erőhatások az emberi testen

Erőhatások az emberi testen

Az izületekre ható erők meghatározása és számítása

=mért = 180 -

A végtagok súlyerejének hatása az izületekre

FG

FGny

FGh Transzverzális sík

=megmért = 180 - = ’

A FG súlyerő húzó- és nyíróerő komponens értékeinek kiszámítása

FG

FGny = FG cos FGh= FG sin

FGny

FGh ’

= ’

Transzverzális sík

FG

FGny

FGk

Az izomerő (Fm) kiszámítása

FG

lG

Fi

li

FG · lG = Fi · li

Fi = FG · lG / li

Az Fi erő nyomó- és nyíróerő komponens értékek kiszámítása

FG

Fi Fi = FG · lG / li

Fik

Finy

Fik = Fi · cos

Finy = Fi · sin

Az Fm erő nyomó- és nyíróerő komponensének kiszámítása

FG

Fi

FikFiny

Fik = Fi · cos

Finy = Fi · sin

FGny

FGh

FGny = FG · cos

FGh= FG · sin Finy = Finy +(- FGny)

Fk = Fik + (- FGh)

A REAKCIÓERŐ KISZÁMÍTÁSA

FG

Fi

FikFiny

FGny

FGh

Fr

2k

2ny FFF

r

Fny = Finy +(- FGny)

Fk = Fik + (- FGh)

Transzverzális sík

G

Gny

Gk

Fny = Finy + (-FGny)

Fk = Fik + FGk

Fi

Finy

Fik

A térdizületre ható erők meghatározása és számítása

F1F2

Fp

Ff

k1

Fpny

Fpc

Fhny

Fhc

Fh

Fq = Fp

Mf = F1 · k1

Ff = F1 · k1 / kpkp

Mh = F2 · k2

Fh = F2 · k2 / kh

kh

k2

Fc = GG = 600 N

Fc = 600 N

Fs = 0 N

Fp • kp = G • kG Fp = G • kG / kp

Fp = 1200 N

ha

kG / kp = 2

Nyomóerő a térdizületben hajlított térdű állás közben

A patella ínra eső húzóerő (Fp)

Fq

Fp

G

kp kG

1 pGp kkGF

NG 600

ha

mkG 20,0

mk p 05,0

akkor

NFp 2400

Nyomóerő (Fny)

Fny

pny FGF

NFny 3000

A fenti számítás akkor valós, ha az Fp és G hatásvonala merőleges az izület transzverzális síkjára, mint a példánkban. Amennyiben nem merőlegesek ezek az erők a transzverzális síkra, akkor az Fp és G erőknek nem csak nyomó, hanem nyíróerő komponense is lesz, amely kismértékben csökkenti a nyomóerő nagyságát.

Fc = Fp (G) • sin α

α

Fs = Fp (G) • cos α

Fc = 1600 N

Fs = 805 N

A nyomóerő eloszlása az izületi felszínen

Fc = F / A

2007.05.07.

0o

15o

30o

45o

60o

75o

90o

A térdizület forgási tengelyének vándorlása

0o

15o

30o

45o

60o

75o

90o

A forgási középpont változása az izületi szögek függvényében

4,35 4,

72 4,87

4,89

4,67

4,33

3,8

2,5

3,38 3,

87 4,08

3,94

3,52

2,56

0

1

2

3

4

5

6

5 15 30 45 60 75 90

Anatómiai szög (fok)

Erők

ar (c

m)

61,2

85,5 10

7,4 120,

9

119,

5

117

103,

9

63,5

57,4

56,9

49,5

50,5

45,9

36,1

0

20

40

60

80

100

120

140

5 15 30 45 60 75 90

Anatómiai szög (fok)

Ny

om

até

k (

Nm

)

A nyomaték változása az izületi szögek függvényében

A nők és férfiak közötti különbség

1418

1814

2213 24

79

2576 27

27

2768

1772

1515

1238

1299

1322 15

06

2071

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

5 15 30 45 60 75 90

Anatómiai szög (fok)

Erő

(N

)Az izom húzóerejének változása az izületi

szögek függvényében

izommértizom kMF /

0100200300400500

0 200 400 600 800 1000

Time (ms)

Torq

ue (N

m)

