biomecánica (parte 1)
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Introducción a la Biomecánica
La Mecánica es la parte de la Física cuyo objeto de estudio es el movimiento.
Dentro de ella hay dos grandes campos:- La Cinemática: que se ocupa de describir los movimientos
en función de su recorrido, velocidad, aceleración, etc.- La Dinámica: que estudia la influencia de las fuerzas, ya
sea sobre un cuerpo en reposo (Estática) o en movimiento (Cinética).
Introducción a la Biomecánica
La Biomecánica es la ciencia que estudia el comportamiento mecánico del cuerpo humano, teniendo en cuenta que los tejidos vivos tienen unas cualidades especiales que no poseen los materiales inorgánicos:
- La capacidad de adaptarse a las tensiones a las que están sujetos.
- La capacidad de tolerar un aumento progresivo de la carga.Sin embargo, comparten con dichos materiales el hecho de
que se rompen si se excede su resistencia.
Introducción a la Biomecánica
La biomecánica es un área de conocimiento interdisciplinar que utiliza los conocimientos de la mecánica, la ingeniería, la anatomía, la fisiología y otras disciplinas, para estudiar el comportamiento del cuerpo humano y resolver los problemas derivados de las diversas condiciones a las que puede verse sometido.
Introducción a la Biomecánica. CAMPO DE ESTUDIO.Cinemática: parte de la biomecánica que estudia los
movimientos sin tener en cuenta las causas que lo producen.
Se dedica exclusivamente a su descripción. Describe las técnicas deportivas o las diferentes habilidades y recorridos que el hombre puede realizar.
Por ejemplo: un lanzamiento a la canasta en baloncesto o la distancia recorrida por el base en un partido.
Introducción a la Biomecánica. CAMPO DE ESTUDIO.Dinámica: estudia el movimiento o la falta de éste,
relacionado con las causas que lo provocan.• Cinética: estudia las fuerzas que provocan el movimiento. Por ejemplo, el estudio de las fuerzas implicadas en el lanzamiento a
la canasta o durante la salida de un velocista.
• Estática: estudio de las fuerzas que determinan que los cuerpos se mantengan en equilibrio.
Por ejemplo, cómo un escalador se mantiene sobre unas presas o cómo el surfista se mantiene sobre la tabla.
Introducción a la Biomecánica. OBJETIVOS.Sus objetivos difieren según el área de aplicación. En educación física:- Describir tareas y ejercicios.- Indicar una serie de principios sobre la forma de evitar
lesiones.- Dictar principios generales que ayuden a comprender y
ejecutar diferentes actividades y ejercicios.
Introducción a la Biomecánica. OBJETIVOS.Sus objetivos difieren según el área de aplicación. Biomecánica ocupacional:- Estudio de la relación del hombre con las máquinas,
encaminado a conseguir un mayor rendimiento, menos lesiones y menor fatiga (Ergonomía).
- Construcción de aparatos de rehabilitación.
Introducción a la Biomecánica. OBJETIVOS.Sus objetivos difieren según el área de aplicación. Biomecánica médica:Evalúa las patologías que aquejan al hombre para generar
soluciones capaces de evaluarlas, repararlas o paliarlas- Construcción de aparatos de rehabilitación.- Desarrollo de prótesis y biomateriales.
Exoesqueletos y prótesis biónicas: https://www.youtube.com/watch?v=lF0vV0wjtX4
Introducción a la Biomecánica. OBJETIVOS.Deporte de élite:- Descripción de la técnica deportiva.- Búsqueda de las técnicas más eficaces.- Desarrollo de métodos de medida y registro.- Ayuda a la planificación del entrenamiento.
Introducción a la Biomecánica. OBJETIVOS.Fabricación de materiales deportivos: diseño de nuevos
materiales con los que:- Conseguir mejores marcas.- Posibilitar prácticas más seguras.- Aparición de nuevos deportes.
Conceptos básicos de Física aplicados a la Biomecánica.
LAS LEYES DE NEWTON.Primera Ley o Ley de la Inercia.Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, permanecerá en
reposo o se moverá con movimiento rectilíneo uniforme (velocidad constante).
Conceptos básicos de Física aplicados a la Biomecánica.
LAS LEYES DE NEWTON.Segunda Ley o Ley Fundamental de la Dinámica.El cambio de movimiento es directamente proporcional a la
fuerza impresa y ocurre en la línea recta a lo largo de la cual dicha fuerza se imprime.
