentului B dacă  fluxul este dirijat de la muşchi spre segment.    LEGEA CONSERVĂRII ENERGIEI    Legea conservarii energiei se aplica tuturor punctelor din corp in toate momentele de  timp. De exemplu, orice segment de corp va schimba energia sa numai daca exista un flux de  energie  inspre  sau  dinspre  orice  structura  adiacenta  (tendoane,  ligamente  sau  suprafete  articulare).  In  Fig.  70  a,  este  prezentat  un  segment  cuplat  cu  segmentele  adiacente,  prin  suprafețe  articulare  şi  prin  patru  muşchi  care  îşi  au  punctele  de  inserție  la  nivelul  său.  Dacă  lucrurile  mecanice efectuate în aceste puncte,  într‐o perioadă de timp foarte scurtă  Δt,  sunt  valorile  reprezentate  in  Fig.  70  se  poate  scrie  legea  conservării  energiei,  care  stabileşte  egalitatea  dintre  suma  algebrică  a  tuturor  fluxurilor  de  energie  şi  variația  de 

 

141

energie ΔEs a segmentului considerat:                               Fig.70                                                  ΔE s = 4 + 2.4 + 5.3 +1.7–0.2–3.8 = 6 J      Rezultă  deci,  posibilitatea  calculării  variației  de  energie  ΔE  s  pentru  un  segmen,  cu  condiția determinării, în prealabil, a fluxurilor de energie în fiecare din punctele de contact  cu  elementele  anatomice  adiacente  (în  cazul  prezentat  există  şase  puncte  de  contact).  Balanța  energetică  nu  va  fi  exactă  din  cauza  erorilor  de  măsurare,  pe  de  o  parte  şi  a  imperfecțiunilor  date  de  ipotezele  luate  în  calcul  la  realizarea  modelului  cu  segmente  articulate.  O a doua cale de cercetare a balanței energetice este cea prin luarea  în considerare a  puterilor şi de cercetare a fluxurilor de energie ce intră şi ies din segment, obținând în acest  caz, viteza de variație a energiei segmentului.   Astfel, pentru un timp Δt= 20msec se va obține, pentru cazul reprezentat mai jos:    ΔE s = 200 + 120 + 265 − 85 − 10 − 190 = 300W   Δt     În  fiecare  segment  are  loc  şi  un  alt  aspect  al  conservării  energiei  dat  de  tipul  de  energie ce se înmagazinează în el. Asfel, energia   ΔE  s a segmentului, în orice moment de  timp, ar putea fi dată de o combinație oarecare de energie potențială sş cinetică, ce pot fi  chiar  independente  de  debitele  de  energie  ce  intra  sau  ies  din  segment.  Analiza  acestor  componente  si  determinarea  cantitativa  a  conservarii  de  energie  vor  fi  prezentate  intr‐un  paragraf viitor.    LUCRUL MECANIC INTERN SI EXTERN    Singura  sursa  de  generare  a  energie  mecanice  in  corpul  uman  este  constituita  de  muschi acestia reprezentind totodata si cel mai important loc de absorbtie a energiei.  O  foarte  mica  parte  din  energie  este  disipata  in  caldura  ca  rezultat  al  frecarii  si  viscozitatii  tesuturilor  de  legatura  de  la  nivelul  articulatiilor.  Se  poate  spune,  astfel,  ca  energia mecanica este intr‐o continua curgere inspre si dinspre muschi si de la segment la  segment.  Pentru indeplinirea unei sarcini exterioare pot avea loc numeroase variatii de energie  in segmentele ce intervin intre sursa (in cazul nostru corpul uman) si sarcina exterioara.  Fig.71    Într‐o  sarcina  de  ridicare  a  unei  greutati  (Fig.  71)  variația  de  lucru  mecanic  ar  putea  fi  de  200W,  dar  variația  de  lucru  mecanic  necesară  creşterii  energiei  întregului  corp  de  către  sursa  musculară  a  membrului  inferior ar putea fi de 400W. Deci suma  variațiilor  de  lucru  mecanic  intern  şi 

 

142

extern ar putea fi de 600W, această generare de energie fiind produsă de mai multe surse  musculare după cum este arătat.  În timpul multor activități de mişcare, precum mersul şi alergarea, nu există  însă nici  o sarcină externă, toate generările şi absorbțiile de energie fiind cerute doar pentru mişcarea  segmentelor corpului.  Trebuie  facută,  deci,  o  distincție  între  lucrul  mecanic  efectuat  asupra  segmentelor  corpului  (lucrul  mecanic  intern)  şi  cel  efectuat  asupra  sarcinilor  externe(  lucrul  mecanic  extern).  În  consecință,  ridicarea  greutăților,  împingerea  unei  maşini  sau  pedalarea  unui  ergometru au sarcini externe bine definite. O excepție de la definiția lucrului mecanic extern  include ridicarea propriei greutăți corporale la o noua înălțime. Astfel, alergarea în sus, pe un  deal, implică atât lucru mecanic extern, cât şi lucru mecanic intern.   Lucrul mecanic extern poate fi negativ dacă o forță externă este exercitată pe corp şi  corpul  se  retrage.  În  sporurile  de  contact  lucrul  mecanic  extern  este  de  obicei  efectuat  pe  jucători  prin  împingere  sau  apucare.  O  minge  de  baschet  efectuează  lucru  mecanic  asupra  celui care o prinde, în timp ce mâna acestuia şi brațele se retrag.  În  ergometrie  ciclistul  efectuează  lucru  mecanic  intern  doar  pentru  a‐si  misca  picioarele prin pedalare libera. În Fig.72 se prezintă o situație în care ciclistul efectueaza atât  lucru mecanic intern cât şi extern. Acest experiment complex include o bicicletă ergometrică  cuplată  printr‐un  lanț  la  o  a  doua  bicicletă.  Deci  un  ciclist(A)  pedalează  înainte,  efectuând  deci lucru mecanic pozitiv, în timp ce al doilea ciclist (B) pedalează înapoi şi efectuează lucru  mecanic negativ.    Ipoteza  facută  de  unii  cercetători  (Abbot,  1952)  a  fost  aceea  ca  fiecare  ciclist  efectuează acelaşi lucru mecanic. Ipoteza  se  dovedeşte  a  fi  falsă  dacă  se  are  în  vedere că ciclistul A, care  efectuează un  lucru  mecanic  pozitiv  dezvolta    pe  linga  propriul sau lucru mecanic intern si lucru  mecanic  extern    asupra  ciclistului  B  ce  efectueaza  lucru  mecanic  negativ,  la  acestea  adaugindu‐se  orice  alt  lucru  mecanic  adițional,  negativ  al  acestui  ciclist.        Fig. 72    Astfel,  dacă  lucrul  mecanic  intern  al  fiecărui  ciclist  era  de  75  W,  ciclistul  A,    ce  efectueaza  lucru  mecanic  pozitiv,  ar  avea  de  efectuat  lucru  mecanic  cu  o  viteza  de  150W  doar pentru a pedala pentru ambii ciclisti. Daca ciclistul ce efectueaza lucru mecanic negativ  ar  contracta  muschii  s‐ar  adauga  o  sarcina  suplimentara.  Deci,  dacă  ciclistul  B  efectuează  lucru  mecanic  cu  o  variatie  de  150W,  ciclistul  A  este  incarcat  cu  300W.  Se  explica  astfel  cauzele  pentru  care  ciclistul  A  oboseste  mai  repede.  Cei  doi  ciclişti  lucrează  cu  o  viteză  de  variație a lucrului mecanic diferită şi în plus consumul metabolic pentru efectuarea de lucru  mecanic pozitiv depăşeste cu mult pe cel necesar efectuării de lucru mecanic negativ.   

 

143

EFICIENȚA  Termenul  de  eficiență  este  probabil  cel  mai  întrebuințat  dar  şi  cel  mai  greşit  interpretat termen din energetica mişcării umane. Confuzia şi eroarea rezultă din definirea  incorectă a mărimilor ce sunt incluse în ecuația de definire a eficienței ( Gaesser si Brooks,  1975;Whipp si Wasserman,1969).  În  vederea  corectei  aprecieri  a  eficienței  unei  mişcări  este  absolut  necesară  cunoaşterea mecanismelor de instalare a ineficienței, deci a cauzelor de producere a lor.  Mecanismele  de  instalare  a  ineficienței  au  la  bază  patru  cauze  ce  derivă  din  două  procese fundamentale şi anume:    • ineficiența în transformarea energiei metabolice în energie mecanică;  • ineficiența neurologică  în controlul  acestei energii.  Energia  metabolică  este  convertită  în  energie  mecanică  la  nivelul  tendonului,  iar  eficiența metabolică depinde de starea fizică a muşchilor, de starea metabolică (oboseala) a  acestora, de dieta subiectului şi de problemele metabolice ale acestuia.  Această  conversie  a  energie  poate  fi  numită  eficiență  metabolică  sau  eficiență  musculară şi se calculează prin raportul dintre suma lucrurilor mecanice ( ∑ L mec ) realizate  de toți muşchii şi activitatea metabolică (Lmetabolic) a acestora, deci:    ∑ Lmec   efiența metabolică (musculară)  =  L metabolic   O  astfel  de  eficiență  este  dificil  de  calculat  din  cauza  imposibilității  determinării  lucrurilor  mecanice  musculare,  pentru  care  ar  trebui  stabilită  evoluția  în  timp  a  forțelor  şi  vitezelor  pentru  fiecare  muşchi  implicat  în  mişcare  şi  de  a  izola  energia  metabolică  a  acestora.  Se  impune  astfel  determinarea  eficienței  pe  baza  lucrurilor  mecanice  ale  segmentelor,  urmând  apoi  a  se  corecta  costul  metabolic  prin  scăderea  valorilor  estimate  privind costurile metabolice adiționale neasociate cu lucrurile mecanice implicate.  O  astfel  de  eficiență,  numita  eficiența  mecanică,  ar  putea  fi  definită  prin  raportul  dintre  lucrul  mecanic  total,  intern  si  extern,  şi  diferența  dintre  costul  metabolic  şi  costul  metabolic de repaus:    Ltotal (int ern + extern)   efiența mecanică =   mec cos t metabolic − cos t repaus metabolic   Costul metabolic de repaus în pedalarea pe bicicletă ar putea fi asociat, de exemplu,  cu  statul  liniştit  pe  bicicleta,  existând,  în  acest  sens  ,  echipamente  medicale  specializate  în  determinarea  metabolismului  prin  determinarea  consumului  de  oxigen  pe  o  anumită  perioadă de timp.  O  variantă  de  apreciere  a  eficienței  este  prin  determinarea  eficienței  lucrului  mecanic,  care  se  defineşte  prin  raportul  dintre  lucrul  mecanic  extern  ( Lextern mec )  şi  diferența  dintre costul metabolic total şi cel corespunzător pentru lucrul mecanic nul:    Lextern mec eficiența lucrului mecanic =    .ucru ..mecanic = o cos t metabolic − cos t lmetabolic  

144

 

Costul  metabolic  pentru  lucru  mecanic  nul  ar  putea  fi  în  cazul  biciclistului,  de  exemplu, costul corespunzător pedalării libere pe bicicletă.  În  toate  calculele  de  eficiență  prezentate  există  cantități  variabile  de  lucru  mecanic  pozitiv şi negativ. Costul metabolic pentru lucrul mecanic pozitiv depăşeşte întotdeauna pe  cel corespunzător lucrului mecanic negativ, de acelaşi nivel. În majoritatea activităților, însă,  lucrul mecanic negativ nu poate fi neglijat.  Mersul  pe  teren  plan  prezintă  nivele  egale  de  lucru  mecanic  pozitiv  şi  negativ.  Alergatul în sus, pe un deal, necesita efectuarea de lucru mecanic pozitiv mai mare decât cel  negativ şi invers pentru situatia alergarii in jos pe deal. Deci, oricare din calculele de eficiență  vor conduce la rezultate puternic influențate de procentele relative de lucru mecanic pozitiv  şi negativ.  O ecuație care exprimă această situație este următoarea:    >0 <0  + costul Lmetabolic  = costul metabolic  costul  Lmetabolic  

sau:                                                   

0 L>mec

η+

+ 

0 L<mec

η−

 = costulmetabolic 

 

în  care:  η+  si  :  η‐  reprezintă  eficiențele  (  randamentele)  lucrului  mecanic  pozitiv,  respectiv negativ.  Interpretarea  eficienței  este  greşită  dacă  se  presupune  a  fi  o  simplă  măsură  a  modului  eficient  în  care  sistemul  metabolic  converteşte  energia  biochimică  în  energie  mecanică  şi  mai  puțin  o  măsura  a  eficienței  cu  care  sistemul  neural  îşi  exercită  controlul  asupra conversiei acestei energii. Anomalia care rezultă poate fi demonstrată de următorul  exemplu: un adult normal efectueaza in mers un lucru mecanic de 100J/pas dublu, disttribuit  in mod egal pe fiecare pas simplu. Costul metabolic este in acest caz de 300J/pas dublu ceea  ce ar produce o eficienta de 33%. Un adult cu handicap locomotor ar efectua pentru mers un  lucru mecanic considerabil mai mare, de exemplu de 200J/pas dublu.  Din punct de vedere  metabolic, costul ar putea fi de 500J/pas dublu, ceea ce ar rezulta într‐o eficienşă de 40%. În  mod  evident,  adultul  normal  este  un  subiect  cu  un  mers  mai  eficient,  ceea  ce  calculele  privind eficiența, nu reflectă.   Din punct de vedere neurologic, persoana cu o deficiență este destul de ineficientă  pentru că nu generează o caracteristică neurologică normală. Totuşi aceasta este destul de  eficientă în conversia curentă a energiei metabolice în energie mecanică (la tendoane), acest  aspect fiind singurul reflectat în valoarea obținută mai sus.    LUCRUL MECANIC MUSCULAR POZITIV     Lucrul  mecanic  pozitiv  este  lucrul  mecanic  efectuat  în  timpul  unei  contracții  concentrice când momentul muşchiului acționează în aceeaşi direcție cu viteza unghiulară.  Dacă muşchiul flexor determină o scurtare putem considera că momentul flexor este  pozitiv  şi  viteza  de  asemenea  pozitivă.  Produsul  dintre    momentul  muscular  şi  viteza  unghiulară este pozitiv şi deci puterea va fi la rândul ei pozitivă, după cum rezultă şi din Fig.  73 a.       

145

 

Fig. 73      Invers,  dacă  un  moment  muscular  extensor este  negativ  şi viteza  unghiulară  de extensie tot negativă, produsul va fi tot  pozitiv   ( Fig. 73 b).  Integrala  puterii  pe  timpul  contractiei  este  lucrul  mecanic  net  efectuat  de  muschi  si  reprezinta  energia  generata  transferata  de  muschi  membrelor.    LUCRUL MECANIC NEGATIV AL MUŞCHILOR    Lucrul  mecanic  negativ  este  lucrul  mecanic  efectuat  în  timpul  unei  contracții  excentrice când momentul muscular acționează în direcție opusă cu mişcarea articulației.  Aceasta are loc, de obicei, când o forță externă Fext acționează pe un segment şi este  astfel  încât  creează  un  moment  în  articulație  mai  mare  decât  momentul  muscular.  Forța  externă ar putea include fortele gravitaționale sau reacțiunea solului. Utilizând convenția de  semn  anterioară,  se  obține,  conform  Fig.  74  a,  un  moment  flexor  pozitiv  şi  o  viteză  unghiulară de extensie negativă.            Fig. 74  

  Produs dintre moment şi viteză, puterea rezultă în acest caz negativ astfel încât lucrul  mecanic efectuat în timpul acestei modificări unghiulare este negativ.  În  mod  similar,  când  există  un  moment  extensor  negativ  în  timpul  unei  modificări  unghiulare de flexie produsul este de asemenea negativ (Fig. 74 b).  În acest caz, lucrul mecanic este efectuat asupra muşchilor de către forțele exterioare  şi reprezintă un debit de energie de la membre spre muşchi, deci o absorbție de energie.    PUTEREA  MECANICĂ  MUSCULARĂ    

146

 

Viteza  de  lucru  realizată  de  majoritatea    muschilor  este  rareori  constantă  în  timp.  Datorită modificărilor rapide în timp a fost necesară calcularea puterii musculare ca funcție  de timp (Eftman,1939; Quanbury, 1975; Cappozzo, 1976; Winter si Robertson, 1979).  La o articulație dată, puterea musculară este produsul dintre momentul muscular net  şi viteza unghiulară:    Pm = Mj   ⋅ ω j [W]    în care: Pm =  puterea musculara [W];     Mj =  momentul muscular net [N.m];         ω j  =  viteza unghiulara{rad/sec].  După cum a fost descris, puterea musculară poate fi pozitivă sau negativă. Chiar şi în  timpul celor mai simple mişcări , puterea îşi va schimba semnul de mai multe ori.  Fig. 74 prezintă momentele musculare, vitezele unghiulare şi puterea musculară ca o  funcție de timp în cursul unei mişcări simple de extensie şi flexie a antebrațului.  După cum se observă, evoluțiile în timp pentru Mj si  ω j  sunt clar defazate cu 900. În  timpul extensiei inițiale există un moment extensor şi o viteză unghiulară extensoare  în timp  ce  tricepsul  efectuează  lucru  mecanic  pozitiv  asupra  antebrațului.  În  timpul  fazei  finale  de  extensie  antebratul  este  decelerat  de  bicepsi,  momentul  fiind  flexor.  In  acest  caz  bicepsii  efectueaza lucru mecanic negativ, prin absorbtie de energie mecanica. Odata ce antebratul  este  oprit,  el  incepe  sa  accelereze  in  directia  data  de  flexie,  fiind  inca  sub  actiunea  momentului creat de bicepsi care efectueaza acum lucru mecanic pozitiv. In final, la sfârşitul  mişcării,  tricepsul  decelerează  antebrațul  în  timp  ce  muşchii  extensori  se  lungesc,  puterea  devenind negativă.    LUCRUL  MECANIC AL  MUŞCHILOR    Având în vedere că puterea reprezintă viteza de efectuare a lucrului mecanic, rezultă  că se poate obține lucrul mecanic prin integrarea puterii pe un interval de timp.   Deci, lucrul mecanic poate fi calculat ca produs dintre putere şi timp, unitatea sa de  măsură fiind Joul‐ ul:    1J = 1W. 1sec    Dacă, spre exemplu, un muşchi generează o putere de 100W în timp de 0.1 sec, va  rezulta  un  lucru  mecanic  de  10J.  Aceasta  înseamnă  că  10J  din  energia  mecanică  a  fost  transferată de la muşchi către segmentele membrului. Conform formulei de mai jos, puterea  este variabilă continuu în timp. Deci lucrul mecanic efectuat trebuie calculat prin integrarea  în timp a ariei de sub curba de variație a puterii.  Lucrul mecanic efectuat de un muşchi pe o perioadă t1‐t2 este dat de relația :   

Wm =  

∫

t2

t1

Pm ⋅ dt   [J] 

147

 

În exemplul descris în Fig. 75, lucrul mecanic efectuat în intervalul t1‐t2 este pozitiv,   negativ pe t2‐t3, pozitiv pe t3‐t4   şi din nou negativ pe t4‐t5. Dacă antebrațul se reîntoarce în  poziția inițială, lucrul mecanic net efectuat de muşchi este nul, ceea ce înseamnă că integrala  de timp a puterii pe intervalul t1‐t5 este şi ea zero.  Rezultă  de  aici,  dificultatea  calculării  lucrului  mecanic  pozitiv  şi  negativ  prin  imposibilitatea  determinării  cu  exactitate  a  momentelor  de  timp  în  care  puterea  îşi  inversează polaritatea.    LUCRUL MECANIC EFECTUAT PE O SARCINĂ EXTERIOARĂ    Când o parte oarecare a corpului exercită o forță pe un segment adiacent sau pe un  corp exterior, el poate efectua lucru mecanic doar dacă se mişcă.   În  acest  caz,  lucrul  mecanic  efectuat  este  definit  ca  produsul  dintre  forța  ce  acționează pe corp şi deplasarea corpului pe direcția forței aplicate.  Lucrul  mecanic  dW  efectuat  când  o  forța  determină  o  deplasare  infinitezimală  ds,  este dat de relația:    dW = F . ds    sau, lucrul mecanic efectuat când forța acționează pe o distanță s1 va fi :    s1

W =  ∫ F ⋅ ds = F ⋅ s1   0

  Dacă forța nu este constantă – cazul cel mai frecvent – atunci vor fi două variabile ce  se modifică cu timpul. Este deci necesar să se calculeze puterea ca o funcție de timp şi să se  integreze curba de putere în raport cu timpul pentru a obține lucrul mecanic efectuat.  Puterea este viteza de efectuare a lucrului mecanic sau dW/dt, deci:    dW ds = F⋅ = F⋅ v  P =  dt dt   în care: P = puterea instantanee[W];        F = forta [N];                 v = viteza [m/sec].    Având  în  vedere  că  atât  forța  cât  şi  viteza  sunt  vectori,  trebuie  efectuat  mai  întâi  produsul scalar sau produsul dintre forță şi componenta de viteza, de pe direcția forței. Se va  obține:    P = F.v.cos θ = Fx .vx + Fy.vy   

în care :                             θ = unghiul dintre forță şi viteza în planul definit de aceşti  vectori;           Fx,Fy = forțele în direcția x,y;            vx,vy  = vitezele în direcția x,y. 

