BIOMECANICA DEL CUERPO HUMANOBIOMECANICA DEL CUERPO HUMANO

INTRODUCCION• Que es la física?

Es la ciencia natural que estudia la estructura de la materia, las interacciones entre los cuerpos y las leyes que explican los fenómenos físicos.• Que es la biología?

Es la ciencia natural que estudia los procesos biológicos y el funcionamiento armónico de los organismos vivos.

• Que es la física biológica?Es una disciplina que es parte de las ciencias exactas y ciencias de la vida, que estudia el comportamiento de las leyes físicas en el cuerpo humano.

BIOMECANICA Es la parte de la Física Biológica que estudia y describe los movimientos efectuados por los distintos segmentos corporales y las fuerzas musculares que producen movimiento y equilibrio en el hombre durante las actividades de la vida diaria usando las leyes de la física.

Se le conoce también como KINESIOLOGÍA.

Objetivos de la Biomecánica.

o Estudiar el cuerpo humano para resolver algún tipo de discapacidad o para diseñar tareas y actividades que las personas puedan realizar sin riesgo de sufrir daños o lesiones.

o Conocer los fundamentos mecánicos del SISTEMA MÚSCULO-ESQUELÉTICO y como se aplican al análisis del movimiento del cuerpo humano.

ESTUDIO BIOMECÁNICO DEL CUERPO HUMANO

Consiste en analizar las fuerzas actuantes en los músculos, huesos y articulaciones, que permitan comprender la aplicación de las leyes físicas en el movimiento y equilibrio en el hombre.

FUERZA.- Es el resultado de la interacción de un cuerpo sobre otro; siempre es aplicada por un objeto material a otro y puede producir movimiento, deformación o ruptura en un cuerpo. Existen diversos tipos de fuerza que se utilizaran para el estudio biomecánico del cuerpo:

FUERZA MUSCULAR (FM) FUERZA DE CONTACTO (FC) FUERZA DE ROZAMIENTO (FR)

FUERZA MUSCULAR (FM).- Es la fuerza ejercida por los músculos que controlan la postura y el movimiento de los animales. (foto de PDF).

FUERZA DE CONTACTO (FC).- Es aquella fuerza que la ejerce un cuerpo sólido sobre otro objeto en contacto con el.

FUERZA DE ROZAMIENTO (FR).- Es una fuerza ejercida por una superficie sobre un objeto en contacto con ella.

BIOMECANICA DEL HOMBRO

BIOMECANICA DEL HOMBRO

INTRODUCCION

El hombro es una de las articulaciones con mayor movilidad de nuestro cuerpo y por tanto, una de las más castigadas a lo largo de nuestra vida. Según datos de la OMS, un 63.33 % de la población mayor de 40 años sufre ó ha sufrido algún tipo de lesión parcial o total en el hombro.

La principal causa de inestabilidad en el hombro es esencialmente anatómica, ya que las dimensiones de la cabeza del húmero son mayores que las de la cavidad en la que se encuentra.

ANATOMIA DE SUPERFICIE

BIOMECANICA DEL HOMBRO

El hombro es la articulación mas móvil del cuerpo humano.

Posee tres grados de libertad lo que le permite orientar el miembro superior en relación a los tres planos del espacio, formando tres ejes.

A. Plano sagitalB. Plano frontalC. Plano horizontal

• 1. Eje transversalIncluido en el plano frontal, permite los movimientos flexión – extensión, en el plano sagital.

• 2. Eje anteroposteriorIncluido en el plano sagital, permite los movimientos abducción y aducción.

• 3. Eje VerticalDeterminado por la intersección del plano frontal y sagital. Corresponde a la tercera dimensión del espacio. Permite los movimientos flexión y extensión en el plano horizontal. (brazo en abducción a 90º).

• 4.- Eje longitudinal del humero

Permite la rotación externa e interna del brazo y del miembro superior en 2 formas diferentes:

– Rotación voluntaria (adjunta) utiliza el tercer grado de libertad y no es factible mas que en articulaciones de tres ejes.

– Rotación automática (conjunta) aparece sin ninguna acción voluntaria en articulaciones de dos ejes o cuando se emplea articulaciones de tres ejes como en dos ejes. (movimiento paradójico)

MOVIMIENTO FLEXIÓN-EXTENSIÓN Y ADUCCIÓN

La flexión-extensión se efectúa en el plano sagital entorno al eje transversal.