F = m · a
Conceptos básicos de Física aplicados a la Biomecánica.
LAS LEYES DE NEWTON.Tercera Ley o Ley de Acción-Reacción.A toda fuerza de acción le corresponde otra de reacción de igual
dirección y módulo, pero de sentido contrario.
Cuando el suelo no responde con idéntica fuerza es porque parte de la fuerza de acción se invierte en su deformación.
Conceptos básicos de Física aplicados a la Biomecánica.
FUERZAS ACTUANTES EN EL MOVIMIENTO HUMANO.FUERZAS INTERNAS.Cuando en una contracción muscular hay un acortamiento en
la longitud del músculo seguido de movimiento, se denomina isotónica.
Pueden darse dos circunstancias:- La fuerza muscular vence la resistencia externa: isotónica
concéntrica (trabajo dinámico positivo).- La resistencia externa es superior a la fuerza,
produciéndose el movimiento contrario: isotónica excéntrica (trabajo dinámico negativo).
Conceptos básicos de Física aplicados a la Biomecánica.
FUERZAS ACTUANTES EN EL MOVIMIENTO HUMANO.FUERZAS INTERNAS.
Si no produce cambios en la longitud del músculo y la fuerza producida se emplea en equilibrar una resistencia exterior, se llama isométrica (trabajo estático).
Conceptos básicos de Física aplicados a la Biomecánica.
FUERZAS ACTUANTES EN EL MOVIMIENTO HUMANO.FUERZAS EXTERNAS.Gravedad.Normal: es la fuerza ejercida por el suelo sobre un cuerpo
apoyado en él.
¿Siempre es igual al peso del cuerpo?
Conceptos básicos de Física aplicados a la Biomecánica.
FUERZAS ACTUANTES EN EL MOVIMIENTO HUMANO.FUERZAS EXTERNAS.Rozamiento: es la resistencia al movimiento de dos superficies
en contacto.Actúa en la misma dirección pero en sentido contrario al del
movimiento y depende del tipo de materiales en contacto y de la intensidad con que ambas superficies presionan una contra otra.
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Conceptos básicos de Física aplicados a la Biomecánica.
FUERZAS ACTUANTES EN EL MOVIMIENTO HUMANO.FUERZAS EXTERNAS.Resistencia (al aire o al agua): depende de forma directa de la
forma del objeto (coeficiente aerodinámico), de la sección frontal y de la velocidad a la que se desplaza.
Conceptos básicos de Física aplicados a la Biomecánica.
CADENAS CINÉTICAS.Una cadena cinética es la utilización coordinada de diferentes
palancas con un objetivo común de movimiento. Los huesos serían los eslabones de la cadena, unidas mediante las articulaciones.
Existen dos tipos de cadena cinética:• Cerrada: el extremo distal de la extremidad se encuentra
en un punto fijo.• Abierta: el extremo distal es libre y se desplaza.
Conceptos básicos de Física aplicados a la Biomecánica.
CADENAS CINÉTICAS.Una cadena cinética es la utilización coordinada de diferentes
palancas con un objetivo común de movimiento. Los huesos serían los eslabones de la cadena, unidas mediante las articulaciones.
Existen dos tipos de cadena cinética:• Cerrada: el extremo distal de la extremidad se encuentra
en un punto fijo.• Abierta: el extremo distal es libre y se desplaza.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.El hueso tiene tres propiedades mecánicas fundamentales:
resistencia, rigidez y elasticidad.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.El hueso cortical es más rígido que el hueso esponjoso,
soportando mayor esfuerzo pero menos deformación antes del colapso.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.Fracturas en función de la carga aplicada.El comportamiento mecánico del hueso varía en función del
tipo de carga aplicada.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.COMPRESIÓN:La carga se aplica hacia la superficie de la estructura. La
deformación máxima se produce en un plano perpendicular a la carga aplicada.
Bajo esta carga, la estructura se acorta y se ensancha.Las fracturas producidas se encuentran comúnmente en las
vértebras.
Fracturas por compresión vertebral.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.TENSIÓN:La carga se aplica hacia fuera desde la superficie de la
estructura La deformación máxima se produce en un plano perpendicular a la carga aplicada.
Bajo esta carga, la estructura se alarga y se estrecha.Las fracturas producidas se suelen ver en huesos con una
gran proporcion de hueso esponjoso.