148

 

Spre  simplificare,  dacă  se  consideră  că  forța  şi  viteza  sunt  întotdeauna  în  aceeaşi  direcție, cos00= 1 şi deci:                                           P = F.v                [W]  t

t

0

0

                                                   W =  ∫ P ⋅ dt = ∫ F ⋅ v ⋅ dt   [ J ]          TRANSFERUL DE ENERGIE ÎNTRE SEGMENTE    Fiecare  segment  exercită  forțe  pe  segmentele  vecine  şi  dacă  există  o    mişcare  de  translație  a  articulatțiilor,  există  un  transfer  de  energie  mecanică  între  segmente.  Cu  alte  cuvinte, un segment poate efectua lucru mecanic pe un segment adiacent printr‐o deplasare  a  forței  prin  centrul  articulației  (Quanbury,  1975).  Acest  lucru  mecanic  se  adaugă  lucrului  mecanic descris în paragrafele anterioare.  Ecuațiile prezentate în capitolul precedent pot fi utilizate pentru calcularea vitezei de  transfer a energiei, deci a puterii, prin centrul articulației.  La nivelul articulației dintre două segmente adiacente (Fig. 75), forța  de reacțiune Fj1  a segmentului 2 asupra segmentului 1, acționează la un unghi θ1 față de vectorul viteza vj.  Produsul Fj1.vj.cos θ1 este pozitiv, indicând un transfer de energie în segmentul 1.  Invers,  produsul  Fj2.vj.cos  θ2  este  negativ  ,  indicând    un  transfer  de  energie  de  la  segmentul 2. Având în vedere că Pj1= ‐ Pj2, rezultă că fluxul de ieşire din segmentul 2 egalează  fluxul de intrare în segmentul 1. 

Fig. 75    Într‐un  sistem  cu  n  articulații  vor  exista  n  fluxuri  de  puteri,  dar  suma  algebrică  a  tuturor  acestor  fluxuri  va  fi  zero,  reîntărind  faptul  că  aceste  fluxuri  sunt  pasive  şi,  în  consecință, nu adaugă sau diminuează din energia corporală totală.  Acest  mecanism  al  transferului  de  energie  între  segmente  adiacente  este  destul  de  important  în  conservarea  energiei  oricărei  mişcări  pentru  că  este  un  un  proces  pasiv  şi  nu  necesită activitate musculară.  Pentru mers acest aspect a fost analizat în detaliu de către Winter si Robertson,1978. 

 

149

La sfârşitul balansului, de exemplu, laba piciorului şi gamba îşi pierd prin balans din  energia lor prin transfer în sus, prin coapsă, spre trunchi, unde este conservată şi convertită  în energie cinetică pentru a accelera partea superioară a corpului în direcția spre înainte.   

Clasificarea mişcărilor în locomoție    Mişcările complexe şi multiple, caracteristice locomoției umane se pot clasifica după  mai multe criterii.  Primele  mişcări  care  apar  pe  scara  filogenetică  sunt  acte  reflexe  simple,  necondiționate, de apărare şi orientare.  1.  În  decursul  ontogenezei,  primele  mişcări  sunt  tot  acte  reflexe  necondiționate,  denumite reflexe de specie. Pe măsură ce sistemul nervos se dezvoltă, locomoția umană se  perfecționează, putându‐se distinge două tipuri de mişcări.:  • Mişcări  voluntare,  care au  ca  punct  de  plecare  impulsuri  interioare,  fără  a  fi  necesară o condiționare aferentă.  • Mişcări involuntare, care sunt acte reflexe – necondiționate sau condiționate  de un excitant provenit din mediul exterior.  2.  Ținând  cont  de  participarea  variată  a  tuturor  grupelor  musculare  –  agoniste,  antagoniste,  sinergiste,  fixatoare,  neutralizatoare  ‐  din  punctul  de  vedere  al  momentului  intervenției, al intensității de acțiune şi al rolului acestora, W.P. Bowen a propus următoarea  clasificare a mişcărilor.  • Mişcări de tensiune slabă – scrisul, mişcările de finețe şi îndemânare.  • Mişcări de tensiune rapidă – mişcările de forță.  • Mişcări balistice – aruncările, lovirile.  • Mişcări de oscilație – pendulările.  3. În funcție de direcția în care se execută, mişcările pot fi:  • Rectilinii.  • Curbilinii.  • Rotatorii.  4.  Dacă  se  au  în  vedere  axa  biomecanică  de  mişcare  şi  planul  în  care  se  execută  mişcarea, mişcările pot fi:  • Flexiune‐extensiune: axa de mişcare este transversală, iar mişcarea se execută  în plan sagital;  • Abducție‐adducție: axa biomecanică  este  sagitală,  mişcarea  efectuându‐se  în  plan frontal;  • Rotație  internă‐  rotație  externă:  axa  de  mişcare  este  verticală,  planul  de  mişcare fiind transversal.  5. În funcție de participarea sau nu a subiectului, mişcările pot fi de două feluri.  • Mişcarea pasivă este mişcarea executată cu forță exterioară, la care subiectul  nu participă activ, nu îşi contractă muşchii.  • Mişcarea  activă  este  aceea  executată  de  subiect,  prin  contracția  propriilor  grupe  musculare,  reprezentând  şi  o  metodă  de  determinare  a  capacității  funcționale  a  grupelor musculare examinate.  În general, mişcările pasive au amplitudine de mişcare mai mare decât cele active. 

 

 

150

Calitățile  motrice:  forța,  viteza,  rezistența,  îndemânarea,  mobilitatea.  Deprinderile motrice complexe   

Calitățile motrice au fost definite diferit de autorii care le‐au studiat. Vă prezentăm  două dintre acestea.  „Calitățile  motrice  sunt  acele  laturi  ale  motricității  care  se  manifestă  în  parametrii  identici  ai  mişcării,  au  acelaşi  etalon  de  măsură  şi  se  bazează  pe  mecanisme  fiziologice  şi  biochimice asemănătoare” (Demeter).  „Calitățile  fizice  sau  motrice  constituie  premizele  sau  cerințele  motorii  de  bază  pe  care un subiect (sportivul) îşi construieşte propriile abilități tehnice (de mişcare)”.  Gundlach şi Weineck  împart calitățile motrice în două categorii:  • Capacități condiționale: forța, viteza, rezistența  • Capacități de coordonare: îndemânarea, mobilitatea.  Calitățile motrice prezintă două componente:  • genetică, referitoare la caracterele înnăscute;  • dobândită prin exercițiu, care poate fi influențată de condițiile  de mediu.  Rezistența sau anduranța este „acea capacitate a omului de a depune  o activitate, în  timp cât mai îndelungat, fără scăderea randamentului, în condițiile funcționării economice, a  organismului, învingerii oboselii şi a unei restabiliri rapide.” (10).  Anduranța fizică este capacitatea întregului organism sau a unei părți a acestuia de a  rezista la oboseală.  Anduranța psihică se referă la capacitatea individului de a menține, cât mai mult timp  posibil, un efort pe care este tentat permanent să‐l abandoneze.  I  Rezistența  musculară  locală  este  rezistența  unei  grupe  musculare  (1/6‐1/7  din  întreaga  musculatură).  Aceasta  depinde,  în  mare  parte,  de  forța  specifică,  de  capacitatea  anaerobă, dar şi de rezistența generală.  Rezistența musculară locală se subîmparte în patru subtipuri, şi anume:  • rezistența musculară aerobă dinamică;  • rezistența musculară aerobă statică;  • rezistența musculară anaerobă dinamică;  • rezistența musculară anaerobă statică.  II  Rezistența  generală  se  evidențiază  când  sunt  angrenate  în  efort  mai  mult  de  2/3  din  grupele  musculare,  iar  lucrul  este  de  durată  şi  de  putere  moderată.  Termenul  de  rezistență generală se referă la posibilitățile aerobe ale subiectului.  Rezistența generală aerobă reprezintă posibilitatea organismului de a menține nivelul  constant al efortului, cât mai mult timp posibil.  Forța  Forța  este  acea  calitate  motrică  prin  care  individul  poate  învinge  o  rezistență,  datorită contracțiilor musculare.  Organismul uman îşi manifestă forța realizând eforturi în care, este prezent sau nu,  lucrul mecanic. Efortul prestat este de învingere, de menținere sau de cedare, în funcție de  rezistența care trebuie învinsă.  

 

151

Este necesar să subliniem distincția dintre forța şi puterea musculară. Forța înseamnă  învingerea rezistenței fără condiție de timp. Puterea se referă la lucrul mecanic efectuat în  unitatea de timp.  Criteriile de clasificare a forței sunt diferite.  1. Masa musculară implicată.  • Forța locală este expresia forței unui singur muşchi sau a unei  grupe musculare.  • Forța  generală  implică  contracția  întregii  musculaturi  scheletice.  2. Travaliul muscular şi regimul de funcționare a muşchiului  În funcție de prezența sau nu, a lucrului mecanic, forța poate fi de două feluri.  • Dinamică, când prin contracție se efectuează un lucru mecanic (de exemplu,  deplasarea unui segment al corpului, ridicarea unei greutăți)  • Statică,  în  condițiile  unor  contracții  izometrice  fără  efectuare  de  lucru  mecanic, ci doar cu dezvoltarea unei tensiuni mari intramusculare.    Viteza  Viteza  este  capacitata  de  a  efectua  mişcări  cu  mare  rapiditate,  timpul  de  execuție  fiind minim pentru condițiile date.  Viteza este capacitatea de a efectua acțiuni motrice într‐un timp minim, în funcție de  condițiile  impuse.  Greație  mobilității  proceselor  neuromusculare  şi  capacității  musculaturii  de a dezvolta forța (Frey).    Forme de manifestare a vitezei  După Frey viteza este de doua tipuri:  • viteza ciclică, care se referă la succesiunea de acțiuni motrice asemănătoare;  • viteza  aciclică,  care  caracterizează toate  acțiunile  motrice  izolate,  mai mult  sau  mai  puțin stereotipe.    Demeter consideră că formele de manifestare a vitezei sunt:  - viteza de reacție  - viteza de eecuție  - viteza de repetiție  - viteza de angrenare    Capacitățile de coordonare  Capacitatea  de  coordonare  este  o  calitate  psihomotrice  complexă  care  are  la  bază  corelația  dintre  sistemul  nervos  central  şi  musculatura  scheletică,  în  timpul  efectuării  unei  mişcări. Îmbracă două forme.  Coordonare generală este rezultatul învățării unei mişcări care se regăseşte în diferite  domenii al vieții cotidiene, dar şi în diversele activități sportive.  Capaciatea  de  coordoare  specifică  este  capacitatea  de  a  putea  combina  actele  motrice în cadrul elementelor tehnice ale unui exercițiu sau sport practicat.    Factori care condiționează capacitățile de coordonare  Capacitățile de coordonare depind de o serie de factori:  • tonusul optim al scoarței cerebrale şi mobilitatea proceselor corticale; 

152

 

• • •

coordoanrea intra‐ şi intermusculară;  starea funcțională a receptorilor;  alți factori.        Suplețea aparatului locomotor  Suplețea+mobilitatea=flexibilitatea este„capacitatea unui subiect de a putea executa  mişcări cu mare amplitudine, în una sau mai multe articulații” (Weineck)  Suplețea se referă la două componenteale aparatului locomotor:  • articulațiile‐ suplețea sau mobilitatea articulară;  • muşchii,  tendoanele,  ligamentele,  din  punct  de  vedere  al  capacității  de  întindere  al  acestora.    Formele supleței  În  funcție  de  numărul  articulațiilor prin  care  se  realizează mişcarea,  se  disting  două  forme de suplețe: generală şi specifică.  Suplețea  generală  se  refră  la  mobilitatea  principalelor  articulații  mari  ale  corpului:  scapulohumeerală, coxofemuralăşi cele ale coloanei vertebrale.    Suplețea specifică priveşte o articulație anume şi îmbracă trei aspecte  a)Suplețea activă;  b)Suplețea pasivă;  c)Suplețea mixtă.    Factorii care influențează suplețea articulară 

• • • • • • • • • •

Tipul articulației.  Masa musculară.  Hipertrofia musculară  Tonusul muscular şi capacitatea de relaxare  Capacitatea de întindere musculară  Capacitatea de întindere a aparatului capsuloligamentar  Vârsta şi sexul  Starea de încălzire a aparatului locomotor  Oboseala  Ritmul circadian 

7.9 CAUZELE MIŞCĂRII INEFICIENTE    Aprecierea directă a eficienței este deseori difcil de realizat atât de către terapeut cât  şi  de  către  antrenori.  În  mod  curent  se  procedează  la  aprecierea  cauzelor  individuale  ale  ineficienței/  eficienței  scăzute,  prin  aceasta  încercându‐se  îmbunătățirea  automată  a  eficienței.  Cele patru cauze ale ineficienței mişcării sunt:  • Co‐contracțiile; 

 

153

• Contracțiile izometrice împotriva gravitației;  • Generarea de energie la o articulație simultan cu absorbția acesteia la o altă  articulație;  • Mişcările spasmodice (spasmul muscular).    CO‐CONTRACȚIILE    Co‐contracțiile  corespund  situațiilor  în  care,  simultan  cu  contracția  muşchilor  direct  implicați în mişcare au loc contracții şi la nivelul muşchilor antagonişti corespunzători acelei  mişcări. Acest fenomen conduce în mod evident la o ineficieneță a mişcării din cauza faptului  ca muşchii luptă unii împotriva celorlați fără a produce o mişcare netă.  Presupunând,  de  exemplu,  drept  necesar,  pentru  executarea  unei  mişcări,  un  moment  flexor  de  30  Nm,  calea  cea  mai  eficientă  de  obținere  a  acesteia  este  printr‐o  activitate unică din partea flexorilor. Această mişcare, poate fi realizată, totuşi şi cu 40 Nm  flexie  şi  10  Nm  extensie  sau  cu  50  Nm  flexie  şi  20  Nm  extensie.  În  ultimul  caz  există  un  moment  nenecesar  de  20Nm  atât  în  flexori,  cât  şi  în  extensori.  Un  alt  mod  de  a  analiza  această situație este că flexorii efectuează un lucru mecanic pozitiv necesar pentru a depăşi  lucrul mecanic negativ al extensorilor.   Co‐contracțiile  au  loc  în  multe  cazuri  patologice,  mai  ales  în  hemiplegii  şi  paralizii  cerebrale  însoțite  de  spasm  muscular.  Ele  au  loc  de  asemenea,  într‐o  măsură  limitată  în  timpul  mişcării,  când  apare  necesitatea  de  stabilizare  a  articulațiilor,  în  special  în  cazul  ridicării greutăților mari, sau la nivelul gleznei în timpul mersului sau alergării.  În prezent, măsurarea co‐contracțiilor inutile este posibilă numai prin monitorizarea  activității  mioelectrice  (EMG)  a  muşchilor  antagonişti.  Fără  o  calibrare  exactă  a  electromiografului în raport cu tensiunea fiecărui muşchi este imposibilă măsurarea exactă a  co‐contracției.  Pentru  evaluarea  co‐contracției,  Falconer  si  Winter  (1985)  au  propus  următoarea formulă de cuantificare:    M antagonist %COCON = 2 × × 100%   M antagonist + M agonist   în care:  Mantagonist, Magonist = momentele forțelor din muşchii antagonişti şi agonişti.    În  exemplul  prezentat,  activitatea  antagoniştilor  rezultă  într‐o  creştere  egală  a  activității agoniştilor, rezultând o activitate depusă în mod nenecesar,  ce trebuie să fie de  două ori cât cea depusă de antagonişti.  Dacă antagoniştii au creat un moment extensor de 20 Nm, iar agoniştii un moment  flexor de 50 Nm procentul de co‐contracție ar fi de :    20 40 %COCON = 2 × × 100% = × 100% = 57%   20 + 50 70 Totuşi,  majoritatea  mişcărilor  implică  o  modificare  continuă  a  forțelor  musculare,  deci un muşchi agonist, la începutul mişcării îşi va schimba, foarte probabil rolul şi devine un  antagonist, mai târziu în cursul mişcării.  Momentul  forțelor  din  articulații,  după  cum  se  observă  din  multe  reprezentări  grafice, din capitolul precedent, îşi inversează polaritatea, de multe ori, ceea ce conduce la 

154

 

necesitatea  de  a  modifica  ecuația  de  definire  a  co‐contracției  pentru  a  putea  lua  în  considerare aceste variații multiple în timp.  Deci procentul de co‐contracție va fi definit ca fiind:    Aria A + B × 100%   %COCON= 2 × Aria A + Aria B     Daca  EMG  este  masura  primara  a  tensiunii  relative  din  muschi  se  vor  prelucra  corespunzator  datele  pentru  a  produce  un  profil  de  activare  relativ  la  tensiune  (  Milner  si  Brown, 1973; Winter, 1976).    CONTRACȚII IZOMETRICE ÎMPOTRIVA GRAVITAȚIEI   În  mişcările  dinamice  normale  există  o  activitate  musculară  minimă  care  poate  fi  atribuită  susținerii  segmentelor  membrului  împotriva  forțelor  de  gravitație.  Aceasta  se  produce ca urmare a schimbului de energie constant ce are loc intre muschi sis segmentele  corpului.  În multe situatii patologice, mişcarea este atât de înceată încât există perioade mari  de  timp  în  care  segmentele  membrului  sau  trunchiului    sunt  reținute  în  contracții aproape  izometrice.  Pacienții  cu  paralizie  cerebrală  spastică  se  deplasează  cu  genunchii  flectați  cerând activitate excesivă cvadricepşilor pentru a împiedica eventuala cădere. Prin sprijinul  pe cârje, subiectul cu paralizie cerebrală îşi ține piciorul deasupra solului pentru o perioadă  de timp, anterioară balansului.  În prezent este imposibilă cuantificarea lucrului mecanic împotriva gravitației întrucât  nu este implicată nici o mişcare. Singura tehnică posibilă care ar putea fi utilizată este EMG‐ ul  şi  fiecare  semnal  muscular  EMG  trebuie  să  fie  calibrat  în  raport  cu  metabolismul  suplimentar creat pentru a contracta muschii corespunzatori. În prezent nu a fost dezvoltată  nici o tehnică de separare a costului metabolic al acestei ineficiențe.    GENERAREA  DE  ENERGIE  LA  O  ARTICULAȚIE,  SIMULTAN  CU  ABSORBȚIA  LA  O  ALTĂ  ARTICULAȚIE  Cea  mai  puțin  cunoscută  şi  înțeleasă  cauză  a  ineficienței  are  loc  când  un  grup  de  muşchi aferent unei articulații efectueaza lucru mecanic pozitiv în acelaşi timp în care lucrul  mecanic negativ este efectuat la altă articulație.    Un  astefl  de  eveniment  este  în  realitate  o  extensie  a  ceea  ce  se  întâmplă  în  timpul  unei co‐contracții ( adică lucrul mecanic pozitiv este anulat de cel negativ).  În  timpul  mersului  normal,  acest  fenomen  se  produce  atunci  când,  creşterea  de  energie  la  desprinderea  piciorului  de  pe  sol,  are  loc  simultan  cu  preluarea  greutății  pe  celălalt picior care absoarbe energie.    MIŞCĂRILE SPASMODICE   

155

 

Schimburile  de  energie  eficiente  sunt  caracterizate  prin  mişcări  cu  aspect  constant  (lin).  Un  balerin  şi  un  săritor  în  înălțime  execută  mişcări  line  din  diferite  motive:  unul  fiind  artistic, celălalt, pentru o performanță eficientă. Energia adaugată corpului de lucrul mecanic  pozitiv  intr‐un  anume  moment,  este  conservata  în  timp  şi  puțin  din  această  energie  este  pierdută prin efectuarea de către muşchi de lucru mecanic negativ.  Mersul  spasmodic  al  unui  copil  cu  paralizie  cerebrala  este  cu  totul  opus.  Energia  adaugata  într‐un  anumit  moment  este  îndepărtată  o  fracțiune  de  secundă  mai  târziu.  Mişcarea are o succesiune constantă de porniri şi opriri şi fiecare din aceste variații, bazate  pe lucru mecanic pozitiv şi negativ are un cost metabolic.  Costul  energetic  datorat  mişcării  spasmodice  poate  fi  evaluat  în  două  moduri:  prin  analiza  lucrului  mecanic  pe  baza  energiei,  segment  cu  segment,  sau  printr‐o  analiză  de  puteri, articulație cu articulație. Ambele tehnici vor fi descrise într‐un capitol viitor.   