0300600900

120015001800

0 200 400 600 800 1000

Time (ms)

EMG

(uV

)

Torque-time curve

EMG of Vastus lateralis

Mecc

A patella ín maximális feszülése

5962

7964

9042

0100020003000400050006000700080009000

10000

Erő

(N

)

IC(40) IC(60) EC(60)

A nyomóerő kiszámításaTérdfeszítők

Ffc = Fp cos

Térdhajlítók

Fhc = Fh cos

Fq

Fp

Fkq

Fh

Fkh

1326 16

81 2080 23

66

2512

2686

2748

2688

1702

1312

876

652

10034

5

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

5 15 30 45 60 75 90

Izületi szög (fok)

Ny

om

óe

rő (

N)

Nyomóerő az izületi szög függvényében

Nyíróerő

Ffny =Fp sin

Feszítők

Hajlítók

Fhny = Fh sin

Fp

C

A

B

Fq

Fkq

Fh

Fkh

27

3

34

7

33

0

28

0

19

3

-95

-31

0

-32

-275

-587-708

-965-1135

-1506

-2000

-1500

-1000

-500

0

500

Anatómiai szög (fok)

Ny

író

erő

(N

)

Feszítő

Hajlító

Nyíróerő az izületi szög függvényében

Erőhatások a gerincoszlopon

Terhelés az ágyéki csigolyákon

A gerincoszlop magasságának 20 - 33 %-át teszik ki.

A vastagságuk 3 - 9 mm között változik.

Víz

65

25

88

30

0

20

40

60

80

100

NP AF

%

Kollagén

6

65

25

70

0

10

20

30

40

50

60

70

80

NP AF

%

Annulus fibrosus

Transzláció

Rotáció

Oldalirányú Felfelé és lefelé Előre és hátra

Laterális Függőleges tengely körül

Előre-hátra

A nukleus pulposusban nyomóerő hatására növekszik a feszültség, amely nyújtóerőt fejt ki az annulus fibrosus kollagén rostjaira

F

1,5 F

0,5 F5,0 F

A nyomás csökkentése a nukleus pulposusban

A porckorong vastagságának változása tartós nyomás alatt

1.4 mm 2.0 mm

Vastagság

2011.09.19

A NYOMÓ-, A NYÍRÓ-, ÉS A REAKCIÓERŐK KISZÁMÍTÁSA AZ

ÁGYÉKI CSIGOLYÁKRA

Nyomóerő

Nyomóerő

Nyíróerő

ls

Fs

Ms = Fs · ls

li

Fi

Mi = Fi · li Fs · ls = Fi · liFs · ls = Fi · li

35º

Ftc =Fs · cos 35oFny = Fs · sin 35o

Fi

Fc = Fi + Ftc

li = 0.05 m

Fs = 450 N

ls = 0.1 m

Fi = 900 N

issi llFF /)(

Az izom által kifejtett erő nagysága

1350 N

4500 N

Fc =(Fs cos 35o ) + Fi =368 + 900

Fc = 1268 N

Nyomóerő (Fc)

Fny = (Fs sin 35o)

Fny = 258 N

Nyíróerő (Fny)

NP 1268 · 1,5 = 1902 N

AF 1268 · 5 = 6340 N

1268

Fi

ki

Ft

kt

Fsks

NYOMÓ-, NYÍRÓ-, ÉS REAKCIÓERŐKNYOMÓ-, NYÍRÓ-, ÉS REAKCIÓERŐK

Ft

Fs

Fi

Fc

35 o

Ftc

=F

t cos

35

o

F sc =

F s cos

35

o

Ftny = Ft sin 35o

Fsny = Fs sin 35o

Ft

Fs

Fi

kt

ks

kiki = 0.05 m

Ft = 450 N

kt = 0.25 m

Fs = 200 N

ks = 0.4 m

Fi = 3850 N

isstti kkFkFF /))()((

Fc =(Ft cos 35o ) + (Fs cos 35o) + Fi

Fc = 4382 N

Fny =(Ft sin 35o ) + (Fs sin 35o)

Fny = 373 N

Nyomóerő (Fc)

Nyíróerő (Fny)