– Extensión: movimiento de poca amplitud 45 - 50 º.– Flexión: movimiento de gran amplitud 180º (paradoja de

CODMAN).

La aducción se llevan a cabo desde la posición anatómica, en el plano frontal pero es imposible por la presencia del tronco; amerita de la flexión y la extensión.

-Extensión: aducción muy leve -Flexión: la aducción alcanza entre 30 y 45 grados

ABDUCCION DE HOMBROMovimiento que aleja el miembro superior del tronco se realiza en el plano frontal, en el eje anterosuperior.

• Amplitud de 180º

• Desde el punto de vista acción muscular y articular, la abducción pasa por 3 fases:

• 0º - 60º • 60º - 120º• 120º - 180º

• La abducción pura es poco usual.

FASES DE LA FLEXION

• A: de 0º a 90º (1) deltoides medio(2) supraspinoso abducción del brazo

• B: de 90º a 150º (3) trapecio superior(4) trapecio inferior campaneo

lateral de la (5) serrato anterior escápula

• C: de 150º a 180º (6) hiperlordosis lumbar e inclinación lateral de la columna vertebral

MOVIMIENTO DE ABDUCCIÓN FRONTAL DE KAPANDJI

A B C

FLEXO EXTENSION HORIZONTAL

ROTACION DEL BRAZO SOBRE SU EJE

La rotación del brazo sobre su eje longitudinal puede realizarse en cualquier posición del hombro. Se trata de la rotación voluntaria o adjunta de las articulaciones con Tres ejes y tres grados de libertad.

Rotación Voluntaria:- (A) Posición Anatómica: amplitud de 30°- (B) Rotación interna: amplitud es de 100º a 110º- (C) Rotación externa: Su amplitud es de 80º.

BC

A

CIRCUNDUCCION• Combina los movimientos

elementales en torno de 3 ejes donde alcanza su máxima amplitud y el brazo describe el cono de circunducción.

• De utilizan los tres planos:A. Plano para-sagital: para

movimientos de flexo-extesión.B. Plano frontal: con

movimientos de aducción y abducción.

C. Plano transversal: con movimientos de flexo-extesión horizontal.

“PARADOJA” DE CODMAN

• Cuando, partiendo de la posición anatómica, el miembro superior vertical a lo largo del cuerpo, la palma de la mano mirando hacia adentro, el pulgar dirigiéndose hacia delante, se realiza abducción a + 180º en el plano frontal, seguido de un movimiento de extensión relativa de -180º en plano sagital, el miembro superior se encuentra de nuevo vertical a lo largo del cuerpo, pero con la palma de la mano hacia fuera y el pulgar hacia atrás.

ARCO DOLOROSO

MÚSCULOS QUE ACTÚAN EN LA CABEZA HUMERAL

COMPLEJO ARTICULAR DEL HOMBRO

El hombro está formado por 5 articulaciones que se clasifican en dos grupos y actúan necesariamente al mismo tiempo.

-Primer grupo:ARTICULACIÓN GLENOHUMERALARTICULACIÓN SUBDELTOIDEA

-Segundo grupo:ARTICULACIÓN ESCAPULOTORÁCICAARTICULACIÓN ACROMIOCLAVICULARARTICULACIÓN ESTERNOCLAVICULAR

MUSCULOS ROTORES DE LA CINTURA ESCAPULAR

1. Trapecio 2. Romboides 3. Elevador de la escápula 4. Serrato anterior 5. Pectoral menor 6. Subclavio

MOVIMIENTOS ESCAPULARES

• Movimientos de traslación (4 mov.)

•Movimientos de rotación (6 mov.)

• Movimientos acoplados (2 mov.)

La escápula se mueve en torno a la pared postero-lateral del tórax de 12 formas, que se dividen en:

MOVIMIENTOS DE TRASLACIÓNLa escápula se desliza trasladándose en 4 sentidos.