7.10. SINTEZA FLUXURILOR DE ENERGIE    Sinteza fluxurilor de energie de la nivel metabolic la sarcină externă este prezentata  in Fig. 76 

Fig. 76    Energia  metabolica  nu  poate  fi  masurata  direct  dar  poate  fi  calculata  indirect  din  cantitatea de oxigen absorbita sau din cantitatea de bioxid de carbon expirata. La nivel bazal  (repaus,  pozitie  culcat)  muschii  sunt  reaxati  dar  necesita  inca  energie  metabolica  pentru  a  mentine subiectul viata. Masura acestui nivel de energie este numita căldura de întreținere.   Pe măsură ce muşchiul se contractă, acesta necesită energie care se manifestă drept  caldură  adițională,  denumită  căldura  de  activare.  Ea  este  asociată  cu  viteza  de  creştere  a  tensiunii  din  muşchi  şi  este  însoțită  de  o  scurtare  internă  a  elementelor  contractile  musculare.  

 

156

Căldura  stabilă  este  acea  caldura  care  masoara  energia  ceruta  pentru  mentinerea  tensiunii in muschi. Căldura labilă este al treilea tip de căldură, care intervine în contracțiile  izometrice,  fiind  căldura  care  nu  este  răspunzătoare  nici  de  generarea  tensiunii,  nici  de  generarea  vitezei  de  tensionare.  Ultima  pierdere  de  căldură  este  căldura  de  scurtare,  asociată  scurtării  instantanee  a  muşchiului  sub  acțiunea  sarcinii  (  Hill,  1960).  La  nivelul  tendonului se întâlneşte, în final, energia sub forma mecanică. Tensiunea muşchiului poate  genera patru tipuri de sarcini mecanice. Ea poate fi implicată în:  • co‐contracție;  • lucru mecanic izometric împotriva gravitației;  • absorbție simultană de către alți muşchi;  • poate cauza o modificare netă a energiei corpului.  În ultimul caz, dacă se efectuează un lucru mecanic pozitiv, energia netă corporală va  creşte;  dacă  se  efectuează  un  lucru  mecanic  negativ  are  loc  o  scădere  a  energiei  totale  a  corpului. În sfârşit, dacă corpul exercită forțe asupra unui corp exterior, o parte din energie,  în timp ce corpul efectuează lucru mecanic extern.   

7.11. FORME DE STOCARE A ENERGIEI   Energia potențială (PE)     Energia potențială este energia datorată gravitației, ea crescând cu înălțimea corpului  față de sol sau alt sistem de referință dat.    PE = m.g.h   [J]    în care :  m  ‐  masa [kg};                 g = 9.8 m/sec2;                 h – inaltimea centrului de masa  [ m].  Dacă h = 0, va rezulta o energie potențială nulă. Totusi, sistemul de referință legat de  pământ, trebuie ales cu grijă pentru a se adapta problemei date. În mod normal, el este ales  cu originea în cel mai de jos punct pe care corpul îl poate ocupa în timpul mişcării pe care o  efectueazaă  Pentru  un  scafandru  originea  sistemului  ar  putea  fi  nivelul  apei,  iar  pentru  o  persoană ce se afla în mers, cel mai de jos punct de pe traiectoria parcursă.    Energia cinetică (KE)  Energia cinetică se prezintă  sub două forme :   • energie cinetică datorata vitezei de translație şi  • energie cinetică datorată vitezei de rotație:    1 KEt =  m ⋅ v 2     [J]  2 1                                 KEr =  I ⋅ ω2         [J]  2   în care: v – viteza centrului de masa  [m/sec];                I ‐  moment de inertie mecanic [kg.m2];                ω  ‐  viteza unghiulara a segmentului [ rad/sec]. 

 

157

  Din  relație  rezultă  că  acest  tip  de  energie  creşte  cu  pătratul  vitezei,  polaritatea  direcției vitezei este neimportantă (viteza intervine la puterea a doua, fiind deci pozitivă), iar  nivelul inferior de energie este cel pentru care corpul este în repaus.    Energia totală şi transferul dintr‐un segment    După  cum  s‐a  menționat  anterior  energia  unui  corp  există  sub  trei  forme  astfel  că  energia totala este :    1 1 Esegment = Es = PE + KEt + KEr = mgh +  mv 2 + Iω2  [J]  2 2 Pentru  un  corp  este  posibil  să  se  schimbe  energia  în  interior  şi  totuşi  să‐şi  mențină  energia totală constantă.   

 

158

Cap 8  BIOMECANICA LOCOMOŢIEI UMANE  8.1. ISTORICUL CERETĂRILOR PRIVIND LOCOMOŢIA UMANĂ    Cercetările privind producerea locomoției umane datează din antichitate.   Aristotel  a  aplicat    analiza  geometrica  a  actiunii  mecanice  a  muschilor  atit  la  nivel  unor parti ale corpului cit si la nivelul intregului corp.  Leonardo Da Vinci a descris in desenele sale anatomice mecanica sorijinului, a urcarii,  coboririi, ridicarii din pozitia sezind , precum si realizarea sariturii.  Functiile fiziologice au fost analizate matematic de Galileo Gallilei(1564‐1643) si  de  William  Harvey    (1578‐1657),  care  s‐a  remarcat  prin  eforturile  sale  de  pionerat  privind  definirea circulatiei sanguine, fiind creditat ca parintele biomecanicii fluidelor.  Alfonso  Borelli  (1608‐1679)  a  explorat  cantitativ  forta  dezvoltata  de  muschi  si  a  definit oasele drept pirghii actionate si controlate de muschi. El este considerat fondatorul  biomecanicii  solidelor.Contributii  remarcabile  le‐au  adus  si  Newton(1642‐1727),  Bernoulli(1700‐1782), Poiseuille(1799‐1869), Thomas Young(1773‐1829), Euler(~1862).  Incercările de studiere si explicare a functiilor si structurilor fiziologice din punct de  vedere  al  legilor  fizicii  si  ingineriei  au  fost  realizate  la  inceput  de  medici,  fizicieni  si  de  specialisti  din  domeniu  medical.  I  prezent  cercetarile  de  acest  gen  cad  cu  precadere  in  sarcina specialistilor din domeniul ingineriei biomedicale sau bioingineriei.   Obiectivele cercetarilor din domeniul biomecanicii sunt in general bidirectionate. In  primul  rind  biomecanica  urmareste  intelegerea  aspectelor  fundamentale  ale  functiilor  fiziologice, scopul fiind medical. In al doilea rind ea cauta sa elucideze aceste functii in scopul  aplicarii rezultatelor in domenii nemedicale.  Corespunzator primei situatii au fost si continua sa fie realizate si dezvoltate tehnici  sofisticate  de  monitorizare  a  functiilor  fiziologice,  datele  acumulate  sunt  prelucrate  si  sunt  prezentate teorii care sa explice aceste date, scopul fiind diagnosticarea “ motorului uman”,  pentru a gasi cauzele functionarii ineficiente a acestuia , ca urmare a imbolnavirii( patologie),  imbatrinirii, uzurii prin oboseala sau distrugerii prin accident(medicina de urgenta).  Munca  nu  se  opreste  aici  pentru  ca  ea  furnizeaza  baza  necesara  dezvoltarii  tehnologiilor de tratare si mentinere( terapie) a organismului uman afectat de boala, analiza  biomecanica  fiind  dirijata  in  directia  imbunatatirii  sistemului  de  ingrijire  a  sanatatii.  Se  realizeaza  astfel  o  imbunatatire  a  stilului  de  viata  prin  fiziologia  exercitiului  fizic  si  biomecanicii  sportului,  creste  abilitatea  de  a  “repara”  si  recupera    parti  ale  organismului  uman,  se  dezvolta  tehnologii  de  sustinere  a  organelor  cu  functionare  defectoasa,  deci  se  creaza  conditii  de  creare  de  orteze  sau  de  inlocuire  a  acestor  segmente  prin  elemente  de  protezare.   

8.2 . EVOLUŢIA TEHNICILOR ŞI ECHIPAMENTELOR DE ÎNREGISTRARE A  MIŞCĂRII   

 

159

Interesul  sporit  fata  de  studiul  miscarii  umane  a  impus  punerea  la  punct  si  dezvoltarea  unor  tehnici  de  inregistrare  si  in  paralel  s‐au  creat  echipamente  pentru  inregistrarea acesteia.  Acestea  au  permis  analiza  miscarii  din  punct  de  vedere  calitativ  (  aspectul  miscarii)  sau cantitativ (viteze,acceleratii, forte) contribuind considerabil la intelegerea mecanismelor  fundamentale ce stau la baza miscarii umane.  Primele realizari in domeniul inregistrarii miscarii umane ii apartin fotografului englez  Edward  J.Muybridge(1830‐1904)    care  prin  utilizarea  unui  set  de  pina  la  36  de  camere  sincronizate  a  fost  capabil  să  detecteze  secvențe  de  imagini  egal  distanțate  în  timp,  corespunzătoare locomoției umane sau animale, anticipând astfel camerele de filmat (Fig. 77  )      

                                                                                                                                   

160

 

              Fig. 77    O  contribuție  remarcabilă  au  adus‐o  si  E.  J.  Marey  si  J.  Demeny  care    au  elaborat  metoda  cronofotografiei  ce  consta  in  rotirea,  cu    viteza  constanta,  in  fata  unui  obiectiv  fotografic a unui obturator constind dintr‐un disc mat prevazut cu fante plasate la distante  egale.Prin  utilizarea  acestor  proceduri  stroboscopice  el  a  obtinut  primele  diagrame  “stick”  (sub formă de bețe) ale mişcării (Fig. 78, 79 ). 

        

 

 

 

 

 

Fig. 78 

 

161

            Fig. 79      Metoda  cronofotografiei  s‐a  dezvoltat,  ulterior,  in  doua  directii.  Prima  urmarea  masurarea masurarea exacta a miscarilor. La inceput, fotografia era realizata pe fond negru,  omul aflat in miscare fiind imbracat intr‐un costum de catifea neagra , pe care, prin aplicarea  unor benzi stralucitoare, erau marcate axele si principalele puncte ale partilor componente  ale corpului.    Mai  târziu,  benzile  au  fost  inlocuite  cu  becuri  incandescente  punctiforme,  plasate  corespunzator cu axele articulatiilor.   O  metoda  similara  au  folosit  si  V.Braunne  si  O.Fisher,  dar,  in  locul  benzilor  stralucitoare  ei  au  aplicat  becuri  cu  gaz  luminiscent.  Toate  aceste  perfectionari  au  permis  imbunatatirea preciziei de masurare a miscarilor. Ulterior, cronofotografia a fost dezvoltata  considerabil  de  N.A.Bernstein,  care  a  elaborat  metoda  ciclogrammetriei.  Cu  ajutorul  obturatorului,  pe  placa  se  obtineau  traiectoriile  punctiforme  ale  beculetelor  acestea  constituind asa numita ciclograma. In functie de coordonatele  punctelor, pe ciclograma se  puteau  calcula  deplasarea  lor,  vitezele  si  acceleratiile,  iar  in  functie  de  masa  si  acceleratia  elementelor, se calculau fortele aplicate.  V. Braunne si O. Fisher au studiat, de asemenea, masele si momentele de inertie ale  partilor corpului uman, cinematica articulatiilor precum si conditiile de realizarea actiunilor  musculare.  Ei  au  incercat  sa  foloseasca  coordonatele  spatiale,  obtinute  prin  fotografiere,  pentrurezolvarea ecuatiilor de miscare pentru segmentele si ansamblul corpului uman. Desi  stabilirea coordonatelor se realiza foarte exact, slaba frecventa de fotografiere si insuficienta  metodelor matematice nu au permis atunci rezolvarea problemei.  N.A.  Bernstein  a  obtinut,  printr‐o  simplificare  considerabila  a  metodei  de  determinare a eforturilor ( a neglijat determinarea cu exactitate a momentelor de inertie),  date  importante  privind  caracterul    “discret    “  si  interactiunile  complexe  ale  miscarilor.  Aceste cercetari au stat la baza elaborarii teoriei biomecanicii.  Cea  de  a  doua  direcție  de  dezvoltare  a  cronofotografiei  a  urmarit  reproducerea  miscarilor  pe  ecran.  Aceasta  a  condus  la  aparitia  cinematografiei,  precursoarea 

 

162

cinematografului  contemporan.  La  inceput  Marey  a  folosit  “fotopusca”(fig.  3  ),  in  care  12  placi se schimbau succesiv cu rapiditate. Benzile negative de hirtie, mai tirziu de celuloid, s‐ au dovedit mai practice. Pentru aplicarea lor, s‐a recur la un obturator; cind discul “inchide”  complet  obiectivul,  banda  inainteaza  cu  un  cadru..  Datorita  filmarii  cu  frecventa  inalta  (filmare  rapida),  proiectind  pe  ecran  cu  frecventa  normala,  se  poate  obtine  o  imagine  incetinita.  Filmarea  rapida  permitea  studierea  miscarii,  nu  insa  si  masurarea  ei.  Cineciclografia,  o  metoda  mai  putin  eficienta,  datorita  impreciziei  rezultatelor  masuratorii,  prezenta insa unele avantaje in comparatie cu ciclografia, intrucit oferea posibilitatea filmarii  in conditii de concurs, subiectul nefiind obligat sa poarte un echipament greoi.  Metodele  de  analiza  a  miscarii  umane  au  evoluat  considerabil  in  ultimele  decenii,  utilizarea  calculatorului  aducind  o  contributie  remarcabila,  sistemele  existente  in  prezent  permitind nu numai inregistrarea miscarilor ci si prelucrarea datelor si interpretarea acestora  realizindu –se ceea ce se numeste in termeni de specialitate, analiza si evaluarea miscarii. 

8.3 TERMINOLOGIA DESCRIERII LOCOMOŢIEI UMANE    Protezarea  şi  ortezarea  au  evoluat  de‐a  lungul  anilor  transformându‐se  dintr‐un  mestesug  intr‐o  profesie.  Protezarea  este  în  prezent  definită  ca  ştiință  ce  are  ca  obiect  de  studiu inlocuirea externa  a membrelor iar ortezarea stiinta ce urmareste sustinerea externa  a  membrelor  si  trunchiului.  Stadiul  actual  al  tehnicii  si  tehnologiei,  la  care    se  adauga  experienta acumulata de‐a lungul anilor, au facut posibila producerea unor dispozitive din ce  in  ce  mai  perfectionate.  Aceasta  dezvoltare  a  fost  sustinuta  si  de  evolutia  in  paralel  din  domeniul tehnicilor de evaluare.  Tehnologiile computerizate si video, sub forma sistemelor de analiza a miscarii, sunt  folosite intens in evaluarea complexelor configuratii de mers, ele furnizind direct pretioase  informatii  cu  privire  la  miscarea  articulatiilor,  activitatea  musculara  precum  si  producerea  fortelor. Cuantificarea obiectiva a configuratiei de mers permite specialistilor din protezare si  ortezare  sa  evalueze  atit  performantele  dispozitivelor  proiectate  cit  si  beneficiile  pe  care  acestea le aduc pacientilor.  Miscarile de locomotie sunt de doua feluri: ciclice si aciclice.  In  miscarile  ciclice,  fiecare  parte  a  corpului  revine  in  pozitia  initiala,  adica  capata  mereu un ciclu asemanator de miscari. Prin ciclu de miscari se intelege totalitatea miscarilor  corpului  si  ale  segmentelor  sale,  incepand  de  la  o  pozitie  initiala  oarecare  pana  la  pozitia  urmatoare,  identica.  Locomotia  ciclica  rezulta  din  repetarea  acestor  cicluri  uniforme,  asemanatoare  numite  si  « unitati  de  miscare ».  La  mers  sau  la  alergare,  ciclul  este  pasul  dublu.  La  inot  in  ciclu  intra  ducerea    mainilor  de  la  barbie  inainte,  tragerea  lor  inapoi  si  miscarea de impingerea a picioarelor.  In locomotiile aciclice nu se produce o repetare succesiva a unor cicluri de miscari ;  executarea miscarilor aciclice, cum sunt, spre exemplu, sariturile, corpul trece dintr‐o pozitie  initiala intr‐una finala, dupa care miscarea inceteaza  Desi  mersul,  atit  cel  normal  cit  si  cel  patologic,  este  unul  cele  mai  studiate  miscari  umane, termenii utilizati pentru descrierea lui variaza de la cercetator la cercetator si de la  profesie la profesie. Desi s‐au depus eforturi in directia stabilirii unui set unificat de termeni  biomecanici pina in prezent nu s‐a cazut de acord asupra unei definiri unice. Acest lucru se  datoreaza si faptului ca specialistii folosesc termeni biomecanici specifici profesiei lor.   Miscarea locomotorie bipeda este o achizitie relativ recenta in evolutia filogenetica.  Copilul invata sa merga dupa varsta de un an, cand s‐a asigurat statiunea bipeda. Fiind una  din  cele  mai  obisnuite  miscari  executate  de  om,  mersul  se  perfectioneaza  in  procesul 

 

163

cresterii pana intr‐atat, incat se poate afirma ca dintre tate miscarile omului, el se efectueaza  cu  cel  mai  mare  randament,  cu  cea  mai  economica  cheltuiala  de  energie.  Aceasta  se  presupune pe de o parte, adaptarea aparatului locomotor din punct de vedere morfologic,  iar pe de alta parte, o coordonare nervoasa perfecta a miscarilor segmentelor si ale corpului  in intregime, in timpul mersului.  Analiza  biomecanica  a  mersului  a  aratata ca  in  aceasta  miscare  obisnuita  a  omului  este  extrem  de  complexa ;  fazele  sale  nu  pot  fi  sesizate  cu  ochiul  liber.  Pentru  studiul  mersului  s‐au  imaginat  numeroase  procedee,  dintre  care  cronofotografia  lui  Marey  a  dat  rezultate  mai  bune.  Ulterior  s‐au  imbunatatit diferite  metode  cinematografice, care  au  dat  posibilitatea studierii coordonatelor spatiale in functie de timp.  Mersul este o miscare locomotorie ciclica, care se realizeaza prin ducerea succesiva a  unui picior inaintea celuilalt. Characteristic mersului este sprijinul permanent al corpului pe  sol, fie pe un picior, fie pe ambele picioare. Sprijinul unilateral dureaza de cinci ori mai mult  decat  sprijinul  bilateral :  astfel,  intr‐o  ora  de  mers,  omul  se  sprijina  50  de  minute  pe  un  picior.  In perioada sprijinului unilateral, membrul inferior care sustine greutatea corpului se  numeste picior de sprijin, iar celalalt, picior oscilant.  Mersul este format dintr‐o succesiune de pasi : in analiza biomecanica a mersului se  foloseste  pasul  dublu,  compus  din  totalitatea  miscarilor  care  se  efectueaza  intre  doua  sprijiniri  succesive  ale  aceluiasi  picior.  Pasul  dublu  este  unitatea  functionala  de  miscare  in  timpul  mersului.  El  se  compune  din  doi  pasi  simpli  si  poate  fi  descompus  pentru  studiu  in  sase faze, din care doua, de foarte scurta durata, au fost numite momente.  Fazele pasului dublu sunt:     Faza I sau faza de amortizare incepe din momentul cand piciorul anterior ia contactul  cu solul prin calcai si dureaza pana la momentul vertical  Faza a II‐a sau momentul verticalei piciorului de sprijin – corpul trece un timp foarte  scurt  prin  aceasta  pozitie,  fiind  sprijinit  pe  un  singur  picior.  In  acest  moment  corpul  are  inaltimea maxima, iar centrul de greutate este usor deplasat lateral, catre piciorul de sprijin,  pentru mentinerea echilibrului  Faza  a  III‐a  sau  faza  de  impulsie  incepe  imediat  dupa  trecerea  corpului  prin  momentul verticalei piciorului de sprijin si dureaza pana la desprinderea de pe sol a acestuia.  Catre  partea  finala  a  acestei  faze,  planta  se  dezlipeste  de  sol,  incepand  cu  calcaiul.  Atunci  cand sprijinul se face numai cu varful metatarsienelor si cu degetele, corpul se afla in sprijin  bilateral,  intrucat  piciorul  anterior  se  gaseste  in  contact  cu  solul  prin  calcai.  In  timpul  mersului  bilateral,  centrul  de  greutate  a  corpului  are  inaltimea  minima.  La  sfarsitul  acestei  faze,  corpul  este  impins  inainte  si  in  sus  prin  forta  de  impulsie  a  piciorului  de  sprijin,  care  apoi devine picior oscilant.  Faza  a  IV‐a  sau  pasul  posterior  al  piciorului  oscilant  –  se  executa  liber  oscilatie  in  articulatia coxofemurala, concomitent cu o usoara flexi in genunchi si o usoara flexie dorsala  in articulatia talocrurala ; flexia de genunchi si talocrurala au cas cop realizarea unei usoare  scurtari a membrului inferior care oscileaza, inlesnind astfel miscarea, mai ales in momentul  trecerii pe verticala.  Faza  a  V‐a  sau  momentul  verticalei  piciorului  oscilant  –  piciorul  oscilant  trece  usor  flectat pe la verticala, incrucisandu‐se cu piciorul de sprijin, aflat, de asemenea, la momentul  verticalei.  Faza  a  VI‐a  sau  pasul  anterior  al  piciorului  oscilant,  care  oscileaza  de  la  verticala  inainte, pregatindu‐se sa ia contact cu solul, adica sa inceapa un nou ciclu al pasului dublu. 