Por ejemplo: fracturas de calcáneo adyacentes a la inserción del tendón de Aquiles.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.CIZALLA:Se aplica una carga paralela a la superficie de la estructura.Una estructura sometida a la carga de cizalla se deforma
internamente de una manera angular.Las fracturas en cizalla se ven más a menudo en el hueso
esponjoso.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.FLEXIÓN:Es un esfuerzo a que está sometido
un cuerpo cuando las fuerzas externas tienden a curvarlo. Como consecuencia hay compresiones en la zona interna de la curvatura (lado de aplicación de la fuerza) y tracciones en la externa.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.FLEXIÓN:Las fracturas producidas se observan
comúnmente en los huesos largos.A veces se produce un tercer fragmento.
Fractura al caer y poner la mano en el suelo.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.TORSIÓN:Se aplica una carga a una estructura de tal forma que le
causa un giro sobre un eje (común en esquiadores).Las deformaciones en cizalla se distribuyen por toda la
estructura, siendo mayores cuanto más alejadas están del eje.
Las fracturas son de tipo espiroideo.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.CARGA COMBINADA:El hueso está sometido a complejos patrones de carga
durante las actividades comunes como caminar o correr. La mayoría de las fracturas óseas son producidas por una combinación de varios modos de carga.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.Fractura según la causa que la produce:• Fracturas habituales: por violencia.• Fracturas patológicas: por enfermedad ósea.• Fracturas por fatiga: por estrés repetido.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.Fractura según la causa que la produce:• Fracturas habituales: por violencia.Se deben a traumatismos de intensidad superior a la que
soporta un hueso sano. Según la violencia del traumatismo las encontramos de alta y baja energía (un accidente de automóvil y una fractura por torsión en un esquiador, por ejemplo).
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.Fractura según la causa que la produce:• Fracturas patológicas: por enfermedad ósea.Osteogénesis imperfecta, osteoporosis, tumores...
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.Fractura según la causa que la produce:• Fracturas por fatiga: por estrés repetido.Son el resultado de someter el hueso a esfuerzos mecánicos
repetidos (son comunes en los metatarsianos, por ejemplo en bailarinas, corredores...)
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.Remodelación ósea:El hueso tiene la habilidad de remodelarse, alterando su
tamaño, forma y estructura, para afrontar las demandas mecánicas que le son impuestas.
Este fenómeno se conoce como la Ley de Wolff.
Esta ley explica por ejemplo la uniformidad de los huesos de los fetos y el hecho de que se atrofien en las personas postradas en cama, así como el endurecimiento de ciertos huesos en las artes marciales (nudillos, tibias...).
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL HUESO.Cambios en el hueso con la edad:Como parte del proceso de envejecimiento normal se
observa una progresiva pérdida de densidad ósea. Las trabéculas adelgazan o desaparecen. El resultado es una
reducción en la cantidad de hueso esponjoso, y un adelgazamiento del hueso cortical.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DE LAS ARTICULACIONES.El cartílago articular.En las articulaciones sinoviales o diartrosis, los extremos
óseos que forman la articulación se encuentran recubiertos de cartílago hialino.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DE LAS ARTICULACIONES.El cartílago articular.Se trata de un modelo bifásico con una fase sólida (la matriz orgánica
con poros elásticos) y una fase líquida (agua).El conjunto hace que el cartílago pueda compararse a una esponja
empapada en agua, que presenta un comportamiento viscoelástico.
Cuando sometemos el cartílago a una fuerza de compresión se produce una deformación de sus fibras colágenas y una exudación de líquido hacia zonas no comprimidas y hacia el espacio articular.
El grado de permeabilidad del cartílago desciende con el incremento de la presión y la deformación, lo cual constituye un mecanismo de autoprotección del cartílago para evitar quedarse sin líquido intersticial.
Cuando cesa la compresión, vuelve a hidratarse y recupera su forma.
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BIOMECÁNICA DE LAS ARTICULACIONES.El cartílago articular.• Carga constante durante un tiempo prolongado (por ejemplo
al estar en pie) aumento de deformidad de forma progresiva.
Cuando cesa la carga, si existe suficiente líquido y reposo, vuelve a su forma original COMPORTAMIENTO VISCOELÁSTICO.
• Carga de foma puntual (por ejemplo al saltar) no hay tiempo suficiente para la exudación del tejido.