20 257 N20 257 N

1405 N

35 o

Fc

Fny

Fr

REAKCIÓERŐ

NFFF nycr 439822

20 257 N

NP 20 000 · 1,5 = 30 000 N

AF 20 000 · 5 = 100 000 N

200 kg a kézben

2

22

t

rm

t

rmM

m= 60 kg r= 0,2 m

t= 0,01 s = 5 = 0,087 rad

= 500/s = 8,7 rad/s

Nmt

rmM 2088

01,0

087,004,0602

Fi = 41 760 N

Dinamikus körülményben

A jelentős porckorong degeneráció állandó stresszhatás alatt tartja a csigolyatest elülső részét a hajlítás során, amely hozzájárul az ezen a részen kialakuló csontritkuláshoz. (Pollintine et al. 2004)

A forgás középpont vándorlása

Lumbago

Nyomóerő az ágyéki szakaszra (L5-S1)Nyomóerő az ágyéki szakaszra (L5-S1)

Egyenes állásEgyenes állás: 100 %: 100 %

Fekvés nyújtott tettelFekvés nyújtott tettel: 25 %: 25 %

Ülés egyenes háttalÜlés egyenes háttal: 140 %: 140 %

Állás törzsdöntésselÁllás törzsdöntéssel: 150 %: 150 %

Ülés törzshajlítássalÜlés törzshajlítással: 180 %: 180 %

A nyomóerő csökkentése az ágyéki szakaszraA nyomóerő csökkentése az ágyéki szakaszra

KÖSZÖNÖM FIGYEKMÜKET

KÖSZÖNÖM MEGTISZTELŐ FIGYEKMÜKET

A gerincoszlop magasságának 20 - 33 %-át teszik ki.

A vastagságuk 3 - 9 mm között változik.

Nyomóerő az ágyéki szakaszra (L5-S1)Nyomóerő az ágyéki szakaszra (L5-S1)

Egyenes állásEgyenes állás: 100 %: 100 %

Fekvés nyújtott testtelFekvés nyújtott testtel: 25 %: 25 %

Ülés egyenes háttalÜlés egyenes háttal: 140 %: 140 %

Állás törzsdöntésselÁllás törzsdöntéssel: 150 %: 150 %

Ülés törzshajlítássalÜlés törzshajlítással: 180 %: 180 %

A porckorongok szerkezete

Víz:

Collagen:

Nucleus pulposus: 65-88 %, Annulus fibrosus: 25-30 %

Nucleus pulposus: 6-25 %, Annulus fibrosus: 70 %

Nyújtás Nyugalom Nyomás

A porckorong alakjának változása

Nyomáseloszlás

Külső erő

Nucleus pulposus

Annulus fibrosus

Nyújtóerő

Nyomóerő

A porckorongsérv kialakulásának mechanizmusa

A teherkar változása az ágyéki csigolyáknál

2005.05.02.

Az üléstámla döntöttségének és alakjának hatásaAz üléstámla döntöttségének és alakjának hatása

100 % 80 % 70 % 60 %

A nyomóerő csökkentése az ágyéki szakaszraA nyomóerő csökkentése az ágyéki szakaszra

Fm

LFm

Ft

LFt

FwLFw

NYOMÓ-, NYÍRÓ-, ÉS REAKCIÓERŐKNYOMÓ-, NYÍRÓ-, ÉS REAKCIÓERŐK

Ft

Fs

Fm

lFt

lFw

lFm

Fm x lFm = (Ft x lFt) + (Fs x lFw)

Fm = (Ft x lFt) + (Fs x lFw) x lFm -1

lFm = 0.05 m

Ft = 450 N

lFt = 0.25 m

Fs = 200 N

lFw = 0.4 m

Fm = 3850 N

Fk =(Ft cos 35o ) + (Fs cos 35o) + Fm

Fk = 4382 N

Fny =(Ft sin 35o ) + (Fs sin 35o)

Fny = 373 N

Nyomóerő (Fk)

Nyíróerő (Fny)

=megmért = 180 - = ’

A FG súlyerő húzó- és nyíróerő komponens értékeinek kiszámítása

FG

FGny = FG cos FGh= FG sin

FGny

FGh ’

= ’

IzületIzület

Kettő vagy több csont összeköttetése inak, szalagok és

izmok által

148

Mozgatható csont

148

Mozgatható csont

147 izület