 

164

Dintre toate fazele descrise, cea mai importanta pentru miscarea inainte este cea de  impulsie,  cand  forta  musculaturii  actioneaza  in  directia  deplasarii  corpului.  In  faza  de  amortizare  se  franeaza  miscarea  progresiva  a  corpului,  reactia  sprijinului  opunandu‐se  deplasarii acestuia.   Deplasarea prin mers a corpului in spatiu rezulta din interactiunea fortelor interne, si  anume contractia musculaturii, cu forte externe care actioneaza in toate fazele mersului si  mai ales la punctele de contact al corpului cu solul.  Desi specificul aparatului locomotor al omului imprima o forta de impulsie periodica,  discontinua,  totusi,  in  ansamblu,  mersul  este  o  miscare  continua,  care  prezinta  unele  oscilatii.  Aceasta  transformare  a  impulsului  periodic  intr‐o  miscare  continua  este  rezultatul  interactiunii  cu  fortele  de  inertie  care  se  nasc  in  timpul  mersului  si  cu  particularitatile  morfologice ale aparatului locomotor, constituit din parghii articulare.  Directia oblica si intermitenta a fortei motrice in mers este determinata de impulsia  transmisa  de  membrul  inferior  pe  sol  in  urma  contractiei  musculaturii  din  lantul  triplei  extensii.  Forta    de  frecare  este  necesara  impulsiei :  este  cunoscuta  greutatea  cu  care  se  deplaseaza omul pe un plan lucios sau nisip, intrucat o parte din forta impulsiei se pierde.  Dupa  cum  rezulta  din  descrierea  fazelor  pasului  dublu,  fiecare  membru  inferior  are  un  rol  de  sprijin  si  unu  de  oscilatie;  sprijinul  bilateral  se  asigura  in  mers  cand  se  termina  impulsia  si  incepe  amortizarea.  Perioada  de  sprijin  este  putin  mai  mare  decat  cea  de  oscilatie.  In timpul mersului, piciorul de sprijin exercita o presiune asupra solului, care poate fi  studiata prin inscrierea grafica cu ajutorul platformelor dinamografice.  Curba  presiunii  normale  exercitate  de  piciorul  de  sprijin  pe  sol,  oscileaza  cu  valori  pozitive  si  negative  de  o  parte  si  de  alta  a  liniei  greutatii  corpului,  avand  o  traiectorie  caracteristica in functie de felul mersului.   In  faza  de  amortizare,  presiunea  pe  sol    depaseste  la  inceput  valoarea  greutatii  corpului si este reprezentata de doua oscilatii pozitive care corespund contactului cu calcaiul  si apoi cu varful piciorului.  Componenta  tangentiala  a  presiunii  pe  sol  variaza  in  functie  de  fazele  miscarii  piciorului de sprijin. Presiunea tangențială a piciorului este mai întâi negativă, apoi pozitivă.   In continuare vor fi prezentati comparativ si prin contrast termenii utilizati in prezent  in protezare si ortezare in raport cu cei utilizati in domeniul analizei miscarii.  In ansamblu, domeniile protezarii si ortezarii folosesc, pentru descrierea miscarii, un  set de termeni standard care sunt unificati in cadrul profesiei. In domeniul analizei miscarii  lucrurile nu stau insa asa. Termenii biomecanici utilizati in analiza miscarii sunt influentati in  principali  de  cercetarile  efectuate  de  trei  specialisti:  Perry,  Sutherland  si  Winter,  care  au  adus o contributie deosebita dezvoltarii domeniului analizei miscarii ca stiinta si profesie.   Exista,  in  principiu,  citiva  termeni  care  sunt,  in  mod  obisnuit,  utilizati  in  descrierea  mersului si care sunt unificati de la profesie la profesie.   Un ciclu de mers este definit ca miscarile si evenimentele care au loc intre contacte  succesive ale calciiului aceluiasi picior cu solul. El contine  doua faze :      • păşirea  ‐ stance phase;  • pendularea sau balansul – swing phase.   

 

165

Perioadele si evenimente ce au loc in interiorul ciclului de mers  variaza de la individ  la individ. O perioadă este definită ca fiind “intervalul de timp ce este initiat sau contine un  eveniment semnificativ”.    Contribuția musculaturii in mersul inainte pe plan orizontal  In  timpul  mersului  actioneaza  majoritatea  grupelor  musculare,    succedandu‐se  armonios  sub  conducerea  centrilor  nervosi  corticali ;  cea  mai  mare  contributie  o  are  insa  musculatura  membrelor  inferioare.  Analina  contributiei  grupelor  musculare  la  efectuarea  fazelor  mersului  trebuie  facuta  separat  la  piciorul  de  sprijin  si  la  cel  oscilant,  ele  avand  particularitati la fiecare faza.  Piciorul  de  sprijin  oscileaza  in  articulatia  coxofemurala,  descriind  un  unghi  cu  deschiderea in jos. In acelasi timp, articulatia talocrurala devine o axa de rotatie a piciorului  de sprijin, care descrie fata de acesta un unghi descris in sus.  In faza de amortizare piciorul atinge solul cu calcaiul si aproape imediat se aplica pe  el  cu  intreaga  planta.  In  momentul  contactului  cu  solul,  la  nivelul  articulatiei  talocrurale  actioneaza muschii flexori dorsali ai labei piciorului, la genunchi extensorii, iar la articulatia  coxofemurala  flexorii  coapsei  pe  bazin.  Dupa  contactul  cu  solul  si  pana  la  momentul  verticalei  piciorului  de  spijin,  rolul  grupelor  musculare  se  schimba.  Astfel,  la  nivelul  articulatiei talocrucrale isi incep actiunea muschii flexori plantari care aplica planta pe sol, la  genunchi  se  mentine  actiunea  extensorilor,  iar  la  sold  isi  incep  actiunea  muschii  extensori  pentru a contribui la progresia corpului.   Faza de amortizare,  care se desfasoara din momentul contactului calcaiului cu solul  pana  la  verticala  piciorului  de  sprijin,  dureaza  in  timp  3/5  din  durata  totala  a  sprijinului,  restul de 2/5 fiind destinat fazei de impulsie.  In  momentul  verticalei,  grupele  musculare  antagoniste  ale  membrului  inferior  de  sprijin asigura fixarea articulatiilor, determinand inaltimea maxima a corpului.  In faza de impulsie, care dureaza pana la eliberarea piciorului de sprijin prin impulsia  de  la  sol,  in  articulatia  talocrurala  se  accentueaza  contractia  flexorilor  plantari,  iar  la  genunchi si sold, cea a muschilor extensori. Contractia atinge maximum in momentul cand  piciorul de sprijin trece in contact numai cu varful si este principala forta motrica a mersului.  Intre fazele piciorului de sprijin si cele ale piciorului oscilator exista o scurta perioada  de  sprijin  bilateral,  cand  corpul  se  sprijina  pe  sol  cu  calcaiul  piciorului  anterior  si  cu  varful  piciorului  posterior.  Dupa  G.  Demeny,  durata  sprijinului  bilateral  este  in  medie  de  2/40  –  7/40 de secunda ; ea se prelungeste cand survine oboseala, constituind un semn obiectiv al  acesteia.  Piciorul oscilant parcurge fazele sale printr‐o pendulare dinapoi‐inainte in articulatia  coxofemurala.  Faza pasului posterior se executa din momentul desprinderii varfului piciorului de pe  sol si dureaza pana in momentul trecerii in verticala. Ea este asigurata de muschii flexori ai  coapsei  pe  bazin ;  in  articulatia  genunvhiului  se  produce  o  usoara  flexie,  iar  in  cea  talocrurala, muschii flexori dorsali ridica usor varful piciorului.  In aceasta faza, contributia musculturii va fi mai mica, datorita faptului ca pendularea  membrului inferior este inlesnita si de forta de gravitatie.  In momentul trecerii la verticala, piciorul oscilant se alfa in usoara flexie la genunchi,  pentru a realize scrurtarea necesara; in articulatia talocrurala, grupel musculare antagoniste  isi produc o contributie egala, laba piciorului aflandu‐se in unghi drept pe gamba.  In  faza  pasului  anterior  al  piciorului  oscilant  se  accentueaza  forta  de  contractie  a  muschilor  flexori  ai  coapsei  pe  bazin,  iar  la  genunchi  se  produce  contractia  balistica 

 

166

extensorilor  care  arunca  gamba  inainte,  pregatind  aterizarea.  In  articulatia  talocrurala  se  accentueaza contactia flexorilor dorsali, care ridica varful piciorului, pregatind astfel calcaiul  pentru contactul cu solul.   Trecand in revista modul cum se succed in actiune grupele musculare antagoniste ale  membrului  inferior  se  poate  arata  ca  mersul  angreneaza  aproape  in  egala  masura  toate  grupele, cu exceptia muschilor extensori ai gambei, care sunt solicitati mai mult. In general  grupele extensoare sunt solicitate mai mult decat cele flexoare, ceea ce explica, dealtfel, si  inegala  lor  dezvoltare  la  om.  Mersul  constituie  miscarea  cea  mai  obisnuita  a  omului  si,  de  aceea, coordonarea  nervoasa  si  dezvoltarea  corespunzatoare  a  grupelor  musculare asigura  un randament maxim.  In  mersul  normal,  lucrul  muscular  este  economic  si  armonios  repartizat  diferitelor  grupe musculare, motiv pentru care oboseala nu apare repede.  In  timpul  mersului  obisnuit  pe  un  plan  orizontal,  marile  functii  organice  sunt  influentate pozitiv, respiratia si circulatia sunt activate, iar sistemul nervos echilibrat.   

8.4 MASURARE, DESCRIERE, ANALIZA SI EVALUARE   

Abordarea  stiintifica  din  domeniul  biomecanicii  a  fost  caracterizata  de  o  mare  cantitate de confuzie, unele descrieri ale miscarii umane fiind trecute drept evaluari in timp  ce altele implicind doar masuratori au fost prezentate in mod fals drept analize. Se impune  deci de a clarifica si intelege acesti termeni.   Orice evaluare cantitativa a miscarii umane trebuie precedata de o faza de masurare  si  descriere,  si  daca  este  necesar  un  diagnostic  mai  semnificativ  se  realizeaza  si  o  analiza  biomecanica.  In  cazul  evaluarii  handicapatilor  locomotori,  relatiile  existente  intre  etapele  mai sus mentionate pot fi reprezentate conform Fig. 80    Fig. 80 

167

 

  Toate nivelele de evaluare implica fiinta umana si sunt bazate pe observarea vizuala a  pacientului  sau  subiectului,  pe  datele  inregistrate  sau  pe  o  analiza  biomecanica  ce  rezulta.Nivelul  de  evaluare  primar  utilizeaza  observatia  directa  care  plaseaza  o  sarcina  enorma  chiar  si  celor  mai  experimentati  specialisti.    Toate  masuratorile  sunt  subiective  si  sunt  aproape  imposibil  de  comparat  cu  cele  obtinute  anterior.  Observatorii  sunt  apoi  confruntati cu sarcina de a descrie ceea ce au vazut, de a monitoriza modificarile de a analiza  informatiile  si  de  a  determina(  diagnostica)    cauzele.  In  cazul  efectuarii  masuratorilor  in  timpul miscarii pacientului atunci informatia poate fi prezentata intr‐o maniera convenabila  pentru  descrierea  miscarii  din  punct  de  vedere  cantitativ.  Sarcina  observatorului  este  simplificata in acest caz considerabil. El poate acum sa cuantifice modificarile, sa desfasoare  analize simple si sa incerce sa ajunga la un diagnostic obiectiv.   La  cel  mai  inalt  nivel  de  evaluare  observatorul  poate  realiza  analize  biomecanice  extrem de semnificative in diagnosticarea cauzei exacte a problemei, poate compara aceste  analize cu cele ale indivizilor normali si sa monitorizeze modificarile lor detaliate, in timp.  Tehnicile de masurare si analiza utilizate intr‐un eveniment atletic ar putea fi identice  cu  tehnicile  utilizate  in  evaluarea  mersului  amputatilor.  Evaluarea  optimizarii  energeticii  atletilor  este  ,totusi,  destul  de  diferita  de  evaluarea  stabilitatii  amputatilor.  Atletii  sunt  analizati pentru modificari detaliate dar minore care vor imbunatati performantele lor prin  citeva procente.  Amputatii sunt analizati pentru progrese majore care sa le asigure controlul  stabilitatii mersului,  dar  nu  pentru  diferente  fine  si  de  detaliu.  Mersul  acestora va  putea  fi  considerat satisfacator chiar daca nu se realizeaza la capacitatea maxima. 

8.5  MĂSURAREA, DESCRIEREA ŞI MONITORIZAREA    Functiile  de  măsurare  si  descriere  sunt  dificil  de  separat.  Se  are  in  vedere  ca  un  dispozitiv de masurare dat  poate furniza datele intr‐un numar diferit de moduri. La rindul ei  un acelasi tip de  descriere poate proveni de la dispozitive de masurare diferite.   Primele  studii  biomecanice  aveau  drept  unic    scop  descrierea  unei  miscari  date,  evaluarile ce erau furnizate rezultind doar din inspectarea vizuala a datelor.                                         Descrierea  datelor  poate  lua  forme  multiple:  curbe,  obtinute  pe  sisteme  de  inregistrare  cu  penita;  grafice  ale  coordonatelor  corpului;  diagrame  “stick”  sau  masuratori  simple de iesire cum ar fi viteza mersului, sarcina ridicata sau inaltimea unei sarituri (Fig. 81).  O camera de filmat este prin ea insasi un dispozitiv de masurare, graficele rezultate  constituind descrierea evenimentului in timp si spatiu.   Coordonatele reperelor anatomice pot fi extrase si reprezentate grafic la intervale de  timp regulate. Reprezentarile grafice, in timp, ale uneia sau mai multor coordonate sunt utile  in descrierea modificarilor detaliate a unui reper particular. Ele pot de asemenea avidentia  ochiului antrenat modificarii in viteza si acceleratii.   O  descriere  riguroasa  in  planul  de  miscare  este  diagrama  “stick”  in  care  fiecare  segment corporal este reprezentat printr‐o linie dreapta sau “bat”.   Prin  unirea  acestora  se  obtine  orientarea  spatiala  a  tuturor  segmentelor  in  orice  moment de timp. Repetarea Acestei inregistrari la intervale regulate da o descriere pictoriala  si  anatomica  a  dinamicii  miscarii.  In  acest  caz  traiectriile,  vitezele  si  acceleratiile  pot  fi  vizualizate.   

Fig. 81     

168

 

Volumul  de  date  necesar  realizarii  unei  reprezentări  complete  este  deosebit  de  mare  necesitând, pentru prelucrare, utilizarea sistemelor computerizate.  Datele  privind  coordonatele  pot  fi  utilizate  direct  pentru  orice  analiza  directa:  reactiuni, modificari de energie, eficienta, etc.  Invers,  o  evaluare  poate  fi  facuta  ocazional  direct  pe  baza  descrierii. Un  observator  antrenat poate analiza vizual diagrama “stick” si sa extraga informatia utila care va da unele  informatii privind antrenamentul sau terapia.  Termenul de “monitorizare” necesita a fi introdus in conjunctie cu cel de descriere.  A monitoriza inseamna a nota modificarile in timp. Deci un fizioteraput va monitoriza  progresul ( sau lipsa lui) pentru fiecare persoana handicapata supusa terapiei.  Terapeutul va fi capabil sa monitorizeze orice progres doar prin masuratori sigure si  precise  si  prin  aceasta  sa  faca  observatii  asupra  corectitudinii  terapiei  aplicate.  Ceea  ce  monitorizarea nu ofera este daca un progres a avut sau nu loc; ea da doar informatii privind  modificarea.    Monitorizarea in sine nu ofera informatii privind cauzele aparitiei acestora. Deci nu se  pot  trage  concluzii  cu  privire  la  eficacitatea  unui  tratament  sau  a  unui  antrenament.  Se  impune in acest scop realizarea unei analize detaliate a datelor privind miscarea inregistrata. 

  8.6  ANALIZA MIŞCĂRII    Sistemul  de  măsurare  produce  date  care  nu  sunt  potrivite  analizei.  Aceasta  presupune o prelucrare a datelor pentru a elimina orice zgomot sau artefacte posibile.      Analiza poate fi definita ca orice operatie matematica care este efectuata aupra unui  sistem de date pentru a le prezenta intr‐o alta forma sau pentru a combina datele de la mai  multe surse in vederea producerii unor variabile care nu sunt direct masurabile.   Din  datele  analizate  se  pot  extrage  informatii  deosebit  de  utile  pentru  etapa  de  evaluare.  O analiza biomecanica complexa ar putea implica un model constituit din segmente  articulate  pentru  care,  cu  date  kinematice,  kinetice  si  antropometrice  corespunzatoare  se 

 

169

poate  desfasura  o  analiza  care  sa  produca  o  multime  de  curbe  semnificative  reprezentind  variatia in timp a unor parametrii importanti (Fig 82).  Miscarea  ce  se  inregistreaza  prin  observatie  directa  sau  cu  echipamente  corespunzatoare poate fi descrisa printr‐un numar mare de variabile kinematice: deplasari,  unghiuri in articulatii, viteze si acceleratii.  Pornind de la un model riguros al corpului uman,  din  punct  de  vedere  al  datelor  antropometrice,  se  poate  dezvolta  cu  un  grad  mare  de  precizie  un asa numit model cu segmente articulate.  Pe  baza  acestui  model  si  al  datelor  cinematice  se  pot  prezice  fortele  si  momentele  musculare  care  au  cauzat  miscarea  observata.  O  astefel  de  tehnica  de  analiza  poarta  denumirea  de  problema  inversa,  pentru  ca  permite  stabilirea  informatiilor  de  intrare  in  sistemul  analizat  pe  baza  celor  de  iesire.  Ea  este  extrem  de  utila  pentru  ca  permite  estimarea,  in  cazul  analizei  miscarii  umane,  a  reactiunilor  din  articulatii  precum  si  a  momentelor dezvoltate de muschi, parametrii ce nu pot fi masurati direct.   Fig. 82   

Aceleasi  informatii  ar  putea  fi  obtinute  in  conditiile  existentei  un  model  matematic  pentru muschi, pentru care se cunosc informatii privind activitatea electrica (EMG), lungimea  muschiului, viteza de lucru si aria sa transversală. 

8.7  EVALUAREA ŞI INTERPRETAREA    Scopul  oricărei  evaluări  este  de  a  face  o  apreciere  cu  privire  la  miscarea  fizica  analizata.  Punctele  de  vedere  pot  fi  foarte  diferite:  un  antrenor  isi  poate  pune  problema  aprecierii  calitatii  programului  de  antrenament  aplicat  prin  evaluarea  energeticii  miscarii 

 

170

studiate  si  compararea  ei  cu  rezultate  anterioare;  un  chirurg  va  incerca  sa  aprecieze  rezultatele interventiei chirurgicale executate, urmarind de exemplu, momentele dezvoltate  de muchii genunchiului; iar un cercetator isi poate dori sa interpreteze modificarile motorii  ce  rezulta  prin  aplicarea  unei  anumite  perturbatii  si  prin  aceasta  sa  verifice  sau  sa  nege  diferite teorii ale controlului neural.   Indiferent de obiectivul urmarit evaluarea poate sau nu sa ofere raspunsuri in functie  de  calitatea  si  cantitatea  de  informatiilor    continute  in  analiza.  Deciziile  pot  fi  pozitive,  in  sensul, de exemplu, a continuarii programului de recuperare/ antrenament, sau a aprecierii  drept corecte a interventiei chirurgicale aplicate, sau negative când informațiile,  conduc la  anularea, uneori în mod incorect, a planului adoptat inițial.   Fig. 83   

Unele  evaluări  biomecanice,  implică,  mai  de  grabă  o  cercetare  a  descrierii  însăşi  a  mişcării observate decât a versiunii analizate a ei. În mod obişnuit, sunt examinate curbele  forțelor de reacțiune a solului, obținute cu o platformă de forță. Acest echipament mecanic  produce un semnal electric care este propotional cu greutatea corpului ce actioneaza pe ea.   Astfel de reprezentări sunt curbele din Fig. 83. Un observator antrenat poate detecta  modificările  ce  sunt  un  rezultat  al  unui  mers  patologic  si  poate  trage  concluzii  asupra  progresului sau   involutiei pacientului dar nu va fi capabil sa aprecieze cauza acestor modificari. In cel  mai  bun  caz  aceasta  abordare  este  speculativa    si  produce  putina  informatie  cu  privire  la  cauza profunda a formei curbelor observate.   