•Ascenso /descenso

•Lateralización/Medialización

MOVIMIENTOS DE ROTACIÓNLa rotación escapular considera ejes de movimiento que cruzan la escápula. Importantes es considerar la posición inicial de la escápula al momento de rotar. Los movimientos son:

•Rotación interna/externa

•Upward/Downward rotation

•Tilt Anterior/posterior

¿CUÁNTO SE MUEVE LA ESCÁPULA?ROTACIONES ESCAPULARES ROM

Superior (elevación G-H plano escapular)Superior (flexión G-H plano coronal)

≈ 50°≈ 46°

Rotación interna (elevación G-H plano escapular) Rotación interna (flexión G-H plano coronal)

≈ 24°≈ 26°

Tilt Anterior (elevación G-H plano escapular)Tilt Anterior (flexión G-H plano coronal)

≈ 30°≈ 31°

MOVIMIENTOS CLAVICULARES ROM

Posterior = Retracción (elevación G-H plano escapular)Posterior = Retracción (flexión G-H plano coronal)

≈ 21°≈ 20°

Superior = Elevación (elevación G-H plano escapular)Superior = Elevación (flexión G-H plano coronal)

≈ 10°≈ 9°

El húmero por si solo, solo abduce y eleva el brazo 120 grados

El movimiento de la escapula nos brinda los otros 60 grados de elevación.

Cuando la escapula debe rotar 60 grados, la clavícula debe rotar 45 grados.

RITMO ESCAPULOHUMERAL

COMPONENTE CLAVICULAR

RITMO ESCAPULOHUMERALEl movimiento de abducción del brazo se efectúa de una manera continua, coordinada, durante el cual por cada 15º de movimiento, 10º radican en la glenohumeral y 5º en la rotación escapular manteniendo una relación de 2:1

RITMO 2:1

30 y 60 grados 60 y 120 grados0 grados

MÚSCULOS DE LA CINTURA ESCAPULAR

Elevadores

• Porción descendente (superior)

del Trapecio

• Romboides mayor

• Romboides menor

• Elevador de la escápula

Depresores

• Pectoral mayor

• Pectoral menor

• Subclavio

• Serrato anterior

• Porción ascendente (inferior)

del Trapecio

• Dorsal ancho

Propulsores

• Serrato anterior

• Pectoral menor

• Pectoral mayor

Retropulsores

• Dorsal ancho

• Porción transversa del Trapecio

• Romboides mayor

• Romboides menor

Flexores

• Porción clavicular (anterior) del Deltoides

• Porción clavicular del Pectoral mayor

Extensores

• Porción espinal (posterior) del Deltoides

• Redondo mayor

• Tríceps braquial

• Dorsal ancho

Abductores

• Supraespinoso

• Deltoides

Aductores

• Porción espinal (posterior) del

Deltoides

• Redondo mayor

• Dorsal ancho

• Cabeza larga del Tríceps

braquial

• Porción clavicular (anterior) del

Deltoides

• Pectoral mayor

• Coracobraquial

Rotadores Mediales

• Subescapular

• Pectoral mayor

• Redondo mayor

• Dorsal ancho

Rotadores Laterales

• Infraespinoso

• Redondo menor

• Porción espinal (posterior) del

Deltoides

PAR DE FUERZAS DE LA ROTACIÓN DE LA ESCÁPULA

En la relación par elevación del brazo/rotación escapular tempranas, el trapecio superior e inferior y el serrato anterior tienen un brazo de palanca largo y son efectivos rotadores y estabilizadores

En una elevación mas alta, el brazo de palanca del trapecio superior es mas corto, mientras que el trapecio inferior y el serrato mantienen el brazo de palanca largo y continúan con la rotación de la escapula

En elevación máxima, el trapecio inferior se ubica en una posición ideal para mantener una posición ideal de la escapula y tirar a lo largo de su eje largo. Como resultado de estas acciones el centro instantáneo de rotación se mueve desde el borde medial de la espina hasta la articulación acromioclavicular.

MANGUITO ROTADORMANGUITO ROTADOR

DEFINICION• El manguito rotador es un

grupo de tendones aplanados que rodean la articulación del hombro y que se originan a raíz de cuatro músculos: supraespinoso, infraespinoso, redondo menor y subescapular.

• Las dos funciones principales de este conjunto de músculos son, por un lado, mantener la cabeza humeral en su sitio durante los movimientos propios del hombro para evitar que éste “se salga” y, por otro lado, elevar el brazo y rotar el hombro hacia dentro o hacia fuera (de ahí el nombre de “manguito rotador”).

COMO SE PRODUCE LA LESION

• El tendón del músculo supraespinoso pasa por un “túnel osteoligamentoso” ó espacio subacromial, formado por la cabeza del húmero y por una estructura ósea perteneciente a la escápula llamada acromion.