El cartílago se deformará y recuperará de manera instantánea COMPORTAMIENTO ELÁSTICO.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DE LAS ARTICULACIONES.El cartílago articular.El cartílago es el responsable final de que una articulación
funcione correctamente. Con la edad experimenta una pérdida de agua y va
adelgazándose, perdiendo flexibilidad. Esto degenerará en la conocida ARTROSIS (degeneración del cartílago articular).
También se puede producir tras un traumatismo que rompa la cavidad articular.
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BIOMECÁNICA DE LAS ARTICULACIONES.Ligamentos y tendones.Ligamentos y tendones presentan un comportamiento
viscoelástico bajo carga. A mayor deformación, mayor rigidez del tejido, mayor elongación, y mayor fuerza requieren para su ruptura.
Colapso del ligamento
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DE LAS ARTICULACIONES.Lesiones de los ligamentos.ESGUINCES: El esguince se produce al realizar un movimiento de la articulación más allá de sus límites normales, lo que provoca un estiramiento o desgarro de los ligamentos, aunque continúan en contacto las caras articulares de los huesos.
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BIOMECÁNICA DE LAS ARTICULACIONES.Lesiones de los ligamentos.LUXACIONES:La luxación se produce también por una flexión o extensión más allá de los límites normales o por un golpe directo en la articulación, pero, a diferencia del esguince, las superficies articulares quedan separadas y se acompaña de desgarro o rotura de ligamentos..
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BIOMECÁNICA DE LAS ARTICULACIONES.Lesiones de los tendones.Las lesiones que son mas vulnerables están ubicadas cerca de
las articulaciones. El daño aparece de repente, pero es la mezcla de micro-desgarros que se han ido acumulando con el tiempo.
• TENDINITIS: Inflamación del tendón, son daños sin ruptura.• TENDINOSIS: Pequeños desgarros del tendón, que se
debilita y se degenera.
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BIOMECÁNICA DEL MÚSCULO.Los músculos según el trabajo mecánico que realizan se clasifican
en:- Agonistas o motores. Siguen la misma dirección o ayudan a realizar el mismo movimiento.- Antagonistas.Se oponen a la acción de un movimiento. Cuando el agonista se
contrae, el antagonista se relaja.- Sinergista. Ayuda indirectamente a un movimiento.- Fijadores o estabilizadores. Se contraen de forma isométrica para inmovilizar articulaciones
vecinas a efectos de permitir la acción de los músculos agonistas. En general contribuyen a mantener la postura o el equilibrio.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL MÚSCULO.Las fibras contráctiles se clasifican en:- Fibras de tipo I. Fibras rojas o de contracción lenta. Pocas miofibrillas pero mucha
mioglobina, mitocondrias y gotas lipídicas. No se fatigan fácilmente, ya que obtienen gran cantidad de energía, tienen reservas y producen pocos residuos.
- Fibras de tipo II.Fibras blancas o de contracción rápida. Muchas miofibrillas pero
poca mioglobina y mitocondrias. Almacena glúcidos en forma de glucógeno.
Dentro de un músculo suelen existir fibras de ambos tipos. Las rojas predominan en los músculos posturales (tronco) cuya actividad es continua, y las blancas en los músculos relacionados con el movimiento (extremidades).
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL MÚSCULO.Lesiones musculares:
POR ACORTAMIENTO:• Contracturas: Consiste en un estado de rigidez
involuntario de uno o varios músculos .• Calambres: Son contracciones involuntarias y dolorosas de
uno o varios músculos. Podría equipararse a recibir pequeñas descargas eléctricas en el músculo.
Biomecánica de los tejidos humanos.
BIOMECÁNICA DEL MÚSCULO.Lesiones musculares:
POR ELONGACIÓN:• Contusión: se produce debido a un golpe. Es una lesión
leve que produce dolor al estirarse el músculo.• Distensión: estiramiento muscular por encima de sus
límites. • Desgarro: o tirón muscular. Consiste en una rotura de
varias fibras musculares (miofibrillas). Este tipo de lesión es debido a un golpe o aparece cuando el músculo realiza un sobreesfuerzo.
• Rotura de fibras: consiste en la rotura de varios paquetes musculares. Provoca dolor intenso, hinchazón y, en ocasiones, hematomas, lo que impide el movimiento. La recuperación no es total, porque las fibras musculares han perdido la capacidad de regenerarse.