8.8. BIOMECANICA ŞI RELAŢIA SA CU FIZIOLOGIA ŞI ANATOMIA 

 

 

171

Fiind  o  disciplină  relativ  nouă  în  domeniul  cercetării,  este  important  a  se  identifica  interacțiunea  ei  cu  alte  ştiințe  ce  studiază  mişcarea  şi  anume  cu  fiziologia  neurală  şi  cea  a  exercițiului. O astfel de interacțiune este prezentată mai jos ( Fig. 84).   Sistemul  neuromuscular  acționează  ca  un    sistem  de  control  al  eliberării  energiei  metabolice în scopul generarii unor patern‐uri controlate de tensiune musculara in prezenta  structurilor  pasive  (  ligamente,  suprafete  articulare  si  sistem  scheletal).  Acesti  muschi  actioneaza la articulatii pentru a crea momente ale fortelor care cauzeaza miscarea sau se  opun miscarii, rezultatul fiind o generare sau o absorbtie de energie. Acest nivel biomecanic  este cel care permite evidentierea scopului net si final al sistemului nervos central. Din punct  de vedere neurologic in unitatea motorie se poate vedea convergenta mai multor semnale  excitatorii  si  inhibitorii,  acest  axon  primind  denumirea  de  “  cale  finala  comuna”.  La  acest  nivel  miroscopic  este  totusi  imposibil  a  se  identifica  in  totalitate  intentia  sistemului  nervos  central. In fiecare muschi se poate observa un al doilea nivel de convergenta  prin insumarea  tuturor  fortelor  unitatilor  motorii  printr‐un  proces  numit  “recrutare”.  La  nivel  articular  se  poate vedea al treilea nivel de convergenta unde momentul fortei este o insumare algebrica  a tuturor produselor dintre tensiunile muschilor agonisti si antagonisti si lungimea bratelor  de  actiune  ale  acestor  forte.  Din  acest  punct  de  vedere  momentul  fortei  poate  fi  descris  drept “ cale mecanica comuna” pentru ca el reflecta insumarea algebrica a tuturor fortelor  controlate  de  sistemul  nervos  central.  Cind  se  cerceteaza  un  membru  in  ansamblu  sau  intregul corp se pot vedea corelatii intre variatiile de momente si se poate observa un nivel  mai inalt al controlului exercitat de sistemul nervos central.     

  Fig. 84 

 

172

  În consecință, indiferent de scopul în care se face analiza biomecanică (diagnosticare  sau evaluare a performanțelor sportive) aceasta impune cu necesitate si analiza si evaluarea  semnalului  de  iesire  net,  atit  al  sistemului  neural  cit  si  a  celui  metabolic,  precum  si  identificarea  oricaror  constringeri  ale  sistemului  anatomic.  Astfel,  daca  performanta  este  diminuata din cauza unor probleme metabolice (oboseala, de exmplu) acest lucru va putea fi  observat in  fortele, momentele si puterile mecanice. In mod similar, daca  sistemul neural  este  deficient  o  gama  de  variabile  biomecanice  si  electromiografice  vor  permite  diagnosticarea variatiilor anormale si vor ajuta medicul chirurg sau terapeut in gasirea celor  mai bune solutii privind managementul pacientului.   

8.9 DIFERITE FORME DE MERS  Mersul omului are unele particularitati in functie de conditiile in care se executa ; de  asemenea, fiecare om are mersul sau caracteristic.  In marsul sportiv, dinamica activitatii musculare arata ca efortul principal este depus  de  catre  grupele  si  lanturile  musculare  ale  membrelor  inferioare  si  trunchiului ;  restul  musculaturii participa in masura mai mica la efortul global.  Ceea  ce  caracterizeaza  marsul  sportiv  este  asemanarea  sa  cu  mersul  obisnuit,  cu  exceptia  catorva  particularitati  specifice  in  cadrul  fazelor  pasului  dublu.  Astfel,  in  faza  de  amortizare, contactul piciorului cu solul se face pe calcai, apoi talpa se deruleaza complet pe  sol. Extensia genunchiuliu la piciorul de impulsie si pendularea piciorului oscilant se executa  mai  viguros.  In  faza  de  impulsie  se  produce  o  contractie  puternica  a  lantului  muscular  al  triplei  extensii,  care  impinge  corpul  inainte.  In  faza  pasului  posterior  oscilant,  grupa  musculara a flexorilor coapsei pe bazin se contracta mi purtenic decat la mersul obisnuit si  duce  inainte  viguros  membrului  inferior.  Forta  de  contractie  a  acestei  grupe  musculare  creste  la  faza  pasului  anterior,  intrucat  este  nevoie  sa  se  adauge  componenta  antigravitationala. In marsul sportib, miscarile umerilor si ale membrelor inferioare sunt mai  ample.  Mersul  pe  plan  inclinat  poate  fi  descompus  in  aceleasi  faze  ca  si  mersul  pe  plan  orizontal. In mersul pe plan inclinat ascendant, perioada sprijinului bilateral este prelungita,  iar contactul cu solul in faza de amortizare se face fie pe toata talpa, fie pe varf. Activitatea  grupelor musculare care asigura impulsia este crescuta si solicita in mare masura aparatele  cardiovascular si respirator. Cand planul este foarte inclinat, fixarea pe sol a plantei se face  cu greutate, iar omul recurge la o pozitie speciala a piciorului, care sa‐i asigure o priza mai  buna  utilizand  marginea  laterala  sau  medicala  a  plantei,  printr‐o  miscare  pe  plan  inclinat,  folosit in ascensiunile din munti.  In  mersul  prin  infruntarea  unui  obstacol,  cum  este,  de  exemplu,  impingerea  de  greutati  sau  mersul  impotriva  unui  vant  puternic,  corpul  este  aplecat  mult  inainte,  iar  verticala  coborata  din  centrul  de  greutate  cade  inaintea  bazei  de  sustinere ;  din  aceasta  cauza,  daca  obstacolul  ar  dispare  brusc,  corpul  ar  cadea  inainte.  Timpul  sprijinirii  bilateral  este  mult  prelungit,  iar  efortul  de  invingere  a  obstacolului  se  adauga  la  cel  de  impulsie,  obisnuit  in  mersul  pe  plan  orizontal,  ceea  ce  solicita  puternic  musculatura  triplei  extensii.  Musculatura  trunchiului  si  a  membrelor  superioare  participa  la  invingerea  greutatii  obstacolului care se opune progresiei. Circulatia si respiratia sunt solicitate puternic, ceea ce  determina aparitia rapida a oboselii. 

173

 

Mersul  cu  genunchii  usor  indoiti,  frecvent  intalnit  la  oamenii  care  duc  greutati,  i‐a  caracterizat  pe  stramosii  omului.  Specific  acestui  fel  de  mers  este  faptul  ca  la  nivelul  articulatiei  genunchilor  nu  se  poate  produce  extensia  completa  in  nici  una  din  fazele  mersului, ceea se solicita foarte mult grupele musculare antagoniste la nivelul genunchilor.  Contactul cu solul se face pe toata planta. Se pare ca in acest fel de mers, desi viteza este  mai scazuta fata de cel normal, ea poate fi mentinuta un timp mai indelungat.  Mersul inapoi se compune din aceleasi faze ca si mersul inaintem cu deosebirea ca  amortizarea  se  face  pe  varfuri,  cu  genunchii  usor  flexati,  sprijinul  bilateral  fiind  alungit  in  timp ;  viteza  mersului  este  scazuta,  iar  mersul  nesigur,  din  cauza  ca  lipseste  orientarea  in  spatiu pe care o da vederea la mersul inainte.  Mersul  prin  tatonare  sau  mersul  pe  intuneric  se  caracterizeaza  ca  si  mersul  inapoi,  prin nesiguranta, datorita neparticiparii analizatorului vizual. Genunchii sunt flexati in toate  fazele acestui del de mers, sprijinul bilateral este prelungit, iar oscilatiile laterale ale corpului  crescute ;  viteza  mersului  este  scazuta.  Acest  fel  de  mers  nu  poate  fi  mentinut  timp  indelungat,  intrucat  produce  o  oboseala  mare  datorita  solicitarii  crescute  a  extensorilor  genunchilor, care asigura, prin lucru de cedare, pozitia flexata a articulatiei.    Mersul  pe  varfuri  se  executa  cu  membrele  inferioare  blocate  in  extensie  la  nivelul  genunchilor  si  in  flexie  plantara  la  nivelul  labei  piciorului.  Miscarea  se  produce  numai  in  articulatiile  coxofemurale  si  solicita    puternic  musculatura,  determinand  aparitia  rapida  a  oboselii.  De  asemenea,  intrucat  resortul  pe  care‐l  reprezinta  bolta  plantara  este  anihilat  print‐o flexie plantara puternica – corpul sprijinindu‐se pe varfurile picioarelor ‐  acest fel de  mers  produce  aguduituri  care  sunt  atenuare  prin  fixarea  unui  strat  gros  de  pluta  la  nivelul  pantofilor balerinelor.  Mersul  lateral  se  efectueaza  prin  miscari  de  abductie  si  adductie  succesive  ale  membrelor  inferioare ;  contactul  cu  solul  se  face  cu  planta  intreaga,  iar  impulsia  este  asigurata de catre abductorii din articulatia coxofemurala si pronatorii labei piciorului  Mersul  patologic  este  determinat  de  leziuni  ale  membrelor  inferioare,  ca :  scurtari,  anchiloze, deverse paralizii musculare si altele.  Specialistii  in  domeniul  protezarii  si  ortezarii  descriu  trei  perioade  pentru  faza  de  pasire (Fig. 85), acestea fiind :   ƒ  heel‐strike;  ƒ  mid‐stance;  ƒ  push‐off.    Aceste  trei  perioade  sunt  utilizate  datorita  importantei  lor  pentru  specialistii  din  domeniul protezarii si ortezarii in momentul evaluarii configuratiei de mers.     

 

174

Fig. 85    Heel‐strike este definit ca intervalul de timp de la atacul cu calciiul pina la atingerea  solului  cu  toata  talpa  (  foot‐flat).  In  timpul  acesta  (Fig.  86)  vectorul  forta  este  posterior  gleznei  si  genunchiului  si  anterior  soldului.  Piciorul  incepe  in  acest  moment  sa  cistige  in  stabilitate. Mid‐stance este definit ca intervalul de timp dintre contactul pe sol cu toata talpa  (foot‐flat)  pina  la  desprinderea  calciiului  de  pe  sol  (heel‐off).  In  aceasta  perioada,  vectorul  forta se misca anterior gleznei si posterior genunchiului si soldului, si ar trebui sa furnizeze  stabilitate optima in dispozitiv (in proteza).   Push‐off reprezinta perioada finala in care are loc propulsia inainte a corpului. Ea se  produce  intre  momentul  de  desprindere  a  calciiului  (  heel‐off)  si  cel  de  desprindere  a  degetelor ( toe‐off) de pe sol. In acest interval de timp vectorul forta este in fata gleznei si se  misca  dinspre  anterior  spre  posterior  fata  de  genunchi.  Dispozitivul  isi  reduce  gradat  din  stabilitate permitind degetelor sa se desprinda pentru toe‐off.  Faza  de  pendulare  contine  doua  perioade  de  accelerare  si  decelerare.  Perioada  de  accelerare este timpul in care membrul inferior se misca spre inainte, spre a mari lungimea  pasului, iar perioada de decelerare corespunde timpului in care membrul este incetinit in jos  spre a realiza contactul cu calciiul.       

Fig. 86 

175

 

    Dr.  Jacqueline  Perry  descrie  cinci  perioade  de  sprijin  si  trei  perioade  de  pendulare  (Fig. 87).  Fazele  de  sprijin  sunt  dupa  cum  urmeaza:  contactul  initial,  raspunsul  la  incarcare,  sprijinul mijlociu ( mid‐stance),sprijinul final, pre‐pendularea.  Perioadele  fazei  de  pendulare  sunt  urmatoarele:  pendulare  initiala,  pendulare  mijlocie (intermediara), pendulare finala.  Contactul  initial  este  definit  ca  momentul  cind  piciorul  atinge  solul.  Raspunsul  la  incarcare este reactia membrului de a absorbi impactul.   Perioada de suport unipodal in care corpul se deplaseaza spre in fata peste un picior  stationar este sprijinul mijlociu sau mid‐stance.   Sprijinul final este perioada din ciclul de mers in care corpul se misca in fata piciorului  de  sprijin  iar  greutatea  incepe  sa  coboare  pe  membrul  opus.  Faza  de  sprijin  final  al  pre‐ pendularii este  perioada de tranzitie a sprijinului dublu in care membrul este descarcat rapid  pregatindu‐se sa penduleze.     Pendularea initiala este momentul in care membrul este ridicat de pe sol si are loc o  avansare initiala a coapsei spre a realiza ridicarea degetelor si a‐si asuma propulsia inainte.  In timpul sprijinului mijlociu membrul este avansat mai mult in scopul atingerii pozitiei tibiale  verticale. Avansarea tibiala continuata catre flexie totala a genunchiului, decelerarea coapsei  si  mentinerea  pozitiei  piciorului  sunt  incluse  in  pendularea  finala.  Aceasta  completeaza  intregul ciclu de la contactul initial la pendularea terminala.   

 

 

 

  Fig. 87 

  Aceste  perioade  sunt  utilizate  de  dr.  Perry  drept  termeni  reprezentativi  pentru  evenimentele ce au loc in punctele specifice ale ciclului de mers.  Sutherland  descrie  trei  perioade  de  sprijin  care  sunt  deosebit  de  utile  in  evaluarea  clinica a mersului (Fig. 88): suportul initial dublu, sprijinul unipodal, si al doilea sprijin dublu,  combinat spre a completa faza de sprijin.   

176

 

 

Fig. 88    Suportul dublu este perioada de timp din mers cind ambele picioare sunt in contact  cu solul. Acest lucru are loc in timpul unui ciclu normal. Sprijinul unipodal este momentul in  care doar un membru este in contact cu solul. Restul perioadelor care completeaza faza de  pendulare a ciclului de mers sunt cele descrise anterior de Perry.    Winter a propus pentru descrierea ciclului de mers trei perioade de sprijin (Fig. 89),  repectiv perioada de acceptare a greutatii (weight acceptance), perioada de sprijin mijlociu  (midstance)  si  perioada  de  propulsie  (push‐off),  si  doua  perioade  de  pendulare constind  in  perioada de ridicare (lift‐off period) si perioada de atingere ( reach period).                

Fig. 89   

Perioada  de  acceptare  a  greutatii  este  timpul  cuprins  intre  contactul  initial  si  flexia  maxima a genunchiului piciorului pe care se realizeaza sprijinul. Perioada dintre acceptarea  greutatii si propulsie este definita ca sprijin mijlociu. Propulsia (push‐off) este perioada finala  a sprijinului cind membrul inferior impinge in sol si are loc flexia plantara a gleznei. Perioada 

177

 

de  propulsie  are  loc  imediat  dupa  desprinderea  calciiului  (heel‐off)  si  sfirseste  cu  desprinderea  degetelor  (toe‐off).  Dupa  toe‐off  au  loc  cele  doua  faze  ale  perioadei  de  pendulare.  Ridicarea    (lift‐off)  este  perioada  pendularii  timpurii  cind  au  loc  desprinderea  degetelor  (toe‐off)  si  pendularea  mijlocie  (mid‐swing).  Perioada  de  atingere  (reach  period)  completeaza ciclul de mers.  Ciclul  de  mers  poate  fi  descris  ca  fiind  constituit  fie  din  faze  fie  din  evenimente  (momente).  Definitiile privind evenimentele importante ce au loc intr‐un ciclu de mers au un grad  mare  de  acceptare  din  parte  celor  implicati  in  studiul  miscarii.  Prezentarea  evenimentelor  din cadrul unui ciclu de mers se face, in mod obisnuit, in doua moduri alternative. Specialistii  din  domeniul  protezarii  si  ortezarii  definesc  acele  evenimente  ale  mersului  care  prezinta  importanta pentru  determinarea alinierii corecte a produselor pe care le furnizeaza (proteze  sau  orteze).  Aceleasi  evenimente  sint  utilizate  de  Winter  pentru  descrierea  mersului  (Fig.  90).  Contactul  cu  calciiul  (heel  contact  or  heel  strike)  este  primul  eveniment  din  ciclul  de  mers. Piciorul plat (flat foot), despinderea calciiului (heel‐off), si desprinderea degetelor (toe‐ off) urmeaza dupa evenimentul initial. Contactul initial este momentul in care calciiului  face  contact  cu  solul.  Acest  eveniment este  urmat de  momentul  spijinului  pe  sol  cu  toata  talpa  (flat  foot).  In  timpul  sprijinului,  exista  un  moment  in  care  calciiul  paraseste  solul,  el  fiind  denumit  “heel‐off”.  Evenimentul  final  din  faza  de  sprijin  este  denumit  “toe‐off”,  el  fiind  momentul in care degetele parasesc solul pregatindu‐se de pendulare. In faza de pendulare  exista  un  moment  critic  denumit  “mid‐swing”,  care  se    produce  in  mijlocul  intervalului  de  timp dintre desprinderea degetelor de pe sol (toe‐off) si contactul initial. 

 

Fig. 90   

Caracteristicile mersului  Pasul dublu acopera distanta care separa doua sprijiniri succesive ale aceluiasi picior  pe sol ; lungimea sa se masoara de la calcai.    Pasul simplu inseamna distanta dintre calcaiul piciorului de contact cu solul si varful  piciorului de impulsie ; el se realizeaza in timpul sprijinului bilateral.    Lungimea  pasului  simplu  depinde  de  lungimea  membrelor  inferioare  si  de  actiunea  de impulsie ; in medie, el este de 0,63m la barbat si de 0,50m la femeie. S‐a observat ca pasii 

 

178

aceluiasi individ nu sunt egali intre ei ; de regula, pasul este mai lung cand membrul inferior  stang serveste ca sprijin.    In  toate  tempourile  de  mers,  cei  doi  pasi  simplu  ai  unui  pas  dublu  au,  adeseori,  lungimi  inegale ;  pasul  mai  lung  corespunde  membrului  inferior  cu  musculatura  mai  dezvoltata. Astfel, la fiecare om, si mai ales la sportivi, forta musculara este mai dezvoltata la  unul din membrele inferioare.    Cand omul duce greutati, lungimea pasului si frecventa mersului scad.    Frecventa  sau  ritmul  mersului  reprezinta  numarul  de  pasi  facuti  intr‐un  minut.  Lungimea  pasilor  este  influentata  de  frecventa.  De  asemenea,  talia  influenteaza  frecventa,  ea fiind accelerata la persoanele cu talie submedie.    Viteza  mersului,  adica  spatiul  parcurs  intr‐un  minut,  este  egala  cu  produsul  dintre  lungimea  pasului  si  cadenta  lui ;  cu  cat  creste  unul  din  factori,  cu  atat  creste  si  viteza,  si  invers.     La un barbat adult de talie mijlocie, viteza mersului este maxima la o cadenta de 140  pasi simpli pe minut. Astfel, la un om cu talie de 1,70m, lungimea pasului simplu variaza intre  75‐85 cm. La o cadenta economica, intre 110‐130 pasi simpli pe minut, viteza va fi de 5‐6,5  km pe ora.    Pentru  a  obtine  un  randament  cat  mai  bun  al  mersului  se  recomanda  lungimea  pasului  si  nu  accelerarea  cadentei.  Cu  cat  cadenta  creste,  viteza  de  deplasare  a  corpului  scare, intrucat marirea frecventei se face in dauna lungirii pasilor.    In timpul mersului, corpul este usor aplecat inainte ; aceasta aplecare se accentueaza  cu cat alura este mai rapida si oboseala omului mai accentuata.    Unghiul  pasului  care  este  format  de  linia  de  mars  si  axa  piciorului,  are  o  valoare  medie de 15°.    Largimea  pasului  este  distanta  care  separa  calcaiul  de  linia  de  mars ;  la  o  viteza  mijlocie, ea este de 5‐6 cm.    Urmele  pe  care  le  lasa  planta  pe  sol  in  timpul  mersului  nu  se  afla  pe  aceeasi  linie  dreapta, ci sunt departate in medie cu 12 cm la barbat si 13 cm femeie, datorita faptului ca  femeia are bazinul mai larg ; de asemenea, varfurile picioarelor sunt departate putin in afara.  Un  set  alternativ  de  evenimente  utilizate  in  mod  obisnuit  in  evaluarea  clinica  a  mesului este cel prezentat in Fig. 91.   In  cadrul  peroadei  de  sprijin  sunt  incluse  in  acest  caz  urmatoarele  evenimente:  contactul cu piciorul ( foot‐strike), desprinderea degetelor piciorului opus (opposite toe‐off),  inversare fortei tangentiale ( reversal of fore‐aft shear), contatul cu piciorul opus ( opposite  foot  strike)  si  desprinderea  piciorului  opus  si  desprinderea  degetelor.  Momentul  de  “foot  strike” este momentul in care are loc contactul  cu piciorul. Acest eveniment se produce la  ambele  picioare  in  timpul  unui  ciclu  de  mers.  “Toe‐off”  este  momentul  desprinderii  degetelor de pe sol, el avind loc de asemenea bilateral in ciclul de mers. “Reversal of fore‐aft  shear” este punctul din timpul sprijinului unipodal in care forta tangentiala, asa cum este ea  masurata  cu  platformele  de  forta,  isi  inverseaza  sensul  dinspre  spate  spre  fata  pregatind  contactul  cu  calciiul  opus.  Faza  de  pendulare,  asa  cum  este  ea  descrisa  de  Sutherland,  nu  prezinta evenimente semnificative de definit.    Oscilațiile corpului  şi ale centrului de greutate în mers      Deplasarea  corpului  în  timpul  mersului  nu  este  rectilinie ;  datorita    conditiilor  mecanice si de echilibru, specifice mersului biped, centrul de greutate al corpului prezinta o  serie de oscilatii. 