• En ese espacio subacromial existe una membrana sinovial con forma de “bolsa”, llamada bursa subacromial, que hace la función de almohadilla o amortiguador y su misión es disminuir el roce entre el acromion y el tendón del supraespinoso.

SIMULACION NUMERICA

Los modelos tridimensionales del hombro que consideran todos sus huesos y articulaciones son escasos, pero se han convertido en herramientas muy poderosas para el estudio de la biomecánica de este sistema músculo-esquelético.

La totalidad de los estudios tridimensionales coinciden en representar a los huesos del hombro mediante eslabones rígidos unidos por rótulas ideales; aunque para casi todas las articulaciones el movimiento relativo entre los huesos es una combinación de rotación y deslizamiento con presión en las áreas de contacto.

Con el fin de permitir la comparación y el intercambio de datos entre distintos modelos biomecánicos del hombro existentes, en 1997 se plantea un protocolo estandarizado para el registro de los movimientos del hombro. El Sistema de Coordenadas Global (SCG) está definido alineado con el cuerpo.

Eje Xg: horizontal, positivo de izquierda a derechaEje Yg: vertical, positivo hacia arribaEje Zg: horizontal, positivo hacia atrás

Los Sistemas Coordenados Locales (SCL) son construidos a partir de puntos de referencia en los huesos denominados “referencias óseas”. Estos puntos de referencia son determinados en cada individuo a partir de distintas técnicas experimentales.

Existen pocos modelos de acción muscular tridimensionales del mecanismo del hombro en conjunto. Los más importantes son los de Högfors, Van der Helm y Maurel.

Högfors presentó un estudio en el cual consideraba 21 músculos del hombro y modelaba su acción usando 33 líneas de acción. La acción de la mayoría de los músculos fue modelada mediante sólo una línea recta, excepto el dorsal ancho, el pectoral mayor, el serrato anterior, el trapecio, el deltoide, el infraespinoso y el subescapular, los cuales requirieron de varia líneas.

Van der Helm y Veenbaas desarrollaron un método para determinar el número de vectores de fuerza capaz de representar el efecto mecánico de los músculos con amplias y complejas fijaciones con el hueso. Este método toma en cuenta el tamaño y geometría de la fijación así como la distribución de las fibras en el músculo.

En 1996 Maurel planteó un modelo músculoesquelético del hombro similar al de Högfors, pero no consideró algunos músculos que el último sí tomó en cuenta; el omohioideo, el esternocleidomastoideo y el esternohioideo.

De esta manera modeló la mayoría de los músculos con una sola línea, excepto el bíceps y tríceps braquial , el pectoral mayor, el deltoide, el trapecio, el dorsal ancho, el romboide y el serrato anterior.

Otras fuerzas que actúan en el cuerpo

PROBLEMA # 1

¿Cuánta fuerza debe ejercer el bíceps cuando se sostiene una masa de 5 kg en la mano, como muestra la figura? Suponga que la masa del antebrazo y la mano juntos es de 2 kg y que su centro de gravedad está como se indica en la figura.

Considere que el sistema se halla en equilibrio y que g = 10 m/s2.

EJEMPLOS

RESOLUCIÓNSi el sistema se halla en equilibrio, entonces la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre el es igual a cero. Es decir, la suma de fuerzas hacia arriba es igual a la suma de fuerzas hacia abajo.Matemáticamente sería:

FM = FC + W antebrazo + mano + W masa

FM= 330N + 20N + 50N

FM= 400N

Problema # 2

¿Qué fuerza muscular FM debe ejercer el tríceps sobre el antebrazo para sujetar una bala de 7.3 kg como se muestra en la figura? Suponga que el antebrazo y la mano tienen una masa de 2.8 kg y su centro de gravedad está a 12 cm del codo. (g = 10 m/s2)

RESOLUCIÓNSe procede en forma similar a los problemas anteriores. Primero hacemos el DCL del antebrazo y mano juntos, y luego aplicamos equilibrio de torques.* El antebrazo y la mano se están dibujando como una barra (ver DCL).

Por 2da Condición de equilibrio:Στ(Antihorario) = Στ(Horario)

Luego:

(FM)(2,5cm) =(28N)(12cm) + (73N)(30cm)

Despejando FM obtenemos:

FM= 1010,4 N

La fuerza muscular ejercida por el tríceps tiene una magnitud de 200 N. ¿Cuál es el torque producido por la fuerza muscular, respecto a la articulación del codo?

1

2

3

4

G R A C I A S