 

179

  Oscilatiile  verticale  sunt  consecinta  faptului  ca  trunchiul  se  sprijina  cand  pe  un  membru  inferior  extins  si  vertical,  cand  pe  ambele  membre  inferioare  orientate  oblic.  Centrul de greutate este ridicat la maximum in momentul verticalei piciorului de sprijin si cel  mai coborat in sprijinul bilateral. Oscilatiile verticale variaza  intre 4‐6 cm la o cadenta de 40‐ 70 pasi pe minut.    Oscilatiile  laterale  ale  centrului  de  greutate  al  corpului  sunt  determinate  de  necesitatea mentinerii echilibrului in timplul sprijinului unilateral, cand baza de sustinere a  corpului  este  redusa  la  dimensiunile  plantei  piciorului  de  sprijin.  Verticala  centrului  de  greutate  trebuie  adusa  in  interiorul bazei  de  sustinere,  ceea  ce  se  obtine  printr‐o  inclinare  laterala a bazinului in partea picioruluide sprijin. Bazinul se inclina concomitent cu trunchiul,  care  oscileaz  astfel,  odata  cu  centrul  de  greutate,  cand  spre  dreapta, cand  spre  stanga,  pe  membrul  inferior  de  sprijin.  Inclinarile  latarale  ale  bazinului  si  trunchiului  dau  mersului  un  aspect usor leganat, care este mai accentuat la femei din cauza bazinului mai larg.     Oscilatia  latarala  incepe  odata  cu  terminarea  fazei  de  sprijin  bilateral  si  atinge  amplitudinea maxima in momentul verticalei piciorului de sprijin ; ea coincide cu pozitia cea  mai inalta a centrului de greutate si cu cea mai mica viteza orizontala a trunchiului. Oscilatia  laterala este nula in timpul sprijinului bilateral. Amplitudinea medie a oscilatiilor laterale este  de 2,5 cm la dreapta si spre stanga.    In  timpul  mersului  au  loc  diferite  miscari  ale  trunchiului  si  membrelor  superioare,  care se pot evidentia prin metodele cinematografice aratate mai sus.    Astfel, soldul corespunzator piciorului oscilant este impins inainte, iar cel al piciorului  de sprijin ramane inapoi ; amplitudinea acestei deplasari atinge in medie 9°.    Oscilatiile  axului  umerilor  se  fac  in  sens  invers  celor  alea  bazinului  si  corespund  cu  ducerea  inainte  a  membrelor  superioare.  Amplitudinea  acestor  oscuilatii  este  mai  mare  la  umeri decat la bazin si atunge 12° in momentul sprijinului bilateral. Oscilatiile umerilor cresc  proportional  cu  viteza  progresiei  mersului ;  in  alergare  ele  scad  pana  la  disparitia  aproape  completa.     In timpul mersului exista si oscilatii inainte si inapoi ale corpului : in prima jumatate a  sprijinului  acesta  se  inclina  inainte.  Aceste  oscilatii  sunt  aproape  imperceptabile  in  timpul  mersului  si  ceva  mai  accentuate  in  timpul  alergarii,  exagerandu‐se  pe  masura  ce  lungimea  pasului creste, fara a depasii 5° in cadenta obisnuita a mersului.    Trunchiul  are  si  inclinari  laterale  –  miscari  de  translatie  –  in  care  axa  trunchiului  ramane  paralela  si  se  deplaseaza  lateral  la  fiecare  sprijin  unilateral.  Oscilatiile  laterale  ale  trunchiului  sunt  simultane  cu  ale  bazinului  si  au  aceeasi  explicatie :  necesitatea  aducerii  verticalei  centrului  de  greutate  in  interiorul  bazei  de  sustinere,  pentru  mentinerea  echilibrului corpului.    Oscilatiile  bazinului  in  timpul  mersului  descriu  o  traiectorie  helicoidala ;  ele  pot  fi  evidentiarte prin traiectoria descrisa de pubis (Fig. 91 ).     Miscarile membrelor superioare sunt sincrone si opuse miscarilor membrului inferior  de aceeasi parte ; astfel, cand piciorul stang oscileaza inainte, bratul stang oscileaza inapoi.  Ele  au  rolul  de  a  correcta  in  parte  deplasarea  centrului  general  de  greutate  datorita  miscarilor  efectuate  de  membrele  superioare  si  torsiunii  trunchiului.  Aceste  miscari  efectuate de membrele superioare au o amplitudine mica, insa daca sunt suprimate, mersul  este  jenat.  Astfel,  mersul  cu  mainile  legate  la  spate,  mersul  celor  recent  amputati,  al  bolnavilor cu paralizii sau atrofii musculare mai ales la deltoid, are un aspect caracteristic.     

180

 

  Fig. 91    Cele  prezentate  mai  sus  prezinta  sintetic  toate  perioadele  si  evenimentele  importante care sunt in mod obisnuit utilizate in desrierea atit a mersului normal cit si a celui  patologic. Eventualele descrieri oarecum diferite sunt in general justificate prin semnificatia  lor pentru o situatie particulara.   

8.10.  VARIABILE KINEMATICE 

  In  compararea  mersului  normal  cu  cel  patologic  sunt  utilizate  o  serie  de  variabile  kinematice precum viteza, lungimea pasului dublu (stride lengh), lungimea unui pas simplu  (step  lengh)  si  cadenta.  Definitiile  utilizate  pentru  acesti  parametrii  apar  a  fi  acceptate  in  mod unanim de specialistii diferitelor profesii ce au ca obiect de studiu mersul.   Viteza este definita ca fiind distanta medie (in metrii) parcura intr‐o secunda.  Lungimea pasului simplu( step length) este considerata ca fiind distanta acoperita de  acelasi punct de pe  picior din momentul contactului initial pina la contactul initial ipsilateral.  Lungimea unui pas dublu (stride length) contine doi pasi simplii, ea putind fi definita  ca  fiind  distanta  masurata  de  la  un  punct  de  pe  picior  pina  la  acelasi  punct  de  pe  celalalt  picior.   Cadenta este numarul de pasi simplii pe minut.  In domeniul protezarii si ortezarii, aflat in plina evolutie, atit din punct de vedere al  materialelor utilizate cit si al proiectarii de dispozitive din ce in ce mai performante, a aprut  necesitatea evaluarii din punct de vedere kinetic a dispozitivelor utilizate. Pentru evaluarea  cantitativa,  precisa,  a  actiunilor  interne  ale  acestor  dispozitive  se  realizeaza  masuratori  ale  momentelor, puterii si energiei.  Momentul  biomecanic  al  unei  fortei  este  definit  ca  fiind  rezultatul  net  al  tuturor  fortelor  musculare  ,  ligamentare  si  functionale  ce  actioneaza  in  sensul  modificarii  miscarii  unghiulare  a  corpului.  In  timpul  evaluarii  mersului  normal,  unghiurile  asumate  de  catre  articulatii  nu  ating  valori  extreme, ceea  ce minimizeaza  fortele  de  frecare.  Astfel, marimea  neta poate fi interpretata drept forta musculara ce actioneaza asupra corpului. Exista totusi  o  mare  discrepanta  intre  modul  in  care  conventia,  privind  momentele,  este  utilizata  de  specialistii din protezare si ortezare si cei din domeniul biomecanicii.   

 

181

                                   Fig.92                                                     Fig.93           In domeniul protezarii si ortezarii momentul este definit ca fiind miscarea ce are loc  ca rezultat al pozitiei unui vector de forta. De exemplu, in timpul sprijinului mijlociu, vectorul  forta trece anterior de glezna si posterior de genunchi si sold. Pe baza definitiei de mai sus,  specialistii din domeniul protezarii si ortezarii, ar considera ca la nivelul gleznei se produce  un  moment  de  dorsiflexie,  unul  de  flexie  la  genunchi  si  unul  de  extensie  la  sold  (Fig.  92).  Aceasta  conventie  in  definirea  momentului  vine  in  contradictie  cu  definitia  momentului  biomecanic care reflecta activitatea neta musculara ce are loc in acel moment de timp.  Din  punct  de  vedere  biomecanic,  cind  vectorul  forta  trece  anterior  de  glezna  si  posterior de genunchi si sold, el faciliteaza dorsiflexia gleznei, flexia genunchiului si extensia  soldului. In scopul prevenirii aparitiei unui exces in miscarile oricareia dintre articulatii, cind  vectorul  forta  trece  posterior  de  genunchi,  determinind  flexia  acestuia,  cvadricepsii  sau  extensorii genunchiului incep sa se activeze, creind un moment de extensie la genunchi (Fig.  93).  In  consecinta  momentele  reflecta  activitatea  musculara  care  are  loc  intr‐un  anumit  moment de timp.  Conventia  privind  momentele  nu  este  singura    care  conduce  la  confuzii  intre  specialisti.  Un  alt  subiect  de  controverse  in  privita  momentelor  il  constituie  modul  lor  de  calculare. Multi cercetatori, inclusiv din domeniul protezarii si ortezarii, calculeaza momentul  ca  produs  intre  forta  si  distanta  perpendiculara  pe  suportul  fortei.  Acest  mod  de  calcul  conduce  la  obtinerea  unor  valori  extrem  de  mari,  nerealiste,  in  evaluarea  activitatii  musculare. Momentul net poate fi calculat mult mai precis prin utilizarea solutiei dinamice  inverse  pentru  un  model  cu  segmente  articulate,  descrise  de  Bresler  &Frankel  si  de  asemenea de  Winter.Wells a prezentat comparativ valorile obtinute pentru momente prin  cele doua tehnici. La nivelul gleznei valorile au fost aproape similare, indiferent de metoda  utilizata, in timp ce la genunchi metoda produsului dintre forta si distanta a dat valori mai  mari decit cea a dinamicii inverse. 

 

182

Metoda  dinamicii  inverse,  aplicata  in  calculul  momentelor,  permite  stabilirea  unor  relatii precise intre activitatea musculara, energie si momente. In scopul determinarii grupei  musculare  dominante,  dintr‐o  anumita  faza  a  mersului,  este  necesara  intelegerea  conventiilor  biomecanice  utilizate  in  determinarea  momentelor,  aceasta  fiind  impusa  de  contradictia ce apare in raport cu conventia utilizata de specialistii din domeniul protezarii si  ortezarii (Fig. 94).   

Fig. 94    Fig.  94  prezinta  conventia  standard  privind  momentul  unei  forte.  Momentele  avind  sens antiorar, calculate la capetele proximale ale fiecarui segment, sunt considerate pozitive,  in  timp  ce  momentele  avind  sensul  in  sensul  acelor  de  ceas  sunt  considerate  negative.  In  consecinta un moment de extensie a genunchiului va fi pozitiv, in timp ce momente de flexie  plantara a gleznei sau de extensie a soldului vor fi negative. Determinarea acestui moment  de  forta  la  nivelul  fiecarei  articulatii  furnizeaza  un    indicator  al  efectului  net  al  tuturor  fortelor  interne,  fiind  incluse  aici  muschii,  ligamentele  si  frecarea.  Spre  deosebire  de  momentele de la genunchi si sold, momentele la glezna prezinta valori aproape constante de  la individ la individ. Variatiile ce apar la nivelul genunchiului si soldului pot fi explicate prin  cresterea numarului de segmente articulate fata de punctul de aplicatie al fortei. Pe masura  ce acest numar creste, cresc si posibilitatile de ajustare pe care individul le poate adopta, atit  la sold cit si la genunchi,  spre a reactiona la miscarile de flexie sau extensie.  Utilitatea calcularii momentelor poate fi evidentiata prin observarea cresterii gradate  a momentului flexor plantar pe toata durata fazei de sprijin, ceea ce indica rolul semnificativ  al  flexorilor  plantari  in  timpul  mersului.  Pentru  specialistul  din  domeniul  protezarii  acest  lucru    i‐ar  permite  sa  determine  daca  dispozitivul  de  protezare  simuleaza  activitatea  muschiului gastrocnemius prin momentele pe care componentele protezei (coapsa, gamba si  picior) le dezvolta. In general, prin calcularea momentelor in jurul fiecarei articulatii se poate  evidentia  daca  proteza  sau  orteza  simuleaza  sau  nu  activitatea  musculara  pe  care  o  inlocuieste.  Un  alt  parametru  biomecanic,  util  si  pentru  specialistii  din  domeniul  protezarii  si  ortezarii,  il  constituie  puterea.  Producatorii  de  proteze  de  membru  inferior  sustin,  in  ultimele lor cercetari, ca sistemele proiectate “absorb si genereaza energie”. Winter sustine  in  cercetarile  sale  ca  singura  modalitate  de  determinare  a  grupelor  musculare  care  absorb 

 

183

energie  si  a  celor  ce  genereaza  energie  este  cea  a  analizei  mecanice  a  puterilor.Calularea  puterii se face prin multiplicarea momentului cu viteza unghiulara, deci :    Pj = M j ⋅ ω j     Un rezultat pozitiv pentru putere indica o contractie concentrica, in timp ce o valoare  negativa indica o contractie excentrica. Cind puterea rezultata este negativa, muschii absorb  energie iar cind este pozitiva muschii genereaza energie.   Pentru  specialistul  din  protezare  acest  parametru  biomecanic  va  permite  stabilirea  dispozitivului  care  furnizeaza  o  combinatie  optima  in  ceea  ce  priveste  inmagazinarea  si  eliberarea de energie. Determinarea puterii unui dispozitiv de protezare este utila si in aceea  ca permite stabilirea gradului de corectitudine in  functionarea sa.  Conceptele utilizate in domeniul biomecanicii se pot constitui drept instrumente de  lucru deosebit de utile pentru domeniul protezarii si ortezarii, specialistii din acest domeniu  putind  realiza  cu  ajutorul  acestora  evaluarea  functionarii  si  comportarii  corecte    a  dispozitivelor  proiectate  astfel  incit  acestea  sa  corespunda  cu  necesitatile  individuale  ale  celor  ce  le  utilizeaza.  Comunicarea  rezultatelor  obtinute  impune,  insa,  o  buna  intelegere  a  diferentelor privind terminologia utilizata, atit in domeniul biomecanicii cit si cel al protezarii  si ortezarii.    KINEMATICA    Kinematica  este  stiinta  miscarii.  Pentru  locomotia  umana  ea  reprezinta  studiul  pozitiei,  unghiurilor,  vitezelor  si  acceleratiilor  segmentelor  corporale  si  a  articulatiilor  in  timpul deplasarii.    PARAMETRII KINEMATICI    Segmentele corporale sunt considerate a fi elemente rigide ce se utilizeaza in scopul  descrierii  miscarii  corpului.  Ele  includ  piciorul,  gamba,  coapsa,  pelvisul,  toracele,  mina,  antebratul, bratul si capul.  Articulatiile  dintre  segmente  inglud  glezna  (  articulatiile  talocrurala  si  subtalara),  genunchiul, soldul, incheietura miinii , cotul si umarul.  Pozitia  reprezinta  localizarea  in  spatiu  a  unui  sement  sau  a  unei  articulatii,  masurindu‐se  in  metrii.  Un  parametru  corelat  cu  pozitia  este  deplasarea  care  se  refera  la  pozitia  raportata  la  originea  miscarii.  In  spatiul  bidimensional,  pozitia  se  exprima  in  coordonate carteziene, ( x,y)‐ Fig. 95, 96, 97. In mod similar, pentru spatiul tridimensional se  vor utiliza trei coordonate de pozitie(x,y,z).                 

184

 

                             Fig.95  

 

 

 

 

 

Fig.96 

  Unghiul  articulatiei,  numit  si  unghi  intersegmental,  este  unghiul  dintre  doua  segmente  adiacente, masurat de o parte sau alta a articulatiei. El se exprima, in mod obisnuit in grade  si  este  deseori  convertit  in  notatii  clinice.  Fiind  o  valoare  ce  depinde  de  pozitia  relativa  a  segmentelor el nu se modifica prin schimbarea orientarii in spatiu a corpului.   

                                                                      Fig. 97    Unghiul  unui  segment  are  o  semnificatie  total  diferita.  El  reprezinta  unghiul  de  inclinare  a  unui  segment  in  raport  cu  orizontala,  fiind  masurat  in  sens  antiorar.  El  este  o  valoare absoluta ceea ce inseamna ca se modifica cu orientarea corpului.  Viteza  reprezinta  variatia  in  timp  a  spatiului  si  poate  fi  liniara  sau  unghiulara  dupa  cum variatia spatiului este o variatie in pozitie sau o variatie in unghi. Se masoara in m/s sau  in grade(radiani)/s.    Δs Δθ v =  (m/s)  sau  v =  (grad/s) sau (rad/s)  Δt Δt   Ex.: daca genunchiul se deplaseaza pe orizontala din pozitia x1 =1.5 m in x2=1.6m in  1 timpul  Δt = s viteza sa va fi :  50 1.6 − 1.5 v =  = 5m / s   1 / 50   Acceleratia  reprezinta  variatia  in  timp  a  vitezei  putind  fi  la  rindul  ei  liniara  sau  unghiulara dupa cum variatia se produce in viteza liniara sau unghiulara. Se masoara in m/s2  sau  in  grad/s2,  respectiv  radiani/s2.  Maaurarea  ei  poate  fi  facuta  direct  cu  ajutorul  accelerometrelor.    Δθ Δv (m/s2)  sau   α = (grad/s2, radian/s2)                                           a = Δt Δt  

185

 

UTILIZAREA MASURATORILOR KINEMATICE  Masuratorile  kinematice  sunt  limitate  in  privinta  informatiilor  asupra  cauzelor  miscarii.  Pentru  a  determina  cauzele  este  necesar  studiul  kinetic  al  miscarii.  Parametrii  kinematici ne firnizeaza totusi o descriere a miscarii, deosebit de utila in atingerea anumitor  scopuri.    KINEMATICA  LOCOMOTIEI  O observatie importanta pe care kinematica o furnizeaza privind locomotia este cea  in  privinta  cantitatii  de  miscare  pe  verticala  si  in  lateral  .  In  activitati  precum  mersul  si  alergarea,  corpul  tinde  sa  se  miste  orizontal  pe  sol,  orice  alta  miscare,  in  special  cea  pe  verticala impiedicind atingerea acestui obiectiv, fiind consumatoare de energie. 

            Heel – strike                        Mid – stance                         Toe – off  Fig. 98  Daca  corpul  ar  avea  roti  el  ar  putea  evita  aceste  miscari  in  totalitate  ceea  ce  nu  se  intimpla  in  cazul  utilizarii  membrelor  inferioare  ca  mijloc  de  locomotie.  Motivul  consta  in  faptul ca in fazele de contact cu calcâiul ( heel‐strike) si de desprindere a virfului piciorului de  pe sol (toe‐off), cele doua picioare formeaza laturile unui triunghi in timp ce in faza de sprijin  mijlociu, piciorul pe care se face sprijinul este vertical ( Fig. 98).  Efectul  imediat  este  coborârea  părtii  superioare  a  corpului,  numita  in  mod  obisnuit   HAT (head‐arms‐trunk), la contactul cu calciiul, aceasta faza de mers fiind denumita faza de  sprijin dublu, ea corespunzind momentului in care ambele picioare vin in contact cu solul, si  ridicarea lui in timpul fazei de sprijin mijlociu ( mid‐stance) Fig. 99.    

 

186

Heel‐strike              Mid‐stance                 toe‐off          Fig. 99     In  acest  mod,    centrul  de  greutate  al  corpului,  amplasat  in  HAT,  va  descrie  o  traiectorie  arcuita.  In  vederea  ridicarii  pe  verticala  a  centrului  de  greutate  este  necesar  un  consum de energie care nu va fi redat inapoi in faza de coborire, la desprinderea piciorului  de  sol  (toe‐off).  Aceasta  miscare  in  sus  si  in  jos  a  centrului  de  greutate  este  prin  urmare  ineficienta,  aparatul  locomotor  utilizând  mai  multe  metode  de  reducere  a  amplitudinii  acestei miscari (Fig. 99).     DETERMINANȚII MERSULUI    Cel  de‐al  doilea  razboi  mondial  a  condus  a  creasterea  numarului  persoanelor  cu  amputatii.  In  SUA,  in  special,  s‐au  depus  eforturi  considerabile  in  directia  realizarii  de  dispozitive  de  protezare,  in  special  de  proteze  de  membru  inferior,  in  vederea  reintregarii  sociale  a  acestor  persoane  cu  handicap  locomotor.  Proiectele  de  cercetare  din  aceasta  directie au inclus si studii aprofundate privind mersul normal si patologic. O mare parte din  cunostiintele  actuale  privind  mecanismele  biomecanice  utilizate  de  organismul  uman  in  timpul mersului si alergarii sunt dateaza din acea perioada.  In  vederea  reduceri  consumui  de  energie  din  timpul  miscarilor  sus‐jos  si  laterale,  corpuluman  utilizeaza  mai  multe  mecanisme  de  baza.  Datorita  importantei  lor  deosebite  pentru biomecanica mersului ele au fost denumite determinanții mersului.    Aceste mecanisme au doua scopuri de baza:  •  reducerea  inaltimii maxime a centrului de greutate in timpul fazei de sprijin  mijlociu  •  cresterea  inaltimii  minime  a  centrului  de  greutate  in  fazele  de  contact  cu  calciiul (heel‐strike) si de desprindere a virfului piciorului de pe sol (toe‐off).  a. Rotația pelviană ( Fig. 100)  Pelvisul  se  roteste  anterior  la  contactul  calciiulului  cu  solul  si  posterior  la  desprinderea  virfului  piciorului  de  pe  sol  ,  asigurind  astfel  cresterea  lungimii  efective  a  membrului inferior in aceste faze ale mersului: 

187

 

Fig. 100    b. Inclinarea pelvisului (Fig. 101)  Pelvisul se inclina inspre in jos (oblic) spre a creste lungimea efectiva a piciorului in  momentul contactului cu calciiul (HC)si al desprinderii de pe sol al virfului piciorului(TOF). 

Fig. 101      c. Flexia genunchiului in faza de pasire (Fig.102)    In  timpul  fazei  de  pasire  are  loc  o  mica  flexie  a  genunchiului  prin  care  centrul  de  greutate este coborit: 

188

 

Fig. 102    d. Mecanismele de rotire a gleznei (Fig. 102)     In fazele  de contact ale calciiului cu solul si de desprindere a virfului piciorului de sol  glena este dorsiflexata si respectiv plantarflexat.    e. Rotatia transversala a segmentelor piciorului (Fig. 103‐104)    Membrul inferior este lungit prin rotatie externa si scurtat prin rotatie interna.   

Fig. 103     

  Fig.104               

189

 

          In picior aceste rotatii sunt facilitate de efectul de convertor de moment ( Fig.105)  prin  care  pronatia  la  contactul  cu  calciiul  este  convertita  in  rotatie  tibiala  interna  (si  in  consecinta femurala) iar rotatia externa a femurului la desprinderea virtfului piciorului de sol  este convertita in supinopronatie a labei piciorului. Acetse actiuni sunt o consecinta a axelor  de la nivelul articulatiilor talo‐crurala si talo‐cacaneala( subtalara).  Fig.105   

KINEMATICA FAZEI DE PENDULARE 

  Un  factor  important  pentru  mers  este  capacitatea  de  scurtare  a  piciorului  ce  penduleaza  anterior  propulsarii  sale  inspre  in  fata.  Principala  cale  de  realizare  acestei  scurtari este aceea prin flexia genunchiului. Marimea flexiei genunchiului din faza de balans  este  proportionala  cu  lungimea  pasului  dublu  si  deci  cu  viteza  de  mers(  Kirtley  si  colaboratorii, 1985).  Multe  patologii  ale  mersului  (hemiplegia,  displegia,  osteortrita  genunchiului),  micsoreaza flexia genunchiului, determinind utilizarea unor mecanisme compensatorii ca de  exemplu hip‐hiking, inclinarea laterala si circumductia.    1. UNGHIURILE ARTICULATIILOR IN PLAN SAGITAL    Actiuniile  articulatiilor    genunchiului    si  gleznei  pot  fi  considerate,  de  fapt  drept  actiuni  de  compensare  pentru  miscarile  de  flexie‐extensie  ale  soldului.  In  flexia  extrema  a  soldului  (  la  contactul  cu  calciiul  si  la  desprinderea  de  sol  a  piciorului)  genunchiul  este  in 

190

 

extensie,  in  timp  ce  in  faza  de  pasire,  flexia    genunchiului  si  dorsiflexia  gleznei  ajuta  la  reducerea inaltimii efective a corpului.    2. ALTE MASURATORI KINEMATICE UTILE    Alte masuratori kinematice utile sunt cele ce se refera la riscul de cadere. In general,  exista doua tipuri de cadere: prima este rezultatul unui foot‐clearance scazut in timpul fazei  mijlocii  de  pasire,  tipic  in  jur  de  1.5cm;  cea  de  a  doua  este  cauzata  de  o  viteza  mare  de  inaintare  la  contactul  cu  calciiul.  Mai  mult,  este  posibil  ca  organul  vestibular  sa  fie  dezorientat  de  valorile  mari  ale  acceleratiilor  membrului  in  cazul  in  care  acestea  nu  sunt  atenuate  de  maduva  (cum  se  intimpla  in  mod  obisnuit).  Deci,  raportul  dintre  acceleratiile  inainte ale capului si soldului este utilizat ca traductor de eficienta al acestui mecanism de  amortizare al maduvei ( Fig. 106).   

  Fig.106     Conceptele fundamentale ale modelării     În  cadrul  teoriei  generale  a  modelării  se  operează  cu  conceptul  de  sistem,  modelarea  propriu‐zis  constituind  ansamblul  activitilor  prin  care,  pentru  un  anumit  scop  determinat, un sistem sursă este înlocuit de un sistem model echivalent din anumite puncte  de vedere,  sistemul sursă putând fi real sau virtual.   Prin  sistem  se  înțelege  o  mulțime  ordonată  şi  structurată  de  elemente  între  care  există conexiuni bine determinate. Sistemul este delimitat de mediu prin entitatea frontieră,  caracterizată  prin  relații  de  intrare/ieşire, concretizarea  acestora  efectuându‐se  cu  ajutorul  unor parametri.   Modelul  este  un  sistem  abstract  sau  material  cu  ajutorul  căruia  poate  fi  studiat  indirect  un  alt  sistem,  de  regulă  mai  complex  (sistemul  sursă),  cu  care  modelul    prezint  o  analogie.    Tehnici de descriere a modelelor geometrice  

 

191

   Funcițe de structurile de date şi de informațiile de model stocate, sistemele 3D sunt  clasificate în:     ‐ orientate pe muchii (wireframe);   ‐ orientate pe suprafețe (surface model);   ‐ orientate pe volume (solid model).     Dintre  acestea,  modelele  solide  (orientate  pe  volume)  înmagazinează  cea  mai  completă  descriere  geometrică.  Cu  toate  acestea,  modelatoarele  de  solide  sunt  încă  destul  de  complicat de utilizat şi sunt limitate atât în complexitatea cât şi în acuratețea geometriei.      Modelele solide pot fi obținute prin următoarele tehnici:   Modelarea prin frontiere (B‐rep). Modelele 3D construite prin enumerarea fețelor ce  separă  obiectele,  obiecte  definite  prin  „coaja”  lor,  se  numesc    modele  prin  frontiere  B‐rep  (Boundary    representation).  Modelul  memorează  şi  poziția  interiorului  obiectului  față  de  fețe.  Tehnica  este  avantajoasă  pentru  vizualizări,  dar  nu  este  bine  adaptată  pentru  unele  operații analitice,  precum calculul centrului  de greutate sau al momentelor de inerție.   Modelarea  prin  geometria  constructiva  a  solidelor  (CSG).  Motivația  acestei  tehnici  de  modelare  este    realizarea  unui  mod  interactiv  de  modelare  a  solidelor.  Modelele  complexe se pot crea grupând componente mai simple, denumite sub‐obiecte sau primitive.  Astfel primitive sunt, de exemplu: cuburi, conuri, cilindri, sfere.    Modelarea  prin  enumerare  (divizare)  spațială.  Tehnica  de  modelare  prin  divizare  spațială  este  o  metodă  care  ia  în  considerare  întregul  spațiu  pe  care  îl  ocupă  un  obiect,  divizându‐l  în    elemente  „atomice”  (unitare)  volumice,  asemănător  cazului  imaginilor  2D  descrise  prin  mulțimea  de  pixeli  constituenți  (bit‐mapped).  Elementul  volumic  unitar  echivalent unui pixel este denumit voxel (volume element).    Modelarea prin baleiere. Tehnica de modelare prin baleiere este o tehnica utilă, în  primul  rând,  pentru  obiecte  2‐dimensionale:  solide  cu  grosime  constantă  sau  cu  simetrie  axială.  Solidele  din  prima  clasă  rezultă  prin  baleiere  rectilinie  (tip  extrudare),  iar  cele  din  a  doua clasă, prin baleiere circulară (corpuri de revoluție).   Modelarea  analitica  (ASM).  Tehnica  ASM  este  asemăntoare  formulărilor  izoparametrice    tridimensionale  din  analiza  cu  elemente  finite  (FEA).  Ea  este  adecvată  descrierii modelelor cu forme complexe şi calculelor proprietăților volumetrice.    Modelarea  prin  instanțierea  primitivelor.    Metoda  prin  instanțierea  primitivelor  se  bazează  pe  reprezentarea  parametrică  a  obiectelor  singulare.  Un  obiect  va  fi  descris  de  modelul  generator  al  întregii  clase  (familii)  şi  de  valorile  parametrilor  ce  definesc  obiectul  particular (instanța).                                             

8.11. CONCLUZII 

  Din  punct  de  vedere  al  studiului  mişcării  umane,  biomecanica  poate  fi  definită  ca  mecanica şi biofizica sistemului musculo‐scheletal.  In  analiza  performantelor  oricarei  abilitati  de  miscare  se  are  in  vedere  si  rolul  sistemului nervos central, variabila analizata cu precadere fiind semnalul electric generat de  muschi  (EMG)  precum  si  relatia  sa  cu  mecanica  musculara.Variabilele  care  sunt  utilizate  in 

 

192

descrierea  si  analiza  oricarei  miscari  evidentiaza  urmatoarele  domenii  de  studiu  in  biomecanica:  • KINEMATICA –  studiaza miscarea independent de fortele care au cauzat acea  miscare.  In  categoria  variabilelor  kinematice  sunt  incluse  deplasarile  liniare  si  unghiulare,  vitezele liniare si unghiulare, acceleratiile liniare siunghiulare. Informatiile privind deplasarea  sunt  preluate  de  la  orice  reper  anatomic:  centrele  de  greutate  ale  segmentelor  corporale,  centrele  de  rotatie  ale  articulatiilor,  extremitatile  segmentelor  membrului  analizat  sau  proeminente anatomice.   Sistemul de referinta spatial in care se studiaza miscarea poate fi relativ sau absolut.  Un  sistem  relativ  impune  ca  toate  coordonatele  sa  fie  raportate  relativ  la  un  sistem  de  coordonate anatomice care se modifica de la segment la segment. Un sistem absolut este cel  in care coordonatele sunt raportate la un sistem de referinta spatial extern.   • KINETICA  –  studiaza  miscarea  functie  de  fortele  interne  si  externe,  care  au  cauzat respectiva miscare.  Fortele  interne  provin  din  activitatea  muschilor,  ligamenteleor  sau  din  frecarile  existente la nivelul muschilor si articulatiilor.  Fortele  externe  provin  din  actiunea  solului  sau  din  alte  sarcini  externe  generate  de  surse active ( forte exercitatede un atacant, de exemplu) sau de surse pasive ( vint, apa, etc.)  Analizele  kinetice  sunt  extrem  de  variate  ele  incuzind    determinarea  unor  variabile  precum:  ‐ momentele fortelor ce traverseaza o articulatie;  ‐ puterea mecanica generata sau absorbita de acesti muschi;  ‐ variatiile energeticii corporale ce rezulta din aceste fluxuri de putere, etc.  Importanta  analizelor  kinetice  este  deosebita  pentru  ca  ele  ofera  posibilitatea  derminarii cauzelor miscarilor ce se studiaza precum si o oarecare intelegere a mecanismelor  implicate  si  a  strategiilor  de  miscare  si  de  comensare  ale  sistemului  neural.  Dezvoltarea  in  continuare a biomecanicii este determinata de analizele kinetice ce se efectueaza, informatia  astfel obtinuta permitind efectuarea de evaluari si interpretari foarte precise.  • ANTROPOMETRIA  –  studiaza  dimensiunile  si  caracteristicile  corpului  si  segmentelor corporale umane.  Dezvoltarea modelelor biomecanice este conditionata de existenta unor date precum  :  masele  segmentelor,  localizarea  centrelor  de  masa,  lungimile  segmentelor,  centrelke  de  rotatie  ale  articulatiilor,  unghiul  de  actiune  a  muschilor,  masa  si  sectiunea  transversala  a  muschilor, momente de inertie, etc.  Calitatea  rezultatelor  obtinute  pe  baza  unui  model  biomecanic  este  strict  conditionata de precizia datelor antropometrice utilizate.  • BIOMECANICA MUSCHILOR SI ARTICULATIILOR – se constituie drept un corp  de cunostiinte distinct in raport cu cele prezentate anterior.  Studiile din acest domeniu permite obtinerea unor informatii pretioase, deosebit de  importante,  cu privire la:  ‐ caracteristicile pasive ale muschilor ( masa, elasticitate, viscozitate);   ‐ caracteristicile articulatiilor;  ‐ avantajele muschilor biarticulari;   ‐ diferentele in activitatea musculara din timpul lungirii si scurtarii;  ‐ influenta recrutarii neurale asupra tensiunii musculare;  ‐ calculul centrelor de rotatie ale articulatiilor, etc. 

 

193

Evaluarea finala a multor miscari nu poate ignora influenta caracteristicilor active si  pasive  ale  muschilor  si  nici  nu  poate  ignora  rolul  pasiv  al  suprafetelor  articulare  in  stabilizarea articulatiilor si limitarea gamelor de miscare.  • ELECTROMIOGRAFIA  –  ofera  informatii  cu  privire  la  raportul  existent  intre  controlul neural si mecanica musculara.  Semnalul electromiografic este semnalul primar, de intrare, in sistemul muscular. El  permite  determinarea  muchiului  sau  muschilor  ce  sunt  responsabili  de  generarea  unui  anumit  moment  muscular  indicind  de  asemenea  si  prezenta  sau  nu  a  unei  activitati  antagoniste.  Prin  EMG  se  poate  evidentia  modul  de  recrutare  a  diferitelor  tipuri  de  fibre  musculare si se permite analiza starilor de oboseala la nivel muscular. Informatiile obtinute,  privind  relatia  existenta  intre  semnalul  EMG  si  tensiunea  musculara  generata,  au  permis  dezvoltarea unor modele biomecanice ale muschilor.  • SINTEZA  MISCARII  UMANE  –  reprezinta  reversul  solutiei  inverse  de  studiu  utilizata in majoritatea studiilor de biomecanica.   Ea  impune  existenta  unui  model  biomecanic  similar  celui  utilizat  in  analiza  inversa,  care serveste de aceasta data la estimarea caracteristicilor de miscare in conditiile impunerii  anumitor  valori  pentru  variabilele  interne  sau  externe.  Corectitudinea  modelului  utilizat  influenteaza direct rezultatele sintezei care poate fi utilizata, de exemplu pentru evaluarea  unor  tehnici  chirurgicale,  evitindu‐se  astfel  efectele  neplacute  ale  aplicarii  unor  solutii  chirurgicale neadecvate. Dezvoltarea de modele biomecanice valide este limitata, in prezent,   de imposibilitatea cuprinderii pe modele a structurii si functionalitatii complexe a aparatului  locomotor  uman.

194

 

 

Cap 9  TEHNICI DE MODELARE BIOMECANICA ASISTATA DE CALCULATOR    

Una  dintre  principalele  probleme  legate  de  proiectarea  obiectelor  este  proiectarea  formei acestora. În cazul unor forme simple, este suficientă utilizarea unor entități analitice  cum sunt: puncte, segmente de dreaptă, cercuri, arce de cerc, conice etc. Pentru forme mai  complexe, acest tip de reprezentare prezintă dezavantajul că orice modificare a obiectului,  de exemplu prin rotire, scalare sau deformare, este aproape imposibil de realizat. Din acest  motiv, este mult mai avantajos să se fixeze nişte puncte de referință şi să se genereze curbe  între  ele,  care  să  aproximeze  forma  obiectului.  Astfel  de  entități  sintetice  sunt  curbele  parametrice de tip Bezier şi spline [6], [15], [16].    O  curbă  parametrică  e  definită  printr‐o  mulțime  discretă  de  puncte  cunoscute  ca  puncte de control împreună cu un set de funcții de bază sau funcții de combinare    Funcțiile de bază folosite pentru a trasa şi aranja punctele de control într‐un segment  de curbă pot fi reprezentate de orice mulțime formată dintr‐un număr oarecare de funcții de  bază  cu  proprietăți  diferite  utilizate  în  grafica  computerizată  pentru  a  controla  forma  unei  curbe printr‐o interfață interactivă. Dintre acestea curbele Bézier sunt folosite cu succes atât  datorit simplității lor cât şi din cauză că obiectele pot fi cu uşurință reprezentate dacă sunt  utilizate suprafețele Bézier.   Curbele Bézier au anumite dezavantaje care pot fi înlturate folosind curbele B‐spline  [4], [5], [7].  În  grafica  pe  calculator  apare  tendința  de  a  folosi  curbele  cubice.  Aceasta  se  datorează  faptului  că  ele  prezintă  o  suficientă  flexibilitate  a  formei  pentru  cele  mai  multe  aplicații, dar şi faptului că o curbă de ordin mai mare introduce şi costuri mai mari. Ele sunt,  de altfel, adevărate curbe spațiale, spre deosebire de cele pătratice care sunt conținute într‐ un plan [2], [3], [17].   4. Reprezentarea parametrică a curbelor tridimensionale    Orice  curbă  în  spațiu  poate  fi  descrisă  parametric,  folosind  un  parametru  u,  curba  cubică   fiind dat de:  

  unde:    Formularea Bézier a unei curbe cubice implică specificarea unei mulțimi de puncte de   control,  din  care  este  obținut  polinomul  cubic.  Aceast  formă  rezultă  pornind  de  la  anumite funcții de bază sau de combinare.    O  metodă  simplă  de  obținere,  presupune  rescrierea  ecuațiilor  (2.2)  ca  o  singură  ecuație vectorială:  

 

195

                                                                                 (2.3)    sau sub forma matriceală, utilizând 4 puncte de control:   

  Două  neajunsuri  majore  ale  curbelor  Bézier  (efectul  global  al  modificării  poziției  punctelor  de  control  şi  relația  dintre  gradul  curbei  şi  numărul  de  puncte  de  control)  pot  fi  înlăturate prin folosirea curbelor B‐spline [8], [9], [10], [12], [13], [14].   O  curbă  B‐spline  este    polinomială  pe  bucăți,  constând  dintr‐un  număr  oarecare  de  segmente de curbă. Pot exista curbe B‐spline de orice grad formate din segmente definite pe  anumite  intervale,  de  la  un  interval  la  altul  schimbându‐se  coeficienții.  Pentru  un  singur  segment  se  poate    compara  formularea  B‐spline  cu  cea  Bézier  folosind  aceeaşi  notație  matriceală: 

  unde Qi(u) este segmentul i al curbei, iar Pi este o matrice  ce conține un set de patru  puncte dintr‐o succesiune de puncte de control. Acelaşi lucru se poate scrie şi sub forma:    unde  i  este  numărul  segmentului,  iar  k  este  indicele  punctului  de  control  local.  Valoarea lui u într‐un segment de curb este  . El este un parametru local ce definete  un singur segment de curbă B‐spline.   Astfel, folosind această notație, se observă că o curbă B‐spline este formată  dintr‐o  serie  de  m‐2  segmente  de  curbă  notate  convenional  cu  Q3,  Q4,  …,  Qm  ,    definite  prin  m+1  puncte de control  . Fiecare segment de curbă este definit prin patru  puncte de control şi fiecare punct de control influențează patru şi numai patru segmente de  curbă.  Aceasta  este  proprietatea  controlului  local  al  curbelor  B‐spline,  constituind  i  principalul avantaj asupra curbelor Bézier.    În  Figura  107  sunt  reprezentate  componentele  sistemului  osteo‐articular  ale  membrului superior uman, cu ajutorul curbelor spline, utilizând programul Autocad [1]. 

 

196

 

  Figura 107. Reprezentarea cu ajutorul curbelor spline a oaselor membrului superior uman    Pornind de la curbe, în proiectarea asistată pe calculator, se pot obține două clase de  suprafețe: plane şi petice.   Suprafețele  plane,  cu  toate  că  au  limitări,  permit  realizarea  de  modele  robuste  rezonabil  de  complexe.  Modelele  fațetate  utilizează  poligoane  plane  pentru  a  reprezenta  inclusiv suprafețe curbe prin discretizare cu un grad de  aproximare acceptat. Prin procesul  de teselare se realizează generarea informațiilor pentru interiorul unui petic, adiă generarea 

 

197

unor puncte ce pot fi, apoi, unite pentru a rezulta un model wireframe, sau grupate pentru a  forma poligoane (fațete ), de obicei triunghiulare pentru o precizie suficient de bună.   Peticele  (patches)  realizează  o  descriere  geometrică  a  unor  suprafețe  strâmbe.  Peticele  pot  fi  definite  implicit,  prin  funcții  de  forma  f(x,y  ,z)  =  0,  sau  parametric.  Reprezentarea parametrică este mai utilă în CAD. Fiecare coordonată este tratată ca o funție  de doi parametri, s şi t sau u şi v, de regulă cu limite normalizate: s, t [0, 1].  5. Problemele modelării în biomecanică   Scopul  biomecanicii  este  de  a  crea  un  model  matematic  care  să  descrie  cantitativ  mişcările tuturor părților esențiale ale corpului, sub influețele posibile ale forțelor exterioare.  Pentru  corpurile  tratate  ca  solide,  biomecanica  analizează  mersul,  mişcarea  corpului  în  timpul aplicării  unor constrângeri specifice sportului de performanță, articulațiile, precum şi  deformațiile  la  nivelul  organelor  interne.  Se  studiază  de  asemenea,  distribuția  forțelor  şi  deformațiilor în structuri la solicitări statice sau dinamice.   Utilizarea  tehnicii  modelării  ca  metodă  de  cercetare  în  investigarea  organismului  uman a dat rezultate. Se poate spune că progrese notabile în medicină nu s‐au obținut decât  atunci când organismul nu a mai fost privit ca un tot indivizibil ci ca o suprapunere de mai  multe  sisteme,  aparate,  funcții  etc.,  care  sunt  bine  delimitate  fizic  şi  funcțional,  fiind  interconectate complex, după legi bine determinate. În acest mod, s‐au diferențiat aparatul  locomotor  în  ansamblu,  sistemul  osteo‐articular,  sistemul  muscular,  sistemul  nervos,  aparatul  digestiv,  aparatul  circulator  etc.  La  rândul  sau,  fiecare  sistem  poate  fi  privit  din  punct de vedere anatomic sau fiziologic, în condiții normale sau patologice. De fapt, fiecare  sistem, aparat sau organ este un model mai mult sau mai puțin  complet al realității.   Cercetarea  sistemului  osteo‐articular  al  organismului  uman  sub  aspect  mecanic  se  poate  face  cu  succes  utilizând  metodele  inginereşti  clasice  şi  moderne,  de  calcul  şi   experimentale.  Astfel,  sistemul  osteo‐articular  poate  fi  privit  ca  fiind  o  structură  spațial  deformabilă,  având  o  complexitate  apreciabilă  în  ceea  ce  priveşte  geometria,  proprietățile  elastice şi sarcinile.   În vederea elaborării unui model eficient, în orice problemă de biomecanică trebuie  ca pe baza analizei datelor cunoscute în legătură cu fenomenul care interesează precum şi în  funcție de scopul urmărit, să se facă o sinteză a modelului care să țină seama de următoarele  aspecte:   ‐  dacă modelul este static, cinematic sau dinamic, adică dacă interesează solicitările,  eforturile,  tensiunile,  deformațiile,  deplasările  sub  diverse  sarcini  statice  sau  dinamice,  sau  legile de mişcare ale diverselor componente, în diverse situații;   ‐  geometria modelului poate fi plană sau spațială; modelul poate fi realizat la scară în  toate detaliile sau poate fi distorsionat, adică unele detalii sau dimensiuni pot fi executate la  altă scară decât restul modelului;   ‐  materialul din care este realizat modelul poate fi natural, caz în care se utilizează un  preparat anatomic, poate fi o masă plastică, un material metalic sau combinații ale acestora;   ‐  legăturile la care este supus şi încărcarea modelului trebuie realizate în condiții cât  mai apropiate de cele reale, pentru situația studiată.   Deşi modelarea în biomecanica sistemului osteo‐articular se supune aceloraşi legi şi  principii  generale  care  se  utilizează  în  inginerie,  totuşi  trebuie  avut  în  vedere  că  există  şi  unele  deosebiri  care  limitează  posibilitile  acestei  metode  de  cercetare.  Astfel,  în  biomecanică,  rareori  şi  numai  într‐o  mică  măsură  se  pot  verifica  rezultatele  obținute  prin  studiul  unui  model  cu  cele  obținute  pe  sistemul  original,  care  este  organismul  uman.  O  suplinire  a  acestui  inconvenient  se  poate  face  prin  efectuarea  de  studii  comparative,  pe  diverse  variante  de  modelare  a  fenomenului  real.  Dei  fiecare  model  este  obținut  prin 

 

198

simplificarea  fenomenului  original,  diverse  variante  sunt  comparabile  între  ele  şi  se  poate  determina care variantă modelează mai bine problema investigată.   Un  model  trebuie  astfel  proiectat  şi  investigat  încât  să  poată  determina  în  anumite  limite  de  precizie,  comportarea  sistemului  original  prin  determinările  efectuate  pe  model.  Legătura dintre comportarea modelului şi cea a prototipului nu este neapărat necesar să fie  simplă, dar calculele de  trecere de la model la prototip şi  invers trebuie să fie mai simple  decât cele necesare pentru o soluție analitică a problemei. 

199

 

BIBLIOGRAFIE  3. [andersen:1998] N. H. Andersen, J. Soberg, H. Johannsen, O. Sneppen. Frozen  4. shoulder: Arthrtoscopy and manipulation under general anesthesia and early passive  motion. J. Shoulder Elbow Surg., 218‐222, 1998.  5. [binder:1984‐1] A. I. Binder, D. J. Bulgen, B. L. Hazleman, S. Roberts. Frozen shoulder:  a long‐term prospective study. Ann. Rheum. Dis., 43, 361‐364, 1984.  6. [binder:1984‐2] A. I. Binder, D. Y. Bulgen, B. L. Hazleman, J. Tudor. Frozen shoulder:  an  arthrographic  and  radionuclear  scan  assessment.  Ann.  Rheum.  Dis.,  43,365‐369,  1984.  7. [binder:1986] A. I. Binder, B. L. Hazleman. A controlled study of oral prednisolone in  Frozen shoulder. British J. Rheumatology, 25, 288‐292, 1986  8. [boone:1979] D. C. Boone, S. Azen. Normal range of motion of joints in male subjects.  J. Bone Joint Surg., 61‐A, 756‐759, 1979.  9. [bridgman:1972]  J.  F.  Bridgman.  Periarthrtis  of  the  shoulder  and  diabetes  mellitus.  Ann. Rheum. Dis., 31, 69‐71, 1972.  10. [bulgen:1984]  D.  Y.  Bulgen,  A.  I.  Binder,  B.  Hazlman.  Frozen  shoulder:  prospective  clinical study with an evaluation of three treatment regimens. Ann. Rheum. Dis.,43,  353‐360, 1984.  11. [bunker:1995‐1]  T.  D.  Bunker,  P.  P.  Anthony.  The  pathology  of  frozen  shoulder.  J.  Bone Joint Surg., 77‐B, 677‐683, 1995.  12. [bunker:1998]  T.  D.  Bunker,  P.  T.  Schranz.  Clinical  challenges  in  orthopaedics:  The  shouder. Oxford 1998  13. [clark:1992]  J.  M.  Clark,  T.  D.  Harryman.  Tendons,  ligaments,  and  capsule  of  the  rotator cuff, gross and microscopic anatomy. J. Bone Joint Surg., 74‐A, 713‐725, 1992.  14. [codman:1934]  E.  A.  Codman.  Tendinitis  of  the  short  rotators.  Ruptures  of  the  Supraspinatus Tendon and Other Lesions in or about the Subacromial Bursa.Thomas  Todd and Co., 1934.  15. [constant:1985] C. R. Constant, A. Murley. A clinical method of functional assessment  of the shoulder. Clin. Orthop. Rel. Res., 214, 160‐164, 1987.  16. [coventry:1953]  M.  B.  Coventry.  The  problem  of  the  painful  shoulder.  JAMA,  151,  177‐185, 1953.  17. [dacre:1989] J. E. Dacre, N. Beeney, D. L. Scott. Injections and physiotherapy for the  painful stiff shoulder. Ann. Rheum. Dis., 48, 322‐325, 1989.  18. [duplay:1872]  E.  S.  Duplay.  De  la  periarthrite  scapulo‐humérale  et  des  radeurs  de  l'épaule qui en sont la conséquence. Arch. Gen. Med., 20, 513‐542, 1872.  19. [fareed:1989]  D.  O.  Fareed,  W.  R.  Gallivan.  Office  management  of  frozen  shoulder  syndrome. Clin. Orthop. Rel. Res., 242, 177‐183, 1989.  20. [fleming:1976]  A.  Fleming,  S.  Dodman.  Personality  in  frozen  shoulder.  Ann.  Rheum.  Dis., 35, 456‐457, 1976.  21. [grant:1965] J. C. B. Grant. Method of anatomy. 7 th edition, the Wiliams & Wilkins  Co., Baltimore, 1965.  22. [grey:1978]  R.  G.  Grey.  The  natural  history  of  "idiopathic"  frozen  shoulder.  J.  Bone  Joint Surg., 564, 1978.  23. [griggs:2000]  S.  M.  Griggs,  A.  Ahn,  A.  Green.  Idiopathic  adhesive  capsulitis.  J.  Bone  Joint Surg., 82‐A, 1398‐1407, 2000. 

 

200

24. [grubbs:1993] N. Grubbs. Frozen shoulder syndrom: a review of literature. JOSPT, 18‐ 3, 479‐487, 1993.  25. [hamer:1976]  J.  Hamer,  J.  A.  Kirk.  Physiotherapy  and  the  frozen  shoulder:  a  comparative  trial  of  ice  and  ultrasonic  therapy.  New  Zealand  Medical  Journal,  24,  191‐ 192, 1976.  26. [harryman:1992] D. T. Harryman, J. A. Sidles, S. Harris, F. A. Matsen. The role of the  rotator interval capsule in passive motion and stability of the shoulder. J. Bone Joint  Surg., 74‐A, 53‐66, 1992.  27. [harryman:1999]  D.  T.Harryman.  Diabetic  stiff  shoulder.  Management  of  the  stiff  shoulder. Symposium, Houston, 434‐437, 1999.  28. [herrera‐lasso:1993]  I.  Herrera‐Lasso,  L.  Mobarak,  L.  Fernandez‐Dominguez,  M.  H.  Cardiel,  D.  Alarcon‐Segovia.  Comparative  effeciveness  of  packages  of  treatment  including  ultrasound  or  transcutaneous  electrical  nerve  stimulation  in  painful  shoulder syndrome. Physiotherapy, 79, 251‐253, 1993.  29. [hill:1988]  J.  J.  Hill,  H.  Bogumill.  Manipulation  in  the  treatment  of  frozen  shoulder.  Orthopaedics, Vol. 11 / No. 9, 1255‐1260, 1988.  30. [jacobs:1991] L. Jacobs, M. Barton, W. Wallace, J. Ferrousis. Intra‐articular distension  and  steroids  in  the  management  of  capsulitis  of  the  shoulder.  BMJ,  302,  1498‐501,  1991.  31. [kiss:  1999]  Iaroslav  Kiss.  Fizio‐kinetoterapia  şi  recuperarea  medicală.  Ed.  Medicală,  Bucureşti, 1999.  32. [lee:1973]  M.  Lee,  A.  M.  Haq,  V.  Wright.  Periarthritis  of  the  shoulder:  A  controlled  trial of physiotherapy. Physiotherapy, Vol. 59 / No. 10, 312‐315, 1973.  33. [lee:1974] P. Lee, M. Lee, A. Haq. Periarthritis of the shoulder: trial of treatments  34. investigated by multivariate analysis. Ann. Rheum. Dis., 33, 116‐119, 1974.  35. [lehmann:1974]  J.  F.  Lehmann,  C.  G.  Warren,  S.  M.  Stewart.  Therapeutic  heat  and  cold. Clinical Orthopaedics and Related Research, 99, 207‐239, 1974.  36. [lundberg:1969]  B.  J.  Lundberg.  The  frozen  shoulder.  Acta  Orthop.  Scand.  [Suppl],  119, 1‐59, 1968.  37. [mao:1997] C.‐Y. Mao, W.‐C. Jaw, H.C Cheng. Frozen shoulder: Correlation between  the  response  to  physical  therapy and  follow‐up  shoulder‐  arthrography.  Arch.  Phys.  Med. Rehabil., 78, 857‐859, 1997.  38. [matsen:1994]  F.  A.  Matsen,  D.  T.  Harryman,  S.  B.  Lippitt,  J.  A.  Sidles.  Practical  evaluation and management of the shoulder. Saunders, 1994.  39. [mârza: 1998] Doina Mârza. Metode speciale de masaj. Ed. Plumb, Bacău, 1998.  40. [mclaughlin:1961] H. L. Mc Laughlin. The frozen shoulder. Clin. Orthop., 20, 126‐ 131,  1961.  41. [melzer:1995]  S.  Melzer,  T.  Wallny,  C.  J.  Wirth,  S.  Hoffmann.  Frozen  shouldertreatment and results. Arch. Orthop. Trauma Surg., 114, 87‐91, 1995.  42. [miller:1996]  M.  Miller, M.  A.  Wirth,  C.  A.  Rockwood.  Thawing  the  frozen  shoulder:  the "patient" patient. Orthopaedics, Vol. 19 / No. 10, 849‐853, 1996.  43. [moțet: 1997] Dumitru Moțet. Îndrumător terminologic pentru studenții secțiilor de   Kinetoterapie. Ed. Deşteptarea, Bacău, 1997.  44. [mungiu: 2000] Ostin Mungiu. Algeziologie specială.  Editura Polirom, Iaşi, 2000.  45. [neer:1992] C. S. Neer, C. Satterlee, R. Dalsey, E. Flatow. The anatomy and potential  effects  of  contracture  of  the  coracohumeral  ligament.  Clin.  Orthop.  Rel.Res.,  280,  182‐185, 1992. 

 

201

46. [neviaser:1945] J. S. Neviaser. Adhesive capsulitis of the shoulder. J. Bone Joint Surg.;  27; 211‐221; 1945.  47. [neviaser:1962] J. S. Neviaser. Arthrography of the shoulder joint. J. Bone Joint  48. Surg., 44‐A, 1321‐1330, 1962.  49. [neviaser:1983] R. J. Neviaser. Painful conditions affecting the shoulder. Clin. Orthop.  Rel. Res., 173, 63‐69, 1983.  50. [neviaser:1987] J. S. Neviaser. The frozen shoulder, diagnosis and management. Clin.  Orthop. Rel. Res., 223, 59‐64, 1987.  51. [nica:2004]  Adriana  Sarah  Nica.  Recuperare  Medicală.  Ed.  Universitară  Carol  Davila,  Bucureşti, 2004  52. [ogilvie‐harris:1986]  D.  J.  Ogilvie‐Harris,  A.  M.  Wiley.  Arthroscopic  surgery  of  the  shoulder. J. Bone Joint Surg., 68‐B, 201‐207, 1986.  53. [ogilvie‐harris:1995] D. J. Ogilvie‐Harris, D. J. Biggs, D. P. Fitsialos. The resistant frozen  shoulder, manipulation versus arthroscopic release. Clin. Orthop. Rel. Res., 319, 238‐ 248, 1995.  54. [ozaki:1989]  J.  Ozaki,  Y.  Nakagawa,  G.  Sakurai.  Recalcitrant  chronic  adhesive  capsulitis of the shoulder. J. Bone Joint Surg., 71‐A, 1511‐1515, 1989.  55. [plas: 2001] F. Plas, E. Hagron. Kinetoterapie activă. Exerciții terapeutice. Ed. Polirom,  Iaşi, 2001  56. [pollock:1994] R. Pollock, X. Duralde, E. Flatow, L. Bigliani. The use of arthroscopy in  the treatment of resistant frozen shoulder. Clin. Orthop. Rel. Res., 304, 30‐ 36, 1994.  57. [popescu:1997]  Eugen  Popescu,  Denisa  Predețeanu,  Ruxandra  Ionescu.  Reumatologie.  Ed. Național, Bucureşti, 1997  58. [putnam:1882] J.J. Putnam. The treatment of a form of painful periarthritis of the  59. shoulder. Boston Med. Surg. J., 107, 536‐539, 1882.  60. [reeves:1975] B. Reeves. The natural history of frozen shoulder. Scand. J. Rheum. 4,  193‐196, 1975.  61. [rizk:1983] T. E. Rizk, R. P. Christopher, R. Pinals. Adhesive capsulitis (frozen  62. shoulder): a new approach to its management. Arch. Phys. Med. Rehabil., 64, 29‐33,  1983.  63. [rizk:1991]  T.  E.  Rizk,  R.  S.  Pinals,  J.  Talavier.  Corticosteroid  injections  in  adhesive  capsulitis: Investigations of their value and site. Arch. Phys. Med. Rehabil.,72, 20‐22,  1991.  64. [rizk:1994]  T.  E.  Rizk,  M.  L.  Gavant,  R.  Pinals.  Treatment  of  adhesive  capsulitis  with  arthrographic  capsular  distension  and  rupture.  Arch.  Phys.  Med.  Rehabil.,  75,  803‐ 807, 1994.  65. [sandor:2000] R. Sandor, S. Brone. Exercising the Frozen shoulder. The Physician and  Sportsmedicine, Vol. 28, No. 9, 32‐37, 2000.  66. [sbenghe: 1981]  Tudor  Sbenghe. Recuperarea medicală a sechelelor posttraumatice  ale membrelor. Ed. Medicală, Bucureşti, 1981.  67. [sbenghe:  1987]  Tudor  Sbenghe.  Kinetologia  profilactică,  terapeutică  şi  de  recuperare. Ed. Medicală, Bucureşti, 1987.  68. [sbenghe:  1999]  Tudor  Sbenghe.  Bazele  teoretice  şi  practice  ale  kinetoterapiei.  Ed.  Medicală, Bucureşti, 1999.  69. [sbenghe:  2002]  Tudor  Sbenghe.  Kinesiologie.  Ştiința  mişcării.  Ed.  Medicală,  Bucureşti, 2002  70. [shaffer:1992] B. Shaffer, J. E. Tibone, R. Kerlan. Frozen shoulder. J. Bone Joint Surg.,  738‐746, 1992. 

 

202

71. [sharma:1993]  R.  K.  Sharma,  R.  A.  Bajekal,  S.  Bhan.  Frozen  shoulder  syndrome,  a  comparison of hydraulic distension and manipulation. International Orthopaedics, 17,  275‐278, 1993.  72. [sidenco:  2003]  Elena‐Luminița  Sidenco.  Evaluarea  articulară  şi  musculară  a  membrului  superior.  Aplicații  în  kinetoterapie  şi  în  medicina  sportivă.  Ed.  Fundației   „România de mâine”, Bucureşti, 2003.  73. [tamai:1997] K. Tamai, M. Yamamoto. Abnormal synovium in the frozen shoulder: a  preliminary  report  with  dynamic  magnetic  resonance  imaging.  J.  Shoulder  Elbow  Surg., Vol. 6 / No. 6, 534‐543, 1997.  74. [terry:1991]  G.  C.  Terry,  D.  Hammon,  P.  France.  The  stabilizing  function  of  passive  shoulder restraints. Am. J. Sports Med., Vol. 19/ No. 1, 26‐34, 1991.  75. [uitvlugt:1993]  G.  Uitvlugt,  D.  A.  Detrisac,  L.  Johnson,  M.  Austin.  Arthroscopic   observations before and after manipulation of frozen shoulder. Arthroscopy, 9, 181‐ 185, 1993.  76. [wadsworth:1986] C. T. Wadsworth. Frozen shoulder. Physical Therapy, Vol. 66 / No.  12, 1878‐1883, 1986.  77. [wiley:1991] A. M. Wiley. Arthroscopic appearance of frozen shoulder. Arthroscopy,  7, 138‐143, 1991.  78. [wright:1975] V. Wright, A. M. Haq. Periarthritis of the shoulder I. Ann. Rheum. Dis.  35, 213‐219, 1975.  79. [wright:1976] V. Wright, A. M. Haq. Periarthritis of the shoulder II. Ann. Rheum. Dis.  35, 220‐226, 1976.